課題二 離心泵徑向推力、軸向推力及其平衡方法

1、泵與風(fēng)機(jī)第二章第二章 葉片式泵與風(fēng)機(jī)的構(gòu)造葉片式泵與風(fēng)機(jī)的構(gòu)造大唐淮北職業(yè)技術(shù)培訓(xùn)基地大唐淮北職業(yè)技術(shù)培訓(xùn)基地 馮詩化馮詩化第二節(jié)第二節(jié) 徑向推力、軸向推力及其平衡方法徑向推力、軸向推力及其平衡方法 一、徑向推力及其平衡方法一、徑向推力及其平衡方法1、徑向推力的產(chǎn)生、徑向推力的產(chǎn)生 離心泵運(yùn)行時(shí)，泵內(nèi)液體作用在轉(zhuǎn)軸葉輪上徑向不平衡的合力稱徑向推力。離心泵運(yùn)行時(shí)，泵內(nèi)液體作用在轉(zhuǎn)軸葉輪上徑向不平衡的合力稱徑向推力。對(duì)螺旋形壓出室的離心泵，對(duì)螺旋形壓出室的離心泵， （1）在設(shè)計(jì)工況下，液體在葉輪周圍作均勻的等速運(yùn)動(dòng)，且葉輪周圍的壓）在設(shè)計(jì)工況下，液體在葉輪周圍作均勻的等速運(yùn)動(dòng)，且葉輪周圍的壓力基本

2、為均勻分布，是軸對(duì)稱的，故液體作用在葉輪周圍的徑向力的合力為力基本為均勻分布，是軸對(duì)稱的，故液體作用在葉輪周圍的徑向力的合力為零，不會(huì)產(chǎn)生徑向推力。零，不會(huì)產(chǎn)生徑向推力。 （2）在非設(shè)計(jì)工況下，當(dāng)流量小于設(shè)計(jì)流量時(shí)，有壓力分布不均引起的）在非設(shè)計(jì)工況下，當(dāng)流量小于設(shè)計(jì)流量時(shí)，有壓力分布不均引起的合力合力R和流體流出引起的動(dòng)反力和流體流出引起的動(dòng)反力T，兩者的合力為，兩者的合力為Fr。當(dāng)流量大于設(shè)計(jì)流量時(shí)。當(dāng)流量大于設(shè)計(jì)流量時(shí)則相反。則相反。流量小于設(shè)計(jì)流量流量小于設(shè)計(jì)流量 流量大于設(shè)計(jì)流量流量大于設(shè)計(jì)流量2、徑向推力的平衡、徑向推力的平衡泵在啟動(dòng)或非設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生徑向推力，且是泵在啟動(dòng)

3、或非設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生徑向推力，且是交變應(yīng)力，會(huì)使軸產(chǎn)生較大的撓度，甚至使密封環(huán)、交變應(yīng)力，會(huì)使軸產(chǎn)生較大的撓度，甚至使密封環(huán)、級(jí)間套、軸套、軸承發(fā)生摩擦而損壞。對(duì)轉(zhuǎn)軸而言，徑級(jí)間套、軸套、軸承發(fā)生摩擦而損壞。對(duì)轉(zhuǎn)軸而言，徑向推力是交變載荷，容易使軸產(chǎn)生疲勞破壞，故必須設(shè)向推力是交變載荷，容易使軸產(chǎn)生疲勞破壞，故必須設(shè)法消除徑向推力。法消除徑向推力。一般采用對(duì)稱原理法。一般采用對(duì)稱原理法。（1）采用雙層壓出室或雙壓出室）采用雙層壓出室或雙壓出室（2）大型單級(jí)泵在蝸殼內(nèi)加裝導(dǎo)葉）大型單級(jí)泵在蝸殼內(nèi)加裝導(dǎo)葉（3）多級(jí)蝸殼泵可以采用相鄰兩級(jí)蝸殼倒置的布置。）多級(jí)蝸殼泵可以采用相鄰兩級(jí)蝸殼倒置的布

