К вопросу об определении осевых сил в диагональной проточной части

А.С. Надточий, И.Б. Твердохлеб

В докладе приведены результаты работ по определению осевых сил действующие на ротор насоса в диагональном насосе, в рамках создания вертикальных электронасосных агрегатов типа VS6 в соответствии с классификацией API 610 предназначенных для транспортирования нефтепродуктов. Для анализа лопастной системы насоса использовались программный пакет для проведения гидродинамических расчетов PumpLinx (Simerics) – специализированный для расчета насосов продукт вычислительной гидродинамики .

Для численного эксперимента (ЧЭ) была принята модель из двух полных ступеней с осевым подводом и осевым отводом. Расчетная модель была максимально приближенна к реальной, т.е. были смоделированы пазухи рабочего колеса (РК), зазоры уплотнений рабочих колес, литейные радиусы в РК и направляющем аппарате, задана шероховатость поверхностей (см. рисунок 1).

Рисунок 1 – Расчетная модель диагонального насоса

Для насосов VS6 требуется оценить осевую силу, действующую на ротор. На сегодняшний день существующие методики не позволяют точно определить осевые силы из-за сложного влияния трудно учитываемых факторов: вращение жидкости и утечек в пазухах, влияния зазора на выходе из рабочего колеса, режима работы и пр. [2,3]. Так как в насосах ряда VS6 планируется использовать от 4 до 7 ступеней, точное определение осевых усилий является одной из основных задач.

На рисунке 2 приведены значения осевых сил в зависимости от подачи для 1-й и 2-й ступени полученные в Pumplinx. Для оптимальной подачи осевая сила составляет около 40000 Н на ступень, поэтому для нормальной работы подшипникового узла требуется максимально разгрузить ротор насоса от осевой силы.

Рисунок 2 – Осевая сила отдельно для 1-ой и 2-ой ступени
(ns=149, без разгрузки)

Одно из решений – применение симметричных уплотнений в РК и отверстий в основном диске. Для ЧЭ была смоделирована полная модель ПЧ с 4-мя ступенями, а РК с симметричными уплотнениями и разгрузочными отверстиями. Значение осевой силы в зависимости от подачи приведены на рисунке 3.

Рисунок 3 – Осевая сила в насосе (ns=149, 4 ступени, с разгрузкой РК)

Выводы:

1. Расчет полной модели проточной части в PumpLinx, дает возможность достаточно точно вычислить значение осевой силы действующую ротор практически во всем диапазоне подач, поскольку характеристики насоса рассчитанные в PumpLinx хорошо согласуются с физическим экспериментом.
2. Применение симметричных уплотнений с разгрузочными отверстиями не позволяет полностью разгрузить ротор от осевых сил в зоне низких подач.
3. Значение осевой силы отличается для 1-ой ступени насоса и промежуточной ступени.