多级离心泵的轴向力的计算

摘 要：泵在运转中，轴向力作用在转子上，拉动转子轴向移动，为确保泵的安全运转，必须消除或平衡掉轴向力，那么轴向力的大小计算十分重要。我们将通过实例计算多级离心泵的轴向力。

关键词：多级泵；轴向力计算

前言

通过针对单壳体节段式多级离心泵的轴向力进行举例说明，从具体的实例中学习到有关轴向力的计算方法。

阐述泵的结构为吸入口和吐出口均垂直向上。前段、中段和后段用穿杠联接成一体，各段之间静止结合面主要靠金属面密封。轴向力由平衡盘平衡，残余的轴向力由向心调心球轴承承受。轴封采用机械密封，自循环冲洗。从驱动端看泵为顺时针方向旋转。根据泵的构造我们做如下计算，我们将计算出该多级离心泵的轴向力。

1.已知泵的参数如下：

流量： Q=85（m3/h）

扬程： H=630（m）

级数：10级

入口压力： 常压

设计压力： 10（Mpa）

转 速： n=2980（r/min）

2.轴向力的分布

转子上叶轮分布情况

首级叶轮 数量 1个 次级叶轮 数量 9个

轴的轴向力由以下几种原因产生：

1、 F1 叶轮前后盖板受相同压力面积差引起的轴向力；

因为叶轮经前后盖板不对称，前盖板在吸入孔部分没有盖板。另一方面，叶轮前后盖板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与前盖板对称作用的压力除口环以上部分相抵消外，口环下部减去吸入压力所余压力产生的轴向力，方向指向叶轮入口，此力就是F1.

2、 F2 动反力；

液体沿轴向进入叶轮，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，即动反力F2。

3、 F3 叶轮入口的水推力。

3.轴向力F1的计算：

3.1首级叶轮F1

F1=γπ（Rmi2-rh2）{Hp-[1-（Rmi2+rh2）/2R22]u22/8g}

γ：液体重度

Rmi：叶轮密封环半径（m）

rh：轮毂半径（m）

R2：叶轮出口半径（m）

Hp：叶轮的势扬程（m） Hp=Ht（1-Htg/2u22）

u2：叶轮出口直径圆周速度（m/s）

g：重力加速度

已知条件：

Rmi=0.07125（m）

rh=0.03975（m）

R2=0.1095（m）

γ=1000Kg/m3

ω=2πn/60=2x3.14x2980/60=311.9（rad/s）

u2= D2πn/60= 34.2 （m/s）

ηk=1+0.0835lg =0.858

Ht=H/ηk=73.4（m）

Hp=Ht（1-Htg/2u22）= 73.4x（1-73.4x9.8/2x34.22）=50.8（m）

F1=γπ（Rmi2-rh2）[Hp-（1-（Rmi2+rh2）/2R22）u22/8g]

=1000x3.14（0.071252-0.039752）{50.8-[1-（0.071252+0.039752）/（2x0.10952）]（34.22/8x9.8）}

=440.5（Kg）

方向：叶轮后盖板叶轮前盖板

3.1.1次级叶轮F1

F1=γπ（Rmi2-rh2）{Hp-[1-（Rmi2+rh2）/2R22]u22/8g}

γ：液体重度

Rmi：叶轮密封环半径（m）

rh：轮毂半径（m）

R2：叶轮出口半径（m）

Hp：叶轮的势扬程（m） Hp=Ht（1-Htg/2u22）

u2：叶轮出口直径圆周速度（m/s）

g：重力加速度

已知条件：

Rmi=0.07275（m）

rh=0.03975（m）

R2=0.1095（m）

γ=1000Kg/m3

ω=2πn/60=2x3.14x2980/60=311.9（rad/s）

u2= D2πn/60= 34.2 （m/s）

ηk=1+0.0835lg =0.857

Ht=H/ηk=73.5（m）

Hp=Ht（1-Htg/2u22）= 73.5x（1-73.5x9.8/2x34.22）=50.9（m）

F1=γπ（Rmi2-rh2）[Hp-（1-（Rmi2+rh2）/2R22）u22/8g]

=1000x3.14（0.072752-0.039752）{50.9-[1-（0.072752+0.039752）/（2x0.10952）]（34.22/8x9.8）}

=469.3（Kg）

方向：叶轮后盖板叶轮前盖板

3.2动反力F2

由于动反力F2很小忽略不计

3.3叶轮入口的水推力F3

由于叶轮入口的水推力F3很小，忽略不计

轴向力：F= F1 +F2+F3=4664（kg）

通过计算我们知晓轴向力的大小，才能采取有效的消除或平衡轴向力。

根据轴向力的大小我们才能采用不同方式来消除或平衡，多级泵通常我们采用平衡盘或平衡鼓来平衡轴向力，考虑到总有一定的残余轴向力，有时也装设推力轴承。实例中的多级泵轴向力是靠平衡盘来平衡的。只配置有效的平衡装置才能保证泵的正常运转。如出现轴向位移增大，说明平衡装置没有起到平衡作用，平衡装置失去作用有3 种可能性：a. 失压；b. 升压； c. 给水泵入口汽化。

结束语

上面根据实例计算轴向力的特点和平衡盘的平衡原理提出平衡轴向力的各种方法。在采用这些方法前，要仔细分析运行中出现的问题，采取相应的措施。，合理地运用平衡盘的工作原理进行分析是解决运行中实际问题的关键。

参考文献：

[1]关醒凡.泵的理论与设计[M].北京：机械工业出版社， 1987.

[2]马文智.高速给水泵[J].北京： 水利电力出版社，1984.

[3]关醒凡.现代技术手册.北京：宇航出版社，1998.

作者简介：刘希英（1979-），女，汉族，辽宁沈阳，毕业于沈阳工业大学，专业：机械专业，现主要从事离心泵的研发。