Осевая сила насоса
Осевая сила, действующая на рабочее колесо насоса представляет собой равнодействующую сил, действующих на рабочее колесо и направлена она в сторону, соответствующую направлению действия большей из этих сил. А какие именно силы влияют на формирование осевой силы мы разберем в этой статье.
При работе центробежного насоса рабочее колесо вращается в пространстве, заполненном перекачиваемой жидкостью. Поверхности дисков рабочего колеса подвергаются действию различных сил, которые, как показывает опыт, не уравновешиваются.
Содержание статьи
Кроме того, ротор насоса находится в состоянии установившегося вращательного движения, тогда для того чтобы уравновесить все силы действующие на него необходимо провести ряд мероприятий, влияющих на конструкцию насоса.
Определение осевой силы
Для определения сил, которые влияют на установление равновесия ротора, необходимо определить силы, которые действуют на рабочее колесо. Эти силы разделяются на:
массовые – сила тяжести и сила инерции
поверхностные – взаимодействие поверхности колеса с потоком жидкости.
При заполнении насоса жидкостью вес колеса разгружается за счет гидростатических давлений по поверхности колеса, которые согласно закону Архимеда равны весу вытесненной воды и направлены вверх.
Осевое действие силы инерции сводится к нулю при помощи динамической балансировки на специальном станке. Динамическая балансировка обычно осуществляется для ротора насоса в целом.
Поэтому рассмотрим действие на рабочее колесо центробежного насоса только поверхностных сил, которые собственно и определяют динамические условия его работы.
Расчет осевой силы
Силы давления на рабочее колесо, вращающееся в корпусе насоса, заполненном жидкостью, могут быть найдены из следующих соображений.
Давление р1 при входе в насос является начальным давлением насоса. Это давление действует на площадь кольцевого сечения, которая определяется по формуле
где D1 – внешний диаметр всасывающей полости рабочего колеса;
d – диаметр вала.
Следовательно, сила давления жидкости на рабочее колесо в области всасывания составит
В конструкции центробежных насосов всегда предусматривается тщательное определение области всасывания с начальным давлением p1 от области нагнетания с конечным давлением p2. Такое отделение осуществляется с помощью уплотнительных колец. Зазор между внутреней поверхностью уплотнительного кольца и внешней поверхностью рабочего колеса по диаметру входа должно быть небольшим, порядка 0,15 – 0,2 миллиметров.
Выход жидкости из рабочего колеса осуществляется свободно, зачастую при значительном расстоянии между выходным диаметром D2 рабочего колеса и внутренним диаметром направляющего аппарата или соответствующей кромкой приемного отверстия нагнетательного патрубка.
Поэтому давление p2 действует на всю площадь F2 заднего диска рабочего колеса, определяемую величиной
и на площадь кольцевого покрывного диска
Причем, осевое действие сил, обусловленных давлением p2 , действующих на обе стороны рабочего колеса, по направлению взаимно противоположны.
Определим силы давления по обе стороны рабочего колеса, которые обусловлены давлением нагнетания p2 :
Где Р2 – полная сила давления на всю площадь заднего диска рабочего колеса;
Р3 – полная сила давления на кольцевой покрывной диск рабочего колеса.
Осевая сила Pос , очевидно, является равнодействующей перечисленных сил Р1, Р2 и Р3, причем, направление её соответствует направлению большей силы:
или после приведения подобных членов получим
Таким образом, осевая сила определяется произведением разности между конечным давлением, которое создает насос (р2), и начальным давлением на всасывании р1, умноженной на площадь живого сечения потока при входе в рабочее колесо. Так как р2 > р1, то осевая сила направлена в сторону всасывания.
3 способа уравновесить осевую силу
Осевая сила стремится сдвинуть рабочее колесо вместе с валом в сторону всасывающего патрубка. Если это усилие окажется достаточно большим, оно приведет к поломке подшипников, истиранию в первую очередь уплотнительных колец, а затем и ко взаимному истиранию корпуса насоса и рабочего колеса.
Как снизить влияние осевой силы.
Чтобы предотвратить отрицательное влияние осевой силы, которому сопутствует увеличение расхода мощности, потребляемой насосом и падение его КПД, применяют следующие способы.
1. Установка упорных подшипников скольжения.
Такой способ применяют только при очень небольшой осевой силе как вспомогательную меру.
2. Сверление разгрузочных отверстий.
Для уравновешивания сил давления в центральной части рабочего колеса сверлят отверстия 1 в заднем диске рабочего колеса. Таких разгрузочных отверстий делает для большинства случаев около четырех штук. 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.
