Классификация лопастных насосов

Насосы можно классифицировать:

1) По принципу действия:

· осевые;

· вихревые;

· центробежные.

2) По расположению вала в пространстве:

· горизонтальное;

· вертикальное.

 

3) По числу рабочих колес:

· одноколесный;

· многоколесный.

 

4) По способу присоединения насоса к валу двигателя:

· моноблочные;

· с помощью муфты;

· приводные (с помощью шкива или редуктора).

 

5) По назначению:

· общего назначения, для перекачки воды с температурой меньше 100º С и для др. жидкостей, которые имеют примерно такие же параметры по вязкости и химической активности;

· специального назначения, которые приспособлены для работы в особых условиях, а также для перекачки горячих продуктов температурой меньше 400º С, коррозионных продуктов, абразивных сред, огнеопасных и ядовитых веществ.

Рабочие колеса

Обычно рабочие колеса представляют собой втулку с присоединенными к ней лопатками и, кроме того, могут быть один или два скрепляющих диска.

В зависимости от количества дисков рабочего колеса центробежные насосы делятся на: закрытые (2 диска), полуоткрытые (1 диск), открытые (без диска).

По способу подвода жидкости к лопастному колесу, рабочие колеса бывают с односторонним и двусторонним подводом.

Колеса осевых насосов бывают только открытого типа и представляют собой втулку с обтекателем, к которой присоединены 2-4 лопатки

В вихревых насосах применяются колеса открытого типа или открытого типа с ободом.

Подвод и отвод жидкости к насосу

Подвод – часть проточной полости машины, которая служит для подвода жидкости к входному отверстию лопастного колеса. Естественно, к подводам предъявляются определенные требования: подвод должен иметь минимальное гидравлическое сопротивление, а также равномерно и симметрично подводить поток жидкости к рабочему колесу. Потому что в противном случае резко снижается КПД лопастного колеса и насоса в целом. Чаще всего для этих целей используют прямолинейный конфузор в случае осевого подвода жидкости или используют спиральную камеру при поперечном подводе жидкости.

Отвод – часть проточной полости машины, которая служит для сбора жидкости, выходящей из рабочего колеса, а также для преобразования кинетической энергии в потенциальную (в давление за лопастным колесом). Обычно, в конце отвода устанавливают еще прямолинейный конический диффузор, в котором происходит основное преобразование энергии.

В центробежных насосах отводы бывают 3-х типов: спиральный, лопаточный и кольцевой.

Спиральный отвод – улитка, которая охватывает лопастное колесо по всему периметру и у которой поперечное сечение постоянно увеличивается. На конце этой улитки прикрепляется прямолинейный конический диффузор. Форма сечения спирали может быть разнообразной, например, круглой, грушевидной, прямоугольной, трапециидальной.

Лопаточный отвод обычно представляет собой систему неподвижных лопаток, которые охватывают лопастное колесо по всему периметру с радиальным зазором 2-5 мм. Также отводы характерны для центробежных газовых машин. В случае центробежных насосов лопаточный аппарат представляет собой 2 неподвижных кольца, между которыми находятся несколько лопаток специальной формы.

Кольцевой отвод представляет собой цилиндрическое пространство одинаковой ширины, выполненное по всему периметру колеса. Недостаток этого отвода в том, что для значительного снижения скорости необходимо значительно увеличить размеры отвода в радиальном направлении. Поэтому такие кольцевые отводы применяются вместе с другими отводами. Иногда применяют и комбинированные отводы.

Движение жидкости в насосе

Проходя по каналу между лопатками рабочего колеса, жидкость совершает сложное движение: с одной стороны, она движется вдоль канала внутри рабочего колеса к его наружной окружности, т. е. в радиальном направлении, а с другой стороны, она получает движение по направлению вращения колеса.

Обозначим:

w₁ и w₂ - скорость движения жидкости во всасывающем и нагнетатель­ном трубопроводах в м/сек;

w₁' и w₂' - относительная скорость жидкости при входе в канал и выходе из канала между лопатками в м/сек;

r ₁ и r ₂ - радиус внутренней и наружной окружности колеса в м;

f₁ и f₂ - сечение канала между лопатками при входе и выходе жидкости в м²

n - число оборотов колеса в минуту.

Количество жидкости, проходящей через канал в 1 сек.:

(1.33)

а так как в центробежных насосах сечение канала на внешней окруж­ности колеса всегда больше сечения его на внутренней окружности, т. е.

f₂ > f₁, то w₂’< w₁’ (1.34)

При вращении колеса жидкость получает окружную скорость: на внутренней окружности колеса

(1.35)

на наружной окружности колеса

(1.36)

Абсолютная скорость жидкости, которую обозначим через с, при входе в колесо и через с₂ - при выходе из колеса, является равнодействующей радиальной и окружной скоростей и может быть найдена по правилу сложения скоростей.

Рисунок 41 – Скорость жидкости в рабочем колесе центробежного насоса

 

Рассмотрим скорости жидкости на входе в рабочее колесо и выходе из него (рис. 41). Построив параллелограмм скоростей, находим скорость с₁ при входе жидкости в рабочее колесо, направленную под утлом α₁ и скорость с₂ при выходе жидкости из рабочего колеса, направленную под углом α.

Для того чтобы жидкость поступала в колесо без толчков, при­водящих к большим потерям напора, она должна вступать на лопатку рабочего колеса под углом α. Поэтому в большинстве случаев лопатки делают не прямыми, а загнутыми назад, причем угол α₁ принимают равным 90°. Во избежание потерь напора из-за толчков жидкость должна покидать лопатку под углом α₂; величину угла α₂ принимают равной от 10 до 15°.

 

При переходе жидкости из канала в корпус происходит значительное снижение скорости, вследствие чего кинетическая энергия движения жидкости превращается в потенциальную энергию давления, т. е. происходит превращение скорости в давление, необходимое для подачи жидкости на заданную высоту. При переходе жидкости с лопаток рабочего колеса в неподвижный корпус возникают гидравлические удары, которые обусловливают большие потери напора, возрастающие со скоростью выхода жидкости из колеса. Для уменьшения потерь рабочее колесо снабжают направляющим аппаратом (рис. 42), который окружает рабочее колесо и имеет каналы примерно такой же формы, что и каналы рабочего колеса, но изгиб каналов направляющего аппарата имеет направление, обратное изгибу каналов рабочего колеса.

 

1 – рабочее колесо; 2 – направляющий аппарат

Рисунок 42 – Центробежный насос с направляющим аппаратом

При наличии направляющего аппарата преобразование скорости жидкости в давление протекает равномерно и постепенно, в результате чего жидкость проходит корпус с небольшими скоростями и при высоком давлении, а следовательно, и с небольшими потерями напора.