10.2.1. Вихревые насосы

вихревой насос – это насос трения, в котором жидкая среда перемещается по периферии рабочего колеса в тангенциальном направлении.

Рабочим органом вихревого насоса является рабочее колесо 1 с радиальными или наклонными лопатками (рис.10.23), помещенное в цилиндрический корпус с малыми торцевыми зазорами.

Рис.10.23

В боковых и периферийных стенках корпуса имеется концентрический канал 2, начинающийся у входного отверстия и заканчивающийся у напорного. Канал прерывается перемычкой 4, служащей уплотнением между напорной и входной полостями. Жидкость поступает через входной патрубок 5 в канал, перемещается по нему рабочим колесом и уходит в напорный патрубок 3.

Принцип действия вихревых насосов основан на использовании центробежной силы. При вращении рабочего колеса 1 по направлению, указанному стрелкой, жидкость из входного патрубка 5 поступает на лопатку 6 рабочего колеса и перемещается по каналу 2 к нагнетательному патрубку 3. особенность этого насоса заключается в том, что жидкость при всасывании подается от периферии к центру. Порция жидкости, попавшая на лопатку, приобретает под воздействием центробежной силы кинетическую энергию и отбрасывается в канал 2, где скоростной напор преобразуется в статический (давление), под действием которого та же порция жидкости снова поступает на лопатки, и цикл повторяется. Таким образом, одна и та же порция жидкости за полный оборот рабочего колеса несколько раз отбрасывается от периферии к центру и обратно, в результате чего напор ее значительно увеличивается. Поэтому напор вихревого насоса в 4-10 раз больше, чем центробежного, при тех же размерах и частоте вращения. Большинство вихревых насосов имеют самовсасывающуюся способность, т.е. способность при пуске засосать жидкость без предварительного заполнения подводящего трубопровода. Многие вихревые насосы могут работать на смеси жидкости и газа. Недостатком вихревого насоса является низкий КПД, не превышающий 50%. Низкий КПД препятствует применению вихревого насоса при больших мощностях. Эти насосы изготавливают на подачу до 12 л/с. напор достигает 250 м, мощность доходит до 25 кВт. Частота вращения вихревого насоса, так же как и центробежного, ограничена только кавитационными явлениями. Следовательно, насос может быть непосредственно соединен с электродвигателем. Вихревые насосы непригодны для перекачивания жидкостей с большой вязкостью, вследствие того, что при увеличении вязкости напор и КПД резко падают. Вихревые насосы рекомендуется применять при Rе>20000. При этом

Rе=,

где r – радиус центра тяжести сечения канала; u – окружная скорость рабочего колеса на радиусе r; - кинематическая вязкость.

Эти насосы непригодны также для подачи жидкостей, содержащих абразивные частицы, т.к. зазор между колесом и перемычкой 4 не превышает 0,15…0,20 мм.

Для получения более высокого давления применяют многоступенчатые вихревые насосы. В них так же, как и в многоступенчатых центробежных насосах, жидкость проходит через несколько рабочих колес, соединенных последовательно.

На рис. 10.24 показана принципиальная характеристика вихревого насоса.

Рис.10.24

Как видно из графика, характеристика вихревого насоса существенно отличается от характеристики центробежного насоса. При увеличении подачи напор, создаваемый насосом, падает по закону, близкому к закону прямой. Потребляемая мощность при этом не увеличивается как у насоса центробежного, а уменьшается тоже по закону прямой. Поэтому включение насоса рекомендуется производить при открытом положении крана (задвижки) на напорном трубопроводе.

В связи с весьма значительным повышением напора при Q→0 вихревые насосы часто снабжаются предохранительными клапанами.

Для вихревых насосов справедливы те же законы пропорциональности, что и для центробежных.

Промышленностью выпускается вихревые насосы следующих типов: В - вихревой с проходным валом; ВС – то же, самовсасывающий; ВК – вихревой консольный; ВКС – то же, самовсасывающий; ВКО – вихревой консольный обогревной (охлаждаемый); ЦВ – центробежно–вихревой; ЦВС – то же, самовсасывающий и др.

Вихревые насосы получили в настоящее время широкое распространение. Их применяют, когда требуется получить большой напор при малой подаче. Особенно перспективно их использование при перекачивании смеси жидкости и газа. В частности, их применяют для подачи легколетучих жидкостей (бензин, спирт и др.), жидкостей, насыщенных газами, сжиженных газов, кислот, щелочей и других химических агрессивных реагентов.