Такой способ уравновешивания осевой силы как сверление отверстий считается наиболее простым и распространенным.
3. Применение гидравлического приспособления с разгрузочным диском.
Если осевая сила достигает больших значений, например, в высоконапорных насосах, то сверление разгрузочных отверстий в центральной части рабочего колеса оказывается недостаточно. В этом случае на нагнетании насоса монтируется гидравлическое приспособление, с помощью которого создается усилие на ротор насоса, равное осевому, но противоположное ему по направлению.
При соответствующих размерах такого гидравлического разгрузочного диска, осевая сила может быть полностью уравновешена.
Уравновешивание осевой силы является первым шагом при испытании нового насоса. К другим факторам влияющим на выдаваемую насосом характеристику относят гидравлическое сопротивление.
Видео по теме
В заключении хочется отметить, что уравновешиванию осевой силы и исключению её отрицательного влияния отводится большое время при проведении производственных испытаний насоса. Современный насосы конструируются, а затем доводятся на испытательных стендах таким образом, чтобы свести влияние осевой силы к минимуму.
Источник статьи: http://www.nektonnasos.ru/article/gidravlika/osevaya-sila/
Устройство и принцип работы насосов ЦНС
Центробежные насосы ЦНС (рис. 1) – горизонтальные, секционные изготавливаются с числом ступеней от двух до десяти.
Насос состоит из корпуса и ротора.
К корпусу крепятся крышки всасывания 21 и нагнетания 11, а также корпуса направляющих аппаратов 17 с направляющими аппаратами 18, задний 3 и передний 35 кронштейны. Корпуса направляющих аппаратов и крышки всасывания и нагнетания стягиваются стяжными шпильками с гайками. Стыки корпусов направляющих аппаратов уплотняются резиновым шнуром средней твердости.
Ротор насоса состоит из вала 36, на который установлены распорная втулка 30, рубашка вала 26, рабочие колеса 13 и 16, дистанционная втулка 10, регулировочные кольца и диск гидравлической пяты 37. Все эти детали стягиваются на валу гайкой вала 6.
Места выхода вала из корпуса уплотняются набивкой многослойного плетения. Кольца набивки устанавливаются с относительным смещением разрезов на 120 0 С.
Сальниковые набивки поджимаются втулками сальника.
Опорами ротора служат два радиальных подшипника, которые установлены в кронштейнах по посадке, позволяющей перемещаться ротору в осевом направлении на величину «разбега» ротора. Места выхода вала из корпусов подшипников уплотняются манжетами.
Для предотвращения попадания воды в подшипниковые камеры установлены отбойные кольца.
Корпус направляющего аппарата с уплотнительным кольцом, направляющий аппарат с уплотнительным кольцом и рабочее колесо в совокупности образуют ступень насоса.
Работа насоса основана на взаимодействии лопаток вращающегося рабочего колеса и перекачиваемой жидкости.
Рабочее колесо, вращаясь, сообщает движение жидкости, находящейся между лопатками. Вследствие возникающей центробежной силы, жидкость от центра колеса перемещается к выходу, а освобождающееся пространство вновь заполняется жидкостью, поступающей из всасывающего трубопровода под действием атмосферного или избыточного давления.
Из рабочего колеса жидкость поступает в каналы направляющего аппарата и затем во второе рабочее колесо с давлением, созданным впервой ступени. Далее жидкость поступает в третье рабочее колесо с увеличенным давлением, созданным второй ступенью и т.д.
Из последнего рабочего колеса, жидкость через направляющий аппарат проходит в крышку нагнетания, откуда поступает в нагнетательный трубопровод.
Благодаря тому, что корпус насоса состоит из отдельных ступеней, имеется возможность, не меняя подачи, менять напор путем установки нужного количества секций насоса. При этом меняется только длина вала, стяжных шпилек и трубки системы обводнения.
Во время работы насоса, вследствие давления жидкости на неравные по площади боковые поверхности рабочих колес, возникает осевое усилие, которое стремится сместить ротор насоса в сторону всасывания. Для уравновешивания осевого усилия в насосе применяется гидравлическая пята, состоящая из диска гидравлической пяты 37, кольца гидравлической пяты 8, втулки разгрузки 9 и дистанционной втулки 10.
