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§7-3离心泵轴向力的平衡及密封装置一、轴向力的产生及其平衡二、离心泵的密封返回一、轴向力的产生及其平衡离心泵工作时，由于叶轮受力的非对称性而产生的轴向力，只靠轴向止推轴承难以完全承受，必须安装有平衡轴向力的装置。单级叶轮两侧压力分布如图所示，从叶轮打出的高压液体有一部分回流到前、后盖板的外侧。一般认为，叶轮与泵体之间的液体压力按抛物线形状分布。在密封环直径Dw以外，叶轮两侧的压力p2是对称的，无轴向力。但在Dw以内，作用在叶轮左侧的压力是入口压力p1，且p1p2，存在压差△p＝p2-p1。两侧压力差与相应面积的乘积，就是作用在叶轮上的轴向力。1.利用叶轮的对称性平衡轴向力对于单级泵，利用左图所示的双吸叶轮，使叶轮两侧盖板上的压力相互抵消，可以很有效地平衡轴向力。对于多级泵，利用对称排列方式，即将总级数为偶数的叶轮，如右图所示背靠背或面对面地串联在一根轴上。这种方法不能完全消除轴向力，一般还应安装止推轴承。水平中剖式多级泵和立式多级泵，常采用此法。2.改造叶轮结构平衡轴向力对于单吸离心泵，可以适当改变叶轮结构，消除或减少轴向力。方法：平衡孔法：即在左（a）图所示的叶轮后盖板上开一圈小孔，称作平衡孔，使后盖板密封环内的压力与前盖板密封环内的压力基本相等。由于前、后盖板密封环直径相同，故大部分轴向力可以被平衡。平衡管法：如左（b）图所示，在前、后盖板上都安装有直径相同的密封环，并自后盖板泵腔处接一根平衡管，使叶轮背后的压力液与泵的吸入口相通，以消除大部分轴向力。在叶轮背面加平衡叶片法：叶轮旋转时，平衡叶片强迫叶轮后面的液体加速旋转，使压力下降，从而达到减小轴向力的目的。3.安装专用的平衡装置自动平衡盘平衡轴向力平衡鼓平衡轴向力平衡盘与平衡鼓组合装置平衡轴向力二、离心泵的密封如图，采用平衡盘与平衡鼓组合装置，可以由平衡鼓平衡50％~80％左右的轴向力，剩余的轴向力由平衡盘承受。这样，既减轻了平衡盘上的负荷，保持较大的轴向间隙，避免了由于转子窜动而引起的磨损，又可以自动地平衡轴向力，而无需安装止推轴承。如图所示，平衡鼓装置是安装在末级叶轮后面与叶轮同轴的鼓形轮盘，其外圆表面与泵体上的平衡圈间有0.2~0.3mm很小的间隙。平衡鼓左侧的压力接近叶轮出口压力p2；平衡鼓后面的连通管与泵吸入口连通，平衡鼓右侧的压力接近泵的吸入压力p0；平衡鼓产生压差△p＝p2-p0，因而在平衡管上有一个与轴向力方向相反的平衡力P。优点：当转子轴向窜动时，不会与静止部分发生摩擦；缺点：不能完全平衡轴向力，在单独使用时，必须安装双向止推轴承。自动平衡盘多用于多级离心泵，安装在末级叶轮之后，随转子一起旋转该平衡装置有两个间隙，一个是轮毂或轴套与泵体间的径向间隙b≈1~0.2mm；另一个是平衡盘端面与泵体上平衡圈间的轴向间隙b0≈1~0.2mm；平衡盘后面的平衡室用连通管与泵的吸入口连通，压力接近吸入口压力p0。液体在径向间隙前的压力是末级叶轮后盖板下面的压力p，通过径向间隙后下降为p‘，压力降为△p1＝p-p’;液体再流经轴向间隙后，压力降为p0,轴向间隙两边的压力差△p2＝p’-p0；平衡盘两边的压力差为：△p＝△p1＋△p2＝p-p0。由于平衡盘两边有压力差△p2，液体在平衡盘上有向右的作用力P，称平衡力；其值与向左的轴向力F大小相等，方向相反；当F＝P＝0时，轴向力被完全平衡。这种装置中的径向间隙和轴向间隙各有其作用，又相互联系，可以自动平衡轴向力：当工况改变，轴向力F与平衡力P不相等时，转子就会窜动。若FP，转子就向左边的吸入方向移动，轴向间隙b0减小，液体流动损失增加，漏失量减少，平衡盘前面的压力p’增加。在总液压差△p不变的情况下，因泄漏量减少，△p1下降，因而压差△p2增大，平衡力P随之增大，转子开始向右边的出口方向移动，直至与轴向力平衡为止。若FP，转子就向右移动，轴向间隙b0增大，液体流动损失减小，漏失量增加，平衡盘前面的压力p’减小。在总液压差△p不变的情况下，因泄漏量增加，△p1增大，因而压差△p2减小，平衡力P随之减小，转子又开始向左移动，直至再与轴向力F平衡为止。由于泵的工况不断变化，以及转子惯性力的作用，转子不会总停留在一个位置，而是在某一位置左右作轴向窜动；因此，平衡盘的平衡是动态的。鉴于此，采用平衡装置时，一般不安装轴向止推轴承。