Вихревой насос устройство и принцип действия

Насосы используются для самых разных задач: в бытовой сфере для организации полива или водоснабжения на участке, в промышленности для откачивания воды из скважин, для перекачки газообразных и летучих веществ, в коммунальных хозяйствах в качестве насосов в небольших котельных. Все насосное оборудование можно поделить на несколько видов, которые отличаются устройством, назначением и характеристиками. Ниже будут рассмотрены особенности вихревых насосов, получивших довольно широкое распространение.

Где применяют вихревой насос

Вихревой насос главным образом выполняет задачу перекачивания воды, но может быть использован и для транспортировки газообразных веществ. Существует несколько подвидов устройств, но одинаковым элементом у всех будет рабочее колесо со специальными лопатками. Принципиальным отличием вихревых насосов является возможность работы с малым количеством воды, при этом они способны обеспечить достаточно сильный напор.

Вихревой насос устройство и принцип действия

Соответственно, основная сфера применения – места, где нужно обеспечить большой напор воды при незначительных ее объемах. Водяной насос вихревого типа применяется для бытовых или производственных целей. Их используют в автоматических системах подачи воды, для орошения, они подходят для подачи жидкостей того или иного типа, могут выступать в качестве компрессора для повышения давления в системе водоснабжения. В частности, назначение такого насоса следующее:

водоснабжение загородных домов при помощи автоматизированной насосной станции;
перекачка бензина и керосина на АЗС;
питание маломощных котельных установок и др.

Часто насосы этого типа применяют в химической промышленности для перекачки химически агрессивных веществ. Благодаря простоте конструкции в качестве материалов для изготовления вихревых насосов применяют химически стойкие сплавы, с трудом поддающиеся фигурному литью.

Устройство и принцип работы

Как было упомянуто выше, основной рабочий элемент данного типа устройств – это колесо (крыльчатка) с лопатками, которые выступают в роли лопастей. Лопасти по направлению к оси колеса располагаются радиально или наклонно. Сама по себе крыльчатка является стальным диском, по его внешней окружности вырезаны ямки, которые и формируют лопасти.

Колесо с лопастями вращается внутри цилиндрического корпуса, при этом расстояние от торца лопатки до стенки минимально. Принцип действия вихревого насоса заключается в том, что вода всасывается во входное отверстие и закручивается в вихрь благодаря крыльчатке. При небольших энергозатратах мощность потока увеличивается в разы, и жидкость с большим давлением выбрасывается из выходного патрубка.

Стоит отметить, что входной и выходной патрубки находятся в верхней части насоса. Такая конструкция обеспечивает самовсасывание жидкости при старте работы оборудования.

В вихревом насосе есть специальный отливной канал, который соединяет выходной патрубок с входным отверстием, при этом между собой они разделены специальной перегородкой. Она перекрывает минимум две лопасти, и между ней и колесом расстояние составляет не более 0,2 мм. Таким образом, движение перекачиваемой воды и крыльчатки создает центробежную силу, что и усиливает напор. За счет такой конструкции удалось добиться не только повышение давления на выходе, но и обеспечить возможность перекачивать газожидкостные вещества.

Благодаря конструктивным особенностям при одинаковых размерах крыльчатки и равной частоте совершаемых оборотов, работа вихревого насоса приблизительно в 7 раз эффективней, чем центробежного.

Достоинства и недостатки вихревых насосов

Вихревые насосы имеют своим плюсы и минусы. К достоинствам можно отнести большой напор на выходе, функцию самовсасывания воды, возможность перекачивать не только жидкость, но и летучие вещества, а также структуры с газом. С помощью таких устройств можно осуществлять не только перекачивание, но и транспортировку воды по трубам. Использовать насосы погружного типа с вихревой системой работы можно на глубине до 20 метров.

Основной минус – это низкий коэффициент полезного действия. Он составляет порядка 45%, при необходимости обеспечения высоких производственных мощностей лучше выбрать центробежный насос, так как экономически он будет более выгоден. На крупных предприятиях рассматриваемые модели используют только по причине невозможности использовать центробежные. Еще один серьезный недостаток – вихревой насос не может перекачивать воду, в которой есть вкрапления твердых частиц. Также такие устройства не подходят для вязких веществ.

Классификация

Вихревые устройства могут отличаться по нескольким параметрам. В настоящее время существуют следующие типы вихревых насосов:

открытой и закрыто — вихревые;
погружные и поверхностные;
комбинированные.

Каждый из них имеет разное назначение и строение

Открыто-вихревые и закрыто-вихревые

Открыто-вихревой насос отличается от закрыто-вихревого тем, что у него более длинные лопатки, крыльчатка по диаметру меньше отводного канала, и сам кольцевой канал соединяется только с напорным патрубком. У закрытых моделей лопасти более короткие и расположены под разными углами, диаметр колеса совпадает с диаметром внутренней камеры, а канал соединяет входное и выходное отверстие.

