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離心泵平衡軸向力的結構有哪些?

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離心泵平衡軸向力的結構有哪些?

發布日期:2017-02-07 作者: 點擊:

   如果不設法消除或平衡作用在葉輪上(傳到軸上)的軸向力,此軸向力將拉動轉子軸向串動,與固定零件接觸,將造成泵零件的損壞以致不能工作。一般常用以下方法來平衡泵的軸向力。
    1、推力軸承
    對于軸向力不大的小型泵,采用推力軸承承受軸向力,通常是簡單而經濟的方法。即使采用其他平衡裝置,考慮到總有一定的殘余軸向力,有時也裝設推力軸承。
    2、平衡孔或平衡管
    如圖1所示,在葉輪后蓋板上附設密封環,密封環所在直徑一般與前密封環相等,同時在后蓋板下部開孔,或設專用連通管與吸入側連通。由于液體流經密封環間隙的阻力損失,使密封下部的液體的壓力下降,從而減小作用在后蓋板上的軸向力。減小軸向力的程度取決于孔的數量和孔徑的大小。在這種情況下,仍有10~15%的不平衡軸向力。要完全平衡軸向力必須進一步增大密封環所在直徑,需要指出的是密封環和平衡孔是相輔相成的,只設密封環無平衡孔不能平衡軸向力;只設平衡孔不設密封環,其結果是泄漏量很大,平衡軸向力的程度甚微。

圖1 平衡孔示意圖

    采用這種平衡方法可以減小軸封的壓力,其缺點是容積損失增加(平衡孔的泄漏量一般為設計流量的2~5%)。另外,經平衡孔的泄漏流與進入葉輪的主液流相沖擊,破壞了正常的流動狀態,會使泵的抗汽蝕性能下降。為此,有的泵體上開孔,通過管線與吸入管連通,但結構變得復雜。
    采用上述平衡方法,軸向力是不能達到完全平衡的,剩余軸向力需由泵的軸承來承受。用平衡孔平衡軸向力的結構使用較廣,不僅單級
離心泵上使用,而且多級離心泵上也使用。但由于軸向力不能完全平衡,仍需設置止推軸承,且由于多設置了一個口環,因而泵的軸向尺寸要增加,因此僅用于揚程不高,尺寸不大的泵上。
    3、雙吸葉輪
    單級泵采用雙吸式葉輪后,因為葉輪是對稱的,所以葉輪兩邊的軸向力互相抵消。但實際上,由于葉輪兩邊密封間隙的差異,或者葉輪相對于蝸室中心位置的不對中,還是存在一個不大的剩余軸向力,此軸向力需由軸承來承受。
    4、背葉片
    泵背葉片是加在后蓋板的外側,即相當于在主葉輪的背面加一個與吸入方向相反點的附加半開式葉輪,如圖2.為了便于鑄造,這種背葉片通常都是做成徑向的,也有做成彎曲的。葉輪加背葉片之后,背葉片強迫液體旋轉,液體的旋轉角速度增加,改變了后蓋板的壓力水頭分布減小了不平衡力。剩余軸向力仍需由軸承來承受。

圖2 背葉片示意圖

    背葉片除平衡軸向力外,同時能減小軸封前液體的壓力。裝背葉片泵的揚程大約提高1~2%,使泵效率下降2~3%。背葉片還有防止雜質進入軸封的功能,輸送含雜質液體的泵中常采用。
    5、葉輪對稱布置
    該方法主要用于多級泵。泵的所有葉輪平均分為兩個方向布置,面對面或者背靠背地按一定次序排列起來(如圖3),可使軸向力相互平衡。

