Глава 19.7 Силы и моменты ВНЧС

На прямозубые роторы насосов, вращающиеся с равномерной окружной скоростью, кроме массовых сил и сил трения, действуют радиальные и осевые силы, а также крутящие и изгибающие моменты. Радиальные силы возникают вследствие неодинакового давления газа на отдельные участки профильной поверхности роторов. Осевые силы, действующие на роторы, появляются только при работе насоса с косозубыми синхронизирующими шестернями, так как осевая сила от сил давления газа равна нулю.

На профильные поверхности ведомого ротора в общем случае действуют силы со стороны давления р всасывания, р_н нагнета­ния, непрерывно меняющегося давления р_ф сжимаемого газа со стороны полости ведущего ротора, а также давления газа, находящегося в радиальном зазоре между ротором и цилиндром (рис. 100, а). Давление газа на поверхность впадины ведомого ротора равно давлению газа на соответствующую поверхность внешнего цилиндра, диаметр которого равен наружному диаметру ведомого ротора. Суммарная газовая сила Р₂, действующая на ведомый ротор, является радиальной силой и равна векторной сумме отдельных составляющих газовых усилий, проходящих через центр ведомого ротора. Следовательно, теоретически ведо­мый ротор для своего вращения не требует подвода механической энергии. А это означает, что синхронизирующая передача не пере­дает крутящего момента, т. е. полностью разгружена. В действи­тельности необходимую энергию для преодоления крутящего момента сопротивления вращению ведомый ротор получает от ведущего ротора через шестерни связи, но эта энергия составляет около 5 % энергии, подводимой к ведущему ротор насоса.

Переменный характер да­влений, действующих на про­фильные поверхности ведомого ротора, и вращение самого ротора приводит к изменению величины и направления сум­марной силы Р₂.

На профильные поверхно­сти ведущего ротора, повер­нутого на угол ф (рис. 100, б), действуют навстречу одна дру­гой две газовые силы с разных сторон: давления р всасывания и давления р_ф. Суммарную газо­вую силу определяют как про­изведение разности этих да­влений на прямоугольную поверхность со сторонами DE и длину L роторов:

P₁ = (P_ф-_P)DE*L.

В общем случае до начала сжатия давление газа в изолиро­ванной рабочей полости ведущего ротора, в которой происходит перемещение рабочего тела без сжатия, отличается от давления всасывания. Если при этом приток газа в рабочую полость будет преобладать над утечкой, то давление в полости будет несколько выше давления всасывания (линия 3—4 на рис. 90). В этом слу­чае суммарная газовая сила, действующая на ведущий ротор, будет определяться не алгебраической, а векторной суммой, т. е. так же, как и для ведомого ротора. Однако это повышение давления весьма незначительно и им можно пренебречь.