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离心泵的径向力及其平衡

泵管家2020-02-05 10:47:42



1. 径向力的产生


采用蜗形压出室的泵在最优工况时,蜗室各断面中的压力是均匀的。h泵流量小于最优工况流量时,蜗室中的液体流速减慢,叶轮出口液体的绝对速度,由出口速度三角形可看出,大于最优工况时的绝对速度,也大于蜗室中的速度,从叶轮中流出的液体不断撞击蜗室中的液体,使蜗室中的液体接受到能量,蜗室中的液体压力自隔舌开始向扩散管进口不断增加,如图2—42(a)所示;


泵的流量大于最优工况流量时,与上述情况相反,从叶轮中流出的液体的绝对速度小于最优工况时的绝对速度,也小于蜗室中的液体流速,两种液体在蜗室中撞击的结果,蜗室中液体要不断付出能量,以增大从叶轮中流出的液体的速度,这样,蜗室中的液体压力自隔舌至扩散管进口是逐渐降低的,如图2—42(b)所示。





由于蜗室各端面中的压力不相等,在叶轮上就产生一个径向力。

因为叶轮周围液体压力分布不均匀,破坏了叶轮中液体的轴对称流动,压力大的部位的液体自叶轮流出的较少,压力小的地方自叶轮中流出的较多。沿叶轮圆周流出的液体多少不一,作用于叶轮圆周上的液体反作用力也不一样,这又产生一个径向力。


作用于叶轮上的径向力就是上述两个径向力的向量和。

在分段式多级离心泵中,当泵的工况离开最优工况时,如果叶轮偏心,有一个径向力作用于叶轮上,此力的大小决定于泵的工况。并随着偏心度的增加而增大。

图2—42蜗壳中径向力分布当流量很小时,径向力则变化不定,并以远低于泵转速的频率旋转,从而导致转子的振动。


实践证明,对于相同工况下的蜗壳泵,转子偏离蜗形体基圆中心和没有偏离中心相比,径向力也有明显的变化。这种变化取决于偏心度的大小和方向。    



2. 蜗壳泵径向力的计算



压出室是蜗形体的泵,在偏离设计工况时径向力按下式计算:


其中,K—径向力系数,可由下式求得:


当泵在设计工况下运行时。按上式求出径向力系数等于零,零流量时径向力系数最大,即K=0.36。系数K的大小还和泵的型式有关,在某些情况下,实际的K值比按上式求出的更大,零流量时K可能达到06。



3. 径向力的危害

    径向力和叶轮的出口直径、叶轮出口宽度成正比,它的影响将随着泵尺寸的增大而增大。

    当径向力使轴产生较大的挠度时,将引起密封环和轴套的迅速磨损。

    同时对于旋转着的轴,径向力是交变载荷,较大的径向力会使轴因疲劳向损坏。

    所以,径向力的平衡是十分重要的,对于尺寸较大、扬程较高的高能泵尤其如此。



4. 单级蜗壳泵径向力的平衡 

 单级蜗壳泵的径向力平衡,可以采用双蜗壳或加一导叶来实现,如图2—43(a)和图2—43(b)所示。

在双蜗壳中,每—蜗室虽没有消除径向力,但两个蜗室相隔180。对称布置,作用于叶轮上的径向力是相互平衡的。

如用导叶,虽能平衡径向力,但泵的结构复杂化了。



5. 中开式多级泵径向力的平衡 



蜗壳式多级泵(即中开式多级泵)径向力的平衡,采用倒置蜗形压出室的方法,即在每相邻的两级中把各自的蜗形压出室布置成相差180°,如图2—44所示。

这样,作用于相邻两级叶轮上的径向力就相差180°,互相抵消。

因为这两个力不在垂直于轴线的同—平面内,故又组成一个力偶,其力臂等于两叶轮间的距离。此力偶需由另外两级叶轮的径向力所组成的力偶来平衡,或由轴承支反力组成的力偶来平衡。

这种径向力的平衡方式适用于级数为偶数、叶轮为单吸式的中开式多级泵。对于级数为奇数,第一级叶轮是双吸式的中开式多级泵,径向力平衡的方法是,第一级蜗壳做成双蜗壳的,以后各级每对蜗室彼此错开180°。

对于尺寸较大的中开式多级泵,径向力的平衡也可考虑全部用双蜗壳的方法,如图2—45所示。

对于分段式多级离心泵,须尽量减小叶轮对导叶的偏心度, 以减小径向力。





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