离心泵的轴向力径向力平衡
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。
轴向力径向力及平衡
第10讲：轴向力径向力及平衡10.1 轴向力产生的原因1.泵在运转时，叶轮前后盖板压力不对称产生轴向力，其力的方向指向吸入口方向。
2.动反力：液体从吸入口到排出口改变方向时作用在叶片上的力，该力指向叶轮后面。
3.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。
4.立式泵转子重量引起的轴向力，力的方向指下面。
5.其它因素：泵腔内的径向流动影响压力分布；叶轮二侧密封环不同产生轴向力。
10.2 轴向力的计算10.2.1 叶轮前后盖板不对称产生的盖板力A1假设盖板二侧腔的液体无泄漏流动，并以叶轮旋转角速度之半ω/2旋转，则任意半径R 处的压头h‘为：h‘＝（ω2/8g）（R22－R2）R2－叶轮外径半径假定叶轮进口轴面速度与出口轴面速度相等，V m1＝V m2，进口圆周分速度V u1＝0叶轮出口势扬程H P=H T－（（g H T/u2）2/2g）= H T（1－（g H T//2u22）叶轮后盖板任意半径处，作用的压头差为：h＝H P－h‘＝H P－（ω2/8g）（R22－R2）将上式二侧乘以液体密度ρ和重力加速度g，并从轮毂半径积分到密封环半径，则得盖泵轴向力A1＝πρg(R m2－R h2)［H P－（ω2/8g）（（R22－（R m2＋R h2）/2））］10.2.2 动反力A2A2=ρQ t（V mo－V m3COOα）（N）其中ρ－流体密度（Kg/m3）Q t－泵理论流量V mo V m3 －叶片进口稍前和出口稍后的轴面流速α－叶轮出口轴面速度与轴线方向的夹角10.2.3 总的轴向力：A= A1－A2对多级泵：A＝（i －1）（A C）+ A S i－叶轮级数A C－次级叶轮轴向力A S－首级叶轮轴向力按上述方法计算得到的轴向力，通常比实际的要小15～20％。
对泵吸入口对大气有压力的，必须计入轴头和轴肩园截面上产生的轴向力。
对立式泵还应计入转子的重量。
10.3 轴向力的平衡10.3.1 平衡轴向力的主要方法：1.采用推力轴承平衡轴向力2.用平衡孔平衡轴向力3.单级泵采用双吸叶轮平衡轴向力，多级泵采用叶轮背靠背对称布置平衡轴向力。
离心式压缩机的平衡管的作用
离心式压缩机的平衡管的作用
离心式压缩机的平衡管的作用
答：离心泵运转时，会产生轴向力。
离心式压缩机的平衡管轴向力产生的原因：
1）液体从叶轮入口流到出口，因流体的流动方向由轴向变为径向，所以在叶轮上产生反作用力。
2）叶轮两侧的液体压力不对称。
由于轴向力的作用，可以使叶轮产生位移，改变了叶轮和溢流道的同心度，使流量减少，扬程降低，严重时叶轮和泵体发生摩擦，直至发生设备事故。
平衡管就是用来消除或减小轴向力的。
消除或减小离心泵轴向力的其他措施：
1）对称安装多级泵的叶轮；
2）装平衡盘；
3）采用双吸叶轮；
4）在单级泵的叶轮上开平衡孔；。
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。
离心泵,课堂练习,复习内容,故障分析
离心泵一、问答题1．离心泵的扬程是什么意义？其单位是什么？样本上常用单位是什么？两者的关系是什么？ 答：单位质量的液体，通过泵所获得的有效能量。
单位：J/kg ；常用单位：m ；提高液体的位置高度，而且克服液体在输送过程的流动阻力，以及提高液体的静压能和速度能等。
2．离心泵的主要过流部件是哪些？吸入室、叶轮及排出室<又称蜗壳） 3．离心泵开泵前为什么要灌泵？泵内不充满被输送液体，不能产生足够的离心力，也就没有吸力，不能吸液，必须要灌泵。
4．H T ∞与哪些因素有关？仅与液体在叶片进口和出口速度有关； 为什么说它与介质性质无关？H T ∞=1/g<u 2c 2u ∞-u 1c 1u ∞） 5．H u u w w c c T ∞=-+-+-221212222212222中哪是静、动扬程，由什么作用产生的？6、静扬程H pot 在理论扬程H t ∞中所占的比例称为反作用度；反作用度越大越好；与β2A 有关； 7．离心泵中主要是哪种叶片？为什么？βA2大致范围是多少？8．汽蚀的机理如何？有何危害？9．如何判别是否发生了汽蚀？10．如何确定离心泵的几何安装高度？11．常减压装置中减压塔的基础为什么比常压塔基础高？ 12．如何从装置方面防止汽蚀发生？生产操作中要注意哪些问题？13．用ρρvs sa p c p h -+=∆22和()p p c Z h sAs g f A Sρρ=----22说明如何防止汽蚀？14．离心泵几条特性曲线？各特性曲线有何特点、有何用途？15．离心泵开泵前要关闭出口阀？16．离心泵中主要有哪些损失？各影响哪些工作参数？17．介质密度对离心泵的H 、Q 、N 、η四个参数中的哪些有影响？在生产中如何注意该种影响？18．离心泵中流量损失产生在哪些部位？流量损失与扬程有无关系？用曲线图表示。
