0302A叶轮平衡装置解析

1船舶辅机第3章离心泵[CentrifugalPump]一、叶轮和压出室二、密封装置第二节离心泵的结构三、轴向力2船舶辅机第3章离心泵[CentrifugalPump]一、叶轮和压出室1.叶轮[Impeller]闭式半开式开式3船舶辅机第3章离心泵[CentrifugalPump]双侧吸入式单侧吸入式大流量泵常采用双吸式叶轮，主要是为了限制进口流速，提高抗汽蚀能力。4船舶辅机第3章离心泵[CentrifugalPump]2.压出室作用：以最小的水力损失汇聚从叶轮中流出的高速液体，将液体引向泵的出口或下一级，并使液体流速降低，将大部分动能转换为压力能。涡壳和导轮(1)涡壳涡壳由螺线形蜗室和扩压管构成。A处为泵舌，O处为基圆，基圆直径(涡壳内径)为1.05~1.08倍叶轮外径，二者差为径向间隙，影响效率和性能。5船舶辅机第3章离心泵[CentrifugalPump]2.压出室作用：以最小的水力损失汇聚从叶轮中流出的高速液体，将液体引向泵的出口或下一级，并使液体流速降低，将大部分动能转换为压力能。涡壳和导轮(1)涡壳液体离开叶轮后动量矩不变，cuR=常数，所以蜗室截面上cu与R成反比，压力随R增大而增加，所以在涡壳中以将部分动能转换成压力能。6船舶辅机第3章离心泵[CentrifugalPump]2.压出室作用：以最小的水力损失汇聚从叶轮中流出的高速液体，将液体引向泵的出口或下一级，并使液体流速降低，将大部分动增转换为压力能。涡壳和导轮(1)涡壳扩压管是渐扩截面，将大部分动能转换成压力能。扩散角6~8。排出管径为0.7~1.0倍吸入管径，低压泵取1，高压泵取1。7船舶辅机第3章离心泵[CentrifugalPump](2)导轮多级离心泵采用导轮做能量转换装置，因为导轮制造相对方便。导轮由圆环形盖板及4~8片导叶和后盖板的反导叶构成。导叶数与叶轮叶片数互为质数，以防共振，导叶外径为叶轮外径1.3~1.5倍。8船舶辅机第3章离心泵[CentrifugalPump](2)导轮BH是螺旋角为常数的对数螺线，平顺地收集液体；HC以后是扩压段，液体再经环形空间进入反导叶间流道。9船舶辅机第3章离心泵[CentrifugalPump]涡壳泵在非设计工况及车削叶轮后效率变化小，高效率工作区宽，水力性能完善，但内表面不能加工，铸造精度和光洁度不宜保证。涡壳泵在非设计工况会产生不平衡径向力。单级泵多为涡壳泵，多级泵涡壳式和导轮式都有(3级以上的泵各级能量转换装置多为导轮式)。10船舶辅机第3章离心泵[CentrifugalPump]二、密封装置1.密封环(阻漏环)1-泵壳2-叶轮作用：叶轮进口处的径向间隙对容积效率影响最大。使用密封环可使泵壳和叶轮进口处的径向间隙很小，磨损后容易修复。密封环多为铜合金，也有不锈钢或酚醛树脂等。叶轮—动环、泵壳—静环，可成对使用，或只设静环。11船舶辅机第3章离心泵[CentrifugalPump]二、密封装置1.密封环(阻漏环)1-泵壳2-叶轮密封环有平环、曲径环两种。平环使用较多，可用铜套自己加工(车床)。曲径环多用于压头较高的离心泵，密封效果好。密封环间隙应符合要求，安装时用涂红铅油方法检查是否摩擦。12船舶辅机第3章离心泵[CentrifugalPump]2.轴封[ShaftSealing]作用：防止泵内液体通过泵轴和泵壳间隙外漏；防止空气漏入引起噪声和振动。(1)机械密封13船舶辅机第3章离心泵[CentrifugalPump](2)填料密封填料是由植物纤维、人造纤维、石棉纤维等的编制物或以有色金属为基体，辅以浸渍材料或充填材料制成的绳状物，常见的是方形截面的石棉盘根。一般0.5MPa时3~4圈，0.5~1MPa时4~5圈。填料密封应该适当泄漏，不超过60滴/分钟，可通过轴封压盖调整压紧度。14船舶辅机第3章离心泵[CentrifugalPump](3)带水封环的填料密封填料密封内腔的压力低于大气压或略高于大气压时，采用带水封环的填料密封。水封环由断面呈H形的两个半圆构成，安装在轴封壳上水封管位置，压力水沿泵轴向两端渗出。作用：可以防止空气漏入，对泵轴和填料润滑、冷却。15船舶辅机第3章离心泵[CentrifugalPump]密封水压力比密封腔压力略高(高0.05~0.1MPa)，又不致将填料的润滑剂冲走。