ДИНАМИЧЕСКИЕ  НАСОСЫ

К динамическим насосам относятся центробежные, осевые, вихревые, струйные и другие насосы.
Центробежные осевые и вихревые насосы отличаются вращающимся в неподвижном корпусе рабочим колесом, снабженным лопатками. Колесо, приводимое п движение двигателем, взаимодействуя с жидкостью, сообщает последней некоторое количество энергии, которое и расходуется на создание давления или напора.
Центробежный насос состоит из: рабочего колеса /, корпуса насоса 2, подводящего капала 5 (модная часть корпуса от приемного патрубка насоса до рабочего колеса), отводящего каналаЗ (часть корпуса, по которому жидкость, выброшенная из рабочего колеса, отводится  к напорному патрубку 7).

Г —рабочее       кол

Центробежные насосы обычно располагают выше уровня жидкости в прием¬ном резервуаре (рис, 9), по¬этому насос перед пуском необходимо заполнить этой жидкостью. Заливать насос при наличии обратного кла-пана 4 с сеткой можно че-{•'■■'А воронку 8 до полного вытеснения воздуха из всасывающего трубопровода 3 и корпуса насоса 2. Если i'f-T обратного клапана,    то
 2— корпус;

Для заливки воды нужно отсыпать воздух из корпуса    ^S^H^T^ZS KV
и.чсоса     (при   закрытой   за-    |,>ч'^^^"гш"П1|"'''г'','™п"б-к™
д.чнжке в) специальным ва-    д'»»*^; " i - киношна   'пафувпк.
куумом-пасосом.    *у1"й':":  *~т1"и"11«»  кгша-4

 В центробежных насосах жидкость подается за счс1 центробежной силы, возникающей при вращении рабочего колеса. Она увлекается лопатками и под действием центробежной силы движется от центра колеса к периферии вдоль лопаток, Затем жидкость попадает Б от¬водящий канал, где за счет уменьшения скорости увеличивается напор, а из него поступает в напорный трубопровод. В результате в рабочем колесе насоса у входа на лопатки получается разрежение. Поэтому жид¬кость из приемного резервуара под действием наружно¬го атмосферного давления станет подниматься по всасывающему трубопроводу в насос, где рабочее колесо ее подхватит и направит в напорный трубопровод. Так устанавливается непрерывное движение жидкости ил приемного резервуара через всасывающую трубу и насос в напорный трубопровод. Центробежные насосы — очень распространенные водоподъемные машины.

Так как все центробежные насосы рассчитаны на привод от стандартных электродвигателей и непосредственно соединяются с ними специальными муфтами, то такие установки характеризуются довольно высоким к. п. д., компактностью и надежностью эксплуатации. Эти насосы выпускаются с подачей от 1,5 до 20 000 л/с и напором от 10 до 1000 м.
Осевые насосы (рис, 10, а) имеют следующие основ¬ные детали: рабочее колесо /, корпус насоса 2 и выправляющий аппарат 3. Рабочее колесо {рис. 10, б) состоит из массивной втулки, на которой закреплено от 3 до 6 лопастей, и напоминает пароходный гребной винт или пропеллер вентилятора. Корпус насоса представляет собой трубу с отбортованным нижним входным участком и коленообразпо загнутым верхним се участком. Нижний, плавно очерченный, входной участок корпуса служит подводящим каналом насоса, а участок корпуса за колесом, в пределах выпрямляющего аппарата — от¬водящим каналом насоса, Лопатки выправляющего an- i парата загнуты противоположно лопаткам рабочего ко¬леса и закреплены на неподвижной втулке, Выправляющий аппарат раскручивает поток, закрученный рабочим колесом насоса.
Рабочее колесо этого насоса, так же как и у центробежных, является основным рабочим органом, Его действие на жидкость можно пояснить следующим образом. При движении самолета п воздухе, на его крылья действует подъем подъемная сила, уравновешивающая вес само¬лета. Подобно этому на лопатках рабочего колеса насо¬са при его вращении в жидкости возникают аналогич¬ные силы, по уравновешивают они вес столба жидкости, под которым это колесо находится.

