课题二 离心泵的径向推力、轴向推力及其平衡方法

泵与风机第二章叶片式泵与风机的构造大唐淮北职业技术培训基地冯诗化第二节径向推力、轴向推力及其平衡方法一、径向推力及其平衡方法1、径向推力的产生离心泵运行时，泵内液体作用在转轴叶轮上径向不平衡的合力称径向推力。对螺旋形压出室的离心泵，（1）在设计工况下，液体在叶轮周围作均匀的等速运动，且叶轮周围的压力基本为均匀分布，是轴对称的，故液体作用在叶轮周围的径向力的合力为零，不会产生径向推力。（2）在非设计工况下，当流量小于设计流量时，有压力分布不均引起的合力R和流体流出引起的动反力T，两者的合力为Fr。当流量大于设计流量时则相反。流量小于设计流量流量大于设计流量2、径向推力的平衡泵在启动或非设计工况下运行时会产生径向推力，且是交变应力，会使轴产生较大的挠度，甚至使密封环、级间套、轴套、轴承发生摩擦而损坏。对转轴而言，径向推力是交变载荷，容易使轴产生疲劳破坏，故必须设法消除径向推力。一般采用对称原理法。（1）采用双层压出室或双压出室（2）大型单级泵在蜗壳内加装导叶（3）多级蜗壳泵可以采用相邻两级蜗壳倒置的布置。二、轴向推力及其平衡方法（一）轴向推力的产生离心泵在运行时，泵内液体作用在叶轮盖板两侧上轴向不平衡的合力，称为轴向推力。泵的轴向推力主要是1）叶轮两侧压强不对称产生的轴向力F12）在离心泵叶轮中，液体通常是轴向流入，径向流出，流动方向的改变会对叶轮产生一个轴向动反力F2.故作用在单级卧式离心泵上的总轴向推为F=F1-F2若是多级卧式离心泵，级数z，则F=Z(F1-F2)3）若是立式，叶轮吸入口向下，则加上转子重量F3。F=Z(F1-F2)+F3轴向推力F1在总的轴向推力中起重要作用。（二）轴向推力的平衡轴向推力会使转子产生轴向位移，造成叶轮和泵壳等动、静部件碰撞、摩擦和磨损；还会增加轴承负荷，导致机组振动、发热甚至损坏，对泵的正常运行十分不利。故必须重视轴向推力的平衡。（1）采用平衡孔或平衡管平衡孔法是在叶轮上开洞；会使流动损失增加，泵效率下降。平衡管法是将排出端漏入叶轮后密封环之内的液体用平衡管引回叶轮吸入口；会增加泄露损失。两者都简单可靠，但只能平衡70%-90%的轴向力，其余的要用止推轴承承担，且降低了泵效率，故只用在小型泵上。1、单级泵轴向推力的平衡平衡孔和平衡管（2）双吸叶轮–叶轮形状对称，两侧压力基本平衡，多用于大流量（3）采用背叶片在叶轮的后盖板上加铸几个径向肋筋，称为背叶片。并能减少轴端密封处的液体的压力，防止杂质进入轴封。2、多级泵轴向推力的平衡（1）采用叶轮对称排列多级离心泵各叶轮产生的扬程基本相等，当叶轮为偶数时，只要将其对称布置即可，当叶轮为奇数时，首级可以采用双吸叶轮，此法平衡多级泵的轴向推力效果较好，但泵壳结构较复杂。多用于涡壳式多级泵，有时也在节段式多级泵和潜水泵使用（2）采用平衡盘平衡盘装置装在未级叶轮之后，和轴一起旋转，在平衡盘前的壳体上装有平衡圈。平衡盘后的腔室称为平衡室它与泵的吸入室相连。当叶轮产生的轴向力大于平衡盘上的轴向力时，泵轴向泵入口方向移动，使平衡盘和平衡圈之间的间隙bo减小，这时高压液体通过间隙bo时的阻力增大，泄漏量减小，使平衡盘和平衡圈之间的压力上升，增大了平衡盘上的平衡力，直到平衡力与轴向力相等。轴向间隙bo保持不变。反之当轴向力小于平衡力时，泵轴向右移动，间隙bo增大，高压液体泄漏量增大，平衡盘和平衡圈之间的压力下降，作用在平衡盘上的平衡力减小，直到与叶轮上产生的轴向力相等为止，保持轴向间隙bo在一定间隙下运行。•平衡盘可以自动平衡轴向力，平衡效果好，可以平衡全部轴向力，并可以避免泵的动静部分的碰撞和摩损，结构紧凑等优点，故在多级离心泵中广泛采用。但是泵在启动时，由于未级叶轮出口处的压强尚未达到正常值，平衡盘的平衡力严重不足，故泵轴将向泵吸入口窜动，平衡盘与平衡座之间会产生摩擦造成磨损，停泵时也存在平衡力不足现象，因此给水泵都配有推力轴承。（3）采用平衡鼓平衡轴向推力是装在未级叶轮后的一个圆柱，跟随泵轴一起旋转平衡鼓轮前面是最后一级叶轮的后泵腔，其压力接近于泵的排出压力，因而平衡鼓两个端面之间有一个很大的压力差，能够把平衡鼓轮向后推，从而带动整个转子向后移动。平衡鼓装置，只能平衡轴向推力，不能限制转子的位置，且在工况变动时，转子会无规律的串动，造成残余不平衡力，因此装有平衡鼓的泵，必须加装止推轴承。（4）采用平衡鼓与平衡盘联合装置平衡鼓承担50%-80%的轴向力，止推轴承10%，平衡盘的负荷小些。大容量高参数的分段式多级泵广为采用。启动频繁的小型多级泵也效果好。（5）采用双平衡鼓装置由两个平衡鼓及相应的节流套组成95%轴向力由平衡鼓承担，5%止推轴承承担。作业1、什么是泵的径向推力如何平衡泵的径向推力？2、泵的轴向推力是如何产生的？泵有轴向推力会产生什么危害？单级泵是如何平衡轴向推力的？3、多级泵平衡轴向推力有哪几种形式？