2.10.3. Принцип работы многоступенчатого насоса

Принцип работы многоступенчатого центро­бежного насоса состоит в следующем (рис. 7.30).

Вода из скважины за счет наличия подпора самоте­ком через всасывающие отверстия, защищенные сеткой, заполняет внутреннюю полость нижнего рабочего колеса.

При быстром вращении рабочего колеса 7 его лопатки 8 за счет энергии привода оказывают непосредственное силовое воздействие на частицы жидкости. Кроме того, создается поле центробежных сил в жидкости, находя­щейся в межлопаточном пространстве 9 рабочего колеса.

Жидкость, подвергаясь силовому воздействию лопа­ток и полю центробежных сил, перемещается от центра к периферии и с большой скоростью (до 20-40 м/с) выб­расывается из колеса.

Таким образом осуществляется преобразование ме­ханической энергии привода в механическую энергию жидкости, которую условно можно разделить на долю потенциальной (за счет силового воздействия лопаток) и долю кинетической (за счет воздействия поля цент­робежных сил).

Получив энергию, жидкость через неподвижный ло­паточный отвод 1, охватывающий рабочее колесо 7, на­правляется во входное отверстие вышерасположенного рабочего колеса следующей ступени.

Пройдя последовательно снизу вверх через все ступе­ни, поток жидкости входит в нагнетательный патрубок, а затем и в колонну водоподъемных труб с напором, про­порциональным числу рабочих колес (ступеней) насоса.

При помощи задвижки на оголовке скважины устанав­ливаются необходимые потребителю подача и напор воды.

рис. 36. Схема ступени насоса:

а - вид снизу; б - вид сверху;

1 - лопаточный отвод;

2 - лопатка отвода;

3 - диффузор - направляющий канал лопаточного отвода;

4 - обойма лопаточного отвода;

5 - вал рабочего колеса;

6 - переточный канал;

7 - рабочее колесо;

8 - лопатка рабочего колеса;

9 - межлопаточное пространство рабочего колеса;

10 - лопатка обратного канала лопаточного от­вода;

11 - обратный канал лопаточного отвода;

U₂, W₂, C₂ - соответственно окружная, относительная и абсолютная скорости частицы жидкости при выхо­де с лопатки рабочего колеса.

Остановимся на роли лопаточного отвода (рис. 36). Как отмечалось выше, в результате быстрого вращения рабочего колеса жидкость приобретает потенциальную и кинетическую энергию. Анализ показывает: желательно, чтобы насос передавал жидкости как можно больше потен­циальной (статической) энергии, так как увеличение его кинетической доли (возможно только за счет увеличения числа оборотов рабочего колеса) приводит к возникнове­нию значительных гидравлических сопротивлений. Поэто­му кинетическую энергию жидкости при выходе с лопаток колеса желательно с меньшими потерями преобразовать в потенциальную энергию, т.е. энергию давления.

Для увеличения статического напора путем преобразо­вания кинетической энергии жидкости в потенциальную непосредственно при выходе ее с лопаток рабочего колеса и плавного направления потока из одного рабочего колеса в другое в конструкциях многоступенчатых насосов предус­матривается установка в каждой ступени лопаточных отво­дов 1 (или направляющих аппаратов, как принято их назы­вать в большинстве курсов по гидравлическим машинам).

Следует заметить, что направляющий аппарат был вве­ден в конструкцию насосов на основании опыта работы гидравлических турбин, где его наличие является обязатель­ным. Насосы ранних конструкций с направляющим аппара­том назывались турбонасосами или насосами турбинного типа.

Лопаточные отводы обеспечивают компактную конструк­цию насоса, значительно уменьшая его габариты, в особенно­сти осевой размер, что является важным фактором, особенно для скважинных погружных многоступенчатых насосов.

Лопаточный отвод 1 представляет собой закреп­ленное в обойме неподвижное колесо, охватывающее рабочее колесо 7 насоса.

Лопаточный отвод состоит, с одной стороны, из не­подвижных лопаток 2, образующих по окружности диф-фузорные расширяющиеся и направляющие каналы 3, начальное направление которых совпадает с направлени­ем абсолютной скорости С₂ выхода потока из рабочего колеса 7, как это показано на рис. 36.

С обратной стороны лопаточного отвода имеются так­же неподвижные лопатки 10, которые образуют обратные каналы 11 для подвода жидкости к входному отверстию следующего рабочего колеса.

Направляющие 3 и обратные 11 каналы соединяются между собой по окружности переточными каналами 6.

Таким образом, поток, двигаясь от одного рабочего колеса по направляющим и одновременно расширяющим­ся каналам 3 лопаточного отвода, плавно поступает че­рез систему перечисленных каналов ко входному отвер­стию следующего рабочего колеса.

Одновременно часть кинетической энергии жидкости в соответствии с уравнением Бернулли преобразуется в энергию давления.

Для устранения возможного резонанса ширину диф-фузорного направляющего канала 3 лопаточного отвода на входе делают больше ширины выходного сечения меж­лопастных каналов 9 рабочего колеса. В связи с этим число лопаток 2 лопаточного отвода 1 обычно делают на единицу меньше числа лопаток 8 рабочего колеса 7.