И их уравновешивание

Колесо центробежной лопастной машины во время работы подвержено действию поперечных и осевых сил. Поперечные силы обусловлены несимметричностью подвода и отвода жидкости от рабочего колеса и статической и динамической неуравновешенностью колеса или ротора многоступенчатой машины. Применение надлежащей конструкции подводящих и отводящих устройств и проведение статической и динамической балансировки колес позволяет уменьшить величину поперечных сил до такой величины, которая может быть легко воспринята подшипниками машины.

Осевые силы в центробежных машинах обусловлены ассиметрией рабочих колес с односторонним подводом и динамическим действием потока, входящего в рабочее колесо.

Рисунок 5. Способы уравновешивания осевой силы на валу центробежного насоса:

а – встречное расположение рабочих колес; б – рабочее колесо с двумя уплотнительными кольцами и отверстиями в заднем диске; в – ребра (импеллеры) на внешней стороне заднего диска рабочего колеса; г – самоустанавливающийся разгрузочный диск (пята), (1 – разгрузочный диск; 2 – рабочее колесо; 3 – отверстие; 4,5 – камеры; а – радиальный зазор; б – осевой зазор; Р₀ – давление жидкости за рабочим колесом; Р₁, Р₂ – давления, соответственно в камерах 5 и 4; F – осевая сила.)

Почти полного уравновешивания осевой силы можно достичь за счет применения рабочих колес с двусторонним входом. В многоступенчатых насосах с рабочими колесами одностороннего входа разгрузка осевой силы может быть достигнута за счет встречного (симметричного) расположения колес (рисунок 5 а).

В обоих случаях из-за неодинаковых зазоров в уплотнениях или некоторого смещения колес относительно центрального положения полной разгрузки добиться невозможно. Возникающие при этом небольшие силы воспринимаются упорным подшипником. При встречном расположении рабочих колес усложняется конструкция насоса, увеличиваются габариты, наличие переводных каналов (труб) приводит к увеличению потерь.

В насосах с рабочими колесами одностороннего входа и обычного их размещения (не встречного) на валу для уравновешивания осевой силы используют специальные разгрузочные устройства, к ним относятся:

– рабочее колесо с двумя уплотнительными кольцами и отверстиями в заднем его диске (рисунок 5 б). В этом случае нижняя камера за колесом изолируется от верхней. Жидкость из нижней камеры отводится во всасывающую полость. Такой способ разгрузки прост, но приводит к увеличению объемных потерь и не дает полного уравновешивания осевой силы.

– рабочее колесо с ребрами на внешней стороне заднего диска (рисунок 5 в). Благодаря этому уменьшается давление в полости между колесом и корпусом. Этот способ эффективнее и дешевле первого.

– самоустанавливающийся разгрузочный диск (пята) (рисунок 5 г)

Самоустанавливающийся разгрузочный диск (пята). Данная система разгрузки (рисунок 5 г) имеет наибольшее распространение, особенно в многоступенчатых насосах. Разгрузочный диск 1 устанавливается и жестко закрепляется на валу за последней ступенью насоса. Основой автоматической системы уравновешивания осевой силы является наличие двух щелей: с постоянным радиальным зазором а, и с переменным осевым зазором б.

Жидкость получает возможность попадать из рабочего колеса 2 через радиальный зазор а в камеру 5 и через осевой зазор б в камеру 4 и далее через отверстие 3 уходить во всасывающую полость рабочего колеса первой ступени. Давления в камерах 5 и 4 зависят от величины осевого зазора б. Цилиндрическая щель с зазором а имеет постоянное гидравлическое сопротивление, сопротивление же щели с осевым зазором б вследствие его изменения будет меняться. Осевой зазор устанавливается автоматически за счет смещения ротора таким образом, что разность сил давления по обе стороны диска будет равна осевой силе на роторе.

Система разгрузки действует следующим образом. Пусть осевая сила F сместила ротор влево (в сторону всасывания) до предельного случая, когда осевой зазор б станет равным нулю. Тогда давление в камере 5 будет максимальным и равным давлению жидкости за рабочим колесом Р₀. На поверхность разгрузочного диска действует максимальная сила F', направленная в обратную сторону силе F.

В другом предельном случае, когда осевой зазор б будет увеличен до максимального значения, почти весь перепад давления Р₀ – Р₂ дросселируется в цилиндрической (радиальной) щели а и давление в камере 5 падает до давления Р₁ = Р₂, а осевая сила, действующая на разгрузочный диск, уменьшается до нуля. Уменьшение осевой силы F приводит к уменьшению осевого зазора б и увеличению противоположно направленной силы F'.

Осевой зазор б уменьшается до тех пор, пока сила F' не достигнет значения силы F, т. е. до статического уравновешивания ротора. При изменении режима работы насоса может произойти уменьшение силы F, тогда осевой зазор б увеличится на такую величину, при которой сила F' снизится до значения силы F.

Таким образом, разгрузка осевой силы F осуществляется автоматически, каждому значению силы F в установившемся режиме будет соответствовать вполне определенный зазор в осевой щели б, при котором всегда выполняется условие F = F'.