Вихревые насосы

СХЕМЫ УСТРОЙСТВА И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ НАСОСОВ ТРЕНИЯ

Насосы трения включают в себя весьма разнообразные как по принципу преобразования энергии, так и по виду рабочих органов механизмы и устройства.

Насосы трения делятся на:

- вихревые насосы;

- струйные насосы;

- воздушные подъемники;

- шнековые насосы.

Схема вихревого насоса показана на рисунке:

Рис. Вихревой насос: 1 – рабочее колесо; 2 – корпус насоса; 3 – кольцевая полость; 4 – напорный патрубок; 5 – всасывающий патрубок; 6 – уплотняющий выступ

Рабочее колесо вихревого насоса представляет собой плоский диск с короткими радиальными прямолинейными лопатками, расположенными на периферии колеса.

При вращении колеса жидкость увлекается лопатками и одновременно под действием центробежной силы закручивается.

В вихревом насосе один и тот же объем жидкости, движущийся по винтовой траектории, на участке от входа в кольцевую полость до выхода из нее многократно попадает в межлопастное пространство колеса, где каждый раз получает дополнительное приращение энергии, следовательно, и напора.

Благодаря этому напор вихревых насосов в 2 – 4 раза больше, чем у центробежных насосов, при одном и том же диаметре рабочего колеса и угловой скорости.

Достоинства вихревых насосов:

- имеют значительно меньшие размеры и массу по отношению к центробежным насосам при одинаковом развиваемом напоре;

- обладают самовсасывающей способностью.

Недостатки вихревых насосов:

- сравнительно невысокий КПД;

- быстрый износ деталей при работе с жидкостями, содержащими взвешенные твердые частицы.

Основные характеристики вихревых насосов:

Тип насоса	Напор, м	Подача, м^3/ч	КПД
Вихревой	15,0 – 90,0	1,0 – 40,0	0,25 – 0,50

Струйные насосы

Действие струйных насосов основано на принципе передачи кинетической энергии от одного потока к другому, обладающему меньшей кинетической энергией.

Создание напора у насосов этого типа происходит путем непосредственного смешения обоих потоков, без каких-либо промежуточных механизмов.

В зависимости от назначения насоса рабочая и перекачиваемая среды (жидкость, пар, газ) могут быть одинаковыми или разными.

Схема струйного насоса, для которого рабочая и перекачиваемая жидкость является водой (водоструйный насос), представлена на рисунке:

Рис. Водоструйный насос: 1 – всасывающий трубопровод; 2 – подающая напорная труба; 3 – сопло; 4 – подводящая камера; 5 – камера смешения; 6 – диффузор; 7 – напорный трубопровод

Рис. Водоструйный насос: 1 – подвод рабочей жидкости; 2 – насадок; 3 – цилиндрическая часть насадка; 4 – камера смешения; 5 – диффузор

Рабочий процесс водоструйного насоса:

Вода под большим давлением по трубе, заканчивающейся соплом, подается в подводящую камеру. Вытекая из сопла с большой скоростью в виде струи, она увлекает за собой воду, заполняющую камеру смешения, давление в которой становится меньше атмосферного. Из камеры смешения общий поток направляется в диффузор, где за счет уменьшения скорости течения создается давление, необходимое для движения жидкости по напорному трубопроводу. Постоянное заполнение подводящей камеры перекачиваемой водой происходит из приемного резервуара по всасывающему трубопроводу (за счет разности давлений).

Напор, развиваемый водоструйным насосом, представляет собой разность удельных энергий во входном сечении (сечение сопла) и выходном сечении (сечение в конце диффузора).

Напор струйного насоса зависит от:

- от гидравлических потерь в насосе (подводящей камере, камере смешения, диффузоре);

- - скоростного напора рабочей жидкости в сечении сопла;

- - относительной подачи насоса;

- - отношения площади поперечного сечения камеры смешения к площади сечения струи.

С увеличением подачи напор, развиваемый насосом, уменьшается.

Увеличение величины s также вызывает уменьшения напора.

Относительная подача насоса равна:

,

где - расход сопла;

- подача насоса.

Относительная площадь поперечного сечения камеры смешения равна:

,

где - площадь поперечного сечения камеры смешения;

- площадь поперечного сечения струи.

КПД водоструйного насоса определяется отношением полезной энергии жидкости к подведенной энергии:

.

Полезная энергия определяется напором насоса (Н) и полезной подачей (Q). Если водоструйный насос используется для откачивания воды, то полезным является только расход Q,поступающий в подводящую камеру. В этом случае:

.

Подведенная энергия равна:

.

КПД водоструйного насоса будет равно:

.

Действительное значение КПД, достигаемое на практике в подобных условиях, не превышает 0,25 – 0,3.

Если же водоструйный насос используется для водоснабжения или охлаждения, то полезной является суммарная подача , и тогда:

,

а выражение для КПД будет иметь вид:

.

В этом случае КПД выше и может достигать 0,6 – 0,7.

Водоструйный насос по своему устройству весьма прост и доступен к изготовлению в местных условиях.

Для обеспечения его хорошей работы требуется правильный подбор размеров и тщательное изготовление. Существенное значение имеет:

- форма сопла;

- расстояние от сопла до камеры смешения;

- форма камеры смешения;

- форма диффузора.

Воздушные подъемники

Схема воздушного подъемника представлена на рисунке.

Воздушный подъемник (эрлифт) состоит из:

- приемного бака (1);

- воздушной трубы от компрессора (2);

- водоподъемной трубы (вертикальной трубы, погружаемой под уровень воды в скважине или в приемном резервуаре) (3);

- обсадной трубы скважины (4);

- форсунки (5).

Работа эрлифта осуществляется следующим образом:

По воздуховоду сжатый воздух подается компрессором и распыляется с помощью форсунки, находящейся на глубине Н_п ниже уровня воды в скважине (резервуаре). Плотность образующейся при этом воздушно-водяной смеси значительно меньше плотности воды , в результате чего данная смесь поднимается по трубе над уровнем воды в скважине (резервуаре) на высоту Н.

Из условия равновесия (равенства давления, рассчитанного с внешней и внутренней стороны водоподъемной трубы) имеем:

,

где Н – высота поднятия воды в водоподъемной трубе эрлифта над уровнем воды в скважине (резервуаре);

Н_П – глубина погружения форсунки под уровень воды в скважине (резервуаре).

После сокращения:

.

Отсюда высота подъема воды Н (напор) эрлифта без учета потерь в водоподъемной трубе равна:

.

Высота подъема воды Н (напор) эрлифта с учетом потерь в водоподъемной трубе равна:

.

Подача эрлифта уменьшается:

- при увеличении высоты подъема Н;

- при уменьшении расхода сжатого воздуха.

При слишком большом расходе воздуха среда в водоподъемной трубе перестает быть однородной, что резко снижает эффективность эрлифта и приводит к уменьшению подачи и напора.

КПД воздушного подъемника не превышает 0,3 – 0,4.

Таким образом, по энергетическим показателям это не очень эффективный способ подъема воды.

Вместе с тем, эрлифты находят применение как в водоснабжении (водозаборные скважины и колодцы), так и в водоотведении (перекачка осадков на станциях очистки сточных вод).

Достоинства эрлифтов:

- простота устройства и эксплуатации;

- отсутствие подвижных частей;

- не опасно попадание взвешенных частиц;

- удобен для подъема воды из скважин, особенно малого диаметра, в которые не входит ни один насос.

Шнековые насосы

Схема установки шнекового насоса в насосной станции представлена на рисунке:

Рис. Шнековая насосная станция

Основным рабочим органом водоподъемников этого типа является шнек, представляющий собой вал с навитой на него спиралью.

Шнек устанавливают наклонно, как правило, в бетонном лотке. Угол наклона шнека принимают 20 – 30⁰, что обычной длине шнека 10 – 15 м обеспечивает высоту подъема 5 – 8 м. Частота вращения шнека 20 – 100 мин^-1 и принимается в зависимости от диаметра шнека.

Для получения такой частоты вращения приводной двигатель соединяют с валом шнека через редуктор или клиноременную передачу.

Чем больше подача подъемника, тем больше должно быть поперечное сечение шнека, а это увеличивает жесткость. Поэтому при большей подаче можно принимать большую длину шнека, увеличивая тем самым высоту подъема.

Подача шнековых насосов колеблется от 15 до 5000 л/с при высоте подъема 6 – 7 м. Средний КПД шнекового насоса составляет 0,7 – 0,75 и остается практически постоянным в большом диапазоне изменения подачи.

Дата добавления: 2014-12-27