Ввиду того, что окружные скорости вдоль радиуса рабочего колеса неодинаковы {в центре окружности скорость равна нулю, а на торце лопаток она имеет Максимальное значение), то и давления в жидкости вдоль  радиуса  окажутся разными,  возникнут  вихреобразоадния н большие потери энергии. Чтобы не допустить этого, в рабочем колесе насоса устраивается массивная втулка с короткими лопатками. В крупных насосах эта втулка делается пустотелой для размещения механизма поворота лопаток рабочего колеса на разные углы атаки. Разворотом лопаток достигается широкий диапазон регулирования подачи насоса при сохранении высоких к. п. д.
Вращение рабочего колеса осуществляется двигателем. В осевых насосах жидкость по выходе из рабочего колеса, кроме поступательного движения, приобретает также и некоторое вращательное движение вокруг оси вала, на что бесполезно тратится часть энергии двигателя. Для устранения этого за колесом устаиаплипают выправляющий аппарат, который выравнивает движение и повышает к. п. д. насоса.
Осевые насосы находят применение в мелиорации и техническом водоснабжении для подъема расходов от 200 до 90 000 л/с на высоту до 15—20 м.
Вихревые насосы (рис. 11)--разновидность логтастнмх,  Их  гидравлическая часть включает  рабочее  колесо / и корпус насоса 4 с крышкой. Рабочее колесо насоса представляет массивный стальной диск с фрезерованными по окружности пазами, образующими лопатки. Внутри корпуса копиептрнчио расположен к оси вала насоса отливной канал 5, идущий по направлению вращения от входного до напорного патрубка. Между эти¬ми патрубками расположена перемычка, подходящая к рабочему колесу с минимальным зазором и перекрывающая не менее двух его лопаток. Перемычка служит для отделения всасывающей области от напорной. Всасывающий и напорный патрубки насоса обычно рлеположены в верхней части корпуса, что обеспечивает по¬следующее его самовсасывание после одноразового залива при первоначальном пуске. Вихревые насосы пред¬назначены для перекачки жидкостей, не содержащих абразивных примесей. Минимальный зазор между рабочим колесом и корпусом не должен превышать 0,15— 0,2 мм.
Принцип действия вихревых насосов, так же как и центробежных, основан на использовании центробежной силы, возникающей при вращении рабочего колеса. Однако в их работе имеются и некоторые особенности, При вращении рабочего колеса насоса по направлению стрелки (рис, 1 i) некоторый объем жидкости из всасывающего трубопровода через всасывающий патрубок 6 поступает п пазы рабочего колеса и двигается при этом is направлении от периферии к центру, то есть иначе, чем у центробежных насосов. Затем этот объем жидкости под воздействием центробежной силы начинает двигать¬ся вдоль лопатки, от центра к периферии колеса (рис. И, б) и, получив скоростную энергию, отбрасывается в сливной канал. В канале скоростная энергия жидкости переходит в энергию дапления (в напор). Под действием напора и подсасывающего действия лопаток колеса этот обьем жидкости снова -попадает на лопатки и цикл повторяется. Таким образом, за полный оборот рабочего колеса указанный цикл повторяется много¬кратно, причем каждый раз происходит приращение энергии и, следовательно, напора. Благодаря этому вихревой насос развивает напор в 2—4 раза больший, чем центробежный с таким же диаметром рабочего колеса.
Недостатки этих насосоп: сравнительно невысокий к- п. д. (20-50%) и быстрый износ частей при подъеме поды, содержа щеп песок.

Вихревые насосы выпускают подачей от 8 до 60 м^/ч с напором от 25 до 250 м. Выпускаются также комбинированные насосы, у которых в одном корпусе размещаются колеса центробежного л вихревого типа. Эти насосы отличаются более высоким к. п, д.
Водоструйные насосы. Струйные водоподъемники приводятся в действие за счет энергии рабочей (вспомогательной) жидкости, подподимой к ним со стороны. Эта жидкость, проходя с большой скоростью через жид¬кость, подаваемую насосом, смешивается с последней и, передавая ей часть энергии, увлекает за собой. Рабочая жидкость может быть капельной (например, вода) и газообразной (пар). Подаваться насосом могут и капель¬ная, и газообразная жидкости.

На рисунке 12 представлена водоподъемная установ¬ка с водоструйным насосом ВН-2-8. Эта установка с центробежным насосом 2К-6 обеспечивает подачу от 1 до 4,5 л/с с глубины Hi, равной от 28 до 8 м. Свободный напор над скважиной составляет и среднем 20 м.

Рассмотрим работу водоструйного насоса ВН-2-8 (рис. 12). Рабочая пода под давлением подводится но трубе 4 к соплу 8, а из него с увеличенной скоростью попадает а цилиндрический участок—смеситель 9. Здесь в силу создавшегося разрежения пода из колодца или екпажины подсасывается и перемешивается с рабочей водой. Далее смешанный лоток воды поступает в расширяющийся участок насоса — диффузор 10, где (в связи с понижением скорости) давление (напор) увеличивается до такого предела, который обеспечивает даль¬нейший подъем и перемещение воды по трубе 5 в насос 2 и далее по напорной трубе через задвижку 3 к потребителю.
В Советском Союзе, кроме водоструйного насоса ВН-2-8, имеются п другие конструктивные разработки для водоподъема нз колодцев и скважин.
Водоструйные насосы отличаются простотой устройства и обслуживания, так как не имеют трущихся ча¬стей и клапанов. Они малочувствительны к загрязненной воде, и потому их часто применяют для перекачки пульпы, угольного шлама, ливневых и сточных канализационных вод.
Недостатки водоструйных насосов — низкий к. п. д., не более 31—-35% и необходимость утепления резервной емкости воды для заливки насоса.

В практике сельского водоснабжения водоструйные насосы обычно используют в комбинации с центробежными (рис. 12). Достоинство такой установки состоят в том что в скважине нет вращающихся деталей, а центробежный насос и электродвигатель располагаются на дневной поверхности, в удобном для осмотра месте.

