离心式泵的轴向力的平衡装置
多级离心泵常见的轴向力平衡装置
多级离心泵常见的轴向力平衡装置軸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。
标签：多级泵；轴向力；平衡装置引言多级离心泵在电力、石油化工等行业被广泛应用。
轴向力平衡装置的选取是泵组设计的关键问题，检查平衡装置是否需要更换或优化也是多级离心泵维修中的一项重要工作。
泵组运转过程中，若平衡装置不能中和泵组产生的轴向力，则会造成泵动静部件摩擦而降低效率，严重时泵转子与各静部件咬死而导致泵损坏。
1 轴向力的产生多级离心泵运行过程中产生的轴向力包括以下几种：因作用在各叶轮吸入端（驱动端）和吐出端（自由端）的压力不相等，从而产生指向泵驱动端的轴向力；液体从吸入口到排出口改变方向时作用在叶片上的力，指向叶轮背面，称为动反力；由于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；立式泵转子重量引起的向下的轴向力；其他轴向力。
2 轴向力的平衡装置总轴向力会使转子轴向窜动，造成泵动静部件摩擦，而平衡装置的两端有一个压力差，其中的液体形成一个与总轴向力方向相反的平衡力，平衡力大小随平衡盘的移动而变化，直到与轴向力抵消，但由于惯性的作用转子不会立即停止窜动，而是在平衡位置左右窜动且幅度不断减小，最终停留在平衡位置，故随着运行工况的变化，泵转子始终处于动态平衡状态。
平衡装置的设计为多级离心泵设计中的重点，包括叶轮对称布置（适用于偶数级泵）与平衡盘（鼓）法两大类，平衡盘（鼓）法又包括平衡鼓、平衡盘、平衡盘鼓、双平衡鼓形式，随着结构的逐渐复杂，平衡效果也越好。
平衡盘（鼓）法多与推力轴承配合使用，推力轴承一般只承受5%～10%的轴向力，在设计平衡盘（鼓）时，一般不考虑推力轴承平衡的轴向力，保证泵在推力轴承损坏的情况下，平衡盘（鼓）仍能正常工作。
2.1 叶轮对称布置法叶轮级数为偶数时可采用叶轮对称布置法平衡轴向力，设计上要注意反向叶轮入口前的密封节流衬套尺寸要与叶轮轮毂尺寸一致。
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。
水泵的常见平衡装置结构探讨
水泵的常见平衡装置结构探讨摘要：在工业生产过程中，水泵是一种非常重要的机械，轴向力平衡装置是离心泵运行过程中必不可少的装置之一，它能够保证其运行过程的可靠性和使用寿命。
本文就水泵的轴向力平衡装置原理和结构进行了比较和探讨，以便做好水泵平衡装置的维护工作，提高水泵运行的稳定性。
关键词：离心泵轴向力平衡装置平衡盘单侧进水的离心泵在工作时水泵内吸入端的压力一定小于压出端，这样压力高的一端压出端的压力作用在叶轮上，使转子受到一个从压出端指向吸入端的一个力，这个力叫轴向推力。
轴向力必须采用不同的方法平衡，否则将使动、静部件发生摩擦或碰撞。
平衡离心泵轴向推力的方法很多，下面就一些常用方法加以介绍。
一、平衡孔平衡法平衡孔的结构如图1所示，在叶轮前都装有卡圈（密封环），在叶轮吸入口相对的叶轮后盖板上加工有平衡孔，使叶轮进口前后两侧的压力相等，作用在叶轮上的轴向椎力得到平衡。
这种平衡方法简单可靠，缺点是部分流体经平衡孔漏回叶轮的吸入侧时，将使叶轮流道中流体受到干扰，造成涡流损失，使泵的效率降低1。
图1 平衡孔的结构图-2 平衡管平衡结构________________________________________________________二、平衡管平衡法平衡管结构如图-2所示，平衡管是将叶轮后侧靠近轮的空穴与水泵吸水侧用管子连接起来，以使叶轮卡圈（密封环）以下两侧的力相平衡，从而消除了轴向推力。
采用平衡管平衡轴向推力的效果比较可靠、简单，但是效率比较低，泵内的损失比较大。
所以在一些小型离心泵中常采用平衡孔和平衡管综合使用方法效果更好。
三、对称进水平衡法在单级大流量离心泵中常采用双吸叶轮自动平衡轴向推力，多级大容量离心泵把叶轮设计为偶数，使其一半叶轮从左侧进水，另一半叶轮从右侧进水，这样两侧的轴向推力基本相等，自动平衡了轴向推力。
为了安全可靠可以采用推力轴承平衡剩余的轴向推力。
四、平衡鼓平衡鼓是个圆柱体，装在末级叶轮之后，随转子一起旋转。
离心泵的基础知识(定义,原理,分类)
一、离心泵的概述离心泵引就是根据离心力原理设计的，高速旋转的叶轮叶片带动水转动，将水甩出,从而达到输送的目的。
离心泵有好多种，从使用上可以分为民用与工业用泵；从输送介质上可以分为清水泵、杂质泵、耐腐蚀泵等。
二.离心泵的工作原理驱动机通过泵轴带动叶轮旋转产生离心力,在离心力作用下,液体沿叶片流道被甩向叶轮出口,液体经蜗壳收集送入排出管。
液体从叶轮获得能量,•使压力能和速度能均增加,并依靠此能量将液体输送到工作地点。
在液体被甩向叶轮出口的同时,叶轮入口中心处形成了低压,在吸液罐和叶轮中心处的液体之间就产生了压差,吸液罐中的液体在这个压差作用下,不断地经吸入管路及泵的吸入室进入叶轮中。
离心泵的工作原理是：离心泵之所以能把水送出去是由于离心力的作用。
水泵在工作前，泵体和进水管必须罐满水形成真空状态，当叶轮快速转动时，叶片促使水快速旋转，旋转着的水在离心力的作用下从叶轮中飞去，泵内的水被抛出后，叶轮的中心部分形成真空区域。
水源的水在大气压力（或水压）的作用下通过管网压到了进水管内。
这样循环不已，就可以实现连续抽水。
在此值得一提的是：离心泵启动前一定要向泵壳内充满水以后，方可启动，否则泵体将不能完成吸液，造成泵体发热，震动，不出水，产生“空转”，对水泵造成损坏（简称“气缚”）造成设备事故。
离心泵的种类很多，分类方法常见的有以下几种方式1按叶轮吸入方式分：单吸式离心泵双吸式离心泵。
2按叶轮数目分：单级离心泵多级离心泵。
3按叶轮结构分：敞开式叶轮离心泵半开式叶轮离心泵封闭式叶轮离心泵。
