Thread Content
Если не попытаться устранить или сбалансировать осевые силы, действующие на ротор (и передающиеся на вал), эти силы будут тянуть ротор в осевом направлении, заставляя его соприкасаться с неподвижными деталями. Это приведет к повреждению деталей насоса и к его невозможности функционирования. Обычно для балансировки осевых сил насоса используются следующие методы. 1. Толкательные подшипники. Для небольших насосов с невеликими осевыми нагрузками для их компенсации используются толкательные подшипники; это обычно простой и экономичный способ. Даже при использовании других устройств балансировки, учитывая наличие определенной остаточной осевой силы, иногда устанавливаются толкательные подшипники. 2. Отверстия для балансировки или трубы балансировки. Как показано на рисунке 1, на задней крышке рабочего колеса устанавливается уплотнительное кольцо; диаметр этого кольца обычно совпадает с диаметром переднего уплотнительного кольца. В то же время в нижней части задней крышки делается отверстие, либо прокладывается специальная труба для соединения с впускной стороной. Из-за потерь напора при протекании жидкости через зазоры уплотнительного кольца давление жидкости под уплотнителем снижается, что в свою очередь уменьшает осевую силу, действующую на заднюю крышку. Степень снижения осевой нагрузки зависит от количества отверстий и их диаметра. В таких условиях все еще существует 10–15% несбалансированной осевой силы. Чтобы полностью сбалансировать осевые силы, необходимо дальше увеличить диаметр кольца уплотнения. Следует отметить, что кольцо уплотнения и отверстие для балансировки взаимодополняют друг друга: без отверстия для балансировки кольцо уплотнения не может сбалансировать осевые силы ； При наличии только отверстий для балансировки без установки уплотнительных кольцев уровень утечек оказывается очень высоким, а степень компенсации осевых сил — крайне незначительной. http://www.b-fz.com/UploadFiles/%E7%A6%BB%E5%BF%83%E6%B3%B5%E5%B9%B3%E8%A1%A1%E8%BD%B4%E5%90%91%E5%8A%9B%E7%9A%84%E7%BB%93%E6%9E%84%E6%9C%89%E5%93%AA%E4%BA%9B1.png Рисунок 1. Схема балансирующего отверстия. Использование этого метода балансировки позволяет снизить давление в уплотнении вала. Недостатком является увеличение потерь объема (потери через балансирующее отверстие обычно составляют 2–5% от проектного расхода). Кроме того, поток, утекающий через отверстия для балансировки, сталкивается с основным потоком жидкости, поступающим в ротор, что нарушает нормальное состояние потока и снижает способность насоса противостоять кавитации. Для этого на корпусе некоторых насосов делаются отверстия, через которые они соединяются с всасывающей трубой, но конструкция становится более сложной. С применением вышеописанного метода балансировки осевая нагрузка не может быть полностью устранена; оставшаяся осевая нагрузка должна переноситься подшипниками насоса. Конструкции с балансирующими отверстиями для компенсации осевых сил широко используются: они применяются не только в одноступенчатых центробежных насосах, но и в многоступенчатых центробежных насосах. Однако, поскольку осевые силы невозможно полностью сбалансировать, необходимо использовать толкательные подшипники. Кроме того, из-за дополнительного использования кольца усиления габариты насоса увеличиваются; поэтому такой насос применяется только в тех случаях, когда требуемая высота подъема воды невелика, а размеры насоса небольшие. 3. Двухсъемный рабочий колесо. При использовании двухсъемного рабочего колеса в насосах с одним ступенем, поскольку колесо имеет симметричную форму, осевые силы с обеих сторон колеса компенсируют друг друга. Но на самом деле, из-за различий в зазорах уплотнения по обе стороны от ротора, или из-за его некорректного расположения относительно центра чашки, все равно существует небольшая остаточная осевая сила. Эту силу необходимо принимать на себя подшипники. 4. Задние лопасти. Задние лопасти насоса располагаются с внешней стороны задней крышки; по сути, это дополнительный полуоткрытый ротор, расположенный с той же стороны, что и основной ротор, но в направлении, противоположном направлению всасывания, как показано на рисунке 2. Для удобства литья такие задние лопасти обычно изготавливаются в радиальной форме; иногда их также делают изогнутыми. После установки задних лопастей на ротор, эти лопасти заставляют жидкость вращаться. Увеличивается угловая скорость вращения жидкости, что приводит к изменению распределения давления на задней панели и снижает неравномерные силы. Оставшаяся осевая нагрузка по-прежнему должна поддерживаться подшипниками. http://www.b-fz.com/UploadFiles/%E7%A6%BB%E5%BF%83%E6%B3%B5%E5%B9%B3%E8%A1%A1%E8%BD%B4%E5%90%91%E5%8A%9B%E7%9A%84%E7%BB%93%E6%9E%84%E6%9C%89%E5%93%AA%E4%BA%9B2.png Рисунок 2. Схема задней лопасти. Задняя лопасть не только способствует сбалансированию осевых сил, но также помогает снизить давление жидкости перед уплотнением вала. Напор насоса с лопастным механизмом привода увеличивается примерно на 1–2%, в результате чего эффективность насоса снижается на 2–3%. Лопасти сзади также выполняют функцию предотвращения попадания примесей в уплотнение вала; их часто используют в насосах, перекачивающих жидкости с примесями. 