Вихревой насос принцип работы

Учитывая рабочие характеристики, вихревые насосы, как правило, используют в системах, где необходимо создать высокий напор при, относительно небольшой подаче. Например в небольших автоматических насосных станциях для водоснабжения. Способность перекачивать жидкостно газовую смесь позволяет использовать вихревые насосы для перекачки летучих жидкостей (бензин, керосин), что обуславливает применение таких насосов в системах заправки топливом.

Существует два основных типа вихревых насосов: открытого и закрытого типа. Рассмотрим конструктивные схемы этих насосов.

Вихревой насос закрытого типа

Конструктивная схема насоса показана на рисунке.

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

Схема открыто-вихревого насоса показана на рисунке.

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.

Рис.4. Схема устройства и работы вихревого насоса: 1-рабочее колесо; 2-лопатка; 3-корпус; 4-всасывающий патрубок; 5-напорный патрубок

Рис.4. Схема устройства и работы вихревого насоса: 1-рабочее колесо; 2-лопатка; 3-корпус; 4-всасывающий патрубок; 5-напорный патрубок

Недостатки этих насосов: сравнительно невысокий кпд (20-50 %) и быстрый износ зазора при подъеме воды, содержащей песок. Поскольку минимальный зазор между рабочим колесом и корпусом, как уже говорилось, не должен превышать 0,15-0,2 мм, вихревые насосы предназначены для перекачки жидкостей, не содержащих абразивных примесей.

Вихревые насосы выпускаются производительностью от 8 до 60 м 3 /ч с напором от 25 до 250 метров. Выпускаются также комбинированные насосы, в которых в одном корпусе размещаются колеса центробежного и вихревого типов. Эти насосы отличаются лучшим кпд.

Внутри корпуса вихревого насоса вокруг рабочего колеса расположен отливной канал 7, идущий по направлению вращения от входного до напорного патрубка.

Устройство вихревого насоса

Устройство вихревого насоса во многом напоминает устройство насосов центробежного типа

Основной рабочей деталью насоса является вихревое колесо 1, посаженное на вал 2. Вихревое рабочее колесо монтируется в корпусе насоса 3, имеющем всасывающий 4 и нагнетательный 6 патрубки (при вращении рабочего колеса против часовой стрелки на рисунке).

Нагнетательный патрубок отделяется от всасывающего специальной перемычкой 5, перекрывающей не менее двух лопаток рабочего колеса.

Эта перемычка должна подходить к внешней окружности рабочего колеса – с минимальным зазором, отделяя всасывающую полость насоса от напорной.

Вихревое рабочее колесо представляет собой диск с фрезерованными по окружности пазами, обазующими лопатки.

Внутри корпуса вихревого насоса вокруг рабочего колеса расположен отливной канал 7, идущий по направлению вращения от входного до напорного патрубка.

Вихревой насос – принцип действия

Эти два явления и создают напор насоса.

С другой стороны считается, что принцип действия вихревого насоса аналогичен работе многоступенчатого, и основан на действии центробежной силы. При вращении рабочего колеса частицы жидкости из точки А(рисунок с лопатками колеса) под действием центробежной силы перемещаются вдоль лопатки в точку Б, а во время своего движения по лопатке жидкость приобретает скоростную энергию, с которой выбрасывается в отливной канал.

В канале скоростная энергия частицы жидкости переходит в потенциальную энергию давления и частица вновь подхватывается лопаткой рабочего колеса. За время движения от всасывающего патрубка до напорного такой цикл повторяется много раз. При этом каждый раз происходит приращение энергии.

Следовательно, в одном рабочем колесе вихревого насоса происходит работа, сходная с работой нескольких рабочих колес многоступенчатого центробежного насоса.

В результате действия на жидкость вихревого и центробежного эффектов напор, создаваемый одним рабочим колесом вихревого насоса, в 4-5 раз превышает напор, создаваемый центробежным насосом такого же размера при одинаковой частоте вращения.