输送清洁液体排出口液体作为水封水液体含杂质过滤后引入水封管出口压力0.05MPa从其它地点引水输送油液用中性密封油16船舶辅机第3章离心泵[CentrifugalPump]三、轴向力及平衡方法在密封环半径以外叶轮两侧压力对称。在密封环半径以内，产生指向吸入口的轴向力。)(22hwiArrgKHFHi—单级扬程可见，轴向力与密封环半径、工作扬程、液体密度有关，与泵的流量无关。此外，液体在叶轮进口从轴向变为径向流动时，会产生与FA方向相反的轴向力。单侧吸入悬臂式泵还有进口压力作用的与FA方向相反的轴向力，立式泵还有重力引起的轴向力。17船舶辅机第3章离心泵[CentrifugalPump]轴向力平衡方法1.止推轴承法2.平衡孔或平衡管法3.双吸叶轮或叶轮对称布置法4.平衡盘法18船舶辅机第3章离心泵[CentrifugalPump]1.止推轴承法使用止推轴承，但只能承受部分轴向推力。小型泵单独使用，大型泵用作补充手段，承受部分推力，并轴向定位。19船舶辅机第3章离心泵[CentrifugalPump]2.平衡孔或平衡管法使用这两种方法的泵具有前后密封环。平衡孔法的叶轮后盖板开平衡孔。在后密封环以内，前后压力基本相等。缺点：容积效率和水力效率降低。平衡管法的叶轮后盖板不开平衡孔，将后密封环之内的液体用泵体外的平衡管引回叶轮吸入口。特点：容积效率降低，但水力效率不降低。20船舶辅机第3章离心泵[CentrifugalPump]3.双吸叶轮或叶轮对称布置法双吸叶轮两侧压力平衡，多用于大流量泵。多级离心泵各级扬程一般相等，叶轮为偶数时，叶轮对称布置，即可平衡轴向力。该两种方法实际上不能完全平衡轴向力，仍需要止推轴承法承受剩余的不平衡轴向力。21船舶辅机第3章离心泵[CentrifugalPump]4.平衡盘法平衡板2固定于泵壳，平衡盘1用键固定于泵轴并与泵轴一起转动。pApB，pC吸入压力，平衡盘受力(平衡力)为：(pB-pC)S，方向向右，与叶轮轴向力方向相反。1231-平衡盘2-平衡板3-平衡套扬程变化导致叶轮轴向力变化时，平衡力与之适应：扬程增加，轴向力平衡力，转动组件左移，b2减小，pB增加，逐渐使(pB-pC)S等于轴向力而达到新平衡位置。转动组件会轴向移动，不能使用止推轴承，而使用滑动轴承。22船舶辅机第3章离心泵[CentrifugalPump]问题：1.设平衡盘的离心泵工作压力减小后平衡盘的(轴向、径向)间隙(增大、减小)。2.离心泵关小排出阀时，其轴向力(增大、减小)。3.离心泵开大旁通阀时，其轴向力(增大、减小)。23船舶辅机第3章离心泵[CentrifugalPump]涡壳泵设计工况液流不会撞击涡室，叶轮周围压力均匀，叶轮不产生液压径向力。但涡壳泵在非设计工况将产生液压径向力。四、径向力u:圆周速度:相对速度c:绝对速度2c2r2u2c2小于额定流量（流量大小通过c2r反映出来）小于额定流量时，涡室内流速(c2r)降低，但绝对速度(c2)增大，方向也变化，所以液体撞击涡室，使流速下降，部分动能转换为压力能，在叶轮上产生径向力R，与泵舌方向90。c2c2r24船舶辅机第3章离心泵[CentrifugalPump]涡壳泵设计工况液流不会撞击涡室，叶轮周围压力均匀，叶轮不产生径向力。四、径向力u:圆周速度:相对速度c:绝对速度2c2r2u2c2大于额定流量大于额定流量时，涡室内流速(c2r)增大，叶轮出口速度(c2)小于涡室中流速，液体撞击，涡室的液体付出能量，叶轮上产生径向力R，与泵舌方向270。c2c2rc2r25船舶辅机第3章离心泵[CentrifugalPump]大于额定流量此外，涡室中压力分布不均，叶轮各处流量不同(压力大，流量小)，导致作用在叶轮上的动反力T不同，涡室压力小处动反力大。动反力是叶轮出口速度反方向的作用力，所以动反力的合力方向为R方向逆转90。小于额定流量TRFr流量偏离额定流量越大、扬程越高、叶轮尺寸D2和B2越大，径向力越大。26船舶辅机第3章离心泵[CentrifugalPump]导轮泵理论上不产生径向力，但因误差会带来较小的径向力。危害：径向力是交变负荷，使泵轴疲劳破坏、产生挠度、磨损，使轴承负荷增加等。