Лекції № 5
Динамічні насоси - це насоси, в якому середовище переміщається під
силовим впливом на неї в камері, постійно сполученої з входом і виходом насоса. Розрізняють лопатеві (відцентровий насос), тертя (струменевий насос, вихровий насос, дисковий насос) і електромагнітні динамічні насоси.
Відцентровий насос - насос, в якому рух рідини і необхідний натиск створюються за рахунок відцентрової сили, що виникає при впливі лопатей робочого колеса на рідину.
Відцентрові насоси становлять досить великий клас насосів. Перекачування рідини або створення тиску проводиться у відцентрових насосах обертанням одного або декількох робочих коліс.
Відцентрові насоси класифікують за:
1) числу коліс (одноколісні багатоколісного); крім того, одноколісні насоси виконують з консольним розташуванням вала - консольні;
2) напору (низького тиску до 2 кгс / см2 (0,2 МН / м2), середнього натиску від 2 до 6 кгс / см2 (від 0,2 до 0,6 МН / м2), високого напору більше 6 кгс / см2 (0,6 МН / м2));
3) способом підведення води до робочого колеса (з одностороннім входом води на робоче колесо, з двостороннім входом води (подвійного всмоктування));
4) розміщенням валу (горизонтальні, вертикальні);
5) способу роз'єму корпусу (з горизонтальним роз'ємом корпусу, з вертикальним роз'ємом корпусу);
6) способом відведення рідини з робочого колеса в спіральний канал корпусу (спіральні і турбінні).
У спіральних насосах рідина відводиться безпосередньо в спіральний канал; в турбінних рідина, перш ніж потрапити в спіральний канал, проходить через спеціальний пристрій - направляючий апарат (нерухоме колесо з лопатками);
7) ступеня швидкохідності робочого колеса (тихохідні, нормальні, швидкохідні);
8) роду рідини (водопровідні, каналізаційні, кислотні та лужні, нафтові, землесосні і ін.);
9) способу з'єднання з двигуном (приводні (з редуктором або зі шківом), безпосереднього з'єднання з електродвигуном за допомогою муфт). Насоси з шківних приводом зустрічаються в даний час рідко.
Основними частинами відцентрового насоса (рис. 11) є: корпус 6 насоса зі всмоктуючим 1 і нагнітальним 3 патрубками. Усередині корпусу є робоче колесо 4, жорстко посаджене на вал 2. У корпусі навколо робочого колеса змонтований направляючий апарат 5.
Мал. 11. Відцентровий насос.
Корпус насоса з патрубками служить для підходу рідини до робочого колеса і для відводу рідини після впливу на неї робочого колеса в напірний трубопровід. При обертанні робоче колесо своїми лопатями безпосередньо впливає на рідину, а також створює усередині насоса поле відцентрових сил за рахунок енергії двигуна.
Мал. 12. Робоче колесо.
Зазвичай робоче колесо відцентрового насоса (рис. 12) являє собою два диски: один плоский з втулкою, а другий має вид широкого кільця 2. Між дисками змонтовані лопаті 3 робочого колеса, що утворюють розширюються канали. У центральній частині колеса є втулка 4, за допомогою якої воно монтується на валу, Всі перераховані елементи робочого колеса виготовляються у вигляді єдиної виливки або за допомогою зварювання.
Принцип роботи відцентрового насоса полягає в наступному. При пуску корпус насоса повинен бути заповнений крапельної рідиною. При швидкому обертанні робочого колеса його лопаті безпосередньо силовий вплив на частинки рідини. Крім того, створюється поле відцентрових сил в рідині, що знаходиться в межлопастное просторі робочого колеса. Таким чином, рідина, піддаючись силового впливу лопатей робочого колеса, з великою швидкістю переміщається від центру до периферії, звільняючи межлопастное канали робочого колеса. Тому в центральній частині робочого колеса тиск знижується і під дією зовнішнього, найчастіше атмосферного тиску, рідина входить у всмоктуючий патрубок і знову підводиться до центральної частини робочого колеса.
Рідина, що виходить з каналів робочого колеса по його вихідному діаметру, потрапляє в межлопастное простір нерухомого направляючого апарату. У напрямному апарату рідина, що має велику швидкість, як би гальмується і її кінетична енергія частково перетворюється в потенційну енергію тиску в сприятливих умовах перебігу через плавно змінюються канали. Якщо направляючий апарат відсутній, то перетворення кінетичної енергії потоку в потенційну енергію тиску відбувається в спіральному корпусі насоса в умовах менш сприятливих.
