Вихревой насос принцип работы

Устройство и принцип работы вихревого насоса

Сегодня для решения различных бытовых задач используются разные виды насосного оборудования.

Вихревые агрегаты - это 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.

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. 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

Схема устройства - фотография 3

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.

Принцип работы - фотография 4

Принцип работы

Разновидности - фотография 5

  1. Во время вращения рабочего колеса насосного оборудования небольшой объём воды из всасывающего трубопровода попадает в пазы на рабочем колесе.
  2. В результате она продвигается от периферии к центру агрегата, что не похоже на работу центробежного насоса.
  3. После этого этот объём воды под влиянием центробежного усилия начинает продвигаться вдоль лопаток от центральной части к периферии.
  4. В итоге вода получает ускорение и выбрасывается в выходное отверстие.
  5. Здесь скоростная энергия воды переходит в энергию давления.
  6. 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

Достоинства и недостатки - изображение 6

Насосное оборудование вихревого типа можно разделить на два вида:

  • открыто-вихревые агрегаты;
  • закрыто-вихревые насосы.

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.

Достоинства и недостатки

Сфера использования - фотография 7

Преимущества:

  • 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.

Недостатки:

  • 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.

Где применяют вихревой насос

Вихревые насосы используют для передвижения жидкостей, однако они подходят для прокачки газа.

Их принципиальной особенностью является возможность выдать сильный напор при малом объеме воды. Это делает их востребованными для применения в бытовых условиях. Они широко применяются в индивидуальном водоснабжении, где работают в автоматическом режиме.

Основное предназначение заключается в следующем:

  • для водоснабжения загородных подворий в комплекте автоматической насосной станции;
  • при перекачке горючих смесей на АЗС;
  • для подачи питания в котельных установках малой мощности.

Вихревой насос из-за своего устройства и принципа действия часто используют в различной промышленности при работе в агрессивной среде. Простота конструкции позволяет изготовить комплектующие из тугоплавких сплавов, обладающих повышенной надежностью.

Устройство и принцип работы

Главным элементом конструкции вихревого насоса является крыльчатка, вращающаяся вокруг своей оси. Она имеет вид стального диска, где на внешнем диаметре имеются ямки, формирующие лопасти разного вида.

Такая крыльчатка вращается вокруг своей оси в прочной камере, имеющей форму цилиндра. Принцип работы вихревого насоса заключается в эффекте всасывания воды через входной патрубок, и ее закручивания в вихрь из-за вращения крыльчатки. Вследствие чего она выталкивается под большим давлением. Таким образом, при малых энергетических затратах мощность водяного потока усиливается в несколько раз.

Следует заметить, что оба патрубка размещены вверху корпуса. Это обеспечивает эффект всасывания уже на старте.

Особенностью устройства является наличие отливного канала между отверстиями для входа — выхода перекачиваемой воды, и специальной перегородки, перекрывающей несколько лопастей с зазором не больше 0,2 мм. Вследствие чего создается центробежная сила, усиливающая водяной напор. В результате, эффективность действия данной конструкции стала в несколько раз больше нежели работа центробежного аппарата.

Классификация

Данные устройства различаются несколькими особенностями. Разработаны следующие виды подобных насосов:

  • открытых и закрытых вихревых конструкций;
  • предназначенные для установки на поверхности и в толще воды;
  • комбинированные.

Каждый вид имеет свое устройство и предназначение.

Открыто-вихревые и закрыто-вихревые + видео

Особенности открыто вихревой конструкции заключаются в следующем:

  • лопатки на колесе большей длины;
  • ширина колеса значительно меньше ширины канала для отвода жидкости;
  • закольцованный канал соединен лишь с каналом выхода.

В закрытых конструкциях лопасти значительно короче, располагаются под различными углами, ширина крыльчатки аналогична ширине камеры, канал объединяет ее вход и выход.

Отличие вихревого насоса в принципе работы:

  • изначально вода проходит в основную камеру;
  • закрученная в вихре образное состояние она попадает в соединяющий канал;
  • после чего выходит из насоса под большим давлением.

В закрытых конструкциях из-за одинакового диаметра крыльчатки и рабочей камеры — жидкость сразу направляется в соединяющий канал, где происходит ее формирование в вихрь и создается повышенный напор.

