Импеллер , или импеллер , [1] — это приводной ротор, используемый для увеличения давления и расхода жидкости. Это противоположность турбины , которая извлекает энергию из текущей жидкости и снижает ее давление.
Строго говоря, пропеллеры представляют собой подкласс рабочих колес, в которых поток входит и выходит в осевом направлении, но во многих контекстах термин «рабочее колесо» зарезервирован для роторов, не являющихся пропеллерами, в которых поток входит в осевом направлении и выходит в радиальном направлении, особенно при создании всасывания в насосе или компрессоре .
Рабочее колесо — это вращающийся компонент центробежного насоса , который ускоряет жидкость наружу от центра вращения, тем самым передавая энергию от двигателя , который приводит в действие насос, к перекачиваемой жидкости . [2] [3] Скорость, достигаемая рабочим колесом, преобразуется в давление, когда внешнее движение жидкости ограничивается корпусом насоса. Рабочее колесо обычно представляет собой короткий цилиндр с открытым входом (называемым глазом) для приема входящей жидкости, лопастями для проталкивания жидкости радиально и шлицевым , шпоночным или резьбовым отверстием для приема приводного вала.
Может быть дешевле отлить рабочее колесо и его шпиндель как единое целое, а не по отдельности. Эту комбинацию иногда называют просто «ротором».
Открытое рабочее колесо имеет ступицу с прикрепленными лопастями и установлено на валу. Лопасти не имеют стенки, что делает открытые рабочие колеса немного слабее закрытых или полузакрытых рабочих колес. Однако, поскольку боковая пластина не прикреплена к входной стороне лопасти, напряжения лопастей значительно ниже. [4] В насосах жидкость попадает в глаз рабочего колеса, где лопасти добавляют энергию и направляют ее к выпускному отверстию сопла. Небольшой зазор между лопастями и улиткой насоса или задней пластиной предотвращает обратный поток большей части жидкости. Износ чаши и края лопасти можно компенсировать, отрегулировав зазор для поддержания эффективности с течением времени. [5] Поскольку внутренние части видны, открытые рабочие колеса легче осматривать на предмет повреждений и обслуживать, чем закрытые рабочие колеса. Их также легче модифицировать для изменения свойств потока. Открытые рабочие колеса работают в узком диапазоне удельной скорости . Открытые рабочие колеса обычно быстрее и проще в обслуживании. Для небольших насосов и тех, которые работают со взвешенными твердыми частицами, как правило, используются открытые рабочие колеса. [6] Застревание песка не происходит так легко, как в случае с закрытым типом.
Полузакрытое рабочее колесо имеет дополнительную заднюю стенку, что придает ему большую прочность. Эти рабочие колеса могут пропускать смешанные смеси твердого вещества и жидкости за счет снижения эффективности.
Конструкция закрытых импеллеров включает в себя дополнительные задние и передние стенки по обе стороны лопастей, что повышает их прочность. Это также снижает осевую нагрузку на вал, увеличивая срок службы подшипников и надежность, а также снижая стоимость вала. Однако эта более сложная конструкция, включая использование дополнительных износных колец, делает закрытые импеллеры более сложными в производстве и более дорогими, чем открытые импеллеры. Эффективность закрытого импеллера снижается по мере увеличения зазора износного кольца по мере использования. Однако регулировка зазора чаши импеллера не влияет на износ лопастей так критично, как открытые импеллеры. [4] Закрытые импеллеры могут использоваться в более широком диапазоне удельных скоростей, чем открытые импеллеры. [5] Они, как правило, используются в больших насосах и системах с чистой водой. Эти импеллеры не могут эффективно работать с твердыми частицами и их трудно очищать, если они засорены. [6]
Конструкция винтового рабочего колеса больше соответствует осевому прогрессивному каналу, что позволяет открыто перемещать твердые частицы при вращении. [7] [8]
Основная часть центробежного компрессора — рабочее колесо. Открытое рабочее колесо не имеет крышки, поэтому может работать на более высоких скоростях. Компрессор с закрытым рабочим колесом может иметь больше ступеней, чем тот, у которого открытое рабочее колесо.
Некоторые импеллеры похожи на маленькие пропеллеры , но без больших лопастей. Среди прочего, они используются в водометах для питания высокоскоростных лодок.
Поскольку импеллеры не имеют больших лопастей для вращения, они могут вращаться на гораздо более высоких скоростях, чем пропеллеры. Вода, проходящая через импеллер, направляется корпусом, создавая водяную струю, которая толкает судно вперед. Корпус обычно сужается в сопло, чтобы увеличить скорость воды, что также создает эффект Вентури , при котором низкое давление за импеллером тянет больше воды к лопастям, что приводит к увеличению скорости.
Для эффективной работы необходимо обеспечить плотное прилегание рабочего колеса к корпусу. Корпус обычно оснащен сменным износостойким кольцом , которое имеет тенденцию изнашиваться, поскольку песок или другие частицы отбрасываются рабочим колесом в сторону корпуса.
Суда, использующие импеллеры, обычно управляются путем изменения направления струи воды.
Сравните с винтовыми и реактивными авиационными двигателями .
Импеллеры в перемешиваемых резервуарах используются для смешивания жидкостей или пульпы в резервуаре. Это может использоваться для объединения материалов в виде твердых веществ, жидкостей и газа. Смешивание жидкостей в резервуаре очень важно, если есть градиенты в условиях, таких как температура или концентрация.
В зависимости от создаваемого режима потока различают два типа рабочих колес (см. рисунок):
Радиальные рабочие колеса потока по существу оказывают сдвиговое напряжение на жидкость и используются, например, для смешивания несмешивающихся жидкостей или вообще, когда есть деформируемый интерфейс , который нужно сломать. Другое применение радиальных рабочих колес потока — смешивание очень вязких жидкостей.
Осевые рабочие колеса создают по существу объемное движение и используются в процессах гомогенизации, где важен повышенный объемный расход жидкости.
Рабочие колеса можно разделить на три основных подтипа:
Пропеллеры — это элементы, дающие осевую тягу. Эти элементы обеспечивают очень высокую степень завихрения в судне. Образующийся в жидкости поток напоминает спираль.
В некоторых конструкциях стиральных машин с вертикальной загрузкой используются крыльчатки для перемешивания белья во время стирки.
Пожарные службы в Соединенном Королевстве и многих странах Содружества используют стилизованное изображение крыльчатки в качестве знака различия. Офицеры носят один или несколько на своих эполетах или воротнике своей пожарной формы как эквивалент «звездочек», которые носят армия и полиция .
Воздушные насосы, такие как воздуходувка Рутса , используют зацепляющиеся рабочие колеса для перемещения воздуха через систему. Области применения включают доменные печи, вентиляционные системы и нагнетатели для двигателей внутреннего сгорания.
Рабочие колеса являются неотъемлемой частью насосов с осевым потоком , используемых в желудочковых вспомогательных устройствах для усиления или полной замены сердечной функции. [9] [10]