Виды вихревых насосов

Центробежно-вихревой насос

Появление этого типа насосов обусловлено необходимостью решения вопросов кавитации.

В вихревом насосе рабочая среда подходит к рабочему колесу по периферии – в зоне высоких скоростей. Поэтому велика вероятность возникновения в этом месте кавитации.

Для сведения вероятности возникновения к нулю необходимо увеличить давления на входе в насос. Для этого на валу вихревого насос дополнительно устанавливается центробежное колесо. Благодаря такой конструкции удалось не только справиться с кавитацией, но и значительно увеличить КПД агрегата.

Отсюда и вытекает название этого типа оборудования центробежно вихревой насос.

Поверхностный вихревой насос

Насос поверхностный вихревой при сравнении выигрывает у центробежного. При схожих габаритах оборудование этого типа способно создавать напор в разы больший чем центробежное оборудование. Кроме того многие модели таких насосов обладают возможностью самовсасывания.

Благодаря этой возможности вихревые насосы используются для скважины. Они способны поднимать воду с глубины до 20 метров.

Поверхностный вихревой насос широко используется в быту и на производстве.

Вихревые вакуумные насосы

Вихревые вакуумные насосы используются для создания вакуума. Принцип работы такого насоса подробно описан в статье про водокольцевой насос.

Вихревые вакуумные насосы очень надежны, просты в конструкции и не нуждаются в сложном техническом обслуживании.

Кроме того оборудование это типа может использоваться в качестве воздуходувок. Они широко применяются в качестве тепловых аппаратов для обеспечения подачи требуемого количества тепла или наоборот холодного воздуха.

Открытые и закрытые насосы

Насосы вихревого типа можно разделить на два вида:
открыто-вихревые агрегаты;
закрыто-вихревые насосы.

Принцип их работы немного отличается, поскольку насосы открыто-вихревого типа имеют:
удлинённые лопатки рабочего колеса;
уменьшенный диаметр рабочего колеса в сравнении с просветом рабочего канала;
кольцевой канал в приборе соединён с напорным отверстием.

Во время работы открыто-вихревого агрегата вода из входного патрубка через впускное отверстие и рабочую камеру с крыльчаткой попадает в кольцевой канал. Здесь рабочий вихревой процесс способствует формированию напорного потока. Этот поток направляется через выходное отверстие в магистральный трубопровод.

Закрыто-вихревые агрегаты отличаются следующим:
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.

В агрегатах закрыто-вихревого типа водная среда из всасывающего патрубка проникает через впускное отверстие в кольцевой канал. Здесь формируется напорный поток и направляется через выходное отверстие в магистральный трубопровод.

Преимущества и недостатки вихревых насосов.

Видеоматериалы.

Подводя резюме всему выше написанному стоит упомянуть область использования насосов вихревого типа. Их использование оправдано там, где нужно создать большой напор при небольшой подачи воды.

Вихревой насос широко используется в пищевой промышленности или, например, в бытовой сфере этот насос может быть частью автоматизированной насосной станции для водоснабжения загородного дома.

С другой стороны областью применения вихревого насоса может быть его способность перекачивать газожидкостную смесь. Именно поэтому насосы вихревого типа с успехом используются для перекачки летучих жидкостей, а именно керосина и бензина, на автозаправочных станциях.

Вихревые насосы бывают одно и двухступенчатые, а также комбинированные: первое рабочее колесо – центробежное, а второе – вихревое.

Регулирование вихревых насосов может осуществляться задвижкой на нагнетании и перепуском избыточной жидкости из нагнетательной трубки во всасывающую.

Вихревые насосы подходят, как ничто лучше, в тех случаях, когда нужно обеспечить большой расход газа при относительно маленьком уровне давления. Насосы данного типа различают по давлению, производительности и количеству ступеней. Вихревые насосы выпускают в разных модификациях, с горизонтальным и вертикальным монтажом. Многоступенчатые установки могут выполняться в виде трех последовательных либо двух параллельных блоков.

