Как устроен и как работает вихревой насос?!

В практике пищевых производств часто требуется подача небольшого количества жидкости при относительно большом напоре. Использование центробежных насосов в этих целях приводит к применению тихоходных машин или к использованию многоступенчатых насосов.

Добиться высокой экономичности такой насосной установки не удается. Для создания относительно высоких напоров при малой подаче чистых невязких жидкостей применяют вихревые насосы.

Наиболее распространенным является одноступенчатый насос с вихревым рабочим колесом, консольно насаженным на вал насоса.

Вихревой насос предназначен для перекачки воды и других невязких жидкостей с подачей до 35 кубических метров в час при напоре от 9 до 90 метров с температурой до 90 °С без абразивных примесей при отсутствии большой вязкости у жидкости.

Устройство вихревого насоса

Устройство вихревого насоса во многом напоминает устройство насосов центробежного типа.

Основной рабочей деталью насоса является вихревое колесо 1, посаженное на вал 2. Вихревое рабочее колесо монтируется в корпусе насоса 3, имеющем всасывающий 4 и нагнетательный 6 патрубки (при вращении рабочего колеса против часовой стрелки на рисунке).

Нагнетательный патрубок отделяется от всасывающего специальной перемычкой 5, перекрывающей не менее двух лопаток рабочего колеса.

Эта перемычка должна подходить к внешней окружности рабочего колеса – с минимальным зазором, отделяя всасывающую полость насоса от напорной.

Вихревое рабочее колесо представляет собой диск с фрезерованными по окружности пазами, образующими лопатки.

Внутри корпуса вихревого насоса вокруг рабочего колеса расположен отливной канал 7, идущий по направлению вращения от входного до напорного патрубка.

Вихревой насос – принцип действия

Строгой теории вихревых насосов нет. Поэтому существуют, в некоторой степени отличающиеся друг от друга, взгляды на сущность гидравлических процессов, происходящих в вихревом насосе. Так считается, что при увлечении быстродвижущимися частицами жидкости в ячейках рабочего колеса медленно движущихся частиц жидкости в боковых или охватывающих верхнюю часть колеса особых каналах, устроенных в корпусе насоса, происходит интенсивное образование и разрушение вихрей – вихревой эффект. Кроме того, при протекании жидкости нутрии насоса, дополнительно возникает центробежный эффект.

Эти два явления и создают напор насоса.

С другой стороны считается, что принцип действия вихревого насоса аналогичен работе многоступенчатого, и основан на действии центробежной силы. При вращении рабочего колеса частицы жидкости из точки А(рисунок с лопатками колеса) под действием центробежной силы перемещаются вдоль лопатки в точку Б, а во время своего движения по лопатке жидкость приобретает скоростную энергию, с которой выбрасывается в отливной канал.

В канале скоростная энергия частицы жидкости переходит в потенциальную энергию давления и частица вновь подхватывается лопаткой рабочего колеса. За время движения от всасывающего патрубка до напорного такой цикл повторяется много раз. При этом каждый раз происходит приращение энергии.

Следовательно, в одном рабочем колесе вихревого насоса происходит работа, сходная с работой нескольких рабочих колес многоступенчатого центробежного насоса.

В результате действия на жидкость вихревого и центробежного эффектов напор, создаваемый одним рабочим колесом вихревого насоса, в 4-5 раз превышает напор, создаваемый центробежным насосом такого же размера при одинаковой частоте вращения.

Виды вихревых насосов

Центробежно-вихревой насос

Появление этого типа насосов обусловлено необходимостью решения вопросов кавитации.

В вихревом насосе рабочая среда подходит к рабочему колесу по периферии – в зоне высоких скоростей. Поэтому велика вероятность возникновения в этом месте кавитации.

Для сведения вероятности возникновения к нулю необходимо увеличить давления на входе в насос. Для этого на валу вихревого насос дополнительно устанавливается центробежное колесо. Благодаря такой конструкции удалось не только справиться с кавитацией, но и значительно увеличить КПД агрегата.

Отсюда и вытекает название этого типа оборудования центробежно вихревой насос.

Поверхностный вихревой насос

Насос поверхностный вихревой при сравнении выигрывает у центробежного. При схожих габаритах оборудование этого типа способно создавать напор в разы больший чем центробежное оборудование. Кроме того многие модели таких насосов обладают возможностью самовсасывания.

