Вихревые насосы. Конструкции, применение, расчет презентация

между всасывающим и напорным окнами

2

ЦБН):
При тех же размерах напор выше в 3..8 раз
Проще конструкция проточной части
Некоторые вихревые насосы обладают свойством самовсасывания без дополнительных устройств
Некоторые конструкции способны работать на смеси жидкости и
газа
Недостатки:
Низкий КПД (не более 45%), следовательно, область применения ограничена, рекомендуемые значения:
N<25 кВт
Q<12 м3/c H<250 м
Нельзя применять при большой вязкости жидкости. Только если число Рейнольдса Re>20000 (вязкость жидкости до 30..40 сСт)
Нельзя применять, если в жидкости присутствуют абразивные
частицы

4

частности, самовсасывающие) – бензоколонки, автозаправщики, аэродромная техника
Пожарные насосы (высокий напор при малых габаритах) –
устанавливаются на автомобилях и мотопомпах
Перекачивание сжиженных газов (способность работать на
смеси газа и жидкости), в т.ч. герметичные
На судах – в качестве питательных насосов малых силовых
установок
Индивидуальное хозяйство – водяные самовсасывающие
насосы для перекачивания воды из колодцев и т.п.
В качестве малогабаритных скважинных насосов (с существенными ограничениями по области использования)
В химической промышленности (простые рабочие органы,
возможность изготовления из разных материалов)
В военной технике – высокооборотные малогабаритные высоконапорные насосы и др.

рабочее колесо работает как ЦБ: захватывает жидкость из
всасывающей и нагнетает в отводную, проходя через колесо, жидкость
ускоряется, получает большую окружную скорость.
Эта быстротекущая жидкость, выходя из колеса, смешивается с медленнотекущей жидкостью в канале; при этом жидкость в канале получает ударный импульс в направлении движения колеса.
Следовательно, вихревой насос - это комбинация ЦБН и струйного насоса.

За счет неуравновешенности жидкости появляется продольный
вихрь

За входной кромкой лопатки образуется отрыв –
формируется вихрь радиальный

7

происходит, будем называть вихревым рабочим процессом.
+ насосов открытого типа: энергия передается жидкости также за счет лопастного процесса при первом прохождении жидкости через колесо.
Опыты показывают, что давление вдоль канала ВН постепенно увеличивается (от Рв до Рн).

Объемные потери в ВН состоят из потерь, вызванных перетечками в уплотнении перемычки и радиальными перетечками через уплотнение канала.

20

20

в канале.
Развернем сечение канала

цилиндром, соосным насосу,

и
рассмотрим силы, действующие на

жидкость в канале.

На жидкость, находящуюся в канале, действуют: 1. Силы давления Pв и Pн на сечениях входа и выхода из него,
2. Окружная составляющая сил трения жидкости о стенку канала Тц и сила Тк, с которой рабочее колесо действует21

большие ns

тем
больше Н (слева направо характеристики I, II, III)

1) Влияние
формы и расположения канала

Кафедра Э-10 Динамические насосы

25

↑ сопротивление
продольному вихрю, тем ↓ Н
Чем ↑ z, тем меньше крутизна
характеристики

26

2. Влияние числа лопаток

относительных размеров. Форма сечения 48а соответствует малым ns и
крутой характеристике. Форма сечения 48д - большим ns и пологой
характеристике.
Серповидные лопатки (49 в) дают более крутую характеристику.
Длины всасывающего и напорного окна слабо влияют на характеристику,
но влияют на кавитационные качества и самовсасывание.

падает. С другой стороны, при малых подачах

существенно
потребляемая

у насоса возрастает мощность.

Следовательно,

вихревой

насос нужно

открытую задвижку

запускать на
(при

минимальной мощности), и
желательно эксплуатировать

из них не является исчерпывающей и полностью достоверной для всего диапазона типов и параметров вихревых насосов. Причины этого следующие:
Отсутствие единой теории рабочего процесса вихревого насоса, в отличие от центробежных насосов, для которых струйная теория является пусть и приближенной, но общепризнанной моделью описания рабочего процесса
Большое разнообразие конструкций вихревых насосов (типы,
формы канала, лопаток и др.)
Сложные процессы вихреобразования, затрудняющие
комплексный гидродинамический анализ течения в насосе
Меньшая, по сравнению с центробежными насосами, распространенность вихревых насосов приводит к тому, что выделяются меньшие ресурсы на их изучение
Эмпирические методики расчета разных авторов, как правило, применимы только для того типа насосов, на котором они были выведены.

