16.9. Насосы трения

Насосы трения относят, так же как и лопастные, к группе динамических насосов. В этих насосах силовое взаимодействие происходит в проточной части за счет сил трения, причем их проточная часть, как и у всех динамических насосов, постоянно сообщается с входом и выходом. Так как в основу работы этих насосов заложен принцип трения, то эффективность их работы невысока – низкие КПД. Поэтому насосы трения не получили широкого распространения в технике. Из насосов этого типа наиболее часто используются вихревые и струйные насосы.

16.9.1. Вихревые насосы

Вихревые насосы принято относить к насосам трения, однако по своему рабочему процессу и свойствам они близки также к центробежным (лопастным) насосам.

Конструктивная схема вихревого насоса приведена на рис. 16.8. Основной деталью насоса является рабочее колесо 1 с радиальными или наклонными лопатками. Колесо установлено в корпусе 3 и приводится во вращение валом 2. Важным конструктивным элементом является концентрический канал 4, который охватывает колесо по большей части окружности – от входного отверстия до выходного. По меньшей части окружности (от выходного отверстия до входного) канал отсутствует, что служит уплотнением между напорной и всасывающей полостями.

При вращении рабочего колеса 1 в межлопаточных полостях и концентрическом канале 4 образуются вихри 5, что приводит к непрерывному перемещению частиц жидкости из межлопаточных полостей колеса в канал и обратно. За счет этого происходит передача энергии от колеса к жидкости в концентрическом канале. Жидкость в канале как бы увлекается образовавшимися вихрями и перемещается вместе с колесом от полости всасывания к полости нагнетания.

К вихревым насосам могут быть применены те же законы теории подобия, что и для лопастных насосов, в том числе методы пересчета характеристик. Коэффициенты быстроходности для вихревых насосов n_s = 5…50.

Вихревые насосы по сравнению с центробежными насосами создают значительно большие напоры (в 3…10 раз) при тех же размерах и частоте вращения. Они обладают свойством самовсасывания, но имеют весьма низкие КПД (η = 0,30…0,45).

16.9.2. Струйные насосы

Струйные насосы также относятся к динамическим насосам трения. У этих насосов отсутствуют вращающиеся части, а поток перекачиваемой жидкости перемещается за счет трения, возникающего между ним и другим (рабочим) потоком жидкости. Рабочий поток жидкости подводится к насосу извне и должен обладать достаточной энергией для обеспечения перекачки жидкости с заданными параметрами. Его можно считать условным рабочим органом данного насоса. Рабочий и перекачиваемый потоки могут быть одной и той же или разными жидкостями.

На рис. 16.9 приведена одна из возможных конструктивных схем струйного насоса. Он состоит из полости 1 для подвода перекачиваемой жидкости, сопла 2 для подвода рабочей жидкости, сопла 3 для подвода перекачиваемой жидкости, камеры смешивания 4 и диффузора 5. Рабочая жидкость под напором подводятся к соплу 2, из которого вытекает с большой скоростью v₁ в камеру смешивания 4. Перекачиваемая жидкость из полости 1 через сопло З также подводятся в камеру смешивания. В последней за счет трения струя рабочей жидкости увлекает перекачиваемую жидкость, обеспечивая ее нагнетание. При этом рабочая и перекачиваемая жидкости перемешиваются и образуют общий поток, движущийся со скоростью v₂ (v₂<v₁). Диффузор 5 необходим для преобразования кинетической энергии, которой обладает поток на выходе из камеры смешивания, в пьезометрический напор на выходе насоса, т.е. для повышения давления.

В зависимости от видов рабочих и перекачивающих жидкостей различают следующие разновидности струйных насосов:

эжектор – оба потока являются жидкостями;

элеватор – для рабочего потока используется жидкость, которая перекачивает пульпу (смесь жидкости с песком, шлаком и т.д.) или жидкость другой температуры (в системах отопления);

инжектор – для рабочего потока используется газ (пар), который перекачивает жидкость.

Как было отмечено, существенным преимуществом струйных насосов является отсутствие подвижных и вращающихся частей. Кроме того, они малочувствительны к загрязненным и агрессивным жидкостям. В качестве их недостатков следует отметить невысокие давления на выходе и крайне низкие КПД (η = 0,20…0,35). Струйные насосы могут быть использованы одновременно как смесители.