4按工作压力分：低压离心泵中压离心泵高压离心泵边立式离心泵。
叶轮安装在泵壳2内，并紧固在泵轴3上，泵轴由电机直接带动。
泵壳中央有一液体吸入4与吸入管5连接。
液体经底阀6和吸入管进入泵内。
泵壳上的液体排出口8与排出管9连接。
在离心泵启动前，泵壳内灌满被输送的液体；启动后，叶轮由轴带动高速转动，叶片间的液体也必须随着转动。
在离心力的作用下，液体从叶轮中心被抛向外缘并获得能量，以高速离开叶轮外缘进入蜗形泵壳。
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 。
多级离心泵轴向力平衡装置改造
严 重 时 刚换 上 备 件 ，启 动后 立 刻 磨 损 。 由于泵 两 端 支 承轴 承 为 中分 式 巴 氏合 金 滑 动 轴 承 ，运 行 时 形 成 动 压 润滑 ，使 转 子 沿轴 线 窜 动 灵 活 ，保 证 平 衡 装 置灵 敏 可靠 。平 衡 盘 的过 度 磨 损 ，会使 动 静 部 件 相碰 擦 ，导 致转 子导 叶几 乎 全 部 报废 、电 动 机 轴承损 坏 的严 重事故 。
使 用 ，水 泵 的工 作 运行 工 况稳 定 ，很 少 出现 剧烈
的平衡力不足 以平 衡轴向推力 ，最终造成平衡盘 和平 衡 座 咬死 。而 且 ，由 图 １ 以看 出 ，在 平 衡 可 盘与平衡座形成的高压密封腔 中 ，水通过轴 向间 隙泄 漏 ，后 面没 有节 流措 施 ，当平 衡 盘 向右 移 动 、
厂 提供 了 ４台 Ｄ ２０ １０ １ Ｇ ５— ６ｘ ０型锅 炉给水 泵 ，其轴 向力平 衡结 构均 为平 衡 盘 。但 设 备运 行 时 间不 长 ，
就 相继 出 现 了一 系 列 问题 ：振动 超标 、轴 瓦烧 坏 。
我公司服务人员和技术人员配合用户 ，多次到现 场 ，对 水 泵 进 行 了拆 检 ，发 现平 衡 盘 严 重 磨 损 ， 比较 严 重 的 是 有 的平 衡 盘 由 于 高 速 磨 损 、发 热 ， 导 致烧 结在 一起 。有时一 月 之 内数 次更 换 平衡 盘 ，
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。
离心泵的主要工作原理
多级离心泵的主要工作原理（1）叶轮被泵轴带动旋转，对位于叶片间的流体做功，流体受离心力的作用，由叶轮中心被抛向外围。
当流体到达叶轮外周时，流速非常高。
（2）泵壳汇集从各叶片间被抛出的液体，这些液体在壳内顺着蜗壳形通道逐渐扩大的方向流动，使流体的动能转化为静压能，减小能量损失。
所以泵壳的作用不仅在于汇集液体，它更是一个能量转换装置。
（3）液体吸上原理：依靠叶轮高速旋转，迫使叶轮中心的液体以很高的速度被抛开，从而在叶轮中心形成低压，低位槽中的液体因此被源源不断地吸上。
气缚现象气缚现象：如果多级离心泵在启动前壳内充满的是气体，则启动后叶轮中心气体被抛时不能在该处形成足够大的真空度，这样槽内液体便不能被吸上。
这一现象称为气缚。
为防止气缚现象的发生，多级离心泵启动前要用外来的液体将泵壳内空间灌满。
这一步操作称为灌泵。
为防止灌入泵壳内的液体因重力流入低位槽内，在泵吸入管路的入口处装有止逆阀（底阀）；如果泵的位置低于槽内液面，则启动时无需灌泵。
（4）叶轮外周安装导轮，使泵内液体能量转换效率高。
导轮是位于叶轮外周的固定的带叶片的环。
这些叶片的弯曲方向与叶轮叶片的弯曲方向相反，其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相适应，引导液体在泵壳通道内平稳地改变方向，使能量损耗最小，动压能转换为静压能的效率高。
（5）后盖板上的平衡孔消除轴向推力。
离开叶轮周边的液体压力已经较高，有一部分会渗到叶轮后盖板后侧，而叶轮前侧液体入口处为低压，因而产生了将叶轮推向泵入口一侧的轴向推力。
这容易引起叶轮与泵壳接触处的磨损，严重时还会产生振动。
平衡孔使一部分高压液体泄露到低压区，减轻叶轮前后的压力差。
但由此也会引起泵效率的降低。
（6）轴封装置保证离心泵正常、高效运转。
离心泵在工作是泵轴旋转而壳不动，其间的环隙如果不加以密封或密封不好，则外界的空气会渗入叶轮中心的低压区，使泵的流量、效率下降。
严重时流量为零——气缚。
通常，可以采用机械密封或填料密封来实现轴与壳之间的密封。
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
离心泵常见的平衡装置
单 级 离 心 泵 中 最 常 用 的 方 法 之 一 便 是 平 衡 孔 法 。 衡 孔 法 即 在 叶 轮 的 后 盖 板 上 开 几 个 孔 ， 其 进 平 让
离心泵 常 见的平衡 装置
李 健 ， 津 波 ， 张 张 莉 ， 黄 艺
（ 港 油 田第 三 采 油 厂 ， 北 沧县 大 河 ０１２） ６ ７ ３ 摘 要 ： 离 心 泵 为 了 平 衡 掉 轴 向 力 ， 用 的 一 些 常 用 平 衡 装 置 出 发 ， 述 了 单 级 离 心 泵 及 多 级 离 从 选 论 心 泵 在 现 场 中最 常 用 的 几 种 平 衡 方 法 ， 于 了 解 离 心 泵 如 何 实现 平 衡 具 有 一 定 的 参 考 价 值 。 对
２１ ０ ２年 １月
内 蒙 古 科 技 与 经 济
Ｉｎ ｒＭ ｏ ｇ ｌ ｃｅ ｃ ｃ ｎ ｌｇ ＆ Ｅｃ ｎ ｍｙ ｎ ｅ ｎ ｏｉ Ｓ ｉｎ ｅＴｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｏｏ
Ｊ ｎ ａｙ ２ １ ａ ｕ ｒ ０ ２
Ｎ ｏ． １ Ｔｏｔ ｌＮｏ．２ ａ ５１
第 １期 总 第 ２ １ ５ 期