вихревого насоса на основании статистических данных с использованием известных оптимальных соотношений для элементов проточной части. Дает значительный разброс результатов, но целесообразно использовать , когда у насоса нет прямого прототипа
Методика пересчета параметров с подобного насоса-модели с равным или близким ns. Наиболее точная методика, но требуется модель, что не всегда доступно вследствие малой базы данных по вихревым насосам.
Методика пересчета параметров с подобного насоса с ns, не равным натуре (с использованием промежуточной модели). Применяется, когда отклонение ns модели и натуры не более 30%, дает менее точные результаты, чем предыдущая.
Метод, предложенный О.В. Байбаковым – сложен и требует большого объема расчетов, на практике не используется
Методики Шаумяна, Пфлейдерера, Шмидхена и ряда других ученых – имеют те или иные недостатки, применимы к узким классам насосов.

0,9..1,25

большие насосы с тонким лоп. закр. тип

малые насосы
с толстыми лоп. открытый тип

Кафедра Э-10 Динамические насосы

31

– закр. тип

Кафедра Э-10 Динамические насосы

32

по
половинной подаче
Для многоступенчатых насосов ns определяется по напору 1 ступени
Вихревые насосы отличаются от центробежных тем, что для них режим оптимальной подачи не является особым (в отличие от центробежных – у тех это режим безударного входа в отвод), и работа в оптимальном по КПД режиме для них означает работу33

подобия для H и Q (одинаковы для всех динамических насосов, у которых рабочие

органы вращаются,
расчет

производится
масштабного

коэффициента,

всех размеров

далее пересчет насоса по этому

масштабному коэффициенту

Хар-ка модельного насоса

Кафедра Э-10 Динамические насосы

34

размеры натурного насоса.

целом, кавитационные качества вихревых насосов как открытого, так и закрытого типа

существенно хуже,

качеств:
Угол атаки на входе в рабочую камеру В.Н.
велик
У ЦТН входная кромка острая, а у В.Н. имеется
торцовый зазор

Кафедра Э-10 Динамические насосы

45

сначала в канал, и оттуда уже на колесо. Поэтому кавитационные качества таких насосов в целом хуже, чем у насосов открытого типа, и намного хуже, чем у

центробежных насосов.
Из формулы (100) можно
вывод, что кавитационные

сделать
качества

насосов закрытого типа зависят от их подачи. Чем ниже подача, тем хуже (в отличие от насосов открытого типа5)1

на газе не
работают (без дополнительных устройств)

Работают: А: Насосы открытого типа с глухим каналом
Б: Насосы открытого типа с каналом, открытым к центру
И те и другие работают на газе, будучи предварительно заполнены водой, по принципу «жидкого поршня», использующегося также в водокольцевых вакуум-насосах. Для многоступенчатых насосов открытого типа достаточно выполнять самовсасывающей одну (чаще последнюю) ступень.

В.Н. закрытого типа могут быть приспособлены к работе на газе за счет установки напорного сепарирующего колпака, но это усложняет их конструкцию и снижает КПД.

каналом

и перемычку много больше, чем у жидкости, поэтому напор и КПД насоса при работе на газе существенно ниже. Чтобы снизить перетечки через торцевые щели, применяют принцип «жидкого затвора» с подводом жидкости на малые радиусы торцевой щели (см. следующий слайд)
Длительная работа на газе может привести к выходу из строя уплотнений, поэтому необходимо либо ограничить время работы, либо организовать независимую смазку уплотнений (можно совместить с предыдущим пунктом)

3. КПД насоса

открытого типа с глухим каналом мал, поэтому

желательно для самовсасывания использовать

дополнительную ступень (устаревшее решение),

либо
либо

дополнительный канал (что тоже снижает напор насоса)
4. Самовсасывание и работа на смеси газа и жидкости – разные
режимы, часто требования к ним не совпадают.

самовсасывающими с применением дополнительных устройств, а именно:
Напорного сепарирующего колпака со встроенным сепаратором
Предвключенного струйного насоса
Дополнительной ступени вихревого насоса открытого типа с глухим каналом