第七章 轴向力径向力及其平衡

图

7—1 轴向力计算原理图 第七章 轴向力径向力及其平衡

第一节 产生轴向力的原因及计算方法

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。因此，必须设法消除或平

衡此轴向力，方能使泵正常工作。泵转子上作用的轴向力，由下列各分力组成：

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1A 表示；

2．动反力，此力指向叶轮后面，用2A 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3A 表示；

4．转子重量引起的轴向力，与转子的布置方式有关，用4A 表示；

5．影响轴向力的其它因素。

下面分别计算各轴向力。

一. 盖板力1A 的计算(图17—1)

由图可知，叶轮前后

盖板不对称，前盖板在吸

入眼部分没有盖板。另一

方面，叶轮前后盖板象轮

盘一样带动前后腔内的

液体旋转，盖板侧腔内的

液体压力按抛物线规律

分布。

作用在后盖板上的

压力，除口环以上部分与

前盖板对称作用的压力

相抵消外，口环下部减去

吸入压力1P 所余压力，

产生的轴向力，方向指向

叶轮入口，此力即是1A 。假设盖板两侧腔的液体无泄漏流动，并以叶轮旋转角速度之半2ω旋转，则任意半径R 处

的压头h '为(推导见十八章)

)R R (g

)u u (g g )u (g )u (

h h h 22222222

228812222-=-=-='''-''='ω （7—1） 叶轮出口势扬程，当假定21m m v v =，01=u v 时，为 g

)v v ()v v (H g v v H g p p H u m u m t t p 222121222222212+-+-=--=-=ρ g

)u gH (H g v H t u t 222

2122-=-= 即 )u gH (H H t t p 22

21-= （7—2） 叶轮后盖板任意半径处，作用的压头差为

)R R (g H h H h p p 2222

8--='-=ω

将上式两侧乘以液体密度ρ和重力加速度g ，并从轮毂半径积分到密封环直径，则得盖板轴向力1A

⎰⎰--==m h m h R R p R R RdR )]R R (g

H [g g RdRh A 22221822ωπρρπ )R R (g g )R R (g gR )R R (gH h m h m h m p 4

82282224422222222-+---=ωπρπρωπρ 即 )]R R R (g H )[R R (g A h m p h m 2

822222221+---=ωπρ （7—3） 这部分轴向力也可很方便地按压力体体积来计算。图7—1左侧影线部分的压力体体积的重量，在数值上等于轴向力。这部分压力体体积分为圆柱体和抛物体两部分，而抛物体体积等于同底等高圆柱体积之半，即

1A ＝圆柱体重量十抛物体重量 )R R (g

g )R R ()R g R g H (g )R R (h m h m h p h m 2222222

2222282188--++--=ωπρωωπρ )]R R R (g H [g )R R (h m p h m 2

82222322+---=ωπρ 二、动反力2A 的计算 液体通常沿轴向进入叶轮，沿径向或斜向流出。液流通过叶轮其方向之所以变化，是因为液体受

到叶轮作用力的结果。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，指向叶轮后面，由动量定理

)cos v v (Q A m m αρ3012-= （N ） (7—4)

式中 ρ——液体密度（3m kg ）；

1Q ——泵理论流量(s m 3)；

0m v 、3m v ——叶片进口稍前、

出口稍后的轴面速度(s m )；

α——叶轮出口轴面速度与

轴线方向的夹角。

对于一般离心泵，可按下式估算轴

向力(图7—2)

i )R R (gH k A h m 221-=πρ

式中 A ——总的轴向力（N ）；

1H ——泵单级扬程(m )；

m R ——叶轮密封环半径(m )；h R ——叶轮轮毂半径(m )；

i ——泵级数；

k ——系数，当10030~n s = 时，60.k =；当220100~n s =时，70.k =

当280240~n s

=时；80.k =

三、半开式叶轮轴向力1A 的计算(图7—3)

作用于后盖板的轴向力(抛物体的重量)1

F 为 gh )R R (gH )R R (F h p h πρπρ222222121---=

式中 )R R (g h h 2222

8-=ω

作用在前侧的轴向力(三角形压力体重量)为2F )]R R (R [)R R (g H F m m m p -+-=2223

2221πρ 总的轴向力 )]R R (R [)R R (g H )R R (g g )R R (gH )R R (F F A m m m p h h p h -+------=-=22222222222

22113

2221821πρωπρπρ 四、混流泵叶轮轴向力1A 的计算(图7—4)

由前述

2131F F F A -+= p h gH )

R R (F πρ222203-= )R R (g g )R R (gH )R R (F h h h h p h

h 222222222

21821----=ωπρπρ )]R R (g H [g )R R (h h p h h 222222216--

-=ωπρ )R R (g

g )R R (gH )R R (F m m p m 22202222022

202821----=ωπρπρ )]R R (g H [g )R R (m p m 2220222

2016---=ωπρ