分 段 式 多 级 离 心 泵 由 多 个 叶 轮 串 联 组 成 ， 体 液 由 吸 人 口进 入 第 一 级 叶 轮 后 ， 生 高 压 的 液 体 由 第 产 级 的 叶 轮 出 口 流 向第 二 级 叶 轮 人 口 ， 此 逐 级 加 如 压 ， 最 后 一 级 叶 轮 时 ， 承 受 的 轴 向力 是 前 几 个 叶 到 其
１ 单级 离心 泵常见 的平衡 装置
离心泵新型轴向力平衡装置动态轴向力计算及设计方法
离心泵新型轴向力平衡装置动态轴向力计算及设计方法刘在伦;杨建霞;吴新瑞;邵安灿【摘要】In the case of impeller axial clearance being from 0.1 mm to 1.0 mm,the liquid pressure distribution in it,leakage,and axial thrust on the ring are calculated and analyzed by means of increasing the outer radius of both the moving and still rings and keeping that of inner radius constant.The result show that the liquid pressure in axial clearance will radially increase gradually and its dependence curve on radius will be an oblique straight line;both the ratio of outer radius to inner radius of moving and still ring and the size of axial clearance will have an obvious effect on its slope.When that ratio is constant the leakage coefficient will rapidly increase with the increase of the gap-to-diameter ratio at first and then tend to be flat while the axial thurst coefficient will sharply decrease at first and then tend to be flat.In terms of reduction of liquid leakage with axial thrust control,it is proposed that the gap-to-diameter ratio of the transition zone can be taken as a theoretical basis of design of axial clearance of centrifugal pump.The liquid pressure in balance cavity without balancing device is tested,and the effect of the balancing device for reducing axial thrust is analyzed comparatively.%采用动静环内半径不变加大其外半径的方法,对轴向间隙为0.1～1.0 mm时其内的液体压力分布、泄漏量、动环上轴向力进行了数值计算及分析.结果表明:轴向间隙液体压力沿半径方向逐渐增大,其关系曲线是斜直线,但动静环外半径与内半径比值和轴向间隙大小对其斜率有明显影响;在相同的动静环的外半径与内半径的比值时,隙径比增大,泄漏量系数具有先急剧增大然后趋于平坦的变化规律,而轴向力系数具有先急剧减少然后趋于平坦的变化规律.从控制轴向力减少液体泄漏量的角度,提出了过渡区隙径比可作为轴向间隙设计的理论依据.对平衡腔内不安装平衡装置时平衡腔液体压力进行了测试,对比分析了平衡装置减少轴向力的效果.【期刊名称】《兰州理工大学学报》【年(卷),期】2018(044)002【总页数】5页(P54-58)【关键词】离心泵;轴向力;平衡装置;泄漏量系数;轴向力系数【作者】刘在伦;杨建霞;吴新瑞;邵安灿【作者单位】兰州理工大学能源与动力工程学院,甘肃兰州 730050;兰州理工大学温州泵阀工程研究院,浙江温州 325105;兰州理工大学能源与动力工程学院,甘肃兰州 730050;普仑斯(福建)泵业有限公司,福建松溪 353500;兰州理工大学能源与动力工程学院,甘肃兰州 730050;兰州理工大学温州泵阀工程研究院,浙江温州325105【正文语种】中文【中图分类】TH311在离心泵中,特别是叶轮同向排列的多级离心泵,轴向力是研究离心泵的重要课题之一.传统轴向力平衡方法是:单级离心泵采用开平衡孔双密封环叶轮,或在叶轮后盖板增设背叶片；多级离心泵一般采用平衡盘、平衡鼓以及平衡鼓与平衡盘联合机构.近年国内专家学者提出了一些新的平衡轴向力方法以满足不同的结构和使用需要[1-3].早在20世纪90年代,关醒凡等[4]提出了一种新型轴向力平衡装置,突破了轴向力平衡装置的传统结构.指出该平衡装置的原理适合于所有多级泵(包括深井潜水泵),在扬程300 m以下的多级泵上使用,证明节能效果显著.刘在伦等[5]对这种轴向力平衡装置进行了改进,并应用于流量为720 m3/h、扬程为50 m的大型2级潜水泵上,工程实践验证了该平衡装置的可靠性.但因这种平衡装置的结构设计及轴向力计算的基础理论不够完善,而用实验手段获得最佳结构参数又将耗费大量精力,工程应用仍处在进退两难的境地.因此,采用数值计算方法研究这种平衡装置的动态特征并提出其结构设计原则显得格外必要.