Насос осевого потока

Тип насоса, состоящий из пропеллера в трубе

Осевой насос промышленного назначения

Осевой насос , или AFP , является распространенным типом насоса , который по сути состоит из пропеллера (осевого рабочего колеса ) в трубе. Пропеллер может приводиться в действие непосредственно герметичным двигателем в трубе или электродвигателем или бензиновыми/дизельными двигателями, установленными на трубе снаружи, или прямоугольным приводным валом, который пронзает трубу.

Частицы жидкости, протекая через насос, не изменяют своего радиального положения, поскольку изменение радиуса на входе (называемое «всасыванием») и выходе (называемое «выбросом») насоса очень мало. Отсюда и название «осевой» насос.

Операция

Треугольник скоростей для осевого насоса

Осевой насос имеет рабочее колесо пропеллерного типа, работающее в корпусе. Давление в осевом насосе создается потоком жидкости по лопаткам рабочего колеса. Жидкость проталкивается в направлении, параллельном валу рабочего колеса, то есть частицы жидкости в ходе своего потока через насос не меняют своего радиального положения. Это позволяет жидкости входить в рабочее колесо аксиально и выходить жидкости почти аксиально. Пропеллер осевого насоса приводится в действие двигателем.

Примечания

• Неподвижные лопатки диффузора используются для удаления вихревой составляющей ( ) скорости нагнетания рабочего колеса и преобразования энергии в давление. ${\displaystyle V_{\rm {w2}}}$
• Лопасти рабочего колеса могут быть регулируемыми.
• Машина может быть оснащена предвходными лопатками для устранения предварительного вращения и обеспечения чисто осевого потока.

Работа, совершаемая над жидкостью на единицу веса ^[1] = ${\displaystyle U{\frac {(V_{\rm {w2}}-V_{\rm {w1}})}{g}}}$

где - скорость лопасти. ${\displaystyle U=U_{\rm {2}}=U_{\rm {1}}}$

Для максимальной передачи энергии, то есть, ${\displaystyle V_{\rm {w1}}=0}$ ${\displaystyle \alpha _{\rm {1}}=90^{\circ }}$

Следовательно, из треугольника выходной скорости имеем

$${\displaystyle V_{\rm {w2}}=U-V_{\rm {f2}}\cot \beta _{\rm {2}}}$$

Таким образом, максимальная передача энергии на единицу веса осевым насосом = ${\displaystyle U{\frac {(U-V_{\rm {f2}}\cot \beta _{\rm {2}})}{g}}}$

Конструкция лезвия

Лопасти осевого насоса закручены

В насосе с осевым потоком лопасти имеют аэродинамическую секцию, по которой течет жидкость и создается давление. ^[2] Для постоянного потока имеем ${\displaystyle V_{\rm {f1}}=V_{\rm {f2}}=V_{\rm {f}}}$

Таким образом, максимальная передача энергии жидкости на единицу веса составит

$${\displaystyle U{\frac {(U-V_{\rm {f}}\cot \beta _{\rm {2}})}{g}}}$$

Для постоянной передачи энергии по всему размаху лезвия приведенное выше уравнение должно быть постоянным для всех значений . Но, будет увеличиваться с увеличением радиуса , поэтому для поддержания постоянного значения должно иметь место равное увеличение . Поскольку, является постоянным, следовательно, должно увеличиваться при увеличении . Таким образом, лезвие скручивается по мере изменения радиуса. ${\displaystyle r}$ ${\displaystyle U^{2}}$ ${\displaystyle r}$ ${\displaystyle UV_{\rm {f}}\cot \beta _{\rm {2}}}$ ${\displaystyle V_{\rm {f}}}$ ${\displaystyle \cot \beta _{\rm {2}}}$ ${\displaystyle r}$

Характеристики

Характеристическая кривая осевого насоса. Красные линии показывают различную производительность при разном шаге лопастей, синие линии — потребляемую мощность.

