2.1 Классификация лопастных насосов
По принципу действия: лопастные насосы разделяются на центробежные, осевые и вихревые. Некоторые конструкции построены на совмещении различных принципов (например, центробежно-осевые, центробежно-вихревые и другие).
Кроме того, лопастные насосы классифицируются:
1) по расположению оси вала – горизонтальные и вертикальные;
2) по числу рабочих колес – одноколесные и многоколесные. Последние могут иметь колеса, действующие последовательно (многоступенчатые насосы) или параллельно (многопоточные насосы);
3) по способу соединения с двигателем – моноблок-насосы, соединенные при помощи муфты, и приводные (со шкивом или редуктором);
4) по назначению – насосы общего назначения (для воды с температурой до 105° С, а также для жидкостей, имеющих сходные с водой свойства в отношении вязкости и химической активности) и насосы, приспособленные к специальным жидкостям или условиям работы.
Существуют также разграничения насосов в зависимости от конструкции рабочих колес и отводов, от расположения опор и конструкции корпуса.
2.2 Принцип действия лопастных насосов
Лопастной насос является обращенной турбиной в том смысле, что его лопастная система передает работу жидкости, а не воспринимает ее. Можно выделить три основных типа насосов с различным принципом действия: центробежный, осевой и вихревой.
Рисунок 2.1 – Схема центробежного насоса
В центробежном насосе (рис. 2.1) используется радиальная решетка лопастей, оформленная в виде рабочего колеса. Жидкость, проходя через лопасти, получает вращательное движение и под действием центробежных сил выбрасывается в один или несколько периферийных каналов, служащих для плавного отвода в напорный расширяющийся патрубок (диффузор). Здесь скорость жидкости снижается, а давление увеличивается. Вокруг ступицы рабочего колеса создается область пониженного давления, благодаря чему возникает постоянный приток жидкости из подводящего патрубка насоса.
В осевом насосе (рис. 2.2) решетка осевая, а поток жидкости параллелен оси вращения, как в прямоточной турбине. Возникновение движения жидкости в осевом насосе можно объяснить, представив лопатку как элемент многозаходного, по числу лопаток, винта.
Рисунок 2.2 – Схема осевого насоса
Центробежно-осевые насосы (или полуосевые) основаны на совмещении двух рассмотренных выше принципов, и благодаря их существованию строгая граница между центробежными и осевыми насосами отсутствует.
Принцип действия вихревого насоса отчетливо выявляется в конструкции, изображенной на рис. 2.3. Кольцевая полость 1 соединена с всасывающим и нагнетательным патрубками. В этой полости жидкость увлекается в круговое движение посредством своеобразного «трения», создаваемого интенсивным перемешиванием жидкости между межлопаточными ячейками рабочего колеса 2 и примыкающим к нему боковым каналом. Как показано в сечении а—а, под действием центробежных сил по периферии колеса возникает циркуляционное вихревое течение. На него накладывается второе течение, вызванное давлением лопаток на жидкость, т. е. перепадом давления на передней и задней сторонах лопаток; относительно движущегося колеса. Обмен импульсами за счет вторичных течений столь интенсивный, что при равных размерах и скоростях вращения вихревой насос преодолевает более высокий перепад давления, чем центробежный насос.
Рисунок 2.3 – Схема вихревого насоса
В отличие от объемных лопастные насосы не обладают способностью самовсасывания. Воздух, первоначально находящийся во всасывающей трубе, не может быть откачан самим насосом до создания вакуума, достаточного для подъема жидкости и заполнения ею насоса. Поэтому перед пуском лопастной насос заливают жидкостью извне или же снабжают вспомогательным вакуум-насосом или эжектором.
Среди лопастных насосов вихревой насос в этом отношении составляет исключение, так как специальным расположением входного отверстия ему придаются свойства насоса объемного действия.