1.2 Уравновешивание ротора в одноступенчатых насосах
1.2.1 Применение рабочего колеса двустороннего входа
Самым эффективным
способом осевой разгрузки ротора в
одноступенчатых насосах является
применение рабочих колес двустороннего
входа (рис. 1.2). Вследствие симметрии
рабочего колеса относительно плоскости,
перпендикулярной оси ротора, теоретически
осевое усилие должно быть полностью
уравновешенным. Однако из-за погрешностей
изготовления или неравномерного износа
уплотнений может возникнуть осевое
усилие. Поэтому ротор насоса двустороннего
входа должен быть зафиксированным в
осевом направлении упорным двусторонним
подшипником, рассчитанным на усилие
(1.7) [ ].
Рисунок 1.2 – Рабочее колесо двустороннего входа
1.2.2 Применение симметричных щелевых уплотнений ступени
Для выравнивания
сил давления на основной и покрывающий
диски заднее щелевое уплотнение
располагается на одном уровне с передним
(рис. 1.3). Если полость Б сообщить с
полостью А разгрузочными отверстиями
в основном диске рабочего колеса или
обводной трубой (показана пунктиром),
то давления в них будут практически
одинаковыми и осевая сила
будет уравновешена. Для обеспечения
равенства давлений площадь сечения
разгрузочных отверстий или обводной
трубки должна быть не менее 5 площадей
зазора в щелевом уплотнении. При данном
способе уравновешивания остаются
неуравновешенными силы
и
,
на восприятие которых и рассчитывается
упорный подшипник. Снижение КПД при
таком способе уравновешивания оценивается
в 3 – 4% из-за увеличения объемных потерь
и нарушения структуры потока на входе
в рабочее колесо (в случае разгрузочных
отверстий) [ ].
Рисунок 1.3 – Симметричные щелевые уплотнения ступени
1.2.3 Установка радиальных ребер на основном диске рабочего колеса
Импеллер (рис. 1.4)
закручивает жидкость в задней пазухе
(
),
изменяя тем самым эпюру давления.
Импеллеры бываю двух типов: с открытыми
и закрытыми лопатками. Формула для
оценки уменьшение осевой силы открытым
импеллером приведена в [ ]. Разгрузочные
ребра могут быть рассчитаны как на
полную, так и на частичную осевую
разгрузку. Для восприятия остаточной
неуравновешенной осевой силы
устанавливается упорный подшипник.
Применение импеллеров связано с
дополнительной затратой мощности и
снижением КПД насоса примерно на 3 –
5%. Такой способ разгрузки часто применяется
в насосах, перекачивающих загрязненные
жидкости, так как ребра предотвращают
проникновение взвешенных частиц в зазор
между основным диском рабочего колеса
и корпусом насоса [ ].
Рисунок 1.4 – Рабочее колесо с импеллером
1.2.4 Уравновешивание с помощью переменного торцового дросселя
По сравнению с другими способами осевой разгрузки ротора более экономичным будет автоматическое уравновешивание сил давления на обе стороны рабочего колеса с помощью переменного дросселя, проводимость которого изменяется при осевом смещении ротора (рис. 1.5). Например, если под действием возникшей неуравновешенной осевой силы ротор сместится вправо, то проводимость переменного дросселя уменьшится, и давление в камере между задним щелевым уплотнением и переменным дросселем возрастет до уровня, необходимого для уравновешивания ротора. Различные модификации такого способа уравновешивания применяются в некоторых конструкциях ГЦН и турбонасосных агрегатов реактивных двигателей [ ]. В некоторых вариантах конструкций насосов ротор крепится упорным подшипником, а рабочее колесо имеет возможность свободно перемещаться по валу в осевом направлении [ ].
Рисунок 1.5 – Переменный торцовый дроссель
1.2.5 Восприятие осевой силы упорным подшипником
Указанный метод осевой разгрузки с точки зрения КПД насоса наилучший, так как затраты мощности в этом случае минимальны вследствие сравнительно малого значения коэффициента трения упорных подшипников. Однако с точки зрения надежности, восприятие полной величины осевой силы упорным подшипником нерационально, поэтому применяется довольно редко в насосах мощностью до 10 кВт [ ].