 |
Компенсация осевых усилий в центробежных насосах
|
|
|
|
 |
Осевые силы возникают в центробежных машинах как результат неодинакового распределения давлений, действующих на рабочие колеса с передней (обращенной к всасывающему патрубку) и задней сторон. Кроме того, осевая сила возникает и в результате динамического действия потока, входящего в рабочие колеса. В крупных многоступенчатых центробежных насосах осевые силы могут достигать нескольких тонн, приводя к преждевременному износу подшипников и уплотнений; в компрессорных машинах в силу малой плотности газа эти силы не столь значительны.
Пусть у входа в рабочее колесо давление равно р 1 (рис. 2.5). При наличии уплотнения 1 на входном диаметре колеса конечное давление р 2 распространяется через зазоры 2 и 3 между колесом и корпусом насоса. В полости закрытого рабочего колеса между входными и выходными кромками лопаток (т. е. на радиусе от R 1 до R 2) осевые силы полностью уравновешены. Действительное осевое давление в любой точке наружной поверхности колеса определяется давлением р2 (на радиусе R 2) и центробежным давлением, обусловленным вращением жидкости в зазорах 2 и 3. В передней же стороне на радиусе R у действует постоянное давление р 1. Вследствие этой асимметрии и возникает осевая сила Р р (рис. 2.5). В силу малости зазоров 2 и 3 средняя угловая скорость жидкости в них вдвое меньше скорости колеса на данном радиусе, что позволило получить формулу для осевой силы:
(2.13)
где w — угловая скорость вращения колеса, с–1; w = 2π n.
Сила, обусловленная динамическим давлением входящего потока на колесо:
Р д = r 
u 1. (2.14)
Суммарная осевая сила, действующая на одно рабочее колесо центробежной машины:
Р ос = Р р – Р д. (2.15)
Как видно из формулы (2.13), при данных размерах колеса и частоте вращения осевая сила тем выше, чем больше давление р 2. Поэтому при дросселировании, когда р2 возрастает, осевая сила также растет.
|
|
|
Компенсация осевой силы происходит благодаря следующим конструктивным решениям:
- применению рабочего колеса с двусторонним входом либо с двусторонним симметричным входом (для многоступенчатых машин);
- использованию переточных отверстий и ложной ступицы;
- выполнению импеллера на задней стороне рабочего колеса;
- в многоступенчатых насосах — установке разгрузочного диска (гидравлической пяты).
Рабочее колесо с двусторонним входом (рис. 2.6 а) не передает осевой силы на вал в силу своей симметрии; колеса такого типа широко используются в одноступенчатых центробежных насосах. При использовании переточных отверстий 2 (либо специальной соединительной трубки) и ложной ступицы 3 (рис. 2.6 б) диаметр последней выполняют таким же, как и диаметр уплотнения 1 рабочего колеса. Благодаря переточным отверстиям давления по обе стороны колеса на радиусе R у выравниваются и сила Р р исчезает. Динамическое усилие Р д невелико и может восприниматься подшипником. Этот способ уравновешивания удобен и прост и поэтому широко распространен. Его недостатком является некоторое понижение объемного КПД за счет дополнительного перетекания через отверстия.
Рис. 2.6. Способы компенсации осевой силы в центробежных насосах: а) колесо с двусторонним входом жидкости; б) колесо с переточными отверстиями и ложной ступицей; в) колесо с импеллером; г) эпюра давлений для колеса с импеллером; 1 — уплотнение колеса; 2 — ложная ступица; 3 — переточные отверстия; 4 — лопасти импеллера
Импеллер, состоящий из радиальных лопаток 4 на задней стороне рабочего колеса (рис. 2.6 в), при заданной частоте вращения создает такое центробежное поле давления, площадь эпюры которого (рис. 2.6 г) в точности равна площади эпюры центробежного давления в зазоре между передней частью колеса и корпусом (рис. 2.6 в). Это приводит к уравновешиванию осевой силы. Недостаток метода: при изменении частоты вращения эффект компенсации осевой силы нарушается.
|
|
|
|
|
|
