Принцип работы вихревого насоса, виды самовсасывающих агрегатов и их характеристики

В условиях загородной жизни насос является весьма востребованным оборудованием.

Подача питьевой воды, организация полива, осушение подвалов, приямков и канав на даче или в деревне для этого агрегата всегда найдется работа.

Более всего в бытовой сфере прижилось разношерстное семейство самовсасывающих насосов.

Самовсасывающие насосы

Самовсасывающие насосы получили свое название из-за способности втягивать в себя воду с некоторой глубины, то есть когда ее поверхность расположена ниже уровня установки самого агрегата.

Малосведущему человеку может показаться, что это свойство характерно для любого насоса, однако это не так: агрегаты второй разновидности – нормального всасывания – «ждут», пока перекачиваемая среда поступит в их рабочую камеру самотеком (из расположенной рядом емкости) или посредством другого насоса.

Если же вода находится в скважине, колодце или естественном водоеме, откуда самотеком попасть в рабочую камеру устройства никак не может, насос нормального всасывания приходится в нее погружать.

Предназначенные для этого модели так и называются – погружными.

Совсем по-другому обстоят дела с самовсасывающим насосом: он «умеет» создавать разрежение, благодаря которому внешнее атмосферное давление заставляет воду подняться по всасывающей магистрали.

Похожим образом действуем и мы, когда пьем напиток через соломинку.

Теоретически при создании идеального вакуума воду в условиях нормального атмосферного давления можно втянуть на высоту 10,34 м. Но до идеального вакуума даже самым современным самовсасывающим насосам пока далеко. Да ведь и вода при работе помпы пребывает не в статичном состоянии, а в постоянном движении, а значит на нее оказывает воздействие гидравлическое сопротивление всасывающего трубопровода. В результате глубина всасывания – так называют максимальную высоту, на которую самовсасывающий насос может вытянуть воду – составляет в лучшем случае 9 м, а у большинства моделей – не более 8 м.

Тот факт, что самовсасывающий насос может выкачивать воду из скважины или колодца, находясь при этом на поверхности (такие агрегаты как раз и называют поверхностными – в противоположность погружным), обуславливает целый ряд преимуществ:

1. Корпус насоса можно изготовить из дешевых материалов – обычной углеродистой стали (без легирующих добавок) или низкокачественного (непищевого) чугуна.
2. Сэкономить, также, можно на качестве и конструкции уплотнителей, удерживающих в двигателе смазку, ведь даже при самых неблагоприятных обстоятельствах она в колодец не попадет. Погружные агрегаты, напротив, приходится делать сверхнадежными, поскольку удаление машинного масла из источника в случае его протечки – очень сложная и дорогостоящая процедура.
3. Разработчики самовсасывающих насосов не стеснены размерами скважины или колодца. Корпус и двигатель могут иметь любые габариты, соответственно, и мощность поверхностного агрегата ничем не ограничена.
4. Поверхностный насос покоится на прочном основании, с которого никуда деться не может. В отличие от него погружной агрегат приходится подвешивать на тросике, который нередко обрывается.
5. Самовсасывающий насос всегда находится на виду, что облегчает контроль его состояния и обслуживание.

При установке самовсасывающего насоса следует учитывать, что максимальная глубина всасывания ограничивает не только разность уровней зеркала воды и насоса, но и расстояние между агрегатом и скважиной. Обычно гидравлическое сопротивление 4-метрового горизонтального участка всасывающей магистрали считают эквивалентным перепаду высот в 1 м. Приведем пример: если у нас имеется источник глубиной 3 м и насос с максимальной глубиной всасывания 7 м, то мы его сможем расположить не далее, чем в (7 — 3)х4 = 16 м от источника.

Конструкция и виды самовсасывающих насосов

Насос данного типа, как и любой другой, состоит из двигателя (в подавляющем большинстве случаев применяются электродвигатели) и корпуса с рабочей камерой, внутри которой расположен нагнетательный механизм.

Вал насоса получает вращение от вала двигателя, как правило, посредством муфты.

При этом надежность насоса во многом зависит от того, чем уплотнено отверстие в корпусе, через которое проходит вал.

Самый современный и эффективный вариант – торцевой уплотнитель, который остается герметичным даже при вибрациях или небольших смещениях вала. Сальниковая набивка является менее надежной и сегодня применяется только в дешевых моделях.

Существуют насосы с полностью герметичным корпусом, в которых вращение нагнетательному механизму передается от двигателя посредством магнитной муфты.

