Динамические насосы. В динамических насосах силы, действующие на жидкость со стороны энергосообщителя, создают постоянный поток жидкой среды

В динамических насосах силы, действующие на жидкость со стороны энергосообщителя, создают постоянный поток жидкой среды. Поэтому рабочие органы динамического насоса обычно называют его проточной частью. По принципу действия энергосообщитель динамического насоса должен быть достаточно быстроходным, что легко осуществимо при его вращательном движении.

Наиболее распространенными видами динамических насосов являются лопастные или лопаточные насосы, которые в зависимости от направления движения жидкой среды называются центробежными, диагональными или осевыми. В осевых насосах основное движение жидкости происходит вдоль оси вращения, в центробежных – от центра к: периферии. В лопастных насосах жидкая среда перемещается от входа к выходу путем обтекания лопастей или лопаток.

Центробежный насос является самым распространенным видом лопастных насосов (первый центробежный насос был изобретен Дени Папеном в 1689 году). В лопастных насосах жидкая среда перемещается благодаря силовому воздействию на нее системы лопастей, подобных крылу самолета. На рис. 5.5 изображено сечение крыла самолета, так называемый одиночный профиль. При его обтекании скорость жидкости на выпуклой стороне больше, чем на вогнутой стороне, поэтому, в соответствии с уравнением Бернулли, на профиль действует сила, направленная снизу вверх.

Рис. 5.5. К принципу действия лопастного насоса

Проточная часть центробежного насоса с осевым подводом и спиральным отводом изображена на рис. 5.6. Энергосообщитель центробежного насоса – рабочее колесо – представляет собой конструкцию, состоящую из нескольких лопастей, расположенных центрально симметрично в плоскости, перпендикулярной оси вращения. Лопасти спроектированы (спрофилированы) таким образом, чтобы при вращении рабочего колеса возникали силы, противодействующие этому движению. Тогда лопастная машина будет работать либо в режиме гидравлического тормоза, если подводимая механическая энергия будет рассеиваться, переходя в тепло, либо в режиме насоса, если подводимая механическая энергия будет переходить в потенциальную и кинетическую энергию жидкой среды. Рабочее колесо называют иногда лопастным колесом, лопаточным колесом, крыльчаткой.

Рис. 5.6. Устройство центробежного насоса

Задачей входного устройства насоса является подвод жидкости к рабочему колесу с наименьшими потерями. Входные устройства могут быть различного вида: осевыми, коленообразными, полуспиральными, лопаточными и т.д. Задачей отводящего устройства является сбор выходящей из рабочего колеса жидкости и частичное преобразование кинетической энергии в потенциальную. Кроме спирального отвода, применяют кольцевые и лопаточные отводящие устройства. Вследствие особенностей кинематики потока в спиральных и кольцевых отводах течение жидкой среды в них сопровождается существенными потерями. Поэтому для повышения эффективности центробежного насоса за спиральным отводом устанавливают диффузор, в котором происходит основное преобразование кинетической энергии потока в потенциальную.

Центробежные насосы применяются в водоснабжении, в энергетике, в системах топливоподачи, в различных технологических процессах. Они перекачивают различные жидкие среды: от жидкого водорода до расплавленного металла. Диапазон подач колеблется от 10 см³/с до 10 м³/с, давление – от 10⁴ Н/м² до 5 10⁷ Н/м², частота вращения достигает 100000 об/мин и более. Самый мощный насос в мире построен в штате Виргиния (США). Его наружный диаметр равен 6,5 метрам, частота вращения – 257 оборотов в минуту, напор – 393 метра, а мощность – 457 МВт.