19．离心泵中机械损失由哪几部分组成？20．写出离心泵效率η的表达式。
它与ηv 、ηh 、ηm 有何关系？ 21．输送粘度较大的液体时离心泵的H 、Q 、N 、η、Δh r 如何变化？22．写出离心泵相似定律的表达式。
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
演示模板轴向力径向力及其平衡.ppt
F1 (R22h Rh2 )gH p
1 2
( R22h
Rh2 )g
2 8g
( R22h
Rh2 )
(
R22h
Rh2
) g [
H
p
2
16 g
(
R22h
Rh2
)]
F2 (R220 Rm2 )gH p
1 2
( R220
Rm2 )g
2 8g
( R220
Rm2 )
(
R220
Rm2
)g[ H
p
2
16 g
优选
13
四.背叶片平衡轴向力
已知未加背叶片的时候轴向力大小为
A1
g ( Rm2
Rh2 )[ H
p
2
8g
( R22
Rm2
2
Rh2
)]
加背叶片后，背叶片强迫液体旋转，液体的旋转角度增加。后侧的压力 水头如曲线AGK所示，它和线AGF相差的曲线既为背叶片平衡的轴向力。
计算方法：（设液体以 旋转）
bc = ac- ab
任意半径R 处的压头 h
h h h
(u2 )2 2 2g
(u)2 2
2g
1 8g
(u
2 2
u2) 2 8g
(R22
R2)
假设：vm1 vm2 vu1 0
Hp
p2 p1 g
Ht
v22 v2 2g
Ht
(vm2 2
vu22 ) (vm21 vu21 ) 2g
Ht
vu22 2g
优选
12
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。
离心泵基础知识工作原理
离心泵基础知识工作原理在化工和石油部门的生产中，原料、半成品和成品大多是液体或气体，而将原料制成半成品和成品，需要经过复杂的工艺过程，在这个过程中需要输送这些液体或气体，为这些工艺过程提供所需的压力和流量，输送液体的动设备习惯上称之为泵类；输送气体的动设备习惯上称之为压缩机类。
泵与压缩机有很多的种类，按照泵与压缩机的工作原理可以分为速度式与容积式，在速度式中，又可以分为叶片式与喷射式，叶片式又可以分为离心式、混流式、轴流式，最常见的是离心式；容积式可以分为回转式与往复式，往复式本可以分为活塞式与隔膜式。
一、离心泵1.离心泵的工作原理叶轮安装在泵壳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管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。
在蜗壳中，液体由于流道的逐渐扩大而减速，又将部分动能转变为静压能，最后以较高的压力流入排出管道，送至需要场所。
液体由叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心形成了一定的真空，由于贮槽液面上方的压力大于泵入口处的压力，液体便被连续压入叶轮中。
可见，只要叶轮不断地转动，液体便会不断地被吸入和排出。
2. 气缚现象当泵壳内存有空气，因空气的密度比液体的密度小得多而产生较小的离心力。
从而，贮槽液面上方与泵吸入口处之压力差不足以将贮槽内液体压入泵内，即离心泵无自吸能力，使离心泵不能输送液体，此种现象称为“气缚现象”。
为了使泵内充满液体，通常在吸入管底部安装一带滤网的底阀，该底阀为止逆阀，滤网的作用是防止固体物质进入泵内损坏叶轮或防碍泵的正常操作。
3. 离心泵的结构3.1 泵壳泵壳有轴向剖分式和径向剖分式两种。
大多数单级泵的壳体都是蜗壳式的，多级泵径向剖分壳体一般为环形壳体或圆形壳体。
轴向力径向力及其平衡PPT课件
5．影响轴向力的其它因素。
.
