Вихревой насос принцип работы

Вихревые насосы. Принцип работы вихревых насосов. Достоинства и недостатки.

Вихревые насосы являются разновидностью лопастных насосов. Рабочее колесо вихревых насосов представляет собой массивный стальной диск с фрезерованными по окружности пазами, образующими прямолинейные короткие лопатки. Всасывающий и напорные патрубки насоса обычно расположены в верхней части корпуса, что обеспечивает последующее самовсасывание насоса после одноразового залива при первоначальном пуске насоса. Внутри корпуса концентрично к оси вала насоса расположен отливной канал, идущий по направлению вращения от входного до напорного патрубка. Между всасывающим и напорным патрубками расположена перемычка, подходящая к рабочему колесу с минимальным зазором (0,15-0,2 мм) и перекрывающая не менее 2-х лопаток рабочего колеса. Перемычка отделяет всасывающую полость от напорной.

Рис.4. Схема устройства и работы вихревого насоса: 1-рабочее колесо; 2-лопатка; 3-корпус; 4-всасывающий патрубок; 5-напорный патрубок

Принцип действия вихревых насосов подобно центробежным основан на использовании центробежной силы, возникающей при вращении рабочего колеса. Однако в их работе имеются и некоторые особенности. При вращении рабочего колеса насоса некоторый объем жидкости из всасывающего трубопровода поступает в пазы рабочего колеса и движется от периферии к центру, то есть иначе, чем в центробежных насосах. Затем этот объем жидкости под воздействием центробежной силы начинает двигаться вдоль лопатки, от центра к периферии насоса, и, получив скоростную энергию, отбрасывается в отливной канал. В канале скоростная энергия объема жидкости переходит в энергию давления. Под действием давления и подсасывающего действия лопаток колеса этот объем жидкости снова попадает на лопатки, и цикл повторяется. Таким образом, за полный оборот рабочего колеса указанный цикл повторяется многократно, причем каждый раз происходит приращение энергии и, следовательно, напора.

Вихревые самовсасывающие насосы для воды: устройство, принцип действия, сферы применения

Благодаря этому вихревой насос развивает напор, в 2-4 раза больший, чем центробежный насос с таким же диаметром рабочего колеса.

Недостатки этих насосов: сравнительно невысокий кпд (20-50 %) и быстрый износ зазора при подъеме воды, содержащей песок. Поскольку минимальный зазор между рабочим колесом и корпусом, как уже говорилось, не должен превышать 0,15-0,2 мм, вихревые насосы предназначены для перекачки жидкостей, не содержащих абразивных примесей.

Вихревые насосы выпускаются производительностью от 8 до 60 м3/ч с напором от 25 до 250 метров. Выпускаются также комбинированные насосы, в которых в одном корпусе размещаются колеса центробежного и вихревого типов. Эти насосы отличаются лучшим кпд.

Вихревые насосы: устройство и принцип действия

Насосы пластинчатые (шиберные)



Пластинчатые (шиберные, коловратные) насосы нашли широкое применение в гидроприводах технологического оборудования, работающих при давлениях жидкости до 6,3 или до 12,5 МПа. Это объемные гидромашины, функцию вытеснителей в которых выполняют две или несколько пластин (шиберов).
Не следует путать пластинчатые насосы с лопастными насосами, поскольку термин «лопастные» в настоящее время закреплен за динамическими насосами, имеющими рабочий орган в виде центробежного, осевого или диагонального вентилятора.

Различают пластинчатые насосы:

  • однократного действия,
  • двукратного действия.

Работу пластинчатого насоса легко уяснить из примеров, приведенных на рисунках 1, 2, 3.
Пластинчатый насос однократного действия (рис. 2, 3) состоит из корпуса 1, в цилиндрической расточке которого эксцентрично (со смещением) расположен ротор 2.
В пазах ротора размещены незакрепленные пластины 3.

Вихревые насосы

К торцам ротора крышками поджаты распределительные диски с окнами B всасывания и H нагнетания, соединенные каналами в корпусе соответственно с входным и выходным отверстиями насоса.

Насос представляет собой многокамерную роторную гидравлическую машину.
Каждая камера образована поверхностями двух соседних пластин, ротора, корпуса и распределительных дисков.
При вращении ротора насоса от приводного электродвигателя пластины выдвигаются из пазов, и постоянно прижимаются к поверхности расточки корпуса центробежными силами.
Если ротор вращается по часовой стрелке, то рабочие камеры, расположенные слева от вертикальной оси, увеличивают свои объемы. В них создается вакуум, и жидкость за счет разности давлений поступает из бака насосной станции через окно B в камеры насоса, — происходит всасывание.
Одновременно камеры, расположенные справа от оси, уменьшают свои объемы, и находящаяся в них жидкость вытесняется через окно H в напорную линию с избыточным давлением — происходит процесс нагнетания.
За один оборот ротора каждая камера совершает один полный цикл, то есть осуществляет всасывание и нагнетание.

