Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Вопрос «как работает вихревой насос» сводится к одной особенности конструкции: жидкость здесь взаимодействует с лопатками рабочего колеса не однократно, как в центробежной машине, а многократно, проходя по кольцевому каналу корпуса. Именно повторный энергообмен объясняет главное свойство этих машин — высокий напор при малой подаче и компактном рабочем колесе.
Вихревой насос относится к динамическим насосам трения: передача энергии жидкой среде осуществляется силами трения и инерции, а не только центробежной силой. Ниже разобраны устройство, физика процесса, типовые параметры по действующему стандарту, расчёт быстроходности, маркировка и практические ограничения эксплуатации.
По принципу действия насосы делят на объёмные и динамические. Среди динамических, помимо лопастных (центробежных и осевых), выделяют группу насосов трения и инерции, куда входят вихревые, шнековые, лабиринтные и струйные машины. В них энергия передаётся потоку преимущественно силами трения, поэтому формально относить вихревой насос к центробежным некорректно, хотя внешне его рабочее колесо напоминает крыльчатку.
Назначение вихревого насоса — подача относительно небольших объёмов маловязкой чистой жидкости при значительном напоре. Там, где одноступенчатый центробежный насос потребовал бы крупного колеса или нескольких ступеней, вихревая схема решает задачу одним компактным колесом. Это определяет и область применения: системы повышения давления, подача топлива, питательная вода и конденсат, дозирование, судовые и вспомогательные контуры.
При равных диаметре рабочего колеса и частоте вращения вихревой насос развивает напор, по справочным данным, в несколько раз больший, чем одноступенчатый центробежный.
Активный элемент вихревого насоса — плоский диск (рабочее колесо) с короткими прямыми лопатками, расположенными радиально по периферии. Колесо вращается в корпусе с малыми осевыми зазорами. По периметру окружности, которую описывают лопатки, в корпусе выполнен концентрический кольцевой канал, идущий от всасывающего патрубка к напорному.
Всасывающую и напорную полости разделяет уплотняющий выступ (перемычка), плотно прилегающий к торцам и боковым поверхностям лопаток. Он не даёт жидкости проскакивать с нагнетания обратно во всасывание в обход рабочей зоны. Размеры гидравлической части меняются с типоразмером, но базовая компоновка — колесо, кольцевой канал, перемычка, два патрубка — одинакова для всего ряда.
Малый осевой зазор между колесом и корпусом критичен для напора: его увеличение из-за износа или неверной сборки напрямую снижает развиваемое давление и КПД.
Когда колесо вращается, лопатки увлекают жидкость и одновременно закручивают её. Частица среды движется не по простой окружности, а по винтовой (спиральной) траектории вдоль оси кольцевого канала. На этом пути она многократно входит из канала в межлопаточное пространство и возвращается обратно.
Ключ к пониманию — разность скоростей. В межлопаточном пространстве жидкость разгоняется до скорости лопаток; в кольцевом канале, большем по сечению, она движется медленнее из-за трения. На стыке этих зон возникает интенсивное перемешивание — продольный вихрь. Жидкость из канала, попадая обратно к лопаткам, вновь ускоряется, забирая порцию энергии, и так на каждом витке вдоль перемычки до напорного патрубка.
Многократность приращения энергии и отличает вихревую машину от лопастной: в центробежном насосе жидкость проходит колесо однажды. Платой за высокий напор служат повышенные гидравлические и объёмные потери, поэтому КПД вихревых насосов невысок — обычно порядка 30–40 %, в отдельных случаях до 50 %.
Конструктивно различают две основные схемы проточной части, отличающиеся геометрией лопаток и связью канала с патрубками.
Выбор схемы влияет на форму напорной характеристики и склонность к самовсасыванию; в самовсасывающих исполнениях дополнительно применяют воздушный колпак, обеспечивающий удаление воздуха из всасывающей линии.
Типы и основные параметры вихревых и центробежно-вихревых насосов устанавливает действующий межгосударственный стандарт ГОСТ 10392-89 действующий. Он же задаёт условия применимости по перекачиваемой среде.
Стойкость материалов проточной части нормируют по скорости сплошной коррозии — не более 0,1 мм/год (метод оценки по ГОСТ 9.908). Климатические исполнения и категории размещения определяет ГОСТ 15150. Допустимый кавитационный запас задают через коэффициент запаса: для вихревых насосов он принят равным 1,1, для центробежно-вихревых — 1,15.
