Лопастные насосы.

Принцип работы лопастных насосов основан на движении жидкости за счёт вращения лопастей рабочих колёс. В зависимости от характера движения жидкости насосы делятся на три группы:

1. центро­бежные - жидкость перемещается а радиальном направлении от центра к периферии;

2. осевые - жидкость перемещается вдоль оси на­соса;

3. вихревые - жидкость движется вихреобразно по периферий­ному кольцу.

Центробежные насосы.

Все центробежные насосы классифицируются по следую­щим признакам:

	по способу подвода жидкости к рабочему колесу	односторонние, двухсторонние
	по соединению проточной части	одноступенчатые, многоступенчатые
	по быстроходности (характеризуется коэффициентом быстроходности, который влияет на форму колеса и относительную длину лопасти)	тихоходные, нормальные, быстроходные
	по всасывающей способности	самовсасывающие, несамовсасывающие
	по давлению (напору) (более 5МПа) (0,5 - 5МПа) (менее 0,5МПа)	высоконапорные, средненапорные, низконапорные
	по расположению вала	вертикальные, горизонтальные;
	по конструкции корпуса	однокорпусные, секционные

К оэффициентом быстроходности п_s, называется частота вращения колеса модельного насоса, геометрически подобного оригиналу, соз­дающего напор в 1 м при подаче 75 л/с и потребляющего при этом мощ­ность в 0,736 кВт при наивысшем кпд.

Рис.27. Схемы соединения колес центробежного насоса; а, д – последовательное; б - параллельное; в - смешанное; г - двустороннее всасывание

По конструкции рабочие колёса (крылатки) бывают:

1. закрытые - состоят из лопаток, основного и покрывающего диска;

2. полуоткрытые - нет покрывающего диска;

3. радиальные - лопатки постоянного радиуса, одинаковой длины;

4. пространственные - лопатки сложного профиля, меняющиеся по ширине.

Кроме того, рабочие колёса различаются на три характерных типа:

1. с лопатками, загнутыми вперёд β > 90°, однако при этом сильно возрастают гидравлические потери, в связи с чем, такие лопатки применяются главным образом в рабочих колёсах вентиляторов, где подобные потери менее ощутимы из-за малой плотности перекачиваемой среды.

2. с лопатками радиально-расположенными β = 90°;

3. с лопатками, загнутыми назад β < 90°.

Центробежный насос состоит из следующих основных частей (рис.22): корпуса 1 спиралевидной формы, рабочего колеса с лопас­тями 2, приводного вала 3, приемного 4, и нагнетательного 5 патрубков.

Рис.22. Схема центробежного насоса

П ринцип работы. При вращении рабочего колеса в полости всасывания возникает область повышенного давления, и под действием перепада давлений жидкость проходит в межлопаточный аппарат либо в отводящий спиральный канал, где под действием центробежных сил масса потока на выходе приобретает высокую скорость (запас кинетической энергии). С большой скоростью поток жидкости поступает в диффузор корпуса, где и происходит преобразование кинетической энергии в напор насоса (потенциальную энергию).

Рассмотрим схему движения жидкости в спиральном корпусе центробежного насоса.

Частица 1 жидкости, покинув рабочее колесо насоса, проходит последовательно сечения I-I, II-II, III-III, IV-IV спирального корпуса и попадает в отливной патрубок-диффузор. Частица 2 жидкости проходит только три сечения II-II, III-III, IV-IV; частица 3 – два сечения и частица 4 – только одно.

Поскольку подобные процессы проходят постоянно, то ясно, что корпус центробежного насоса для обеспечения равенства скоростей потока должен иметь последовательно увеличивающееся проходное сечение.

П ри вращении рабочего колеса насоса возникает центробежная сила, под действием которой жидкость движется в радиальном направ­лении, одновременно лопасти при­дают жидкости вращательное дви­жение. Поэтому в центре насоса возникает разрежение, что обеспе­чивает непрерывный приток жидко­сти из всасывающего патрубка к центру. Пройдя через вращающееся колесо насоса, жидкость отбрасы­вается с окружной скоростью в спиралевидный расширяющийся канал, который служит направляющим аппаратом для потока жидкости (рис.23, а).

В расширяющемся спиралевидном канале направляющего аппара­та происходит частичное преобразование кинетической энергии, полученной жидкостью на колесе насоса, в гидродинамическое давление, с которым жидкость отводится в нагнетательный трубопровод.

Рис.23. Направляющие аппараты центробежный насосов: а - спиральный; б – лопаточный канал,

Напор Н, создаваемый центробежным насосом, и его подача явля­ются функциями угловой скорости колеса ω, т.е. H(ω²); Q(ω). Сле­довательно, от угловой скорости ω, а также радиуса колеса r зависят одновременно напор Н и подача Q. Однако окружная скорость колеса и = rω ограничивается прочностью его материала. Так, чугунные ко­леса могут иметь u≤40 м/с, стальные — u≤300 м/с, что и опреде­ляет напор, создаваемый насосом.

Н аправляющий аппарат может быть выполнен также в виде не­подвижных расширяющихся лопаток в корпусе насоса (рис. 23,6).

Осевая сила в центробежных насосах воз­никает вследствие разных по значению и на­правлению давлений, действующих на рабо­чее колесо (рис.24). Остается неуравновешен­ной сила давления жидкости на участке ко­лёсного диска D_o.

Осевая сила зависит от размеров рабочего колеса и количества подаваемой жидкости, она всегда направлена в сторону всасываю­щего отверстия и вызывает осевой сдвиг коле­са в этом же направлении.

Рис.24. Схема образо­вания осевой силы в центробежном насосе

Для устранения осевой силы в неболь­ших одноколесных центробежных насосах, в диске колеса у его ступицы делают небольшие отверстия 1, через которые жидкость перетекает из полости повышенного давления в полость пониженного давления. Таким образом, давление вырав­нивается с обеих сторон колеса. В больших насосах делают дву­сторонний подвод жидкости на рабочее колесо. В мно­гоступенчатых насосах на валу устанавливают разгрузочный диск (рис.26). Вода к диску подводится под давлением по каналу 4 из напорного трубопровода насоса и, пройдя зазор между подушкой 3 и диском 2, отводится по каналу 1. Если под действием осевой силы вал насоса с диском сместится вправо, зазор уменьшится, давление жид­кости на диск возрастет, и он сместится влево, восстановив нормаль­ный зазор между ним и подушкой.