Если поместить ротор внутри кольца, которое может перемещаться в корпусе насоса, то можно создать регулируемую гидравлическую машину.
Производительность такого насоса будет зависеть от величины эксцентриситета, а направление движения потока жидкости от направления (вверх или вниз) смещения оси кольца от оси ротора, причем подача насоса будет равна нулю, если е= 0, то есть когда оси ротора и статора совпадают.

Недостатком рассмотренной схемы является значительная по величине и постоянная по направлению нагрузка F на опоры ротора, вызванная разностью давлений ризб и рвак в камерах нагнетания и всасывания.

Теоретическую производительность пластинчатого насоса однократного действия определяют по формуле:

Qm = 2e(2πR – zS)bn,м3/с    (1)

где:
e – эксцентриситет (смещение оси статора насоса по отношению к оси ротора);
R – радиус цилиндрической расточки статора;
z – число пластин;
S и b – толщина и ширина пластин;
n – частота вращения ротора насоса (вала приводного электродвигателя).

Регулируемые пластинчатые насосы однократного действия нашли применение в приводах технологического оборудования с объемным способом регулирования (в том числе и автоматического) скорости гидравлических двигателей, работающих под давлением жидкости до 6,3 МПа.

***



Принцип работы пластинчатого насоса двукратного действия

Пластинчатый насос двукратного действия (рис. 4) имеет ряд существенных конструктивных и эксплуатационных отличий от насоса однократного действия.
Корпус 1 насоса имеет внутреннюю расточку, профиль которой образован двумя дугами радиусов R и r, а также переходными кривыми, сопрягающими указанные дуги на участках всасывания и нагнетания. Две зоны всасывания B и две зоны нагнетания H расположены в корпусе насоса симметрично друг против друга.
Оси расточки корпуса и ротора 2 совпадают.

Жидкость из зон нагнетания H подведена в кольцевую проточку 3, из которой она поступает под торцы пластин 4, поэтому радиальное перемещение пластин и прижим их к профилированной поверхности корпуса производится не только центробежной силой, но и силой давления жидкости.
В некоторых моделях насосов жидкостью поджимают и распределительные диски, расположенные по торцам ротора. Эти конструктивные решения уменьшают внутренние утечки в насосе.

При вращении ротора насоса против часовой стрелки, камеры, расположенные справа от вертикальной оси и ниже горизонтальной оси увеличивают свой объем, давление в них падает до величины меньше атмосферного (создается разрежение) и жидкость из бака поступает в насос — происходит процесс всасывания.
Следующую четверть оборота камеры уменьшают свой объем, пластины оказывают силовое действие на жидкость и вытесняют ее в напорный трубопровод под избыточным давлением — происходит процесс нагнетания.
Таким образом, за один оборот ротора полный цикл работы насоса повторяется дважды, то есть происходит двукратное действие насоса.

Из-за диаметрально противоположного размещения рабочих полостей в насосе силы давления жидкости на ротор уравновешены, а опоры ротора разгружены, что является существенным преимуществом по сравнению с ранее рассмотренными конструкциями насосов.

Пластинчатые насосы могут использоваться в режиме гидромотора только в том случае, если в пространстве под пластинами расположены пружины, осуществляющие прижим пластин к корпусу статора. При отсутствии таких пружин насос не является обратимым, и не способен преобразовывать энергию потока жидкости в механическую энергию (т. е. не способен выполнять функции гидродвигателя).

Теоретическая производительность пластинчатого насоса двукратного действия определяется по формуле:

Qm = 2bn(R – r),   м3/с     (2)

где:
b – ширина пластины;
R и r – соответственно большой и малый радиусы расточки корпуса;
z – число пластин;
S – толщина пластины;
n – частота вращения ротора (вала приводного электродвигателя).

Анализ формулы (2) показывает, что производительность (подачу) данного насоса можно изменять только за счет регулирования частоты вращения вала приводного двигателя, следовательно, сам пластинчатый насос двукратного действия представляет собой нерегулируемую машину.

***

Достоинства и недостатки шиберных насосов

В сравнении с шестерёнными, пластинчатые гидромашины создают более равномерную подачу, а в сравнении с роторно-поршневыми и поршневыми гидромашинами — конструктивно проще, менее требовательны к загрязнениям рабочей жидкости, и, как следствие, — значительно дешевле в изготовлении и эксплуатации.

