Схемы устройства и принцип действия насосов трения
По предусмотренной классификации насосы трения включают в себя весьма разнообразные как по принципу преобразования энергии, так и по виду рабочих органов механизмы и устройства.
Вихревые насосы. Рабочее колесо вихревого насоса (рис. 1.6) представляет собой плоский диск с короткими радиальными прямолинейными лопатками, расположенными на периферии колеса. В корпусе имеется кольцевая полость, в которую и входят лопатки колеса. Внутренний уплотняющий выступ, плотно примыкая к наружным торцам и боковым поверхностям лопаток, разделяет всасывающий и напорный патрубки, соединенные с кольцевой полостью.
Достоинством вихревых насосов является также и то, что они обладают самовсасывающей способностью, исключающей необходимость заливки корпуса и всасывающей линии насоса перекачиваемой жидкостью перед каждым пуском.
Недостатком вихревых насосов является сравнительно невысокий КПД (0,25—0,5) и быстрый износ их деталей при работе с жидкостями, содержащими взвешенные твердые частицы. Серийно выпускаемые вихревые насосы имеют подачу от 1 до 40 м3/ч и напор от 15 до 90 м.
Струйные насосы. Действие струйных насосов основано на принципе передачи кинетической энергии от одного потока к другому, обладающему меньшей кинетической энергией. Создание напора у насосов этого типа происходит путем непосредственного смешения обоих потоков, без каких-либо промежуточных механизмов. В зависимости от назначения насоса рабочая и перекачиваемая среды (жидкость, пар, газ) могут быть одинаковыми или разными.
Рассмотрим рабочий процесс струйного насоса и найдем соотношения, определяющие его основные параметры, на примере водоструйного насоса (гидроэлеватора), у которого рабочей и перекачиваемой средой является вода.
В водоструйном насосе (рис. 1.7, а) вода под большим давлением по трубе, заканчивающейся соплом, подается в подводящую камеру. Вытекая из сопла с большой скоростью ус в виде струи, она увлекает за собой воду, заполняющую камеру смешения, давление в которой становится меньше атмосферного. Из камеры смешения общий поток направляется в диффузор, где за счет уменьшения скорости течения создается давление, необходимое для движения жидкости по напорному трубопроводу. Постоянное заполнение подводящей камеры перекачиваемой водой происходит из приемного резервуара по всасывающему трубопроводу. Напор, развиваемый водоструйным насосом, согласно определению, данному в § 1, представляет собой разность удельных энергий в выходном сечении II — III и во входном I — 1. Без учета потерь он может быть приравнен приращению энергии на участке между сечениями камеры смешения.
Действительный напор водоструйного насоса будет, конечно, меньше подсчитанного по уравнению (1.2) за счет гидравлических потерь в приемной камере, камере смешения и диффузоре. Тем не менее выражение (1.2) позволяет проанализировать изменение основных параметров водоструйных насосов. Прежде всего оно ясно показывает, что развиваемый насосом напор пропорционален Ус/(2g), т. е. напору Нс, с которым вода подводится к соплу.
Кроме того, напор определяется относительной подачей q и геометрическим параметром S.
На рис. 1.7,6 эти соотношения построены для s, равного 1,5; 2,5 и 4. Из графика видно, что с увеличением подачи напор, развиваемый водоструйным насосом, уменьшается; увеличение параметра s также вызывает уменьшение напора.
КПД водоструйного насоса определяется отношением полезной энергии жидкости к подведенной энергии, которую можно выразить следующим образом:
Внутри трубы проходит воздуховод, по которому сжатый воздух подается компрессором и распыляется с помощью форсунки, находящейся на глубине Дп ниже уровня воды в скважине. Плотность образующейся при этом воздушно-водяной смеси рем значительно меньше плотности воды р, в результате чего смесь поднимается по трубе над уровнем воды в скважине на высоту Н.
По принципу сообщающихся сосудов в условиях равновесия:
Зависимость между подачей и остальными рабочими параметрами воздушного подъемника можно найти на основе следующих рассуждений.
Полезная энергия определяется напором и полезной подачей. Последнюю можно определять по-разному. Если водоструйный насос используется для откачивания воды, то полезным является только расход Q, поступающий в подводящую камеру. В этом случае и КПД водоструйного насоса будет:
Действительные значения КПД, достигаемые на практике в подобных условиях, не превышают 0,25—0,3.
Выражение для КПД будет иметь вид:
В этом случае, естественно, КПД выше и может достигать 0,6—0,7.
Водоструйный насос по своему устройству весьма прост и доступен для изготовления в местных условиях. Следует, однако, иметь в виду, что для обеспечения его хорошей работы требуется правильный подбор размеров и тщательное изготовление. Существенное значение имеют форма сопла, расстояние от сопла до камеры смешения, форма камеры смешения и диффузора.
Шнековые насосы (рис. 1.9). Основным рабочим органом водоподъемников этого типа является шнек, представляющий собой вал с навитой на него спиралью. Как правило, шнек выполняют с трехзаход-ной спиралью, что обеспечивает подачу воды и равнопрочность шнека при любом угле поворота. Шнек, установленный наклонно, вращается в лотке, выполняемом обычно из бетона. Линейная скорость кромок шнека 2—5 м/с соответствует частоте вращения 20—100 мин в зависимости от диаметра шнека. Для получения такой частоты вращения приводной электродвигатель соединяют с валом шнека через редуктор или через клиноременную передачу.
Угол наклона шнека принимают 25—30°, что при обычной длине шнека 10—15 м обеспечивает высоту подъема 5—8 м. Чем больше подача подъемника, тем больше должно быть поперечное сечение шнека, а это увеличивает его жесткость.
Поэтому при большей подаче можно принимать большую длину шнека, увеличивая тем самым высоту подъема.
Подача шнековых насосов колеблется от 15 до 5000 л/с при высоте подъема 6—7 м. Средний КПД шнекового насоса составляет около 0,7—0,75 и остается практически постоянным в большом диапазоне изменения подачи.