К этой группе насосов относят поршневые (плунжер-ные), ротационные, диафрагмоаые, винтопые и другие насосы.
Рассмотрим поршневой насос одностороннего дейст¬вия с кривошипным механизмом (рис. 13). Здесь кла¬панная коробка п цилиндр образуют рабочую камеру. Изменение ее объема, а следовательно, и изменение давления в пей создается поршнем, совершающим поз-вратно-лоступательное движение в цилиндре. Это дви-жение происходит при помощи кривошипного механиз¬ма, состоящего из вала 9 с кривошипом и шатуна 8, соединенного с поршнем насоса штоком 12. Во избежа¬ние перекосов поршня в вертикальной плоскости шар¬нир, соединяющий шток с шатунам И, движется между двумя параллельными плоскостями 7. При движении поршня вправо в рабочей камере создается разреже¬ние— вакуум. Под влиянием атмосферного давления во¬да из приемного резервуара будет подниматься по вса¬сывающему трубопроводу /, и, приподняв всасывающий клапан 2, поступит в рабочую камеру. Так происходит процесс всасывания воды в поршневых насосах.
 
Рис. 13. Схема установки поршневого насоса одностороннего действия с кривошипным   механизмом:
1 — BOat'LjpaFOiiuift трубопровод; 2 — ис*д-сиваюижй кллпац- 3 — клапанная коробка; -2 — каперный клалак; 5 — напорныр трубопровод; б — поршень; 7~ плоскость; S —шатул; 9 — вал; Jtf^ кривошип; //— крейцкопф:   12 — шток;   /3 — цилиндр.
28
Процесс  нагнетания  осуществляется  при  движении поршня ■ влево  от  крайнего  положения.  В  этом  случае поршень давит на воду в рабочей камере, под влиянием которого всасывающий клапан 2 закрывается, а нагнетательный клапан 4 открывается,   и   вода   из| рабочей   камеры вытесняется   в напорный тру-; бопровод 5.   Вода поршневыми   насосами по- ; дается     неравномерно. \ Особенно    отрицательно    на    работе   насоса сказывается     неравно-: мерность    всасывания, так как она ограничивает всасывающую способность   насоса.   Это обстоятельство   приводит    к    необходимости ограничения      частоты вращения насоса, установке воздушных колпаков и другим неудобствам.
Указанные обстоятельства в основном и определяют малую подачу, большую металлоемкость и дороговизну этих машин. Поэтому поршневые насосы не находят применения в орошении и водоснабжении.
Ротационные, диафрагмовые и даже поршневые насосы в настоящее время нашли широкое применение п устройствах гидроприводов для экскаваторов, тяжелых тракторов, землеройных машин и т. п.
Из перспективных для сельского водоснабжения насосов этого класса необходимо рассмотреть только одновинтовые насосы.
Одновинтовые насосы в артезианском исполнении представляют1 новый и довольно оригинальный тип во-доподъемника для местного (особенно сельского) водоснабжения из колодцев и скважин. Этот насос (рис. 14, б) состоит из металлического одпозаходного винта — ротора 3 и неподвижного корпуса — статора 2, внутри которого вращается ротор.
Стальной однозаходный роторный винт имеет во всех сечениях круглую форму и изготавливается с некоторым эксцентриситетом, вследствие чего при вращении выполняет сложное планетарное движение. При вращении ротора вокруг своей оси последняя одновременно вра¬щается по малому кругу в обратном направлении, перемещаясь по внутренней сложной поверхности статора. Поэтому ротор соединяют с приводным валом при по¬мощи гуммированного стального троса или карданного сочленения. Статор изготавливают п виде толстостенной резиновой трубы, прочно заделанной (без возможности прокручивания) в стальной патрубок. Внутренняя поверхность резиновой трубы имеет двухзаходнуго винтовую нарезку с тагом, в 2 раза большим шага ротора. Камера всасывания представляет стальную трубу, на одном конце которой имеется нарезка для приворачивания к корпусу насоса (статору), а на другом — обратный клапан с сеткой /.
Внутри напорного трубопровода размещается прнводтюй вал с направляющими подшипниками и карданным сочленением. Привод осуществляется вертикальным электродвигателем.
При вращении пинта между ротором и внутренней поверхностью  статора  образуются  полости,  в  которых засасываемая жидкость герметически замыкается и перемещается вдоль оси винта в сторону напорного трубопровода.
На рисунке 14, а показан насос ВАН-4 с подачей 5 мэ/ч, давление 3,6 кг/смг, наименьший диаметр скважины 100 мм, наименьший диаметр напорных труб 95 мм. На рисунке 14, б представлен новый артезианский одновинтовой пасос 1ВЭ-20/3, с подачей при часто-те вращения 500 об/мин — 6 мэ/ч, давлением 0,3 МПа и мощностью электродвигателя 1 кВт. Эксцентриситет ротора —10,4 мм и присоединение его к приводному трансмиссионному валу в отличие от насоса ВАН-4 осуществляется гибким стальным валиком диаметром 16 мм и длиной 1,5 м.
Подобная конструкция насоса, как показывают испытания и производственная работа в колхозах Север-71ого Кавказа, отличается надежностью в течение дли-тельного времени (ресурс 12 000 ч).