Отличие в работе следующее. Вода поступает через вход и попадает в рабочую камеру, где в виде вихря отправляется в соединительный канал и уже через него под давлением выходит через выходной патрубок. У закрытых устройств в силу одинакового диаметра рабочей камеры и колеса вода сразу попадает в соединительный канал, там формируется вихрь и усиливается напор.

Погружные и поверхностные модели

Отличие данных моделей понятно из названия: погружные находятся непосредственно в перекачиваемой среде, поверхностные расположены рядом с ней. Первый вариант чаще всего используется просто для перекачивания жидкостей или не слишком вязких веществ, второй используется для циркуляции воды, например, в оросительных системах или для водоснабжения дома.

Комбинированные варианты

Свободно-вихревые модели позволяют работать с сильно загрязненными веществами. Их используют как фекальные или дренажные насосы, применяют в очистных сооружениях и в добывающей промышленности для откачивания воды из скважин при бурении.

Центробежно-вихревые насосы имеют более высокий КПД в сравнении с классическими вихревыми моделями, они способны работать с жидкостями с температурой нагрева не более 105 градусов. Отличие заключается в том, что здесь установлено и центробежное, и вихревое колесо одновременно.

Вакуумные насосы вихревого типа – это своего рода воздуходувки. С их помощью можно обеспечить распространение горячего или холодного воздуха, а также добиться небольшого вакуума. Часто применяется для сушки стеклянной тары и аэрации водоемов.

Какой насос лучше – вихревой или центробежный

Чтобы ответить на вопрос, что лучше, вихревой или центробежный насос, следует внимательно посмотреть на характеристики вихревых насосов:

небольшой размер и меньшая цена в сравнении с центробежными;
способность создать высокое давление;
работа с чистыми веществами;
достаточно высокий уровень шума.

В настоящее время вихревые насосы обеспечивают производительность от 8 до 60 кубических метров в час, а напор варьируется от 25 до 250 метров.

Исходя из характеристик вихревых моделей, можно сделать вывод, что они более пригодны в промышленности, так как способны перекачивать не только жидкости. По причине высокого шума они не подходят для работы в жилых помещениях или расположенных в непосредственной близости рядом с домом. Благодаря цене и компактным размером их целесообразно применять на небольших насосных станциях, ведь они могут работать с малой подачей, но большим напором. Они подходят для фермерских хозяйств в качестве снабжения системы орошения водой. Такие насосы отлично подходят для вспомогательных котельных станций, а также в качестве компрессора для обеспечения циркуляции воды. Еще одним плюсом является простота конструкции и ремонта.

Источник: tehnika.expert

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, обазующими 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 медленнодвижущихся 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.

Notice: Undefined index: HTTP_USER_AGENT in /var/www/u0242856/data/www/nektonnasos.ru/func/desc_or_mobile.php on line 5

Вместе со статьей «Как устроен и как работает вихревой насос?!» читают:

Источник: www.nektonnasos.ru

Устройство и принцип работы вихревого насоса

Сегодня для решения различных бытовых задач используются разные виды насосного оборудования. Вихревые агрегаты среди них завоевали особую популярность за свои выдающиеся технические характеристики. К такому оборудованию относят динамические насосы, в которых для циркуляции водной среды используются лопатки, расположенные на рабочем колесе. Существует несколько видов вихревых насосных изделий, которые отличаются особенностями строения и принципом работы. В нашей статье мы рассмотрим устройство и принцип действия вихревого насосного оборудования для скважины.

Устройство

Главный рабочий механизм любого вихревого насоса – рабочее колесо. К нему крепятся лопатки, которые могут находиться в радиальном либо наклонном положении. Это колесо установлено и вращается в цилиндрическом корпусе, в котором торцевые зазоры минимально уменьшены. Водная среда сначала всасывается через входное отверстие, перемещается внутри агрегата и выбрасывается под напором из выходного отверстия.

Рабочее колесо этих агрегатов – это массивный диск из стали с пазами, которые выполнены методом фрезерования по окружности. В итоге эти пазы образуют прямолинейные лопатки. Как правило, напорный и всасывающий патрубок находятся в верхней части корпуса. Это обеспечивает самовсасывание жидкости после залива воды при первом запуске оборудования.

Устройство насоса выполнено так, что расположенный концентрично к оси вала отливной канал идёт по направлению вращения от всасывающего до выходного патрубка. Между этими патрубками установлена специальная перемычка, прижимающаяся к рабочему колесу с минимально возможным зазором в 0,2 мм. При этом эта перемычка перекрывает не менее двух лопаток на рабочем колесе. Она нужна для отделения всасывающей полости от напорной камеры.

Важно: вихревые агрегаты для скважины способны создавать давление в 7 раз, превышающее аналогичный показатель у приборов центробежного типа с такой же частотой вращения рабочего колеса и аналогичными габаритами. Помимо самовсасывающей способности насосы вихревого типа могут работать не только с водной средой, но и с газо-водной смесью.

