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.
Устройство вихревого насосного оборудования хорошо видно на схеме.
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. Благодаря лопаткам на рабочем колесе водной среде передаётся энергия, которая позволяет жидкости под воздействием инерционных сил продвигаться от входного отверстия к выходному.
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.
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.
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.
Источник: vodakanazer.ru
Где применяют вихревой насос?
Гидравлическое устройство данного вида используется для перекачки среды из резервуаров и водоемов, подъема воды из скважин, перемещения газообразных веществ. Может применяться только при отсутствии механических примесей в жидкости.
Имеет несколько областей применения:
- системы водообеспечения жилых зон;
- оросительные комплексы;
- химическая промышленность;
- в качестве компрессора пониженного давления;
- в роли питающего насоса в котельных установках.
Гидравлические машины с данным механизмом используются в качестве вакуумных насосов.
Устройство и принцип работы
Механизм отличается простым устройством, что позволяет использовать при его изготовлении тугоплавкие сплавы, обладающие высокой прочностью и устойчивостью к агрессивной среде.
Особенности устройства:
- Основным рабочим элементом приспособления является колесо. Внешне деталь представляет собой массивный диск из стали, в конфигурации которого предусмотрены пазы. Они образуют лопатки (пластины), имеющие прямую направленность. Они расположены под углом или вдоль радиуса.
- Колесо размещено в корпусе цилиндрической формы. Особенностью механизма являются уменьшенные торцевые зазоры.
- В верхней части агрегата расположены всасывающий и напорный патрубки. Благодаря этой особенности при запуске аппарата происходит самовсасывание жидкости.
- Между отверстиями предусмотрена перемычка. При зазоре, составляющем 0,2 мм, она прижимается к основному элементу, при этом перекрывает несколько пластин. Позволяет отделить всасывающее пространство от напорной камеры.
- Отливной водоток размещен концентрично по отношению к центральной оси крутящего механизма, направлен от всасывающего до выходного патрубка.
После всасывания вода перемещается внутри аппарата, затем выбрасывается под давлением из выходного отверстия. Циркуляция среды обеспечивается пластинами. Относительно основного элемента перемещение происходит по касательной оси. В процессе движения внутри корпуса жидкая структура испытывает воздействие центробежной силы, нарастающей в процессе вращения с главным элементом.
Принцип действия механизма основан на применении сил трения и инерции, что создает сходство с центробежными насосами.
Однако в алгоритме схемы работы существуют особенности:
- В момент вращения основного элемента в пазы попадает небольшой объем жидкости.
- Вода перемещается от периферии к центральной части (это отличает механизм от центробежного аппарата).
- Затем жидкость движется вдоль пластин, направляясь от центра к периферии.
- Благодаря этому среда получает ускорение и выходит с высокой скоростью.
На каждой лопасти образуется вихрь, жидкость совершает внутри корпуса сложные перемещения при простом устройстве механизма, повышая производительность. Благодаря всасывающей способности пластин и созданному давлению в механизм попадает следующая порция воды, цикл повторяется. Это увеличивает напор и давление при небольших затратах энергии.
Достоинства и недостатки вихревых насосов
Вихревой насос для воды обеспечивает бесперебойную транспортировку жидкости в трубопровод. При выборе устройства учитывается количество потребляемой воды за 1 час.
Данный вид оборудования имеет преимущества:
- Создает сильный напор, превышающий в 7 или 9 раз показатель при использовании центробежного устройства при равном размере колес и частоте оборотов.
- Самостоятельно всасывает жидкую среду.
- Может использоваться при попадании воздуха внутрь корпуса, для перекачки газожидкостной смеси.
- Поднимает воду с глубины до 15 м (показатель можно усилить с помощью эжектора). Это обусловлено наличием импеллера, создающего давление по принципу эжекторного аппарата.
- Ремонт вихревых устройств обходится дешевле благодаря простой конструкции механизма.
- Меньшая зависимость от противоположного напора в водопроводе.
Одним из недостатков является высокая чувствительность к присутствию в среде абразивных частиц. В механизме используются малые зазоры, присутствие твердых примесей различной природы приводит к износу насоса.
Другие недостатки:
- Низкий общий коэффициент полезного действия, составляющий от 35 до 45%. Нецелесообразно использовать оборудование высокой мощности. Вследствие создания интенсивных вихрей жидкости происходит гидравлическая потеря, составляющая до 30% на валу. Из-за перетекания среды через зазоры перемычки отмечаются объемные потери до 20%. Вследствие трения в уплотнительных устройствах и подшипниках происходят механические потери.
- Неспособность перекачивать среду с высокой вязкостью.
Стабильная работа устройства при низком износе наблюдается при использовании для подачи воды из артезианских скважин.
Классификация вихревых конструкций
Разные модели вихревых гидравлических машин могут отличаться принципом работы.
Классификация изделий выглядит следующим образом:
- открытого и закрытого типов;
- поверхностные или погружные;
- комбинированные.
У агрегатов отличаются особенности внутреннего строения.
Открыто-вихревые и закрыто-вихревые
Конструкции открытого типа называются открыто-вихревыми. Отличаются удлиненными пластинами. Имеют меньшее сечение колеса, чем диаметр водотока. При этом кольцевой канал имеет связь только с напорным отверстием.
Закрыто-вихревые механизмы характеризуются уменьшенной длиной пластин на колесе. При этом они могут быть расположены под разными углами. Еще одной особенностью являются равнозначные диаметры колеса и канала, который в данном устройстве соединен с входным и выходным отверстиями.
Данные особенности создают отличия в принципе работы:
- При запуске насоса открытого типа среда сначала попадает в рабочее пространство, а затем проходит в водоток.
