离心泵的主要零部件-3轴向力平衡装置

动设备原理及操作目录轴向力的分析和计算1轴向力产生的危害2单级泵轴向力的平衡3多级泵轴向力的平衡4轴向力平衡装置轴向力平衡装置

离心泵工作时，在形状不对称的单吸叶轮上，由于液体作用在叶轮上的力不平衡，将产生与泵轴线平行的力，称为轴向力。轴向力方向：指向叶轮的吸入口，轴向力是由叶轮盖板两侧液体压力不同而引起的轴向力和动反力的合力。图2-57单吸叶轮的轴向推力一、轴向力的计算叶轮受力分析在叶轮入口半径r1

以上的部分，叶轮两侧液体压力按抛物线对称分布，作用力互相平衡，见图2-57所示。叶轮在两侧压差作用下，产生了指向叶轮吸入口方向的轴向推力F1。在叶轮入口半径r1

以下的部分，叶轮右侧受到按抛物线规律分布的液体压力p2，左侧受到的是均匀分布的入口压力p1

。2.轴向力的计算（1）叶轮前后盖板两侧液体压力不同而引起的轴向力

离心泵正常工作时，叶轮前、后盖板与泵壳之间的液体由于受到盖板摩擦而旋转，其旋转角速度ω近似地认为是叶轮旋转角速度ω′的一半，这时液体压力p将图2-57单吸叶轮的轴向推力将沿半径方向呈抛物线规律分布，见图2-57所示，液体压力的大小按公式2-54计算。（2）动反力在离心泵中，液体轴向吸入叶轮，径向流出叶轮，叶轮受到由于液流进入叶轮的方向及速度不同而引起的动反力FⅡ，在正常工作时，这个力比较小，可忽略不计。（3）轴向力

综合受力分析，叶轮在两侧压差的作用下，产生了指向叶轮吸入口方向的轴向推力

。这个力的大小是p-p1，方向指向离心泵的吸入口。二、轴向力的危害由于轴向力的存在，泵的整个转子在轴向力的作用下，向吸入口方向蹿动，并使叶轮入口外缘与密封环产生摩擦。由于轴向力的存在，轴承受力恶化，造成振动和严重磨损，严重时泵不能够正常工作。因此，必须设法平衡轴向力，并限制转子的轴向蹿动。但假如完全消除了轴向力，也会造成转子在旋转中的不稳定，所以在设计的时候，会设计出30%的余量让轴承来抵消。三、轴向力的平衡措施1.单级离心泵轴向力的平衡（1）采用双吸式叶轮

原理：双吸叶轮两侧形状对称，理论上不产生轴向力。但在实际运行过程中，由于泵两侧密封环的磨损不一样，泄漏不相同，作用在叶轮两盖板上的液体压力分布不完全相同，还会有小部分的轴向力存在，需要用轴承来承受残余的轴向力。

特点：采用双吸式叶轮，不但可以平衡轴向力，而且有利于提高泵的吸入能力，多用于大流量的泵。（2）在叶轮上开平衡孔

原理：在叶轮后盖板上开平衡孔，其数量一般与叶片数相等，使叶轮后盖板前后空间相通，可使叶轮两侧的压力基本上得到平衡，见图2-58（a）所示。

特点：叶轮上开平衡孔，液体流入叶轮时，其流动方向正好与叶轮吸入口处主流液体的方向相反，使流入叶轮的主流液体的速度均匀分布受到破坏，泵的水力效率降低，汽蚀性能变坏，同时由于液体的回流，使泵的容积效率下降。图2-58（a）（3）采用平衡管原理：在泵体上增设平衡管，将叶轮背面的液体通过平衡管与泵入口处的液体连通，平衡轴向力，见图2-58（b）。特点：这种方法比开平衡孔方法优越，因为采用平衡管装置，对进入叶轮的主流液体扰动影响较小，效率相对较高，常用在大型泵的轴向力平衡中。图2-58（b）（4）采用带背叶片的叶轮

原理：在叶轮后盖板的背面，装有若干径向叶片，见图2-58（c）所示，当叶轮旋转时，背叶片可以带动叶轮后盖板与泵壳之间的液体以接近叶轮的角速度旋转，使叶轮背面靠叶轮中心部分的液体压力下降，从而减小轴向力的大小。特点：带背叶片的叶轮，除了具有平衡轴向力的作用外，还具有密封的功能。图2-58（c）2.多级离心泵轴向力的平衡

多级离心泵的出口压力远远大于入口压力，多级离心泵的轴向力，是各级叶轮产生轴向力的叠加，数值很大，因此，必须采取有效的平衡措施予以消除，多级离心泵一般采用平衡鼓、平衡盘和叶轮的对称安装来消除轴向力。（1）叶轮对称布置原理：常用于泵的级数为偶数、用蜗壳换能的中开多级泵，叶轮可分为两组，各组对称反向布置，使两组叶轮的轴向力互相抵消。当泵的级数为奇数时，可将第一级做成双吸叶轮，其它各级叶轮对称反相布置，如图2-59所示。特点：流道复杂，造价较高。图2-59叶轮对称布置（2）采用平衡鼓原理：如图2-60所示，平衡鼓安装在多级离心泵末级叶轮的后面，圆柱形，随轴旋转，由于b很小，使平衡鼓的两侧可以保持较大的压力差△p=p2-p0，作用在平衡鼓端面上，产生一向右的平衡力T，使得平衡鼓与轴一起向右移动，从而降低p2，以此来平衡轴向力。特点：当轴向力变化时，平衡鼓不能自动调整轴向力的平衡，需安装止推轴承承受残余轴向力。

，图2-60平衡鼓高压室

平衡室

径向间隙b

（3）采用自动平衡盘结构：平衡盘由平衡盘（铸铁制）和平衡环（铸铜制）组成，平衡盘安装在末级叶轮的后面，固定在泵轴上，随轴一起旋转。平衡环固定在出水段泵体上，如图2-61所示。图2-61自动平衡盘装置密封间隙：有两个密封间隙，一个是轴套与泵体之间的径向间隙b，其值固定不变；另一个是平衡盘端面与平衡环之间的轴向间隙b0，其值可以自动节。平衡原理轴向力：F=p2-p0，方向指向离心泵的吸入口平衡力：T=p'–p0

，方向指向平衡盘图2-61自动平衡盘装置当F<T时，转子向平衡盘方向移动，b0增大，p'减小，

T减小，到某一位置时，T=F，轴向力得到平衡。当F>T时，转子向吸入口方向移动，b0减小，p'增加，

T增大，到某一位置时，T=F，轴向力得到平衡。图2-61自动平衡盘装置特点：在实际工作中，泵的