离心泵轴向力的产生及平衡措施
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。
泵与阀门第12节轴向力及平衡措施
叶片数量调整
增加或减少叶片的数量，可以改变 叶轮流道内的流体动力学特性，进 一步影响轴向力的大小和分布。
扭曲叶片设计
采用扭曲叶片设计，能够更好地适 应流体在叶轮流道内的流动特性， 减小流动分离和涡流产生的可能性 ，从而降低轴向力。
轴向力补偿装置
推力轴承
在泵的轴端设置推力轴承，能够承受并平衡轴向力，保证泵的稳定运行。推力 轴承通常采用滑动轴承或滚动轴承结构，根据具体应用场景选择合适的类型。
液压平衡装置
采用液压平衡装置，通过引入高压油液来平衡轴向力，确保阀门在高压差下的 稳定工作。液压平衡装置具有响应快、平衡精度高等优点。
操作参数调整
流量调整
通过调整泵的流量，可以改变流体在叶轮流道内的速度和压 力分布，从而影响轴向力的大小。在实际操作中，可以根据 泵的性能曲线和运行需求，合理选择流量参数。
这些新型平衡技术的研发与应用，将 有助于提高泵与阀门在高压、高温、 高速等极端条件下的工作稳定性和寿 命。
数值模拟与实验验证在轴向力研究中的应用
高精度数值模拟：利用先进的CFD（计算流体动 力学）技术和FEM（有限元法）技术，进行高精 度的数值模拟，以更准确地预测和评估轴向力及 其平衡效果。
实验验证与数值模拟的结合：通过设计精巧的实 验，验证数值模拟结果的准确性和可靠性，为轴 向力平衡技术的研发提供有力支持。
轴向力对泵与阀门性能的影响
影响泵的效率
轴向力的存在会使得泵转子偏离设计位置，导致泵的效率下降。
影响阀门的密封性能
轴向力会使得阀芯与阀座之间的接触不均匀，从而影响阀门的密封 性能。
加速磨损
长期的轴向力作用会加速泵与阀门零部件的磨损，缩短使用寿命。
轴向力的分类及计算方法
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。
离心泵轴向力产生原因及平衡方法
离心泵轴向力产生原因及平衡方法
离心泵轴向力是指泵转轴非对称运动时侧向受力产生的向力，主要有它的重力和压力及其流体动作、离心力及它所伴随的中间体及相关共振引起的振动负责。
离心泵的轴向力会引起机械设备的振动，受力部位的设计和动态特性容易导致系统发生故障，影响机械设备的安全运行。
要解决离心泵轴的力的问题，可以采取几种方法来平衡轴向力。
首先，应注重设备运行的稳定性和安全性，平衡轴向力的设计方法平衡前驱和滞后力已经成为离心泵轴向力平衡的主要方法。
使用特制的前驱和滞后比例和补偿调整环可以控制转子位移，使转子在设定点位置得到控制，这样可以最大限度地降低轴向力。
其次，采用改变泵头形状的方法平衡轴向力，不仅减小了轴向力，还提高了泵的效率。
再次，改变离心泵的安装方式和改变叶轮的支撑结构，也可以减小轴向力。
最后，应注意定期检查离心泵的中间体的物理和化学特性，防止出现可能引起振动的化学或物理性变化，同时增加阻尼器的频率也能减小轴向力产生的振动。
总之，要想有效地平衡离心泵轴向力，需要主要综合采取以上几种措施。
一方面，针对轴向力分析，检测设备的稳定性和安全性，利用特制的前驱和滞后力方法控制轴的位移；另一方面，要注重改变离心泵的安装方法和支撑形状，使泵头变化成矩形，以提高泵的效率。
还要定期检查离心泵中间体，并增加阻尼器的频率，控制泵轴的动态平衡。
轴向力及其平衡
6.另一种平衡装置 它是把一对动、静摩擦副装在末级叶轮之后，端 面摩擦副前是末级叶轮出口的高压液体,端面摩擦副 之后与某一低压级连通,由此密封端面把高压液体与 低压区隔开。作用于末级叶轮进口处的高压（等于n 一1级泵的压力)和作用于末级叶轮后面的低压(如等 于大气压力)之差,构成指向叶轮后方的总压力,用来平 衡作用在各级叶轮上指向叶轮前方的总平衡力。
