多级泵平衡机构的设计计算.pdf

L b 一 f 多级泵平衡机构的设计计算 柴广食 丁 弓 7 f 口 2 ( 沈阳水泵厂 ) 摘 要：介 绍 了多级 泵平 衡机 构的 几种 形成投 各 自的结 掏 点， 对 每 一 种 形 式 给 出详 细 的设 计 与 计 算 方法， 井螭制计算机程序进行计算， 简化了设计 r O l l ， 通过验算和校正， 使设计计算更加准确此方陆用 于实 际 工作 中切 实可 行， 设 计 的泵 经运行 证 明计算 方法 可靠 关 键 词 ： 垒 望 墨垩 叠 墼 塑鱼 苎 ， 1 概 述 多级 离心泵的平衡装置是否适 当及设 计计 算是否准确， 对泵运转的稳定性可靠性有很大 影 响 。 目前最 常采 用的平 衡装置有 四种结构型 式， 即单 平衡鼓 结构 ， 平 衡盘 结 构， 双平 衡鼓 结 构， 平 衡鼓加平衡盘结构， 这 四种平衡装置备 有 其特点 。本文 将对这 四种 型式 的计算过 程逐一 说 明 2 计算过程 2 1 已知条件 流量 Q( I I1 h ) ， 扬程 ( m) ， 转 速 n ( r mi n ) ， 级数 五 酋级密封环直径 D ( m) ， 次级密 封环直径 D m) 叶轮轮毂直径 Db ( m) ， 叶轮 外径 D2 ( m) ， 平衡鼓节流问隙 S 【 m) ， 介质重 度 ( k g m ) 。 上 2 转子所产生的轴向 ( 1 )由压差所产生的轴向力 ， ) ( 一 ( t - 譬 蔷 1 6 式 中 一 叶轮 出 口势扬程 =H -( 1 一且 a 2“ ) 且 一 理论势扬程 H =H h Z “ ： 一 叶轮 出 口的圆周 速度 “ 2 = - D2 -n 6 0 一 水力教率， 可用下式估算 h =L +0 8 3 5 l g( Q1 3 6 0 0 n ) ( 2 ) 动反 力所 产生 的轴 向力 F 2 =Q y( 一 - C O S e ) 式中 Q 一 理论流量 一 人 口轴面 速度 一 出 口轴面速度 一 轴 面 速度 与轴 线 夹角， 通 常 对 多 级 泵 =9 0。 ( 3 ) 总的轴 向力 F F=F【 。+( zJ ) F 】 -F h 一( zJ )- F 2 c 其 中 F 为首级 叶 轮产生 的轴 向力， F， 为 次级叶轮产生 的轴 向力， F 为首级 叶轮 产生的 动反力， F 为次级 叶轮产 生的动反力 。 【 4 ) 平 衡机 构前 后的压差 P 。=( 号 ( z L ) + ) y ( k g m ) 水泵技 术 1 9 9 3 3 维普资讯 J 3 单平衡鼓结构 玉l 结构 特点 单平衡鼓结构简单， 运行稳定， 但是平衡鼓 前后 的压差大， 泄漏 量犬 。不能 自动复位， 需 用 止推轴承进行限位并承受部分轴向力。结构如 图 1 。 圈 L 单平衡鼓结构 3 2 平衡鼓的直径D 设 由平 衡鼓平 衡的轴 向力j K ( 一 般取 9 o 9 5 ) ， 则： D = ( +D ) 给出节流间隙长度 L 。 后， 泄漏量 Q 。 可按下式 计算： 7 1“ D d S ( 2 g P Y ) 3 6 0 0( r d h ) 式 中 一 径 向间 隙速度 系数 =J ( J +0 5 n y +n , L J 2 S j ) 、 n 一 圊角系数， 一 般为0 5 n9 一 阻 力系数， 一般为0 0 4 no 6 玉 3 计算残余轴向力 、 =F( 1 一KL) 计算 巾， 可 以调整 S 和 I - q 进 行 试算， 直 至 结果 满意 表 1 4 平衡盘结构 41 结构特 点 平衡盘平衡轴向力的特点是运动中的自动 平衡随着轴向力的变化 转手左右不停的窜 动， 因而容易磨损， 但是能够充分地自动平衡轴 向力 结构如 图 2。 _， ex 1 _凸 圆2 平暂盘蛄构 4 2 计算平衡盘自 可 几何尺寸 设计平衡盘时疲接最小级数来考虑平衡盘 的尺寸， 因为最小级数时平衡盘的尺寸最大 1 ) 平衡盘前后的压差 P 及 S 前 后的压 差 确定压差系数 置 一 般 泵 晟 大 与 最 小 级 数 差 值 小 的 取 K=n3Q4 ， 差值大的取 K =0 4 5n5。 