Вихревые насосы

Вихревые насосы по принципу действия относятся к классу насосов увлечения. Эти насосы разработаны в 1920 г. и с тех пор все более широко внедряются во все отрасли народного хозяйства. Вихревые насосы примечательны тем, стает по скорости от вращающегося колеса, вихревой поток многократно своими периферийными полями входит снова в межлопаточное пространство, приобретая дополнительную энергию от рабочего колеса. Рабочий (боковой или периферийный) канал заканчивается напорным окном. Лопатки колеса, увлекая поток жидкости, направляет его под давлением нагнетания в напорное окно. Перемычка на дуге около 30° служит уплотнением, разобщающим напорную и всасывающую полости. Рабочее колесо вихревого насоса устанавливается на валу на шпонке свободно, имея зазоры между корпусом величиной около 0,1 мм.

При кажущейся простоте рабочего процесса перекачки жидкости вихревыми насосами действительная картина этого процесса и ряд свойств гидромашин этого типа остаются еще не выясненными. Вихревые насосы успешно перекачивают жидкости, смесь жидкости и газа, а также пары нефтепродуктов и газы.

В отличие от центробежных насосов мощность, потребляемая вихревыми насосами, с увеличением подачи уменьшается. Вместе с тем кавитационные свойства этих машин ниже, чем у центробежных, и поэтому в отдельных случаях делают погружные насосы, в которых первая ступень центробежная, вторая ступень вихревая. Такие центробежно-вихревые агрегаты находят все большее применение в народном хозяйстве. Кроме того, в центробежных насосах коэффициент напора меньше единицы, в то время как у вихревых этот коэффициент значительно больше единицы (КП — 2). Эти и ряд других специфических свойств вихревых агрегатов привели к необходимости проведения больших теоретических и экспериментальных исследований.

Рассмотрим некоторые исследования и теоретические работы, которые в той или иной мере связаны с действительными явлениями, протекающими в реальных конструкциях. Вихревые насосы следуют ряду закономерностей, свойственных центробежным. Б. И. Находкин предложил применять для вихревых формулу коэффициента быстроходности по аналогии с центробежными, поскольку и вихревые и центробежные насосы подчиняются закону подобия, а их параметры меняются по формулам. Коэффициент быстроходности вихревых агрегатов NS = 6.

Сечения прямоугольной или трапецеидальной формы наиболее распространены. У тихоходных насосов открытого типа применяют иногда лопатки серпообразного сечения у насосов закрытого типа — прямоугольные «углом назад» .

Ширина перемычки между напорным и всасывающим окнами у насосов открытого типа (1,5 - 2), у закрытого типа — (2 - 3). В. Г. Коваленко разработал конструкцию вихревого насоса с дополнительным окном в центре перемычки, которое соединяется с каналом за напорным окном, что позволяет вытеснить в напорную линию часть той жидкости, которая осталась в межлопаточном пространстве и не вышла в напорное окно. Это позволяет улучшить всасывающую способность, повысить подачу и к. п. д.

Торцовой зазор между рабочим колесом и корпусом БТ — 0,07 + 0,2 мм, радиальный БР = 0,15 + 0,3 мм на сторону. Н. Н. Купряшин и В. Г. Коваленко изложили метод определения зависимости напора от подачи вихревого насоса. Суть метода расчета базируется на следующем представлении рабочего процесса.

Окружная составляющая скорости жидкости в рабочем колесе больше окружной составляющей скорости жидкости в канале, что определяет образование осевых (продольных) вихрей. Жидкость в канале движется медленнее, чем в колесе. Лопатки колеса действуют на продольный вихрь, деформируют его, что связано с дополнительной передачей энергии на общий поток. Передача энергии происходит при обмене количества движения жидкости, вытекающей из рабочего колеса, с жидкостью, движущейся по каналу. Теория вихревого насоса Н. Н. Купряшина и В. Г. Коваленко не учитывает вязкости перекачиваемой жидкости.

Таким образом, разработанная методика расчета характеристик центробежных насосов может быть успешно применена и для вихревых. Это еще раз подтверждает, что центробежные силы в вихревых насосах связаны с вихревым эффектом в канале вихревого насоса. В. Г. Коваленко разработал схему, по которой движение жидкости в боковом канале вихревого насоса сравнивается с движением «жидкостного винта». Эта схема не противоречит опыту. Но если канал не боковой, а периферийный, то эту модель применять нельзя. Теоретическая гидромеханика дает основание считать источником вихреобразования каждую отдельную лопатку. От лопатки периодически отрываются вихри, которые попадают под воздействие следующей лопатки. Каждый раз лопатка сообщает дополнительную энергию потоку. Рабочее число лопаток должно соответствовать тому критическому значению, которое определяет максимальный эффект передачи энергии. Критическое значение числа лопаток и их форму, а также размеры и форму каналов можно определить только опытным путем. Вихревые насосы обычно применяются при перекачке маловязких нефтепродуктов.

Для расчёта определяется оптимальная подача насоса на жидкости заданной вязкости 800 и соответственно подача, составляющая 80, 90, 110 и 120% от оптимальной на воде. Этот способ пересчета применим для вихревых насосов с NS = 10 - 50. Для распространения этого способа на центробежные насосы необходимо знать коэффициенты для различных диапазонов NS (50—100; 100— 150; 150-200 и т. д.).