2.5 Расчёт осевой силы и выбор способа её уравновешивания.

Во время работы центробежного насоса с односторонним входом на колесо действует осевая сила, значение которой в основном определяется разностью давлений на правую и левую стороны внешней поверхности рабочего колеса, вызываемых жидкостью, попадающей в зазор между колесом и корпусом насоса из спиральной камеры. Если давление на внешние поверхности дисков рабочих колёс, заключённых между радиусами R₂ и R_o справа и слева одинаково, то площадь между радиусами R_o и r_ст подвергается давлению жидкости только со стороны вала колеса. Как результат этого давления возникает осевая сила, действующая в сторону всасывания. Определение этой силы необходимо для правильного выбора подшипников насоса и способа борьбы с осевой силой. Точное определение сил, действующих на боковые поверхности, с учётом потерь давлений в зазорах между вращающимися поверхностями весьма затруднительно, но ориентировочно величину осевой силы, действующую в сторону всасывания, можно определить:

где:  - плотность жидкости,  = 1000 кг/м³;

R_o - диаметр рабочего колеса на входе, м;

r_ст - диаметр ступицы колеса, м;

Р₂ /g =Н - напор насоса, м;

u₂ - переносная скорость на выходе из колеса, м/с;

R₂ - внешний радиус рабочего колеса, м.

В противоположную сторону на колесо действует сила, создаваемая давлением жидкости на входе в колесо и реактивная сила, вызванная поворотом потока с осевым направлением движения на радиальное. Сумма этих сил равна:

Р_о = Р₁ ·( R_o² - r_ст² )+ · Q· V_o

где: Q - подача насоса, м³/c;

V_o - скорость жидкости на входе в колесо, м/с (определена выше);

Р₁ = Н₁g, где Н₁ - напор на входе в рабочее колесо, м;

Н₁ = Н_о-Н_в^д , где Н_о = 10 м - атмосферное давление;

Н_в^д - максимальная допустимая вакуумметрическая высота всасывания. Для насоса пожарных систем эта величина равна разности расстояния от оси насоса до уровня жидкости за бортом судна. Она является подпором и должна суммироваться с Н_о.

Искомая осевая сила Р_ос представляет собой разность:

Р_ос = Р_ос - Р_ос

Величина осевой силы может достигать больших значений. Для уравновешивания этой силы в одноступенчатых судовых насосах одностороннего входа обычно используют уплотнения на заднем и переднем диске рабочего колеса одинакового диаметра и разгрузочные отверстия в заднем диске. Диаметр и число разгрузочных отверстий можно определить из условия, что суммарная площадь разгрузочных отверстий должна быть в 4 раза больше площади зазора в уплотнении

F_упл = D_o  10^-3 м²

где:  - зазор в уплотнении,  = 0,3 - 0,5 мм.

Диаметр разгрузочных отверстий:

,мм

где: Z - число отверстий, Z = 5  6.

По результатам проектирования насоса выбирается прототип и строится сборочный чертеж насоса с учетом полученных форм и размеров рабочего колеса и спирального канала.

В пояснительной записке необходимо привести краткое описание конструкции насоса.

3. Оформление графических работ.

На первом листе формата A1 располагается принципиальная схема проектируемой системы с указанием:

- для противопожарной системы -кингстонов, фильтров, насосов, запорно-разобщительной арматуры, переборочных стаканов, перемычек и контрольно-измерительных приборов;

- для осушительной системы -приёмных сеток, клапанных коробок, фильтров, цистерн для хранения подсланевых вод, насосов, арматуры;

- для балластных систем -балластных цистерн, клапанных коробок, насосов, арматуры.

При построении системы необходимо выделить участок системы, гидравлический расчет которого приводится в первом разделе проекта:

- для пожарной системы часть напорной магистрали и отростка, ведущих к наиболее удаленному пожарному крану;

- для осушительной и балластной системы часть приемной магистрали и приемного отростка, ведущих к наиболее удаленному осушительному колодцу или балластной цистерне.

Изображение трубопроводов, насосов, фильтров, арматуры и других элементов схемы должны соответствовать стандартным обозначениям, принятым в ЕСКД.

На втором листе формата А1 (594 х 841) следует расположить треугольники скоростей на входе и выходе их рабочего колеса, меридиональное сечение рабочего колеса с определяющими его радиусами и с указанием уплотнений и разгрузочных отверстий, план колеса с изображением лопасти и тонких линий, необходимых для ее построения. Здесь же следует указать число лопастей и коэффициент быстроходности насоса. На первом листе приводится два вида проточных частей спирального канала и диффузора. При построении следует показать все поперечные сечения спирального канала, высота которых необходима для построения огибающей канала. При профилировании рабочего колеса и спирального канала все построения желательно вести в натуральную величину, и только для насосов больших и очень малых диаметров допускается профилирование проводить в масштабе.

На третьем листе формата А1 следует изобразить разрез насоса по оси вращения, размеры проточной части которого соответствовали бы рассчитанным во втором разделе проекта. При этом можно взять за основу конструкцию насосов типа К, КМ, НЦВС и др.

Конструктивное оформление основных элементов насоса: корпуса, крышки, уплотнения вала, его подшипников, стойки и способа крепления насоса на фундаменте следует кратко описать и обосновать (формат листов и объем пояснительной записки указан в начале пособия, там же приводятся основные требования к ее содержанию).

. Оформленный проект сдается на проверку ведущему проектирование преподавателю, который оценивает соответствие проекта заданию, наличие или отсутствие ошибок и допускает (поле внесения исправлений, если они необходимы) к защите.

с о д е р ж а н и е

Общие положения. 3