4.平衡鼓
平衡鼓是个圆柱体，装在末级叶轮之后，转子一 起旋转。平衡鼓外圆表面与泵体间形成径向间隙 。平衡鼓前面是末级叶轮的后泵腔，后面是与吸 入口相连通的平衡室。这样作 用 在平衡鼓上的压差，形成指 向背向吸入口的平衡力，该力 用于平衡作用在转子上的轴 向力。
5.双吸叶轮或叶轮对称布置
单级离心泵可以将叶轮做成双吸叶轮，对于多级泵， 可以将其叶轮半数对半数，面对面或背靠背按一定次 序排列起来，可以使轴向力相互平衡，这种方法主要 用于蜗壳式多级泵。 节段式泵对称布置可以平衡轴向力，但级间泄漏增加。
离心泵轴向力平衡
班级： 体（卓越）1102
目录
1.产生轴向力的原因 2.轴向力的平衡
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。轴向力产生原因可分为以下几类： 1.叶轮前后盖板不对称压力产生的轴向力，这是所 有轴向力中最重要的一个因素。又由于叶轮盖板的形 状是不规则的，所以其轴向力大小比较复杂，此力指 向压力小的盖板方向，用F1表示； 2.液体流过叶轮由于方向改变产生的冲力（动反力） ，此力指向叶轮后面，用F2表示； 3.轴台、轴端等结构因素引起的轴向力，用F3表示； 4 .转子重量产生的轴向力，其方向与转子的布置方 式有关，用F4表示； 5.其他；
缺点：1.不能完全平衡轴向力； 2. 容积损失增加； 3.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。
浅谈离心泵的轴向力产生及解决方法
延长设备使 用寿命 ，从而提高设备 的经济运行能力十分有 必要。 关 键 词 ： 离心 泵
一
引 言 离 心泵在 运转 时 ，在其 转子 上产 生一个 很 大的作 用力 ，由于此作
、
用力 的方 向与离 心泵转 轴 的轴 心线相 平行 ，故 称为轴 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 ，分 为静 态轴 向力 和动态 轴 向力两 部分 ，采 用平衡 装置 无 法完 全平 衡 ，易 引起 机器本 身 及原 动机 （ 尤其 是 电动机 ）损坏 ，例 如 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 与机 壳摩 擦 ，原动 机 负载 加大 ； 如果 轴 向力 过小 ，则会 引起 转子 的前后窜 动 。
四、轴 向力平衡 方法
在大 多数情况下 ， 泵 内的轴 向力值是 比较大 的。因此 ， 必须 设法 平衡 或消 除作用在 叶轮上 的轴向力 ， 否则 ， 它将使转 子 串动 甚至 与固定零 件接 触， 造 成零部 件损坏 。平衡轴 向力的方 法有 ： １ ． 用止推 轴承平衡 离心泵轴 向力 如 果止 推轴 承能可 靠 的承 受轴 向推 力， 这将 是最 有 效 的解决 方 法 。 但 由于轴 向力通常 较大 ， 用止 推轴承 来平衡 轴 向力就 会使泵 的结 构非常 复 杂。所 以， 最好 用水 力方法 来平衡 轴 向力 。但 是这 样就 只有在 降低离 心 泵效率 的情况下才 能做 到这一点 。 ２ ． 用 背（ 副） 叶片方 法平衡 轴向力 在 叶轮后 盖板 上作几 个径 向肋 筋——背 （ 副） 叶片 ， 当叶轮 旋转 时 由 于背叶 片的作用 ， 使作用 与叶轮 后盖板上 的液体压 力值下 降， 从而 使作 用
1离心泵轴向力产生和计算
离心泵的轴向力的产生和计算摘要：分析几种型式的离心泵轴向力的形成及其影响的各种因素。
对应不同结构形式的离心泵，列出其轴向力的相关计算。
关键词：离心泵 原理 轴向力 计算离心泵作为一种通用机械，在我国国民经济各部门中应用极广，农田排灌、石油化工、动力工业、城市给排水、采矿和船舶工业等等。
