Подвода и отвода

Проточная полость всех лопастных насосов состоит из трех основных элементов - подвода, рабочего колеса и отвода. Назначением рабочего колеса является передача жидкости энергии, подводимой к валу насоса. Обычно рабочие колеса отливают целиком вместе с лопатками. Малые колеса тихоходных насосов, имеющие узкие каналы, часто выполняют сборными. При этом штампованные лопатки приваривают или приклепывают к литым или штампованным ведомому и ведущему дискам. Иногда сборное колесо состоит только из двух частей - из ведущего диска, в котором выфрезерованы лопатки, и из ведомого диска. Сборная конструкция дает возможность производить тщательную обработку внутренней поверхности каналов между лопатками, что уменьшает гидравлические потери и увеличивает эрозионную стойкость рабочего колеса.

Число лопаток у центробежных колес обычно равно шести - десяти, у осевых колес - трем - пяти. Рабочие колеса насосов, перекачивающих загрязненные жидкости, имеют две-четыре лопатки (см. рис. 5.47). Рабочее колесо этих насосов выполняют широким. Уменьшение числа лопаток и увеличение ширины колеса увеличивает площадь проходов между лопатками и препятствует закупориванию каналов.

Рабочие колеса выполняют с односторонним (см. рис, 5.1) или двусторонним (см. рис. 5.3) входом. Колесо двустороннего входа имеет два ведомых диска и один ведущий диск со ступицей. Эти колеса имеют два входа (жидкость входит в колесо с двух сторон) и один выход.

По подводу жидкость подается в рабочее колесо из подводящего трубопровода. Подвод должен обеспечить по возможности осесимметричный поток на входе в колесо. Если осевая симметрия, потока у входа в колесо отсутствует, то треугольники скоростей и, следовательно, углы b₁ наклона относительной скорости (см. рис. 5.9) различны для разных точек входного сечения потока, расположенных на одинаковом расстоянии от оси колеса. В этом случае при любой установке входного элемента лопатки па некоторых струйках получаются чрезмерно большие углы атаки (углом атаки называется угол между лопаткой и относительной скоростью на входе), приводящие к срыву потока с лопатки. Это вызывает дополнительные гидравлические потери и местное снижение давления, в результате которого уменьшается допустимая высота всасывания насоса.

Основными формами подвода являются следующие.

Прямоосный конфузор (см. рис. 5.1) применяют в том случае, если рабочее колесо закреплено консолью на конце вала насоса и вал не проходит через подвод. Сходящийся конус (конфузор) обладает способностью выравнивать поле скоростей. Гидравлическое сопротивление конфузоров весьма мало. Таким образом, прямоосный конфузор удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к подводам.

Кольцевой подвод (рис. 5.45) представляет собой кольцевой канал постоянного сечения, расположенный по окружности входа в рабочее колесо. Этот канал соединен с входным патрубком насоса, расположенным сбоку перпендикулярно к оси. Кольцевой подвод применяют в многоступенчатых насосах секционного типа (см. рис. 5.59) в качестве подвода первой ступени. Он не обеспечивает осевой симметрии потока у входа в рабочее колесо. Так, окружная составляющая скорости жидкости направлена с правой стороны по ходу часовой стрелки, с левой - против нее. Кроме того, за валом насоса при его обтекании образуется вихревая зона. Нарушение осевой симметрии потока у входа в рабочее колесо несколько уменьшается при увеличении площади сечения кольцевого канала и, следовательно, уменьшении скорости жидкости в подводе.

Спиральный подвод (рис.5.46) представляет собой спиральный канал, расположенный по окружности входа в рабочее колесо. В отличие от кольцевого подвода осевые сечения спирального подвода не одинаковы, а постепенно увеличиваются от носика А. Жидкость, протекая по подводу, получает окружную составляющую скорости (v_u1 ≠ 0). Это устраняет образование вихревой зоны за валом и уменьшает нарушение осевой симметрии потока у входа в рабочее колесо. Кроме того, наличие окружной составляющей скорости уменьшает относительную скорость жидкости на входе w₁, что снижает гидравлические потери в колесе и увеличивает допустимую высоту всасывания. Спиральный подвод находит в настоящее время широкое применение в насосах двустороннего всасывания (см. рис. 2.3) и многоступенчатых насосах спирального (см. рис. 5.58) и секционного типов.