确定 及 选取 后则有 = P Py l 一 ( 2 )确定平衡盘外内径比值 K 一D D 一 般情况下取 D ， D ：1 2 t 3 8 ( 3 ) 轴向间隙 的确定 在计算过程中， 应按 K值选取轴向间隙系 数 。则 有 b o =o 。 o j 2 O O O 一 般 按表 1 选取 ( 4 ) 计算平衡盘的i内外直径 D。与 D K 0 3 O 3 5 0 4 O 4 5 0 5 - B 1 2 1 3 1 2 5 1 3 5 l 3 5 1 4 5 I 4 I 5 1 5 l 6 5 水 秉技 术 1 9 9 3 3 1 7 维普资讯 圈峰系数 - 0 5 n 丽 撼筹蛋 船 +l O 0 0 n , 1 ( 2 i l k , ( 一 ) j 血 ) + 一 分 别为圆角 系数 和阻 力 系数， 取值 同单平衡鼓 。 释搿 计算 D 与D 式中 4 ( ( 1 一 ) ( k ， + ) 土 ) 3 根据 平衡力 等 于转 子 上的 轴 向力 ， 可 以得 则 平衡盘的外径 D 为 D =K D。 一 出平衡盘的内直径 ( 5 ， 计算平衡盘舶泄诵量 c 丢 ( 矗+ 孚 = 2 5 。 ( =K2 ( P ) ( h ) K 的计算 0 s 、 + + 毒+ ( 1 + 精 ) ( 矗 ( 6 ) 计算 向节流间隙长度 L L 1 =( J 一 ( 1 +O 5 n 1 ) ) 2 s , n ： 式 中 一 径 向间隙速 度系数 一 量 一 5 o o o D h t s l P Y l i 至此已经计算出平衡盘的所有几何尺寸， 如果结果不理想， 可以改变各参数进行多次试 算 。 5 双平衡 鼓结构 S l 结构特点 在双平衡鼓结构中有 两个径 向间 隙 S ， 同时起节流作用 。轴 向间 隙可 比平衡盘结构增 大， 如图 3所示。其优点是： & 止推轴承可以有较|大的磨损量 h 止推轴承受力情况改善， 并且可以用轴 躅 、f 卜 一 h 。 、 ，。 l 7 、 一 U l 占 l 日 凸 Q 凸 q l 8 一 图 3 双平 衡鼓 结构 向间隙来进行调 节。 a克服了单平衡鼓泄褥量太的缺点， 同时 提高了转子递行 的相对稳定性。 S 2 卸压计算过程 5 Z l 平衡鼓直径的确定 ( 1 ) 密封环的平均有效直径 屯=( ( D + ( Z一1 ) D z) ( 2 ) 在叶轮上产生轴向力的有效值 一 ( 3 ) 小平衡鼓直径 D D =( ： -( 一D ) +D ) 式 中 m2 =Q3 Q5 ( 4 ) 大平衡鼓直径 Di D 口 =a , o 7 7 ( 5 )大平衡鼓端面内径 D j = +( 1 5 ) ( 6 ) 平衡盘的平均直径 =( ( D +D ) 2 ) 5 2 2 确定各部份 比值 = ( 以一 ) ( 一D ) =( D 一 ) ( 一D ) 5 2 3 节 流间隙尺 寸的确定 ( 1 ) 轴向推力系数 的选择 当级数 Z大于 8级 时 = 5 00 5 5 当级数 Z小于 8级 时 y =0 4 5 0 5 0 水 泵技 术 1 9 9 3 3 维普资讯 ( 2 )在末级 叶轮盖板空问引出平衡水时， 通过计算 值来校正轴向推力系数 考虑平衡机构前的涡流， 投正值为 K ， 式中 K 一 由平衡鼓 前的涡流引起 的压力 降 比值 =( Z一1 ) z+1 2 zC 0 2 7 7 D2 2 +0 2 2 0 一0 4 4 5 ) 7 8 5 H =( D + Dh ) 2 一 旋转角速度， 一般修正为 21 ( 3 )常用 或 y ： 值确定必需的环形问隙 特性值 K KI =( ( 11 2 +m +ml 一 ) ( 2 ) ) ( 4 ) 双平衡鼓上径向问隙值的确定 小鼓间隙 S一般取 2 0 3 m m 大鼓间隙 一般 取 0 2 5 0 3 5 r l lT l ( 5 )节流间隙长度 L 一 般 取 L =( 0 8 0 9 ) D 5 2 4 平衡水Q 的确定 ( 1 )由环形间隙特性值 Kl 来确定平衡鼓 上实际压力降 H( m) H1 =H j ( 2 ( 1 +K ) ( 2 )用 径 向 间隙 和选 用 的节流 系数 =n0 6 7 来 确定 X 五=D s , ( L l +1 5 ) ( 3 )确定泄漏量 Q 值 Q 脚 = 5 0 0 7 6 置 厂 ( m 讪) ( 4 )确定雷诺数 凡 Q D ( 5 )用 图 4中的 确定最终 ， 然后用 l L l I T I I 1 l I l 1 拜 ； 1 厂 l 1 ， l 丁 I I I l _ 1 l I 术 幕技 术 1 9 9 3 3 R 图 4 系数 图 查到的 K 校正 置 和 Q 5 25 确定节流间 隙长度 ( 1 ) 用最终有效的 X 和 Kl 求 五 x 0 。 