其在高速、高温、高压环境下，对泵机组的可靠性要求很高，特别是在一些连续性生产的企业，离心泵是流体物料介质的重要输送动力机构，其能否长周期稳定运行直接影响企业的产量和效益。
本文简单介绍离心泵的工作原理，轴向力的产生原因及其计算，希望能给用户单位在离心泵使用维护和技术改造方面提供帮助。
一、离心泵轴向力的形成及其影响的诸因素1 离心泵的工作原理离心泵是依靠高速旋转的叶轮使液体在离心力的作用下，从叶轮的外缘进入蜗壳，在蜗壳中，由于流道的逐渐扩大，液体的流速逐渐减小，从而将部分动能转变为静压能，最后以较高的压力流入排除管道。
液体由叶轮中心流向外缘使叶轮中心的压力下降，进口管的液体在其本身压力或大气压的作用下，被压入叶轮中。
这样只要叶轮不停地旋转，进口管内的液体就会被连续的吸入和排除。
2 轴向力产生的原因2.1叶轮前后盖板不对称压力产生的轴向力，这是所有轴向力中最重要的一个因素。
又由于叶轮盖板的形状是不规则的，所以其轴向力大小比较复杂，此力指向压力小的盖板方向，用1F 或1F 表示；2.2 液体流过叶轮由于方向改变产生的冲力（动反力），此力指向叶轮后面，用2F 表示；2.3 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3F 表示； 2.4 转子重量产生的轴向力，其方向与转子的布置方式有关，用4F 表示；2.5 当有径向流时会改变压力分布，因而影响轴向力的数值。
在叶轮前盖板泵腔，存在向内径向流动，后泵腔中存在向外的径向流动，轮毂处的压力大于无径向流动时的压力。
多级泵因级间泄漏而存在外向的径向流。
对于不同的泵，按内向流动压力减小，外向流动压力增加来分析对轴向力的影响；2.6 叶轮两侧密封环不同，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；2.7 影响轴向力的其他因素：如制造、装配、泵轴叶轮机械性能等。
离心泵轴向力分析和平衡方法探讨 曹昆朋
离心泵轴向力分析和平衡方法探讨曹昆朋摘要：在离心泵工作的过程中，转子会受到一个轴向推力，其和轴心线相互平行。
如果该力得不到有效的控制，在其作用下转子可能会出现一种轴向窜动的情况，这时就会引发转动部件以及固定部件之间直接接触，当这种情况发生就会引发泵零部件非正常运行。
对离心泵的轴向力产生和平衡方法作了详细的叙述，希望可以起到一定的作用。
关键词：离心泵；轴向力分析；平衡方法前言：高速离心泵的轴向力平衡方法有平衡孔、平衡管、背叶片、平衡鼓及平衡盘等方式。
背叶片通过降低叶轮盘侧流体压力，从而来减少叶轮盘侧的方向指向进口的轴向力，但会增加轴功，致使效率降低，不是高速泵轴向力平衡的首选方法。
叶轮对称分布是多级高速泵较有效的轴向力平衡方法，但结构较复杂，因此也不是理想的轴向力平衡方法。
在本文中对平衡方法进行了相关的探讨。
1.离心泵工作原理及基本性能1.1工作原理离心泵起到主要作用的是叶轮，液体能量主要是依靠叶轮旋转来获得的，其减速液体动能在蜗壳中被收集起来，将液体所具有的动能转变成压力能，而起到压送液体的作用。
当离心泵内充满液体的情况下，叶轮旋转产生离心力，在离心力作用下叶道内部的液体借助于叶片的作用甩向外围流进泵壳，通过排出管排出；另外液体还会受到离心力的作用从中心高速向四周流动，于是叶轮的中心部位压力降低，形成真空状态，且低于大气压力；因此，液体在这个压力差的作用下，由吸液池进入泵内，使离心泵能连续不断地进而进行一系列液体的吸入和流出。
1.2离心泵基本性能（1）离心泵的特点是具有大流量，而且相对稳定，但是需要注意的是可能会随着扬程发生变化。
（2）扬程在这一原理中的主要作用就是决定了离心泵当中的叶轮外径，以及叶轮自身的转速大小。
（3）扬程不仅仅与叶轮的外径与转速有关系，还与轴功率与流量之间存在一种对应关系。
（4）离心泵的吸入高度通常比较小，在实际操作当中可能会出现汽蚀现象。
