Способы разгрузки ротора насоса от осевых сил гидродинамического происхождения
Как известно осевая сила направлена навстречу потоку, входящему в рабочее колесо насоса. Осевая сила приложена к рабочему колесу, а через него ко всему ротору насоса. Существуют различные способы устранения осевой силы.
Рассмотрим первоначально способы, связанные с изменением площади основного диска. Здесь площадь переднего дискаизменению не подлежит, поскольку она меньше площади заднего диска, а увеличение ее невозможно, так как это затруднит вход жидкости в рабочее колесо. Осевую силу устраняют путем уменьшения площади основного диска, как это показано на рис.1.10.
Рис.1.10. Варианты рабочих колес с укороченным основным диском: а – рабочее колесо с лопастями различной длины; б – рабочее колесо с укороченными лопастями
Способы устранения осевой силы за счет изменения давления, действующего в зазорах между передним и задним дисками и корпусом более многообразны. Самый простой, но неэкономичный способ — применение сверления в основном диске (рис.1.11). За счет сверлений зазор между задним дисками и корпусом становится сообщающимся с входом в рабочее колесо, где действует самое низкое давление в насосе.
Рис.1.11. Устранение осевой силы с помощью сверлений в основном диске
В этом случае достигается полная разгрузка ротора от осевой силы. Неэкономичность этого способа заключается в том, что через сверления постоянно движутся потоки навстречу основной массе жидкости, входящей в рабочее колесо насоса, что снижает гидравлический и общий к.п.д. насоса.
Еще один недостаточно экономичный способ разгрузки ротора от осевых сил гидродинамического происхождения приведен на рис.1.12.
Рис.1.12. Разгрузка ротора посредством радиальных ребер на внешней стороне основного диска рабочего колеса
Разгрузка ротора в этом случае достигается за счет того, что при вращении рабочего колеса в очень малых по величине зазорах между ребрами 1 и корпусом насоса создается интенсивное вращательное движение жидкости, то есть движение с достаточно большой кинетической энергией. Это приводит к снижению потенциальной энергии в данном зазоре, а именно к снижению давления.
При рабочих колесах с двухсторонним входом жидкости (рис.1.1, б) с левой и с правой стороны колеса располагаются диски с абсолютно равной площадью их внешней поверхности. Одновременно с этим, давления в зазорах равны. Это приводит к полной разгрузке ротора.
Вариант разгрузки ротора с помощью щелевого уплотнения между основным диском и корпусом насоса представлен на рис.1.13.
Рис.1.13. Разгрузка ротора с помощью щелевого уплотнения между основным диском и корпусом насоса
В зазоре между основным диском и корпусом насоса происходит постоянное течение жидкости, поскольку в концевых уплотнениях намеренно создаются утечки. Щелевое уплотнение для этого потока жидкости представляет значительное местное сопротивление. Поэтому в области между щелевым уплотнением и валом насоса создается давление, заметно меньшее того давления, которое было там до установки уплотнения. В результате, общее давление на внешнюю поверхность основного диска становится меньше и сила, действующая справа налево также уменьшается.
Вариант разгрузки ротора с помощью разгрузочного диска показан на рис. 1.14. Разгрузочный диск 3 помещается в специальной камере (разгрузочной камере), находящейся за основным диском рабочего колеса последней ступени насоса и перед концевым уплотнением. Диск жестко крепится к валу насоса и разделяет упомянутую камеру на две полости 1 и 2. При этом между диском и корпусом камеры (слева от диска 3 на рис.1.14) существует очень малый зазор.
Рис.1.14. Разгрузка ротора насоса с помощью разгрузочного диска
Под воздействием давления в корпусе насоса жидкость из полости 1 перетекает в полость 2, при этом преодолевает зазор между диском 3 и корпусом разгрузочной камеры.
Данный зазор в виду его малости имеет значительное гидросопротивление. Поэтому в нем теряется большая часть давления и в полости 2 давление оказывается меньше, чем в полости 1. На диск 3 с разных сторон его начинает действовать различное давление. Поскольку давление в полости 1 выше, то это приводит к тому, что на диск 3 действует результирующая сила f направленная слева направо. Диаметр разгрузочного диска 3 и зазор между ним и корпусом разгрузочной камеры рассчитываются такими, чтобы сила fравнялась силе F, являющейся результирующей силой, действующей на рабочее колесо насоса. Силы f и Fимеют противоположное направление. Поэтому при их равенстве происходит полная разгрузка ротора от осевых сил гидродинамического происхождения.
Содержание лабораторной работы
Цель лабораторной работы:
Изучение существующих конструкций центробежных насосов.
