Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
4.5. Силы, действующие на рабочее колесо насоса и способы их регулирования
При работе центробежного насоса с односторонним входом воды в колеса возникает усилие, стремящееся сместить вал насоса с закрепленными на нем колесами в сторону всасывания (противоположное направление входа жидкости в колесо). Это усилие направлено по оси машины и поэтому называется осевым. Смещение ротора насоса привело бы к несовпадению каналов рабочих колес с лопаточными отводами (направляющими аппаратами), появлению ударов воды о них и снижению к.п.д. насоса [8].
Появление осевого усилия обусловлено тем, что вода, покидая рабочее колесо, проникает в камеры 1 и 2 (рис. 4.9), расположенные по обе стороны колеса, оказывает одинаковое давление на единицу площади переднего 3 и заднего 4 дисков. Площадь же заднего диска больше площади переднего на величину входной площади в колесо, следовательно, и усилие справа налево больше, чем слева направо, и колесо стремится влево, в сторону всасывания. Такое направление и соотношение действия оси наблюдается лишь при нормальном состоянии уплотнений каждой камеры 1 и 2. Фактически давление в этих камерах не остается постоянным в направлении от наружного диаметра колеса к его оси, а изменяется по параболическому закону вследствие вращения жидкости в этих камерах со скоростью, приблизительно равной половине угловой скорости вращения колеса.
Рис. 4.9. Схема действия осевого усилия: 1 и 2 – камеры; 3 и 4 – передний и задний диски колеса
При износе переднего уплотнения колеса вода будет свободно протекать в камере 1, давление на единицу площади в ней уменьшается, а усилие направо сократится, усилие же справа налево останется без изменений, в результате чего осевое усилие возрастет в несколько раз. При утечках из камеры 2 осевое усилие может начать действовать в обратную сторону.
Характер изменения осевого усилия в насосе при нормальных и изношенных уплотнениях показан на рис. 4.10.
В насосах с симметричным расположением колес или колесах с двусторонним подводом воды при износе уплотнений осевое усилие возрастает в 6 – 7 раз (в сравнении с нормальным состоянием уплотнений), в результате чего упорный подшипник насоса или разгрузочное устройство могут быть раздавлены.
|
|
|
Рис. 4.10. Характер изменения осевого усилия в насосе: |
Уравновешивание осевого усилия в насосах можно осуществить:
1) применением колес с двусторонним подводом воды (рис. 4.11, а), симметричным расположением колес (рис. 4.11, в) или насосов (рис. 4.12, е). Уравновешивание нарушается при износе уплотнений;
|
|
|
Рис. 4.11. Схемы уравновешивания осевых усилий |
2) применением колес с двусторонними уплотнительными кольцами (рис. 4.11, б). В заднем диске колеса сверлится несколько отверстий, которые соединяют пространство за диском с пространством перед диском. Этот способ применяется в скважинных насосах и др. Площади дисков и давления выше уплотнительных колец одинаковы по обе стороны колеса, по этому осевое усилие равно нулю. При износе уплотнений нарушится уравновешивание осевого усилия и колесо стремится смещаться в сторону изношенного уплотнения;
3) применением для многоступенчатых секционных насосов разгрузочных устройств в виде диска или шайбы, устанавливаемых на валу 1 насоса на шпонке за последним колесом перед нагнетательным сальником (рис. 4.12).
|
|
|
Рис. 4.12. Разгрузочное устройство насосов: |
Вода из нагнетательной крышки проходит через кольцевой зазор 6 между втулками 7 и 8, оказывая давление на внутреннюю сторону разгрузочного диска 2; по другую сторону этого диска действует атмосферное давление. В результате осевого усилия диск 2 со сменным кольцом 3 стремится прижаться к кольцу 5, а под действием давления воды на выходе из последнего колеса он смещается вместе с валом насоса и рабочими колесами в противоположную сторону, увеличивая зазор между кольцами 3 и 5, через который вода вытекает наружу. Вследствие движения воды давление ее на диск 2 несколько уменьшится, и диск приблизится к кольцу 5 настолько, пока не наступит уравновешивание осевого давления.
При работе насоса на загрязненных водах произойдет быстрое увеличение кольцевого зазора, а также изнашивание колец 5 и 3, в результате чего разгрузочное устройство начнет работать неудовлетворительно и через него пройдет большое количество воды (свыше 1 – 3 % нормальной производительности насоса).
При износе колец 3 и 5 разгрузочное усилие окажется меньше и ротор насоса сместится в сторону всасывания и передние диски рабочих колес начнут тереться о секции насоса, что обнаруживается по перегрузке двигателя и большому осевому смещению (более 2 мм). Наладка устройства разгрузки сведется к удалению колец 9 и 10, восстановлению нормального разбега ротора насоса.
При увеличении кольцевого зазора 6 в камеру разгрузки будет протекать много воды, давление в ней возрастает и ротор сместится в сторону нагнетания.
В этом случае необходимо заменить втулки 7 и 8 или временно установить дополнительное кольцо 9. Наличие этого устройства разгрузки в значительной степени снижает надежность эксплуатации насоса при работе на загрязненной воде, так как осевые усилия достигают 20 т и более, а срок службы колец 3 и 5 и втулок 7 и 8 значительно уменьшается в сравнении с нормальным;
4) механическим уравновешиванием осевого давления с помощью упорных шарикоподшипников или обыкновенных пят.