Уравновешивание сил, действующих на колесо

Колесо работающего вихревого насоса нагружено продольной и поперечной силами, передающимися на вал.

Продольная сила возникает в результате различия давлений на торцовые поверхности колеса в осевых зазорах m и n (см. рис. 9.1). Эта сила невелика, легко воспринимается радиальным шариковым подпятником и может быть исключена применением колеса симметричной формы (рис. 9.6).

Рис. 9.6. Рабочее колесо с уравновешенной осевой силой

1 – рабочее колесо с симметричным сечением;

2 – рабочие лопасти; 3 – отвод симметричного

сечения; 4 – дистанционные втулки

Поперечная сила обусловлена тем, что давление в отводе распределяется неравномерно и, как показывают уравнение (9.1) и опыт, пропорционально углу φ (рис. 9.7).

Рис. 9.7. Распределение давления по длине отвода вихревого насоса

Если H – напор, создаваемый колесом, то давление в произвольном сечении отвода равно , а его поперечная составляющая равна .

Элементарная поперечная сила, действующая на длине отвода при ширине колеса B, будет

.

Полная поперечная сила

.

После интегрирования и подстановки пределов получим

(9.7)

Поперечная сила в вихревых насосах достигает больших значений. Так при H = 100 м, B = 40 мм, D = 150 мм, ρ = 1000 кг / м³ получаем P_П = 3000 Н (примерно 300 кгс).

Поперечная сила нагружает вал напряжениями переменного знака, вызывая прогиб его и смещение торцовых поверхностей колеса. Это приводит к необходимости увеличения осевых зазоров и ухудшению эксплуатационных качеств насосов.

Для уничтожения поперечной силы применяют закрытую форму рабочих колёс: каналы фрезеруются в торцовых поверхностях рабочего колеса, что обуславливает уравновешивание радиальных составляющих давления в любом осевом сечении межлопаточного канала.