Характеристики насоса с осевым потоком показаны на рисунке. Как показано на рисунке, напор при нулевом расходе может быть в три раза больше напора в точке наилучшей эффективности насоса. Кроме того, потребляемая мощность увеличивается по мере уменьшения расхода, при этом максимальная потребляемая мощность достигается при нулевом расходе. Эта характеристика противоположна характеристике центробежного насоса , где потребляемая мощность увеличивается с увеличением расхода. Кроме того, потребляемая мощность и напор насоса увеличиваются с увеличением шага, что позволяет насосу подстраиваться под условия системы для обеспечения наиболее эффективной работы.

Преимущества

Главное преимущество насоса с осевым потоком заключается в том, что он имеет относительно высокий расход (скорость потока) при относительно низком напоре (вертикальном расстоянии). ^[3] Например, он может перекачивать в 3 раза больше воды и других жидкостей при высоте подъема менее 4 метров по сравнению с более распространенным радиальным или центробежным насосом . Его также можно легко настроить для работы с максимальной эффективностью при низком расходе/высоком давлении и высоком расходе/низком давлении, изменив шаг винта (только в некоторых моделях).

Эффект поворота жидкости не слишком силен в осевом насосе ^[4] , а длина лопастей рабочего колеса также коротка. Это приводит к меньшим гидродинамическим потерям и более высокой эффективности ступени . Эти насосы имеют наименьшие размеры среди многих обычных насосов и больше подходят для низких напоров и больших расходов.

Приложения

Осевой насос тайской модели размером 8 дюймов × 20 футов, работающий от двухколесного трактора мощностью 12 лошадиных сил, поднимающий воду из оросительного канала на близлежащие рисовые поля по гибкой пластиковой трубе.

Одним из наиболее распространенных применений АПФ является обработка сточных вод из коммерческих, муниципальных и промышленных источников.

В парусных судах AFP также используются в перекачивающих насосах, используемых для балласта парусного спорта . На электростанциях они используются для перекачивания воды из водохранилища, реки, озера или моря для охлаждения главного конденсатора. В химической промышленности они используются для циркуляции больших масс жидкости, например, в испарителях и кристаллизаторах . В очистке сточных вод AFP часто используется для внутренней рециркуляции смешанной жидкости (т. е. передачи нитрифицированной смешанной жидкости из зоны аэрации в зону денитрификации).

В сельском хозяйстве и рыболовстве очень мощные AFP используются для подъема воды для орошения и дренажа. В Восточной Азии миллионы мобильных установок меньшей мощности (6-20 л. с.) работают в основном на одноцилиндровых дизельных и бензиновых двигателях. Они используются мелкими фермерами для орошения сельскохозяйственных культур, дренажа и рыболовства. Конструкции импеллеров также улучшились, что обеспечивает еще большую эффективность и снижение энергозатрат для сельского хозяйства. Ранние конструкции были менее двух метров в длину, но в настоящее время они могут достигать 6 метров и более, что позволяет им более безопасно «дотягиваться» до источника воды, позволяя при этом источнику энергии (часто используются двухколесные тракторы ) находиться в более безопасных и устойчивых положениях, как показано на соседнем рисунке.

Смотрите также

• Насос
• Удельная скорость
• Осевой компрессор

Ссылки

1. Валан Арасу (2012). Турбомашины (2-е изд.). Викас. п. 342. ИСБН 9789325960084.
2. Рама С. Р. Горла; Айджаз А. Хан (2003). Конструкция и теория турбомашин (иллюстрированное издание). CRC Press. стр. 59. ISBN 9780203911600.
3. Мерл К. Поттер; Дэвид К. Виггерт и Бассем Х. Рамадан (2011). Механика жидкостей (4-е изд.). Cengage Learning. стр. 609. ISBN 9780495667735.
4. SM Yahya (2005). Турбины, компрессоры и вентиляторы (3-е изд.). Tata McGraw-Hill Education. стр. 9. ISBN 9780070597709.

Библиография

• SM Yahya «Турбины, компрессоры и вентиляторы, 3-е издание», Tata McGraw-Hill Education, 2005 г.
• А Валан Арасу «Турбомашины, 2-е издание», Vikas Publishing House Pvt. Ltd.