本文采用改变动静环外半径和轴向间隙的方法,研究新型轴向力平衡装置轴向间隙液体的压力分布、泄漏量和动环上轴向力的变化规律,为新型平衡装置的结构设计及轴向力计算提供理论依据.1 平衡轴向力装置结构特点及工作原理图1为离心泵新型轴向力平衡装置结构及原理图.图中p1为叶轮进口液体压力，p2为后密封环进口液体压力，p3为后密封环出口液体压力，p4为平衡腔液体压力，b1为径向间隙，b2为轴向间隙，r1为动静环内半径，r3为动静环外半径，rm为后密封环半径，r2为叶轮外半径.该平衡装置是由与叶轮同步旋转不锈钢盘(动环)和装在泵盖上的石墨盘(静环)构成的，其中石墨盘在泵盖内能轴向移动但不旋转，平衡装置安装在多级离心泵末级叶轮平衡腔内.动静环进口是高压液体，而其出口液体与首级叶轮进口相通或者引入外界与大气相通.后密封环径向间隙和动静环轴向间隙构成了间隙流道.当水泵工作时，在压差Δp=p2-p4作用下，间隙流道形成了一定的液体泄漏量，改变了平衡腔区域叶轮后盖板的侧压力分布，达到了平衡轴向力的目的.图1 平衡轴向力装置结构简图Fig.1 Schematic diagram of axial thrust balancing device2 数值计算本文是在离心泵平衡腔内安装不同外半径动静环，其内半径r1=35 mm，外半径r3为45.0、52.5、57.5、62.5 mm.后密封环的长度L=18 mm，径向间隙b1=0.2 mm.离心泵设计参数：流量qV=25 m3/h，扬程H=32 m，转速n=1 450 r/min，效率η=52%.叶轮外半径r2=158 mm.2.1 计算模型与网格划分应用Pro/E三维建模软件对泵全流道几何建模，保持叶轮和泵体其他结构尺寸不变，动静环外半径r3为45.0、52.5、57.5、62.5 mm条件下，分别对轴向间隙b2为0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mm建立计算模型，如图2所示.图2 计算模型Fig.2 Calculation model采用ICEM-CFD软件对整体离心泵模型采用混合网格方式进行网格划分[6],各计算域网格划分单元数及类型见表1.全部网格单元总数为1.61×106，所有网格扭曲率均小于0.86，所有网格质量均大于0.35，其后泵腔、径向间隙和轴向间隙网格如图3所示.由于模型仅是动静环外半径和轴向间隙的改变，对整体网格划分影响变化较小，因此采用的网格划分方式相同，网格划分单元总数也基本相等.表1 网格划分Tab.1 Mesh division计算域名称网格类型网格数前泵腔结构网格1．84×105前密封环间隙结构网格2．67×104叶轮非结构网格5．63×105蜗壳非结构网格3．16×105后泵腔结构网格1．63×105径向间隙结构网格2．72×104轴向间隙结构网格4．26×104进口结构网格2．76×105图3 后泵腔、径向间隙和轴向间隙网格Fig.3 Mesh of back pump chamber, radial clearance, and axial clearance2.2 数值模拟由于离心泵的工作介质为水，泵体内的流动可视为不可压缩定常湍流流动，采用标准k-ε湍流模型[7].压力与速度的耦合采用SIMPLE算法，差分格式选取为：压力亚松弛项采用标准格式，动量亚松弛项、湍动能亚松弛项、湍动能耗散率均为二阶迎风格式离散差分方程[8].根据计算模型的特点，边界条件设置为：泵进口设为无旋流动的速度进口，出口设为自由出流形式，所有壁面均采用无滑移固壁条件，近壁面湍流流动采用标准壁面函数法处理.因为离心泵的计算区域内存在旋转部分(如叶轮)和静止部分(如蜗壳)，所以离心泵内部流场的数值计算中存在动静耦合的问题，不能采用单一参考系[9].本文在对离心泵内部流场数值模拟时选用多重参考系模型作为流场的动静耦合模型，设置收敛精度为10-4，在FLUENT中进行数值模拟计算.3 结果及分析3.1 泵性能验证为验证数值模拟的可靠性，对平衡腔内不安装平衡装置时泵性能进行了测试，测试结果如图4所示.本文仅给出了动静环外半径r3=57.5 mm，平衡孔直径d=6 mm，轴向间隙b2为0.1、0.4、1.0 mm时泵性能模拟曲线，如图4所示.图4 泵性能曲线Fig.4 Performance curves of pump由图4可知，泵在0.8qV～1.2qV工作区域，泵的扬程和效率数值模拟结果与试验测试结果基本吻合.在设计流量下扬程和效率的模拟值均高于试验测试值，其中轴向间隙为0.1 mm时的误差最大，最大相对误差分别为3.84%、3.01%.试验结果表明:在动静环外半径一定时，轴向间隙的变化对泵性能影响不大.因此，图4证明了本文所采用的数值计算方法完全可行，能够满足本文的研究需要.3.2 轴向间隙液体静压分布为了研究轴向间隙对其内液体压力分布的影响，本文在动静环外半径为57.5 mm条件下，在设计工况下选取了轴向间隙中间截面的液体静压分布云图，如图5所示.从图5可以看出，在相同轴向间隙下,轴向间隙液体压力由内径至外径沿径向逐渐增大，外径处达到最大值，内径处压力最小.图5 轴向间隙液体的静压分布云图(kPa)Fig.5 Nephogram of distribution ofliquid static pressure within axial clearance(kPa)图6为轴向间隙液体压力与半径的变化曲线.从图6可以看出，轴向间隙液体压力随着半径的增大而增大，其关系曲线是一些斜直线.在相同轴向间隙下，动静环外半径增大，轴向间隙液体压力增大.3.3 隙径比对轴向间隙液体泄漏量及轴向力的影响为了分析与计算相似平衡装置动态性能，参照文献[10,11]引入旋转雷诺数Reω、泄漏量系数Cq、轴向力系数CF和隙径比G等无量纲参数，其定义为式中：Reω为旋转雷诺数,ω=2πn/60,ω为叶轮旋转角速度，rad/s；r3为动静环外半径，m；ν为水在常温下的运动黏性，m2/s；Cq为泄漏量系数；qV,x为轴向间隙液体泄漏量，m3/s；CF为轴向力系数；F为不锈钢盘上轴向力，N；ρ为水在常温下的密度，kg/ m3；H为水泵扬程，m；r1为动静环内半径，m；G为隙径比；b2为轴向间隙，m.