Радиални и аксиални сили, действащи върху работното колело
Радиалната сила се генерира
Аксиалната сила се формира в помпи, съдържащи работни колела с едностранно захранване и разположени на вала със същата посока на входа. Механизмът на образуване на аксиална сила в колело с едностранно захранване е илюстриран на фиг. 25.
При извеждане на основните зависимости ще приемем, че течността, намираща се в междината между корпуса и от двете страни на колелото, се върти със скорост, равна на половината от ъгловата скорост на колелотоωl=ωc/2.
Стойността на центробежната сила, действаща върху елементарния обем на течността, ще бъде равна на:
dРω=ρ2πrdr, (48)
къдетоrе текущата стойност на радиуса в междината;δ– ширина на междината.
Елементарното наляганеdрω, създадено от действието на центробежната сила върху течността на разстояниеrот оста на колелото ще бъде равно на:
dрω= . (49)
Законът за разпределение на налягането в междината се получава чрез интегриране на уравнение (49):
rω(r)= . (50)
Диаграмите на разпределението на налягането върху левия и десния диск на колелото са показани на фиг. 25. От фигурата се вижда, че площта на диаграмата на налягането на левия диск е по-малка, отколкото на десния и в резултат на това получената аксиална сила е насочена към засмукването.
Наличието на аксиална сила влияе неблагоприятно върху работата на лагерите на вала на помпата, поради което те прибягват до различни методи за балансиране или компенсиране на аксиалната сила (фиг. 26).
Най-простият начин за балансиране на аксиалната сила е монтирането на работни колела на вала в противоположни или противоположни посоки (фиг. 26а). Този метод се отличава с простотата на решаване на проблема, но такова разположение на колелата усложнява дизайна на свързващите канали и корпуса на помпата.
При едностъпалните конзолни помпи работното колело е направено с два уплътнителни пръстена и в задния диск са пробити отвори 1, разположени по дължината на пръстена на нивото на входния диаметър на работното колело (фиг. 26b). Поради наличието на отвори в задния диск на колелото, диаграмата на налягането върху това
a) – противоположно разположение на работните колела (F1,F2 – аксиални сили);b) – работно колело с два уплътнителни пръстена и отвори 1 в задния диск;v),g) – ребра (работни колела) от външната страна на задния диск на работнияколела;e) - саморегулиращо се устройство за разтоварване (хидравлично краче): 1 - работно колело; 2 - тяло; 3 - дренажен отвор; 4 - упорен пръстен; 5 - клирънс; 6, 8 - камери; 7 - пета диск; 9 - радиално-аксиален канал;Рн – изходно налягане;Fо – осова сила;Fg – хидравлична сила.
дискът се променя и става почти равен по площ с диаграмата на налягането върху предния диск и по този начин сумата от силите, действащи върху колелото отдясно и отляво, става почти еднаква. Недостатъкът на конструкцията е повишената стойност на вътрешните обемни загуби.
На фиг. 26c) иd) показва конструкцията на работни колела, на задния диск на които има малки ребра (работни колела). Благодарение на тези ребра обемът на течността, участваща във въртеливото движение, се увеличава и в резултат на това се увеличава наляганетоpω(r), поради ефекта на центробежната сила върху течността. Размерът на ребрата е избран по такъв начин, че диаграмата на налягането на течността на задния диск да е равна по площ на диаграмата на предния диск. В този случай аксиалните сили, действащи върху работното колело на помпата, са балансирани. Недостатъците на такова балансиране на аксиалните сили включват сложността на дизайна на колелото и увеличаването на загубите, свързани с въртенето на течността.
Големината на аксиалната сила при секционните помпи е пропорционална на броя на секциите и разликата между площите на задните и предните дискове и може да достигне големи стойности. Затова за балансиране на аксиалната сила се използва специално саморегулиращо се разтоварващо устройство - хидравлична пета (фиг. 26е). Работата на хидравличната пета е както следва. Течността, напускаща работното колело на последната секция под наляганеpn, равно на изпускателното налягане, по протежение на пролуката между задната частдиск на работното колело 1 и корпус 2 и през радиално-аксиален канал 9 се подава към камерата 8, образувана от диска на петата 7 и натискащия пръстен 4. От другата страна на диска в камерата за разтоварване 6, дискът е подложен на налягане, близко до налягането на засмукване, тъй като тази камера е свързана чрез дренажна тръба 3 към смукателната тръба на помпата. Под действието на разликата в налягането между камери 6 и 8 върху диска на петата 7 се образува хидравлична силаFg, насочена в обратна посока на общата аксиална силаFo на работните колела. Диаметърът на диска на петата 7 и упорния пръстен 4 е избран така, че получената хидравлична сила в първоначалното положение на вала на помпата леко да надвишава общата аксиална сила на работните колела. В резултат на това валът и твърдо свързаните с него работни колела и дискът на петата ще се преместят надясно спрямо тялото 2. В този случай се образува междина 5 между диска 7 и пръстена на петата 4, през който част от течността тече от камера 8 към камерата за разтоварване 6. Стойността на празнината по време на стационарна работа на помпата се поддържа автоматично, така че хидравличната сила върху диска на петата 7 става равна на общата аксиална сила на работните колела. Благодарение на това конструктивно решение дискът и пръстенът на петата не се допират по време на работа на помпата в стабилно състояние и износването им е минимално; техният краткотраен контакт възниква само в момента на стартиране и спиране на помпата.