（5）具有很高的转速，而且如果相对流量比较低，那么就会降低效率，如果相对流量比较高，效率也就会提高。
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
轴向力径向力及其平衡
一.产生盖板力 的原因
离心泵工作时，由于叶轮两侧液体压力分布不均匀，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。 图1离心泵轴向力示意图
计算过程 假设： 盖板两侧腔的液体无泄漏径向流动 盖板两侧液体以叶轮旋转角速度之半 旋转 任意半径R 处的压头 假设：
叶轮后盖板任意半径处，作用的压头差为 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 按压力体体积来计算 ＝圆柱体重量十抛物体重量
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 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 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 表示； 4．转子重量引起的轴向力，与转子的布置方 式有关，用 表示； 5．影响轴向力的其它因素。
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 作用在前侧的轴向力(三角形压力体重量)为 总的轴向力
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。
半开式混流泵叶轮的轴向力
动反力 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 由动量定理得 对于一般离心泵，可按下式估算于铸造和减小阻力损失； 两端轴封侧应布置低压级，以减小轴封所受的压力； 3相邻两级叶轮间的级差不要很大，以减小级间压差，从而减少泄漏。
布置原则：
2
节段式泵对称布置时，会增加级间泄露。 对称布置叶轮，只有在结构完全相同的情况下才能完全平衡。
离心泵轴向窜动的原因及控制方法
离心泵轴向窜动的原因及控制方法摘要：离心泵是利用离心力来输送液体的设备，在国民经济的各个部门以及人们生活中都有广泛的应用。
但在离心泵的使用中会不可避免地产生或大或小的轴向力，严重地影响着离心泵的使用寿命，因此对离心泵轴向力进行精确计算并想办法加以平衡，对于提高离心泵的效率和延长其使用寿命具有相当重要的意义。
本文简述了多级离心泵的基本结构，介绍多级离心泵的轴向窜动的原因，以及控制轴向窜动的集中常见的方法，并且提出了新的控制方法。
关键字：离心泵轴向力控制方法1 引言离心泵运转时，其转动部分受到一个与轴心线相平行的轴向力。
这个力相当大，特别是当级数很多时，更是如此。
单吸两级以上高压离心泵表现出来的轴向力，严重影响离心泵的正常工作，严重影响电动机的使用寿命，在轴向力的作用下，平衡盘与平衡环接触摩擦，当磨损至一定程度后，主轴工作叶轮向进水口方向移动，至使工作叶轮与机壳摩擦电动机负载加大，流量扬程下降。
若不更换平衡盘与平衡环则出现电动机烧毁的现象。
2 离心泵轴向力的产生原因离心泵的轴向力主要包括下列两个部分：（1）叶轮前后两侧因液体压力分布情况不同（轮盖测压力低，轮盘侧压力高）引起的轴向力G1，其方向为子叶轮背后面指向入口。
（2）液体流入和流出叶轮的方向和速度不同而产生的动反力G2，其方向与G1相反。
此外，对入口压力较高的悬臂式担心泵，还需要考虑作用在轴端上的入口压力引起的轴向力，其方向与G1相反。
对于立式离心泵，其转动部分重量也是轴向力。