По типу нагнетательного механизма самовсасывающие помпы делятся на два типа:

• центробежные;
• вихревые.

Центробежные

Внутри рабочей камеры вращается крыльчатка – колесо, состоящее из двух дисков и нескольких заключенных между ними радиальных лопаток криволинейной формы. Крыльчатка раскручивает находящуюся внутри насоса жидкость, отчего та отбрасывается от оси вращения центробежной силой.

Благодаря тому, что корпус имеет улиткообразную форму, перекачиваемая среда по ходу движения попадает в нагнетательный патрубок, а оттуда – в трубопровод.

Центробежный агрегат может иметь несколько рабочих колес. Расположены они на одном валу и вращаются совместно, но корпус устроен таким образом, что вода поступает последовательно от одного колеса к другому, так что с каждой ступенью ее энергия увеличивается.

Таким образом, общий напор многоступенчатого насоса равен сумме напоров каждой ступени.

Вихревые

Рассмотрим принцип работы вихревого насоса. Здесь также имеется рабочее колесо, которое представляет собой диск с расположенными по его краю небольшими прямыми лопатками, направленными вдоль радиусов.

Корпус как бы охватывает лопатки с двух сторон, так что они движутся внутри канала, имеющего вид замкнутого кольца.

Напорный и всасывающий патрубки соединены с этим каналом, но между собой их разделяет уплотняющий выступ.

Вращаясь, колесо заставляет вращаться и перекачиваемую среду, которая при этом под воздействием центробежных сил начинает закручиваться. Следствием этого становится образование в кольцевом канале двойного вихря – жидкость движется по винтовой траектории.

За время движения от всасывающего патрубка к нагнетательному порция жидкости несколько раз оказывается в пространстве между лопастями, получая при этом все новую и новую энергию. В результате на выходе насоса получается довольно мощный напор.

Сравнительная характеристика центробежных и вихревых помп

Эти насосы не являются конкурентами, у каждого из них свой круг задач. Перечислим их особенности:

Способ нагнетания жидкости

Способ нагнетания жидкости, применяемый в вихревых насосах, характеризуется значительными потерями энергии, поэтому эти агрегаты имеют довольно низкий КПД: большая часть – от 34% до 38%, самые экономичные – 45%, а есть и такие, в которых полезная работа составляет только 25% от затраченной энергии.

Поэтому вихревые насосы применяют только там, где использование центробежных затруднено или невозможно.

Напор

Вихревые насосы при тех же размерах и частоте вращения рабочего колеса способны развивать напор в 4 – 7 раз больший, чем центробежные.

Это позволяет существенно уменьшить их габариты. При этом получается компактный насос с небольшой производительностью (обычно – до 12 л/с) и довольно высоким напором (может достигать 240 м).

Такие качества делают их пригодными для использования, к примеру, в химической промышленности, где небольшие объемы химикалий приходится прокачивать через несколько реакторов, тонкие трубки которых имеют большое гидравлическое сопротивление.

Эта же особенность обуславливает применение в некоторых случаях вихревых насосов для водоснабжения сельских населенных пунктов, где при значительной продолжительности водопроводных линий (большое гидравлическое сопротивление) расход является очень небольшим. При этом подача у вихревого насоса в гораздо меньшей степени, чем у центробежного, зависит от сопротивления напорного трубопровода.

Эксплуатация с пустой всасывающей магистралью

Перед запуском рабочую камеру центробежного насоса вместе со всасывающей магистралью нужно заполнять водой.

Если же в ходе работы агрегат каким-то образом подсосет воздух, он не сможет дальше работать.

Вихревые насосы в этом отношении гораздо более практичны. Они могут втянуть воду даже с пустой всасывающей магистралью, когда в рабочей камере после предыдущего включения остается буквально несколько капель жидкости.

И даже если перекачивать придется смесь жидкости и газа, насос справится с этой задачей на «отлично».

Эти свойства очень пригодились при создании заправочного оборудования для автомобилей и самолетов. Во-первых, заливать насос перед каждой заправкой было бы затруднительно. Во-вторых, здесь приходится работать с бензином и другими видами топлива, которые являются легколетучими веществами и при перекачивании образуют смесь жидкости и пара. Такие продукты центробежному насосу оказались бы не под силу.

В большинстве же случаев, несмотря на более дорогую и сложную конструкцию, применяется центробежный насос. Его популярность обусловлена двумя преимуществами — экономичностью (высокий КПД) и стойкостью к воздействию абразивных примесей (механизм вихревого насоса в таких условиях быстро изнашивается).

Видео на тему