Вихревой насос-это насос динамического действия, в котором среда перемещается под силовым воздействием на нее в камере, постоянно сообщающейся с входом и выходом насоса. Такой насос позволяет перекачивать среду без пульсаций.

К преимуществам насосов данного типа относят большую производительность, стабильную работу, долговечность и экологичность. Из-за особенности конструкции, вихревой насос не может создавать высокое давление (разряжение), но производительность может быть от 40 до 2200 м 3 /ч. Стабильная и долговечная работа обеспечена простотой конструкции.

Рабочее колесо насоса установлено непосредственно на валу электродвигателя, такое решение позволило избавиться от муфт и редукторов, что существенно увеличило срок службы и снизило стоимость. В конструкции насоса нет трущихся деталей, что позволило избавиться от вакуумного масла в рабочей камере насоса, которое могло бы загрязнять откачиваемую среду.

Некоторые вихревые вакуумные насосы с высоким уровнем герметичности используются при перекачке паров и агрессивных газов. По специальному заказу изготавливаются модели, способные перекачивать природный газ и биогаз. Для работы с коррозионно-активными смесями используются агрегаты, которые имеют дополнительное защитное покрытие.

Принцип действия вихревых насосов схож с принципом действия центробежных насосов. Вихревые насосы работают благодаря повышению давления входящего газа путем формирования в кольцевом канале вихревого движения под действием центробежного усилия, создаваемого ротором с лопастями (импеллера). Вращение лопастей проталкивает газ вперед, одновременно закручивая его. В результате газ движется винтообразно, все более сжимаясь под действием центробежной силы. При этом давление в кольцевом канале линейно возрастает.

Вихревые насосы подходят, как ничто лучше, в тех случаях, когда нужно обеспечить большой расход газа при относительно маленьком уровне давления. Насосы данного типа различают по давлению, производительности и количеству ступеней. Вихревые насосы выпускают в разных модификациях, с горизонтальным и вертикальным монтажом. Многоступенчатые установки могут выполняться в виде трех последовательных либо двух параллельных блоков.

• предприятия химической, фармацевтической,
• пищевой промышленности;
• очистные станции и установки водоподготовки;
• пневматические конвейеры;
• стоматологические установки;
• ванны для гальваники;
• установки для упаковки товаров, подачи воздуха и т.д.

• изнашиваемыми являются только подшипники;
• низкий уровень шума;
• компактные размеры;
• отсутствует риск загрязнения перекачиваемого потока;
• легкость монтажа и простота технического обслуживания.

Оборудование позволяет решить ряд задач:

Вихревой насос, используемый для перекачивания жидких сред, неслучайно пользуется такой высокой популярностью как на производстве, так и в быту. Современные производители предлагают вихревые насосы различных видов, отличающиеся друг от друга как своими конструктивными особенностями, так и принципом работы, но общим для всех подобных устройств является наличие в их конструкции рабочего колеса, оснащенного специальными лопатками.

Достоинства и недостатки

У вихревого центробежного насоса специалисты отмечают целый ряд достоинств.

Вихревой насос консольного типа, используемый в системах холодного и горячего водоснабжения

Естественно, есть у вихревого насосного оборудования и недостатки. Перечислим наиболее значимые из них.

Вихревая насосная станция Aquatica , обеспечивающая полностью автоматическую подачу воды

Вакуумные насосы вихревого типа – это своего рода воздуходувки. С их помощью можно обеспечить распространение горячего или холодного воздуха, а также добиться небольшого вакуума. Часто применяется для сушки стеклянной тары и аэрации водоемов.

Вихревые устройства могут отличаться по нескольким параметрам. В настоящее время существуют следующие типы вихревых насосов:

• открытой и закрыто — вихревые;
• погружные и поверхностные;
• комбинированные.