Содержание лабораторной работы:
1.Изучение теоретических основ настоящего раздела методических указаний
2.Проведение классификации насосов, представленных в разделе 1.3 настоящих методических указаний по следующим признакам:
а) конструкция рабочего колеса насоса;
б) расположение рабочего колеса на валу насоса относительно опор ротора;
в) расположение оси ротора насоса в пространстве;
г) количество ступеней в насосе;
д) конструкция корпуса насоса;
е) тип концевого уплотнения насоса;
ж) наличие и способ разгрузки ротора насоса от осевых сил гидродинамического происхождения;
з) тип подшипников насосов по воспринимаемой ими нагрузке;
Источник
Осевая сила в центробежном насосе и способы ее уравновешивания
Во время работы одноступенчатых насосов с односторонним входом и многоступенчатых насосов турбинного типа возникает осевое давление, которое при отсутствии разгрузочных устройств может вызвать осевое смещение вала с рабочим колесом в сторону всасывания. Осевой сдвиг в эксплуатационных условиях может произойти и при наличии разгрузочных устройств из-за износа уплотнений. Поэтому устройства для разгрузки осевого давления в насосе должны обеспечивать надежную работу, как в нормальных условиях эксплуатации, так и в случае значительного износа уплотнений. В противном случае износ уплотнений будет приводить к аварии устройств, уравновешивающих осевое давление.
Осевая сила в центробежных насосах может достигать больших значений. Для уравновешивания этой силы в одноступенчатых насосах:
— применяют рабочее колесо с двусторонним подводом жидкости (рис. 8,а);
— выполняют уплотнения на заднем диске колеса (рис. 8, б);
— располагают радиальные ребра на заднем диске колеса (рис. 8, в).
 |  |  |
| а. Рабочее колесо с двусторонним подводом жидкости | б. Уплотнение на заднем диске колеса | в. Радиальные ребра на заднем диске колеса |
| Рисунок 8 – Уравновешивание осевой силы в одноступенчатых насосах |
У рабочего колеса с двусторонним подводом жидкости (см. рис. 8, а) осевое давление теоретически уравновешено. Однако фактически всегда имеет место какое-то неуравновешенное усилие, обусловленное неравномерным износом уплотняющих колец в процессе эксплуатации.
Уплотнение на заднем диске колеса (см. рис. 8, б) образует за колесом камеру, которая соединяется отверстиями в диске с областью входа потока в колесо. Очевидно, что при таком способе разгрузки увеличиваются утечки, возрастающие по мере износа уплотнения.
Диаметр уплотнения на заднем диске колеса обычно принимают одинаковым с диаметром уплотнения на переднем диске. Гидравлическая уравновешенность таких колес нарушается, если изнашивается одно из уплотнений. Ось отверстий в диске желательно выполнять не параллельно оси насоса, а наклонно в сторону внешнего радиуса колеса. Площадь разгрузочных отверстий должна быть примерно в 4 раза больше площади уплотняющего зазора.
Применение радиальных ребер в качестве разгрузочного устройства основано на том, что жидкость в пространстве между колесом и корпусом будет вращаться с угловой скоростью колеса 
, а не с половинной угловой скоростью 
, как в случае отсутствия ребер. Это уменьшает давление жидкости на поверхность заднего диска, имеющего площадь, ограниченную радиусом ребра 
и радиусом втулки 
(см. рис. 8, в).
Этот способ уравновешивания требует затраты дополнительной мощности, однако она не превышает мощности, расходуемой в связи с утечками через дополнительное уплотнение на заднем диске (см. рис. 8, б). Существенным недостатком рассматриваемого способа является невозможность обработки заднего диска рабочего колеса при наличии литых ребер; кроме того, возникают трудности при установлении зазора между ребрами и корпусом.
Оставшаяся неуравновешенная часть осевой силы в насосах воспринимается упорным подшипником. Встречаются насосы, у которых гидравлическая разгрузка отсутствует, и осевая сила целиком передается на упорный подшипник.
В многоступенчатых насосах для уравновешивания осевой силы используются следующие способы:
— располагают рабочие колеса всасывающими отверстиями в разные стороны;
— применяют автоматическое разгрузочное устройство – гидравлическую пяту или диск.
Уравновешивание по первому способу показано на рис. 9. При четном числе ступеней рабочие колеса могут быть разделены на две группы так, чтобы своими всасывающими отверстиями они были обращены в противоположные стороны. Если число ступеней нечетное, то первую ступень выполняют с двусторонним входом жидкости.
 |
| Рисунок 9 – Уравновешивание осевой силы путем расположения рабочих колес |
Уравновешивание осевой силы при помощи гидравлической пяты (диска) показано на рис. 10.
 | 1 – Разгрузочный диск; 2 – Кольцо;  – Радиус пяты (диска);  – Радиус втулки;  – Внутренний радиус кольца 2. |
| Рисунок 10 – Уравновешивание осевой силы при помощи гидравлической пяты |
Принцип действия этой пяты заключается в следующем: вода из последней ступени насоса поступает в камеру К1 между разгрузочным диском 1 и неподвижным кольцом 2 через зазор 
. Давление 
в камере К1 создает усилие, направленное вниз. Если это усилие будет больше, чем усилие на рабочие колеса, то диск опустится, увеличится осевой зазор 
возрастут утечки, а следовательно, и потери в зазоре ; вследствие этого упадет давление в камере К1 и, очевидно, зазор установится таким, что будет обеспечено уравновешивание усилий на колеса и диск. При увеличении осевого усилия на колеса зазор наоборот, уменьшится.