Жидкость, проходя через кольцевой зазор между втулками разгрузки и дистанционной втулкой в полость разгрузки В, давит на диск гидравлической пяты, в результате чего ротор смещается в сторону крышки нагнетания и между рабочими поверхностями диска гидравлической пяты образуется щель, через которую жидкость проходит в полость кронштейна Г. Величина образующейся щели зависит от величины давления в разгрузочной полости и устанавливается автоматически.
Из полости Г жидкость частично проходит через сальниковую набивку, охлаждая гайку вала, а основная часть жидкости по обводной системе поступает в полость Дгидрозатвора, предотвращая подсос воздуха через сальник.
Из полости Дчасть жидкости проходит наружу между рубашкой вала и сальниковой набивкой, а остальная часть отводится через ниппель в дренаж. При работе насоса с давлением на входе до 0,3 МПа, вытекающую из сливной трубки жидкость можно направлять во всасывающий трубопровод.
Давление в полости гидрозатвора несколько превышает атмосферное (до 0,3 МПа), что предупреждает засасывание воздуха в насос через сальниковую набивку.
Необходимо, чтобы перекачиваемая жидкость могла всегда просачиваться между рубашкой вала и сальниковой набивкой наружу. Излишнее затягивание сальника ускоряет износ рубашки вала и увеличивает потери на трение.
Ротор насоса приводится во вращение от электродвигателя через упругую втулочно-пальцевую муфту, состоящую из двух полумуфт, которые соединяются между собой через резиновые втулки, установленные на цилиндрические стальные пальцы, жестко закрепляемые в полумуфте электродвигателя. Направление вращения ротора насоса – правое (по линии часовой стрелки), если смотреть со стороны электродвигателя.
Пуск насоса.
Перед пуском насоса необходимо сделать следующее:
· проверить вращения ротора от руки (при этом ротор должен вращаться легко без заедания);
· проверить направления вращения электродвигателя при отсоединенной муфте (направление вращения должно быть по часовой стрелке, если смотреть со стороны электродвигателя);
· удалить с насоса все посторонние предметы, проверить, нет ли повреждений частей насоса, нет ли ослабленных болтов в обвязке насоса;
· проверить наличие и качество масла в подшипниках, исправность системы смазки, а также смазать движущиеся части в местах их соединения;
· проверить установку ограждений на муфтах сцепления и их крепление;
· проверить состояние сальников, нет ли перекоса грундбуксы и достаточно ли сальники набиты и затянуты;
· проверить уход ротора в сторону всасывания по риске (рис. 2), проверку положения риски производить при роторе, сдвинутом до упора в сторону всасывания. Риска должна быть заподлицо с торцовой плоскостью передней крышки 1 переднего кронштейна. Уход ротора должен составлять не более 3 мм;
· проверить наличие и исправность манометров на выкиде насоса и приемном трубопроводе;
· убедиться в наличие заземления насоса и электромотора;
· пользуясь специальным ключом закрыть задвижку на нагнетательном трубопроводе и открыть на приемном трубопроводе (если управление задвижками автоматическое – закрытие и открытие запорной арматуры необходимо производить путем нажатия кнопок «пуск» и «стоп» на пульте управления);
· произвести заливку насоса продуктом, воздух из насоса стравить через дренажную линию.
В зимнее время при длительных остановках насосов необходимо пускать их в работу после подогрева обвязки паром или горячей водой и пробной прокачки жидкости по трубам. Запрещается прогревать обвязку насоса открытым источником огня.
Пуск насоса необходимо производить только при закрытой нагнетательной задвижке. Перед запуском убедитесь, что давление на приеме насоса соответствует режимным параметрам. Пуск насоса осуществляется нажатием кнопки «Пуск» на щите управления насосом.
После пуска насоса, как он набрал полное число оборотов, необходимо постепенно открывать на напорном трубопроводе запорную задвижку и добиться получения требуемых подачи и напора, регулируя степень открытия задвижки.
· работать при закрытой задвижке более 5 минут, так как это приводит к значительному нагреву жидкости в насосе;
· открывать быстро и полностью задвижку на нагнетательной линии, так как это может привести к срыву подачи жидкости;
· пускать насос в работу без предварительной его заливки продуктом, даже на очень короткое время;
· производить регулировку производительности и давления насоса задвижками на приемном трубопроводе.
После пуска следует дополнительно послушать и осмотреть насос: нет ли в нем постоянных стуков.
Если все параметры насоса соответствуют режимным, его оставляют в работе, при этом на нем должна находиться табличка: «Агрегат в работе».
Источник статьи: http://megaobuchalka.ru/6/45758.html