2
一.产生盖板力 A1 的原因
离心泵工作时，由于叶轮两侧液体压力分 图1离心泵轴向力示意图 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。
.
3
计算过程
假设： 1.盖板两侧腔的液体无泄漏径 向流动 2.盖板两侧液体以叶轮旋转角
2gp ( H R m 2 2 R h 2 )2 2 8 g g 2 2 ( R m 2 2 R h 2 ) 2 8 g g 2 ( R m 4 4 R h 4 )
A 1 g(R m 2R h 2)H [p8g 2(R 2 2R m 2 2R h 2)]
按压力体体积来计算
A1 ＝圆柱体重量十抛物体重量
A3p(AhAs2)
P g H
H为单级扬程
.
10
四.影响轴向力的其它因素
1.叶轮前后盖板泵腔内的径向流
前泵腔总是存在着内向径向流，后泵 腔的惰况有所不同，一般无平衡孔的单 级泵则无径向流，有平衡孔时存在内向径向流，多级泵因级间泄漏而存 在外向的径向流。对不同的泵，按内向流压力减小，外向流压力增加来 分析对轴向力的影响。
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。即使采用其它平衡装置，考虑到总有一定的残余轴向力，有时也 装设推力轴承。
.
12
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。
三.双吸叶轮
使用双吸叶轮由于结构对称，能平衡轴向力。 但由于制造误差，或者两边密封环 磨损不同会存在一定的残余轴向力。
第三章离心泵与风机的主要部件与整体结构
四、轴向力、径向力及其平衡 1、轴向力产生得原因
由于泄漏原因叶轮两侧充有液体,液流压力不同,轴向力得方 向指向吸入口。
大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
2、轴向力得平衡
(1)双吸式叶轮
单级泵可采用 双吸叶轮
第三章离心泵与风机的主要部件与 整体结构
一、叶轮
第一节 离心泵主要部件
(1)叶轮就是将原动机输入得机械能传递给液体,提高液体能量 得核心部件。
(2)叶轮一般有前盖板、叶片、后盖板与轮毂组成。 (3)封闭式叶轮效率较高,输送介质较清洁。半开式叶轮及敞开 式叶轮适宜输送含有杂质得液体,可用作渣浆泵叶轮。
第三节 离心式风机得主要部件
一、叶轮
叶轮就是离心风机传递能 量得主要部件,由前盘、后 盘、叶片及轮毂组成。
叶轮后弯式叶片有机翼型、
直板型及弯板型等三种;机
图3－34 离心风机叶轮
翼型效率最高。
1－前盘；2－后盘；3－叶片；4－轮毂
图3－35 后弯叶片形状 （a）机翼型；（b）直板型；（c）弯板型
平直前盘制造简单,效 率较低,而弧形前盘气 流进口后分离损失较 小,效率较高。
2、环形压出室
特点:各截面面积相等,各处得流速不等,有 冲击损失,效率比螺旋形压出室低;但制造 方便。 应用:主要用于多级泵排出段,输送杂质得 泵(如泥浆泵、灰渣泵等) 得情况。
3、径向式导叶与流道式导叶
导叶应用于节段式多级泵上作导水机构,作用就是汇集前一 级叶轮流出得液体,然后诱导入次一级叶轮得进口,同时在导 叶内把部分速度能转化为动能。
另外,下半部液体从两侧向中间合拢,出现漩涡,因而速度就是很不 均匀得。由于结构简单对称,轴向尺寸较短,并且多级泵扬程高、 吸入室中得水力损失所占得比重不大,所以广泛用于多级泵上。
离心泵的主要零部件
叶轮形状： 叶轮形状：
叶片数及叶片形状：大多为后弯型。（ 。（高速部分及旋涡泵 1. 叶片数及叶片形状：大多为后弯型。（高速部分及旋涡泵 为直叶片）, 叶片数（后弯型）6－12片，比转数ns=60～ 为直叶片） 叶片数（后弯型） 12片 比转数n =60～ 250,常为 常为6 可取9 高比转数ns可为4 ns可为 250,常为6片。低ns可取9片，高比转数ns可为4～5片。 叶 片数多，改善流动，提高泵扬程； 增多使损失增加， 片数多，改善流动，提高泵扬程；但Z增多使损失增加，通 流面积变小，降低，易导致汽蚀。 叶片数过少， 流面积变小，降低，易导致汽蚀。 叶片数过少，叶片的负 荷增加，对液体导流作用减少。 荷增加，对液体导流作用减少。
+
ps
π
4
(D − D ) 2 0
2 2 2 2 2 1
π