Погружные и поверхностные модели

Различие этих конструкций заключено в их названии. Таким образом, погружные модели эксплуатируются в жидкой среде, способные перемещать жидкости, обладающие небольшой вязкостью. Поверхностные — качают только отфильтрованную воду, для полива огорода либо домашнего водопровода.

  • Комбинированные варианты.

Свободные вихревые конструкции способны перекачивать загрязненную жидкость в дренажных системах и канализациях.

Центробежные вихревые конструкции владеют большим КПД относительно классических вариантов, могут прокачивать жидкости нагретые до температуры + 105 °C. Тут установлено вихревое и центробежное колесо одновременно.

Вакуумные насосы вихревого типа предназначаются для распространения воздуха разной температуры, могут создать небольшой вакуум.

Характеристики вихревых насосов

На фоне параметров других насосов технико-эксплуатационные показатели вихревого агрегата малопривлекательны, что объясняется низким КПД, который составляет не более 45 %. Но этот изъян компенсируется простой конструкцией и универсальностью ее применения. Средние же характеристики вихревых моделей выглядят так:

  • Мощность – от 300 до 650 Вт.
  • Производительность – от 30 до 50 л/мин.
  • Высота подъема воды – до 10 м у обычных агрегатов для домашнего хозяйства.
  • Глубина всасывания – в среднем 7-9 м.
  • Напор – 25-250 м.
  • Напряжение электродвигателя – используется однофазная сеть на 220 В.
  • Температурный режим рабочей жидкости – до 40-50 °С.
  • Материал корпуса – чугун или нержавеющая сталь.
  • Давление – 5 Атм.
  • Масса – до 10 кг.

Правила эксплуатации

Насос надо установить на твердую поверхность строго по горизонтали и как можно ближе к источнику водозабора.

Для избежания вибраций закрепить конструкцию металлическим каркасом или рамами на болтах.

Подключить к сети через блок предохранителя УЗО. Заземление можно обеспечить стальным проводом толщиной порядка 6 мм. Один  конец крепится к корпусу, а другой - к заземлителю в виде металлической трубы от колодца или любого сооружения, ведущего в грунт.

Перед началом эксплуатации проверить герметичность насоса и корректность произведенных подключений. Сначала жидкостью заполняется всасывающий патрубок и насосная часть. Для этого можно использовать воронку и заливной выход в конструкции. Когда будет полностью заполнена насосная часть, можно запускать оборудование в работу.

Вихревой насос: устройство, характеристика, принцип действия, отзывы - фотография 17

Техническое обслуживание агрегата

После первых яасов эксплуатации провести профилактический осмотр.  В дальнейшем проводить такие осмотры каждые 100 ч. Особое внимание следует уделять состоянию рабочего колеса вихревого насоса, степени износа механических деталей и качеству электротехнических соединений. Корпус должен содержаться в исправном виде, быть очищенным и правильно собранным. В процессе испытаний конструкцию нельзя подвергать наклонам, так как в этом случае производительность будет снижена на 25-30 %. Если насос не эксплуатируется продолжительное время, то осмотры делать раз в квартал.

Конструкция агрегата - фотография 18

Конструкция вихревого насоса

Вихревой насос закрытого типа

Принцип работы - изображение 19

В корпусе 1 вихревого насоса установлено рабочее колесо 2 с малыми зазорами. В корпусе также выполнен специальный концентрический канал 3, расположенный по периметру окружности описываемой лопатками от входного патрубка 4 до напорного 5. Концентрический канал разделен перемычкой 6, не позволяющей жидкости перетекать из напорной линии во всасывающую. Лопатки рабочего колеса передают энергию жидкости, которая под воздействием сил инерции и трения перемещается от всасывающего патрубка к напорному.

Устройство вихревого насоса открытого типа

Характеристики вихревых насосов - изображение 20

Рабочая жидкость поступает к лопаткам рабочего колеса 1 через подвод 2 и окно 3. Через рабочее колесо жидкость поступает в кольцевой канал 4, выполненный в корпусе 5. Под воздействием лопаток рабочего колеса жидкость перемещается по кольцевому каналу, и через отверстие 6 поступает в напорную линию 7.

