Самостійна робота №6

Тема 3.2.: Урівноваження осьового зусилля, виникаючого при роботі відцентрового насосу.

Мета: розглянути причини виникнення осьового зусилля та засоби його урівноваження. Розширення знань студентів з предмету "ГМ", та придбання навичок самостійної роботи.

Основні питання теми:

1. Причини виникнення осьового зусилля при роботі відцентрових насосів;

2. Засоби урівноваження осьового зусилля;

3. Гідравлічне розвантажне улаштування, його достоїнства та недоліки;

4. Симетричне розташування робочих коліс в насосі, його достоїнства та недоліки;

5. Розвантажуючий диск;

6. Двохсторонне колесо, упорні підшипники.

Рекомендована література: (3) стор.47-49, (1) стор. 97-99.

Методичні рекомендації.

При вивченні теми 3.2. необхідно звернути увагу на причини виникнення осьового зусилля, яке негативно впливає на роботу насосів.

Осьове зусилля виникає в результаті дії потоку на внутрішню та зовнішню поверхні робочого колеса та дорівнює сумі тиску рідини на вході та виході з колеса насосу та сили направленої проти потоку рідини при вході в колесо насосу. Також одною з причин виникнення осьового зусилля, яке дорівнює величині 65 кН, є збільшення зазорів між утіленнями насосу, також осьове зусилля збільшується відповідно числу ступеней тиску.

Для усунення осьового зусилля використовують слідуючі засоби: в одноступеневих насосах - двостороннє колесо, при якому завдяки його симетрії не виникає осьове зуснлля, при односторонніх колесах упорний підшипник і отвори у ведучому диску робочого колеса, багатоступеневих горизонтальних насосах — гідравлічне розвантажування улаштування або симетричне розташування робочих коліс; у вертикальних насосах - упорні кулькові підшипники, кулькові або звичайні п'яти, симетричне розташування робочих коліс.

Питання самоконтролю:

1. В результаті чого виникає осьове зусилля?

2. Яке улаштування автомагично урівноважує осьове зусилля у відцентрових насосах?

3. Як осьове зусилля діє на роботу відцентрового насосу?

4. Який вплив на осьове зусилля має збільшення зазору в щімненнях насосу?

5. В яких насосах для розвантаження осьового зусилля використовують?

6. Двостороннє колесо?

7. Упорний підшипник і отвори в ведучому диску робочого колеса?

8. Гідравлічне розвантажуюче улаштування або симетричне розташування робочих коліс?

9. Упорні кулькодідшипники, кулькові або звичайні п'яти?

10. В чому є принцип дії гідравлічного розвантажуючого улаштування в шахтних насосах?

11. Достоїнства та недоліки цього засобу.

12. Як урівноважується осьове зусилля в насосах з симетрично розташованими робочими колесами?

Тематичний контроль:

Лабораторна робота №5; Семінарське заняття №3 (заняття №24)

Опорний конспект

У з'язку з виникненням при роботі насоса осьової сили, діючої на ротор і яка направлена вздовж осі насоса в бік втягування, необхідно мати пристрій для її врівноваги. Виникнення осьової сили пояснюється тим, що при однаковому тиску на відомий диск робочого колеса діє менша сила, чим на ведучий диск у разі нерівності їх площі. Особливо велика осьова сила (до 2*10⁵ Н) виникає у багатоступеневих насосах з більшою подачею.

Під дією осьової сили ротор насоса прагне зрушити вздовж осьової сили в бік втягування. Осьова сила може призвести до великого тертя між обертаючими колесами і нерухомими направляючими апаратами або корпусом, що спричинить собою швидке зношення деталей насоса і скорочення його к.к.д. Для усунення осьової сили використовують: в одноступеневих горизонтальних насосах двохстороннє колесо, завдяки симетрії якого не виникає осьова сила, а при односторонніх колесах - опірний підшипник і отвори у ведучому диску робочого колеса; у багатоступеневих горизонтальних насосах гідравлічний розвантажений пристрій або симетричне розміщення робочих коліс; у вертикальних насосах - опірні кулькопідшипники, кулькові або звичайні п'яти, симетричні розміщенню робочих коліс.