4、置。二、軸向推力及其平衡方法二、軸向推力及其平衡方法（一）軸向推力的產(chǎn)生（一）軸向推力的產(chǎn)生離心泵在運(yùn)行時(shí)，泵內(nèi)液體作用在葉輪蓋板兩側(cè)上軸向不平衡離心泵在運(yùn)行時(shí)，泵內(nèi)液體作用在葉輪蓋板兩側(cè)上軸向不平衡的合力，稱為軸向推力。的合力，稱為軸向推力。泵的軸向推力主要是泵的軸向推力主要是1）葉輪兩側(cè)壓強(qiáng)不對(duì)稱產(chǎn)生的軸向力）葉輪兩側(cè)壓強(qiáng)不對(duì)稱產(chǎn)生的軸向力F12）在離心泵葉輪中，液體通常是軸向流入，徑向）在離心泵葉輪中，液體通常是軸向流入，徑向流出，流動(dòng)方向的改變會(huì)對(duì)葉輪產(chǎn)生一個(gè)軸向動(dòng)流出，流動(dòng)方向的改變會(huì)對(duì)葉輪產(chǎn)生一個(gè)軸向動(dòng)反力反力F2.故作用在單級(jí)臥式離心泵上的總軸向推為故作用在單級(jí)臥式離心泵上的總軸

5、向推為F=F1-F2若是多級(jí)臥式離心泵，級(jí)數(shù)若是多級(jí)臥式離心泵，級(jí)數(shù)z，則，則F=Z(F1-F2)3）若是立式，葉輪吸入口向下，則加上轉(zhuǎn)子重量）若是立式，葉輪吸入口向下，則加上轉(zhuǎn)子重量F3。F=Z(F1-F2)+F3軸向推力軸向推力F1在總的軸向推力中起重要作用。在總的軸向推力中起重要作用。（二）軸向推力的平衡（二）軸向推力的平衡軸向推力會(huì)使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生軸向位移，造成葉軸向推力會(huì)使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生軸向位移，造成葉輪和泵殼等動(dòng)、靜部件碰撞、摩擦和磨損；輪和泵殼等動(dòng)、靜部件碰撞、摩擦和磨損；還會(huì)增加軸承負(fù)荷，導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)、發(fā)熱還會(huì)增加軸承負(fù)荷，導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)、發(fā)熱甚至損壞，對(duì)泵的正常運(yùn)行十分不利。甚至損壞，對(duì)泵

6、的正常運(yùn)行十分不利。故必須重視軸向推力的平衡。故必須重視軸向推力的平衡。（1）采用平衡孔或平衡管平衡孔法是在葉輪上開洞；會(huì)使流動(dòng)損失增加，泵效率下降。平衡管法是將排出端漏入葉輪后密封環(huán)之內(nèi)的液體用平衡管引回葉輪吸入口；會(huì)增加泄露損失。 兩者都簡單可靠，但只能平衡70%-90%的軸向力，其余的要用止推軸承承擔(dān)，且降低了泵效率，故只用在小型泵上。1、單級(jí)泵軸向推力的平衡平衡孔和平衡管平衡孔和平衡管（2）雙吸葉輪 葉輪形狀對(duì)稱，兩側(cè)壓力基本平衡，多用于大流量（3）采用背葉片）采用背葉片在葉輪的后蓋板上加鑄幾個(gè)徑向肋筋，稱為背葉片。在葉輪的后蓋板上加鑄幾個(gè)徑向肋筋，稱為背葉片。并能減少軸端密封處的液體

7、的壓力，防止雜質(zhì)進(jìn)入軸封。并能減少軸端密封處的液體的壓力，防止雜質(zhì)進(jìn)入軸封。 2、多級(jí)泵軸向推力的平衡（1）采用葉輪對(duì)稱排列 多級(jí)離心泵各葉輪產(chǎn)生的揚(yáng)程基本相等，當(dāng)葉輪為偶數(shù)時(shí)，只要將其對(duì)稱布置即可，當(dāng)葉輪為奇數(shù)時(shí)，首級(jí)可以采用雙吸葉輪，此法平衡多級(jí)泵的軸向推力效果較好，但泵殼結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。多用于渦殼式多級(jí)泵，有時(shí)也在節(jié)段式多級(jí)泵多用于渦殼式多級(jí)泵，有時(shí)也在節(jié)段式多級(jí)泵和潛水泵使用和潛水泵使用（2）采用平衡盤）采用平衡盤 平衡盤裝置裝在未級(jí)葉輪之后，和軸一起旋轉(zhuǎn)，平衡盤裝置裝在未級(jí)葉輪之后，和軸一起旋轉(zhuǎn)，在平衡盤前的殼體上裝有平衡圈。平衡盤后的腔室在平衡盤前的殼體上裝有平衡圈。平衡盤后的腔室稱為

