Винтовые насосы

Винтовые насосы так же, как и шестерённые, принадлежат к классу объёмных насосов. Преимуществами винтовых насосов перед другими объёмными насосами будут: меньшие габаритные размеры и масса, бесшумность в работе, отсутствие перебалтывания перекачиваемой жидкости, способность к перекачиванию жидкостей с различной вязкостью, большая допустимая частота вращения.

Рабочими органами насоса являются роторы с винтовыми нарезками. Число роторов может быть один, два, три и пять. У многороторных насосов один из роторов является ведущим, остальные - ведомые. Роторы помещены в плотно охватывающем их корпусе. Всасывающие и нагнетательные камеры размещены по сторонам торцов винтовых роторов. Принцип действия такого насоса основан на изменении рабочего объёма корпуса. При вращении винтовых роторов в раскрывающуюся впадину винтового канала, находящуюся во всасывающей камере, поступает жидкость. При дальнейшем повороте роторов эта впадина замыкается, и жидкость, находящаяся в ней, переносится в нагнетательную камеру. В нагнетательной камере впадина размыкается и так же, как в шестерённом насосе, жидкость, находящаяся между входящими в зацепление витками, выталкивается в нагнетательный трубопровод.

Рис. 58. Винтовой насос

Основное требование, предъявляемое к винтовым насосам, - это герметичное перекрытие всасывающей камеры от нагнетательной. Винтовые насосы предназначены для перекачивания чистых и загрязнённых жидкостей ( t 80⁰ С ), в том числе химически активных, не вызывающих разрушения рабочих органов насоса. Промышленность выпускает одно, двух и трёхвинтовые насосы (вертикальные и горизонтальные). Электронасос состоит из насоса и двигателя, установленных на общей раме и соединённых эластичной муфтой.

Обозначение винтового насоса, например, 1В 1,6/5, где 1-одновинтовой насос; 1,6-подача литры на сто оборотов вала насоса; 5-давление насоса (Атм.).

Насосы трения и гидроструйные насосы.

Вихревые насосы. Основным рабочим органом вихревого насоса является рабочее колесо с радиальными или наклонными лопатками, помещённое в цилиндрический корпус с малыми торцевыми зазорами. Боковые и периферийные стенки корпуса имеют концентрический канал, начинающийся у всасывающего отверстия и оканчивающийся у напорного. Канал перекрывается перемычкой, которая служит уплотнением между напорной и всасывающей полостями. Особенность вихревого насоса заключается в том, что он способен всасывать и перекачивать жидкости, их эмульсии с воздухом или парами жидкости.

Рис. 59 Вихревой насос

1—крышка; 2—корпус; 3—рабочее колесо; 4—сальниковая набивка; 5—диск обогрева; 6—крышка втулки сальника; 7—крышка подшипника; 8—кронштейн; 9—торцовое уплотнение; 10—вал; 11—подшипник; 12—кольцо сальника; 13—прокладка регулировочная; 14—крышка обогрева; 15—отсекатель; 16—входной патрубок; 17—выходной патрубок

Ввиду сложности рабочих процессов, происходящих в вихревом насосе, до сих пор нет установившейся для него теории. Способность вихревого насоса к самовсасыванию, по всей вероятности, следует объяснить свойствам вихрей создавать вблизи себя вакуум. Рабочее колесо насоса засасывает жидкость из внутренней части канала и перемещает её во внешнюю. В результате этого возникает продольный вихрь. Скорость жидкости при прохождении ею рабочего колеса растёт, следовательно, происходит увеличение кинетической энергии потока. Значит, в вихревом насосе, так же как и в центробежном, суммарный напор состоит из статической и динамической частей.

Таким образом, при прохождении межлопаточных полостей колеса на пути от входа в кольцевой канал до выхода из него жидкость многократно получает приращение энергии. В силу этого при одном и том же диаметре рабочего колеса вихревые насосы развивают напоры в 2-4 раза большие, чем центробежные. Благодаря этому вихревые насосы имеют меньшие габаритные размеры вес по сравнению с центробежными насосами таких же рабочих параметров. Важным преимуществом вихревых насосов является то, что они обладают самовсасывающей способностью, благодаря чему намного упрощается их эксплуатация.

Рабочее колесо вихревых насосов бывают открытого и закрытого типа. Закрытое колесо представляет собой плоский диск с короткими лопатками, расположенными на периферии диска. Открытое колесо - это ступица с длинными радиальными лопатками.

К недостаткам вихревых насосов относятся сравнительно невысокий КПД (25...45 %) и быстрый износ рабочих колёс и уплотняющих плоскостей при подаче жидкости, содержащей абразивные примеси. Промышленность выпускает одноступенчатые вихревые насосы типов ВК, ВКО и ВКС Насосы типа ВКС - самовсасывающие, типа ВКО - с обогревом для перекачивания загустевших жидкостей. На напорных патрубках насосов ВКС имеются воздушные колпаки и воздухоотделительные устройства. Характеристики Q - H и Q - N вихревых насосов линейные. В обозначении насоса буквы означают тип насоса, первые цифры - подачу в л/с, вторые - напор в м., например, ВКС-2/26.

Вихревые насосы применяются в тех случаях, когда требуется малая подача при относительно больших напорах. Самовсасывающие вихревые насосы типа ВКС применяют как дренажные для откачки воды из заглублённых насосных станций.

В центробежно-вихревых насосах имеются два рабочих колеса - центробежное и вихревое. Как правило, центробежное колесо расположено перед вихревым, т.е. жидкость попадает сначала в центробежное колесо. Где создаётся небольшое давление, которое затем повышается вихревым колесом. При таком сочетании рабочих колёс достигаются большие напоры при относительно малой подачи. Центробежно-вихревые насосы типа ЦВК изготавливают с подачей 14...36 м³/ч и напором до 280 м. Насосы имеют осевой подвод воды. Данные насосы применяют как питательные для котлов малой мощности, а также для систем водоснабжения небольших объектов в случаях, когда требуется создать большой напор.