5. Симметричное расположение рабочих лопастей. Этот метод в основном используется в многоступенчатых насосах. Все лопасти насоса равномерно располагаются в двух направлениях: они расположены друг напротив друга или спиной к спине в определенном порядке (см. рисунок 3), что позволяет компенсировать осевые силы. http://www.b-fz.com/UploadFiles/%E7%A6%BB%E5%BF%83%E6%B3%B5%E5%B9%B3%E8%A1%A1%E8%BD%B4%E5%90%91%E5%8A%9B%E7%9A%84%E7%BB%93%E6%9E%84%E6%9C%89%E5%93%AA%E4%BA%9B3.png Схема симметричного расположения лопастей. Принципы расположения лопастей: (1) Каналы для прохождения потока между ступенями не должны быть слишком сложными, чтобы облегчить процесс литья и снизить потери напора ； (2) С обеих сторон уплотнителей валов должен располагаться низконапорный уровень, чтобы снизить давление, действующее на уплотнители ； (3) Разница в уровнях между соседними ступенями ротора не должна быть слишком велика, чтобы уменьшить давление между ступенями и тем самым сократить утечки между ними. Симметричное расположение сегментных насосов позволяет сбалансировать осевые силы, но увеличивает утечки между ступенями. Для симметричного расположения роторов возможен полный баланс только при условии абсолютной идентичности их конструкции. Если оси шейков на разных уровнях отличаются друг от друга, это также приводит к возникновению определенных осевых сил. 6. Балансирный барабан — это цилиндр, установленный после последнего лопастного колеса и вращающийся вместе с ротором. Между внешней поверхностью балансирного барабана и корпусом насоса образуется радиальный зазор. Перед балансировочным барабаном находится задняя камера насоса с последним рабочим колесом, а сзади — камера балансировки, соединенная с впускным отверстием. Таким образом, разница давлений, действующая на балансирный барабан, создает силу, направленную вправо; эта сила служит для компенсации осевой силы, действующей на ротор. Как показано на рисунках 4 и 7, уравновешивающий диск позволяет автоматически и полностью компенсировать осевые силы в различных условиях работы. Поэтому он широко используется в многоступенчатых центробежных насосах. Как показано на рисунке 5, между втулкой оси и корпусом насоса существует зазор. Между поверхностью диска и корпусом насоса имеется осевой зазор bo. За балансировочным диском находится камера балансировки, соединенная с входом насоса. Давление перед радиальной щелью b равно давлению с задней стороны последнего лопастного колеса, то есть p. После прохождения жидкости через щель b давление снижается до значения p’. Падение давления в радиальной щели составляет △p1 = p – p’. После прохождения жидкости через осевую щель b0 давление снова снижается до значения po. Падение давления на концах осевой щели составляет △p2 = p’ – po. Значение po близко к давлению на входе в насос. Падение давления во всем устройстве с балансиром составляет △p=△p1+△p2. Таким образом, на весовой диск действует сила балансировки, направление которой противоположно осевой силе насоса. http://www.b-fz.com/UploadFiles/%E7%A6%BB%E5%BF%83%E6%B3%B5%E5%B9%B3%E8%A1%A1%E8%BD%B4%E5%90%91%E5%8A%9B%E7%9A%84%E7%BB%93%E6%9E%84%E6%9C%89%E5%93%AA%E4%BA%9B5.png Рисунок 5. Схема балансирующего диска. Принцип работы балансирующего диска заключается в следующем: когда осевая сила превышает силу балансировки, вращающаяся часть центробежного насоса смещается влево; в результате этого осевой зазор bo уменьшается. Это приводит к увеличению сопротивления потока жидкости через этот зазор, а значит, и к увеличению общего коэффициента сопротивления всей системы балансировки. Однако △p остается неизменным, поэтому количество утечки q снижается. В результате △p1 уменьшается, а △p2 увеличивается, что приводит к увеличению силы равновесия. По мере того как вращающаяся часть продолжает двигаться влево, сила равновесия постоянно растет. В определенный момент сила равновесия и осевая сила достигают равновесия. Когда осевая сила меньше силы баланса, вращающаяся часть перемещается влево, что противоположно описанному выше процессу, и таким образом центробежный насос также достигает состояния осевого баланса. Поэтому центробежные насосы с устройством балансира, как правило, не оснащаются толкательными подшипниками.