8、平衡室它與泵的吸入室相連。稱為平衡室它與泵的吸入室相連。 當(dāng)葉輪產(chǎn)生的軸向力大于平衡盤上的軸向力時(shí)，泵軸向泵入口方向移動(dòng)，使平衡當(dāng)葉輪產(chǎn)生的軸向力大于平衡盤上的軸向力時(shí)，泵軸向泵入口方向移動(dòng)，使平衡盤和平衡圈之間的間隙盤和平衡圈之間的間隙bo減小，這時(shí)高壓液體通過間隙減小，這時(shí)高壓液體通過間隙bo時(shí)的阻力增大，泄漏時(shí)的阻力增大，泄漏量減小，使平衡盤和平衡圈之間的壓力上升，增大了平衡盤上的平衡力，直到平量減小，使平衡盤和平衡圈之間的壓力上升，增大了平衡盤上的平衡力，直到平衡力與軸向力相等。軸向間隙衡力與軸向力相等。軸向間隙bo保持不變。反之當(dāng)軸向力小于平衡力時(shí)，泵軸保持不變。反之當(dāng)軸向力小于平衡

9、力時(shí)，泵軸向右移動(dòng)，間隙向右移動(dòng)，間隙bo增大，高壓液體泄漏量增大，平衡盤和平衡圈之間的壓力下增大，高壓液體泄漏量增大，平衡盤和平衡圈之間的壓力下降，作用在平衡盤上的平衡力減小，直到與葉輪上產(chǎn)生的軸向力相等為止，保持降，作用在平衡盤上的平衡力減小，直到與葉輪上產(chǎn)生的軸向力相等為止，保持軸向間隙軸向間隙bo在一定間隙下運(yùn)行。在一定間隙下運(yùn)行。 平衡盤可以自動(dòng)平衡軸向力，平衡效果好，可以平衡全部軸向力，并可以避免泵的動(dòng)靜部分的碰撞和摩損，結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，故在多級(jí)離心泵中廣泛采用。但是泵在啟動(dòng)時(shí)，由于未級(jí)葉輪出口處的壓強(qiáng)尚未達(dá)到正常值，平衡盤的平衡力嚴(yán)重不足，故泵軸將向泵吸入口竄動(dòng)，平衡盤與平衡座之

10、間會(huì)產(chǎn)生摩擦造成磨損，停泵時(shí)也存在平衡力不足現(xiàn)象，因此給水泵都配有推力軸承。（3）采用平衡鼓平衡軸向推力是裝在未級(jí)葉輪后的一個(gè)圓柱，跟隨泵軸一起旋轉(zhuǎn)平衡鼓輪前面是最后平衡鼓輪前面是最后一級(jí)葉輪的后泵腔，一級(jí)葉輪的后泵腔，其壓力接近于泵的排其壓力接近于泵的排出壓力，因而平衡鼓出壓力，因而平衡鼓兩個(gè)端面之間有一個(gè)兩個(gè)端面之間有一個(gè)很大的壓力差，能夠很大的壓力差，能夠把平衡鼓輪向后推，把平衡鼓輪向后推，從而帶動(dòng)整個(gè)轉(zhuǎn)子向從而帶動(dòng)整個(gè)轉(zhuǎn)子向后移動(dòng)。后移動(dòng)。平衡鼓裝置，只能平衡軸向推力，不能限制平衡鼓裝置，只能平衡軸向推力，不能限制轉(zhuǎn)子的位置，且在工況變動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子會(huì)無規(guī)轉(zhuǎn)子的位置，且在工況變動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子會(huì)

11、無規(guī)律的串動(dòng)，造成殘余不平衡力，因此裝有平律的串動(dòng)，造成殘余不平衡力，因此裝有平衡鼓的泵，必須加裝止推軸承。衡鼓的泵，必須加裝止推軸承。 （4）采用平衡鼓與平衡盤聯(lián)合裝置）采用平衡鼓與平衡盤聯(lián)合裝置平衡鼓承擔(dān)平衡鼓承擔(dān)50%-80%的軸向力，止推軸承的軸向力，止推軸承10%，平衡盤的負(fù)荷小些。，平衡盤的負(fù)荷小些。大容量高參數(shù)的分段式多級(jí)泵廣為采用。大容量高參數(shù)的分段式多級(jí)泵廣為采用。啟動(dòng)頻繁的小型多級(jí)泵也效果好。啟動(dòng)頻繁的小型多級(jí)泵也效果好。（5）采用雙平衡鼓裝置）采用雙平衡鼓裝置由兩個(gè)平衡鼓及相應(yīng)的節(jié)流套組成由兩個(gè)平衡鼓及相應(yīng)的節(jié)流套組成95%軸向力由平衡鼓承擔(dān)，軸向力由平衡鼓承擔(dān)，5%止推軸承承擔(dān)。止