Лопатевий насос осьового типу

{{{img}}}
Імя	Анастасія
Прізвище	Каретіна
По-батькові
Факультет	ФКТ
Група	КТ-31
Залікова книжка	013-013

Насос (eng. pump) — це гідравлічна машина, призначена для створення потоку рідкого середовища, яка перетворює механічну енергію приводу насоса у кінетичну енергію та енергію тиску рідини. Робота насоса характеризується його подачею, напором, потужністю, коефіцієнтом корисної дії та частотою обертання.

Синонім – помпа, нагнітач.

Загальна інформація

Осьовий насос для промислового використання

Осьовий насос, або лопатевий осьовий насос, є найпоширенішим типом насоса, який по суті складається з осьового робочого колеса/лопаті (крильчатки) в трубі. Лопать приводиться в рух безпосередньо герметично закритим двигуном в трубі або за допомогою електромотора, або бензинового/дизельного двигуна, який кріпиться ззовні до труби, або за допомогою приводного вала, розташованого під прямим кутом, який пронизує трубу.

Частинки рідини, протікаючи через насос, не змінюють свого радіального розташування (траєкторії), оскільки зміна радіуса на вході (т.з. «всмоктування») і на виході (т.з. «злив (витікання, подача)») насоса є дуже малою. Тому цей насос отримав назву "осьовий".

Класифікація насосів

За принципом роботи

Усі насоси за принципом роботи можна розділити на два типи: динамічні та об'ємні.

Динамічні насоси — це насоси, в яких рідина під впливом гідродинамічних сил переміщається в камері, що постійно сполучена з вхідним і вихідним патрубками насоса. А об'ємні насоси — це насоси, в яких рідина переміщається за рахунок періодичної зміни об'єму робочої камери, що поперемінно сполучається з вхідним і вихідним патрубками насоса. До них відносяться поршневі, пластинчасті, мембранні, гвинтові, шестеренчасті, перистальтичні. В даній статті подальша мова піде про динамічні насоси. Вони в свою чергу поділяються на лопатеві насоси, насоси тертя та насоси інерційного типу. Найбільшого поширення набули лопатеві насоси.

• Лопатеві насоси — це ті насоси, в яких рідина переміщається за рахунок енергії, що передається їй при обтіканні лопатей робочого колеса. Лопатеві насоси поділяються на два види: відцентрові та осьові. У відцентрових насосах рідина переміщається через робоче колесо від центру до периферії, а в осьових - через робоче колесо в напрямку його осі.

• У насосах тертя рідина переміщається за рахунок сил тертя. До насосів цього типу відносяться: вихрові, дискові, черв'ячні та гідрострумині.

• Робота інерційних насосів базується на збудженні в рідині коливань, що сприяють її руху. Конструкція всіх вібраційних насосів є однотипною. Насос складається з електромагніту, вібратора, поміщених в корпус.

За призначенням

За призначенням насоси підрозділяють на: водопровідні, вугільні, ґрунтові, землесоси, шламові, піскові, суспензійні, нафтові.

Застосування

Вісь обертання лопатевого насоса може бути горизонтальною або вертикальною, вхідних патрубків може бути один або два; існують і насосні агрегати з декількома робочими колесами. Багатоступінчасті лопатеві насоси використовуються для відкачування води з шахт, в системах водопостачання і каналізації, опалення, вентиляції та кондиціонування повітря, а відцентрові насоси застосовуються повсюдно. Вони розрізняються за типом конструкції і способу перетворення енергії.

Н. широко застосовуються в усіх без винятку галузях народного господарства в системах водо- і теплопостачання, водовідливу, переміщення гідросумішей твердих сипких матеріалів (в т. ч. вугілля, породи та відходів збагачення), нафти та нафтопродуктів тощо.

Застосовується, наприклад, для напомповування газу у |шини, підняття поди з поверхневих горизонтів гідрант; перепомповування фекалій, рідин і навіть плазми.