p π 2 2 P 表 平 膜 则 P pm (D − D ) = λps λ = m 示 均 压 ＝ m 0 2 1 p 4 pb = psp + Kp− pm = psp +(K −λ) ps
4
(D − D )
−
π
4
P 0 (D − D ) 2 1
吸入室
三、轴封
填料—水泵和化工泵 填料 水泵和化工泵 机械密封—国内石油储运离心泵广泛采用 机械密封 国内石油储运离心泵广泛采用 1、机械密封工作原理 组成： 组成： （1）主要密封件：动环、静环 主要密封件：动环、 辅助密封件： （2）辅助密封件：O形、V形 压紧件：弹簧、 （3）压紧件：弹簧、推环等 传动件：弹簧座、 固定螺钉等。 （4）传动件：弹簧座、键、销、固定螺钉等。
蜗壳螺旋线包角(螺旋部分所占有的角)不大于360 蜗壳螺旋线包角(螺旋部分所占有的角)不大于360°。 360° 根据c 反比，用扩大轴面宽度，液流方向α 根据cRr与br反比，用扩大轴面宽度，液流方向α不是常 数，小部分能量转化，蜗壳扩张角θ不大于60°，防止 小部分能量转化，蜗壳扩张角θ不大于60 60° 边界层分离。加扩压段，扩张角8 12° 长度为2.5 2.5— 边界层分离。加扩压段，扩张角8～12°，长度为2.5—3 倍的进口直径，在扩压管可使80 85％的动能转为压能。 80～ 倍的进口直径，在扩压管可使80～85％的动能转为压能。 2、导叶：作用与蜗壳相同，用于多级分段泵。 导叶：作用与蜗壳相同，用于多级分段泵。 流道式导叶： 流道式导叶：正、反向导叶铸在一起，中间为连续 反向导叶铸在一起， 流道，速度变化均匀，水力性能好，结构复杂制造难。 流道，速度变化均匀，水力性能好，结构复杂制造难。
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。
离心式水泵说明书
离心泵设计摘要：本设计采用的是双级单吸式离心泵结构。
泵由电动机通过联轴器直接传动，使液体压力得到升高，达到输送液体的功能。
叶轮是泵的核心部分，主要采用一元理论设计方法设计，得到了流道流线较好的叶轮。
轴根据满足强度条件计算得到最小轴径，设定安装叶轮处轴径，结构为阶梯轴。
当装配图的总体结构尺寸确定后，进行了轴的强度，刚度，及临界转速的校核。
吸入室采用直锥型吸入室，压出室选用螺旋形压出室。
叶轮背后设有背叶片平衡了部分轴向力，余下的小部分轴向力又轴承来平衡；径向力，由于泵的径向力本来就不大，所以无需采用专门的平衡措施。
轴封采用填料密封。
不仅能满足密封要求，而且结构简单便于维修。
根据轴所受的径向力和轴向力来选择恰当的轴承，并配制润滑，密封措施。
其余标准件按目标选用，并作相应校核。
关键词：离心泵；泵的水力设计；泵的结构设计；叶轮Light Hydrocarbon Pump DesignAbstract: the designed pump is a double-stage, single-suction centrifugal pump. It is driven directly by an electromotor to increase fluid pressure and transport the fluid. Its impeller which was designed with one-dimension flow theory has good stream line. The shaft was designed according to strength condition and get least diameter where fix impeller of axle, and the shaft was design to a stepped shaft. The gross structure of assembly dreading was ascertain, and then check the intensity, rigidity and critical speed. Suction chamber adopt right cone sop chamber, while pumping chamber adopt spirally extrude chamber . Behind the