Основные законы вращательного движения. Центробежные механизмы, страница 3

F = m×V²/R.

Чтобы при быстром вращении деталь машины не разрушилась, силы упругости должны быть очень велики. Пусть, например, ротор, предназначенный для успокоения качки большого парохода, имеет диаметр 4 м, весит 1100 кН и делает 15 об/с. При такой скорости силы упругости, действующие на какую-нибудь часть обода ротора, должны в 2000 раз превышать вес этой части. Если силы упругости оказываются недостаточными, вращающаяся деталь машины разрывается на части, а образовавшиеся обломки благодаря инерции летят по касательным к тем окружностям, которые они ранее описывали.

Очень важное значение для работы машин имеет правильный выбор осей, вокруг которых вращаются ее детали. Так, например, если ось вращения не проходит через центр тяжести массивной детали, при ее вращении возникают огромные неуравновешенные силы, которые разрушительно действуют на подшипники ивсюустановку. Как указывал известный ученый В. Л. Кирпичев, у паровозных колес эти силы могут достигать 50 кН. При каждом обороте колеса, когда его центр тяжести оказывается нижеосивращения, оно, подобно паровому молоту, с частотой 400 раз в минуту ударяет о рельсы. Рельсы и полотно дороги при этом сильно повреждаются.

Чтобы избежать вредного действия вращающихся деталей на свою опору, их уравновешивают, т.е. добиваются, чтобы ось вращения проходила через центр тяжести. Для этого приходится иногда спиливать часть материала в одних местах или прикреплять небольшие грузики в других. Особенно тщательно уравновешивают тяжелые детали. Например, маховые колеса весом до 400 кН при диаметре 4 м, используемые в прокатных станах, уравновешивают так, что груз 0,3 Н, помещенный на ободе маховика, уже выводит их из состояния покоя.

Центробежные механизмы

Силы, развивающиеся при вращении деталей машин и механизмов, называемых центробежными, используют для совершения полезной работы. К таким механизмам относится, например, центробежный насос. На рисунке 4 слева изображен его вертикальный разрез, продольный относительно оси 1, а справа — разрез того же насоса, перпендикулярный к той же оси. Главной частью этого насоса является колесо 2 с изогнутыми лопатками, которое насажено на ось 1 и расположено внутри цилиндрической камеры 3. При вращении колеса 2 (по часовой стрелке) лопатки захватывают воду, заполняющую камеру 3, сообщают ее частицам вращательное движение и они по инерции устремляются в напорную трубу 4.

      Рис.4 Схема центробежного насоса.

Это приводит к уменьшению давления в центре камеры, куда благодаря атмосферному давлению по трубе 5 засасывается новая порция воды. Насос снабжен двумя металлическими манометрами, один из которых показывает повышенное давление воды, выбрасываемой в напорную трубу, другой — давление в центре камеры.

      Рис.5 Центробежное литье.

Большим преимуществом центробежных насосов по сравнению с поршневыми является полное отсутствие клапанов. Поэтому мощный центробежный насос может засасывать с водой всякий мусор и мелкие камни, не засоряясь. Лопаточные барабаны таких насосов делают до 3000 об/мин. При этом насос может поднять воду по напорной трубе на высоту 40—80 м. Для откачки воды из глубоких шахт или подачи воды в горных местностях соединяют последовательно несколько центробежных насосов. Такие многоступенчатые насосы позволяют поднимать воду на высоту до 2 км, т.е. создают давление до 2000 Н/см².