轴向力径向力及其平衡

1、 第一节第一节 产生轴向力的原因及其计算方法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。 2A 1 A 3A 4A 一一. .产生盖板力产生盖板力 的原因的原因 1 A 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 计算过程计算

2、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 )( 8 1 2 ) 2 ( 2 ) 2 ( 22 2 2 22 2 222 RR g uu gg u g u hhh 2 h 任意半径R 处的压头 假设：21mm vv 0 1 u v g vvvv H g vv H g pp H umum ttp 2 )()( 2 2 1 2 1 2 2 2 2 22 2 12 g ugH H g v H t t u t 2 )( 2 2 2 2 2 ) 2 1( 2 2 u gH HH t tp 叶轮后盖板任意半径处，作用的压头差为 )( 8 22

3、 2 2 RR g HhHh pp 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 1 A m h m h R R p R R RdRRR g HggRdRhA)( 8 22 22 2 2 1 ) 4 ( 8 2 ) 2 ( 8 2 ) 2 (2 442222 2 222 hmhmhm p RR g gRR g gRRR gH ) 2 ( 8 )( 22 2 2 2 22 1 hm phm RR R g HRRgA 按压力体体积来计算 圆柱体重量十抛物体重量 )( 8 )( 2 1 ) 88 ()( 22 2 222 2 2 2 2 22 hmhmhphm

4、 RR g gRRR g R g HgRR ) 2 ( 8 )( 22 2 2 3 22hm phm RR R g HgRR 半开式叶轮轴向力半开式叶轮轴向力 的计算的计算 作用于后盖板的轴向力(抛物体的重量) 为 ghRRgHRRF hph )( 2 1 )( 22 2 22 21 )( 8 22 2 2 h RR g h 作用在前侧的轴向力(三角形压力体重量)为 )( 3 2 2)( 2 1 222mmmp RRRRRgHF 总的轴向力 211 FFA 混流泵叶轮轴向力混流泵叶轮轴向力 的计算的计算 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

5、体斜向流出叶轮。 2131 FFFA ph gH)RR(F 2 2 2 203 )( 8 )( 2 1 )( 22 2 2 22 2 22 21 hhhh phh RR g gRR gHRRF )RR( g Hg)RR( hhphh 22 2 2 22 2 16 )( 8 )( 2 1 )( 22 20 2 22 20 22 202 mm pm RR g gRR gHRRF )RR( g Hg)RR( mpm 22 20 2 22 20 16 半开式混流泵叶轮的轴向力半开式混流泵叶轮的轴向力 2131 FFFA ph gH)RR(F 2 2 2 203 )( 8 )( 2 1 )( 22 2

6、2 22 2 22 21 hhhh phh RR g gRR gHRRF )RR( g Hg)RR( hhphh 22 2 2 22 2 16 )( 3 2 (2)( 2 1 121122hhhhhP RRRRRgHF 二二. .动反力动反力 的计算的计算 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 mm vvQA 由动量定理得 对于一般离心泵，可按下式估算轴向力 iRRgHkA hm )( 22 1 三三. .轮毂轴端等结构引起的轴向力轮毂轴端等结构引起的轴向力 的计算的计算

7、 3A )( 4 1 2 3a h pp d A 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 )( 23sh AApA gHP H为单级扬程 四四. .影响轴向力的其它因素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

8、同、磨损不同时，会产生指向泄漏大的一侧的附加轴向力。 第二节第二节 轴向力的平衡轴向力的平衡 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

9、后盖板上 的轴向力。 二二. .平衡孔或者平衡管平衡孔或者平衡管 三三. .双吸叶轮双吸叶轮 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。 四四. .背叶片平衡轴向力背叶片平衡轴向力 已知未加背叶片的时候轴向力大小为 ) 2 ( 8 )( 22 2 2 2 22 1 hm phm RR R g HRRgA 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 )( 8 22 2 2 eP RR g H

10、HG )( 8 2 2 2 2 RR g Hac P )( 8 2 2 2 RR g HGab e 可以得bc省略 将bc从轮毂 积分到 得到平衡方程 h R e R 2 2 2 2 1 16 3 2 he R R RRg g RdRgbcF e h guu g AAF hehe )( 2 1 )( 8 3 22 1 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 s t s t-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12%，但效率会下降23%。 EK H 其他功能 五五. .叶轮对称布置叶轮对称布置 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