Принцип работы осевого насоса кратко

Обновлено: 05.07.2024

Осевые насосы относятся к группе лопастных насосов. Корпусом осевого насоса, как правило, служит изогнутая цилиндрическая труба-колено, являющаяся элементом общего трубопровода. Внутри колена между входными и выходными направляющими аппаратами располагается рабочее колесо. В отличие от центробежного насоса в осевом насосе происходят аксиальное перемещение жидкости. Принцип действия осевого насоса основан на силовом воздействии лопастного колеса на поток жидкости, в результате которого последний получает приращение кинетической энергии, преобразуемой затем в статический напор. В осевом насосе частицы жидкости не имеют радиальных перемещений.

Осевые насосы, могут иметь любую производительность, но при низких напорах (не более 20 м вод. ст.), поэтому на судах их применяют главным образом в качестве отливных средств.

На рис. 2.23 изображен продольный разрез вертикального осевого циркуляционного насоса. Насос состоит из трех основных частей: ротора, корпуса, фонаря. Ротор насоса представляет собой вал 5, на нижнем конце которого крепятся рабочее колесо 10 и сферический обтекатель 9. Вал вращается на двух подшипниках: нижнем резиновом опорном подшипнике скольжения 6, установленном в ступице направляющего аппарата 7, смазываемом забортной водой, и в верхнем радиально-упорном шарикопод-шипнике 14, расположенном в фонаре и воспринимающем осевое усилие забортного давления на ротор насоса. В месте выхода из корпуса насоса вал уплотнен набивным сальником 4.

Корпус 12 насоса бронзовый, выполнен в виде колена, рассчитан по прочности на полное забортное давление. В корпусе насоса с помощью разъемных соединений крепится литой бронзовый направляющий аппарат 7, состоящий из направляющих лопаток 11, обода и ступицы, предназначенный для устранения вращения движения воды за рабочим колесом и частичного преобразования кинетической энергии жидкости. В средней части корпуса предусмотрен люк 2 для осмотра гидравлической части и выема подшипника скольжения 6. Люк закрыт крышкой с протектором. Корпус имеет фланцы 3 и 8 для соединения с системой. Фонарь 13 насоса сварной, состоит из корпуса фонаря с ребрами жесткости, фланцев 1 для установки электродвигателя и крепления к корпусу насоса и корпуса шарикоподшипника 14. Для наблюдения за работой подшипников, муфты, сальников и ухода за ними передняя сторона корпуса фонаря открытая.

Осевые насосы — низконапорные. Применяют их там, где требуются большая подача и низкий напор. При этих условиях они конструктивно, проще центробежных и имеют лучшие массовые и габаритные показатели. Осевые насосы не обладают свойством сухого всасывания. Их недостатком также является ограниченная высота всасывания. Некоторые марки осевых насосов работают только с подпором. На кораблях осевые насосы применяют как циркуляционные для перекачивания забортной воды через различного рода теплообменные аппараты (главный и вспомогательный конденсаторы и др.). Между основными параметрами осевых насосов — напором Н, к.п.д. ɳ, мощностью N и подачей Q — существуют внутренние зависимости.

Типовые характеристики H = f₁(Q), η = f₂(Q), W = f ₃(Q)осевого насоса представлены на рис. 2.25. Как следует из графиков, напорно-расходная характеристика осевого насоса в отличие от центробежных насосов падает круче. К.п.д. насоса растет практически линейно с увеличением подачи до номинальной и имеет наибольшую величину при номинальной подаче. С увеличением подачи больше номинальной к.п.д. уменьшается. Осевой насос в отличие от центробежного потребляет большую мощность при малых подачах. С увеличением подачи потребляемая мощность уменьшается. Вследствие этого регулируют подачу осевого насоса, изменяя частоту вращения или поворачивая лопасти насоса. Регулировать подачу осевого насоса дросселированием с экономической точки зрения нецелесообразно.

Особенностью характеристик осевого насоса является наличие перегиба графиков H = f(Q) и N = f(Q) при подаче 30-50% номинальной. В области перегиба насос работает неустойчиво, вибрирует, напор насоса колеблется, поэтому подачу осевых насосов регулируют в диапазоне подач, больших, чем подачи, соответствующие перегибу.

Осевые насосы относятся к группе лопастных насосов. Они обладают преимуществами и недостатками, присущими всем лопастным насосам, и требуют принципиально сходного обслуживания с центробежными насосами. Конкретное обслуживание каждого насоса зависит от условий его работы и проводится в строгом соответствии с инструкциями по обслуживанию. Основными, общими с центробежными насосами особенностями работы осевых насосов являются отсутствие способности к сухому всасыванию и повышенные требования к условиям надежного всасывания. В отличие от центробежных насосов осевые насосы потребляют наибольшую мощность при холостом ходе. Поэтому осевые насосы пускают при открытых приемном и отливном клапанах.

