История науки и техники. Энергомашиностроение

Вихревой насос внешне напоминает центробежный. Он имеет ротор с ячейками на периферии, расположенный в корпусе с кольцевым зазором. Торцевой зазор и зазор по периферии между входным и выходным отверстиями, расположенными на цилиндрической поверхности корпуса, должны быть минимальными. Жидкость из ячеек рабочего колеса под влиянием центробежных сил переходит в корпус и, передав часть своей кинетической энергии, находящейся там среде, вернется в другие ячейки. Совершая винтообразное перемещение, каждая частица за время нахождения в насосе несколько раз побывает в роторе, получая от него энергию. В результате такого многоступенчатого механизма силового взаимодействия вихревые насосы могут при тех же габаритах, что и центробежные, иметь напор в несколько раз больший, но при меньшем значении коэффициента полезного действия. Отметим, что эти машины на английском и немецком языках обычно называют насосами с боковыми каналами.

В черпаковом насосе, появившемся в нескольких модификациях вскоре после вихревого в США и ФРГ, отводящее устройство в виде обтекаемого тела с каналом – черпака, размещено внутри вращающегося корпуса с радиальными лопатками, укрепленными на его боковых стенках. Наружная поверхность корпуса вращается в воздушной полости неподвижного кожуха. Жидкость подводится в кольцевой канал, а отводится из трубки идущей вдоль оси вращения. Вращение от ротора передается в результате обмена количества движения между частицами жидкости, сходящими с лопаток и находящимися в пространстве между неподвижным черпаком и ротором. В области малых подач эти насосы имеют преимущество перед центробежными и объемными. Кроме того, они могут перекачивать загрязненные и легкокипящие жидкости. За рубежом черпаковые насосы обычно называют насосами с трубкой Пито.

Рис. 3.22. Вихревой насос

Лабиринтные насосы, разработанные у нас в стране в институте гидромашиностроения, предназначены главным образом для подачи кислот и других агрессивных жидкостей, но маловязких жидкостей. Они могут быть осевыми и радиальными, но чаще используются осевые. Ротор и корпус имеют многозаходные нарезки противоположного направления. При вращении ротора в процессе обтекания винтовых поверхностей происходит силовое взаимодействие за счет интенсивного образования вихрей. Для химической промышленности применяются лабиринтные насосы с подачей до 10 литров в секунду при напоре до 150 метров. Часто лабиринтные насосы используют в качестве динамических уплотнений, которые обеспечивают герметичность только при движении рабочих органов.

Рис. 3.23. Черпаковый насос

3.8. Осевые насосы

Если проектировать центробежный насос на большую величину напора или на малое число оборотов, то он получится с рабочим колесом в виде блина, насажанного на ось вращения. Если, наоборот, рассчитывать на очень большую подачу при малом напоре или на высокую частоту вращения, то он будет вытягиваться вдоль оси и превратится постепенно в осевой с движением рабочего тела вдоль оси вращения. Такие машины сначала делали для подачи воздуха: вентиляторы, воздуходувки, компрессоры. Эффективность таких машин определяется не гениальными догадками конструкторов, а теорией, точным расчетом. Впервые эта теория, или по современной терминологии математическая модель, была создана профессором Харьковского политехнического института Г. Ф. Проскурой в двадцатых годах нашего века. Затем она бурно развивалась у нас, в европейских странах и в Америке.

Осевой насос состоит из ротора с валом относительно большого диаметра, на котором установлены лопасти (обычно от двух до восьми), похожие на короткие самолетным крылья. В роторе (рабочем колесе) механическая энергия двигателя при обтекании лопаток преобразуется в потенциальную и кинетическую энергию жидкости (газа). За рабочим колесом находится направляющий аппарат, который состоит из неподвижной системы лопастей. В направляющем аппарате кинетическая энергия жидкости преобразуется в потенциальную. Существуют две основные разновидности осевых насосов: с лопастями, закрепленными на втулке неподвижно, и поворотно-лопастные, имеющие механизм для изменения угла поворота лопастей в зависимости от режима работы. Сложность конструкции часто окупается выигрышем за счет более высокой экономичности. Осевые насосы часто выполняются многоступенчатыми, а осевые компрессоры почти всегда.

Рис. 3.24. Осевой насос

Осевые насосы применяются чаще всего на мощных тепловых электростанциях, насосных шлюзовых установках, магистральных каналах, ирригационных системах, в ракетных и авиационных двигателях.