Найбільше застосовується у шахтних насосах гідравлічний розвантажувальний пристрій (див. мал.3.2.1). Гідроп'ята 15 закріплена на валу 1 гайкою 16. Частка води виходить з останньої ступені насоса по радіальному зазору 17 до камери розвантаження, діє на гідроп'яту і потім виходить через трубку 18. Так як протилежна сторона гідроп'яти знаходиться майже під атмосферним тиском, тому осьова сила врівноважується зусиллям від тиску рідини на гідроп'яту 15. Якщо осьова сила зменшується, тоді гідроп'ята разом з ротором насоса автоматично пересувається в бік, зворотній напрямку осьової сили, завдяки чому потік рідини через щілину 19, яка збільшується між кільцем гідроп'яти 20 і кільцем розвантаження 21 посилюється, тиск рідини на гідроп'яту зменшується, врівноважуючись з осьовою силою. Таким чином, має місце зменшення валу в осьовому напрямку. Витрати води через розвантажувальний пристрій складають 1,5...3% подачі насоса. За допомогою гідравлічного розвантажувального пристрою досягається повне врівноваження осьової сили, при цьому відповідно осьова та врівноважуючі сили встановлюються автоматично.

Недоліками цього способу врівноваження є: витрати води через завантажувальний пристрій; тертя гідроп'яти о воду; швидке відпрацювання кілець гідроп'яти та розвантаження при перекачці забрудненої води; насоси не можуть робити при напорах значно менше за нормальні, так як при цьому значно зменшується зазор між кільцями гідроп'яти і розвантаження, і кільця можуть зіткнутися; необхідність установки насоса суворо горизонтальна.

Насоси, в яких врівноваження осьової сили досягається за допомогою симетрично розміщених робочих коліс, завдяки чому створюються рівні; але протилежно спрямовані сили, які діють на колеса.

У двопоточному насосі колеса 1,2 і 3,4 утворюють відповідно дві групи 5 і 6, при цьому

колеса між собою з'єднанні.

Послідовно каналами, а при групі коліс - паралельно. Рівні, але протилежно спрямовані осьові сили, діючі на них, врівноважуються. Однак врівноваження осьової сили при цьому буде не повним тому необхідно використовувати опірний підшипник. Окрім цього, повинно бути добре ущілення між середніми та останніми колесами, так як іноді може виникнути значна осьова сипа, яка спрямовується в бік всмоктування або нагнітання. Таке утілення надійно забезпечується у насосах з осьовим роз'ємом корпуса у горизонтальній плоскості.

Описуваний засіб врівноваження осьової сили використовується у насосах зі спіральним відводом. У цільнолитних полонинах корпуса з осьовим роз'ємом маються спіральні без поточні направляючі канали. Іноді перехід потоку зі ступені або групи ступеней у другу здійснюється не по каналах у корпусі насоса, а по перекидним трубам. Насоси зі спіральним відводом, широко використовують у промисловості, у гірничий практиці за значних габаритів і великої маси розповсюдження не знайшли, окрім описуваного нижче підвісного насоса.

Утілення у насосі необхідно для усунення витікання рідини, яка знижує подачу насоса і для попередження потрапляння атмосферного повітря в місці проходу вала через кришку насоса з боку всмоктування.

Витік води здійснюється крізь робочий і лопаточний відводи або корпусом, а також у місці проходу вала через кришку насоса з боку нагнітання. Для зменшення витікання необхідно збільшити опірність у зазорах за рахунок подовження щілин і зменшення їх у радикальному напрямку. Внутрішні утілення у насосах, які утворені утіленими кільцями, виготовленнями з бронзи, сталі, чугуна або пластмасу.

Місця виходу вала насоса через кришки всмоктування і нагнітання мають ущільні пристрої - механічні ущілення контактного тертя (сальники). Ущіленню 24 на боці всмоктування перешкоджає підсмоктування повітря в насосі, а ущілення 25 у кришці нагнітання запобігає викиду рідини з насоса. Механічні ущілення виконуються кільцями шнура з м'якого, просочуваного антифрікціонних складом матеріалу (хлопчатника, пенька, асбеста). При оберті вала внаслідок тертя його о обивку утілення виділяється тепло, для відвода якого необхідно, щоб сальник пропускав деяку кількість рідини. Окрім механічного ущілення на боці всмоктування мається гідравлічне ущілення – гідрозатвір.

У насосах використовують підшипники ковзання з кільцевим змащуванням і з бронзовими або бабітовими вкладниками, кулькові або роликові, гумкові або пластмасові, у яких змазкою є вода.

Всмоктування рідини насосами проходе під тиском атмосферного повітря при визначному (меншим за атмосферний) тиску на вході у насос.

Мал. 2.7.2 Схема відцентрового насос