涂3 葉輪對稱布置示意圖

布置葉輪的原則是:
    (1)級間過渡流道不能很復雜,以利于鑄造和減小阻力損失;
    (2)兩端軸封側應布置低壓級,以減小軸封所受的壓力;
    (3)相鄰兩級葉輪間的級差不要過大,以減小級間壓差,從而減小級間泄漏。
    節段式泵對稱布置可平衡軸向力,但級間泄漏增加。對稱布置葉輪,只有在結構完全相同的條件下,才能完全平衡,當各級的輪轂軸臺不同時,也將產生一定的軸向力。
    6、平衡鼓
    平衡鼓是個圓柱體,裝在末級葉輪之后,隨轉子一起旋轉。平衡鼓外圓表面與泵體間形成徑向間隙。平衡鼓前面是末級葉輪的后泵腔,后面是與吸入口相連通的平衡室。這樣作用在平衡鼓上的壓差,形成指向右方的平衡力,該力用來平衡作用在轉子上的軸向力。如圖4
    7、平衡盤
    平衡盤可在不同工況自動完全地平衡軸向力,故廣泛地應用于多級離心泵。如圖5所示,在軸套與泵體間存在一個間隙,在盤端面與泵體間有一個軸向間隙bo,平衡盤后面有與泵吸入口相通的平衡室。徑向間隙b前的壓力是末級葉輪背面的壓力p,液體經過間隙b后,壓力降低為p',徑向間隙的壓力降為△p1=p-p',液體通過軸向間隙b0后,壓力再下降至po軸向間隙兩端的壓力降為△p2=p'-po,其中po和泵吸入口的壓力接近。整個平衡盤裝置的壓力降為△p=△p1+△p2。這樣,在平衡盤上作用一個平衡力,方向與泵的軸向力相反。

圖5 平衡盤示意圖

    平衡盤的工作原理是:當軸向力大于平衡盤的平衡力時,離心泵轉動部分向左移,軸向間隙bo隨之減少,流體流過間隙的阻力加大,整個平衡裝置的總阻力系數也因此加大。但是,△p不變,所以泄漏量q減少,結果是△p1減少而△p2增大,從而增加了平衡力,隨著轉動部分不斷向左移動,平衡力不斷增加,到達某一位置時,平衡力和軸向力達到平衡。當軸向力小于平衡力時,轉動部分向左移動,與上述過程相反,也使離心泵處于軸向平衡狀態。所以裝有平衡盤裝置的離心泵,一般不配止推軸承。

   如果不設法消除或平衡作用在葉輪上(傳到軸上)的軸向力,此軸向力將拉動轉子軸向串動,與固定零件接觸,將造成泵零件的損壞以致不能工作。一般常用以下方法來平衡泵的軸向力。
    1、推力軸承
    對于軸向力不大的小型泵,采用推力軸承承受軸向力,通常是簡單而經濟的方法。即使采用其他平衡裝置,考慮到總有一定的殘余軸向力,有時也裝設推力軸承。
    2、平衡孔或平衡管
    如圖1所示,在葉輪后蓋板上附設密封環,密封環所在直徑一般與前密封環相等,同時在后蓋板下部開孔,或設專用連通管與吸入側連通。由于液體流經密封環間隙的阻力損失,使密封下部的液體的壓力下降,從而減小作用在后蓋板上的軸向力。減小軸向力的程度取決于孔的數量和孔徑的大小。在這種情況下,仍有10~15%的不平衡軸向力。要完全平衡軸向力必須進一步增大密封環所在直徑,需要指出的是密封環和平衡孔是相輔相成的,只設密封環無平衡孔不能平衡軸向力;只設平衡孔不設密封環,其結果是泄漏量很大,平衡軸向力的程度甚微。