Принцип работы вихревого насоса

Технико-функциональные особенности - фотография 21

Вихревой насос относится является динамическими, а значит движение жидкости в нем осуществляется за счет сил инерции и трения. От рабочего колеса энергия передается частицам жидкости, которая через спрофилированные каналы поступает из линии всасывания в линию нагнетания.

Рабочее колесо

Лопатки рабочего колеса вихревого насоса спрофилированы таким образом, что при движении жидкость направляется от внутренней части канала ко внешней, приобретая окружную составляющую скорости.

Происходит активное смешивание жидкости поступающей от рабочего колеса и текущей по каналу за счет сил инерции. В результате взаимодействия частиц с различными скоростями и направлениями движения возникают интенсивные вихри, что ведет к значительным потерям энергии.

Для исключения продольной силы, возникающей в результате разницы давления в осевых зазорах, используют симметричное рабочее колесо.

Характеристики

  • Напор - до 25 м
  • Подача - до 12 л/с
  • Мощность - до 25 кВт
  • КПД - 35...40%

Вид основной характеристики вихревого насоса показан на рисунке.

Разновидности насосов - фотография 22

Потери энергии в вихревом насосе

Гидравлические потери в вихревом насосе велики и составляет до 30% от энергии на валу насоса. Эти потери возникают вследствие образования многочисленных вихрей при движении жидкости в насосе.

Объемные потери также велики и могут достигать 20%, обусловлены они перетеканием жидкости через зазоры разделителя.

Механические потери в вихревом насосе возникают из-за трения в подшипниках и уплотнительных устройствах.

Ввиду высоких гидравлических и объемных потерь общий КПД вихревого насоса невысок и составляет 35 - 40%.

Самовсасывающие модели

К отдельной категории относятся устройства, в которых для улучшения эксплуатационных характеристик применяется метод создания дополнительной воздушной подушки.

Для этого вихревой центробежный насос имеет специальный воздушный клапан. Во время запуска двигателя начинают вращаться лопасти. Одновременно с возникновением центробежной силы в задней камере устройства происходит разрежение. Под действием внешнего атмосферного давления по каналам проходят воздушные потоки. Они придают дополнительное ускорение жидкости и одновременно создают барьер, препятствующий попаданию воды в двигатель.

Конструкция вихревого насоса - фотография 27

Такой вихревой центробежный насос обеспечивает мощный напор воды с одновременным регулированием ее количества. Он используется в комплексе с общей системой автономного холодного водоснабжения для автоматической подачи воды из скважины.

Советы по выбору

При выборе определенной модели необходимо помнить, что вихревой насос должен выполнять 2 основные функции – обеспечивать бесперебойную подачу жидкости из скважины и при этом иметь надежную конструкцию.

Принцип работы вихревого насоса - изображение 28

При выборе обратить внимание на следующие параметры:

  • Оптимальный показатель мощности и объем перекачиваемой жидкости. В зависимости от потребностей необходимо подобрать такую модель, чтобы ее технические характеристики полностью соответствовали требуемым – объем жидкости из скважины не должен быть меньше минимального показателя потребления.
  • Расчет напора. Он зависит от глубины источника забора воды и горизонтальных трубопроводов. Эти данные производитель указывает в паспорте оборудования.
  • Гарантия на работу насоса.

Источники:

Понравилась статья? Расскажите друзьям:
Оцените статью, для нас это очень важно:
Проголосовавших: 2 чел.
Средний рейтинг: 3 из 5.

Оставить комментарий:

Комментарий #71
"может поднимать воду со скважины глубиной более 15-20 м, чего нельзя сказать о центробежном насосе" -- можно поставить двойку по физике и дальше не читать.
Дмитрий, 1 месяц назад Ответить
Отправить

Полезные сервисы:

Опрос: Насколько Вам помогла информация на нашем сайте? (Кол-во голосов: 906)
Сразу все понял
Не до конца понял
Пришлось перечитывать несколько раз
Вообще не понял
Как я сюда попал?
Чтобы проголосовать, кликните на нужный вариант ответа. Результаты