图6 轴向间隙液体压力的分布曲线Fig.6 Distribution curves of liquid pressure within axial clearance根据数值模拟计算的结果，可绘制出设计工况下液体泄漏量系数和轴向力系数与隙径比的关系曲线，如图7和图8所示.由图7和图8可看出，在相同动静环外半径下，隙径比增大，泄漏量系数具有先急剧增大然后趋于平坦的变化规律，而轴向力系数具有先急剧减少然后趋于平坦的变化规律.根据泄漏量系数曲线和轴向力系数曲线的特征，将其划分为敏感区、过渡区和不敏感区.敏感区的泄漏量系数曲线和轴向力系数曲线陡峭，其斜率很大，隙径比会引起泄漏量系数和轴向力系数急剧变化.不敏感区的泄漏量系数曲线和轴向力系数曲线几乎与横坐标平行，即隙径比变化对泄漏量系数和轴向力系数几乎无影响.在敏感区和不敏感区的区域称为过渡区.由图7和图8可确定出敏感区、过渡区和不敏感区的隙径比和轴向间隙的变化范围，见表2.图7 泄漏量系数与隙径比的关系曲线Fig.7 Dependence curves of leakage coefficient on ratio of gap-to-diameter图8 轴向力系数与隙径比的关系曲线 Fig.8 Dependence curves of axial thrust coefficient on ratio of gap-to-diameter表2 隙径比及轴向间隙的选择范围Tab.2 Selection scope of gap-to-diameter ratio and axial clearancer3/r1敏感区Gb2/mm过渡区Gb2/mm不敏感区Gb2/mm1．28<0．0074<0．330．0074～0．01830．33～0．82>0．0183>0．821．50<0．0067<0．350．0067～0．01590．35～0．83>0．0159>0．831．64<0．0064<0．370．0064～0．01460．37～0．84>0．0146>0．841．78<0．0059<0．380．0059～0．01370．38～0．86>0．0137>0．86由表2及图7和图8可看出，动静环的外半径与内半径的比值不变时，敏感区的轴向间隙较过渡区和不敏感区的轴向间隙都小.从减少液体泄漏量角度，选择敏感区的轴向间隙，轴向间隙越小越好，越有利于减少间隙液体泄漏量提高泵容积效率，但同时液体作用在动环上的轴向力会很大.选择过小的轴向间隙，一是会造成泵各零件轴向加工尺寸精度提高，泵制造及装配成本增加；二是会造成轴向间隙润滑、冷却条件急剧变差，不锈钢盘与石墨盘会出现烧结现象.从减少轴向力角度，选择不敏感区的轴向间隙，但在这种情况下，因隙径比的变化对泄漏量系数和轴向力系数几乎无影响，当轴向间隙达到一定值或进一步增大轴向间隙，不但不能减少作用在动环上轴向力，还会造成很大的容积损失，降低泵容积效率.因此，从控制轴向力减少液体泄漏量的角度，过渡区隙径比变化范围可作为轴向间隙设计的理论依据. 为了验证平衡装置平衡轴向力的效果，对平衡腔内不安装平衡装置时平衡腔液体压力进行了测试.后密封环直径Dm为90、105、115、125 mm条件下，平衡孔直径d为6、8、11 mm时设计工况平衡腔液体压力的测试结果如图9所示.图9 后密封环直径与平衡腔液体压力的试验曲线Fig.9 Test curves of liquid pressure in balance chamber vs back sealing ring diameter文献研究认为平衡腔体径向和轴向尺寸较小，平衡腔液体压力沿着径向均匀分布[12-13]，平衡腔区域液体作用在叶轮的后盖板力其中p2为平衡腔液体压力,Pa；rm为后密封环半径,m.由图9及式(5)可计算得到平衡腔区域叶轮后盖上轴向力，计算结果如图10所示.图1中在轴向间隙为0.4、0.6、0.8 mm条件下，动静环外径为90、105、115、125 mm时动环上轴向力的数值计算结果如图10所示.从图10可以看出，平衡腔区域液体作用在叶轮后盖板上轴向力随后密封环直径增大而增大.在相同后密封环直径的条件下，平衡孔直径为6、8、11mm时，平衡腔内未安装平衡装置时平衡腔区域液体作用在叶轮后盖板上轴向力较在平衡腔内安装平衡装置时液体作用在动环上轴向力大，验证了新型轴向力平衡装置有很明显地减小轴向力的效果.图10 轴向力的特性曲线Fig.10 Characteristic curves of axial thrust4 结论1) 轴向间隙液体压力沿半径方向逐渐增大，其关系曲线是斜直线,动静环外半径与内半径比值和轴向间隙的大小，对其斜率有明显影响.2) 泄漏量系数曲线和轴向力系数曲线是非线性曲线.对于不同外半径与内半径比值的动静环，隙径比增大，泄漏量系数先急剧增大后趋于平坦，而轴向力系数先急剧减少后趋于平坦.可用敏感区、过渡区和不敏感区来表征平衡装置工作状态.3) 对于不同外半径与内半径比值的动静环，从控制轴向力减少液体泄漏量的角度，并考虑制造及安装工艺和良好的润滑及冷却等因素，提出过渡区隙径比可作为轴向间隙设计的理论依据.参考文献：[1] 刘在伦,齐学义,李琪飞.新型轴向力平衡装置轴向力的计算 [J].农业机械学报,2005,36(2):58-60.[2] 阮志坤,周淑萍.浮动叶轮自动平衡离心泵轴向力的原理和实践 [J].水泵技术,2002,147(5):29-32.[3] 马旭丹,吴大转,王乐勤.多级离心泵轴向力平衡装置的设计与分析 [J].农业工程学报,2010,26(8):108-112.[4] 关醒凡,魏光新,陆伟刚.新型深井潜水泵轴向力平衡装置的原理和计算 [J].中国机械工程,1995,6(S1):15-17.[5] 刘在伦,魏烈江,齐学义,等.新型轴向力平衡装置间隙泄漏量的计算 [J].农业机械学报,2005,36(12):74-80.[6] 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多级离心泵平衡管