Принцип дії

Швидкість трикутника для насоса осьового потоку

Насос осьового потоку має лопатевий тип крильчатки, що виконуються в корпусі. Тиск в осьовому насосі розподілений потоком рідини на лопатки робочого колеса. Рідина проштовхується в напрямку, паралельному валу робочого колеса, тобто, частки рідини, в процесі їх потоку через насос, не змінюють своїх радіальних положень. Це дозволяє рідині увійти в робоче колесо в осьовому напрямку і розряджати рідину в осьовому напрямку. Лопатевий осьовий насос приводиться в рух двигуном.

Примітка

• Нерухомі лопаті дифузора використовуються для переміщення вихрового компонента ([math]V_w_2[/math]) швидкості розряду робочого колеса і перетворення енергії тиску.
• Лопаті робочого колеса можуть бути регульованими.
• Машина може бути оснащена перед входом лопатками для усунення попереднього обертання і зробити потік чисто осьовим.

Робота, яка виконується на рідині за одиницю ваги [math]=U×{(V_w_2-V_w_1)\over g}[/math],

де [math]U=U_2=U_1[/math] - це швидкість лопаті.

Для забезпечення максимальної передачі енергії, [math]V_w_1=0[/math], це [math]\alpha_1=90 deg[/math].

Тому, з трикутника швидкостей на виході, ми маємо

[math]V_w_2=U-V_f_2×cot\beta_2[/math].

Отже, максимальна передача енергії на одиницю ваги за допомогою лопатевого осьового насосу [math]=U×{(U-V_f_2×cot \beta_2)\over g}[/math]

Дизайн лопаті

Лопаті помпи осьового потоку скручені

У насосі осьового потоку, лопаті мають аеродинамічну секцію, по якій рухається рідина і при цьому тиск є розподіленим. Для постійного потоку, ми маємо [math]V_f_1=V_f_2=V_f[/math]

Таким чином, максимальна передача енергії рідини на одиницю ваги буде дорівнювати [math]U×{(U-V_f×cot \beta_2)\over g}[/math].

Для постійної передачі енергії по всьому розмаху лопаті , наведене вище рівняння має бути постійним для всіх значень [math]r[/math]. Але, [math]U_2[/math] буде зростати зі збільшенням радіуса [math]r[/math], тому для підтримки постійного значення рівному збільшенню [math]UV_f×cot \beta_2\[/math] повинно мати місце. Так як, [math]V_f[/math] постійна, тому [math]cot \beta_2[/math] повинна зростати при збільшенні [math]r[/math]. Таким чином, лопать закручується при зміні радіуса.

Див. також

• Pump (Насос)
• Specific speed (Питома швидкість)
• Axial compressor (Осьовий компресор)

Зовнішні посилання

• FPRL - Animations

Корисні відео посилання

• Animation - How an axial flow variable displacement piston pump works
• Process Technology: Axial Pumps
• Axial Pump
• 3D animation of axial flow compressor working principle

Список літературних джерел

1. A Valan Arasu (2012). Turbo Machines (2nd ed.). Vikas Publishing House. p. 342. ISBN 9789325960084.
2. Rama S.R. Gorla, Aijaz A. Khan (2003). Turbomachinery Design and Theory (illustrated ed.). CRC Press. p. 59. ISBN 9780203911600.
3. Merle C. Potter, David C. Wiggert, and Bassem H. Ramadan (2011). Mechanics of Fluids (4th ed.). Cengage Learning. p. 609. ISBN 9780495667735.
4. S M Yahya (2005). Turbines Compressors and Fans (3 ed.). Tata McGraw-Hill Education. p. 9. ISBN 9780070597709.
5. SM Yahya "Turbines Compressors and Fans, 3rd edition", Tata McGraw-Hill Education, 2005
6. A Valan Arasu "Turbo Machines, 2nd edition", Vikas Publishing House Pvt. Ltd.