Перед пуском осевого насоса проводят его внешний осмотр. При осмотре проверяют крепление фланцев, состояние прокладок, наличие смазки в местах, где она должна быть, состояние сальниковых уплотнений, исправность и подключение приборов, состояние привода, его систем и устройств. После осмотра насос проворачивают вручную, проверяют, свободно ли вращается ротор насоса и привода (проворачивают вручную только те насосы, инструкции к которым предусматривают такой способ про верки исправности насоса). Убедившись в исправности насоса и его привода, проверяют состояние и работу арматуры системы: управление золотниками (клапанами), состояние уплотнения сальников штоков клапанов, захлопок. Система перед пуском должна быть заполнена водой, приемный и отливной клапаны (захлопки) должны, быть открыты.

Произведя пуск, наблюдают за показаниями контрольно-измерительных приборов, внимательно следят за работой насоса: температурой подшипника, корпуса привода и насоса, отсутствием посторонних шумов. Остановку насоса осуществляют при открытых клапанах (захлопках). После остановки насоса клапаны (захлопки) закрывают, систему, насос и привод приводят в исходное положение.

Вихревые насосы относятся к группе лопастных насосов, они применяются при малой производительности и большом напоре. Действие их, как и центробежных, основано на передаче энергии от лопастей к потоку жидкости.

Принципиальная схема конструкции вихревого насоса показана на рис. 2.26. Он состоит из корпуса 2, в котором размещается рабочее колесо 8, жестко закрепленное на валу 7. Колесо представляет собой диск с выфрезерованными с обоих торцов радиальными лопатками 6, разделенными с обоих сторон перегородкой 5. Корпус насоса снабжен всасывающими 3 и нагнетательными 1 патрубками. Стенки его прилегают к торцевым поверхностям рабочего колеса с малыми осевыми зазорами (не более 0,2-0,3 мм). Периферийная часть колеса, на которой находятся лопатки, располагается в кольцевом канале 4, образованном корпусом насоса. Канал заканчивается нагнетательным патрубком. Для входа жидкости в межлопаточные каналы в стенке корпуса сделано окно 10, расположенное в самом начале кольцевого канала. Начало этого канала и напорный патрубок отделены перемычкой 9, причем радиальный зазор в области ее допускается не более 0,2 мм.

Жидкость поступает в насос через всасывающий патрубок 3 и далее через окно 10 направляется к основаниям радиальных лопаток.

При вращении рабочего колеса в межлопаточныч каналах ей сообщается механическая энергия. Выходит жидкость из насоса через нагнетательный патрубок.

В кольцевом канале жидкость движется по винтовым траекториям и через некоторое расстояние опять попадает в межлопаточное пространство, где снова получает приращение механической энергии. Таким образом, в корпусе работающего насоса образуется своеобразное парное кольцевое вихревое движение, от которого он и получил название вихревого. Многократность приращения энергии частиц жидкости приводит к тому, что вихревой насос при прочих равных условиях создает напор значительно больший, чем центробежный.

Вихревые насосы (единственные из лопастных) обладают высокой всасывающей способностью и даже свойством сухого всасывания. Ступень вихревого насоса при сравнимых условиях имеет напор, в 2-4 раза превышающий напор ступени центробежного.

Литература

Вспомогательные механизмы и судовые системы. Э. В. КОРНИЛОВ, П. В. БОЙКО, Э. И. ГОЛОФАСТОВ (2009)

Осевым называют насос, в котором жидкая среда перемещается путем обтекания лопастей в направлении оси рабочего колеса.

Осевые насосы являются динамическими лопастными машинами, в которых кинетическая энергии вращения, при этом, преобразовывается в гидродинамическую энергию потока.

Осевые насосы используются для перекачивания больших расходов жидкости при малом напоре.

Устройство осевого насоса

Схема осевого насоса показана на рисунке.

Рабочее колесо с лопатками 1 установлено в цилиндрическом корпусе 2, который предварительно должен быть заполнен жидкостью. Направляющий аппарат 3 расположен за рабочим колесом.

Работа осевого насоса

В результате динамического воздействия лопасти на жидкость давление над лопастью повышается, а под ней уменьшается. Благодаря возникающей подъемной силе, частицы жидкости двигаются вдоль оси рабочего колеса, одновременно с этим поток закручивается. Для прекращения вращения жидкости за рабочим колесом установлен направляющий аппарат 3, на выходе которого расположен напорный патрубок.

