离心泵轴向力的产生与平衡

学 术 争 鸣 图 1 泵腔结构及泵腔内压力分布 这就是按传统方法导出的计算由于叶轮外表面流体压力分 布不对称而引起的轴向力的，力的作用方向由叶轮后盖板 指向泵的出口处。 1．2 由液体的反冲力所引起的轴向力。在多级离心泵中，液体 通常由轴向流入轮，由径向流出(如图 1所示 )。流体方向的变 化是由于液体受到叶轮的作用力，因此流体也给叶轮一个大小 相等、方向相反的反作用力，此力可由动量方程求得 ：A2= v／g 1．3 由于叶片上压力分布不对称所引起的轴向力 。由于叶 片工作面压力大于叶片背面的压力，叶片工作面和背面的压力 乘相应的面积后的差值就是由此而产生的轴向力，此力的方向 由后盖板指向前盖板，现在还没有适当的方法计算这个力。 1．4 叶轮流道 内的压力分布不对称所产生的轴向力 A4。实验 证明，在叶轮流道内的同一直径上，流体在前后盖板处的压力是 不相等的，因此也引起轴向力，但目前还没有计算此力。 1．5 在卧式多级泵中，由于轮毂直径不等也能有流体静压引起 轴向力，立式多级泵转子部件 的重量也能引起轴向力。在轮毂 直径相等的多级泵中，Al在总轴向力中占大部分，所以准确地计 算 A是关键，轴向力 A的表达式为：A=Az—A2。 文章编号：1000-0952(2002)06—80—01 中图分类号：TH311 2 离心泵轴向力的平衡 在大多数情况下，泵内的轴向力值是比较大的。因此，必须 设法平衡或消除作用在叶轮上的轴向力，否则，它将使转子串动 甚至与固定零件接触，造成零部件损坏。 2．1 用止推轴承平衡 离心泵轴向力。如果止推轴承能可靠的 承受轴向推力，这将是最有效的解决方法。但由于轴向力通常 较大，用止推轴承来平衡轴向力就会使泵的结构非常复杂。所 以，最好用水力方法来平衡轴向力。但是，按目前的观点，只有 在降低离心泵效率的情况下才能做到这一点。 2．2 用对称原理平衡轴向力。(1)用对称原理平衡轴向力最完 善的方法是用双吸叶轮。(2)第二种结构是在单级叶轮后 盖板 上也设密封环，泵内压力通过后盖板上的平衡孔或专用的回水 管(卸荷管)来与叶轮入口压力平衡。这种平衡轴向力的结构会 增加容积损失，平衡孔结构还会破坏叶轮进 口出液流的吸入状 态，因而只在小型泵上使用。(3)在多级泵转子 中广泛应用平衡 轴向力的方法是对称安装叶轮。当尺寸相同是，对称安装的叶 轮产生相同的扬程，所以在正常情况下，轴向力大小相等方向相 反，互相抵消。 2．3 用背(副)叶片方法平衡轴 向力。在叶轮后盖板上作几个 径向肋筋——背(副)叶片，当叶轮旋转时由于背叶片的作用，使 作用与叶轮后盖板上的液体压力值下降，从而使作用于叶轮上 的轴向力的到部分平衡。 2．4 用平衡鼓的方法平衡轴向力。在多级节段式水泵中，有时 采用平衡鼓平衡轴向力通过平衡管与第一级叶轮前的吸入室相 同通。因此，平衡室中液体的压力等于吸入室 中液体的压力与 平衡管中水力损失之和。平衡鼓左面则为最后一级叶轮的后 腔，抢种液体的压力为高压，因此平衡鼓前后有很大的压力差 别，形成一个向后的推力，这个推力将与作用于转子上的总轴向 力相平衡。平衡鼓机构在设计工况平衡轴向力效果好，在其他 工况下轴向力不能完全平衡。因此，使用用平衡鼓时必须采用 双向止推轴承来承受参与的轴向力。这种平衡机构常与其他平 衡机构共同使用。 2．5 用平衡盘方法平衡轴向力。平衡盘平衡轴向力多用于多 级节段式水泵，装在末级叶轮之后 ，随转子一起旋转。这种平衡 装置中有两个密封间隙，一个是轮毂与泵体之间有一个径向间 隙如记作 bl，另一个是平衡盘端面与泵体间有一个轴 向间隙如 记作 b2，平衡盘后面的平衡室用连通管和泵吸入 口连通。液体 在径向间隙前的压力是末级叶轮后盖板下面的压力如记作 Pl， 通过径向间隙 bl则下降为 P2，又经过轴向间隙下 b2则降为 ， 而平衡盘背面下部的液体压力如记作 P4，由于平衡盘后面的平 衡室用连通管和泵吸入口连通，所以 P4与泵吸入口压力近似相 差一个连通管损失。平衡盘前后的压差 一P4在平衡盘上产生 一 个向后的推力，称作平衡力 F，F的方向与液体作用于转子上 的轴向力 A的方向相反，故可以平衡轴向力。 结束语：在设计离心泵，尤其是多级离心泵时，轴向力的计算能 否真实的反映出机组在运行过程中流体作用在转子上的实际轴 向力，直接影响着轴向力的平衡，从而影响着机组的安全可靠 性。但 目前国内外常用来计算离心泵轴向力的公式有 十几种 ， 而且计算结果相差很大，在设计时到底选用哪个公式进行计算， 目前缺乏必要的理论指导。现在，我们甘肃工业大学测定及平 衡离心泵轴向力课题组经过长期努力，研制出专门测定离心泵 轴向力的实验设备，并通过该实验设备研制出用背叶片方法平 衡轴向力的新型多级节段式离心水泵。目前该实验设备与新型 水泵正在组织鉴定，相信不久，就会解决长期以来围绕离心泵轴 向力出现的一些问题。(参考文献略) 2002．6．目肃斟技 ．80