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上海云望真空機(jī)械有限公司
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如果不設(shè)法消除或平衡作用在葉輪上(傳到軸上)的軸向力,此軸向力將拉動(dòng)轉(zhuǎn)子軸向串動(dòng),與固定零件接觸,將造成泵零件的損壞以致不能工作。一般常用以下方法來平衡泵的軸向力。
1、推力軸承
對(duì)于軸向力不大的小型泵,采用推力軸承承受軸向力,通常是簡(jiǎn)單而經(jīng)濟(jì)的方法。即使采用其他平衡裝置,考慮到總有一定的殘余軸向力,有時(shí)也裝設(shè)推力軸承。
2、平衡孔或平衡管
如圖1所示,在葉輪后蓋板上附設(shè)密封環(huán),密封環(huán)所在直徑一般與前密封環(huán)相等,同時(shí)在后蓋板下部開孔,或設(shè)專用連通管與吸入側(cè)連通。由于液體流經(jīng)密封環(huán)間隙的阻力損失,使密封下部的液體的壓力下降,從而減小作用在后蓋板上的軸向力。減小軸向力的程度取決于孔的數(shù)量和孔徑的大小。在這種情況下,仍有10~15%的不平衡軸向力。要完全平衡軸向力必須進(jìn)一步增大密封環(huán)所在直徑,需要指出的是密封環(huán)和平衡孔是相輔相成的,只設(shè)密封環(huán)無平衡孔不能平衡軸向力;只設(shè)平衡孔不設(shè)密封環(huán),其結(jié)果是泄漏量很大,平衡軸向力的程度甚微。
采用這種平衡方法可以減小軸封的壓力,其缺點(diǎn)是容積損失增加(平衡孔的泄漏量一般為設(shè)計(jì)流量的2~5%)。另外,經(jīng)平衡孔的泄漏流與進(jìn)入葉輪的主液流相沖擊,破壞了正常的流動(dòng)狀態(tài),會(huì)使泵的抗汽蝕性能下降。為此,有的泵體上開孔,通過管線與吸入管連通,但結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜。
采用上述平衡方法,軸向力是不能達(dá)到完全平衡的,剩余軸向力需由泵的軸承來承受。用平衡孔平衡軸向力的結(jié)構(gòu)使用較廣,不僅單級(jí)離心泵上使用,而且多級(jí)離心泵上也使用。但由于軸向力不能完全平衡,仍需設(shè)置止推軸承,且由于多設(shè)置了一個(gè)口環(huán),因而泵的軸向尺寸要增加,因此僅用于揚(yáng)程不高,尺寸不大的泵上。
3、雙吸葉輪
單級(jí)泵采用雙吸式葉輪后,因?yàn)槿~輪是對(duì)稱的,所以葉輪兩邊的軸向力互相抵消。但實(shí)際上,由于葉輪兩邊密封間隙的差異,或者葉輪相對(duì)于蝸室中心位置的不對(duì)中,還是存在一個(gè)不大的剩余軸向力,此軸向力需由軸承來承受。
4、背葉片
泵背葉片是加在后蓋板的外側(cè),即相當(dāng)于在主葉輪的背面加一個(gè)與吸入方向相反點(diǎn)的附加半開式葉輪,如圖2.為了便于鑄造,這種背葉片通常都是做成徑向的,也有做成彎曲的。葉輪加背葉片之后,背葉片強(qiáng)迫液體旋轉(zhuǎn),液體的旋轉(zhuǎn)角速度增加,改變了后蓋板的壓力水頭分布減小了不平衡力。剩余軸向力仍需由軸承來承受。
背葉片除平衡軸向力外,同時(shí)能減小軸封前液體的壓力。裝背葉片泵的揚(yáng)程大約提高1~2%,使泵效率下降2~3%。背葉片還有防止雜質(zhì)進(jìn)入軸封的功能,輸送含雜質(zhì)液體的泵中常采用。
5、葉輪對(duì)稱布置
該方法主要用于多級(jí)泵。泵的所有葉輪平均分為兩個(gè)方向布置,面對(duì)面或者背靠背地按一定次序排列起來(如圖3),可使軸向力相互平衡
布置葉輪的原則是:
(1)級(jí)間過渡流道不能很復(fù)雜,以利于鑄造和減小阻力損失;
(2)兩端軸封側(cè)應(yīng)布置低壓級(jí),以減小軸封所受的壓力;
(3)相鄰兩級(jí)葉輪間的級(jí)差不要過大,以減小級(jí)間壓差,從而減小級(jí)間泄漏。
節(jié)段式泵對(duì)稱布置可平衡軸向力,但級(jí)間泄漏增加。對(duì)稱布置葉輪,只有在結(jié)構(gòu)完全相同的條件下,才能完全平衡,當(dāng)各級(jí)的輪轂軸臺(tái)不同時(shí),也將產(chǎn)生一定的軸向力。
6、平衡鼓
平衡鼓是個(gè)圓柱體,裝在末級(jí)葉輪之后,隨轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)。平衡鼓外圓表面與泵體間形成徑向間隙。平衡鼓前面是末級(jí)葉輪的后泵腔,后面是與吸入口相連通的平衡室。這樣作用在平衡鼓上的壓差,形成指向右方的平衡力,該力用來平衡作用在轉(zhuǎn)子上的軸向力。如圖4
7、平衡盤
平衡盤可在不同工況自動(dòng)完全地平衡軸向力,故廣泛地應(yīng)用于多級(jí)離心泵。如圖5所示,在軸套與泵體間存在一個(gè)間隙,在盤端面與泵體間有一個(gè)軸向間隙bo,平衡盤后面有與泵吸入口相通的平衡室。徑向間隙b前的壓力是末級(jí)葉輪背面的壓力p,液體經(jīng)過間隙b后,壓力降低為p',徑向間隙的壓力降為△p1=p-p',液體通過軸向間隙b0后,壓力再下降至po軸向間隙兩端的壓力降為△p2=p'-po,其中po和泵吸入口的壓力接近。整個(gè)平衡盤裝置的壓力降為△p=△p1+△p2。這樣,在平衡盤上作用一個(gè)平衡力,方向與泵的軸向力相反
平衡盤的工作原理是:當(dāng)軸向力大于平衡盤的平衡力時(shí),離心泵轉(zhuǎn)動(dòng)部分向左移,軸向間隙bo隨之減少,流體流過間隙的阻力加大,整個(gè)平衡裝置的總阻力系數(shù)也因此加大。但是,△p不變,所以泄漏量q減少,結(jié)果是△p1減少而△p2增大,從而增加了平衡力,隨著轉(zhuǎn)動(dòng)部分不斷向左移動(dòng),平衡力不斷增加,到達(dá)某一位置時(shí),平衡力和軸向力達(dá)到平衡。當(dāng)軸向力小于平衡力時(shí),轉(zhuǎn)動(dòng)部分向左移動(dòng),與上述過程相反,也使離心泵處于軸向平衡狀態(tài)。所以裝有平衡盤裝置的離心泵,一般不配止推軸承。