Вопрос 70. Причины возникновения и способы компенсации осевой силы в нагнетателях

В проточной части насоса осевой нагрузки не возникает т.к. давление распределено симметрично, так же как и в зазорах между дисками и корпусом. Однако площадь основного диска больше площади покрывного и на участке от Dy до d_в возникает не скомпенсированная сила, направленная навстречу потоку при входе в колесо (в рабочем режиме). При высоких давлениях в многоступенчатых машинах осевая нагрузка может достигать десятков тонн. Для разгрузки подшипников ее нужно компенсировать.

Способы компенсации:

- Разгрузочные отверстия на основном диске. Отверстия устраняют перепад давления. Работают вместе с компенсационной камерой во избежание протечек с нагнетания на всас (сопротивление зазора).

- Импеллер – система радиальных ребер на задней поверхности основного диска, работающих как лопатки, создающие разряжение в зоне нескомпенсированного осевого усилия и устраняющие его. Бывает открытым и закрытым. Закрытый обладает более высоким КПД.

- Симметрия потока – колеса двустороннего всасывания (встречное включение колес).

- Суммирующее разгрузочное устройство – гидравлическая пята. В компрессорах – думмис или разгрузочный поршень. На устройствах обоих типов создается обратный перепад давления, их размещают за последней ступенью в отдельной камере. Пята в отличии от думмиса обладает свойством саморегулирования. [Максимум осевой силы на холостом ходу в насосах для горячей жидкости может привести к «запариванию» насоса. При запаривании пята не работает].

Осевая сила характерна для центробежных машин, в которых вследствие разной площади основного и покрывного дисков создается усилие, направленное навстречу потоку при входе в рабочее колесо. Максимум осевого усилия на режиме холостого хода.

Для устранения осевой силы непосредственно на колесе применяют разгрузочные отверстия в сочетании с компенсационной камерой, импеллеры, обычно также в сочетании с компенсационной камерой, а также двусторонне всасывание, обеспечивающее самокомпенсацию за счет симметрии потока.

В многоступенчатых машинах устанавливают общее компенсационное устройство, устраняющее осевую силу в целом на роторе. Разгрузочное устройство размещают за последней ступенью и на них создают перепад давления, обратный перепаду давления на рабочих колесах. В насосах устройство называется гидравлической пятой, в компрессорах – думмисом.