Осевые насосы 

Преобразование энергии в осевом насосе происходит в результате взаимодействия потока жидкости с подвижными лопатками, здесь жидкость участвует одновременно в поступательном движении вдоль оси вращения рабочего колеса и вращательном движении вокруг той же оси. 

Эти два движения составляют абсолютный поток, подобный движению по винтовой поверхности. При такой осесимметричности движения осевой насос располагается в цилиндрической трубе, которая является продолжением трубопровода. Насос как бы вмонтирован в трубопровод, а проточная часть его представляет собой пространство, заключенное между корпусом 1, рабочим колесом пропеллерного типа 2 и неподвижными лопатками направляющего аппарата 3 (рис. 54). 

Во втулку направляющего аппарата проходит вал насоса 4 и обычно располагается подшипник; втулке рабочего колеса придается обтекаемая форма. Когда жидкость проходит между вращающимися лопатками пропеллерного колеса, последние передают энергию потоку жидкости и вращают его. Для уменьшения потерь кинетической энергии от закрутки потока и устранения вращательного движения на выходе из насоса устанавливают неподвижные лопатки направляющего аппарата, которые выпрямляют поток и направляют его вдоль оси напорного трубопровода. 

Осевые насосы относятся к наиболее быстроходным насосам, в основу теории которых положены законы о подъемной силе и лобовом сопротивлении ряда обтекаемых профилей (теория решетки профилей). 

На (рис. 55.) изображена схема рабочего колеса осевого насоса и план скоростей потока жидкости в проточной части насоса. 

Поступая в насос с осевой скоростью  жидкость попадает на рабочее колесо, которое вращается с угловой скоростью Ω. Далее при движении между вращающимися лопатками частицы жидкости участвуют в относительном движении вдоль межлопаточного канала со скоростью  и переносном (окружном) со скоростью , где r — расстояние частицы жидкости от оси вращения.

Следовательно, абсолютная скорость потока жидкости на входе в рабочее колесо  абсолютная скорость потока жидкости на выходе из рабочего колеса . Выйдя из рабочего колеса с абсолютной скоростью с2, жидкость попадает на лопатки направляющего аппарата, где вдоль изогнутых лопаток происходит изменение абсолютной скорости от значения с2 до сz. Параллелограммы скоростей в проточной части осевого насоса (рис. 55 б) можно заменить скоростными треугольниками, а цилиндрическое сечение лопастей рабочего колеса радиуса r — разверткой на плоскости. 

Развертка цилиндрического сечения на плоскость дает бесконечную решетку профилей. Обтекая установленные под углом вращающиеся лопатки, поток жидкости перед каждой лопаткой разветвляется на две части и вновь смыкается у выходных кромок лопаток. Скорости жидкости в ветвях потока между лопатками будут различные, поскольку за один и тот же промежуток времени до точки схода ветвей частицы жидкости вдоль тыльной поверхности лопаток про ходят больший путь, чем частицы, движущиеся вдоль передней (рабочей) поверхности. 

Поэтому относительная скорость частиц вдоль передней стороны будет меньше скорости частиц, проходящих вдоль тыльной поверхности. Это обусловливает повышение давления вдоль передней поверхности и уменьшение давления с тыльной стороны лопаток, а разность скоростей перед точкой схода ветвей приводит к отклонению потока. где u — окружная скорость на данном радиусе; c1u, c2u— проекции абсолютной скорости на направление окружной скорости. 

Отклонение потока лопатками свидетельствует о том, что в осевом насосе передача энергии от лопаток к потоку происходит за счет изменения направления абсолютных скоростей в межлопаточных каналах или, что то же, за счет изменения момента количества движения жидкости, проходящей через насос. 

Применяя на этом основании к потоку жидкости в межлопаточных каналах теорему об изменении момента количества движения запишем выражение для определения теоретического напора осевого насоса:  где u — окружная скорость на данном радиусе; c1u, c2u— проекции абсолютной скорости на направление окружной скорости.  

При отсутствии вращения потока на входe в насос жидкость входит в колесо в осевом направлении или clu = 0. В этом случае уравнение теоретического напора осевого насоса имеет вид   

Лопатки рабочего колеса насоса конструируются таким образом, чтобы напор, создаваемый элементами лопатки, расположенными на различных радиусах r, оставался одинаковым. С этой целью лопатки выполняются закрученными, т. е. каждому радиусу r соответствует свой угол установки профиля- В связи с увеличением окружной скорости вдоль радиуса r эти углы уменьшаются при переходе от корня к концу лопасти. Действительный напор Н, развиваемый насосом, меньше теоретического. 

При ориентировочных подсчетах величину напора осевого насоса Н можно определить по формуле  Кn — коэффициент напора, зависящий от коэффициента быстроходности насоса ns,  и — окружная скорость на внешнем диаметре рабочего колеса,  (здесь D — диаметр рабочего колеса в м). 

Производительность осевого насоса можно определить, пользуясь уравнением расхода  где сz — осевая скорость в m/сек,  - площадь выходного сечения потока в мг. Площадь выходного сечения определяется по уравнению  где D — диаметр рабочего колеса в м, d — диаметр втулки рабочего колеса м. Следовательно, производительность осевого насоса равна  

Осевая скорость сz при ориентировочных расчетах может быть принята по формуле  H —полный напор насоса в м. Осевые насосы имеют высокий коэффициент полезного действия и выпускаются производительностью от 0,1 до 30 м3/сек при напоре до 9 м вод. ст. Большая быстроходность осевых насосов от 500 до 1500 приводит к тому, что кавитационная устойчивость их значительно понижена, поэтому осевые насосы устанавливаются с подпором. 

Достоинствами осевых насосов является простота и компактность конструкции, небольшой вес по сравнению с центробежными насосами и возможность использования их для подачи загрязненных жидкостей.