轴向力径向力及其平衡
课题二 离心泵的径向推力、轴向推力及其平衡方法
流量小于设计流量
流量大于设计流量
2、径向推力的平衡 泵在启动或非设计工况下运行时会产生径向推力，且是 交变应力，会使轴产生较大的挠度，甚至使密封环、 级间套、轴套、轴承发生摩擦而损坏。对转轴而言，径 向推力是交变载荷，容易使轴产生疲劳破坏，故必须设 法消除径向推力。 一般采用对称原理法。 （1）采用双层压出室或双压出室 （2）大型单级泵在蜗壳内加装导叶 （3）多级蜗壳泵可以采用相邻两级蜗壳倒置的布置。
2、多级泵轴向推力的平衡 （1）采用叶轮对称排列
多级离心泵各叶轮产生的扬程基本相等， 当叶轮为偶数时，只要将其对称布置即 可，当叶轮为奇数时，首级可以采用双 吸叶轮，此法平衡多级泵的轴向推力效 果较好，但泵壳结构较复杂。
多用于涡壳式多级泵，有时也在节段式多级泵 和潜水泵使用
（2）采用平衡盘 平衡盘装置装在未级叶轮之后，和轴一起旋转， 在平衡盘前的壳体上装有平衡圈。平衡盘后的腔室 称为平衡室它与泵的吸入室相连。
• 平衡盘可以自动平衡轴向力，平衡效果好，可 以平衡全部轴向力，并可以避免泵的动静部分 的碰撞和摩损，结构紧凑等优点，故在多级离 心泵中广泛采用。但是泵在启动时，由于未级 叶轮出口处的压强尚未达到正常值，平衡盘的 平衡力严重不足，故泵轴将向泵吸入口窜动， 平衡盘与平衡座之间会产生摩擦造成磨损，停 泵时也存在平衡力不足现象，因此给水泵都配 有推力轴承。
二、轴向推力及其平衡方法
（一）轴向推力的产生 离心泵在运行时，泵内液体作用在叶轮盖板两侧上轴向不平衡 的合力，称为轴向推力。 泵的轴向推力主要是 1）叶轮两侧压强不对称产生的轴向力F1
2）在离心泵叶轮中，液体通常是轴向流入，径向 流出，流动方向的改变会对叶轮产生一个轴向动 反力F2.
故作用在单级卧式离心泵上的总轴向推为 F=F1-F2 若是多级卧式离心泵，级数z，则F=Z(F1-F2) 3）若是立式，叶轮吸入口向下，则加上转子重量F3。 F=Z(F1-F2)+F3 轴向推力F1在总的轴向推力中起重要作用。泵与Biblioteka 机第二章 叶片式泵与风机的构造
演示模板轴向力径向力及其平衡.ppt
F1 (R22h Rh2 )gH p
1 2
( R22h
Rh2 )g
2 8g
( R22h
Rh2 )
(
R22h
Rh2
) g [
H
p
2
16 g
(
R22h
Rh2
)]
F2 (R220 Rm2 )gH p
1 2
( R220
Rm2 )g
2 8g
( R220
Rm2 )
(
R220
Rm2
)g[ H
p
2
16 g
优选
13
四.背叶片平衡轴向力
已知未加背叶片的时候轴向力大小为
A1
g ( Rm2
Rh2 )[ H
p
2
8g
( R22
Rm2
2
Rh2
)]
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
任意半径R 处的压头 h
h h h
(u2 )2 2 2g
(u)2 2
2g
1 8g
(u
2 2
u2) 2 8g
(R22
R2)
假设：vm1 vm2 vu1 0
Hp
p2 p1 g
Ht
v22 v2 2g
Ht
(vm2 2
vu22 ) (vm21 vu21 ) 2g
Ht
vu22 2g
优选
12
二.平衡孔或者平衡管
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，从而减小作用在后盖板上 的轴向力。
轴向力径向力及其平衡PPT课件
5．影响轴向力的其它因素。
.
2
一.产生盖板力 A1 的原因
离心泵工作时，由于叶轮两侧液体压力分 图1离心泵轴向力示意图 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。
.
3
计算过程
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
2gp ( H R m 2 2 R h 2 )2 2 8 g g 2 2 ( R m 2 2 R h 2 ) 2 8 g g 2 ( R m 4 4 R h 4 )
A 1 g(R m 2R h 2)H [p8g 2(R 2 2R m 2 2R h 2)]
按压力体体积来计算
A1 ＝圆柱体重量十抛物体重量
A3p(AhAs2)
P g H
H为单级扬程
.