Для перекачивания сточных вод используют свободно-вихревые насосы (СДС, СМС), которые по принципу действия относятся к лопастным насосам трения. Эти насосы отличаются тем, что открытое рабочее размещено в кармане задней стенки корпуса насоса. При этом между торцом колеса образуется камера, свободная от вращающихся частей. Через рабочее колесо проходит только часть общего потока поступающей в насос жидкости - так называемый циркуляционный поток, составляющий 15...25% подачи насоса. Остальной части жидкости энергия передаётся путём вихревого энергообмена с циркуляционным потоком. В настоящее время промышленность выпускает насосы СМС с подачей до 250 м³/ч

Дисковые насосы просты по устройству и обладают некоторыми преимуществами перед насосами других. Дисковый насос состоит из нескольких дисков, насаженных на вал так, что между дисками образованы полости небольшой ширины. При вращении ротора насоса жидкость, находящаяся в зазоре между дисками, закручивается ими за счёт трения, и энергия от рабочего колеса передаётся перекачиваемой жидкости. К преимуществам дисковых насосов относятся: возможность перекачивания высоковязких жидкостей, а также жидкостей с включением мелких абразивных примесей; простота конструкции; высокие кавитационные качества и малошумность. Дисковые насосы применяются как вакуум-насосы для перекачивания абразивных жидкостей.

Шнековые насосы по принципу действия также относятся к насосам трения. Рабочим органом насоса является длинный шнек, конструктивно оформленный в виде полого (трубчатого) вала с навитой на него спиралью из листового металла. Для обеспечения равномерности подачи, повышения КПД насоса и усиления прочности шнека его выполняют многозаходным (обычно 3-заходным). Устанавливают шнек в лоток из металла наклонно под углом 25...30⁰ к горизонту. Длина шнека обычно составляет 5...8 м, частота вращения 20...100 об/мин., КПД насоса составляет 50...75 %.

Рис. 60. Шнековый насос

Наибольшее распространение шнековые насосы получили в системах канализации, где они перекачивают сточную жидкость не сравнительно небольшую высоту 5...6 м. Отечественная промышленность в настоящее время серийно не выпускает шнековые насосы. Институтом «Гипрокоммунводоканал» разработаны типоразмеры шнековых насосов с подачей до 16 м³/ч и напором до 5 м.

Рис. 61. Насосная станция со шнековым насосом

Лабиринтные насосы по принципу действия близки к вихревым. Насос состоит из цилиндрического шнека и обоймы корпуса. На этих элементах насоса имеются винтовые каналы противоположного направления. При вращении ротора насоса с гребня канала срываются вихри, в результате чего жидкость увлекается по винтовым каналам обоймы в направлении к напорному патрубку насоса. КПД таких насосов не велико и составляет около 30...35 %. Детали проточной части лабиринтных насосов изготавливают из коррозионно-стойких материалов. Насосы используются в химической промышленности, но могут быть использованы и для подачи реагентов в системах водоподготовки и очистки сточных вод.

Струйные насосы (аппараты).

Струйные насосы не имеют подвижного рабочего органа, передающего жидкости механическую энергию. Поэтому они просты по конструктивному оформлению и надёжны в действии. Рабочей средой, с помощью которой происходит перемещение и повышение (понижение) давления перекачиваемой жидкости (газа, сыпучего вещества), могут быть жидкость, воздух, любой газ, пар. Непременным условием при этом должно быть то, что рабочая среда при входе в струйный насос обладала большей удельной энергией, чем перемещаемая.

Рис. 62. Схема струйного аппарата

Гидроструйный насос, как правило, состоит из следующих основных элементов: рабочего сопла 1, камеры смешения 3, диффузора 4 и входного участка горловины 2 (конфузора).

В сопле жидкость за счёт сужения поперечного сечения приобретает большую скорость, кинетическая энергия её возрастает, а потенциальная, следовательно, уменьшается. При этом давление снижается и при определённой скорости становится меньше атмосферного, т.е. во всасывающей камере возникает вакуум. Под действием вакуума жидкость поступает во всасывающую камеру и далее в камеру смешения. В этой камере происходит перемешивание потока рабочей жидкости Q_Р и перекачиваемой жидкости Q_x, при этом рабочая жидкость отдаёт часть энергии перекачиваемой жидкости. Пройдя камеру смешения, поток поступает в диффузор, где его скорость постепенно уменьшается, а статический напор увеличивается.

В струйном насосе происходят очень сложные гидродинамические и тепловые процессы. В настоящее время, несмотря на большое количество работ в этой области, нет единой, установившейся теории, с помощью которой можно было бы определить наиболее выгодные параметры рабочей среды, оптимальные размеры данного насоса, установку сопла и т.д. Все эти вопросы решаются, базируясь на данных эксперимента.

Рис. 63. Гидроструйный насос

Достоинствами гидроструйных насосов являются простота конструкции, надёжность в работе, небольшие габариты и невысокая стоимость. К недостаткам можно отнести низкий КПД и необходимость подачи к соплу относительно больших расходов жидкости под высоким давлением.

Гидроструйные насосы используются для подъёма воды из артезианских скважин, для водоотлива и водопонижения при производстве строительных работ, для подмешивания горячей воды в системах отопления. На канализационных сооружениях их используют, например, для удаления осадка из песколовок и перемешивания ила в метантенках. Гидроструйные насосы можно применять также для откачивания воздуха из центробежных насосов перед их пуском.