7. Насоси тертя і використання енергії зовнішнього потоку.

До цієї групи відносяться ті насоси у яких енергія рідині передається внаслідок використання сил тертя або використання енергії зовнішнього потоку. Із таких насосів в системах водопостачання і каналізації використовуються: вихрові, шнекові, вібраційні, струминні і повітряні водопідіймачі (ерліфти).

1.7.1. Вихрові насоси.

Вихрові насоси - це насоси тертя із спеціальними робочими колесами і боковими каналами в корпусі. Деякі автори відносять їх до лопасних. На нашу думку, вихрові насоси слід віднести до насосів змішаної дії. В них одинаково важливу роль мають і сили рідинного тертя, і силова дія лопаток на рідину. Завдяки простій конструкції, малій вазі і невеликим габаритам ці насоси широко розповсюджені. Схема вихрового насоса зображена на малюнку 64.

Малюнок 64.

Схема вихрового насоса.

а) - поперечний розріз; б) - колесо закритого типу; в) - колесо відкритого типу.

При обертанні робочого колеса рідина захвачується лопатками біля входу 1 в кільцевий канал 2. Потім під дією відцентрової сили вона викидається в цей канал, захвачується лопатками знову і знову викидається. За один оберт робочого колеса частка рідини кілька разів захвачується лопатками і викидається в кільцевий канал. Завдяки силі рідинного тертя в такий рух залучається уся маса рідини, яка знаходиться в кільцевому каналі. При цьому в каналі створюється складний вихровий потік рідини (тому і насоси називають вихровими). Таким чином, при проходженні від входу в кільцевий канал до виходу із нього кожна частка рідини декілька разів отримує приріст енергії. Тому при одинакових діаметрах робочого колеса вихрові насоси створюють напір в 2 - 4 рази більший ніж відцентрові. Завдяки цьому вихрові насоси мають менші габарити і масу у порівнянні з відцентровими насосами таких же робочих параметрів. Важливою перевагою вихрових насосів є їх здатність до самозасмоктування рідини, що дуже полегшує їх експлуатацію.

Робочі колеса вихрових насосів бувають закритого і відкритого типу. Закрите колесо (малюнок 64-б) - це плоский диск з короткими лопатками, які розміщені на його периферії. Відкрите колесо (малюнок 64-а) - це ступиця з довгими радіальними лопатками. Кількість лопаток у відкритих колес від 12 до 24, а у закритих - від 18 до 30.

Вихрові насоси випускають з подачею 1-50 м³/годину при напорах 25-100 метрів водяного стовпа. Висота усмоктування 4-8 метрів.

До недоліків вихрових насосів відносять відносно низький коефіцієнт корисної дії (25 - 45%) і швидке зношування робочих колес і ущільнюючих площин при подачі рідини з абразивними домішками.

Промисловість виробляє одноступеневі вихрові насоси типів ВК - вихровий консольний, ВКС - вихровий консольний самозасмоктуючий і ВКО - вихровий консольний з підігрівом для транспортування густих при звичайній температурі рідин (наприклад мазуту). На напірних патрубках насосів ВКС є повітряні ковпаки з пристроями для відділення повітря від рідини.

Характеристики Q-H i Q-N у вихрових насосів близькі до лінійних. В позначенні марки вихрових насосів крім букв, які показують тип насоса, наводяться подача і напір. Наприклад, маркою ВКС-2/26 позначено вихровий консольний самозасмоктуючий насос з номінальною подачею 2 л/с при напорі 26 метрів водяного стовпа.

Вихрові насоси застосовують в тих випадках, коли потрібна невелика подача при відносно великих напорах. Самозасмоктуючі вихрові насоси часто використовують як дренажні для відкачки води із приміщень заглиблених насосних станцій.

Відцентрово-вихрові насоси мають два робочих колеса: відцентрове і вихрове. Це двохступеневі насоси змішаної дії. Здебільшого, відцентрове колесо розміщується перед вихровим, тобто рідина попадає спочатку у відцентрове колесо, де

створюється невеликий напір, а потім у вихрове колесо, де напір підвищується. При такому поєднанні робочих колес досягають великих напорів при відносно невеликій подачі.

На малюнку 65 зображено відцентрово-вихровий насос типу ЦВК (відцентрово-вихровий консольний). Такі насоси виробляють з подачами 14 - 36 м³/годину і напорами до 280 метрів водяного стовпа. Ці насоси мають однобічний осьовий підвід рідини.

Графіки характеристик насосів типу ЦВК близькі до прямих ліній. Коефіцієнт корисної дії досягає 45 - 48%. В позначення марки насоса, крім букв, входить подача і напір насоса при максимальному К.К.Д. (як і у вихрових насосів).

Насоси типу ЦВК використовують, здебільшого, в контурах підживлення для водонагріваючих котлів малої потужності. Але їх можна застосовувати і для систем водопостачання невеликих об’єктів, коли необхідно створювати великі напори.

Малюнок 65.

Відцентрово-вихровий насос типу ЦВК.

1 - кришка корпусу; 2 - відцентрове колесо; 3 - вставка корпусу;

4 - вихрове колесо; 5 - корпус; 6 - сальник; 7 - кронштейн; 8 - вал.

Насоси ЦВК можуть бути обладнані повітряними ковпаками для створення самозасмоктуючого ефекту.

Вільно-вихрові насоси (інколи їх називають смерчовими) призначені для транспортування стічних вод, які містять

домішки відносно великих розмірів. Вони позначаються буквами СДС або СМС. СДС - для стічних вод динамічний, вільновихровий («свободно-вихревой»); СМС - стічно-масний вільновихровий. За принципом дії (малюнок 66) ці насоси відносяться до лопасних насосів тертя (як і вихрові).

Малюнок 66.

Схема вільно-вихрового насоса.

1 - корпус; 2 - усмоктувальний патрубок; 3 - напірний патрубок; 4-робоче колесо.

Відкрите робоче колесо розміщено в кишені задньої стінки корпусу насоса. При цьому перед торцем колеса створюється камера, яка вільна від рухомих деталей. Ширина цієї камери дорівнює діаметру напірного патрубка. Через робоче колесо проходить тільки частина загального потоку рідини, що поступає в насос. Цей, так званий, циркуляційний потік Q_ц складає 15 - 25% від подачі насоса. Решті рідини Q_o , яка поступає в насос, енергія передається шляхом вихрового енергообміну з циркуляційним потоком. Широка проточна камера без рухомих деталей і відкрите робоче колесо сприяють тому, що насос практично не закупорюється і, як наслідок, суттєво знижуються затрати праці на його експлуатацію. Але коефіцієнт корисної дії вільно-вихрових насосів (45 - 55%) нижче ніж у відцентрових. Зараз промисловість виробляє вільно-вихрові насоси з подачею 80 - 250 м³/годину.