10
四.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。
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。
.
12
二.平衡孔或者平衡管
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，从而减小作用在后盖板上 的轴向力。
三.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。
轴向力径向力及其平衡
ab
R22
Re
2
)
ac
H
P
2
8g
( R2 2
R2
)
ab
HG
2
8g
( Re 2
R2
)
可以得bc……省略
将bc从轮毂Rh
积Re 分到 得到平衡方程
F1
Re Rh
bc
g
2R
dR
3 2
16 g
g
Re 2
Rh2
2
或
F1
3 8
(
Ae
Ah
)
1 2g
(ue 2
uh2 )g
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1该t ) 为
Ht
(gHt u2 )2 2g
Hp
H t (1
gHt 2u22
)
叶轮后盖板任意半径处，作用的压头差为
h
H
p
h
H
p
2
8g
( R22
R2)
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
A1
Rm 2RdRhg
Rh
2 g
[ H Rm
Rh
p
2 8g
( R22
R 2 )]RdR
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 长度不同、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 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 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
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 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， 装设推力轴承。
轴向力径向力及其平衡ppt课件
四.背叶片平衡轴向力
已知未加背叶片的时候轴向力大小为
A1
g ( Rm2
Rh2 )[ H
p
2
8g
( R22
Rm2
2
Rh2
)]
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
任意半径R 处的压头 h
h h h
(u2 )2 2 2g
(u)2 2
2g
1 8g
(u
2 2
u2) 2 8g
(R22
R2)
假设：vm1 vm2 vu1 0
Hp
p2 p1 g
Ht
v22 v2 2g
Ht
(vm2 2
vu22 ) (vm21 vu21 ) 2g
Ht
vu22 2g
R 2 )]RdR
2 gH
p
( Rm2
2
Rh2
)
2 2gR22 8g
( Rm2
2
Rh2
)
2g 2 8g
( Rm4
4
Rh4
)
A1
g(Rm2
Rh2 )[ H p
2 8g
( R22
Rm2
2
Rh2
)]
按压力体体积来计算
A1 ＝圆柱体重量十抛物体重量
( Rm2
Rh2 ) g(H p
2 8g
R22
R1h )2 (R1h
2 3
(R2h
R1h ))
8
二.动反力 A2 的计算
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
第七章轴向力径向力及其平衡
第七章轴向⼒径向⼒及其平衡图7—1 轴向⼒计算原理图第七章轴向⼒径向⼒及其平衡第⼀节产⽣轴向⼒的原因及计算⽅法泵在运转中，转⼦上作⽤着轴向⼒，该⼒将拉动转⼦轴向移动。
因此，必须设法消除或平衡此轴向⼒，⽅能使泵正常⼯作。
泵转⼦上作⽤的轴向⼒，由下列各分⼒组成：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1A 表⽰；2．动反⼒，此⼒指向叶轮后⾯，⽤2A 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3A 表⽰；4．转⼦重量引起的轴向⼒，与转⼦的布置⽅式有关，⽤4A 表⽰；5．影响轴向⼒的其它因素。
下⾯分别计算各轴向⼒。
⼀. 盖板⼒1A 的计算(图17—1)由图可知，叶轮前后盖板不对称，前盖板在吸⼊眼部分没有盖板。
另⼀⽅⾯，叶轮前后盖板象轮盘⼀样带动前后腔内的液体旋转，盖板侧腔内的液体压⼒按抛物线规律分布。
作⽤在后盖板上的压⼒，除⼝环以上部分与前盖板对称作⽤的压⼒相抵消外，⼝环下部减去吸⼊压⼒1P 所余压⼒，产⽣的轴向⼒，⽅向指向叶轮⼊⼝，此⼒即是1A 。
