Вихревые насосы

Вихревые насосы находят все более широкое применение при пs <40. По простоте конструкции, стоимости изготовления, габаритам и массе вихревые насосы имеют неоспоримые преимущества не только перед поршневыми насосами, но и перед центробежными, если учесть, что для значений ns < 40 центробежные насосы не могут быть удовлетворительно сконструированы (необходимо иметь большое число ступеней и колес). Подача современных вихревых насосов составляет 0,15—100 м³/ч, но наиболее рациональна с точки зрения экономичности подача 0,4— 35 м³/ч. Развиваемый насосом напор может достигать 5,5 МПа; наиболее применим напор до 2 МПа. На судах эти насосы используются в качестве питательных для вспомогательных и утилизационных парогенераторов, а также вакуум-насосов (самовсасывание при 0,04—0,06 МПа).

На рис. 2.27 показана схема устройства вихревого насоса.

Рис. 2.27. Схемы устройства вихревого насоса и движения жидкости в нем

В отличие от центробежного в вихревом насосе лопастное колесо представляет собой диск с лопастями на периферии, которые выполнены фрезерованием или литьем. Лопасти направлены вдоль радиуса (рис. 2.27, а) параллельно оси колеса (на нижней полуокружности) или наклонно к оси (на верхней полуокружности). Они создают канал на всю ширину колеса (рис. 2.27, б) или при наличии средней перегородки — двусторонний канал (рис. 2.27, в). При вращении лопастного колеса 1 против часовой стрелки жидкость поступает во всасывающий патрубок 2 и затем по кольцевому каналу 5 к нагнетательному патрубку 3.

Действие лопастного колеса заключается в том, что межлопастные каналы многократно сообщают импульсы энергии одной и той же частичке жидкости на пути ее перемещения от всасывающего патрубка к нагнетательному. Вихревой насос представляет собой как бы многоступенчатый центробежный насос, так как частички жидкости при движении от всасывающего патрубка к нагнетательному рециркулируют, много раз попадая из кольцевой полости в межлопастное пространство и вновь в кольцевую полость, в результате чего увеличивается напор перекачиваемой жидкости.

Центробежная сила действует на жидкость, частицы которой переходят из положения А в положения В и D и выбрасываются в кольцевую полость корпуса (см. рис. 2.27, е). Частицы жидкости вместе с колесом участвуют в окружном движении по направлению вращения колеса, относительном движении вдоль поверхности межлопастного пространства и абсолютном движении. Результирующая скорость частичек жидкости определяется направлением абсолютной скорости с, полученной геометрическим сложением относительной w и окружной и скоростей. В результате жидкость движется по спирали. Кольцевая полость вокруг лопастей в вихревом насосе прерывается перегородкой 4, в которой лопасти проходят с минимальным зазором, что обеспечивает равномерный напор, развиваемый насосом.

На рис. 2.28 представлены характеристики вихревых насосов с различными конструкциями лопастных колес. Если кривая а представляет собой характеристику, близкую к характеристике центробежных насосов, то кривая b дает более крутую характеристику, резко отличающуюся от характеристик центробежных насосов, и приближающуюся к характеристике объемного (поршневого) или ротационного насоса. Вихревые насосы можно использовать при меняющихся напорах и заменять ими поршневые.

С увеличением подачи мощность, затрачиваемая вихревым насосом, уменьшается. Немаловажным является сохранение насосом воздушной подачи, равной примерно 10 % жидкостной подачи.

Рис. 2.28. Характеристики вихревых насосов


Рис. 2.29. Схема центробежно-вихревого насоса 1 — центробежное колесо; 2 — вихревое колесо; 3 — соединительный канал

Основными недостатками вихревых насосов являются их относительно низкий КПД, равный обычно 30—40 % (редко 50 %), и небольшая по сравнению с центробежными насосами высота всасывания. Последний объясняется тормозящим действием вихревых токов жидкости, создаваемых вращающимся колесом в районе всасывания, в связи с чем требуется повысить давление жидкости при ее входе во всасывающий патрубок насоса. Целесообразно соединять вихревой насос с центробежным, располагая их лопастные колеса на общем валу, что в значительной степени уменьшает недостатки каждого из этих насосов.

Центробежно-вихревой насос (рис. 2.29) обеспечивает отсасывание воздуха и подъем жидкости для работы центробежного насоса. Кроме того, при установившемся режиме работы благодаря особенностям центробежного насоса улучшается всасывание и повышается КПД установки.

Центробежно-вихревой насос ЭСН-1/1 представляет собой агрегат, в котором объединены в одно целое горизонтальный двухступенчатый центробежно-вихревой насос и электродвигатель (рис. 2.30).

Рис. 2.30. Центробежно-вихревой насос ЭСН-1/1

Присоединительный фланец 1 и патрубок 17 отлиты за одно целое с крышкой 18 и соединены с корпусом 2 насоса шпильками. Первая ступень насоса выполнена в виде колеса центробежного насоса с обтекателем, вторая ступень — в виде колеса 14 вихревого насоса, помещенного в рабочую камеру, образованную из двух вставок 13. Поскольку насос предназначен для подачи пресной и соленой воды его корпус 2 и вставки 13 выполнены из бронзы. Положение вставок фиксируется цилиндрическим штифтом 16. Оба лопастных колеса насажены на удлинитель 6 вала электродвигателя 7. Удлинитель выполнен из нержавеющей стали и закреплен штифтом, проходящим через отверстие 8. На удлинителе вала имеется канавка для стального кольца 12, которое закрепляет пружину сальникового уплотнения, состоящего из подпятника 5 (нержавеющая сталь) и пяты 9 (свинцовистая бронза), торцевое трение которых создает необходимое уплотнение. Пята прижимается к подпятнику пружиной 3 через бронзовую втулку 10. Для повышения герметичности вала установлено резиновое уплотняющее кольцо 4. Первоначальный пуск центробежно-вихревого насоса осуществляется после заливки корпуса 2 перекачиваемой жидкостью (без заполнения подводящей части трубопровода). При последующем включении насоса в работу заливать корпус не нужно, так как оставшаяся в нем вода обеспечивает начало сухого всасывания сразу же после пуска электродвигателя. Во время работы насоса его вторая вихревая ступень создает повышенный напор. Для спуска воды из насоса при продолжительной его остановке служат пробки 11 и 15, установленные соответственно в корпусе и на крышке насоса.