Свободновихревые насосы (стр. 13 )

Аналитически определить трудно: расчет количества жидкости , проведенный по результатам исследования распределения скоростей в свободной камере насоса, позволил определить долю относительно подачи насоса . Результаты, полученные для оптимального режима работы насоса, показаны на
рис. 4.2  в виде зависимости между относительными величинами (и ).

Рисунок 4.2 –  Зависимость между расходом жидкости  через РК и подачей насоса на оптимальном режиме его работы

Составляющая осевой силы , действующая на ротор насоса из-за наличия избыточного давления (положительного или вакуума) на входе в РК, действует на площадь и определя­ется по зависимости

  .  (4.9)

При положительном избыточном давлении сила действует в направлении входа жидкости в РК, а при вакууме – в обратном направлении.

Ранее приведенные зависимости по расчету составляющих осевой силы позволяют рассчитать осевые силы только при  нулевой подаче насоса, при этом  расчеты некоторых составляющих не учитывают осо­бенностей рабочего процесса в СВН. Это не обеспечивает требуемой точности при расчете результирующей осевой силы в СВН.  Проведенное на кафедре ПГМ СумГУ теорети­ческое и экспериментальное изучение осевых сил в СВН типа “Turo” [24; 40] позволило разработать уточненную и апробированную методику расчета осевых сил в этих насосах. Приведенная далее методика может быть распространена на СВН с коэффициентом быстроходности , имеющие кольцевой и спиральный отводы.

Согласно (4.1) выражение для определения результирующей осевой силы имеет вид

  .

Давление в пазухе S можно принять [31]:

  .  (4.10)

Приняв величину давления по (4.10) и (коэффициент угловой скорости k может быть определен по результатам экспериментальных исследо­ваний), выражение (4.3) для силы давления, действующей со стороны пазухи , можно преобразовать к виду

,  (4.11)

где – относительный радиус втулки РК.

Полагая, что давление

  ,  (4.12)

формулу для осевой силы можно записать в виде

  ,  (4.13)

где – экспериментальный коэффициент.

Зависимость коэффициента от числа Рейнольдса показана на рис. 4.3. По результатам экспериментов  k =  = 0,486.

Рисунок 4.3 – Зависимость коэффициента от числа Рейнольдса при разных подачах СВН: 1 – ; 2 – ;  3 – ; 4 – ; 5 – ;

Составляющие осевой силы, действующие на ротор СВН со стороны свободной камеры, можно объединить в одну гидродинамическую силу :

  .  (4.14)

По экспериментальным данным составляющая осевой силы наибольшая по величине и существенно превышает численные значения двух других составляющих (4.14). В этом случае гидродинамическая  сила может быть представлена в виде, соответствующем структуре формулы (4.6):

  ,  (4.15)

где  – опытный коэффициент.

Зависимость коэффициента от числа Рейнольдса в СВН по­казана на рис. 4.4.

С учетом (4.15)  результирующая осевая сила (Н)

    (4.16)

Рисунок 4.4 – Зависимость коэффициента от числа Рейнольдса при разных подачах СВН: 1 – ; 2 – ; 3 – ; 4 – ;  5 – ;

Последовательность расчета осевой силы

1 По характеристике H = f(Q) устанавливают оптимальные значения подачи  и напора , частоту вращения вала n и определяют плотность перекачиваемой среды .

2 Находят геометрические размеры РК: , и .

3  Определяют число Рейнольдса: .

4 Рассчитывают  относительную  подачу .

5  По расчетным значениям  и определяют коэффициенты и (см. рис. 4.3 и 4.4) или используют корреляционные зависимости, точность которых проверена в диапазоне :

  ;  (4.17)

  .  (4.18)

6  Определяют результирующую осевую силу по (4.16).

Для получения характеристики  при ре­комендуется принять в расчете пять режимов работы насоса, соот­ветствующих Q = 0, 1/3Q, 2/3Q, 1Q и Q, определяемых по формуле

  .         (4.19)

В случае, если известны только расчетные параметры насоса и , результирующую осевую силу определяют только для расчетного режима. При выборе подшипников насоса  результирующую осевую силу рекомендуется принимать на 15–20 % больше ее расчетного значения: