Вихревые и центробежно-вихревые насосы

Вихревой Вихревые насосы (рис. 2.28) относятся к машинам динамического типа. В них используется принцип перемещения жидкости между корпусом 1 и ротором 2 за счет вращения последнего. Благодаря касательным напряжениям, возникающим на поверхности ротора, жидкость вовлекается в движение, причем слои, прилегающие к ротору, имеют максимальную скорость, а слои, прилегающие к корпусу, – скорость, равную нулю. Касательные напряжения на поверхности корпуса тормозят движение, поэтому эта поверхность должна быть гладкой. Поверхность ротора должна быть, напротив, шероховатой, чтобы обеспечить максимальную передачу энергии прилегающей жидкости. Для этого поверхность ротора снабжена радиальными лопатками 3, между которыми возникают вихревые течения (вызванные главным образом центробежными силами), обусловливающие большие значения турбулентных касательных напряжений в зазоре. Ротор тщательно уплотнен как по торцевым поверхностям, так и по вершинам лопаток на участке между всасывающим 4 и нагнетательным 5 патрубками. Вал 6, вращающийся с частотой n, также имеет уплотнение.

Производительность насоса (без учета утечек)

= w B d , (2.19)

где w – средняя скорость жидкости в зазоре; В – ширина ротора; d – радиальный зазор (расстояние от кончиков лопаток до корпуса, см. рис. 2.28).

Напор насоса

, (2.20)

где R – радиус поверхности ротора (по основанию лопаток); D – радиальный размер (высота) лопаток; u_o — окружная скорость поверхности ротора (u_o = πnR/30); l₁ – коэффициент гидравлического трения на поверхности ротора с лопатками; l₂ — коэффициент гидравлического трения на поверхности корпуса.

Эффективная (потребляемая) мощность

, (2.21)

где r – плотность перекачиваемой жидкости; h_м — механический КПД, учитывающий потери на трение деталей насоса в уплотнениях.

Коэффициент полезного действия вихревого насоса

растет с увеличением коэффициента l₁. Это достигается подбором оптимального шага и высоты лопастей.

Для регулирования производительности вихревого насоса применяют те же методы, что и для других насосов лопастного типа: дросселирование, байпасирование и изменение частоты вращения ротора.

Таблица 2.6

Основные технические данные вихревых насосов типа ВК (ВКС, ВКО)

Перекачиваемые среды: А — вода для технических нужд, Б — негорючие и нетоксичные жидкости, Б-2Г — горючие, токсичные, химически активные, взрывоопасные, легковоспламеняющиеся жидкости; АБ-2Г — токсичные, легковоспламеняющиеся, горючие и взрывоопасные жидкости с температуры температурой от 273 до 358 К (от 0 до 85 °С).

Центробежно-вихревые насосы предназначены для перекачивания воды и нейтральных жидкостей вязкостью до 36 · 10^–6 м²/с (36 сСт), температурой до 378 К (105 °С) с содержанием твердых включений массой не более 0,01 % и размером не более 0,05 мм. Насосы ЦВК (двухступенчатые консольные) состоят из общей для всех видов типоразмеров центробежной ступени, обеспечивающей бескавитационную работу вихревой ступени. Вихревое колесо со вставками представляет собой высоконапорную ступень, где перекачиваемой жидкости сообщается напор. Центробежное колесо закреплено от осевого перемещения; вихревое колесо – плавающее (может скользить относительно вала в осевом направлении). В центробежно-вихревом насосе часть полного давления развивается центробежным колесом, КПД которого выше, чем у вихревого колеса. Поэтому КПД насоса ЦВК примерно равен 0,55 (у вихревого h > 0,50). Уплотнение вала – торцевое. Материал основных деталей: корпуса, крышки, центробежного колеса и вставок — чугун СЧ20; вала — сталь 45; вихревого колеса — отливка 20Х13Л. Насосы изготавливаются в экспортном и экспортно-тропическом исполнении.

Таблица 2.7

Технические характеристики центробежно-вихревых насосов типа ЦВК