Каждый из них имеет разное назначение и строение

Открыто-вихревые и закрыто-вихревые

Открыто-вихревой насос отличается от закрыто-вихревого тем, что у него более длинные лопатки, крыльчатка по диаметру меньше отводного канала, и сам кольцевой канал соединяется только с напорным патрубком. У закрытых моделей лопасти более короткие и расположены под разными углами, диаметр колеса совпадает с диаметром внутренней камеры, а канал соединяет входное и выходное отверстие.

Отличие в работе следующее. Вода поступает через вход и попадает в рабочую камеру, где в виде вихря отправляется в соединительный канал и уже через него под давлением выходит через выходной патрубок. У закрытых устройств в силу одинакового диаметра рабочей камеры и колеса вода сразу попадает в соединительный канал, там формируется вихрь и усиливается напор.

Погружные и поверхностные модели

Отличие данных моделей понятно из названия: погружные находятся непосредственно в перекачиваемой среде, поверхностные расположены рядом с ней. Первый вариант чаще всего используется просто для перекачивания жидкостей или не слишком вязких веществ, второй используется для циркуляции воды, например, в оросительных системах или для водоснабжения дома.

Комбинированные варианты

Свободно-вихревые модели позволяют работать с сильно загрязненными веществами. Их используют как фекальные или дренажные насосы, применяют в очистных сооружениях и в добывающей промышленности для откачивания воды из скважин при бурении.

Центробежно-вихревые насосы имеют более высокий КПД в сравнении с классическими вихревыми моделями, они способны работать с жидкостями с температурой нагрева не более 105 градусов. Отличие заключается в том, что здесь установлено и центробежное, и вихревое колесо одновременно.

Вакуумные насосы вихревого типа – это своего рода воздуходувки. С их помощью можно обеспечить распространение горячего или холодного воздуха, а также добиться небольшого вакуума. Часто применяется для сушки стеклянной тары и аэрации водоемов.

Чтобы понять принцип действия вихревого агрегата, необходимо представить его схему, которая выглядит как рабочее колесо, закреплённое на валу. К этому рабочему колесу крепятся лопасти. Поскольку расположение колеса в корпусе является эксцентричным, это способствует минимальному зазору между ним и корпусом агрегата.

Схема устройства

Чтобы понять принцип действия вихревого агрегата, необходимо представить его схему, которая выглядит как рабочее колесо, закреплённое на валу. К этому рабочему колесу крепятся лопасти. Поскольку расположение колеса в корпусе является эксцентричным, это способствует минимальному зазору между ним и корпусом агрегата.

Если сравнить принцип действия вихревого насосного оборудования с другими агрегатами самовсасывающей группы для скважины (центробежными и осевыми), то 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.

Устройство вихревого насосного оборудования хорошо видно на схеме.

Компрессия в вихревых компрессорах создаётся за счёт образования в тороидальном канале серии завихрений воздуха, вызванных вращением рабочего колеса.

Вихревые насосы и компрессоры — самое популярное вакуумное оборудование из производственной программы фирмы MAPRO.

Компрессия в вихревых компрессорах создаётся за счёт образования в тороидальном канале серии завихрений воздуха, вызванных вращением рабочего колеса.

Лопатки рабочего колеса отбрасывают газ на периферию канала. Под действием центробежной силы поток газа закручивается в направлении вращения. Процесс многократно повторяется, в результате давление газа линейно возрастает на протяжении канала и достигает максимума на выходе.

Вихревой насос: применения и преимущества

Вихревые воздуходувки могут использоваться для многих процессов, где требуется существенно большее давление (или вакуум), чем обеспечивают центробежные вентиляторы.
Рабочее колесо вихревых агрегатов вращается без контакта с корпусом. Из-за отсутствия трения нет необходимости подавать смазку в рабочую камеру. Рабочий газ не загрязняется парами масла и другими веществами.

Другие преимущества:

Достигаемые характеристики вихревого насоса

Серия CL (одноступенчатые) — производительность до 518 м 3 /ч, перепад давления до 400 мбар.
Серия CL (двухступенчатые) — производительность до 927 м 3 /ч, перепад давления до 600 мбар.
Серия TURBOTRON ® — производительность до 1950 м 3 /ч, перепад давления до 800 мбар.