impeller used some laminate to equation parts of the axial force, and the lest axial force was equaled by bearing. Because the radial force is not to high so there is no need to adopt some special equilibrium measure . Shaft gland adopt packing seal. not only be able to satisfaction the require of the pressurize, but also the structure is simple to be repaired. select the correct bearing by the radial force and the axial force, and select the correct lubricate and pressurize way .the rest building block was adopt by GB, and do the homologize check.Keyword：Centrifugal pump；Hydraulic pump design；The structural design of pump；Impeller目录1 绪论 (7)2 离心泵的水力设计 (8)2.1确定泵型 (8)2.2叶轮的设计 (8)2.2.1 提供设计的数据和要求 (8)2.2.2 确定泵的总体结构形式和泵出口直径的确定 (8)2.2.3 泵转速的确定 (9)2.2.4 泵比转数n s的计算 (9)2.2.5 估算泵的效率 (9)2.2.5.1 水力损失和水力效率 (9)2.2.5.2 容积损失和容积效率ΗV (10)2.2.5.3 机械损失和机械效率 (10)2.2.6 电动机的选择 (11)2.2.7 初定叶轮的主要尺寸 (11)2.2.7.1 轴径和轮毂直径的确定 (11)2.2.7.2 叶轮进口直径 (12)2.2.7.3 叶片出口宽度 (13)2.2.7.4 叶轮外径 (13)2.2.7.5 叶片出口角和叶片 (13)2.2.8 精算叶轮出口直径 (13)2.2.8.1叶片出口排挤系数 (13)2.2.8.2理论扬程 (13)2.2.8.3叶片修正系数 (14)2.2.8.4 无穷叶片数理论扬程 (14)2.2.8.5 叶片出口轴面速度 (14)2.2.8.6 叶片出口圆周速度 (14)2.2.8.7 叶轮出口直径 (15)2.2.8.8 第二次精算叶轮出口直径 (15)2.2.8.9 第三次精算叶轮出口直径 (15)2.3叶片绘型 (16)2.3.1 计算叶片进口速度 (16)2.3.2 叶片进口角 (16)2.3.3 叶片厚度 (17)2.3.4 叶片前后盖板的设计 (17)2.3.5叶片的绘型 (18)2.3.5.1作轴面投影图 (18)2.3.5.2作叶轮平面投影图——双圆弧法 (19)3 离心泵压出室和吸入室的设计 (21)3.1离心泵压出室的设计 (21)3.1.1 压出室的作用和要求 (21)3.1.2 螺旋式压出室断面的计算 (21)3.2离心泵吸入室的设计 (24)4 离心泵中的轴向力、径向力及其平衡 (25)4.1泵中离心的轴向力的计算及其平衡 (25)4.1.1 轴向力的计算 (25)4.1.2 轴向力的平衡 (26)4.2泵中离心的径向力的计算及其平衡 (26)4.2.1泵中离心的径向力 (26)4.2.2 径向力的平衡 (27)5 泵轴的校核 (29)5.1泵壳的材料选用 (29)5.2泵轴的校核 (29)5.2.1 轴强度的校核 (29)5.2.1.1 作轴的受力简图 (30)5.2.1.2 作弯矩图 (31)5.2.1.3 危险截面的当量弯矩 (31)5.2.1.4 计算危险截面处轴的直径 (31)5.2.2轴的临界转速计算 (33)6 泵密封﹑轴承﹑联轴器的设计 (35)6.1密封 (35)6.2.1 轴承的选取 (35)6.2.2 轴承的密封 (35)6.2.3 轴承的校核 (36)6.2.3.1 轴承的当量动载荷P (36)6.2.3.3 轴承的当量静载荷 (36)6.2.3.4 轴承端盖的设计 (36)6.3联轴器的选择及校核 (37)6.3.1 联轴器的选择 (37)6.3.2 联轴器的校核 (38)7 其它零件的设计 (39)7.1键的设计与校核 (39)7.1.1 键的设计 (39)7.1.2 键的校核 (39)7.2叶轮口环的设计 (39)7.3泵体密封环的结构设计 (40)8 结论 (41)参考文献 (42)致谢 (43)附录A (44)附录B (47)附录B (48)1 绪论泵是世界上最早发明的机器之一。
