Осевое давление и способы его разгрузки

В насосах с односторонним входом жидкости во время их работы возникает осевое гидравлическое давление, которое стремится сдвинуть ротор насоса (вал с насаженными на него колесами) в сторону, обратную направлению движения жидкости, вступающей в колесо.

На каждое колесо действуют две силы (Рис. 22): направленная справа налево от неуравновешенного давления на ту часть задней стенки колеса, которая расположена против его входного отверстия (так как давление всегда меньше, чем ),и , направленная слева направо и вызы­ваемая отклонением потока жидкости из осевого в радиаль­ное направление при входе в рабочее колесо. Результирую­щая сила называется осевым усилием. Его вели­чина будет тем больше, чем больше диаметр входа ,чем больше разность давлений число последовательно работающих колес.

Уравновешивание осевого уси­лия в насосах осуществляется:

а) двухсторонним впуском жидкости в колесо, а в слу­чае многоколесных насосов— соответствующим групповым расположением колес на валу;

б) сверлением отверстий О в задней стенке колеса, благо­даря которому несколько уменьшается разность усилии, действующих на внешнюю и внутреннюю стенки рабочего колеса; в этом случае колесо имеет уплотнения с двух сторон (Рис. 24).

Для уравновешивания сил давления в центральной части ра­бочего колеса сверлят отверстия (рис. 25, б) 1 в заднем диске рабочего колеса. Таких разгрузочных отверстий может быть ча­ще всего четыре. С их помощью выравнивается давление жид­кости с обеих сторон рабочего колеса. Чтобы предотвратить пе­ретекание жидкости через эти отверстия из области высокого давления на нагнетании в область низкого давления на всасыва­нии, делают кольцевые выступы 2 на наружной стороне заднего диска и устанавливают охватывающие его с небольшим зазором уплотнительные кольца 3 в корпусе насоса.

Сверление отверстий в центральной части рабочего колеса как метод уравновешивания осевого давления является наиболее простым и распространенным.

в) устройством гидравличес­кой пяты (рис. 23) у многосту­пенчатых насосов.

Гидравлическая пята пред­ставляет собой диск а, закре­пленный на валу насоса за по­следней ступенью. Действие ее следующее: жидкость из прост­ранства т, пройдя через зазор s, по­ступает в камеру б,изкоторой че­рез кольцеобразную щель 3 выхо­дит в пространство в, соединяемое или с атмосферой или со всасы­вающей трубой насоса. Гидра­влическое давление в простран­стве т стремится передвинуть ротор насоса по направ­лению стрелки q с другой стороны, жидкость оказывает давление и на диск а, площадь которого соответственно подбирается. Если предположить, что щель 3 уменьшается, т. е. ротор под действием осевого усилия смещается влево, то давление в камере б начнет возрастать ввиду увеличения сопротивления при проходе жидкости через щель 3. В резуль­тате этого сила, действующая на диск а по направлению стрелки р (рис. 23), будет также возрастать до тех пор, пока не установится при известной ширине щели 3 равенство сил, действующих по направлению стрелок р и q.

Из указанных способов разгрузки осевого давления первые два не дают полной гарантии от появления случайных осевых давлений при изменении режима работы насоса. Для компен­сации этих случайных осевых усилий насосы снабжаются шариковыми пятами, могущими воспринимать давления, на­правленные в обе стороны.

г) применение гидравлического приспособления с разгрузочным диском.

Если осевые усилия достигают больших значений, например, в высоконапорных многоступенчатых насосах, то сверление раз­грузочных отверстий в центральной части рабочих колес оказы­вается недостаточным. В этих случаях после конечной ступени насоса на нагнетании монтируется гидравлическое приспособле­ние, с помощью которого создается усилие на ротор насоса, рав­ное осевому, но противоположно ему направленное.

На рис. 25, в показана последняя ступень многоступенчатого насоса. На одном валу с рабочим колесом посажен на шпонке разгрузочный диск 2, имеющий уплотнительное кольцо 6 с перед­ней стороны и такое же кольцо 4 с тыльной. Зазоры в этих уплотнительных приспособлениях — минимальные, только для обеспечения жидкостного трення между вращающимися и не­подвижными поверхностями.

Разгрузочный диск с уплотнительными приспособлениями монтируется в специальной камере 3, которая разделена на две части диафрагмой с уплотнительным кольцом. Правая часть ка­меры соединяется со свободной атмосферой при помощи отверстия 5. Если от этого отверстия провести трубку к всасывающей камере насоса, то давление в камере будет практически равно давлению всасывания. В полости насоса за задним диском по­следнего рабочего колеса, как известно, будет конечное макси­мальное давление. Это давление действует не только на задний диск рабочего колеса в сторону всасывания (влево), но и на разгрузочный диск (вправо) — в противоположном направлении осевому усилию.

При соответствующих размерах разгрузочного диска, кото­рые могут быть рассчитаны, осевое усилие полностью уравно­вешивается. Конечно, для этого необходимо, чтобы с внешней (правой) стороны разгрузочного диска было пониженное давле­ние, приближающееся к давлению всасывания или к атмосфер­ному давлению.

д) применение насосов двустороннего всасы­вания.

Для выравнивания осевого давления применяют насосы дву­стороннего всасывания, у которых осевое давление вообще от­сутствует (рис. 26, а).

В многоступенчатых насосах применяют иногда такую схему установки рабочих колес, при которой всасывающие стороны половины ступеней расположены симметрично, но противопо­ложно по направлению всасывающим сторонам другой полови­ны ступеней (рис. 26, б). Причем, компоновка работы ступеней по обе стороны установки может быть различной.