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          泵軸的受力分析與計算

          (1)徑向力產生的原因及徑向力計算

          離心泵的流量若小于最優工況流量時,蝸室中的液體流速減慢。而葉輪出口處液體的絕對速度大于最優工況時的絕對速度,同時也大于蝸室中的速度,因此從葉輪中流出的液體不斷撞擊著蝸室中的液體,使其接受能量,蝸室中的液體壓力便自隔舌開始向擴散管進口不斷增加,當泵的流量大于最優工況流量時,與上述情況相反。從葉輪中流出的液體的絕對速度小于最優工況時的絕對速度,也小于蝸室中的液體流速,兩種液體在蝸室中撞擊的結構是蝸室中的液體要不斷付出能量,以增加從葉輪中流出的液體的速度。這樣,蝸室中的液體壓力自隔舌至擴散管進口是逐漸降低的。蝸室各斷面中的壓力不相等,液體作用于葉輪出口處的圓周面上的壓力也各不相等,于是在葉輪上就產生一個徑向力,又因為葉輪周圍液體壓力分布的不均勻,破壞了葉輪中液體的軸對稱流動,壓力大的地方液體自葉輪流出的少,壓力小的地方液體自葉輪中流出的多。由于沿葉輪的圓周液體流出的多少不一樣,所以作用于葉輪圓周上的液體動反力也不一樣,這又引起一個徑向力。作用于葉輪上的徑向力就是上述兩個徑向力的向量和。

          (2)軸向力產生的原因及軸向力計算

          在單吸離心式葉輪的吸入口處,后蓋板的前側面受吸入壓力的作用,而其后側面受高壓力的作用,此外,由于兩側密封泄漏不相等的各種影響,葉輪兩蓋板上的 液體壓力分布情況也不相同。因此,液體作用于葉輪上的力是不平衡的,于是產生作用在葉輪上的軸向力。此力與軸平行,從后蓋板指向葉輪進口。

            液體流入葉輪進口及從葉輪出口流出的速度大小及方向均不相同,因此,在葉輪上作用著一個動反力,此力是與軸向力的方向相反的軸向力。

           對于立式泵,整個轉子的質量也是軸向力的一部分。葉輪的對稱布置,例如對稱多級泵、兩級泵、懸臂式兩級泵,能夠平衡軸向力。

          此外,磁力驅動離心泵在軸向上還存在著內磁轉子端面作用面不對稱或不平衡于泵軸的作用力,該作用力由于受介質壓力大小的影響以及與內磁轉子和隔離套間泄壓面積及內磁轉子支撐端內孔與軸座間泄壓面積的不同而有所不同,因此該軸向力應根據所設計的泵的具體結構加以計算,只要介質壓力和具體的零件尺寸確定后即可計算出該作用力。

          (3)   徑向力與軸向力的平衡

            徑向力的平衡  由于徑向力是和葉輪的出口直徑,葉輪的出口寬度成正比,因此他的影響將隨著泵尺寸的增大而增大,同時也隨著揚程的增加而增大。

          磁力驅動部件裝置時由于內、外磁轉子同心度差會也產生徑向力,但這部分徑向力只要在裝配時注意克服,是容易消除的。

          當徑向力使軸產生較大的擾度時,將引起密封環和軸套的迅速磨損。同時,對于旋轉著的軸,徑向力是個交變載荷,較大的徑向力會使軸因疲勞而破壞。所以徑向力的平衡是十分重要的。特別是對于尺寸較大,揚程較高的泵。

            軸向力的平衡

          a.  單級泵

            平衡孔或平衡管  在葉輪的前后蓋板上裝置兩個直徑相同的密封環,并使后泵腔的B腔與葉輪吸入口或泵的吸入室連通,以達到平衡 軸向力的目的。如在靠近葉輪的后蓋板上開有連通葉輪吸入口和B腔的幾個孔,可達到平衡,則這種方法稱為平衡孔法,這些孔稱為平衡孔。所有平衡孔斷面的總面積不應小于密封環間隙斷面面積的5~6倍。采用這種方法來平衡軸向力時,泵的效率要降低一些,因為從平衡孔里流出的流束會和葉輪進口處的液流相碰,影響液流的均勻分布,因而 增加了葉輪內的水力損失。如果在泵體外用管子將B腔與泵的吸入室連通也可達到平衡,則這種方法稱為平衡管法,這種管稱為平衡管。采用這種方法來平衡軸向力時,泵的效率要降低一些,因為從平衡孔里流出的流束會和葉輪進口處的液流相碰,平衡管的過流面面積不應小于密封環間隙斷面面積的5~6倍。目前這種方法用得較少,采用平衡孔或平衡管平衡軸向力,由于多設置了一個密封環使B腔與葉輪吸入口相通,容積損失幾乎增加一倍。

          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來承受。用平衡孔平衡軸向力的結構使用較廣,不僅單級泵上使用,而且多級泵上也使用。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,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。

          (2)雙吸式葉輪   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,或者葉輪相對與蝸室中心位置的不對中,還是存在一個不大的剩余軸向力,此軸向力需由軸承承受。

          (3)背葉片   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的附加半開式葉輪。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。這種平衡軸向力的方式,在泥漿泵、雜質泵和化工泵上都有采用,剩余軸向力仍需由軸承來承受。

          (4)用推力軸承   從提高泵的效率觀點來看,用推力軸承承受軸向力的方法是最好的。因為在這種情況下可免除由于平衡軸向力而附加 的容積損失和水力損失。

          b :多級泵  多級泵軸向力的平衡可采用如下幾種方法:

          1、 葉輪對稱式布置

          2、 平衡鼓

          3、 平衡盤

          4、 平衡鼓與平衡盤相結合

          5、 滾動軸承與平衡盤相結合


          2018年11月29日

          磁力驅動泵離心泵的泵頭設計
          滑動軸承潤滑方式的結構選擇

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