第七章轴向力径向力及其平衡
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 22222222228812222-=-=-='''-''='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 2222122-=-= 即 )u gH (H H t t p 2221-= （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 22228--='-=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 (gH [g g RdRh A 22221822ωπρρπ )R R (g g )R R (g gR )R R (gH h m h m h m p 482282224422222222-+---=ωπρπρωπρ即 )]R R R (g H )[R R (g A h m p h m 2822222221+---=ωπρ（7—3）这部分轴向⼒也可很⽅便地按压⼒体体积来计算。
离心泵的基础知识
5、OH5:共轴式传动立式管道单级悬臂式泵；
6、OH6：与高速齿轮箱成一整体的立式管道单级悬臂式泵；
7、BB1：轴向剖分的1级和2级两端支撑式泵；
8、BB2：径向剖分的1级和2级两端支撑式泵；
9、BB3：轴向剖分多级两端支撑式泵；
10、BB4:单壳径向剖分多级两端支撑式泵；（D泵）
11、BB5: 双壳、径向剖分多级两端支撑式泵；（筒袋泵）
3、功率 轴功率：指泵的输入功率。即泵轴从电动机获得的功率。
有效功率：指泵的输出功率。即单位时间内泵对输出液体所做的功。由于泵在
运转时可能出现超负荷的情况，因此配用电动机的功率应为轴功率的 1.1—1.2倍。 4、效率
效率是指泵的有效功率与轴功率的比值。
5、转速 转速是指泵轴每分钟的转数。用字母 n 表示，常用单位为 r/min。
离心泵的分类
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：
a.单吸式离心泵 即叶轮上只有一个进水口 b.双吸式离心泵 即叶轮两侧都有一个进水口。它的流量比单吸式泵大 一倍，可以近似看作是二个单吸泵叶轮背靠背地放在了一起。
2.按叶轮数目分： a.单级离心泵 即在泵轴上只有一个叶轮。 b.多级离心泵 即在泵轴上有两个或两个以上的叶轮，这时泵的总扬程为n个叶轮产
17、VS6:双层泵壳（内层为导流壳式）立式悬吊式泵；
18、VS7:双层泵壳（内层为蜗壳）立式悬吊式泵；
API泵与普通泵的区别 1、材质要求严格； 2、对最大允许工作压力有明确规定，泵承压要求高（2MPa以上），泵 试压要求保压时间长（30分钟）； 3、振动要求高于国标；（全部4.5mm/s以下）； 4、底板设计：机组全部位于底板以内，卧式泵要设计集液槽； 5、进出口法兰设计成贯穿螺栓连接的型式； 6、动平衡要求高，按G2.5级； 7、出厂验收规范严格，QC文件清晰明了，反映整台泵从设计到制造的 全过程；
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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Methods of balancing axial force
(5) balance axial force with balance drum
Methods of balancing axial force
(6) Balance the axial force by the method of balance disc.