Пластинчатые гидромашины широко применяются в системах объёмного гидропривода (например, в приводе металлорежущих станков, системах гидроусилителей рулевого управления автомобилей и т. п.).
Пластинчатые (шиберные) насосы применяют в приводах технологического оборудования с объемным или дроссельным регулированием скорости гидравлического двигателя при сравнительно высоких давлениях (до 12,5 МПа).
Эти насосы не на много дороже шестеренных (зубчатых) насосов, отличаются простотой конструкции, компактностью, высоким КПД(до 85%), допускают эксплуатацию при частотах вращения ротора до n= 30 с-1. Именно благодаря этим качествам пластинчатые насосы нашли применение в таких ответственных системах автомобилей, как гидравлические усилители рулевого управления.

Достоинства пластинчатых насосов

  • сравнительно низкая, по сравнению с другими типами объемных насосов, пульсация подачи (для насосов) и расхода (для гидромотора);
  • достаточно низкий уровень шума (в сравнении, например, с шестерёнными гидромашинами);
  • возможность регулировать рабочий объём за счет геометрических параметров проточной камеры или эксцентриситета вала насоса относительно камеры.

Недостатки пластинчатых (шиберных) насосов

  • сложность конструкции и низкая ремонтопригодность (отражается на стоимости изготовления и эксплуатации);
  • относительно низкие рабочие давления (в сравнении, например, с шестеренными насосами);
  • залипание пластин при низких температурах и вероятность их заклинивания при слишком высоких температурах (конструкционный недостаток).

***

Поршневые насосы



Виды погружных водяных насосов, устройство и принцип работы

Подача и транспортировка воды в системе водоснабжения может проводится за счет погружного насоса. Подобное оборудование может классифицироваться по достаточно большому количеству различных признаков. Выбрать подходящую модель можно только при учете всех его эксплуатационных характеристик. Рассмотрим классификацию, а также конструктивные особенности каждого варианта исполнения подробнее.

Особенности погружного оборудования

Несмотря на то, что в продаже встречается просто огромное количество различных вариантов исполнения погружных насосов, все они характеризуются одинаковыми эксплуатационными характеристиками. Примером можно назвать нижеприведенные моменты:

  1. На момент эксплуатации устройство полностью погружается в транспортируемую жидкость.

    Вихревые насосы. Принцип работы вихревых насосов. Достоинства и недостатки.

    Это возможно за счет достижения высокой степени изоляции корпуса.

  2. Вода становится охлаждением. Именно поэтому устройство работает практически бесшумно, а также есть возможность применения на протяжении длительного периода.
  3. Эксплуатация при сухом ходе запрещена, так как это может стать причиной разрушения основных конструктивных элементов.

В последнее время погружное оборудование получило весьма широкое распространение. Это связано с повышенной эффективностью применения, а также многими другими эксплуатационными особенностями.

Виды насосов

Основное предназначение рассматриваемого оборудования заключается в откачивании жидкости из подземных источников для дальнейшей транспортировки воды по трубопроводу.

В зависимости от сферы применения выделяют следующие группы устройств:

  1. Промышленного предназначения. Эта группа характеризуется тем, что может поднимать жидкость с большой глубины. Предел устанавливается в диапазоне 1000 метров. Однако, высокая производительность становится причиной, по которой существенно увеличиваются размеры конструкции и ее вес, а также стоимость. Встречается оборудование подобного типа в самых различных промышленных предприятиях.
  2. Варианты исполнения бытового применения также получили широкое распространение. Они устанавливаются для водоснабжения загородных домов или дач, для обеспечения надежного функционирования оросительных систем. Группа промышленных моделей характеризуется относительно невысокой стоимостью. Кроме этого, бытовые устройства имеют малый вес и габариты, просты в установке и могут обслуживаться самостоятельно.

Промышленные насосы можно встретить исключительно в специализированных магазинах, что можно связать с их достаточно высокой стоимостью.

Другая классификация касается схемы установки. По этому признаку выделяют следующие группы насосов:

  1. Штанговые.
  2. Бесштанговые.

Во вторую группу входят в основном электрические центробежные насосы. Основная и заборная часть в этом случае опускается в передаваемую среду, за счет чего они удобные в монтажа и эксплуатации. Штанговые устройства представлены гидромашинами, основная часть которых находится на поверхности, в среду погружается лишь определенная часть. Штанги устанавливаются для передачи тяги к заборной части от электродвигателя.
Классификация проводится также по конструктивных особенностям насосов. По этому признаку выделяют следующие варианты исполнения:

  1. Центробежные.
  2. Вихревые и вибрационные.