2.1 叶轮前后两侧压引起的轴向力G1图1 叶轮前后两侧液体压力分布由图1中可以看出，叶轮前后两侧液体压力分布的示意图，由于林心里的作用，叶轮和壳体间的间隙内，液体压力沿径向成抛物线分布。
在图1中的右图夅，可以看到，叶轮的上部分压力大小相同，方向相反，正好压力抵消。
而叶轮下端压力不同，分别为P1，P2，且P1﹤P2，方向相反，则产生一个指向入口的力，这个力就是轴向力。
当泵的级数增加时，这个力也会相应的增加。
如何正确的消除离心力
如何正确消除离心泵的轴向力
离心泵的轴向力：
1、轴向力产生的原因：因吸排液口压力不等也使并非完全对称的叶轮两侧所受液体压力不等，从而产生了轴向力。
叶轮两侧液体压力假如不计轴的截面积，也不考虑叶轮旋转对压力分布的影响，则作用在叶轮上的力为轮盘受的力和轮盖受的力的差值，转化为计算式就是出口压力和进口压力差值与叶轮轮盖的面积的乘积，因为出口压力始终大于进口压力，所以，当离心泵旋转起来就一定有了一个沿轴并指向入口的力作用在转子上。
2、轴向力产生的问题：不平衡的轴向力会加重止推轴承的工作负荷，对轴承不利，同时轴向力使泵转子向吸入口窜动，造成振动并可能使叶轮口环摩擦使泵体损坏。
如何正确消除离心泵的轴向力：
对于多级离心泵来说，一般出口压力远大于入口压力，所以用平衡力来消除轴向力就显得尤其重要，如何消除轴向力呢？
1、多级泵一般采用的是平衡盘和叶轮的对称安装，单级泵一般是在叶轮上开平衡孔，当然还有在叶轮轮盘上安装平衡叶片的方式来平衡轴向力。
2、虽然我们要求的是消除轴向力，但假如完全消除了也会造成转子在旋转中的不稳定，所以在设计的时候，会设计出30%的量让轴承来抵消，这就是为什么多级泵非驱动端轴承通常都是角接触轴承的原因，因为它可以用来承受很大的轴向力。
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可靠性大大提高，无故障运行时间是普通泵的3倍以上，用户维修成本大大降低，从而降低泵的寿命周期成本。
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。
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。
单级离心泵平衡轴向力的方法
单级离心泵平衡轴向力的方法1. 什么是轴向力？首先，我们得搞清楚什么是轴向力。
简单来说，轴向力就是泵在运转过程中，沿着轴线方向的力量。
想象一下，一个离心泵就像是一个正在高速旋转的旋转木马，木马上那根长长的杆子就是泵轴。
这个杆子不仅要支撑整个木马的重量，还要承受木马旋转时产生的各种力量。
轴向力就是那种沿着这个杆子方向推拉的力量。
如果不处理好这些力量，泵可能就会像是掉链子的自行车一样，跑不远了。
2. 为什么要平衡轴向力？有句话说得好，“万事开头难”。
离心泵在工作时，这个轴向力如果不平衡，就像车轮上跑了个坑，结果整个泵的运行就会变得摇摇晃晃，甚至出现问题。
轴向力平衡不佳，不但会造成轴承磨损加速，还可能引发泵的振动，影响泵的寿命。
这就像一个不听话的孩子，老是捣乱，最终谁都得受累。
平衡轴向力的目的是为了让泵能够平稳运行，减少磨损，延长使用寿命，让它像个乖乖的小学生一样，听话又持久。
3. 如何平衡轴向力？3.1 调整叶轮位置首先，最直接的方法就是调整叶轮的位置。
咱们可以把它理解成调节一个人站的位置，让他站得更稳。
叶轮的位置调整可以改变流体的流动方向和速度，从而减少轴向力。
操作的时候就像在调音一样，需要一点点地调整，直到找到那个最佳的平衡点。
千万别一上来就大刀阔斧，慢慢来，才能避免“调成了四不像”。
3.2 采用平衡装置另一种方法是使用平衡装置，比如平衡盘。
这个装置的工作原理就像是给离心泵加了一对“平衡鞋”，帮助它在运行时保持稳定。
这些平衡装置可以在泵的设计阶段就加上，也可以在使用中后期进行安装。
