轴向力径向力及其平衡
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轴向轴承振动与稳定性分析
轴向轴承振动与稳定性分析轴向轴承是现代机械装置中非常重要的组件，其质量和性能对整个机械装置的工作效率和稳定性有着重要的影响。
因此，轴向轴承的振动与稳定性分析成为了工程师们必须掌握的一项技术。
首先，我们来讨论轴向轴承振动产生的原因。
轴承振动的主要原因包括以下几个方面：1. 轴承本身的制造和装配误差：轴承的制造和装配过程中难免存在一定的误差，如轴承外环的偏心度、圆度等参数不符合要求，都会导致轴承在旋转时产生振动。
2. 轴向力和径向力的不平衡：轴承工作时，由于机械装置的不平衡或者操作过程中的不同因素，轴向力和径向力会产生不平衡现象。
这些不平衡力对轴承的工作产生一定的影响，引起振动。
3. 润滑不良：轴承在工作时需要有足够的润滑剂，如果润滑不良，会增加轴承的摩擦系数，从而导致振动。
接下来，我们来讨论轴向轴承振动对机械装置稳定性的影响。
轴向轴承振动会引起以下几个方面的问题：1. 降低工作效率：轴向轴承振动会加大摩擦系数，降低轴承的工作效率，影响机械装置的整体运行效果。
2. 加剧磨损和疲劳：轴向轴承振动会导致轴承的磨损和疲劳程度增加，进而缩短轴承的使用寿命。
3. 传导振动：轴向轴承振动会通过机械装置的其他部件传导出去，引起整个机械装置的振动，影响工作环境。
为了解决轴向轴承振动问题，我们可以采取以下几种措施：1. 优化轴承制造和装配工艺：通过加强轴承的质量控制，减小制造和装配误差，降低轴承的振动产生。
2. 提高润滑效果：选择合适的润滑剂和润滑方式，保证轴承良好的工作状态，降低振动。
3. 平衡轴向力和径向力：通过调整机械装置的重心或者增加平衡设备，减小径向力和轴向力的不平衡程度，降低振动产生。
4. 定期检测和维护：定期检测轴向轴承的振动情况，及时发现问题并采取相应的维护措施，保证机械装置的稳定性和安全性。
综上所述，轴向轴承振动与稳定性分析是一项至关重要的技术，对于确保机械装置的工作效率和安全性具有重要的意义。
通过合理的分析和措施，我们可以降低轴承的振动，提高机械装置的稳定性和可靠性。
轴向力径向力及其平衡
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。
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。
F2
1 2
H p g(R2
Rm )2[Rm
2 3
(
R2
Rm )]
总的轴向力
A1 F1 F2
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。
A1 F3 F1 F2
F3 ( R220 R22h )gH p
F1 (R22h Rh2 )gH p
2 8g
Rh2 )
1 2
(
Rm2
Rh2 )g
2 8g
( Rm2
Rh2 )
( Rm2
Rh2 )g[H
p
3 8g
( R22
Rm2
2
Rh2
)]
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
F1
(R22
Rh2 )gH
p
1 2
(R22
Rh2
) gh
h
2 8g
(R22
Rh2
)
作用在前侧的轴向力(三角形压力体重量)为
(
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 液体转速应该为
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。
F2
1 2
H p g(R2
Rm )2[Rm
2 3
(
R2
Rm )]
总的轴向力
A1 F1 F2
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。
A1 F3 F1 F2
F3 ( R220 R22h )gH p
F1 (R22h Rh2 )gH p
2 8g
Rh2 )
1 2
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2 8g
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Rh2 )
( Rm2
Rh2 )g[H
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3 8g
( R22
Rm2
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Rh2
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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
F1
(R22
Rh2 )gH
p
1 2
(R22
Rh2
) gh
h
2 8g
(R22
Rh2
)
作用在前侧的轴向力(三角形压力体重量)为
(
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 液体转速应该为
轴向力径向力及平衡
第10讲：轴向力径向力及平衡10.1 轴向力产生的原因1. 泵在运转时，叶轮前后盖板压力不对称产生轴向力，其力的方向指向吸入口方向。
2. 动反力：液体从吸入口到排出口改变方向时作用在叶片上的力，该力指向叶轮后面。
3. 泵内叶轮进口压力与外部大气压不同在轴端和轴台阶上产生的轴向力。
4. 立式泵转子重量引起的轴向力，力的方向指下面。
5. 其它因素：泵腔内的径向流动影响压力分布；叶轮二侧密封环不同产生轴向力。
10.2 轴向力的计算10.2.1 叶轮前后盖板不对称产生的盖板力A 1假设盖板二侧腔的液体无泄漏流动，并以叶轮旋转角速度之半ω/2旋转，则任意半径R 处的压头h ‘为：h ‘＝（ω2/8g ）（R 22－R 2） R 2－叶轮外径半径假定叶轮进口轴面速度与出口轴面速度相等，V m1＝V m2， 进口圆周分速度V u1＝0叶轮出口势扬程H P =H T －（（g H T /u 2）2/2g ）= H T （1－（g H T //2u 22）叶轮后盖板任意半径处，作用的压头差为：h ＝H P －h ‘＝H P －（ω2/8g ）（R 22－R 2）将上式二侧乘以液体密度ρ和重力加速度g ，并从轮毂半径积分到密封环半径，则得盖泵轴向力A 1＝πρg(R m 2－R h 2)［H P －（ω2/8g ）（（R 22－（R m 2＋R h 2）/2））］ 10.2.2 动反力A 2A 2=ρQ t （V mo －V m3COO α） （N ）其中ρ－流体密度 （Kg/m 3） Q t －泵理论流量V mo V m3 －叶片进口稍前和出口稍后的轴面流速 α－叶轮出口轴面速度与轴线方向的夹角 10.2.3 总的轴向力：A= A 1－A 2 对多级泵：A ＝（i －1）（A C ）+ A S i －叶轮级数 A C －次级叶轮轴向力 A S －首级叶轮轴向力按上述方法计算得到的轴向力，通常比实际的要小15～20％。
轴向力径向力及其平衡 PPT
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 2u2)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 )
ห้องสมุดไป่ตู้
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)
2
(R 2 2hR h 2) g[H p1g 6(R 2 2hR h 2)]
( 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 2R h 2)]
半开式叶轮轴向力 的计算
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。
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)]
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。
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 )
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 2u2)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 )
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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。
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F3(R220R22h)g H p
F1 (R22h Rh2)gHp 12(R22h Rh2)g8g2 (R22h Rh2)
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(R 2 2hR h 2) g[H p1g 6(R 2 2hR h 2)]
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(R m 2R h 2) g[H p8g 3(R 2 2R m 2 2R h 2)]
半开式叶轮轴向力 的计算
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。
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)]
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。
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 )
11第十一节 离心泵的主要零部件
2 机械密封分类 （1）内装式与外装式： 弹簧在工作介质之内的叫内装（常用）。
（2）平衡型与非平衡型
D2 − D0 K= 2 2 D2 − D1
2 2
β=K
由尺寸D1的变化来达到。
K代表介质压力作用到密 封面上的多少。（比例 ） K ≥1 K =0
β ≤0 β =1
非平衡 完全平衡
D0 < D1 常用 D0 = D2 不用
径向力常用斯捷潘诺夫公式：
Q2 F = 0.36(1 − 2 ) HB2 D2 ρg Qd F：径向力 N H：设计扬程 m B2：叶轮宽（含盖盘厚） m
ρ：密度 kg / m 3
D2：叶轮直径 m Q：实际流量 Qd ：设计流量
（2）径向力平衡：
A 双层蜗壳：使叶轮周围有两个压力分布对称的流道，每个 流道包围（对叶轮）径向力抵消。 B 加导叶：结构复杂 C 多级蜗壳泵：相邻两蜗壳相差180°配置，径向力抵消，但 有力偶存在。
3、吸入室：将液体以最小损失均匀引入叶轮
三、轴封
填料—水泵和化工泵 机械密封—国内石油储运离心泵广泛采用
填料密封的结构
常用软填料：麻填料、石
棉、合成橡胶、合成树脂、 金属填料、膨胀石墨等
1、机械密封工作原理
组成： （1）主要密封件：动环、静环 （2）辅助密封件：O形、V形 （3）压紧件：弹簧、推环等 （4）传动件：弹簧座、键、销、固定螺钉等。
2 2
i：级数 K：试验系数 ns = 60 ~ 150时 n s = 150 ~ 250 时 K = 0 .6 K = 0 .8
动反力 A（起动时有较明显的作 用，动量的变化） 2 A2 = mc 0 = ρ QT c0 m ：液体质量流量 kg / s kg / m 3 m3 / s m/s A2 很小
轴向力径向力及其平衡
轴向力和径向力的平衡对于工程结构的稳定性至关重要，能够提高工程的安全性和可靠性。 在机械、航空航天、交通运输等领域，轴向力和径向力的应用广泛，对于工程进展和效益具 有重要意义。
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汽车轮胎：在汽车行驶过程中，轮胎与地面接触产生的径向力使汽车得 以行驶平稳。
电梯：电梯的升降过程中，导轨对电梯的轴向力保证了电梯的运行稳定。
不平衡的径向力 会影响机器的性 能和寿命
轴向力不平衡：导致旋转轴弯曲或扭曲，影响旋转精度和机械效率 径向力不平衡：引起旋转轴振动，加速轴承磨损，降低机械寿命 产生原因：设计缺陷、制造误差、安装不当等 解决措施：优化设计、提高制造精度、精确安装等
轴向力在旋转机械中起到平衡作用， 防止设备发生轴向窜动。
径向力的作用点：沿着垂直 于轴线方向作用，通常作用 于物体与轴线相交的圆周上
轴向力方向：沿 着转子轴线方向
径向力方向：垂 直于转子轴线， 指向圆心
轴向力与径向力的平衡是指两种力在大小和方向上相互抵消，使物体保持稳定状态。
平衡的概念是物理学中一个重要的概念，它描述了物体在力的作用下保持静止或匀速直线运动 的状态。
力。
径向力在旋转机械 中常常被提及，例 如在轴承、齿轮和 转子等旋转部件中， 径向力会导致轴承 磨损、齿轮振动和 转子失衡等问题。
在轴向力与径向 力的平衡问题中， 径向力的平衡通 常是通过轴承、 支撑和平衡装置
等来实现的。
径向力的计算方 法有多种，可以 根据具体问题选 择适合的方法进
行计算。
轴向力的作用点：沿着轴线 方向作用，通常作用于物体 的两端
自行车：自行车轮胎与地面接触产生的径向力使自行车能够稳定行驶， 而车架受到的轴向力保证了自行车的刚度和稳定性。
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汽车轮胎：在汽车行驶过程中，轮胎与地面接触产生的径向力使汽车得 以行驶平稳。
电梯：电梯的升降过程中，导轨对电梯的轴向力保证了电梯的运行稳定。
不平衡的径向力 会影响机器的性 能和寿命
轴向力不平衡：导致旋转轴弯曲或扭曲，影响旋转精度和机械效率 径向力不平衡：引起旋转轴振动，加速轴承磨损，降低机械寿命 产生原因：设计缺陷、制造误差、安装不当等 解决措施：优化设计、提高制造精度、精确安装等
轴向力在旋转机械中起到平衡作用， 防止设备发生轴向窜动。
径向力的作用点：沿着垂直 于轴线方向作用，通常作用 于物体与轴线相交的圆周上
轴向力方向：沿 着转子轴线方向
径向力方向：垂 直于转子轴线， 指向圆心
轴向力与径向力的平衡是指两种力在大小和方向上相互抵消，使物体保持稳定状态。
平衡的概念是物理学中一个重要的概念，它描述了物体在力的作用下保持静止或匀速直线运动 的状态。
力。
径向力在旋转机械 中常常被提及，例 如在轴承、齿轮和 转子等旋转部件中， 径向力会导致轴承 磨损、齿轮振动和 转子失衡等问题。
在轴向力与径向 力的平衡问题中， 径向力的平衡通 常是通过轴承、 支撑和平衡装置
等来实现的。
径向力的计算方 法有多种，可以 根据具体问题选 择适合的方法进
行计算。
轴向力的作用点：沿着轴线 方向作用，通常作用于物体 的两端
自行车：自行车轮胎与地面接触产生的径向力使自行车能够稳定行驶， 而车架受到的轴向力保证了自行车的刚度和稳定性。
3 第三章 离心泵与风机的主要部件与整体结构
离心风机叶轮一般采用后弯式叶片：
机翼型、直板型、弯板型
空气动力性能好 效率高
制造方便 效率低
叶轮前盘的形式有：平直前盘、锥形前盘、弧形前盘。
平直—气流进口后分离损失较大，风机效率低； 弧形反之。
CHTA / CHTC / CHTD
主要特征：双层壳体（内、外壳之间充有水泵出口引来的 高压水） （1）克服热冲击产生的热应力 （2）高压液体自动密封内壳体节段结合面 （3）检修方便
见教材 P49
美国1300MW机组配用的4大多采用 圆筒型泵壳结构？（P48）
（二）凝结水泵
大容量火力发电厂汽轮机组采用筒袋型立式多级离心泵。
作用：将凝结水送至低加
主要特点：垂直悬吊式 平衡装置：平衡孔＋叶轮背
口环＋推力轴承
花两分钟看看教材P48图
（NLT型）
卧式
叶轮前 装置诱 导轮
第三节 离心风机主要部件
第三节 离心风机主要部件
一、叶轮
离心风机传递能 量的主要部件
1.前盘；2.后盘；3.叶片；4.轮豰
四、压出室
压出室的作用：将流来的高速液体汇集起来，引 向次级叶轮的进口或引向压出口，同时还将液体 中的部分动能转变成压力能。 螺旋形压出室（蜗壳体） 压出室结 构形式 环形压出室 径向式导叶与流道式导叶压出室
其它形式（双层压出室、双压出室、 倒置双涡室）
1.螺旋形压出室（蜗壳体）
特点：流道截面逐渐扩大，易于将速度水头转化为压力水头。 缺点：非设计工况时，径向力不均匀，会使泵轴产生挠度，造 成震动和密封环、轴套部件的磨损。 扩散管：使液体中的部分动能进一步转变为压力能。扩散管一 般做成向叶轮旋转方向一边扩大，扩散角为8－12度。
实测离心泵压出室内液体的压力分布图，小于设计流量与大 于设计流量时压出室压力分布正好相反。
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
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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)]
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。
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 )]
总的轴向力
A1 F1F2
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 ))
-
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
F2 (R220Rm2)gHp 12(R220Rm2)g8g2 (R220Rm2)
2
(R 2 20 R m 2) g[H p1g 6(R 2 20 R m 2)]
-
半开式混流泵叶轮的轴向力
A1F3F1F2
F3(R220R22h)g H p
F1 (R22h Rh2)gHp 12(R22h Rh2)g8g2 (R22h Rh2)
Ht v2u2g2 Ht (gH 2tgu2)2
Hp Ht (1g2uH22t )
-
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
( 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 2R -h 2)]
半开式叶轮轴向力 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
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
-
三.轮毂轴端等结构引起的轴向力 A3 的计算
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
轴向力径向力及其平衡
-
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．叶轮推动液体运动产生的动反力，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
式有关，用 A4 表示；
5．影响轴向力的其它因素。
-
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
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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。
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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)
2
(R 2 2hR h 2) g[H p1g 6(R 2 2hR h 2)]
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.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。
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。
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)]
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。
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 )]
总的轴向力
A1 F1F2
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 ))
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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
F2 (R220Rm2)gHp 12(R220Rm2)g8g2 (R220Rm2)
2
(R 2 20 R m 2) g[H p1g 6(R 2 20 R m 2)]
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半开式混流泵叶轮的轴向力
A1F3F1F2
F3(R220R22h)g H p
F1 (R22h Rh2)gHp 12(R22h Rh2)g8g2 (R22h Rh2)
Ht v2u2g2 Ht (gH 2tgu2)2
Hp Ht (1g2uH22t )
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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
( 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 2R -h 2)]
半开式叶轮轴向力 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
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
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三.轮毂轴端等结构引起的轴向力 A3 的计算
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
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．叶轮推动液体运动产生的动反力，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
式有关，用 A4 表示；
5．影响轴向力的其它因素。
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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
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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。
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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)
2
(R 2 2hR h 2) g[H p1g 6(R 2 2hR h 2)]
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.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。
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。