Назначением отвода является:

1) собрать жидкость, выходящую по периферии рабочего колеса, и подвести ее к напорному патрубку насоса или рабочему колесу следующей ступени;

2) уменьшить скорость жидкости, вытекающей из рабочего колеса, преобразовав при этом кинетическую энергию в потенциальную анергию давления с возможно меньшими гидравлическими потерями;

3) раскрутить жидкость, закрученную рабочим колесом.

Основными формами отвода являются следующие.

Спиральный отвод (см. рис. 5.1) представляет собой канал, расположенный по окружности выхода из рабочего колеса, из которого жидкость уходит в напорный патрубок 4, направлении, лежащем в плоскости, перпендикулярной к оси насоса. Осевые сечения этого канала увеличиваются, начиная от языка 5, соответственно изменению расхода жидкости, протекающей через сечение отвода. Спиральный канал переходит в прямоосный диффузор. Уменьшение скорости происходит главным образом в прямоосном диффузоре, а не в спиральной части отвода. Спиральный отвод применяют в одноступенчатых насосах одностороннего (см. рис. 5.1) и двустороннего (см. рис. 5.3) входа и многоступенчатых насосах спирального типа (см. рис. 5.47).

Кольцевой отвод (рис. 5.45) представляет собой канал постоянного сечения, 'расположенный вокруг рабочего колеса. К каналу примыкает напорный патрубок насоса. Кольцевой отвод применяют в насосах, перекачивающих загрязненные жидкости, в которых спиральные отводы неприменимы, так как начальные участки спирального канала, имеющие малые сечения, непроходимы для крупных твердых частиц. При постоянном сечении кольцевого канала средние скорости жидкости в разных его сечениях неодинаковы, так как расходы жидкости, протекающей через разные сечения отвода, различны (увеличиваются от языка отвода).

Рис. 5.47. Насос для загрязненных жидкостей

По – этому избежать дополнительных потерь на входе в отвод, возникающих из-за слияния потоков жидкости с разными скоростями, текущей по отводу и выходящей из рабочего колеса, нельзя.

Направляющий аппарат является совокупностью нескольких спиральных каналов, расположенных вокруг рабочего колеса, по которым жидкость перемещается к рабочему колесу следующей ступени или выпускается вдоль оси насоса.

На рис 5.48 (стр. 271) изображен направляющий аппарат с безлопаточным кольцевым пространством. Жидкость, выходящая из рабочего колеса, поступает в спиральную часть FG направляющего аппарата. Так же как и в спиральном отводе, радиальные сечения спиральной части направляющего аппарата постепенно увеличиваются соответственно увеличению расхода жидкости. Спиральный участок переходит в диффузор GN. Здесь кинетическая энергия преобразуется в потенциальную энергию давления. Далее жидкость попадает в безлопаточное пространство BCD, где она изменяет направление движения от центра к периферии на движение от периферии к центру. Пройдя безлопа-точиое пространство, жидкость поступает в обратные каналы DE, которые подводят ее к рабочему колесу следующей ступени. В обратных каналах происходит дальнейшее преобразование кинетической энергии в потенциальную. Последний участок обратных каналов имеет направление, близкое к радиальному, поэтому жидкость выходит из обратных каналов с малой окружной составляющей скорости.

Рис. 5.48. Направляющий аппарат с безлопаточным кольцевым пространством

Направляющие аппараты с безлопаточным кольцевым пространством применяют в многоступенчатых насосах секционного типа. В этих же насосах используют направляющие аппараты с непрерывными каналами (рис. 5.49, стр. 272). Жидкость, выходящая из рабочего колеса, проходит через спиральную часть ВС и диффузор CD. Диффузор выполняют обычно прямолинейным. Конечный участок диффузора изгибают к центру. Начиная от сечения G-G, канал отклоняется от плоскости, перпендикулярной к оси насоса, и уходит в осевом направлении, соединяя диффузор с обратными каналами, по которым жидкость с малой окружной составляющей скорости подводится к рабочему колесу следующей ступени. Направляющие аппараты с непрерывными каналами имеют меньшие гидравлические потери, чем направляющие аппараты с безлопаточным кольцевым пространством, и благодаря этому постепенно вытесняют последние.

Рис. 5.49. Направляющий аппарат с непрерывными клапанами

В насосах с полуосевым и осевым колесом применяют направляющий аппарат, в котором каналы образованы лопатками двойной кривизны (см. рис. 5.19, поз. 3).