Струменеві насоси з числа насос-апаратів мають найбільш широку сферу застосування і найбільша різноманітність конструкцій. Одним з них є водоструминний насос, дія якого полягає в основному з трьох процесів - перетворення потенційної енергії робочої рідини в кінетичну (в конічному сходиться насадки), обміну кількістю руху між частинками робочої рідини і подається середовища (в камері змішання), а також переходу кінетичної енергії суміші робочої й транспортується рідин в потенційну (в дифузорі). Завдяки цьому в камері змішання створюється розрідження, що забезпечує всмоктування подається середовища. Потім тиск суміші робочої й транспортується рідин значно підвищується в результаті зниження швидкості руху, що робить можливим нагнітання. Струменеві насоси прості по пристрою, надійні і довговічні в експлуатації, але їх ккд не перевищує 30%.
У струменевих насосах (рис. 13, а), званих також Інжект-рами, ежекторами, гідроелеваторами, потік корисної подачі Qo переміщається і отримує енергію завдяки змішанню з робочим потоком Q1 володіє більшою енергією. Повна подача на ви-ході з насоса
Енергія цього потоку більше енергії потоку корисної подачі Qo. але менше енергії робочого потоку Q1 перед входом в насос.
Струменевий насос складається з робочого сопла 3 з підведенням 2 робочого потоку, камери 5 змішання, дифузора 6 і підведення 1 потоку корисної подачі з вхідним кільцевим соплом 4 камери змішання.
Мал. 13. Струменевий насос
а - схема і розподіл напорів в проточній частині, б - схема процесу змішування
1) робочий напір, що витрачаються в насосі і рівний різниці напорів робочого потоку на вході в насос (перетин b - b) і на виході з нього (перетин з - с),
2) корисний напір, створюваний насосом і рівний різниці на-порового рідини, що подається за насосом (перетин з - с) і перед ним (перетин а - а),
3) витрата робочої рідини
;
4) корисна подача
.
ККД струминного насоса дорівнює відношенню корисної потужності до витраченої:
.
Його максимальне значення невелике і становить.
Вихровий насос - динамічний насос, рідина в якому переміщається по периферії робочого колеса в тангенціальному напрямку. Перетворення механічної енергії приводу в потенційну енергію потоку (напір) відбувається за рахунок множинних вихорів, порушуваних лопатевим колесом в робочому каналі насоса.
Вихрові насоси застосовуються в тих випадках, коли потрібна мала подача при відносно великих напору. Зважених вихрові насоси типів ВС і ВКС застосовують як дренажні для відкачування води з заглиблених насосних станцій.
Основним робочим елементом даного насоса є крильчатка виконана з латуні, бронзи або чавуну.
У системах водопостачання застосовуються вихрові насоси закритого типу.
У вихорі - дві складові обертального руху.
Перше - рух частинок води навколо осі обертання насоса. І під дією відцентрових сил частинки набувають кінетичну енергію.
Друге рух - обертальний всередині кожного осередку. Тут частинки води також набувають додаткову швидкість, а значить, і додаткову кінетичну енергію. Крім того, обертаючись, частинки води переходять до сусіднього осередок і там додають швидкість внутрішнього обертання, поки не досягнуть вихідного каналу корпусу насоса. Швидкість руху частинок в вихорі набагато вище, ніж у відцентрових насосів з однаковими габаритними розмірами робочого колеса. Отже, одне робоче колесо вихрового насоса може створити напір в 5-7 разів більше, ніж у насоса відцентрового типу. Але витрата води цих насосів значно нижче. Недоліком даних насосів є нездатність перекачувати воду навіть з незначними механічними домішками. Стирається поверхню крильчатки, і, як наслідок, відбувається втрата напірної характеристики насоса. Перевага в тому, що для чистої води ці насоси - найпростіші і дешеві.
Мал. 14. Вихровий насос
a - поперечний розріз по осі патрубків; 6 - колесо закритого типу; в - колесо відкритого типу.
Дисковий насос - динамічний насос, в якому рідке середовище переміщується від центру до периферії дисків, що обертаються в результаті взаємодії з ними; характеризується малими значеннями подачі і напору. Іноді дисковий насос називають відцентровим-шнековим насосом і розглядають як різновид відцентрового насоса з підведенням рідини до робочого органу виконаному у вигляді мелкозаходного шнека великого діаметра (дисків), розташованому по центру, з викидом по дотичній вгору або пліч від корпусу. Такі насоси здатні перекачувати карамелізуются і склеюються рідкі маси.