多级离心泵平衡管
多级离心泵平衡管是指在多级离心泵系统中使用的一种结构，旨在平衡泵的叶轮和轴的受力，从而提高离心泵的运行稳定性和寿命。
平衡管通常是沿着泵轴线安装的管道，用于平衡轴向力和降低径向力的不平衡。
平衡管的作用包括：
1.平衡轴向力：多级离心泵中，由于叶轮的作用，可能
会产生沿泵轴向的不平衡力。
平衡管的设置有助于抵消这些轴
向力，减小对轴的不均匀负载，有助于减轻轴的挠曲。
2.降低径向力：平衡管的设置还可以降低由于泵内流体
的离心力而引起的径向力。
这对于减小轴承的负载，提高轴承
寿命和泵的稳定运行至关重要。
3.防止振动和噪音：平衡管的使用有助于减少泵系统的
振动和噪音水平，提高设备的运行平稳性，减少系统对周围环
境的干扰。
4.增强系统的可靠性和稳定性：通过平衡轴向和径向力，
平衡管有助于提高多级离心泵系统的可靠性，减小由于不平衡
力引起的机械磨损和故障风险。
需要注意的是，平衡管的设计和安装需要根据具体的泵型号、工作条件以及流体性质等因素进行精确计算和调整。
这确保了平衡管在多级离心泵中发挥最佳效果。
在实际应用中，通常由泵制造商或设计工程师负责平衡管的设计和调整。
离心泵轴向力的平衡方法总结
离心泵轴向力的平衡方法总结离心泵轴向力的平衡方法总结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，将造成泵零件的损坏以致不能工作。
一般常用以下7大方法来平衡泵的轴向力。
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。
即使采用其他平衡装置，考虑到总有一定的残余轴向力，有时也装设推力轴承。
二、平衡孔或平衡管如图1所示，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。
减小轴向力的程度取决于孔的数量和孔径的大小。
在这种情况下，仍有10~15%的不平衡轴向力。
要完全平衡轴向力必须进一步增大密封环所在直径，需要指出的是密封环和平衡孔是相辅相成的，只设密封环无平衡孔不能平衡轴向力；只设平衡孔不设密封环，其结果是泄漏量很大，平衡轴向力的程度甚微。
图1平衡孔示意图（具体见2楼）采用这种平衡方法可以减小轴封的压力，其缺点是容积损失增加（平衡孔的泄漏量一般为设计流量的2~5%）。
另外，经平衡孔的泄漏流与进入叶轮的主液流相冲击，破坏了正常的流动状态，会使泵的抗汽蚀性能下降。
为此，有的泵体上开孔，通过管线与吸入管连通，但结构变得复杂。
采用上述平衡方法，轴向力是不能达到完全平衡的，剩余轴向力需由泵的轴承来承受。
用平衡孔平衡轴向力的结构使用较广，不仅单级离心泵上使用，而且多级离心泵上也使用。
但由于轴向力不能完全平衡，仍需设置止推轴承，且由于多设置了一个口环，因而泵的轴向尺寸要增加，因此仅用于扬程不高，尺寸不大的泵上。
三、双吸叶轮单级泵采用双吸式叶轮后，因为叶轮是对称的，所以叶轮两边的轴向力互相抵消。
但实际上，由于叶轮两边密封间隙的差异，或者叶轮相对于蜗室中心位置的不对中，还是存在一个不大的剩余轴向力，此轴向力需由轴承来承受。
离心泵的基本构造
离心泵的基本构造
离心泵是利用叶轮旋转而使水发生离心运动来工作的。
水泵在启动前，须使泵壳和吸水管内充满水，然后启动电机，使泵轴带动叶轮和水做高速旋转运动，水发生离心运动，被甩向叶轮外缘，经蜗形泵壳的流道流入水泵的压水管路。
离心泵的基本构造是由叶轮，泵体，泵盖，挡水圈，泵轴，轴承，密封环，填料函，轴向力平衡装置组成的。
1、叶轮是离心泵的核心部分，它转速高输出力大。
2、泵体也称泵壳，它是水泵的主体。
起到支撑固定作用，并与安装轴承的托架相连接。
3、泵轴的作用是借联轴器和电动机相连接，将电动机的转矩传给叶轮，所以它是传递机械能的主要部件
4、密封环又称减漏环。
5、填料函主要由填料，不让泵内的水流流到外面来也不让外面的空气进入到泵内。
始终保持水泵内的真空！当泵轴与填料摩擦产生热量就要靠水封管注水到水封圈内使填料冷却！
6、轴向力平衡装置，在离心泵运行过程中，由于液体是在低压下进入叶轮，而在高压下流出，使叶轮两侧所受压力不等，产生了指向入口方向的轴向推力，会引起转子发生轴向窜动，产生磨损和振动，因此应设置轴向推力轴承，以便平衡轴向力。
浅析多级离心泵轴向力平衡装置设计
浅析多级离心泵轴向力平衡装置设计在现代工业生产中，多级离心泵已经广泛被应用到石油开采、水利发电等领域，由于多级离心泵的推广使用，我国工农产业的生产效率都得到了很大提升。
然而，在多级离心泵的运行过程中自然出现的轴向力给离心泵的运行带来了不好的影响。
轴向力使离心泵中的零件损耗速度加快，许多多级离心泵因此在运行过程中发生突然的损坏，降低了生产效率。
因此，相关部门应该做好轴向力平衡装置的设计工作，并对其进行定期的维护和检修工作，提升整个设备的运行稳定性。
下面就简要分析在现代工业生产中多级离心泵轴向力平衡装置的设计工作，并从多角度出发，提出相关的设计方法和理念。
1 多级离心泵轴向力的产生多级离心泵在正常运转时，受到自然因素和运转必需因素的影响，会产生各种性质的轴向力。
以下根据轴向力产生的原因将多级离心泵的轴向力分为四种。
其一，离心泵运转时，叶轮旋转时的程度差异给离心泵的驱动端口和自有端口带来了不同的压力，构件自然产生一种指向驱动端口的弹力来平衡压力，这种弹力是轴向力的一部分。
