Осевые усилия в центробежных насосах

Рассмотрим усилия, действующие на рабочее колесо центробежного насоса (рис.36,а). Если условно провести цилиндрическую поверхность, ограниченную А-А - диаметром d_вс, то за пределами этой поверхности усилия на колесо справа и слева будут одинаковыми – с обеих сторон давление напорное Р_н.

Внутри этой поверхности слева – давление всасывания Р_вс и усилие слева

S_л=Р_вс·π·d²_вс/4,

справа .

Так как Р_н > Р_вс, очевидно, что S_н > S_л, осевое усилие

.

Таким образом, усилие действует вдоль оси против направления входа воды в рабочее колесо. Осевое усилие может достигать значительных величин. Так, например, при Р_н = 0,5 МПа Р_вс = 0,08 МПа (давления абсолютные), d_вс = 0,4 м, d_в = 0,05 м

Н.

Усилия передаются на вал насоса, для их компенсации требуются дополнительные мероприятия. Например, изменяют форму рабочего колеса (рис.36,б). Через отверстие d₁ в полости а создается давление, близкое к Р_вс, и осевые усилия взаимно компенсируются. Другими способами избежать осевых усилий являются устройство рабочих колес с двухсторонним входом воды (рис.36,в) либо установка колес последовательно, как показано на рис.36,д.

Иногда с тыльной стороны колеса устраивают тонкие лопасти 1 (рис.36,г), которые отгоняют воду к периферии и создают в центральной зоне Б пониженное давление.

В многоколесных высоконапорных насосах (рис.37) осевое усилие возрастает многократно, пропорционально числу колес n. Если обозначить напор, создаваемый одним колесом Н₁, то суммарное осевое усилие (направленное справа налево)

.

Рис.36. Осевые усилия и способы их компенсации:

а - без компенсации; б -с устройством зоны пониженного давления на тыльной стороне колеса; в -колесо с двусторонним входом воды; г - с устройством узких лопаток на тыльной стороне колеса; д - в двухступенчатом насосе

Рис.37. Установка гидравлической пяты в многоколесном насосе: 1 – гидравлическая пята

В этом случае на валу насоса устанавливают гидравлическую пяту 1, которая представляет собой диск диаметром d_вс, на который с одной стороны действует усилие (слева направо, рис.37)

.

Таким образом, суммарное осевое усилие близко к нулю.