Гидравлические приёмочные испытания (проверка подачи, напора, мощности и КПД) проводят по ГОСТ 6134-2007 и ГОСТ ISO 9906-2015; последний устанавливает классы точности 1, 2 и 3, по которым нормируются допускаемые отклонения измеренных характеристик.
У вихревого насоса напорная характеристика крутопадающая: с ростом подачи напор и потребляемая мощность снижаются. Максимум мощности приходится на режим минимальной подачи — то есть на работу при закрытой задвижке. Это противоположно поведению центробежного насоса и определяет важное эксплуатационное правило (см. раздел об ограничениях).
Вихревые насосы — тихоходные машины: их коэффициент быстроходности лежит в области малых значений, по справочным данным примерно 6–50. Именно поэтому они занимают нишу, в которой центробежная схема невыгодна (потребовалось бы большое число ступеней).
ns = 3,65 · n · √Q / H3/4
n
Q
H
Многие вихревые насосы способны к самовсасыванию: благодаря интенсивному перемешиванию и способности работать с жидкостно-газовой смесью они удаляют воздух из всасывающего трубопровода и выходят на режим без предварительного залива всей линии. У самовсасывающих исполнений рабочую камеру перед пуском заливают жидкостью, а установка обратного клапана на всасывании становится необязательной.
Способность перекачивать среду с растворёнными газами и парами делает вихревую схему пригодной для летучих жидкостей — лёгких нефтяных фракций и аналогичных продуктов. Для улучшения кавитационных свойств на входе иногда устанавливают центробежную предвключённую ступень — так образуется центробежно-вихревая машина.
В маркировке вихревых консольных насосов буквы кодируют тип и исполнение, а дробь — параметры. В числителе указывают подачу в л/с, в знаменателе — напор в м.
ВК 2/26
ЦВК 4/112
Насосы типов ВК, ВКС и ВКО — вихревые, одноступенчатые, горизонтальные, консольные. Перемещение жидкости по кольцевому каналу и сообщение ей энергии выполняет рабочее колесо в виде диска с радиальными лопатками.
Сочетание «высокий напор — малая подача — компактность» определяет типовые задачи вихревых насосов:
Подходящие среды — чистая вода и жидкости, близкие к ней по вязкости и химической активности в пределах, заданных стандартом. С ростом вязкости КПД падает быстрее, чем у центробежных насосов, поэтому для масел и густых сред вихревая схема не применяется.
Понимание принципа работы прямо ведёт к правилам эксплуатации и к перечню ограничений.
Из-за крутопадающей характеристики мощность растёт при снижении подачи. Длительная работа на закрытую задвижку ведёт к перегрузке привода и перегреву. Для защиты на напорной линии предусматривают перепускной (предохранительный) клапан, сбрасывающий часть потока.
Рабочее колесо с короткими лопатками вращается в кольцевом канале корпуса. Жидкость многократно входит в межлопаточное пространство и возвращается в канал, на каждом витке получая порцию энергии. Из-за повторного энергообмена насос создаёт высокий напор при небольшой подаче.
В центробежном насосе жидкость проходит колесо один раз, в вихревом — взаимодействует с лопатками многократно. Поэтому при одинаковом диаметре колеса и оборотах вихревой развивает значительно больший напор, но имеет более низкий КПД и работает только с чистыми маловязкими средами.
Из плоского рабочего колеса с радиальными лопатками по периферии, корпуса с концентрическим кольцевым каналом, уплотняющей перемычки между всасыванием и нагнетанием, а также всасывающего и напорного патрубков. Осевые зазоры между колесом и корпусом малые.
Обычно порядка 30–40 %, в отдельных случаях до 50 %. Низкий КПД объясняется повышенными гидравлическими и объёмными потерями при многократном энергообмене.
ВК — вихревой консольный, ВКС — самовсасывающий, ВКО — обогреваемый (охлаждаемый). В дроби числитель — подача в л/с, знаменатель — напор в м. Далее указывают материал проточной части (А, Б, К) и климатическое исполнение.
Характеристика крутопадающая: при снижении подачи потребляемая мощность растёт. Работа на закрытую арматуру перегружает привод и вызывает перегрев, поэтому на напорной линии ставят перепускной клапан.
Да, многие исполнения самовсасывающие: они удаляют воздух из всасывающей линии и могут работать с жидкостно-газовой смесью. Перед пуском рабочую камеру заливают жидкостью.
Чистые маловязкие среды: воду и близкие к ней по свойствам жидкости, а также лёгкие летучие нефтепродукты. Пределы по вязкости, содержанию и размеру твёрдых частиц заданы стандартом; абразивные и густые среды не допускаются.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.