Радіальні та осьові сили в відцентрових насосах
Основними причинами виникненнярадіальнихсил, що діють з боку ротора, що обертається, на підшипники насоса, є:
1- маса ротора насоса з урахуванням перевантажень,
2- неврівноважені сили інерції (за відсутності достатнього балансування
3- гідродинамічні сили, що діють на відцентрове РК при порушенні
симетрії потоку на виході з РК у пристрій.
При розміщенні насоса транспортному засобі наявність перевантажень неминуче і регламентується існуючими правилами і нормами. Перевантаження 3gі масі ротора 100 кг викликає появу зусилля 3 000 Н. Стаціонарні насосні станції проектуються з урахуванням сейсмічних навантажень.
Існуючі методи виготовлення та балансування дозволяють звести до мінімуму навантаження на підшипникові опори від сил інерції, що виникають при обертанні ротора.
| QQопт відведення працює як конфузор і напрямок радіальної сили змінюється на протилежне. |
На рис. 10.1 показана якісна залежність від Q величиниFrта напрямки вектора сумарного радіального зусилля для відцентрового насоса з однозахідним равликом.
У насосах з кільцевим відведенням радіальне зусилля існує при будь-яких відмінних від нуля значення подачі, як це умовно показано на цьому ж малюнку. Вищесказане підтверджується вимірюваннями розподілу тиску по колу равлика, а також прямими вимірюваннями зусиль, що діють на підшипники насосів при їх випробуваннях.
Необхідно відзначити, що реєстрована в експериментахFrявляє собою змінну в часі величину, що має в якості динамічної компоненти складову з частотою, що дорівнює частоті обертання валу і складову з частотою,рівною добутку частоти обертання валу на число лопат РК. Динамічні компоненти можна порівняти за величиною з інтегральною в часі величиноюFr. Вони багато в чому визначають віброакустичні властивості насосного агрегату.
Розрахунок середньої величиниFrпроводиться на основі теоретичних передумов за емпіричними формулами як частки від сумарного радіального зусилля, що діє на площу циліндричної поверхні вихідного перерізу РК , рівну: πD2b2.
Для насоса з однозахідним спіральним відведенням:
Для насосів з кільцевим відведенням:
Коефіцієнтквизначається за даними спеціальних випробувань. В даний час накопичено достатньо відомостей про його величину, яка залежить від коефіцієнта швидкохідності. У орієнтовних розрахунках рекомендується приймати до =0,36.
Чисельна оцінкаFrприQ=0 призводить до величини:
Fr= 0,36. 1 . 0,25. 0,05. 20 . 9,81. 1000 = 900 н.
З метою зменшення радіальних сил у відцентрових насосах застосовують:
- канальні (лопатеві) відводи,
- двозахідні равлики спіральних відводів,
- Встановлення на вході в РК пристроїв, що вирівнюють розподіл швидкостей потоку.
Осівасила -Fос, що сприймається завзятим підшипником (підп'ятником) насоса складається з ваги ротора з урахуванням перевантажень і 2-х основних зусиль, що супроводжують роботу насоса:
-F1ос - обумовлена поворотом потоку на 90 0 при русі середовища в МЛП від входу в РК до виходу з останнього і спрямована у напрямку швидкостіС0 входу в робоче колесо,
-F2ос - що виникає внаслідок різниці тисків, що діють на робоче колесо з боку всмоктування та з зворотного боку, і зазвичай спрямована назустрічпершою.
Наведене вище пояснює схема потоку через РК і епюри тиску, представлені в осьовому перерізі проточної частини насоса на рис. 10.2. При обертанні РК - 1, в корпусі насоса - 2, тиск середовища, що перекачується, зростає від тиску у вхідному перерізі -Р1 до тиску на вході у відвід -Р2. Корпус 2 пов'язаний з приводним валом РК 3 через ущільнення валу 4. Заповнює зазори 5 і 6 рідини встановлюється розподіл тисків, конфігурація яких визначається:
- обертанням рідини в зазорах із середньою кутовою швидкістю ω 1 ≈ 0,5 ω, оскільки одна зі стінок зазорів нерухома.
 |
За відсутності обертання розподіл тиску по радіусуР(r) рівномірний і дорівнюєР2. Обертання рідини призводить до зменшенняР(r) із зменшенням радіусу через дію відцентрових сил, що формують поле тисківРω 1 . З метою зменшення об'ємних втрат РК зазвичай обладнано щілинним гідравлічним ущільненням діаметром 7Dупл, тому приr
ВеличинуF1ос можна оцінити застосовуючи до повороту течії теорему про зміну кількості руху системи матеріальних точок у проекції на вісь валух:
ОскількиС2 = 0, то сумарне зусилля, що діє на потік у проекції на вісьх R==-ρQ С0 і спрямовано протилежно до осіх. ШуканаF1ос = -Rі дорівнює:
Оцінка величиниF2ос для РК з площею вхідного перерізу 0,04 м 2 і ΔР=0,15 МПа призводить до значенняF2ос = 6000 Н .
Таким чином, навантаження на підшипникові опори залежать від подачі відцентрових насосів, що необхідно враховувати за умов регулювання режимів їх роботи.
p align="justify"> Радикальним способом зменшення осьових зусиль при проектуванні є перехід від консольної конструктивної схеми (насоси типу К) до схеми насосів з двостороннім входом (тип Д). Врівноваження осьових сил можливе за допомогою розвантажувальних отворів 8 в основному диску РК у поєднанні з гідравлічним ущільненням 9 (див. рис. 10.2). Існують і інші, складніші способи.
У багатоступінчастих машинах при парній кількості однозахідних РК часто використовують спосіб організації двостороннього симетричного входу в робочі колеса.