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多级泵的轴向力平衡方法

发布日期:[2015-11-28]     点击率:

多级泵的轴向推力及平衡方法
产生轴向推力的原因

多级泵轴向推力产生原因示意图


叶轮轴向推力产生的主要原因是作用在叶轮前、后盘上的压力不等,其原理如图。从叶轮流出的高压水作用在叶轮的前、后盘上,前盘的吸水口使前盘面积小于后盘,因而高压水作用在前、后盘上的压力不等,使后盘压力大,前盘压力小,产生向吸水侧的轴向推力。由于轴向推力很大,如不进行平衡,水泵将不能工作。
轴向推力的危害
多级多级泵的轴向推力有时可达几十千牛,这个力将使整个转子向吸水侧窜动。如不加以平衡,将使高速旋转的叶轮与固定的泵壳接触,造成破坏性的磨损;另外,多级泵的轴向窜动,会使轴承发热,电动机负载加大,同时使互相对正的叶轮出水口与导水圈的导叶进口发生偏移,引起冲击和涡流,降低水泵的效率,严重时将使水泵无法
工作。
轴向推力的平衡方法
根据水泵的结构,轴向推力的平衡方法有以下5种。
平衡孔法


平衡孔示意图


如图所示.在叶轮的后盘上对着叶轮的进口处,均匀地钻4-8个小孔A,这些小孔叫平衡孔。平衡孔A与小室E连通,使小室E内的压力和叶轮进口处压力F,基本相等。这样会大大减少叶轮前、后盘之间的压力差,使轴向推力得到一定程度的平衡。
平衡孔法会使水泵的漏损增加,降低水泵的效率,因此多用在单吸单级的小型水泵上。为了减少漏损,采用密封环K将小室与叶轮背侧的高压区隔开,以防通过间隙的漏损过大而使水泵效率显著降低。
止推轴承法
止推轴承法是用止推轴承平衡轴向推力,多用于单吸单级的小型水泵,并且有时要与平衡孔法配合使用。
采用双吸叶轮

即为采用双吸叶轮的单级泵图,由于叶轮结构尺寸对称,因此叶轮两边压力作用面积相等,同时作用于叶轮上的力也对称,从而使轴向推力达到平衡。这种结构多用在流量较大的单级离心泵上。
双吸叶轮的单级泵
1-双吸叶轮;2-密封环.3-泵轴
双吸叶轮泵示意图
对称布置叶轮法对称叶轮布置图


在级数为偶数的多级水泵中,可将叶轮对称布置,使叶轮产生的轴向推力相等反向,互相抵消。图上所示为两组并联工作的叶轮,但各组本身串联工作;图2一19b所示为所有叶轮串联工作。这种方法的主要缺点是在级与级之间的流道很长,并且彼此重叠,使泵壳的铸造复杂,很难避免流道间水的窜漏。同时,由于制造上的缺陷和各叶轮密封环间隙很难做到一致,所以仍有残余的轴向推力,而且轴向推力的方向不定。因此,往往加装双作用止推轴承,以保证可靠运行。


多级泵平衡盘工作原理

平衡盘的工作原理图


衡盘的工作原理如图所示。在多级水泵最后一级叶轮的后面,安装平衡盘并用键固定在泵轴上,和轴一起旋转;泵体上固定平衡座,平衡盘与平衡座之间的环形平面间隙为ι2,平衡盘左侧的空间称为平衡室B,它与圆柱面间隙ι1、末一级叶轮的高压水相通,平衡盘右侧空间经回水管与吸水管相通,因此,平衡盘左侧压力高,右侧压力低,产生一个和轴向推力相反的平衡力。平衡盘可以自动平衡轴向推力,水泵在启动过程中.因水泵流量小、扬程大,这时的轴向推力大于平衡力,平衡盘随泵轴向吸水侧移动,环形平面间隙ι2减小,从平衡室流出的水量减小,平衡室内的压力增大,平衡力逐渐增大;当平衡力大于轴向推力时,平衡盘右移,环形平面间隙ι2增大,流出的水量增大,平衡室的压力降低,平衡力减小;当平衡力小于轴向推力时,平衡盘又向吸水侧移动,重复上述过程,达到自动平衡轴向推力的效果。由于平衡盘具有自动调节的特点,故广泛应用在单吸多级多级泵上。
利用平衡盘平衡轴向推力时,应注意以下几个问题:
(1)尽量减少多级泵的启、停次数,以减少平衡盘和平衡座的磨损。因多级泵在启动过程中流量小、扬程大,轴向推力较大,平衡力较小,使泵轴向吸水侧窜动,造成平衡盘与平衡座接触而磨损。
(2)在进行多级泵装配时,平衡盘与平衡座之间的轴向间隙不能超过规定值,正常应保持在0.5~1.0mm之间。即从平衡盘的回水管中流出的水量不应超过水泵流量的1.5%~3%,否则水泵的效率就要显著降低。
(3)要保证回水管的畅通。如果回水管堵塞,平衡盘两侧就没有压力差,平衡盘将失去作用。
(4)多级泵的泵轴应有1~4mm的轴向窜动量。因平衡盘在平衡轴向推力的过程中随泵轴左、右移动,所以泵轴要有一定的轴向窜动量,以保证平衡盘能自动平衡轴向推力。


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