Трифонова Г.О., Трифонова О.И. Гидродинамические машины и передачи

Подождите немного. Документ загружается.

1.5. Осевая сила в гидродинамических насосах

На рис. 5 показаны эпюры давлений жидкости на лопастное

колесо. Си одинако-

ые. Как бы хорошо ни уплотняли лопастное колесо, но всё же часть

жидкости

лы давления жидкости внутри колеса примерно

попадает на наружную поверхность колеса, причем с из-

быточным давлением

из

. Поэтому на внешние поверхности колеса

в зонах 3 и 4 действуют силы примерно одинаковые, направленные

навстречу друг другу. Можно считать, что они взаимноуничтожают-

ся. В зоне 1 жидкость сасывается, т.е. давление вакуумметриче-

ское, а в зоне 4 - избыточное. В результате силы, действующие на

колесо в зонах 1 и 4, направлены одинаково. Появляется большое

осевое усилие

вс

, направленное в сторону всасывания.

Рис. 5.

Схема эпюр давления на лопастном колесе

несколько способов снижения осевой силы: разгру-

зочные отв дравличе-

ская ята.

аковым. Дополнительно ставят щелевое уплотнение 3

для у

ы давления жид-

кости

Имеется

ерстия, симметричное расположение колес, ги

Разгрузочные отверстия 1(рис. 6) делаются на ведущем диске

2. В результате давление перед колесом и за ним становится при-

мерно один

меньшения влияния избыточного давления.

При симметричном двухстороннем входе жидкости на рабочее

колесо или у многоступенчатых насосов с симметричной встречной

установкой рабочих колес в смежных ступенях сил

на колеса направлены навстречу друг другу.

Рис. 6.

Разгрузочные отверстия на лопастном колесе

Компенсировать осевую силу можно установкой гидравличе-

ской пяты. ой диск с

расточкой 5, который крепится на валу лопастного колеса 1. В про-

межу

ассмотрим некоторые конструкции гидродинамических насо-

сов, приме ии, основ-

ых отраслях промышленности.

Гидравлическая пята (рис. 7) представляет соб

точную камеру 4, образованную между расточкой диска и кор-

пусом через зазор 6, находящийся между валом и корпусом, попа-

дает рабочая жидкость из полости нагнетания насоса. При повыше-

нии осевой силы щель 3 между корпусом и диском 5 уменьшается,

давление в промежуточной камере 4 повышается. Поэтому повы-

шается и сила, действующая на диск из промежуточной камеры, т.е.

сила прямопротивоположная по направлению к осевой силе. Это

частично компенсирует осевую силу. В полости 2 за диском должно

быть давление близкое к атмосферному. Для этого полость соеди-

няют с полостью всасывания насоса.

1.6. Конструкции гидродинамических насосов

няемых в системах водоснабжения, канализац

Рис. 7.

Схема гидравлической пяты

Подвод и отвод жидкости у гидродинамических асосов осу-

ществляются по-р насоса. Ос-

новные формы сл , кольцевой под-

вод или отвод, полуспиральный подвод, спиральный.

азному в зависимости от конструкции

едующие: прямоосный конфузор

Прямоосный конфузор показан на рис. 1. Рабочее колесо за-

креплено на конце вала консольно. Конфузор (сходящийся конус),

выравнивая скорости потока на входе в колесо, имеет малое сопро-

тивление.

Рис. 8.

Кольцевой подвод

У кольцевого подвода (рис. 8) всасывающий патрубок соеди-

нен с евым каналом постоянного сечения, расположенным у

входа поскольку струйки жид-

кольц

в рабочее колесо. При таком подводе,

кости навстречу друг другу, образуется неравномер-

ность

закручиваются

скоростей у входа в рабочее колесо, за валом же образуется

мертвая зона.

Для загрязненных жидкостей часто используют кольцевой от-

вод, показанный на рис.9. В этом случае напорный патрубок при-

мыкает к каналу постоянного сечения, расположенному вокруг ра-

бочего колеса.

Рис. 9.

Кольцевой отвод

При полуспиральном подводе (рис.10) осевые сечения на вхо-

де в не одинаковые. Закрутка жидкости, протекаю-

щей по подводу, обеспеч твой зоны и вырав-

нивание скоростей на входе в рабочее колесо.

рабочее колесо

ивает ликвидацию мер

Рис. 10.

Полуспиральный подвод

Спиральным часто делают отвод жидкости из насоса. Спираль-

ный канал переходит в прямоосный диффузор, через которы жид-

кость вытекает в напо

ентробежные одноступенчатые насосы консольного типа

(рис

активных жидкостей, суспен-

зий, эмульсий. Подвод 1 выполнен в виде конфузора. Подвод жид-

рный патрубок.

. 11) общего назначения являются наиболее массовым типом

центробежных насосов для подачи от 5 до 350 м

/ч. Применяются

для перекачивания воды, химически

кости – осевой, отвод - вертикально вверх. Отвод спирального типа

с выходным патрубком диффузорного типа. На ведущем диске ло-

пастного колеса 2 выполнены отверстия 7, которые позволяют

уравновесить давление на стенки лопастного колеса с обеих сторон

и тем уменьшить осевое усилие, при этом уменьшается и КПД насо-

са. Также имеется гидравлический затвор – специальное кольцо 4 с

канавками, которое устанавливается в набивке сальника и в которое

по каналу 3 подводится жидкость из отвода, что предотвращает

просачивание воздуха в насос. В корпусе и крышке устанавливают-

ся сменные уплотняющие кольца 5,6, предохраняющие от перетечек

жидкости.

Рис. 11.

Центробежный, консольный насос

Преимущества: простота конструкции и её изготовления; рав-

номерный симметричный подвод жидкости на рабочее колесо.

Недостатки: наличие осевой силы, устранение которой с по-

мощью разгруз ы приводит

к увеличению утечек и снижению КПД насоса.

х во-

до- и

порный патрубки на-

правл

очных отверстий или гидравлической пят

Центробежные горизонтальные насосы с двухсторонним под-

водом жидкости (рис. 12) получили распространение в система

теплоснабжения. Жидкость на рабочее колесо 4 поступает

симметрично с двух сторон через подводы 1 полуспирального типа.

Отвод 5 спирального типа. Всасывающий и на

ены в противоположные стороны перпендикулярно оси насо-

са. Такое расположение патрубков обеспечивает компактность на-

сосных установок, удобство расположения трубопроводов. Вал на-

соса 2 с двух сторон установлен на подшипниках 7. Во избежание

подсоса воздуха с двух сторон на валу имеются гидравлические за-

творы 3, 6. Рабочее колесо имеет щелевое лабиринтное уплотнение

со сменными кольцами. Поскольку лопастное колесо симметрично и

вход жидкости с двух сторон, силы от давления на стенки колеса

уравновешены. Осевая сила может возникнуть при неравномерном

износе уплотнений на колесе.

Рис. 12.

Центробежный насос с двухсторонним подводом жидкости к рабочему

колесу. 1- подвод; 2- вал; 3, 7- гидравлический затвор; 4- лопастное колесо; 5-

отвод; 6- трубка для подвода жидкости к сальникам; 8 – подшипники

Преимущества: отсутствие осевой силы; подача и высота вса-

ентробежный многоступенчатый насос секционного типа (рис.

13)

сывания больше, чем у центробежных одноступенчатых насосов.

Недостатки: неравномерный подвод жидкости; большие габа-

риты; сложность изготовления.

предназначен для подачи воды и других чистых жидкостей с

расходом

251

⋅⋅⋅

л/с и напором 100…210 м водяного столба. Мно-

госту

колесами, которые закреплены на

валу.

которому жидкость подается по каналу 7 с выхода первого колеса.

пенчатые насосы имеют несколько последовательно располо-

женных секций 4 с лопастными

Жидкость поступает последовательно из одного колеса в дру-

гое через направляющие аппараты, имеющиеся в каждой секции.

Корпус многоступенчатого насоса секционного типа состоит из от-

дельных секций 4 и двух крышек 3 и 6, соединенных болтами 5.

На рис. 13 показан насос, имеющий пять лопастных колёс.

Осевое давление воспринимается гидравлической пятой 1. Вал на-

соса со стороны всасывания уплотнен гидравлическим затвором, к

Рис. 13.

Многоступенчатый насос секционного типа:

1- гидравлическая пята; 2- трубка отвода жидкости после пяты из ка-

меры; 3- выходная крышка; 4- секции с лопастными колесами; 5-

стяжной болт; 6- входная крышка; 7- отверстие для подачи жидкости к

гидравлическому затвору

одного колеса, а

Пр -

честву к

риты и м

Недостатки: большая осевая сила, требующая установки гид-

равли

но поступает в каждую ступень. Симметричное рас-

полож

ный двухступенчатый насос. На-

порны

идации этого явления в

насос

Подача таких насосов соответствует подаче

напор жи

дкости возрастает пропорционально количеству колес.

еимущества: напор увеличивается пропорционально коли

олёс; простота изменения количества секций; малые габа-

асса.

ческой пяты; низкий КПД (0,6…0,75) насоса из-за утечек жид-

кости через гидравлическую пяту.

Многоступенчатые насосы спирального типа обладают более

высоким КПД (0,75…0,78), чем насосы секционного типа. Жидкость

последователь

ение колес разгружает их от осевого усилия. Рассмотрим

двух-, трех- и четырехступенчатые насосы.

На рис. 14 показан центробеж

й и всасывающий патрубки расположены в нижней части кор-

пуса. Первой ступенью является левое колесо, т.е. через него жид-

кость всасывается. В полости перед колесом давление может быть

меньше атмосферного, следовательно, возможен подсос воздуха из

пространства, окружающего насос. Для ликв

е стоит гидравлический затвор, к которому жидкость подво-

дится по каналу из отвода первой ступени.

Многоколесный центробежный насос с горизонтальным валом

(рис. 15) предназначен для подачи воды и чистых жидкостей с

Рис.14. Двухколесный центробежный насос

температурой до , с расходами 25…90 л/с при напорах

138…725 м водяного столба. Подвод жидкости осуществляется сни-

зу через центральное колесо 4 с двухсторонним входом.

Далее жидкость по каналу 1 направляется на второе лопаст-

ное колесо 5, затем по каналу 2 на следующее лопастное колесо 3.

Осевая сила уравновешивается симметричным расположением ко-

лес. Лопастных колес в насосе четыре, но частица жидкости после-

довательно проходит только три колеса. Подача насоса соответст-

вует подаче одного колеса, а напор увеличивается в три раза.

С100°

Рис. 15.

Многоколесный центробежный насос

Центробежный четырехступенчатый насос спирального типа

(рис. 16) предназначен для перекачки чистых жидкостей. Входной

патрубок расположен внизу. Затем жидкость последовательно про-

ходит через четыре лопастных колеса 1, 2, 3. 4 . Выходной патрубок

расположен в верхней части насоса. Осевая сила уравновешивает-

я симметричным расположением входных отверстий олес. Все

абочие колеса с односторонним входом.

Рис. 16.

Центробежный многоступенчатый насос спирального типа

В осевых насосах (рис. 17) жидкость движется через рабочее ко-

лесо в направлении его оси. Осевые насосы изготовляются двух ти-

пов: с жестко закрепленными лопастями колеса и с поворотными ло-

пастями. Изменяя угол установки лопастного колеса поворотом, мож-

но регулировать подачу и напор насоса.

Рис. 17.

Схема осевого насоса:

1- вал; 2- лопастное колесо; 3- выправляющий аппарат

жен

но-

ма-

На валу 1 (рис. 18) расположены несколько винтовых лопастей

которые имеют форму пропеллера. За рабочим колесом располо

выправляющий аппарат 3 для устранения закрутки, т.е. вращатель

го движения жидкости. При этом кинетическая энергия жидкости пре

образуется в энергию давления. Применяют осевые насосы при

лых напорах и большой подаче жидкости