Благодаря этой возможности вихревые насосы используются для скважины. Они способны поднимать воду с глубины до 20 метров.

Поверхностный вихревой насос широко используется в быту и на производстве.

Вихревые вакуумные насосы

Вихревые вакуумные насосы используются для создания вакуума. Принцип работы такого насоса подробно описан в статье про водокольцевой насос.

Вихревые вакуумные насосы очень надежны, просты в конструкции и не нуждаются в сложном техническом обслуживании.

Кроме того оборудование это типа может использоваться в качестве воздуходувок. Они широко применяются в качестве тепловых аппаратов для обеспечения подачи требуемого количества тепла или наоборот холодного воздуха.

Открытые и закрытые насосы

Насосы вихревого типа можно разделить на два вида:

• открыто-вихревые агрегаты;
• закрыто-вихревые насосы.

Принцип их работы немного отличается, поскольку насосы открыто-вихревого типа имеют:

• удлинённые лопатки рабочего колеса;
• уменьшенный диаметр рабочего колеса в сравнении с просветом рабочего канала;
• кольцевой канал в приборе соединён с напорным отверстием.

Во время работы открыто-вихревого агрегата вода из входного патрубка через впускное отверстие и рабочую камеру с крыльчаткой попадает в кольцевой канал. Здесь рабочий вихревой процесс способствует формированию напорного потока. Этот поток направляется через выходное отверстие в магистральный трубопровод.

Закрыто-вихревые агрегаты отличаются следующим:

• укороченные лопатки, установленные под разным углом наклона (наклон вперёд, загиб назад либо под определённым углом назад или вперёд);
• диаметр рабочего колеса равен просвету рабочего канала;
• кольцевой канал имеет непосредственное соединение с входным и выходным отверстием.

В агрегатах закрыто-вихревого типа водная среда из всасывающего патрубка проникает через впускное отверстие в кольцевой канал. Здесь формируется напорный поток и направляется через выходное отверстие в магистральный трубопровод.

Преимущества и недостатки вихревых насосов.

К преимуществам вихревого насосного оборудования можно отнести следующее:

• При тех же габаритах и частоте вращения рабочего колеса вихревые насосы могут создавать напор, в 4-5 раз превышающий эту величину у агрегатов центробежного типа.
• Многие вихревые агрегаты для скважины обладают способностью к самовсасыванию.
• В отличие от насосного оборудования центробежного типа, которое не может работать с воздухом во внутренней камере, приборы вихревого типа могут всасывать и перекачивать жидкости и их эмульсии с воздухом или паром этих жидкостей.
• Работа насоса создаёт настолько сильный напор воды, что подобное оборудование по мощности можно сравнить с насосными изделиями промышленного назначения.

Однако у данного оборудования, в случае сравнения его с другими разновидностями центробежных насосов(например, насосов консольного типа), есть и свои недостатки, среди которых можно перечислить следующие:

• Недостатком их является резкое падение напора с увеличением подачи, а также малая степень экономичности, не превышающая 30-50%.
• Вихревые насосы не способны перекачивать рабочую среду с высокой вязкостью.
• Кроме этого насосы этого типа очень чувствительны к загрязнённой рабочей среде, то есть воде с большим содержанием примесей. Поэтому ими можно пользоваться только для скважины с чистой водой.

Видеоматериалы.

Подводя резюме всему выше написанному стоит упомянуть область использования насосов вихревого типа. Их использование оправдано там, где нужно создать большой напор при небольшой подачи воды.

Вихревой насос широко используется в пищевой промышленности или, например, в бытовой сфере этот насос может быть частью автоматизированной насосной станции для водоснабжения загородного дома.

С другой стороны областью применения вихревого насоса может быть его способность перекачивать газожидкостную смесь. Именно поэтому насосы вихревого типа с успехом используются для перекачки летучих жидкостей, а именно керосина и бензина, на автозаправочных станциях.

Вихревые насосы бывают одно и двухступенчатые, а также комбинированные: первое рабочее колесо – центробежное, а второе – вихревое.

Регулирование вихревых насосов может осуществляться задвижкой на нагнетании и перепуском избыточной жидкости из нагнетательной трубки во всасывающую.