- При использовании закрытого устройства жидкость сразу попадает в канал.
В обоих случаях формируется поток, направленный в трубопровод.
Погружные и поверхностные модели
Погружные модели устанавливаются в жидкой среде, используются для перекачки. Способны перемещать жидкости с небольшой степенью вязкости. Поверхностные изделия предназначены для циркуляции профильтрованной воды, используются в системах водообеспечения и для орошения участка земли.
Комбинированные варианты
Комбинированные вихревые механизмы отличаются техническими характеристиками.
Их классифицируют следующим образом:
- Центробежно-вихревые. Особенность устройств – внутри корпуса 2 вида колес: вихревые и центробежные. В сравнении с классическими моделями обладают более высоким КПД. Используются при перемещении жидкостей, нагревающихся не выше +105°C.
- Свободно-вихревые. Благодаря способности перекачивать загрязненную среду используются в очистных сооружениях, в качестве дренажных и фекальных насосов, а также для откачивания воды из скважин в добывающей промышленности.
Существуют вакуумные агрегаты, используемые для нагнетания горячего или холодного воздуха, создания условий вакуума, просушивания или в сфере аэрации водоемов.
Источник: VodaSovet.ru
вихревой насос – это насос трения, в котором жидкая среда перемещается по периферии рабочего колеса в тангенциальном направлении.
Рабочим органом вихревого насоса является рабочее колесо 1 с радиальными или наклонными лопатками (рис.10.23), помещенное в цилиндрический корпус с малыми торцевыми зазорами.
Рис.10.23
В боковых и периферийных стенках корпуса имеется концентрический канал 2, начинающийся у входного отверстия и заканчивающийся у напорного. Канал прерывается перемычкой 4, служащей уплотнением между напорной и входной полостями. Жидкость поступает через входной патрубок 5 в канал, перемещается по нему рабочим колесом и уходит в напорный патрубок 3.
Принцип действия вихревых насосов основан на использовании центробежной силы. При вращении рабочего колеса 1 по направлению, указанному стрелкой, жидкость из входного патрубка 5 поступает на лопатку 6 рабочего колеса и перемещается по каналу 2 к нагнетательному патрубку 3. особенность этого насоса заключается в том, что жидкость при всасывании подается от периферии к центру. Порция жидкости, попавшая на лопатку, приобретает под воздействием центробежной силы кинетическую энергию и отбрасывается в канал 2, где скоростной напор преобразуется в статический (давление), под действием которого та же порция жидкости снова поступает на лопатки, и цикл повторяется. Таким образом, одна и та же порция жидкости за полный оборот рабочего колеса несколько раз отбрасывается от периферии к центру и обратно, в результате чего напор ее значительно увеличивается. Поэтому напор вихревого насоса в 4-10 раз больше, чем центробежного, при тех же размерах и частоте вращения. Большинство вихревых насосов имеют самовсасывающуюся способность, т.е. способность при пуске засосать жидкость без предварительного заполнения подводящего трубопровода. Многие вихревые насосы могут работать на смеси жидкости и газа. Недостатком вихревого насоса является низкий КПД, не превышающий 50%. Низкий КПД препятствует применению вихревого насоса при больших мощностях. Эти насосы изготавливают на подачу до 12 л/с. напор достигает 250 м, мощность доходит до 25 кВт. Частота вращения вихревого насоса, так же как и центробежного, ограничена только кавитационными явлениями. Следовательно, насос может быть непосредственно соединен с электродвигателем. Вихревые насосы непригодны для перекачивания жидкостей с большой вязкостью, вследствие того, что при увеличении вязкости напор и КПД резко падают. Вихревые насосы рекомендуется применять при Rе>20000. При этом
Rе= ,
где r – радиус центра тяжести сечения канала; u – окружная скорость рабочего колеса на радиусе r; — кинематическая вязкость.
Эти насосы непригодны также для подачи жидкостей, содержащих абразивные частицы, т.к. зазор между колесом и перемычкой 4 не превышает 0,15…0,20 мм.
Для получения более высокого давления применяют многоступенчатые вихревые насосы. В них так же, как и в многоступенчатых центробежных насосах, жидкость проходит через несколько рабочих колес, соединенных последовательно.
На рис. 10.24 показана принципиальная характеристика вихревого насоса.
Рис.10.24
Как видно из графика, характеристика вихревого насоса существенно отличается от характеристики центробежного насоса. При увеличении подачи напор, создаваемый насосом, падает по закону, близкому к закону прямой. Потребляемая мощность при этом не увеличивается как у насоса центробежного, а уменьшается тоже по закону прямой. Поэтому включение насоса рекомендуется производить при открытом положении крана (задвижки) на напорном трубопроводе.
В связи с весьма значительным повышением напора при Q→0 вихревые насосы часто снабжаются предохранительными клапанами.
Для вихревых насосов справедливы те же законы пропорциональности, что и для центробежных.
Промышленностью выпускается вихревые насосы следующих типов: В — вихревой с проходным валом; ВС – то же, самовсасывающий; ВК – вихревой консольный; ВКС – то же, самовсасывающий; ВКО – вихревой консольный обогревной (охлаждаемый); ЦВ – центробежно–вихревой; ЦВС – то же, самовсасывающий и др.
Вихревые насосы получили в настоящее время широкое распространение. Их применяют, когда требуется получить большой напор при малой подаче. Особенно перспективно их использование при перекачивании смеси жидкости и газа. В частности, их применяют для подачи легколетучих жидкостей (бензин, спирт и др.), жидкостей, насыщенных газами, сжиженных газов, кислот, щелочей и других химических агрессивных реагентов.
Источник: studopedia.ru