Осевые насосы с поворотными лопастями

Для регулирования подачи, и обеспечения высокого КПД в широком диапазоне изменения скоростей вращения рабочего колеса, используют осевые насосы с поворотными лопастями.

Схема механизма регулирования угла наклона лопасти показана на рисунке.

Лопасть 3 установлена в подшипниках в, тяга 1 лопасти - шарнирно соединена с крестовиной 2. При движении крестовины вверх или вниз угол установки лопасти будет изменяться. Для перемещения крестовины используют гидроцилиндр, механическую передачу с электрическим приводом.

Применение осевых насосов

Осевые насосы используют в системах циркуляционного водоснабжения ТЭС и АЭС, орошения, в промышленности для транспортировки жидкости при низком напоре.

В осевых насосах в отличие от центробежных жидкость движется в осевом направлении, поэтому они и получили такое название. В этих насосах отсутствуют радиальные перемещения потока и, следовательно, совершенно исключена работа центробежных сил. Приращение давления происходит исключительно за счет преобразования кинетической энергии в потенциальную, т. е. за счет использования диффузорного эффекта. Но диффузорные потоки, как известно, устойчивы лишь при соблюдении определенных условий, нарушение которых ведет к отрыву пограничного слоя от поверхностей межлопастных каналов и в результате – к полному переформированию потока. Поэтому к проектированию и изготовлению осевых насосов предъявляются более высокие требования, чем это делается в отношении центробежных насосов.

Осевые (пропеллерные) насосы по своей конструкции просты. Основными элементами осевого насоса (рис. 18) являются: подвод 1, рабочее колесо 2, лопаточный отвод (выправляющий аппарат) 3 и корпус 4. Проточная часть насоса по существу представляет собой участок цилиндрической изогнутой трубы, и насос может быть легко встроен в общий трубопровод, к которому он подключен. Рабочее колесо, напоминающее гребной винт, получает вращение от электродвигателя (не показан) через вал 5. Подвод с обтекателем 7 и выправляющий аппарат неподвижные. Обтекатель обеспечивает плавный подвод жидкости к лопастям. В месте выхода вала из корпуса установлен сальник 6.

Рисунок 18 – Схема осевого насоса

Выправляющий аппарат раскручивает поток и направляет его по оси насоса. Иногда перед рабочим колесом устанавливают направляющий аппарат, служащий для устранения закручивания потока, которое может возникнуть вследствие асимметрии потока перед входом в насос.

Судовые насосы выполняют вертикальными и горизонтальными, причем одноступенчатыми (с одним рабочим колесом). По способу закрепления лопастей рабочего колеса на втулке различают насосы жестколопастные и поворотно-лопастные. У первого типа насосов лопасти жестко закреплены на втулке, а у второго – могут поворачиваться. Благодаря повороту лопастей изменяется угол их установки и существенно расширяется область работы насоса. Однако наличие устройства для поворота лопастей сильно усложняет конструкцию насоса.

Область использования осевых насосов – большие подачи при малых напорах. Обычно их строят на подачи от 500,0 и более, при напоре около 4,0÷7,0м. Выпуск промышленных образцов осевых насосов регламентирован ГОСТ 9366–80.

Осевые насосы применяются в балластных системах ледоколов и плавучих доков, в подруливающих устройствах судов. На морских паротурбинных судах эти насосы используются для прокачки забортной воды через главные конденсаторы. Осевые насосы не обладают сухим всасыванием и имеют малую допустимую вакуумметрическую высоту всасывания. Для обеспечения бескавитационной работы эти насосы размещают ниже свободного уровня перекачиваемой жидкости.

На рис. 19 показан вертикальный осевой насос типа О (ГОСТ 9366–80). Он состоит из обтекателя 14, насаженного на вал 8, и входного патрубка 13, внутри которого установлено рабочее колесо 12. В пределах корпуса вал имеет 2 опоры 11 и 5 с лигнофолевыми (или резиновыми) вкладышами 4 и 10. Нижняя опора 11 смазывается перекачиваемой жидкостью, верхняя 5 – жидкостью, подаваемой специальным насосом. Верхняя часть вала находится в защитной трубе 6. Сальник 2 снабжен мягкой набивкой 3. Из рабочего колеса поток поступает в выправляющий аппарат 9, а затем в отводы 7 и 15.

