109-329-2-PB, PWr W9 Energetyka stopień inż, IV Semestr, Pompy i układy pompowe, POMPY
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
//-->BIULETYNINFORMACYJNYINSTYTUTUTECHNIKICIEPLNEJPOLITECHNIKI WABSZAWSKIEJNr 341972mgr łnż. Zbigniew Jankowskimgr inż. Łukasz KurpiszInstytut Techniki CieplnejWYRÓWNOWAŻANIE SIŁ OSIOWYCH W POMPACH WIROWYCH1. Metody wyrównownoważania sił osiowychW praktyce konstruktorskiej używa się następujących metodwyrównoważania sił osiowych:- wyrównoważanie poprzez uzyskiwanie symetrii rozkładu ciśnieńi sił dynamicznych (układy symetryczne),- wyrównoważanie przez stosowanie specjalnych układów hydrau-licznych.W pierwszym przypadku żądany efekt uzyskuje się przez za-stosowanie specjalnej konstrukcji wirników, bądź przez ich od-powiedni układ.Drugą grupę można podzielić na następujące przypadkir- układ z otworami odciążającymi,- układ z przewodem upustowym,- żebra odciążające, -- tarcza odciążająca,- bęben odciążający,- układy kombinowane.Każda z wymienionych metod znajduje zastosowanie w zależ-ności od konstrukcji i parametrów pracy pomp. Pierwsze trzyrozwiązania charakteryzują się prostotą budowy i używane sąw przypadkach gdy przenoszone siły nie są zbyt duże', a więcprzede wszystkim w pompach jednostopniowych. Pozostałe układy,bardziej skomplikowane, występują przy znacznych wartościachnaporu osiowego, przeważnie w konstrukcjach o większej ilościstopni. ". ..22Zbigniew -Jankowski, Łukasz Kurpisz2. Układy symetryczneStworzenie warunków umożliwiających podczas pracy pompypełne wyrównoważenie działających na nią sił wymaga zastosowa-nia konstrukcji pozwalającej na osiągnięcie symetrii rozkładuciśnienia. W odniesieniu do pomp jednostopniowych konstrukcja-mi takimi są wirniki dwustrumieniowe.Rys. 1. Wirniki: a - otwarty, b - zamkniętySymetria powierzchni działania ciśnienia zapewnia znosze-nie się sił zarówno potencjalnych jak i dynamicznych.W przypadku pomp wielostopniowych taką samą rolę spełnia-ją układy wirników przeciwstawnych.Należy zaznaczyć, żeprzedstawione rozwiązaniagwarantują całkowite wyrów-noważenie tylko teoretycz-nie. W rzeczywistości'należyliczyć się z szeregiem czyn-F*F02ników. powodujących zakłóce-Rys. 2. Fo 1, FQ2 - siły osiowenia.Czynniki te są następujące:-tolerancja wykonania w szczególności elementów odlewanych,- dokładność montażu,- niedociążenie lub.przeciążenie pompy,- awaria uszczelnień,-kawitacja,- przecieki pomiędzy dławnicami międzystopniowymi., - Każdy z powyższych przypadków prowadzi do powstawania do-datkowej siły, która w sytuacji kiedy pompa nie posiada łożyska"Wyrównoważanie sił osiowych w pompach wirowych23oporowego może doprowadzić do przemieszczania się wału a tymsamym, do tarcia wirników o ścianki kadłuba lub kierownic.Problem ten musi być uwzględniany zwłaszcza w pompachwielostopniowych, w których następuje sumowanie się sił osio-wych działających na poszczególne wirniki.Z tego.względu dla uzyskania większej pewności działania,tam gdzie wyrównoważenie uzyskuje się przez układy symetryczne,wymagane jest dodatkowe łożysko oporowe, stanowiące ostatecznezabezpieczenie na wypadek awarii.Dla ścisłości należy dodać, że niezależnie od normalnychwarunków pracy, sama konstrukcja pomp musi spełniać dodatkowewymagania powodujące, że nie występują żadne dodatkowe siły.Wymagania te to:- zapewnienie