假设盖板两侧腔的液体⽆泄漏流动，并以叶轮旋转⾓速度之半2ω旋转，则任意半径R 处的压头h '为(推导见⼗⼋章))R R (g)u u (g g )u (g )u (h h h 22222222228812222-=-=-='''-''='ω（7—1）叶轮出⼝势扬程，当假定21m m v v =，01=u v 时，为 g)v v ()v v (H g v v H g p p H u m u m t t p 222121222222212+-+-=--=-=ρ g)u gH (H g v H t u t 2222122-=-= 即 )u gH (H H t t p 2221-= （7—2）叶轮后盖板任意半径处，作⽤的压头差为)R R (g H h H h p p 22228--='-=ω将上式两侧乘以液体密度ρ和重⼒加速度g ，并从轮毂半径积分到密封环直径，则得盖板轴向⼒1A--==m h m h R R p R R RdR )]R R (gH [g g RdRh A 22221822ωπρρπ )R R (g g )R R (g gR )R R (gH h m h m h m p 482282224422222222-+---=ωπρπρωπρ即 )]R R R (g H )[R R (g A h m p h m 2822222221+---=ωπρ（7—3）这部分轴向⼒也可很⽅便地按压⼒体体积来计算。
轴承轴向力和径向力的判断
轴承轴向力和径向力的判断轴承是一种用于支撑旋转轴的机件，具有轴向和径向两种载荷。
轴向载荷是垂直于轴线的载荷，而径向载荷是平行于轴线的载荷。
在轴承设计和使用过程中，准确判断轴向力和径向力的大小和方向是非常重要的。
判断轴向力的大小和方向，需要分析轴承中的受力情况。
在一般情况下，轴向载荷由机械设计或者工作条件所决定，通常是一个已知的数值。
当轴承在运转时，轴向载荷将会产生轴向力。
通过对轴承内部结构进行分析，可以确定轴向力的大小和方向。
一般情况下，若轴向力向轴承的外侧施加，则为正轴向力；反之为负轴向力。
判断径向力的大小和方向，同样需要对轴承内部结构进行分析。
轴承受到的径向载荷可能来自重力、离心力、横向力等多个方向。
通过分析轴承结构和工作条件，可以确定径向载荷和径向力的大小和方向。
一般情况下，如果轴承在工作过程中受到向轴心方向的载荷，则称其为正径向载荷；反之称为负径向载荷。
在实际操作过程中，径向力的大小和方向往往与轴向力相关，因此需要对轴承承受的载荷作出整体分析。
除了通过轴承的内部结构，判断轴向力和径向力的大小和方向，还可以通过一些工具来实现。
例如，在超声波振动分析测试过程中，可以通过信号处理和数据分析对轴承中的振动模式进行分析，从而得到轴向力和径向力的大小和方向。
在实际应用中，准确判断轴向力和径向力的大小和方向，可以帮助设计师优化轴承的结构和材料选择，确保轴承的稳定工作。
同时，也可以帮助运维人员判断轴承的故障类型，及时进行维护和更换，提高轴承的使用寿命。
总之，轴承轴向力和径向力的判断是机械设计和运维过程中非常重要的一环。
通过对轴承内部结构和振动信号等信息的分析，可以得到轴向力和径向力的大小和方向，优化轴承的设计和使用，确保设备的正常工作。
轴向力和径向力计算公式
轴向力和径向力计算公式在我们的日常生活和工程领域中，力的计算是非常重要的一部分。
今天咱们就来好好聊聊轴向力和径向力的计算公式。
先来说说轴向力。
轴向力呢，简单来讲，就是沿着轴的方向上的力。
比如说，你想象一根长长的杆子，有人从杆子的一端推或者拉，这个力就是轴向力。
给大家举个我亲身经历的例子吧。
有一次我去工厂参观，看到工人们在安装一个大型的机器部件。
那部件就像一个巨大的圆柱体，工人们需要把它沿着一根轴安装到机器里。
这时候，他们就得考虑这个部件所受到的轴向力。
如果轴向力计算不准确，那安装过程中就可能出现问题，甚至导致整个机器无法正常运转。
轴向力的计算公式会因为不同的情况而有所不同。
在一些简单的情况下，比如一根直杆受到的轴向拉力或压力，轴向力就等于作用在杆端的力的大小。
但如果涉及到更复杂的结构，比如有多个力同时作用，或者是在有弯曲、扭转等情况时，计算就会变得复杂起来。
再说说径向力。
径向力呢，是垂直于轴的方向上的力。
还是用刚才那根杆子打比方，要是有人从侧面推或者拉这根杆子，产生的力就是径向力。
就像我之前家里修自行车的时候，车轮的轴承受力，这里面就有径向力的作用。
如果不了解径向力的计算，就没办法选择合适的轴承，那骑车的时候可能就会感觉很颠簸，甚至会出现危险。
对于简单的情况，像一个圆柱体在水平面上滚动，受到的径向力可能就是物体的重力在垂直于轴方向上的分量。
但在实际工程中，比如机械传动系统中，由于各种零件之间的相互作用，径向力的计算就会复杂得多。
在实际应用中，计算轴向力和径向力可不是一件轻松的事儿。
需要考虑很多因素，像材料的强度、结构的形状和尺寸、工作环境等等。
而且，一旦计算出错，后果可能会很严重。
总之，轴向力和径向力的计算公式虽然看起来有些复杂，但只要我们认真学习，多结合实际情况去思考和应用，就能更好地理解和掌握它们。
希望大家在以后的学习和工作中，都能准确地计算轴向力和径向力，让我们的工作和生活更加顺利、安全！。
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Ht v2u2g2 Ht (gH 2tgu2)2
Hp Ht (1g2uH22t )
实用文档
叶轮后盖板任意半径处，作用的压头差为
hHphHp 8g2(R2 2R2)
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
A 1R R h m 2Rdg R 2h gR R h m [H p8 g 2(R 2 2R 2)R ] d R
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四.背叶片平衡轴向力
已知未加背叶片的时候轴向力大小为
A 1 g(R m 2R h 2)H [p8g 2(R 2 2R m 2 2R h 2)]
半开式叶轮轴向力 的计算
作用于后盖板的轴向力(抛物体的重量) 为
F 1(R 2 2R h 2) gp H 1 2(R 2 2R h 2) gh
h
2
8g
(R22
Rh2)
作用在前侧的轴向力(三角形压力体重量)为
F 2 1 2 H pg (R 2 R m )2[R m 3 2 (R 2 R m )]
速度之半 2 旋转
任意半径R 处的压头 h
h h h (u 2 2 2 g )2(2 u 2 g )28 1 g(u 2 2 u2)8 g 2(R 2 2R 2)
假设：vm1 vm2 vu1 0
H p p 2 g p 1 H t v 2 2 2 g v 2 H t (v m 2 2 v u 2 2 ) 2 g (v m 2 1 v u 2 1 )
2
(R 2 2hR h 2) g[H p1g 6(R 2 2hR h 2)]
F2 (R220Rm2)gHp 12(R220Rm2)g8g2 (R220Rm2)
2
(R 2 20 R m 2) g[H p1g 6(R 2 20 R m 2)]
实用文档
半开式混流泵叶轮的轴向力
A1F3F1F2
F3(R220R22h)g H p
( R m 2 R h 2 )g ( H p 8 g 2 R 2 2 8 g 2 R h 2 ) 1 2 ( R m 2 R h 2 )g 8 g 2 ( R m 2 R h 2 )
(R m 2R h 2) g[H p8g 3(R 2 2R m 2实 2用R 文h 2档)]
F1 (R22h Rh2)gHp 12(R22h Rh2)g8g2 (R22h Rh2)
2
(R 2 2hR h 2) g[H p1g 6(R 2 2hR h 2)]
F 2 1 2 H P g(R 2 h R 1 h )2(R 1 h 3 2 (R 2 h R 1 h ))
实用文档
二.动反力 A2 的计算
2gp ( H R m 2 2 R h 2 )2 2 8 g g 2 2 ( R m 2 2 R h 2 ) 2 8 g g 2 ( R m 4 4 R h 4 )
A 1 g(R m 2R h 2)H [p8g 2(R 2 2R m 2 2R h 2)]
按压力体体积来计算
A1 ＝圆柱体重量十抛物体重量
轴向力径向力及其平衡
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第一节 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 A1 表示；
2．叶轮推动液体ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ动产生的动反力，此力指向叶轮
后面，用 A2 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 A3 表示；
4．转子重量引起的轴向力，与转子的布置方
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 长度不同、磨损不同时，会产生指向泄漏大的一侧的附加轴向力。
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第二节 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 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。
式有关，用 A4 表示；
5．影响轴向力的其它因素。
实用文档
一.产生盖板力 A1 的原因
离心泵工作时，由于叶轮两侧液体压力分 图1离心泵轴向力示意图 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。
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计算过程
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
实用文档
二.平衡孔或者平衡管
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，从而减小作用在后盖板上 的轴向力。
三.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。
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
由动量定理得
A 2Q 1(vm 0vm 3co)s
对于一般离心泵，可按下式估算轴向力
Akg1 H (R m 2R h 2)i
实用文档
三.轮毂轴端等结构引起的轴向力 A3 的计算
总的轴向力
A1F1F2
实用文档
混流泵叶轮轴向力 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，液体斜向流出叶轮。
A1F3F1F2
F3(R220R22h)g H p
F1 (R22h Rh2)gHp 12(R22h Rh2)g8g2 (R22h Rh2)
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
A3
dh2 4
(p1
pa)
2.对称布置叶轮由于轴细部结构不同引起 的轴向力
A3p(AhAs2)
P g H
H为单级扬程
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四.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。