5.5. Осевое усилие в лопастном насосе

В центробежных насосах осевое усилие, действующее по оси ротора в сторону входа текучего в машину, неизбежно и может быть очень велико, а его уравновешивание представляет сложную техническую задачу.

Физическая природа осевого усилия понятна из схемы рабочего колеса и эпюры давлений, действующих на обе стороны колеса (рис.41).

При работе центробежного насоса в колесе происходит приращение давления от Р₁ перед входом до Р₂ после выхода жидкости из него. На колесо действуют осевые усилия от гидростатического давления воды в пространствах между корпусом насоса и дисками (передним и задним) колеса.

Сжимающие силы по кольцу от внешнего диаметра D₂ до диаметра уплотнения переднего диска D₁ одинаковы и двигающего усилия не дают (площади этих эпюр перечеркнуты крестообразно).

Рис.41. К определению осевого усилия в насосах

По кольцу от диаметра D₁ до диаметра втулки d_в, осевые силы со стороны заднего диска значительно больше сил со стороны входа воды, создается осевое усилие одной ступени на вал насоса.

Суммарная осевая сила в многоступенчатом центробежном насосе выражается формулой

, (81)

где P₁, P₂ – давления воды на входе и выходе колеса; Z_к– число колес; U₂ – линейная скорость на наружной окружности колеса; R_cp = D_cp/2 – средний радиус окружности входного отверстия в колесе; R₂ – внешний радиус колеса.

Уравновешивание осевого усилия может быть осуществлено следующими способами: гидравлическим уравновешивающим устройством с разгрузочным диском, применением колес с двусторонним всасыванием или взаимно противоположной установкой обычных колес.

5.6. Действительная характеристика внешней сети

и режим работы водоотливной установки

Установка главного водоотлива работает обычно на постоянный трубопровод, сопротивление которого в процессе эксплуатации меняется незначительно, а утечки практически отсутствуют. Напор, необходимый для подъема воды, можно вычислить по формуле [6]

(82)

Здесь второе слагаемое есть потери напора на всасывание, третье слагаемое – потери в нагнетательном трубопроводе, четвертое слагаемое – напор на создание кинетической энергии потока.

Зная, что скорость потока С = QF (Q – расход; F – площадь поперечного сечения), можно получить зависимость H = f(Q), имеющую вид квадратичной параболы с начальной ординатой Н_г, которая является характеристикой внешней сети водоотливной установки.

Для определения режима работы насосной установки делают графическое сопоставление характеристик сети и насоса, построенных в одном масштабе. При этом режим работы должен быть единственным (пересечение характеристик в одной точке). На рис.42 показан нормальный режим работы (в точке а), который должен быть в области экономичной зоны эксплуатации, т.е. при   0,8 _max и в области устойчивой части характеристики, т.е. правее точки А.

При наличии напорной характеристики насоса с максимумом (точка А) возможен случай с двумя режимами работы (a₁ и а₂), т.е. наблюдается неустойчивая работа с гидравлическими ударами (например, при резком изменении подачи от Q₁ до Q₂).

Если характеристика внешней сети пройдет выше напорной характеристики насоса, то не будет никакого режима работы. Отсюда очевидно обязательное условие нормальной работы

Н_м0 > H_г, (83)

где H_м0 – начальный манометрический напор насоса при нулевой подаче (пуск при закрытой задвижке).