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离心泵的轴向力产生原因及消除方法

2022-06-20

离心泵轴向推力产生的原因是由于结构的原因,离心泵在工作过程中叶轮两侧里没有对称,流体在离开叶轮时会有反冲力产生,这两者综合会对叶轮形成一个轴线方向的推力,因此离心泵就会产生轴向推力。离心泵产生轴向推力时应该找出相应的方法去消除。

离心泵的轴向力产生原因

离心泵在运行时由于单吸叶轮缺乏对称性,前盖板会小于后盖板的面积,承受力会略小于后盖板的承受力,液体会在离心水泵的转子上产生一个较大的作用力,这个作用力的方向和离心泵转轴的轴心线相平衡,被称之为轴向力。轴向力的存在对于离心泵有着较大的危害,不平衡的轴向力会加重止推轴承的工作负荷,会对轴承很不利,轴向力会使离心泵转子朝吸入口进行窜动,会导致振动并且可能会导致叶轮口环摩擦出现泵体损坏,情况更严重的是会出现转子位移,可能会造成转子元件和定子元件的摩擦和碰撞直到机器损坏。离心泵轴向推力产生时应该找出消除方法。

离心泵轴向力自动平衡装置结构示意图

离心泵轴向力自动平衡装置结构示意图

离心泵的轴向力消除方法

推力轴承

针对轴向力不大的小型泵,使用推力轴承去承受轴向力,这是一个简单而又经济的方法。可以使用它来平衡装置,可以考虑到总有一定的剩余轴向力,偶尔也会装设推力轴承。

平衡孔或者平衡管

在叶轮的后盖板上加设密封环,密封环的直径通常和前密封环相等,在后盖板下面会开孔或者设置专用连通管和吸入侧连通。液体经过密封环间隙的阻力损失会导致密封下面的液体的压力下降,进而减小作用在后盖板上的轴向力。减小轴向力的程度会取决于孔的数量与孔径的大小。在这种情况下会有百分之十到百分之十五的不平衡轴向力。要想完全平衡轴向力需要进一步增大密封环所在的直径,要指出的是密封环与平衡孔是相辅相成的,只有密封环没有平衡孔是不能平衡轴向力的。而只设平衡孔而不设密封环会使泄漏量加大,平衡轴向力的程度很小。

使用这种平衡方法能减小轴封的压力,它的缺点是增加容积损失。经过平衡孔的泄露和进入叶轮的主液流冲击,正常的流动状态会受到破坏,会导致水泵的抗汽蚀性能下降。有些泵体上开孔利用管线和吸入管进行连通但是结构会变得比较复杂。

使用以上平衡方法轴向力是不可以达到完全平衡的,残余的轴向力需要由泵的推力轴承来承担。采用平衡孔平衡轴向力的结构使用比较广泛,不仅可以在单级离心泵上使用,还能在多级离心泵上使用。但轴向力不可以完全平衡依然需要设置止推轴承,并且多设置了一个口环,离心泵的轴向尺寸需要增加,只适用在扬程不高和尺寸不大的泵上。

双吸叶轮

单级离心泵使用双吸式叶轮后,叶轮是对称的,叶轮两边的轴向力会相互抵消。叶轮两边密封间隙的差异或者叶轮相对于蜗室中心位置的不对中,会有一个不大的残余轴向力,轴向力需要由轴承来承受。

背叶片

离心泵背叶片是加在后盖板的外面,就等于在主叶轮的背面加上一个和吸入方向相反点的附加半开式叶轮,为了方便铸造,这种背叶片一般都是做成径向的也会做成弯曲的。叶轮加上背叶片后,背叶片会强迫液体进行运转,液体的运转角速度会有所增加,改变了后盖板的压力水头分布不平衡力得到了减少,残余的轴向力依然需要轴承来承受。

背叶片除了平衡轴向力外可以减少轴封前液体的压力。装背叶片泵的扬程大约会提高百分之一到百分之二,可以使泵的效率下降百分之二到百分之三。背叶片会避免杂质进入轴封的功能,泵送含有杂质液体的泵经常使用。

叶轮对称布置

这种方法大部分适用于多级离心泵。离心泵的所有叶片会平均分为两个方向去布置,可以面对面也可以背靠背地按照一定的次序排列起来,能使用轴向力进行互相平衡。

平衡鼓

平衡管是典型的结构可以使用平衡鼓平衡轴向力时平衡鼓一般会安装在末级叶轮的后面,平衡室会利用平衡管和泵的入口进行连通,平衡室中液体的压力接近泵入口处液体的压力。平衡鼓左面是末级叶轮的后腔,可以承受的压力接近于泵出口的压力,平衡鼓前后有较大的压力差,会有向后的推力形成,这个推力和作用在转子上的总轴向力相平衡。平衡鼓结构在设计工况下平衡轴向力很好,在其他工况下轴向力不可以全部平衡。采用平衡鼓时需要使用双向止推轴承来承受残余的轴向力。

平衡盘

平衡盘能在不同工况下自动全部地平衡轴向力,平衡盘多用于多级离心泵当中使用。

平衡盘与平衡鼓相结合

平衡盘与平衡鼓的结合保留了平衡盘自平衡的优点,在离心泵的轴向力出现变化时,利用轴向间隙的变化来调整中间过流室的压力来达到自平衡,不会引发平衡室的压力变化,离心泵的机械密封不会受到影响。加氧装置反应器高压进料通常使用平衡盘与平衡鼓轴向力平衡的方法。

离心泵的轴向力产生原因及消除方法由离心泵厂家总结。推荐阅读:离心泵型号及参数大全

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