其二，为了将液体从离心泵的吸入口输送到排出口，离心泵必须改变液体的流动方向，此时液体将对离心泵的叶片产生作用力。
其三，离心泵内的转子本身也具有一定的重力势能，因此也会产生一个向下的轴向力；其四，多级离心泵在运行时，内部的转子处于高速旋转状态，内表面的空气流速提高降低了压强，使外界的大气压强大于内部空间压强，这就使得其内部轴端上会产生一定的压力，这也是离心泵轴向力的一种表现形式。
现代多级离心泵中轴向力的产生原因很多，设计人员在对平衡装置进行设计时一定要多方考虑，设置多方面抵消方式，达到各处轴向力都不对零件造成影响，使离心泵能够安全使用直到使用年限为止。
多级离心泵的相关设计研发工作应该由相关部门牵头，充分重视设计工作，设计人员在设计中要注意理论的探讨和实践的结合，确保设计的多级离心泵在现实中具有较高的可实用性和可操作性，且要注意设备的经济性，既保证多级离心泵良好运行，提高工农业的生产效率，也降低设备的运行成本。
离心泵的轴向力
离心泵的轴向力
离心泵是一种常用的工业泵，其作用是将液体从低处抽送至高处或者将液体从一个容器中抽出以进行输送。
然而，离心泵在工作时会产生轴向力，这种力会对泵的稳定性和运行效率产生一定的影响。
离心泵的轴向力是由于离心泵叶轮与泵壳之间的间隙引起的。
当泵在运行时，液体会从叶轮的进口流入，然后被叶轮转动强制出口。
在此过程中，叶轮旋转时会产生离心力，使液体向外流动，从而产生轴向力。
若泵的设计不合理或者使用条件不当，轴向力就会增大，泵的稳定性和效率就会受到影响。
对于离心泵的轴向力问题，可以通过多种方法进行解决。
一种方法是采用轴向平衡装置。
该装置通过在泵的进口或出口处设置导向叶轮、调节阀门或使用双叶轮等方式，来平衡叶轮产生的轴向力，减小泵的振动和噪音，提高泵的效率和可靠性。
另外一种方法就是通过改变泵的设计参数，如叶轮直径、流量、转速等来减小轴向力。
这种方法需要根据具体的使用条件和流体性质来进行设计和优化，以达到最佳的效果。
在实际使用中，离心泵的轴向力问题需要得到重视，对于不同的泵型和使用条件，需要进行详细的分析和研究，以保证泵的性能和使用寿命。
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离心泵轴向力平衡方法全解
离心泵轴向力平衡方法全解 1 / 4
离心泵轴向力平衡方法汇总
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，将造成泵零件的损坏以致不能工作。
一般常
用以下7种方法来平衡泵的轴向力。
1. 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。
即使采用其他平衡装置，考虑到总有一定的残余轴向力，有时也装设推力轴承。
2. 平衡孔或平衡管
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。
减小轴向力的程度取决于孔的数量和孔径的大小。
在这种
情况下，仍有10~15%的不平衡轴向力。
要完全平衡轴向力必须
进一步增大密封环所在直径，需要指出的是密封环和平衡孔是相辅相成的，只设密封环无平衡孔不能平衡轴向力；只设平衡孔不设密封环，其结果是泄漏量很大，平衡轴向力的程度甚微。
采用这种平衡方法可以减小轴封的压力，其缺点是容积损失增加（平衡孔的泄漏量一般为设计流量的2~5%）。
另外，经平衡孔的泄漏流与进入叶轮的主液流相冲击，破坏了正常的流动状态，会使泵的抗汽蚀性能下降。
为此，有的泵体上开孔，通过管线与吸入管连通，但结构变得复杂。
采用上述平衡方法，轴向力是不能达到完全平衡的，剩余轴向力需由泵的轴承来承受。
用平衡孔平衡轴向力的结构使用较广，不仅单级离心泵上使用，而且多级离心泵上也使用。
1-1推力轴承 1-1平稳孔
2-2平衡管。
离心泵叶轮轴向力自动平衡新方法
离心泵叶轮轴向力自动平衡新方法摘要：离心泵的作用是抽吸输送液体，原动机可提供机械能，而离心泵能够将机械能转变为液体动能以及压力能，为液体提供一定的压力，使得液体在流动过程中能够克服阻力。
在离心泵运行过程中可产生轴向推力，可对离心泵产生较大冲击，使得离心泵振幅增加，要求采用适宜的平衡方式进行调节。
对此，本文首先对轴向推动力的产生原因进行介绍，然后对离心泵叶轮轴向力自动平衡方法进行探究。
关键词：离心泵；叶轮；轴向力；平衡在流体机械中，离心泵的应用比较常见，在离心泵运行过程中，叶轮会形成轴向力，与离心泵转轴的轴心保持平行，可对离心泵运行稳定性以及使用年限造成不良影响。
另外，如果轴向力比较大，还会导致轴承被烧毁，密封性能受到严重破坏，因此，需对离心泵轴向力进行有效控制，保证离心泵处于稳定运行状态。
一、轴向推力的产生（一）作用在叶轮前、后盘上的压力不平衡。
单机叶轮轴向力作用形式如图1所示，在叶轮入口位置，压强比较低，为低压P1，而出口位置压强比较高，为高压P2，在离心泵运行中，叶轮持续旋转，并流出高压水，部分高压水通过间隙回流至叶轮前后盘外侧。
在叶轮半径R2至缝隙R1之间，前后轮盘压强分布为对称分布形式，并且可相互抵消，而在缝隙R1与轮毂半径Rg之间，叶轮左侧为入口低压，而右侧为出口高压，因此，在叶轮两侧压强并不平衡，此时即可产生轴向推力。
图1 单级叶轮轴向推力（二）叶轮内水流动量发生变化。
当水在叶轮内流动时，速度方向可沿轴向逐渐转变为径向，随着速度不断发生变化，动量也会随之变化，进而对叶轮产生较大冲击力。
通常情况下，这一冲击力比较小，如果与叶轮前后轮盘所受到的压力处于不平衡状态，则会产生轴向力。
（三）大小口环磨损严重。
随着离心泵使用年限的不断增加，大小扣环磨损越来越严重，泄漏量持续增加，与此同时，叶轮前后轮盘压强分布也随之调整，导致轴向力增加。
