Средства уравновешивания осевого усилия

При работе насоса рабочее колесо с односторонним входом подвержено действию осевой гидравлической силы, являющейся суммой двух сил: статической и динамической. Главная часть силы — статическая — возникает вследствие асимметрии рабочего колеса.

Схема возникновения этой силы показана на рис. 1.5, а. При вращении жидкости, заключенной между дисками рабочего колеса и стенками корпуса, давление, действующее на диски, распределено так, как показано на левой и правой эпюрах. Легко видеть, что суммарное статическое усилие, действующее влево, представляется объемом параболоида с образующей АВСD. При повороте потока жидкости в рабочем колесе действует также небольшая динамическая сила, направленная в противоположную сторону. Результирующее усилие может быть весьма значительным.

Для уравновешивания осевой силы в одноступенчатых насосах применяют:

1) рабочие колеса двустороннего входа, что является наиболее радикальным средством;

2) разгрузочную камеру, расположенную за колесом, отделенную от области высокого давления уплотнительным пояском и соединенную с областью всасывания трубкой или отверстиями в заднем диске (рис. 1.5, б). Недостаток устройства: перетекание жидкости (DQ) через второе уплотнение колеса и снижение к. п. д. насоса (на 4—6%);

3) радиальные ребра на заднем диске (рис. 1.5, в), изменяющие эпюру распределения давления за колесом (по линии MNS вместо MNR). В насосах, перекачивающих загрязненные жидкости, такие ребра предотвращают накапливание взвешенных частиц за колесом. Недостаток: затрата дополнительной мощности, поглощаемой ребрами.

В отсутствие указанных гидравлических устройств осевая сила воспринимается упорным подшипником вала, который должен быть рассчитан на большую нагрузку. При этом насос усложняется.

В многоступенчатых насосах осевое усилие уравновешивают следующими средствами.

1. Барабаном (думмисом), закрепленным на валу между последней ступенью и разгрузочной камерой (рис. 1.5, г). Разностью двух давлений р_n и р_o, действующих с двух сторон на барабан 1, создается сила, противодействующая осевому усилию. Одновременно достигается разгрузка от высокого давления р_n уплотнения вала 2.

2. Автоматической гидравлической пятой 5, также устанавливаемой за последней ступенью (рис. 1.5, д). Как и в предыдущем устройстве, камера 1 соединена с областью низкого давления. В промежуточной камере 2 давление изменяется в зависимости от торцового зазора а. Если ротор сдвигается влево и зазор а уменьшается, то утечка через пяту также уменьшается, а давление в камере 2 возрастает. В результате дальнейшее перемещение ротора прекращается. Сдвиг ротора вправо приводит, наоборот, к падению давления в камере 2 и, следовательно, к уменьшению уравновешивающего усилия.

Во избежание металлического контакта в гидропяте при остановке насоса ротор снабжается отжимным устройством, например, небольшой механической пятой 3 и пружиной 4 или поршнем, выталкиваемым давлением масла от отдельного насоса, включаемого на время запуска и остановки агрегата.

Существует разновидность гидропяты, в которой дросселирующая цилиндрическая щель b располагается после торцовой а.

Такое устройство исключает парообразование в зоне пяты при чрезмерном падении давления в разгрузочной камере.

3. Оппозитным расположением рабочих колес (рис. 1.5, e). В схеме I концевые уплотнения вала находятся под невысокими давлениями, но переводные каналы между ступенями (1—6) имеют значительную длину, что усложняет корпус насоса и его очистку. В схеме II каналы короткие, но уплотнение вала (справа) подвержено высокому давлению. На схеме III показано компромиссное решение, имеющее свой недостаток — большой перепад давления между ступенями 3 и 6 (возрастание перетоков жидкости в уплотнении вала).