就像我们给车子换轮胎一样，平衡装置能够有效地分散轴向力，使泵能够平稳运转。
别小看这一步，有了平衡装置，离心泵就像换了新鞋一样，轻松自如。
3.3 定期维护检查最后，定期维护检查也是至关重要的。
这就像给咱们的爱车定期保养一样，及时发现问题并解决，能够避免很多不必要的麻烦。
通过检查泵的运行状况、轴承的磨损情况，甚至叶轮的损坏程度，都可以及时调整和处理。
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]。
磁力传动离心泵轴向力的计算与平衡方法
文 章 编 号 ： １０ －－ ２ 【０ ２０ ０５ －３９ ２０ ）㈣ ０ １
流
体
机
械
２０ 年第 ３ 卷第 ６ ０２ Ｏ 期
磁 力传动 离心泵轴 向力的计算 与平衡方 法
李 多民
（ 茂名学 院， 广东茂名 ５５０ ） ２００
摘
要 ： 分析了磁力传动离心泵轴 向力的计算和磁力传动器在静态 和动态下 的力学性能 ， 介绍 了依靠磁力传动 器 自身
叶轮 的级 数 系数 ， 决 于泵 的 比转 数 取
当 ｎ ＝３ ０～１０时 ， ＝０ ６ ０ ｋ ．
Ｒ — — 叶轮 密封 环半 径 ， Ｉ ｎ
— —
平衡效果不好 。本文通过分析磁力泵用磁力传动 器 的力学 性能 ， 利 用 磁 力 传 动 器 自身 平衡 泵 部 对
分轴 向力 的方 法进 行 了研究 。
Ｉ ｏ ｎ Ｊ Ｄｕ ｍｉ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔ ｅ ａ ｉｌｆｒ ｅ ｃ ｌｕａｉｎ ｏ ｅ ｍａ ｎ ｔ ｒｖ ｅ ｔ ｆ ｇ ｌｐ ｍｐ ａ ｄ ｔｅ ｍｅ ｈ ｎｃ ｆｎ ｔ ｎ ｏ ｅ ｍａ ｎ ｔ ｒ ｅ ａ ｓｒｃ ： ｈ ｘ ａ ｏ ｃ ａｃ ｌ ｏ ｆｔ ｇ ｅ ｃ ｄ ｉｅ ｃ ｎｒ ｕ ａ ｕ ｎ ｈ ｃ ａ ｉ ｕ ｃ ｏ ｆｔ ｇ ｅｉ ｄ ｖ ｒｗ ｓ ｔ ｈ ｉ ｉ ｉ ｈ ｃ ｉ ａ ａｙ ｅ ，ｔｅｍｅｈ ｄ ｔ ｂ ｔ ｅ ｔ ｅａ ｉ ｌ ｏｃ ｙ ｔｅ ｍ ｇ ｅｉ ｒ ｅ ｒ ｎｒ ｄ ｃ ｄ ，ａ ｄ ｔｅ ｆｒ ｌ ｏ ｃ ｌｕａｅ ｔ ｅ ａ ｉｌｆｒｅ ｉ ｎ ｌｓ ｄ ｈ ｔｏ ｏ ￣ａ ｃ ｈ ｘａ ｒｅ ｂ ａ ｎ ｔ ｄ ｉ ｔａ ｅ ｉｔ ｕ ｅ ｌ ｆ ｈ ｃ ｖ ｏ ｎ ｈ ｏｍｕａ ｔ ａｃ ｌｔ ｈ ｘ ｏｃ ｓ ａ
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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。
由于不平衡轴向力的存在，使泵的整个转子向吸入口发生窜动，造成离心泵轴偏离原定位置，并使叶轮吸入口外圆与密封环产生摩擦，严重时离心泵不能正常工作，所以必须平衡轴向力，并限制转子的轴向窜动。
由于叶轮出口压力P2与叶轮进口压力P1之差值越大，叶轮产生的轴向力就越大；适当缩小前轮盖间隙，可使轴向力相应减少，当离心泵减负荷运行时，由于叶轮出口与进口压差增加，以及流体的冲击力减小，会导致轴向力增加，所以泵在减负荷运行时，要考虑止推轴承的承载能力。
目前对于离心式叶轮轴向力粗略的计算，可以采用以下公式，具体参数详见表1。
式中：Hi——单级叶轮杨程，m；
K——实验系数，如表1所示；
r——叶轮半径，m；
Rm——叶轮密封环半径，m；
rh——叶轮轮毂半径，m；
i——多级泵叶轮级数。
实际生产中，平衡轴向力的措施有很多，比如在叶轮上开平衡孔，在泵体上安装平衡管，采用背叶片方法，使用平衡盘装置等，可以根据实际情况采取相应的措施。
（1）叶轮上开平衡孔在叶轮后盖板上增加与前盖板上相同的密封环A，并在后盖板与吸入口相对的位置上对称开平衡孔，以降低叶轮背面C空间的压力，这样可减少叶轮两侧空间压差，平衡部分轴向力，见图2。
