轴向力径向力及其平衡

轴向力径向力及其平衡第一节产生轴向力的原因及其计算方法1．叶轮前、后盖板不对称产生的轴向力，此力指向叶轮吸入口方向，用表示；2．叶轮推动液体运动产生的动反力，此力指向叶轮后面，用表示；3．轴台、轴端等结构因素引起的轴向力，其方向视具体情况而定，用表示；4．转子重量引起的轴向力，与转子的布置方式有关，用表示；5．影响轴向力的其它因素。2A1A3A4A一.产生盖板力的原因1A离心泵工作时，由于叶轮两侧液体压力分布不均匀，如图1所示，而产生一个与轴线平行的轴向力，其方向指向叶轮入口。图1离心泵轴向力示意图计算过程假设：1.盖板两侧腔的液体无泄漏径向流动2.盖板两侧液体以叶轮旋转角速度之半旋转)(8)(812)2(2)2(2222222222RRguugguguhhh2h任意半径R处的压头假设：21mmvv01uvgvvvvHgvvHgppHumumttp2)()(22121222222212gugHHgvHttut2)(22222)21(22ugHHHttp叶轮后盖板任意半径处，作用的压头差为)(82222RRgHhHhpp将上式两侧乘以液体密度和重力加速度，并从轮毂半径积分到密封环直径，则得盖板轴向力1AmhmhRRpRRRdRRRgHggRdRhA)](8[2222221)4(82)2(82)2(24422222222hmhmhmpRRggRRggRRRgH)]2(8)[(22222221hmphmRRRgHRRgA按压力体体积来计算＝圆柱体重量十抛物体重量)(8)(21)88()(222222222222hmhmhphmRRggRRRgRgHgRR)]2(8[)(2222322hmphmRRRgHgRR半开式叶轮轴向力的计算作用于后盖板的轴向力(抛物体的重量)为ghRRgHRRFhph)(21)(2222221)(82222hRRgh作用在前侧的轴向力(三角形压力体重量)为)](32[2)(21222mmmpRRRRRgHF总的轴向力211FFA混流泵叶轮轴向力的计算当原动机带动叶轮旋转后，对液体的作用既有离心力又有轴向推力，是离心泵和轴流泵的综合，液体斜向流出叶轮。2131FFFAphgH)RR(F222203)(8)(21)(22222222221hhhhphhRRggRRgHRRF)]RR(gH[g)RR(hhphh222222216)(8)(21)(22202222022202mmpmRRggRRgHRRF)]RR(gH[g)RR(mpm22202222016半开式混流泵叶轮的轴向力2131FFFAphgH)RR(F222203)(8)(21)(22222222221hhhhphhRRggRRgHRRF)]RR(gH[g)RR(hhphh222222216))(32(2)(21121122hhhhhPRRRRRgHF二.动反力的计算2A动反力;液体通常沿轴向进入叶轮，受到叶轮作用力沿径向或斜向流出。反之，液体给叶轮一个大小相等方向相反的反作用力，该力即为动反力)cos(3012mmvvQA由动量定理得对于一般离心泵，可按下式估算轴向力iRRgHkAhm)(221三.轮毂轴端等结构引起的轴向力的计算3A)(4123ahppdA1.悬臂式叶轮轴头吸入压力和大气压力不同引起的轴向力2.对称布置叶轮由于轴细部结构不同引起的轴向力)(23shAApAgHPH为单级扬程四.影响轴向力的其它因素1.叶轮前后盖板泵腔内的径向流前泵腔总是存在着内向径向流，后泵腔的惰况有所不同，一般无平衡孔的单级泵则无径向流，有平衡孔时存在内向径向流，多级泵因级间泄漏而存在外向的径向流。对不同的泵，按内向流压力减小，外向流压力增加来分析对轴向力的影响。2.叶轮两侧密封环不同双吸泵从理论上讲无轴向力作用，由于上述原因，当两侧密封环间隙长度不同、磨损不同时，会产生指向泄漏大的一侧的附加轴向力。第二节轴向力的平衡危害:如果不设法消除或平衡作用在叶轮上(传到轴上)的轴向力，此轴向力将拉动转子轴向串动，与固定零件接触，造成泵零件的损坏以至不能工作。一、推力轴承对于轴向力不大的小型泵，采用推力轴承承受轴向力，通常是简单而经济的方法。即使采用其它平衡装置，考虑到总有一定的残余轴向力，有时也装设推力轴承。在叶轮后盖板上附设密封环，密封环所在直径一般与前密封环相等，同时在后盖板下部开孔，或设专用连通管与吸入侧连通。由于液体流经密封环间隙的阻力损失，使密封下部的液体的压力下降，从而减小作用在后盖板上的轴向力。二.平衡孔或者平衡管三.双吸叶轮使用双吸叶轮由于结构对称，能平衡轴向力。但由于制造误差，或者两边密封环磨损不同会存在一定的残余轴向力。四.背叶片平衡轴向力已知未加背叶片的时候轴向力大小为)]2(8)[(22222221hmphmRRRgHRRgA加背叶片后，背叶片强迫液体旋转，液体的旋转角度增加。后侧的压力水头如曲线AGK所示，它和线AGF相差的曲线既为背叶片平衡的轴向力。计算方法：（设液体以旋转）bc=ac-ab)(82222ePRRgHHG)(82222RRgHacP)(8222RRgHGabe可以得bc……省略将bc从轮毂积分到得到平衡方程hReR222211632heRRRRggRdRgbcFehguugAAFhehe)(21)(83221或上面的计算是基于叶片端部和壳体的间隙很小时，但间隙大时液体转速应该为)1(2'stst--背叶片宽度--背叶片和壳体之间的间隙1.背叶片除了平衡轴向力之外，同时能够减小轴封前液体的压力。即为2.防止杂质进入轴封3.能使扬程提高1~2%，但效率会下降2~3%。EKH其他功能五.叶轮对称布置布置原则：1.级间过渡流道不能很复杂，以利于铸造和减小阻力损失；2.两端轴封侧应布置低压级，以减小轴封所受的压力；3相邻两级叶轮间的级差不要很大，以减小级间压差，从而减少泄漏。注意事项：1.节段式泵对称布置时，会增加级间泄露。2.对称布置叶轮，只有在结构完全相同的情况下才能完全平衡。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六.平衡鼓平衡鼓是通过叶轮后盖与平衡室之间的压差形成一个向右的力来平衡轴向力平衡鼓压差计算)(8222223RRgPP53PPP直径)(221hRRPF可得R1AF)95.0~9.0(通常