Вода из камеры К2 при давлении 
отводится по трубке во всасывающую часть насоса.
Дата добавления: 2015-05-30 ; просмотров: 4315 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Источник
Способы разгрузки от осевых усилий насосов
Для уточнения понятия осевого давления рассмотрим центробежный насос консольного типа, схема которого представлена на рисунке 38.
Рис. 38. Схема протекания воды в рабочем колесе и в зазоре между колесом и
крышкой корпуса
Отличительной особенностью подобных насосов, имеющих рабочие колеса с односторонним входом, является то, что во время их работы возникает осевое гидравлическое давление, которое направлено против движения жидкости во всасывающем патрубке насоса и стремится сдвинуть вал с рабочим колесом в эту сторону. Оно возникает вследствие отсутствия симметрии в рабочем колесе с односторонним входом. Действительно, пусть жидкость во входном отверстии рабочего колеса имеет давление р1 (обычно меньше атмосферного), а по выходе из колеса, в отводящем канале, — давление р2 больше атмосферного.
Ввиду наличия большого свободного пространства между колесом и стенками корпуса (рис. 38) давление на каждую квадратную единицу наружной поверхности рабочих колес (в пространствах В и С) можно принять одинаковым и равным р2. На основании вышесказанного можно записать, что общее давление на наружную поверхность заднего диска (справа) будет равно:
(3 — 1)
где: 
— площадь наружной поверхности заднего диска за вычетом площади вала.
Общее давление на наружную поверхность рабочего колеса со стороны всасывания (то есть слева) равняется:
(3 — 2)
Из сравнения этих двух уравнений видно, что давление на рабочее колесо справа больше, чем давление слева, поэтому результативная сила после вычитания уравнения (3-2) из (3-1) окажется равной
(3 — 3)
Это и есть приближенная величина осевого давления. Оно направлено в данном случае справа налево, то есть против движения жидкости, поступающей в колесо.
Для разгрузки осевого давления в одноколесных насосах используются следующие способы:
Рис. 40. Схема рабочего колеса с двумя уплотнительными кольцами у входа и разгрузочными отверстиями во втулке.
1)применение рабочих колес с двусторонним всасыванием (рис. 34). Это наиболее эффективный прием разгрузки. Для восприятия остаточных случайных осевых усилий применяются механические средства в виде шариковых или кольцевых пят (упорные подшипники) или установочных колец на валу насоса. При больших числах оборотов крупных насосов (больших окружных скоростях вала) применяются упорно-радиальные и радиальные глубококанавчатые подшипники;
2) устройство второго кольцевого уплотнения с наружной стороны заднего диска колеса и отверстий во втулке (рис. 40), вследствие чего выравнивается давление по обе стороны рабочего колеса. Суммарная площадь разгрузочных отверстий во втулке должна превышать площадь зазора не менее чем в 4 раза. При этом способе возможны также остаточные или случайные осевые усилия (появившиеся, например, в результате неодинакового износа уплотнительных колец), для восприятия которых требуется устройство упорных подшипников.
Наличие разгрузочных отверстий в рабочем колесе насоса уменьшает его к. п. д. на 4-6% вследствие того, что щелевые утечки здесь происходят с двух сторон колеса;
3) устройство механических пят в виде упорных подшипников в опорной части насоса. Данный способ отличается небольшой затратой мощности вследствие малого коэффициента трения таких подшипников.
Разгрузка осевых усилий в многоколесных насосах достигается в основном двумя способами:
1)симметричным и взаимопротивоположным расположением рабочих колес с односторонним входом. Эффективность этого способа та же, что и при использовании колес с двусторонним всасыванием. Восприятие остаточных усилий осуществляется вышеприведенными способами;
2)применением уравновешивающего диска (гидравлической пяты). На рисунке 41 приведена схема одного из таких устройств. Гидравлическая пята в виде металлического диска А закрепляется на валу с напорной стороны за последним рабочим колесом насоса. Между колесом и неподвижной стенкой корпуса имеется зазор З2. Такой же зазор З3 имеется между диском А и стенкой корпуса. Разгрузочная камера Е сообщается с подводом первой ступени специальной трубкой, вследствие чего в камере Е устанавливается давление, близкое к давлению в подводе 1-й
Рис. 41. Схема разгрузочного устройства с помощью гидравлической пяты
ступени р1. Давление в промежуточной камере D превышает давление в разгрузочной камере Е, поэтому на диск гидравлической пяты действует усилие, разгружающее осевое давление ротора. Действие этого устройства происходит автоматически. Действительно, пусть по какой-либо причине давление в разгрузочной камере Е уменьшится. Вследствие этого диск А вместе с валом и колесом немедленно переместится влево и изменит величины обоих зазоров: зазор З3 увеличится, а зазор 32 уменьшится. Это повлечет за собой уменьшение давления в промежуточной камере Д что приведет к смещению колеса в правую сторону, то есть колесо вернется в прежнее положение.
Из описания следует, что подобное устройство характеризуется также дополнительными щелевыми утечками, снижающими объемный к. п. д. насоса.
Источник