jednakowej wielkości uszczelnień w przedniej itylnej dławnicy,- zapewnienie stałej średnicy wału lub piast wirników przyprzejściu przez przegrodę międzystopniową.3· Układ z otworami odciążającymiDziałanie omawianej konstrukcji polega na stworzeniu zawirnikiem wydzielonego obszaru obniżonego ciśnienia. Komora 2połączona "wywierconymi w tylnej tarczy otworami ze stronąssawną pompy, zamknięta jest pier-ścieniem uszczelniającym P2»śred-nicy przeważnie równejśrednicyuszczelnienia przedniego P^.Zewzględu na opory przepływuprzezotwory (potw< p^), układ taki niemoże zapewnić całkowitego wyrówno-ważenia. Ponadto należy się liczyć Rys. 3. Układ z otwpramiz wirowaniem-cieczy w komorze 2 aodciążaj ącymitym samym ze wzrostemciśnieniawzdłuż promienia, co stanowi dalsze zmniejszenie efektu odcią-żenia.Wcelu zabezpieczenia się przed występowaniem wspomnianychstrat można zastosować.następujące zabiegi konstrukcyjne:24Zbigniew -Jankowski, Łukasz Kurpisz- zwiększenie promieniaГр2tylnego uszczelnienia,- zastosowanie promieniowychżeber umieszczonych na ścianierkadłuba i obejmujących obszar ro t wp2»- regulacja wielkości szczelin między wirnikiem a kadłubem.W pierwszym przypadku dodatkowe odciążenie występuje naskutek zwiększonej powierzchni działania ciśnienia P^w·Drugi związany jest ze zmianą rozkładu ciśnienia działają-cego na tylną ściankę wirnika. Rozkład ten w rozpatrywanymobszarze przedstawia .rys. 4.W granicach ozna-czonych promieniamia)b)с)rotw *rP2( r y s·4 Ъ )może być on wyznaczonyz równaniaΡ = Potw++lH( r 2-rotw>.^gdzie:ρ -ciśnienie na do-• wolnym promieniu r,ω~prędkość wirowa-nia cieczyZastosowanie wspomnianych wyżej żeber, które spełniająrolę przegród hamujących wirowanie, zmniejsza co, a tym samymzgodnie z równaniem (1) i ciśnienie (rys. 4c).Praktycznie można również zamiast żeber stosować inne ro-dzaje przegród, np. szpilki wkręcone w kadłub, na którychznajdują się nakrętki rozmieszczone tak, by wypełniały sobączęść komory 2. Zmniejszenie ciśnienia za tylną tarczą możnarównież osiągnąć przez zmniejszanie szczeliny między wirnikiema kadłubem. Powoduje to wzrost współczynnika wirowania, a tymsamym obniżenie wartości Prp2*Stosowanie otworów odciążających (zazwyczaj w liczbie4-r 8 ö średnicy 7 + 30 mm, zależnie od wielkości pompy) dajewyrównoważenie rzędu 60+90%. Mimo niewątpliwej prostoty"Wyrównoważanie sił osiowych w pompach wirowychi małych kosztówprzecieków a tymogranicza zakresjednostopniowych25rozwiązanie to powoduje dodatkowy wzrostsamym spadek sprawności wolumetrycznej, cozastosowania omawianej konstrukcji do pompo małych wysokościach podnoszenia.4· Układ z przewodem upustowymUkład ten spełnia tę samąrolę co poprzedni, stwarzającprzez połączenie zamkniętej przes-trzeni 2 ze stroną ssawną pompy1 obszar obniżonego ciśnienia zawirnikiem. Stosowany jest w pom-pach jednostopniowych o więk-szych wydatkach.Rys. 5· Układ z przewodemupust owym5. Żebra odciążająceDziałanie żeber polega nacieczy w obszarze międzytylną ścianką wirnika a kadłubem zwiększonej prędkości wirowa-nia a tym samym na zmniejszenie działającego tam ciśnienia.'Korzystając ze znanegowzoru określającego roz-kład ciśnienia w rozpatry-wanej strefieP2-P' W2- r l j (r|-r ).Rys. 6. Żebra odciążającePamiętając, że dlagładkiej tarczy wirnika(paraboloida ABCD)cc ;= a co,o
[ Pobierz całość w formacie PDF ]