浅谈离心泵的轴向力产生及解决方法

浅谈离心泵的轴向力产生及解决方法

摘要：泵的轴向力尤其是多级离心式泵的轴向力不平衡在日常生产中常常遇到，较好的了解泵的轴向力的产生对于生产中有效缓解轴向力，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：离心泵叶轮轴向力平衡

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。

二、转子产生轴向力分析[1]

三、离心泵产生的轴向力产生的原因

1.水泵叶轮的前后盖板上液体压力作用的面积大小不相等，前后泵腔中液体压强的分布也不对称。因此，作用于叶轮前盖板上的液体压力和作用于吸入口的压力在轴向上不能与作用在后盖板上的液体压力相平衡，从而造成一个轴向的力，这个力是轴向力的主要组成部分。

2.液体从叶轮吸入口流入又从叶轮出口流出，其速度大小和方向均不相同，液体动量的轴向分量发生了变化。因此，根据动量定理，在轴向方向作用了一个冲力，或称动反力，此力指向叶轮后面。

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。

4.转子重量引起的轴向力，与转子的布置方式有关。

5.影响轴向力的其它因素。

简单的说轴向力的分力可分为以下四种：

①叶轮进出口流体的压力差差生的轴向力；②转子对流体做功而受到流体的反作用力的轴向分力；③转子安装后重心与几何中心的偏差产生的轴向分力；④轴承以及电机不平衡传递至转子的轴向力；

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，从而使作用于叶轮上的轴向力的到部分平衡。

3.用双吸叶轮平衡轴向力

双吸叶轮由于结构对称，能平衡轴向力。但由于制造误差，或两侧密封环磨损不同，亦会存在一定的残余的轴向力。

4.用叶轮对称布置平衡轴向力

多级泵的叶轮半数对半数，面对面或者背靠背地按一定次序排列起来，可使轴向力相互平衡。这种方法主要用于蜗壳式多级泵，有时也在节段式多级泵和潜水泵中使用。

5.用平衡鼓平衡轴向力，平衡鼓是个圆柱体，装在末级叶轮之后，随转子一起旋转

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，该力用力平衡作用在转子上的轴向力A。

6.用平衡盘方法平衡轴向力

平衡盘平衡轴向力多用于多级节段式水泵，装在末级叶轮之后，随转子一起旋转。

7.用平衡孔或平衡管方法平衡轴向力

平衡孔这种平衡方式可以减少轴封的压力，也即减小轴向力，但不能完全平衡轴向力，其缺点是容积损失增加，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，用平衡管，则结构变复杂。

参考文献

[1] 史维良，魏志刚，李成植. 浅析离心式转动机械轴向力的产生与平衡[J]. 化学工程与装备. 2008（12）.