通常情况下，这一轴向力比较小，但是，如果离心泵处于非正常运行状态，则轴向力比较大[1]。
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1)轴向力的平衡装置
单吸单级泵和某些多级泵的叶轮有轴向推力存在，该力只靠泵轴向的止推轴承难以完全承受，必须安装轴向力平衡装置。
产生轴向推力的原因主要是作用在叶轮两侧的流体压强不平衡所引起的。
图4-12为作用于单吸单级泵叶轮两侧的压强分布情况。
一般认为叶轮与泵体之间的液体压力按抛物线形状分布。
在密封环直径以外，叶轮两侧的压是对称的，无轴向力。
但在以内，作用在叶轮左侧的压力是人口压力，作用在叶轮右侧的压力是出口压力，且，存在压力差。
两侧压力差与相应面积的乘积再积分，就是作用在叶轮上的轴向力。
所以，离心泵的轴向力总是指向叶轮的吸入口方向。
对于单吸多级泵，每级叶轮都产生轴向力，其值可能很大，仅靠轴向止推轴承平衡会使轴承无法承受，将严重降低其使用寿命。
图4-12叶轮两侧压强分布图
从长期的生产实践中总结出许多平衡轴向力的方法，如利用叶轮的对称性、对叶轮结构进行改造、增设专门的平衡装置等，在应用中都收到了良好的效果。
轴向力的平衡方法有：（1）利用叶轮的对称性平衡轴向力，采用双吸叶轮或对称排列的方式。
图4-13叶轮对称排列平衡轴向力
对于单级泵，利用双吸叶轮，使叶轮两侧盖板上的压力相互抵消，可以很有效地平衡轴向力。
对于多级泵，利用对称排列方式，即将总级数为偶数的叶轮，如图4-13所示背靠背或面对面地串联在一根轴上。
这种方法不能完全消除轴向力，一般还应安装止推轴承。
卧式多级泵和立式多级泵，常采用此法。
（2）改造叶轮结构平衡轴向力。
对于单吸离心泵，可以适当改变叶轮结构，消除或减少轴向力。
主要的有3种方法：
图4-14改变叶轮结构平衡轴向力
（a）平衡孔法（b）平衡管法
①平衡孔法。
即在如图4-14（a）所示的叶轮后盖板上开一圈小孔，称作平衡孔，使后盖板密封环内的压力与前盖板密封环内的压力基本相等。
由于前、后盖板密封环直径相同，故大部分轴向力可以被平衡。
②平衡管法。
如图4-14（b）所示，在前、后盖板上都安装有直径相同的密封环，并自后盖板泵腔处接一根平衡管，使叶轮背后的压力液与泵的吸入口接通，以消除大部分轴向力。
③安装专用的平衡装置。
对于单吸多级泵，特别是分段式多级泵，叠加的轴向力很大，一般依靠平衡装置平衡轴向力。
主要有：
a.自动平衡盘平衡轴向力。
自动平衡盘多用于多级离心泵，安装在末级叶轮之后，随转子一起旋转，如图4-15所示。
该平衡装置有两个间隙，一个是轮毂或轴套与泵体间的径向间隙b0=0.2～0.4mm；另一个是平衡盘端面与泵体上平衡圈间的轴向间隙b0=0.1～0.2mm；平衡盘后面的平衡室用连通管与泵的吸入口连通，压力接近吸入口压力p0。
图4-15平衡盘装置
液体在径向间隙前的压力是末级叶轮后盖板下面的压力p，通过径向间隙后下降为p＇，压力降Δp=p－p＇液体再流经轴向间隙后，压力降为p0，轴向间隙两边的压力差Δp2=p＇－p0；平衡盘两边的压力差Δp=Δp1+Δp2=（p－p＇）+（=p＇－p0）=p－p0。
而在平衡盘两边的压差只有，故液体对平衡盘就有一个力P，此力与轴向力方向相反，称为平衡力，其大小应与轴向力相等，方向相反，即F—P=0，此时轴向力得到完全平衡。
这种装置中的径向间隙和轴向间隙各有其作用，又互相联系，可以自动平衡轴向力。
当工况改变，轴向力F与平衡力P不相等时.转子就会轴向窜动。
若转子就向左边的吸入方向移动，轴向间隙b0减小，液体流动损失增加，漏失量减少，平衡盘前面的压力p＇增加。
在总液压差不变的情况下，因泄漏量减少，下降，因而压差增大，平衡力P随之增大，转子开始向右边的出口方向移动，直至与轴向力平衡为止。
若轴向力F＜P，转子向右移动，轴向间隙b0增大，流动损失减小，泄漏量增加，平衡盘前压力p＇减小，Δp1增大，Δp2减小，平衡力P随之减小，转子又开始向左移动，直至再与F平衡。
由于泵的工况不断变化，以及转子惯性力的作用，转子不会总停留在一个位置，而是在某一位置左右作轴向窜动，因此，平衡盘的平衡是动态的。
鉴于此，采用平衡装置时，一般不安装轴向止推轴承。
轴向间隙b0很小，当转子窜向左边时，平衡盘与平衡圈间可能产生严重的磨损。
为了增加耐磨性，平衡圈一般采用不锈钢，平衡盘采用磷锡青铜等材料制成。
由于平衡盘可以自动平衡轴向力，平衡效果好，而且结构紧凑，因而在分段式多级离心泵上得到了广泛的应用。
但由于存在窜动，使工况不稳定，且平衡盘与平衡圈经常磨损，此外还有引起气蚀、增加泄漏等不利问题，故现代大容量水泵已趋向于不单独采用。
b. 平衡鼓平衡轴向力。
图4-16是平衡鼓装置，它是安装在末级叶轮后面与叶轮同轴的鼓形轮盘，其外圆表面与泵体上的平衡圈间有0.2～0.3mm很小的间隙。
平衡鼓左侧压力接近叶轮出口压力为p2；平衡鼓后面的连通管与泵吸入口连通，平衡鼓右侧的压力接近泵的吸入压力p；平衡鼓两侧产生压差Δp=p2—p0，因而在平衡鼓上有一个与轴向力方向相反的平衡力P。
平衡鼓的主要优点是当转子轴向窜动时，不会与静止部分发生摩擦；缺点是不能完全平衡轴向力，在单独使用时，必须安装双向止推轴承。
为了减小密封长度，增加阻力，减少漏失量，平衡鼓和平衡圈可制成迷宫形式。
c. 平衡盘与平衡鼓组合装置平衡轴向力。
图4-17是采用平衡盘与平衡鼓组合装置，可以由平衡鼓平衡50%～80%左右的轴向力，剩余的轴向力由平衡盘承受。
这样，既减轻了平衡盘上的负荷，保持较大的轴向间隙，避免了由于转子窜动而引起的磨损，又可以自动地平衡轴向力，而无需安装止推轴承。
目前在大流量高压头的分段式多级离心泵中，大多采用此种组合装置。
离心式泵除以上介绍的主要部件外，尚有泵轴、托架、联轴器、轴承等其他部件。
图4-16平衡鼓装置图4-17平衡盘与平衡鼓组合装置。