Схема устройства

Чтобы понять принцип действия вихревого агрегата, необходимо представить его схему, которая выглядит как рабочее колесо, закреплённое на валу. К этому рабочему колесу крепятся лопасти. Поскольку расположение колеса в корпусе является эксцентричным, это способствует минимальному зазору между ним и корпусом агрегата.

Если сравнить принцип действия вихревого насосного оборудования с другими агрегатами самовсасывающей группы для скважины (центробежными и осевыми), то устройство прибора выполнено так, что жидкость, поступающая в кожух, продвигается по касательной оси относительно расположения рабочего колеса. По мере движения воды в корпусе на неё воздействуют центробежные силы, образующиеся в ходе её вращения в паре с рабочим колесом.

Отсюда становится понятно, что рабоче колесо (1) установлено в корпусе (2) с минимальными зазорами. В корпусе насосного оборудования выполнен специальный канал (3), который проходит вдоль всей окружности лопаток рабочего колеса. Этот канал тянется от всасывающего патрубка (5) до напорного патрубка (4). Канал разделён уплотняющим выступом (6), который нужен для того, чтобы жидкость не могла перетекать из напорной зоны во всасывающую камеру

Устройство вихревого насосного оборудования хорошо видно на схеме.

Принцип работы

Принцип действия вихревого насосного оборудования так же, как и в приборах центробежного типа, основан на использовании центробежного усилия, которое возникает при вращении рабочего колеса. Однако в отличие от центробежных аналогов вихревые насосы имеют свои особенности работы, которые состоят в следующем:

Во время вращения рабочего колеса насосного оборудования небольшой объём воды из всасывающего трубопровода попадает в пазы на рабочем колесе.
В результате она продвигается от периферии к центру агрегата, что не похоже на работу центробежного насоса.
После этого этот объём воды под влиянием центробежного усилия начинает продвигаться вдоль лопаток от центральной части к периферии.
В итоге вода получает ускорение и выбрасывается в выходное отверстие.
Здесь скоростная энергия воды переходит в энергию давления.
Под влиянием давления и всасывающего действия лопаток новый объём жидкости снова попадает на лопатки и происходит повторение цикла.

Важно: за один оборот рабочего колеса цикл возникновения давления и подсасывающего действия лопаток повторяется многократно, что способствует приращению энергии и увеличению напора.

Разновидности

Насосное оборудование вихревого типа можно разделить на два вида:

открыто-вихревые агрегаты;
закрыто-вихревые насосы.

Их принцип работы немного отличается, поскольку насосы первого типа имеют:

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

Закрыто-вихревые агрегаты отличаются таким строением:

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.

Принцип работы у каждой разновидности отличается. 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.

Достоинства и недостатки

К преимуществам вихревого насосного оборудования можно отнести следующее:

При тех же габаритах и частоте вращения рабочего колеса вихревые насосы могут создавать напор, в 7 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 нагнетать давление не только при работе с водой, но и с газожидкостными смесями. При необходимости они даже могут создать нужный напор с воздухом внутри.
Поскольку в подобном оборудовании используется не крыльчатка, а импеллер, это устройство создаёт напор наподобие эжекторного устройства. Это способствует тому, что агрегат может поднимать воду со скважины глубиной более 15-20 м, чего нельзя сказать о центробежном насосе без эжектора.
Работа насоса создаёт настолько сильный напор воды, что подобное оборудование по мощности можно сравнить с насосными изделиями промышленного назначения.

Однако у данного оборудования есть и свои недостатки, среди которых можно перечислить следующие:

КПД вихревого насосного оборудования достаточно низкий и равен 35-45 %. Именно поэтому вихревые агрегаты высокой мощности использовать невыгодно.
Такое изделие не может транспортировать рабочую среду с высокой вязкостью.
Кроме этого вихревой агрегат очень чувствителен к загрязнённой рабочей среде, то есть воде с большим содержанием примесей. Поэтому такое оборудование можно использовать только для скважины с чистой водой.

Важно: из-за маленького зазора между лопастями рабочего колеса и корпусом перекачивание водной среды с абразивными частицами может привести к быстрому износу механических частей оборудования и его выходу из строя.

Сфера использования

Если учитывать принцип работы, преимущества и недостатки данных агрегатов, то их использование оправдано там, где нужно создать большой напор в комплексе с небольшой подачей воды. К примеру, такая ситуация может потребоваться для небольшой автоматизированной насосной станции для водоснабжения загородного дома.

Вторая область использования такого оборудования связана со способностью насоса перекачивать газожидкостную смесь. Именно поэтому насосы вихревого типа с успехом используются для перекачки летучих жидкостей, а именно керосина и бензина, на автозаправочных станциях.

Стоит знать: вихревые агрегаты выпускаются с производительностью равной 8-60 кубометров в час и напором 25-250 м. Также в продаже есть комбинированные центробежно-вихревые изделия, которые отличаются улучшенным КПД.

Источник: vse-o-kanalizacii.ru