在离心泵运行中总结了平衡孔总截面积为密封环间隙(密封环间隙为0.1～0.25mm)环形截面积的3～6倍。
采用平衡孔措施，能够平衡80%左右的轴向力，克服了轴向窜动所产生的不良后果。
这种方法在单级单吸离心泵上应用效果显著。
在生产运行中对IS150-125-315清水离心泵，经常更换轴承、口环及轴承压盖，维修量很大并造成一定经济损失，增加了生产成本。
在查找原因中发现叶轮的平衡孔为φ6mm×6mm，经计算得出平衡孔面积远小于密封环间隙面积的3～6倍，轴向力没有被克服而引发的离心泵损坏。
在平衡孔采用φ8mm×6mm后，满足了平衡孔面积在密封环间隙面积的3～6倍之间，解决了轴向力不平衡问题，减少了维修量，同时也降低了成本。
（2）泵体上安装平衡管。
在泵体上装1根平衡管，使叶轮背面C空间与泵吸入口接通，并在叶轮后盖上装有密封环A，使叶轮两侧压力基本平衡，同样可以平衡轴向力，这种措施与叶轮开平衡孔基本相同。
（3）用背叶片方法平衡轴向力。
背叶片加在叶轮后盖板的外侧，形成一个吸入方向同叶轮入口相反的半开式叶轮，它的叶片形状大部分设计成径向的直叶片，它的剩余力仍然由轴承承担。
其计算可按如下经验公式进行：
式中：F——叶轮轴向力，N；
ω——背叶轮液体旋转角速度，s-1，ω'=0.5ω（1+t/s）；
Rt——背叶片外半径，m；
Rh——轮毂半径，m；
s——泵壳与叶片的平均距离、距离，mm；
t——背叶片平均宽度，通常取t=5～8mm。
（4）平衡盘装置。
多级泵因其高压输送能力大，但在工作中所产生轴向力也较大，常用平衡盘来平衡轴向力。
平衡盘装置是由装在泵轴上的平衡盘和固定在泵壳上的平衡环组成，安装在多级泵末级叶轮后面，见图3。
图3 中平衡盘与平衡环之间有轴向间隙b;在平衡盘与平衡套之间有径向间隙b0；平衡盘后面的平衡室与泵吸入口采用平衡管连接。
泵启动后，由多级泵末级叶轮流出来的高压液体流入径向间隙b0，压力下降到P1，在流过轴向间隙b，压力下降到P0，因P1＜P0就有压力作用在平衡盘上，这个力就是平衡力，方向与作用在
叶轮上轴向力方向相反，达到平衡作用。
离心泵工作时，当叶轮上的轴向力大于平衡盘上的平衡力时，泵的转子就会向吸入口窜动，使平衡盘的轴向间隙减小，增加流体流动阻力，而减小泄漏量，泄漏量减小后，液体流过径向间隙的压力减小，从而提高平衡盘前面压力，即增加了平衡盘上的平衡力。
随着平衡盘向左移动，平衡力增强，当平衡盘移到某一位置时，平衡力与轴向力相等，达到平衡。
同样，当轴向力小于平衡力时，转子会向吸入口反向移动，达到新的平衡点。
在实际工作中，当泵的工作指标改变时，转子会自动移到平衡位置作轴向移动。
因此，平衡盘装置有自动平衡轴向力的优点。
在生产运行中对DG46-50×10多级锅炉给水泵进行维护改造。
改造前泵经常发生振动，出现噪声过大、过热等现象，平衡盘面磨损更换频繁，在查找原因过程中对径向间隙b0和轴向间隙b进行调整。
原径向间隙为0.35mm，安装后零件之间配合间隙过小，满足不了高压液体通过径向间隙进入平衡室，因而压力下降，平衡盘没有被推开而产生振动，将原间隙扩至0.45mm后，满足高压液体泄漏量，增大
液体压力而产生平衡力，保证平衡盘正常运转。
轴向间隙安装后保留0.2mm左右，
使其具有一定的泄漏量来完成轴向力与平衡力的平衡过程。
调整后泵在运转中非常稳定未发现异常现象。
根据以上的分析及平衡措施，在实际工作中的应用，解决了一些实际问题，从而减少了因轴向力的产生而导致的损坏，并且提高了泵的工作效率。
【相关文献】
[1]薛敦松.石油化工厂设备检修手册第五分册泵.北京：中国石化出版社，1997ISBN7-80043-680-
2.
[2]楼宇新.化工机械制造工艺与安装修理[M].北京:化学工业出版社，1988:338-339.。