多级离心泵的轴向力的计算
离心泵轴向力计算式应用与平衡
离心泵轴向力计算式应用与平衡作者：于锡平来源：《科学与财富》2014年第02期摘要：离心泵在工作过程中，可靠运行的一个重要方面就是平衡部件（平衡盘或平衡鼓）和推力轴承的设计，一般在多级离心泵的叶轮上不考虑平衡轴向力的结构，因此，泵轴向力计算的准确程度影响到平衡部件、推力轴承的设计和使用寿命，本文经多年的设计实践，提出较理想的轴向力计算式，基本在设计卧式多级泵或立式多级泵的平衡盘或平衡鼓的部件时没有失误，可以借鉴。
关键词：离心泵；轴向力；计算式应用；平衡1. 轴向力产生的原因由于叶轮前后盖板因液体压力分布情况不同引起很大的轴向力，叶轮后盖板所受压强大于前盖板所受的压强，形成的压力差，方向自叶轮背面指向叶轮入口，这个力是泵轴向力的主要组成部分。
泵在正常运行时，叶轮吸入口的压力P1，叶轮背面的压力为P2，且P2>P1，因此沿着泵的轴向方向就会产生一个推力。
液体流经叶轮后，由于流动方向变化所产生的动压力F2，在多级离心泵中，流体通常由轴向流入叶轮，由径向流出，流动方向的变化是由于流体受到叶轮的作用力，因此流体也给叶轮一个大小相等、方向相反的反作用力。
扭曲叶片工作面和背面压力不同产生的轴向力。
对于立式泵，转子的重量也是轴向力的组成部分。
其它因素产生的轴向力。
2. 轴向力计算式探讨假定叶轮两侧间隙液体压力分布规律相同，则有轴向力F1=π/4（D21-dh2）ρg[HP-U22/8zg{1-（D21-d2h）/2D22}]，实际上，由于存在泄漏，轮盖两侧会有液体从外径处经轮盖密封流向吸入口，轮盘测则由于级间泄漏，有液体自高压级漏失到低压级，从叶轮内径处流向外经处，在轮盖测，液体做向心的径向流动，所以压力要减小，而在轮盘测，液体作离心的径向流动，所以，压力要增大，这样一来，轴向力F1的实际值比上式要大一些，所以，一般使用经验公式F1=（π/4）（D21-d2h）ρgkHi，其中，k为实验系数，与比转数有关，当nS=60-150时，k=0.6；当nS=150-250时，k=0.8；i为叶轮级数。
多级离心泵轴向力及平衡鼓尺寸计算研究
引言
由于压差力和动反力等因素的共同作用，离心 泵叶轮会受到从后盖板指向前盖板的轴向力，尤其 对于单向排列的多级泵来说，叠加而成的轴向力对 泵组的可靠运行影响巨大切。平衡鼓与推力盘的组 合是目前业内经常采用的一种平衡轴向力的方法， 然而，由于结构复杂、参数众多、计算繁琐，传统 的轴向力以及平衡鼓尺寸计算公式在精度上并不能 满足生产需要。而不佳的平衡鼓尺寸选择往往会导 致泵在运行过程中轴向窜动过大、推力轴承烧瓦等 事故。因此，一套准确、便捷的轴向力与平衡鼓尺 寸计算方法对于工程生产来说十分必要。
式中，t为叶轮到泵壳或导叶的间隙值。 求解方程（1）可得
1单级叶轮轴向力计算公式
1.1基本量
图1为一叶轮轴向剖面简图，各直径尺寸如图 所示，令其所对应的半径值分别为心,、R”、&、 尺2、R。、心,进而可得到液体进入叶轮入口的截 面积令=77（疋-用）。
此外，令泵的级数为N、流量为9、转速为3, 扬程为H。为简便起见，以下均用扬程当量来代表 压强，即用h =p/pg来代替P,其中P为液体密度， g为重力加速度。在叶轮出口处，液体周向流速等
£"=//• — £ D严
)=1
(13)
2平衡鼓尺寸的计算
III
图3产生压差的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ个部分
图4为末级叶轮与平衡鼓的结构简图，其中区 域IV内流体已不再满足牛顿粘性定律的使用条件,
因此无法继续假定该区域内液体的平均转速为 3/2。鉴于其压强分布的复杂程度，本文直接计算
末级叶轮与平衡鼓所产生的总轴向力，从而把第IV 区域内产生的轴向力转化为系统内力，以避开此部
于叶轮转动速度，即“2=3^2。
多级离心泵常见的轴向力平衡装置
究方 向： 采购 管理。
６结束 语
些无人值守岗位的需求， 可是实现其远程控制。
参 考文献
智能电话远程控制系统设计采用了 ２ ８ 个引脚的 Ｐ Ｉ Ｃ １ ６ Ｆ ７ ３ 单片机 作为系统的核心信息检测 、 信息处理 ， 以及控制实现的实现模块 ， 充分 利用硬件资源和单片机内部结构资源， 并充分结合软件编程， 使其发挥 最大作用实现了对语音、 密码 、 显示等服务， 丰富了设计的功能 ， 系统运 行更 加人性化 ， 有 很强 的可操作性 。该 系统做 到了高稳定 性 、 低成本 、 小 体积 、 内嵌容易， 可以远程通过语音提示 ， 实现人机交互 ， 实现对家里面 空调器、 洗衣机、 电饭煲、 电灯等设备的开关实现 ； 符合未来家电的智能 化、 网络化发展方向。另外 ， 本设计也可以用在工业 、 农业等领域 ， 对一
２ ． ３平 衡盘法
△Ｐ ２
图 ３双平衡鼓 示意 图
３结束语 平衡装置 的设计 是多级 泵设计 中 的关键 问题 之一 ，选 择合适 的平 衡装 置对泵 组平稳运行 、 节省维护 费用意义重 大。 作者简介： 王胜坤（ １ ９ ８ ６ ， ８ 一 ） ， 男， 北京， 研究生学历 ， 助理工程师， 研
科 技 创 新
２ ０ １ ３ 年 第 ２ ｏ 期Ｉ 科技创新与应用
多级离 心泵常见 的轴 向力平衡 装置
王 胜 坤 罗 乐
ห้องสมุดไป่ตู้
（ 中国核 电工程有 限公 司， 北京 １ ０ ０ ８ ４ ０ ） 摘 要 ： 轴 向力平衡装置的选取是 多级 离心泵设计 中的关键 问题 ， 其 目的是平衡轴向力 ， 防止转子的轴向 窜动。文章分析 了多 级 离心 泵轴 向力 产 生原 因 ， 并 介 绍 了常 用 的平 衡 装 置 。
多级离心泵轴向窜量的正常范围
多级离心泵轴向窜量的正常范围
多级离心泵轴向窜量是指泵轴在水平方向上的运动距离。
正常范围会根据具体的泵的设计和工作条件而有所不同。
一般来说，在运行条件下，多级离心泵轴向窜量应满足以下要求：
1. 通常，泵轴窜量应小于泵轴承的允许轴向负荷范围。
2. 轴向窜量应小于轴承的径向游隙。
3. 轴向窜量应小于泵的设计允许值。
具体的正常范围还需要根据具体的泵型号、工况和运行条件来确定。
如果泵轴向窜量超过正常范围，可能会导致泵的性能下降、泵轴承过热甚至损坏等问题。
因此，在安装和调试过程中，需要按照泵的使用说明书和工作条件要求来进行操作，以保证多级离心泵的正常运行。
轴向力径向力及其平衡
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
多级离心泵轴向力平衡方法有哪几种？
(1)平衡鼓法这是一种径向间隙液压平衡装置，它装在最后一级叶轮和平衡室之间，和泵轴一起旋转的称为平衡鼓轮，静止部分称为平衡鼓轮头。
用一根管线平衡室与泵进口连通，这样平衡室内的压力就等于进口连通管线中损失压力之和。
平衡鼓法平衡原理：平衡鼓轮前面是最后一级叶轮的后泵腔，其压力接近于泵的排出压力，因而平衡鼓两个端面之间有一个很大的压力差，能够把平衡鼓轮向后推，从而带动整个转子向后移动。
如果我们设法使这个推力和离心泵的轴向力相等，就能够达到平衡轴向力的目的。
(2)平衡盘法(下图)：平衡盘是一种轴向间隙液压平衡装置。
装在最后一级叶轮与平衡室之间，和轴一起转动的称为平衡盘，静止不动的称为平衡环(套)。
平衡原理：从叶轮出来的一部分液体经过平衡盘与平衡环之间的轴向间隙漏入平衡室，再用管路把平衡室与泵吸入口连通，这时平衡盘背面所受的压力是平衡室压力。
平衡盘正面最小直径上受到的压力是泵的吐出压力，而在周界上是平衡室压力。
只要选择好平衡盘的内、外直径尺寸，就可以使平衡盘正面与背面的压力差和泵的轴向力相等，从而达到平衡的目的。
平衡盘法假如泵的轴向力增加，这额外的压力就会把泵的转子推向吸入口侧，从而使平衡盘和平衡环之间的端面间隙减小。
此时通过这个间隙的漏失量将减少，平衡室压力下降，这时平衡盘前后的压力差增加，将转子向吐出口方向推，直到与轴向力平衡为止。
反之，如果泵的轴向力减小，就会造成平衡盘与平衡环之间的轴向间隙增大，漏失量增加，平衡压力增高，直到又获得新的平衡为止。
(3)平衡盘与平衡鼓组合法(下图)：平衡盘与平衡鼓组合实际上是一种径向、轴向液压平衡装置。
高压多级离心泵普遍采用此法，平衡效果好，组合法的平衡原理与上述两法相同。
平衡盘与平衡鼓组合法(4)叶轮对称布置平衡法：在多级水平中开式离心泵中通常采用叶轮对称布置平衡法来平衡轴向力，使成组叶轮的吸人口方向正好相反，从而起到平衡轴向力的作用。
在泵上也要安装止推轴承。
“多点应力法”测量多级离心泵轴向力和径向力
摘
要 ： 提 出了用 “ 多点 压力 法 ” 量 多级 离心 泵轴 向力和 径 向力 ， 泵轴 向空 间无法 安装 外 接测 量装 置 时 解决 了测 量 测 在
问题 。利 用测 量 的数 据 ， 靠地 修正 了原有 平衡鼓 的外 径 ， 果表 明该 方 法简 便 、 确 ， 降低 测量 成 本 ， 短测 量时 间 。 可 结 精 能 缩 关键 词 ： 多级 离心 泵 ； 向力 ； 向力 ； 量 轴 径 测
中 图分 类 号 ： Ｔ ３ １ Ｈ １ 文献 标识 码 ： Ａ
Ｍ ｅ ｓ ｒ ｎｇ ｏ ｉ ｌＦｏ ｃ ｎｄ Ｒａｄ ａｌＦｏ ｃ ｕ ｔｓａ ｅ Ｃｅ ｔ ｉｕ ｌ ａ ｕ ｉ ｆＡｘ ａ ｒ ｅ ａ ｉ ｒ ｅ ｏｆＭ ｌ ｔ ｇ ｎ ｒ ｆ ｇａ ｉ
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化工机器--离心泵
四 离心泵的工作点与流量调节
（1）管路特性曲线
（2）工作点
所谓离心泵的工作点是指离心泵的性 能曲线（H～Q曲线）与管路特性曲 线的交点，即在H～Q坐标上，分别 描点作出两曲线的交点M点。 如果H～Q曲线方程可近似表示为 H=A－BQ2管路特性曲线方程表示为 H=K＋CQ2，则工作点对应的流量和 扬程由这两个方程联立求解。
液体离开叶轮进入泵壳后，由于泵壳中流道逐渐加 宽，液体的流速逐渐降低，又将一部分动能转变为 静压能，使泵出口处液体的压强进一步提高。液体 以较高的压强，从泵的排出口进入排出管路，输送 至所需的场所。 当泵内液体从叶轮中心被抛向外缘时，在中心处 形成了低压区，由于贮槽内液面上方的压强大于泵 吸入口处的压强，在此压差的作用下，液体便经吸 入管路连续地被吸入泵内，以补充被排出的液体， 只要叶轮不停的转动，液体便不断的被吸入和排出。 由此可见，离心泵之所以能输送液体，主要是依靠 高速旋转的叶轮，液体在离心力的作用下获得了能 量以提高压强。
五、离心泵的相似及应用
（一）相似的产生及判据 1 相似问题的提出： 在实际使用中，往往会遇到一些特殊尺寸泵，如用于水利灌溉 的超大尺寸泵，其吸入口直径超过2米。这样的泵往往是先在实 验室将其缩小研究，等性能稳定、符合要求后，在将其放大， 这样保证在最小的制造成本下，制造出性能可以预知的大尺寸 泵。 这种问题的实质是要建立小泵与大泵之间随尺寸变化而性能 变化的数学关系。建立了这种关系，我们便称这两台泵相似。 而这种关系被称为相似定律。 2 相似的条件：----充分、必要条件 两台泵相似，应满足以下条件： 几何相似、运动相似、动力相似。
离心泵的能量损失 容积损失（泄露引起的） 容积效率 水力效率 机械效率
水力损失（粘性和涡流引起的）
离心泵的结构
第二节离心泵的结构任何离心泵均由吸入机构、导流机构、过流、密封、平衡、支承及辅助机构等部件组成。
其中吸机构和导流机构组成泵壳部分；过流部件的轴、叶轮、轴套以及其它大部分套装轴上的零件组成了泵的转子部分，另外平衡轴向力的机构和机械密封组件等也装在轴上。
一、泵壳1.泵壳的作用1）将液体均匀地导入叶轮，并收集从叶轮高速流出的液体，送入下一叶轮或导向出口。
2）实现能量的转换，变动能为压力能。
2.泵壳的形式（1）蜗形泵壳通过螺线形流道（如图1-11）使液流平缓地降低流速，以使大部分动能转为压能，同时起导向作用。
（2）有导轮的分段泵壳用于分段式多级泵。
液流通过靠近叶轮外缘的导轮（如图1-12）改变流向。
导轮的流道入口应尽量保持使液流方向与叶轮甩出方向一致，以避免因冲击而引起的能量损失，但工况改变时，有时还是不可避免的。
液体流经导轮同样起降速增压和导向作用。
（3）两种泵壳特点的比较蜗形泵一般多用于单级泵及水平中开式的多级泵；而具有导轮的分段泵壳则都在多级泵。
两种泵壳特点比较见表1-3。
泵壳的材质取决于输送介质的温度、压力和介质的腐蚀性。
表1-3 两种泵壳特点比较二、转子部分转子是一组合部件。
它由轴、叶轮、轴套等组成，是产生离心力和能量的旋转主体。
密封部件、平衡装置等也都套装在轴上，是离心泵的关键部分。
1.叶轮叶轮是离心泵的主要零件。
叶轮主要由轮盖、叶片、轮毂等组成（图1-13）。
在前后轮盖与叶片之间形成流道，叶轮在轴的带动下旋转，产生离心力，液体由叶轮中心轴进入，由外缘排出，完成液体的吸入与排出。
叶轮的形式按进水方式可分为单吸和又吸两种。
2.转轴转轴的作用是传递原动机的动力及带动叶轮旋转，并支承轴上各零部件的重量。
3.轴套轴套套装在轴上，一般是圆柱形。
轴套有两种：一种是装在叶轮与叶轮之间，主要起固定叶轮的作用；另一种是装有轴两头密封处，防止轴磨损，起保护轴的作用。
4.轴与叶轮的装配方法轴与叶轮的装配方法有两种：一是悬臂式，把叶轮固定在轴的一端，并通过键或叶轮与轴的螺纹连接来传递扭矩。
离心泵轴向力的产生及平衡措施
离心泵轴向力的产生及平衡措施许华峰【摘要】分析离心泵轴向力产生的原因,根据具体实际情况采用平衡措施,有效减少泵的故障,为装置平稳运行创造有利条件,同时也降低了维修成本.【期刊名称】《中国设备工程》【年(卷),期】2015(000)012【总页数】3页(P61-63)【关键词】轴向力;平衡措施;轴向力计算【作者】许华峰【作者单位】山东天弘化学有限公司,山东东营 257000【正文语种】中文【中图分类】TH311离心泵在运转时产生轴向力，流体作用在转子上的轴向力主要是由于其作用在叶轮两侧的压力分布不对称而引起的，此轴向力在工况稳定的情况下是一定值，即静态轴向力，设计时一般采用平衡装置将其平衡掉，剩余部分由止推轴承承担；而实际上，作用在止推轴承上的轴向力并不是固定不变的，运行工况、密封间隙、制造及装配误差等因素均会引起轴向力的变化，轴向力的变化部分称之为动态轴向力，而它是平衡装置无法平衡的。
加上各种轴向力计算公式理论上都存在着误差，静态轴向力的平衡也是不准确的。
这两方面是引起泵本身及电动机损坏的主要原因，极易造成作用在止推轴承上的轴向力过大或过小，轴向力过大则造成烧瓦、断轴、密封隔板的损坏或增大止推轴承的摩擦，主轴、叶轮向进口方向移动致使叶轮与泵壳发生摩擦，电动机负载加大；如果轴向力过小，则会引起转子的前后窜动。
1.轴向力的产生在离心泵中液体是在低压力P1下进入叶轮，而在高压力P2下流出叶轮。
由于出口压力大于进口压力及叶轮前后盖板的不对称，使得叶轮两侧所受的液体压力不相等，因而产生了轴向推力，如图1所示。
从图1可以看出，作用在叶轮右边的压力为:P右=πr22P2;作用在叶轮左边的压力为：P左=πr12P1+π（r22-r12）P2。
式中r1、r2为叶轮的内、外圆半径，ΔP=P右+P左=πr12（P1-P2）。
因P2＞P1，故ΔP是正值。
因此当离心泵运转时总有一个沿轴并指向吸入口的力作用在转子上。
叶轮入口部位是低压，而出口及叶轮背部是高压，在叶轮的前轮盖和后轮盖之间形成压差，这个压差就形成了轴向力。