Вихревой насос: устройство, принцип действия и различия с другими насосами

Если система требует высокого давления при скромном объёме прокачки, вихревой насос становится одним из первых кандидатов для рассмотрения. Такие агрегаты востребованы в частном водоснабжении, котельных, химических производствах и везде, где среда содержит лёгкие паровые включения или растворённые газы. Прежде чем выбрать конкретную модель, стоит разобраться в конструкции, механике работы и принципиальных отличиях от других типов насосного оборудования.

Устройство вихревого насоса

Центральный элемент конструкции — крыльчатка с радиальными или наклонными лопастями, посаженная на вал внутри цилиндрического корпуса. Вдоль периферии колеса в корпусе выполнен кольцевой канал, соединяющий зону всасывания с зоной нагнетания. Торцевой зазор между лопастями и стенками корпуса не превышает 0,2 мм — это конструктивно важная величина, от которой напрямую зависит герметичность раздела зон.

Входной и выходной патрубки выведены в верхнюю часть корпуса. Между ними расположена уплотнительная перемычка, которая одновременно перекрывает не менее двух лопастей и предотвращает переток среды из напорной полости во всасывающую.

По конфигурации кольцевого канала различают два исполнения.

Закрытый канал

Среда подаётся к основаниям лопастей через специальное окно в корпусе. Именно это исполнение обеспечивает самовсасывание. Рабочий диапазон: напор 40-120 м вод. ст., расход 0,5-6 м³/ч. Такие насосы применяют для подачи воды, конденсата и лёгких нефтяных фракций.

Открытый канал

Крыльчатка меньшего диаметра размещается в канале постоянного сечения. Конструкция более компактна и допускает реверс потока при смене направления вращения. Используется там, где критичны габариты или нужна двунаправленная работа.

Принцип работы вихревого насоса

Запущенный двигатель раскручивает вал и крыльчатку. Лопасти передают жидкости кинетическую энергию и отбрасывают её к периферии. В межлопаточных пазах давление падает, что непрерывно подтягивает новую порцию среды со стороны всасывания.

Принципиальное отличие от центробежной схемы — в многократном энергообмене. Жидкость не покидает рабочую зону после первого контакта с лопастями: она возвращается в межлопаточное пространство из кольцевого канала снова и снова. Каждый цикл добавляет к потоку порцию энергии, формируя устойчивое спиральное движение вдоль оси канала. Суммарный эффект: при равных габаритах и оборотах вихревой агрегат развивает напор в 3-7 раз выше, чем одноступенчатый центробежный насос той же мощности.

Совет инженера. Перед всасывающим патрубком вихревого насоса необходимо установить сетчатый фильтр с ячейкой не крупнее 0,3 мм. Зазор 0,2 мм между крыльчаткой и корпусом — слабое место конструкции: абразивные частицы разрушают его за считанные часы работы, после чего восстановление требует замены либо колеса, либо корпуса целиком.

Сравнение с центробежными насосами

Центробежный насос передаёт энергию жидкости за один проход через колесо. Этого достаточно для высокой производительности, но недостаточно для создания значительного давления в компактном корпусе. Вихревой агрегат решает задачу иначе: меньший объём прокачки, зато давление нарастает за счёт многократного взаимодействия среды с лопастями.

Сравнение с объёмными насосами

При малых подачах и высоких напорах у вихревых агрегатов есть и другие конкуренты — объёмные насосы шестерёнчатого и поршневого типа.

Шестерёнчатые насосы обеспечивают практически постоянный расход вне зависимости от давления и хорошо справляются с вязкими средами: маслами, битумом, сиропами. При работе с маловязкими жидкостями и газожидкостными смесями вихревая схема оказывается предпочтительнее.

Поршневые насосы способны развивать очень высокое давление и стабильную подачу, однако формируют пульсирующий поток, требуют гасителей пульсаций и более трудоёмки в обслуживании. Вихревые агрегаты проще конструктивно, дешевле в эксплуатации и создают ровный поток без пульсаций, хотя по максимальному давлению уступают поршневым.

Вихревой насос занимает нишу между центробежными и объёмными агрегатами: превосходит первых по напору в компактном корпусе и превосходит вторых по простоте конструкции и устойчивости к парообразованию.

Преимущества и недостатки

Преимущества:

• высокий напор при компактных габаритах — типичная масса агрегата 3-8 кг при напоре 40-200 м вод. ст.;
• самовсасывание у моделей с закрытым каналом — подъём жидкости с глубины до 8 м без предварительного заполнения;
• устойчивая работа с газожидкостными смесями при доле газовой фазы до 50%;
• простая конструкция с минимальным набором деталей;
• доступность ремонта и обслуживания.

Недостатки:

• КПД 25-45% — при длительной непрерывной работе энергозатраты выше, чем у центробежных аналогов;
• высокая чувствительность к твёрдым включениям в перекачиваемой среде;
• при расходе свыше 25-30 м³/ч применение нецелесообразно;
• при закрытой задвижке напор и потребляемая мощность резко возрастают — без перепускного клапана это приводит к перегреву и отказу;
• повышенный уровень шума и вибраций относительно центробежных моделей.

Особенности эксплуатации

Совместимость со средой

Вихревые насосы рассчитаны на маловязкие чистые жидкости с вязкостью не более 1-2 мПа·с. Типичные среды: вода, питательный конденсат, бензин, керосин, аммиак, лёгкие нефтяные фракции, а также жидкости с растворёнными газами или парами. При росте вязкости КПД снижается интенсивнее, чем у центробежных агрегатов, поэтому для масел и других густых сред вихревая схема не применяется.

Если среда содержит абразивные частицы, используют насосы свободно-вихревого типа: у них зазор между колесом и корпусом увеличен, крыльчатка вынесена за пределы проточного канала. Такие агрегаты применяют в качестве дренажных и фекальных насосов.

Защита от перегрузок

Сухой ход недопустим — без жидкости крыльчатка перегревается и деформируется за короткое время. В схему включения вихревого насоса обязательно входят: реле сухого хода, предохранительно-перепускной клапан и обратный клапан на выходе. Для автоматических насосных станций дополнительно устанавливают реле давления с датчиком уровня.

Области применения

Вихревые насосы используют в следующих задачах:

• водоснабжение частных домов, дач и небольших производственных объектов;
• котельные — подпитка паровых котлов, возврат конденсата;
• химическая промышленность — перекачка кислот, щелочей и растворителей в коррозионностойком исполнении из нержавеющей стали или фторопласта;
• топливные склады и АЗС — работа с бензином, керосином и дизельным топливом;
• любые системы, где среда близка к температуре кипения или насыщена растворённым газом.

Центробежно-вихревые насосы, у которых первой ступенью служит центробежное колесо, а второй — вихревое, совмещают хорошую всасывающую способность с высоким напором. КПД таких агрегатов достигает 48%, что делает их востребованными в системах водоснабжения и питания котлов.

НасосХимМаш предлагает вихревые насосы для бытового и промышленного применения: работа с водой, конденсатом, нефтепродуктами и химически агрессивными средами. Для подбора модели по параметрам напора, расхода и типа среды обращайтесь к нашим специалистам — поможем выбрать оборудование под конкретную задачу и организуем поставку в согласованные сроки.