Рисунок 19 – Осевой насос типа О

В рассматриваемой конструкции предусмотрен вал, состоящий из основного 8 в пределах насоса и промежуточного, который соединяется с валом электродвигателя. В свою очередь основной вал соединяется с промежуточным жесткой муфтой 1. Промежуточный вал имеет опору с радиально-упорным подшипником, воспринимающим массу ротора и осевую силу. Насосы типа О целесообразно использовать для откачивания водяного балласта у плавучих доков.

Рисунок 18 – Схема осевого насоса

Рисунок 19 – Осевой насос типа О

Осевые насосы называются также пропеллерными или аксиальными. Они имеют осевые вход и выход жидкости и перемещают ее вдоль оси. В осевых насосах давление повышается за счет передачи лопастями колеса вращающего момента двигателя. Жидкость при этом движется по винтовой поверхности. Такие насосы широко применяются в случаях, когда необходимо обеспечить большую подачу при сравнительно малом напоре. Габаритные размеры осевых насосов меньше размеров центробежных при одинаковой подаче (особенно у насосов с большой подачей). Осевые насосы имеют одностороннее всасывание и выполняются преимущественно одноступенчатыми. На судах осевые насосы (рис. 2.31) применяют в качестве водоотливных и циркуляционных.

Рис. 2.31. Осевой насос

Пропеллер (рабочее колесо) 7 установлен в составной цилиндрической трубе, представляющей собой корпус насоса. В нижней приемной части 8 корпуса расположены направляющие ребра и аварийный патрубок 1, служащий для откачивания воды. В средней части корпуса находится внутреннее защитное кольцо 6. Верхняя напорная часть 3 корпуса выполнена разъемной в плоскости вала. Вал насоса вращается в двух подшипниках скольжения 2 с резиновыми вкладышами, смачиваемыми перекачиваемой водой.

Вал насоса изолирован от перекачиваемой жидкости обтекателем 4. Рабочее колесо 7 насажено на вал консольно. В подшипниках и сальниках на вал для большей долговечности насажены бронзовые втулки. Осевое усилие в насосе воспринимается упорным подшипником турбопривода. По выходе с рабочего колеса вода попадает на лопасти разъемного направляющего аппарата 5, где вследствие снижения скорости динамический напор преобразуется в статический.

Судовые осевые насосы отличаются от стационарных конструкцией напорной части. У последних отношение радиуса кривизны колена напорного патрубка к его диаметру принимают равным не менее 1,25, что обеспечивает минимум потерь на повороте потока в колене. В судовых условиях из-за дефицита места большой радиус кривизны напорного патрубка крайне нежелателен. Его максимальное значение принимают равным 0,6—0,7 диаметра. С целью уменьшения размеров и массы трубопроводов скорость перекачиваемой жидкости должна быть не более 2 м/с.

Для уменьшения турбулентности и создания равномерного потока жидкость, выходящая из напорной части насоса, попадает на направляющие ребра, которые разделяют напорный патрубок на две части. Наличие направляющего криволинейного ребра — специфическая особенность судовых осевых насосов. Этим достигается повышение КПД на 2—3 %, которое крайне необходимо из-за низких напоров (по сравнению со стационарными осевыми насосами).

В качестве судовых применяют осевые насосы с подачей до 1000 м 3 /ч и напором, не превышающим 0,08 МПа. КПД осевых судовых насосов, по данным испытаний, составляет 75—87 %.

Осевые насосы не обладают сухим всасыванием. Всасывающая способность у них настолько мала, что устанавливать их рекомендуется без всасывающего патрубка. Крупные осевые насосы в основном могут работать только с подпором. Частота вращения составляет 250—800 об/мин и не должна превышать 1500 об/мин во избежание появления сильной кавитации. Подача регулируется с помощью задвижки на нагнетательном трубопроводе или изменением угла установки лопастей.

Расчет новых насосов основан на теории подъемной силы крыла Н. Е. Жуковского. Для осевых насосов уравнение Эйлера при условии, что окружные скорости ых и и2 при входе на рабочую лопасть и выходе с нее равны, примет вид Ht∞ = (ω1 — ω2)/(2g) + (с2 — C1)/(2g). Отсюда следует, что у таких насосов статический напор (давление) в колесе создается исключительно за счет снижения относительной скорости жидкости между лопастями направляющего аппарата после колеса (поэтому они являются низконапорными насосами).

Приближенно действительный напор, создаваемый осевыми насосами, можно вычислить по формуле акад. Г. Ф. Проскуры Н = u2/(2gkн), где kн = 0,0244ns/3 — коэффициент напора при коэффициенте быстроходности, равном 500—2000.

Читайте также: