10.Силы в центробежном насосе.

В процессе работы центробежного насоса на его рабочее колесо действуют массовые и поверхностные силы. К массовым силам относятся силы тяжести и силы инерции. Сила тяжести колеса разгружается гидростатической подъемной силой жидкости. Уравновешенные инерционные силы можно значительно уменьшить, выполнив специальные технологические операции. Операция, служащая для приведения центра тяжести колеса к оси расточки, называется статической балансировкой. В насосах с большой частотой вращения | выполняют и динамическую балансировку для совмещения оси инерции колеса с осью расточки. Практически балансировка сводится к снятию материала с дисков колеса.

Поверхностные силы возникают в результате взаимодействия поверхности колеса с потоком жидкости. Равнодействующую сил, действующих на различные поверхности колеса можно разложить на осевую F_z и радиальную F_r составляющие.

Суммарная осевая сила F_z:

F_z = F_zвн + F_zн = ρ∙Qр∙С₀ - ρ∙π

Статический напор колеса может быть найден:

Hcт = Нт ∙ = 476,76 ∙ = 340,18 Дж/кг.

F_z = ρ∙Qр∙С₀ - ρ∙π =

=1025∙0,0122∙3,754-1025∙3,14∙ = -1080H.

При износе уплотнения рабочего колеса закон распределения давления изменяется, появляется дополнительная осевая сила F_ZH действующая на наружную поверхность рабочегоколеса в пределах от R₂ до R_v:

F_ZН = - ρ∙π =

= - 1025∙3,14 = - 1431,4 H.

Дополнительная осевая сила F_ZН возникает постепенно, по мере увеличения зазора в уплотнении.

Полная величина осевого давления жидкости на рабочее колесо при максимально допустимом износе уплотнения будет равна:

F'z = Fz + Kf∙F_ZH,

где Kf – коэффициент, учитывающий износ уплотнения 0,25…0,3

F'z = - 1080 + 0,25∙(-1431,4) = - 1437,85Н.

Радиальная сила давления жидкости на рабочее колесо.

На расчетном режиме работы насоса распределение давлений за рабочим колесом симметричное относительно сил вращения. Площади поперечных сечений спирального канала отвода рассчитаны на вполне определенную подачу Q_р, при которой обеспечивается осесимметричный поток в отводе. При этом радиальные составляющие F_r сил гидродинамического давления взаимно уравновешиваются. На нерасчетных режимах работы насоса через поперечное сечение спирального отвода проходит количество жидкости меньшее или большее, чем расчетное. При уменьшении подачи насоса Q<Q_р сечения спирального канала оказываются слишком большими, и скорость потока по направлению движения в канале падает, а давление возрастает. Спиральный канал при этом работает как диффузор (рис.10).

Рис. 10. Схема действия радиальных сил

При увеличении подачи Q>Q_р скорость потока при течении в спиральном канале возрастает, а давление падает, т.е. происходит преобразование потенциальной энергии в кинетическую. Спиральный канал работает как конфузор. И в том, и в другом случае поле скоростей и давлений на выходе из колеса становится не осесимметричным. Нарушение осевой симметрии потока приводит к возникновению радиальной неуравновешенной силы, величина и направление которой зависят от величины отклонения режима работы насоса от расчетного. Направление действия радиальной силы F_r на режимах Q<Q_P составляет около 100^О к оси x и около 300^О при Q>Q_P. Распределение давления в цилиндрическом сечении при выходе из рабочего колеса насоса, является типичным при различных нагрузках.. Как видно, из эпюр (рис.11) давление по наружной окружности рабочего колеса на нерасчетных режимах изменяется значительно.

Рис. 11. Распределение давления при выходе из рабочего колеса на различных режимах: расчетном (1,06 ), недогруженном (0,44 ) и перегруженном (1,56 ).

Величина и направление действия радиальной силы зависит от коэффициента быстроходности . Для центробежных насосов с =120-300 величина F_r может быть подсчитана по формуле

где - коэффициент, зависящий от (рис. 15); при =120…300 =0,36;

- ширина рабочего колеса на выходе, включая толщину дисков.

11,89 Н

Радиальные силы влияют на прогиб вала, вызывая неравномерный износ опорных подшипников и уплотнительных колец.