圖1 平衡孔示意圖

    采用這種平衡方法可以減小軸封的壓力,其缺點是容積損失增加(平衡孔的泄漏量一般為設計流量的2~5%)。另外,經平衡孔的泄漏流與進入葉輪的主液流相沖擊,破壞了正常的流動狀態,會使泵的抗汽蝕性能下降。為此,有的泵體上開孔,通過管線與吸入管連通,但結構變得復雜。
    采用上述平衡方法,軸向力是不能達到完全平衡的,剩余軸向力需由泵的軸承來承受。用平衡孔平衡軸向力的結構使用較廣,不僅單級
離心泵上使用,而且多級離心泵上也使用。但由于軸向力不能完全平衡,仍需設置止推軸承,且由于多設置了一個口環,因而泵的軸向尺寸要增加,因此僅用于揚程不高,尺寸不大的泵上。
    3、雙吸葉輪
    單級泵采用雙吸式葉輪后,因為葉輪是對稱的,所以葉輪兩邊的軸向力互相抵消。但實際上,由于葉輪兩邊密封間隙的差異,或者葉輪相對于蝸室中心位置的不對中,還是存在一個不大的剩余軸向力,此軸向力需由軸承來承受。
    4、背葉片
    泵背葉片是加在后蓋板的外側,即相當于在主葉輪的背面加一個與吸入方向相反點的附加半開式葉輪,如圖2.為了便于鑄造,這種背葉片通常都是做成徑向的,也有做成彎曲的。葉輪加背葉片之后,背葉片強迫液體旋轉,液體的旋轉角速度增加,改變了后蓋板的壓力水頭分布減小了不平衡力。剩余軸向力仍需由軸承來承受。

圖2 背葉片示意圖

    背葉片除平衡軸向力外,同時能減小軸封前液體的壓力。裝背葉片泵的揚程大約提高1~2%,使泵效率下降2~3%。背葉片還有防止雜質進入軸封的功能,輸送含雜質液體的泵中常采用。
    5、葉輪對稱布置
    該方法主要用于多級泵。泵的所有葉輪平均分為兩個方向布置,面對面或者背靠背地按一定次序排列起來(如圖3),可使軸向力相互平衡。

涂3 葉輪對稱布置示意圖

布置葉輪的原則是:
    (1)級間過渡流道不能很復雜,以利于鑄造和減小阻力損失;
    (2)兩端軸封側應布置低壓級,以減小軸封所受的壓力;
    (3)相鄰兩級葉輪間的級差不要過大,以減小級間壓差,從而減小級間泄漏。
    節段式泵對稱布置可平衡軸向力,但級間泄漏增加。對稱布置葉輪,只有在結構完全相同的條件下,才能完全平衡,當各級的輪轂軸臺不同時,也將產生一定的軸向力。
    6、平衡鼓
    平衡鼓是個圓柱體,裝在末級葉輪之后,隨轉子一起旋轉。平衡鼓外圓表面與泵體間形成徑向間隙。平衡鼓前面是末級葉輪的后泵腔,后面是與吸入口相連通的平衡室。這樣作用在平衡鼓上的壓差,形成指向右方的平衡力,該力用來平衡作用在轉子上的軸向力。如圖4
    7、平衡盤
    平衡盤可在不同工況自動完全地平衡軸向力,故廣泛地應用于多級離心泵。如圖5所示,在軸套與泵體間存在一個間隙,在盤端面與泵體間有一個軸向間隙bo,平衡盤后面有與泵吸入口相通的平衡室。徑向間隙b前的壓力是末級葉輪背面的壓力p,液體經過間隙b后,壓力降低為p',徑向間隙的壓力降為△p1=p-p',液體通過軸向間隙b0后,壓力再下降至po軸向間隙兩端的壓力降為△p2=p'-po,其中po和泵吸入口的壓力接近。整個平衡盤裝置的壓力降為△p=△p1+△p2。這樣,在平衡盤上作用一個平衡力,方向與泵的軸向力相反。

圖5 平衡盤示意圖

    平衡盤的工作原理是:當軸向力大于平衡盤的平衡力時,離心泵轉動部分向左移,軸向間隙bo隨之減少,流體流過間隙的阻力加大,整個平衡裝置的總阻力系數也因此加大。但是,△p不變,所以泄漏量q減少,結果是△p1減少而△p2增大,從而增加了平衡力,隨著轉動部分不斷向左移動,平衡力不斷增加,到達某一位置時,平衡力和軸向力達到平衡。當軸向力小于平衡力時,轉動部分向左移動,與上述過程相反,也使離心泵處于軸向平衡狀態。所以裝有平衡盤裝置的離心泵,一般不配止推軸承。


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