。 ( 2 ) 用 Q 求 =Q o。 ( 3 ) 根据 在图 4中查出 K ( 4 )确定节浇间隙长度 L ： =( 五 五 2 ( 2 s ,_ 磁 )一1 5 2 s d J e , ( 5 ) 如果求得的 值不理想可以调整 L 来 重新 计算 L： ， 在设 计过程 中应 优先 考 虑 标 准 化， 尽量使同一型号 的泵 具有相 同的平衡机 构 6 平衡鼓与平衡盘联合结构 6 , 1 结构特点 平衡鼓 与平 衡盘 联合的结构与 双平衡鼓 有 相 似之处 ， 轴 向间隙可 比单平衡盘 时大， 平衡 鼓 平衡了大部份轴向力， 平衡力的 自动调节性能 比单平 衡盘 时要 差， 但运 转 时 比较平稳 但 比 双平衡 鼓 的平稳性 差 可 以用 止推 轼 承 对转 子进行 限位来保 证平衡 盘端面不 接触 如 图 5 。 、 a r_ I 一0 l 算 圉 5 平衡 鼓 与平衡 盘联 合 结构 2 平衡鼓与平衡盘联合的结构的尺寸计 6 21 计算平衡鼓 的直 径Dd 先给 出 由平衡 鼓平 衡 的 轴 向力 的 百 分 比 一 1 9 维普资讯 j 一般取 K。 =5 0 9 0 ， 最高 可达 9 5 ， 即可算 得 Dd =C ( 4 F K口 o 0 ( ) ) 6 2 2 确定平衡 盘的几何 尺寸 ( 1 ) 平衡盘前后的压差 P 及 S 前后的压 差 - 确定压差 系数 K 选择联合结构所产生 的最大轴向力( 即轴 向间隙为零 时 ) ， 与设计工 况总的轴 向力 的比值 L， 则有 程 序 1 K=( J 一 ) ( L一 ) 确定 及 选取 K 后则 有 P K ， P p 一 p ( 2 )确定平衡盘外内径比值 K D D 一 般取 K =1 _ 2 1 2 8 ， 在 联 合 结 构 中可 以取 小值 ， ( 3 )轴 向间隙 的确定 在计算 过程 中， 应按 K值 选 取轴 向间 隙系 数 尻 。则有 水泵技 术 1 9 9 3 3 维普资讯 =D 2 0 0 0 一 般情 况 下 取 =1 7 20 , 大 的 L取 小值， 小的 L取大值 。对 于 有止 推轴 承联 合结 构， 风 在 3 6之 间 选 取， 也 可 以 直 接 取 6 。 =0 30 5 ram 。 ( 4 )计算平衡盘的外内径值 D 与 D 压降系数 v一 1 +O 5 H 0 5 n y + + 击 计算 D 与 D 要求平衡 力等 于 转子 所产 生 的轴 向力， 于 是可 以得出平衡盘的内直径 Dn 。 ( ( + 孚 式中 a =( ( 1 一 ) ( K +_K ) +1 +2 ) 3 平 衡盘 的外径 D K D ( 5 ) 计算联台结构的泄漏量 Q Q = D -( P ) E l h 式中 2 5 B , ( 6 ) 计算径向节流间隙长度 L I - ( 毒_ 1 _ n 斌中 一 径向间隙速度系数 至此， 已计算 出平衡盘 的所 有几何 尺寸， 在 计算 中可 以改变各种参数进行试算 。 7 计算程序的编 制 - 7 1程序 框图 2 程序编制 的技巧 ( 1 )编写程序 时将每 一 种结 构单 独 编写 ， 在每一段小程序 中可以编写 子菜 单 以方便操作 者使 用 然后编写 一个 总的 连 接程 序， 将 几个 小程 序连接在一起 。在 总程 序中编 写一个主菜 单， 包括以下 内容： 0退 出 1 单平 衡鼓 结构 计算 2平衡盘结 构计 算 3双平衡鼓 结构 计算 4平衡鼓 与平衡 盘联 台结 构计算 ( 2 )在编写菜单时利用屏 幕定位语 句使屏 幕漂亮洁净。 ( 3 )在程序 中可 以用键 盘输 入 数据， 也可 以用顺序文件( 数据库) 来输人数据， 并且 可以 用数据库将所 输 的数据 加 以保 存， 以方 便 使 用 ( 4 )在编写程序时尽可能多地使用 中文 提示和中文菜单， 以方便吏多的人使用。 。 ( 奉 文兰 辑郜 庆梅 J r _ (