Наибольшее распространение получили варианты исполнения вибрационного и вихревого типа. Это связано с их высокой надежностью и производительностью.

Центробежные модели

 

В рассматриваемую группу устройств входит насос центробежного типа. Их особенностями являются нижеприведенные моменты:

  1. Основной рабочий орган – колесо с лопастями. Он закрепляется на валу и получает вращение от электрического двигателя.
  2. На момент вращения колеса в камерах, образующихся лопастями и стенками корпуса, создается центробежная сила, за счет которых происходит выбрасывание воды к стенкам конструкции. В это же время происходит разряжение других камер, за счет чего вода всасывается из подводящего патрубка.
  3. Исключить вероятность попадания твердых включений в рабочую камеру смогли за счет установки фильтрующего элемента. Как правило, элемент для грубой очистки расположен на подводящем патрубке.

Существенным недостатком этого варианта исполнения назовем то, что для длительной эксплуатации он должен обладать современной конструкцией. Для этого применяются качественные материалы, которые существенно повышают стоимость оборудования. Для экономии могут устанавливаться варианты исполнения вихревого типа.

Вихревые погружные насосы

  1. Вихревые варианты исполнения устанавливаются в том случае, если вода поднимается с относительно небольшой глубины. Среди особенностей этого предложения отметим нижеприведенные моменты:
  2. Внутри устройства создаются высокочастотные колебания, за счет которых обеспечивается разряжение камеры и создания требующегося давления.
  3. В качестве подвижного элемента применяется поршень. Он совершает возвратно-поступательное движение, за счет которого и обеспечивается передвижение водяного тока.
  4. Значимыми достоинствами этого варианта исполнения назовем компактные размеры, а также невысокую стоимость и минимальное потребление электроэнергии. Невысокая цена сравнима со стоимостью центробежных конструкций.
  5. Есть и довольно большое количество существенных недостатков, к примеру, невысокая мощность. Поэтому вихревой насос применяется для подъема воды с небольшой глубины. От вибрации, которая возникает на момент работы устройства, могут разрушаться стенки скважины (подобный недостаток решается за счет установки дополнительных резиновых колец).

На момент работы поршень способен совершать большое количество поступательных движений. За счет этого создается вибрация, которая и обеспечивает транспортировку жидкости со скважины на поверхность.

Рекомендации по выбору

 

К выбору погружного насоса следует отнестись с большой ответственностью. Неправильно подобранный насос не прослужит в течение длительного периода, а также не обладает требуемыми свойствами. Погружные устройства выбирают по нижеприведенным причинам:

  1. Легкость выполнения монтажных работ.
  2. Отсутствие шума на момент работы.
  3. Устройство может применяться для обеспечения бесперебойной подачи воды.
  4. Относительно небольшие габариты.
  5. Отсутствует необходимость в создании дополнительной системы охлаждения, так как для этого используется сама среда.
  6. При изготовлении корпуса применяются материалы с антикоррозионными свойствами.

Без глубинного насоса практически не обойтись в случае водоснабжения частного дома, который расположен на расстоянии от центральной системы водоснабжения. При выборе более подходящего устройства уделяется внимание:

  1. Основным характеристикам скважины, ее диаметру и глубине.
  2. Суммарному показателю потребления всех установленных устройств в доме. Этот показатель применяется для определения того, какой производительностью должно обладать оборудование.
  3. Наличие или отсутствие на участке источника электроэнергии. Практически все погружные насосы работают от стандартной сети электропитания 220 В.
  4. Геологическая информация об участке, на котором планируется установка устройства. Примером можно назвать показатель глубины залегания подземных вод.

Есть и технические характеристики устройств, которые должны учитываться. Наиболее важными можно назвать:

  1. Производительность устройства. Этот показатель определяет то, сколько жидкости перекачивается в течение определенного временного периода.
  2. Напор определяется в метрах водяного столба. Подобное значение применяется для определения того, на какую высоту может быть поднят столб жидкости.
  3. Мощность устройства также имеет значение. Как ранее было отмечено, вращение передается от электрического двигателя. С повышением его мощности повышается показатель энергопотребления.

При выборе погружного насоса рекомендуется отдавать предпочтение варианту исполнения, который имеет более высокую мощностью двигателя. Подобный подход к выбору позволяет исключить вероятность перегрева устройства при его длительном применении.

В заключение отметим, что установка рассматриваемого оборудования, как правило, не вызывает существенных проблем. При необходимости работу можно провести самостоятельно. Кроме этого, рекомендуется выполнять регулярное техническое обслуживание для существенного увеличения срока эксплуатации насоса.
 

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *