离心泵常见的平衡装置

　2012年1月内蒙古科技与经济Januar y2012　第1期总第251期Inner M o ngo lia Science T echnolo gy&Economy N o.1T o tal N o.251离心泵常见的平衡装置X

李　健,张津波,张　莉,黄　艺

(大港油田第三采油厂,河北沧县　061723)

摘　要:从离心泵为了平衡掉轴向力,选用的一些常用平衡装置出发,论述了单级离心泵及多级离心泵在现场中最常用的几种平衡方法,对于了解离心泵如何实现平衡具有一定的参考价值。

关键词:离心泵;轴向力;平衡装置

中图分类号:T H311 文献标识码:A 文章编号:1007—6921(2012)01—0094—01

离心泵在石油化工行业中被广泛应用,其轴向力的形成轻者会导致泵体振动,重者有可能会造成机件摩擦、机器损坏。因此,轴向力的有效平衡是保证离心泵运行可靠性和使用寿命的重要前提。如何平衡轴向力一直是离心泵设计的关键问题之一,下面我们就来分析一下离心泵常见的平衡装置。

1　单级离心泵常见的平衡装置

1.1　平衡孔法

单级离心泵中最常用的方法之一便是平衡孔法。平衡孔法即在叶轮的后盖板上开几个孔,让其进口压力和出口压力联通,以此达到平衡轴向力的目的。为了使叶轮受力均匀,平衡孔应处于同一直径上均布。平衡孔的大小通常3mm～5m m。

1.2　双吸叶轮法

单级泵还有一种常用的平衡方法,即采用双吸叶轮的方式。这种泵型的叶轮虽然只是一级,但是我们可以把它想象成是由两个背靠背的叶轮组合而成,液体由进口管线进入后,由于其进口管线中间有隔板,将一个进口分成两个进口,从叶轮的两侧同时进入,产生两个轴向力,由于其大小相等,方向相反,所以达到平衡的目的。双吸泵的特点是扬程低、排量大,广泛应用于液体提升及消防泵。

2　多级离心泵常见的平衡装置

2.1　平衡盘法

分段式多级离心泵由多个叶轮串联组成,液体由吸入口进入第一级叶轮后,产生高压的液体由第一级的叶轮出口流向第二级叶轮入口,如此逐级加压,到最后一级叶轮时,其承受的轴向力是前几个叶轮承受轴向力之和,为了平衡掉这么大的轴向力,我们选择使用平衡盘法。平衡盘部分主要由4部分组合而成:平衡盘、平衡板、平衡套、平衡管。其中,平衡盘用键固定于泵轴与泵轴一起转动,它的运动过程和整个转子是完全一致的。平衡板和平衡套固定于泵体,平衡管与进口相连。当液体通过一级一级的叶轮进入到末级时,轴向力逐渐加大,产生了一个指向叶轮进口的轴向力。此时,绝大部分液体由出口流出,同时,一小部分液体进入平衡装置回流到泵的进口。当叶轮背部的高压液体通过径向间隙流到腔体时,在平衡盘前端,受到的力是高压,而在平衡盘的后端,由于其通过平衡管和进口相连,所以受到的是低压,这时,在平衡盘的前后就产生了一个压差,这个压差就是平衡力,由于它和轴向力大小相等,方向相反,所以起到平衡轴向力的目的。当轴向力变大时,转子会向进口端窜动,平衡盘会向进口端窜动,间隙减小,泄露量减小,平衡盘前后压差增大,即平衡力变大,当增大到和轴向力大小相等时,平衡盘停留在当前位置进行工作,达到了平衡轴向力的目的。同理,当轴向力减小时,这个瞬间平衡力大于轴向力,间隙变大,泄露量随之变大,平衡盘前后压差减小,平衡力减小。当减小到和轴向力大小相等时,平衡盘停留在当前位置进行工作,达到了平衡轴向力的目的。所以,平衡盘工作时,是一个左右窜动的、动态的平衡过程,为了满足它的正常工作,就需要有一个合适的窜量。

现场,我们一般使用百分表法进行平衡盘窜量的测量。测量前,将泵拆至平衡盘部分,然后将平衡盘、轴套及其他部件按工作位置安装并锁紧为一个刚体后,将转子推向吸入方向至前死点,此时,调整好百分表的下压量,一般为2mm,并记录好数值,再将转子推向排出方向至后死点,此时百分表显示的数值与刚才记录的数值之差即为平衡盘窜量。数值算出来了,那么它是否合适呢?这就需要一个对比依据,这个依据就是转子的总窜量。

叶轮在泵壳内高速旋转,同时会有一个左右窜动,其运动的极限值为叶轮向前移动时前盖板至泵体的距离和叶轮向后移动时,后盖板至泵体的距离,这两个间隙的和便为转子的总窜量。只有让叶轮在泵壳内保持一个相对中间的位置,叶轮和泵体才不会被磨损,同时,效率才会最高。这样,我们将平衡盘窜量确定为总窜量的一半,即叶轮向前窜动时只能至前间隙的一半,向后窜动时只能至后间隙的一半。知道平衡盘窜量和总窜量的关系了,我们来测一下总窜量的数值。测量前,先将平衡盘拆掉,然后用反装法,把轴套装在原来平衡盘的位置,再用锁紧螺母将其和各级转子一起锁紧为一个刚体,其测量方法和平衡盘的测量方法是完全一样的,(下转第96页)

X收稿日期:2011-11-25

　总第251期 内蒙古科技与经济

削时,设实际刀具半径值为R,输入数控系统数半径值为r,当R=r,刀具的边缘与工件外轮廓相切,加工后的零件尺寸与零件图中要求的尺寸相等;当R> r,加工后的零件尺寸比零件图中要求的尺寸单边小一个(R-r)值;当R

在加工的过程中,我们还可以利用刀具半径补偿功能实现零件的粗加工和精加工。刀具中心到工件轮廓之间的偏置量与刀具半径不相等,可用刀具半径补偿功能来解决这一问题。粗加工时将实际刀具半径值加上精加工余量作为刀具半径补偿值,输入到偏置寄存器中;当精加工时,可输入刀具实际半径值作为偏置值。

4　使用刀具半径补偿时的注意事项

在加工过程中能灵活运用刀具半径补偿功能不但能简化编程还能提高加工效率,在数控加工中具有非常重要的意义。实际使用刀具半径补偿时,必须注意以下几点内容:

¹数控铣床有X、Y、Z三个基本坐标轴,可以构成G17(XY)、G18(XZ)、G19(YZ)3个平面,在进行刀具半径补偿前必须用G17、G18、G19指定刀具半径补偿是在哪个平面上进行的。平面选择的切换必须在补偿取消的方式下进行,否则将产生报警;º在使用G40、G41、G42建立或撤销刀具半径补偿时,要在刀具运动的过程中建立或撤销刀具半径补偿。因为刀具半径补偿的建立或撤销都需要刀具偏移一个半径值,见图1,只有在刀具运动的过程中,偏移值才能完全偏离,且刀具运动的距离必须大于刀具半径值;»使用G41(或G42)建立刀具半径补偿的过程中,当刀具接近工件轮廓时,数控系统认为是从刀具中心点坐标到刀具外圆与轮廓相切点的坐标,用G40刀具退出时相反,刀具接近工件和退出工件时要注意刀具与工件之间会发生干涉而过切或碰撞等问题的出现。见图4。其中,图4(1)为安全合理的完成刀具半径补偿的建立;图4(2)为在建立刀具半径补偿的过程中,由于刀具的初始位置不合理,导致建

立刀具半径补偿的过程中与工件发生干涉。

图4　建立刀具半径补偿

5　结束语

刀具半径补偿在数控编程中具有非常重要的作用。深刻理解刀具半径补偿的原理,熟练准确的运用刀具半径补偿参数,掌握刀具半径补偿的技巧,以及正确编制加工程序是保证数控加工精度的前提条件。

[参考文献]

[1]　林弈鸿.机床数控技术及其应用[M].北京:机

械工业出版社,1994.

[2]　康俐.数控编程与操作[M].北京:人民邮电出

版社,2011.

(上接第94页)测得的两个数值之差即为转子的总窜量。通过两个数据的对比,看平衡盘窜量是否为总窜量的一半。现场操作时,由于轴向力是指向叶轮进口的,会磨损到叶轮前盖板,所以,在确定平衡盘窜量时,通常在总窜量的一半数据上,再加上0.1mm ～0.25mm的经验值,这样既保证了泵运转过程中在一个相对中间的位置,又减少了平衡盘的磨损。

如果通过对比,发现平衡盘窜量不合适,就需要我们调整了,平衡盘间隙的调整是整个泵维修过程中最重要的一步。当窜量过小时,可以在平衡盘轴套内端增加合适的垫圈。当平衡盘窜量过大时,可以在泵体平衡板的背部加装合适厚度的垫片,或对平衡盘轴套进行适当的车削。如果平衡盘磨损量过大,就要考虑更换新的平衡盘了。

2.2　叶轮对称布置法

叶轮对称布置的离心泵,见图1。液体由一级叶轮进入后,产生高压的液体由出口进入二级叶轮,其进口方向朝左,当需要进入三级叶轮时,其液体通过加长流道,进入右侧第一级叶轮,即三级叶轮,再依次进入四级叶轮。这两级叶轮进口方向朝右,这样,在四级叶轮上,前两级叶轮由于进口朝左,产生了一个方向朝左的轴向力,后两级叶轮由于进口朝右,产生了一个方向朝右的轴向力,两个轴向力大小相等,方向相反,互相抵消,以此达到平衡轴向力的目的。其优点是平衡效果较好,不用单独设置平衡装置,减少维修费用,缺点是流道长,铸造复杂。这种方法由于需要叶轮对称布置,

所以一般用在偶数级泵上。

图1　叶轮对称布置的离心泵

3　结束语

以上是针对离心泵在实际生产过程中最常用的几种平衡方法的简要分析及总结,希望能够对大家的工作提供切实的便利。