Осевое давление и способы его разгрузки

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.