Radial thrust： Increase the burden on the shaft，deform and even fracture，vibration，reduce the life of pumps
Balance or reduce of hydraulic forces
(7) Balance the axial force by the method of a balance hole or equilibrium tube。
radial force of centrifugal pumps
潘同建
Causes of radial force
the pressure in the volute is basically uniform. Deviating from the optimal conditions will cause the liquid absolute velocity of the impeller outflow deviated from the liquid velocity in volute.Pressure distribution in the volute is uneven.
Structure of centrifugal pumps
Reasons of the hydraulic forces Effects of hydraulic forces Balance or reduce of hydraulic forces
Structure of centrifugal pumps
Causes of axial force
（ 1 ） The area of the liquid pressure on the front and back cover of the pump impeller is not equal, and the distribution of the liquid pressure around the pump chamber is also asymmetric.
For rale-stage pump, use double volute（双蜗壳） 2、Pressurized water chamber
are arranged by 180°
Axial force of centrifugal pumps
For axial thrust： 1、Use the impeller symmetry to counterpoise （双吸泵） 2、Change the shape of the impeller （背叶片） 3、Use thrust bearing（推力轴承） 4、Balancing device（平衡盘、平衡鼓、两者结合）
Radial thrust on the impeller 1.When the Centrifugal pump is under the optimal conditions,
small flow rate：C2>C
big flow rate
：C2<C
C — Flow velocity in the volute
Reasons of the hydraulic forces
For axial thrust： 1、Force difference between hub and shroud 2、Dynamic reaction force
3、For vertical pumps ， gravity is the part of axial thrust.
Methods of balancing axial force
(1) balance axial force of centrifugal pump with a thrust bearing
(2) balance axial force with the back (deputy) vane
Big flow rate
Small flow rate
Pump gravity
The forces including the radial forces on the impeller and pump gravity cause alternating stress acting on shaft and generate directional deflection.
Axial centrifugal force generated causes
(3) The axial force, which is caused by the axial force and the axial end of the shaft, is determined by the specific circumstances. (4) The axial force caused by the weight of the rotor is related to the arrangement of the rotor.
2.Dynamic reaction force
The uneven distribution of liquid pressure around the impeller destory Axisymmetric flow.The pressure of a large liquid flow from the impeller is less.
王琪
Definition of axial force
when the centrifugal pump is in operation, a strong force will generate on its rotor, since the centrifugal force direction parallel to the axis of the shaft, so we called it axial force.
Axial centrifugal force generated causes
(2 Liquid flows from the impeller inlet and flows out from the impeller outlet ， whose speed and direction are not the same,so the axial component of the liquid momentum changed.
Hydraulic forces and balances in centrifugal pumps
members：钱培、范佳晨、陈桢、王琪、潘同建
Brief introduction of centrifugal pumps
陈桢
Brief introduction of centrifugal pumps
Methods of balancing axial force
3) balance axial force with double suction impeller. Due to the symmetrical structural, double suction impeller can balance the axial force. (4) balance axial force with an impeller arranged symmetrically
For radial force:
1、Deviate from the designed point
2、Dynamic reaction force 3、Horizontal pumps，gravity
Effects of hydraulic forces
Axial thrust： 1、large axial thrust，shaft hard to bear 2、Vibration，abrasion
Balance the radial force
single-stage volute pump
Double-volute or Diffuser
multistage centrifugal pump
upside-down volute
thank you for watching