Дополнительные принадлежности

Для любого агрегата можно заказать аксессуары:

Погружные модели устанавливаются в жидкой среде, используются для перекачки. Способны перемещать жидкости с небольшой степенью вязкости. Поверхностные изделия предназначены для циркуляции профильтрованной воды, используются в системах водообеспечения и для орошения участка земли.

Классификация вихревых конструкций

Разные модели вихревых гидравлических машин могут отличаться принципом работы.

Классификация изделий выглядит следующим образом:

• открытого и закрытого типов;
• поверхностные или погружные;
• комбинированные.

У агрегатов отличаются особенности внутреннего строения.

Открыто-вихревые и закрыто-вихревые

Конструкция насосов закрытого и открытого типа.

Конструкции открытого типа называются открыто-вихревыми. Отличаются удлиненными пластинами. Имеют меньшее сечение колеса, чем диаметр водотока. При этом кольцевой канал имеет связь только с напорным отверстием.

Закрыто-вихревые механизмы характеризуются уменьшенной длиной пластин на колесе. При этом они могут быть расположены под разными углами. Еще одной особенностью являются равнозначные диаметры колеса и канала, который в данном устройстве соединен с входным и выходным отверстиями.

Данные особенности создают отличия в принципе работы:

1. При запуске насоса открытого типа среда сначала попадает в рабочее пространство, а затем проходит в водоток.
2. При использовании закрытого устройства жидкость сразу попадает в канал.

В обоих случаях формируется поток, направленный в трубопровод.

Погружные и поверхностные модели

Погружные модели устанавливаются в жидкой среде, используются для перекачки. Способны перемещать жидкости с небольшой степенью вязкости. Поверхностные изделия предназначены для циркуляции профильтрованной воды, используются в системах водообеспечения и для орошения участка земли.

Комбинированные варианты

Разрез центробежно-вихревого насоса.

Комбинированные вихревые механизмы отличаются техническими характеристиками.

Их классифицируют следующим образом:

1. Центробежно-вихревые. Особенность устройств — внутри корпуса 2 вида колес: вихревые и центробежные. В сравнении с классическими моделями обладают более высоким КПД. Используются при перемещении жидкостей, нагревающихся не выше +105°C.
2. Свободно-вихревые. Благодаря способности перекачивать загрязненную среду используются в очистных сооружениях, в качестве дренажных и фекальных насосов, а также для откачивания воды из скважин в добывающей промышленности.

Существуют вакуумные агрегаты, используемые для нагнетания горячего или холодного воздуха, создания условий вакуума, просушивания или в сфере аэрации водоемов.

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

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.

Первые подходят в тех случаях, когда необходимо снабжение воды в промышленных масштабах. Для владельцев частных домов самое лучшее решение — центробежный самовсасывающий насос. Хотя они не обладают большей производительностью, но при этом их вполне хватает для удовлетворения бытовых потребностей в воде. Кроме того, при работе он не издает шума, поэтому его можно разместить в одном из помещений дома.

Заключение

Стабильное водоснабжение в частном и загородном доме – это основа комфортной жизни. Многие владельцы создают собственную систему водопровода. На скважине устанавливается насос. Для подачи воды используются вихревые или центробежные насосы.

Первые подходят в тех случаях, когда необходимо снабжение воды в промышленных масштабах. Для владельцев частных домов самое лучшее решение — центробежный самовсасывающий насос. Хотя они не обладают большей производительностью, но при этом их вполне хватает для удовлетворения бытовых потребностей в воде. Кроме того, при работе он не издает шума, поэтому его можно разместить в одном из помещений дома.

Правильный выбор насосной установки и грамотный ее монтаж обеспечит стабильную систему водоснабжения в доме и отсутствие проблем с насосным оборудованием.