水泵的軸向力知識(shí)
作者：水泵 來源：水泵 發(fā)布時(shí)間：2020-12-01
一、軸向力的產(chǎn)生及危害
水泵在正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，其主軸會(huì)產(chǎn)生軸向力。由于泵腔內(nèi)流體流動(dòng)，必然會(huì)對(duì)主軸產(chǎn)生動(dòng)反力，因而泵工作時(shí)產(chǎn)生軸向力不可避免。轉(zhuǎn)子在軸向力的作用下，產(chǎn)生軸向位移，造成動(dòng)靜部間相互研磨、碰撞，導(dǎo)致水泵嚴(yán)重?fù)p壞。軸向力的存在會(huì)造成水泵無法長時(shí)間平穩(wěn)運(yùn)行，降低其使用壽命和整體性能，嚴(yán)重時(shí)甚至危及操作人員的安全。因此，平衡水泵軸向力，是提高水泵主軸性能，從而提升水泵整體性能及安全性的關(guān)鍵。
除以上必然因素造成泵轉(zhuǎn)子產(chǎn)生軸向力外，其他不合理因素也會(huì)導(dǎo)致軸向力，主要有以下幾種：
1、當(dāng)泵在正常運(yùn)行時(shí)，葉輪吸入口處的壓力為P1，葉輪背面的壓力為P2,且P2>P1。因此沿著泵的軸向方向就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)推力F1。
2、由于葉輪流道內(nèi)的壓力分布不對(duì)稱而產(chǎn)生的軸向力F4。
3、對(duì)于立式泵而言，其內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是有重力的，這會(huì)成為軸向力的組成部分；而對(duì)于臥式泵，這個(gè)軸向力是不存在的。
4、葉輪前后蓋板不對(duì)稱；
5、軸臺(tái)階，軸端等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在不合理因素；
6、其他因素引起轉(zhuǎn)子產(chǎn)生軸向力，如泵腔內(nèi)徑向流。
7、液體流經(jīng)葉輪后，由于流動(dòng)方向變化所產(chǎn)生的動(dòng)反力F2。在多級(jí)離心泵中，流體通常由軸向流入葉輪，徑向流出，流動(dòng)方向的變化是由于液體受到葉輪的作用力，因此液體也反作用給葉輪一個(gè)大小相等、方向相反的力。由于葉片上壓力分布不對(duì)稱而引起的軸向力F
8.葉片工作面壓強(qiáng)大于葉片背面的壓強(qiáng)，其所形成的壓力差也將產(chǎn)生軸向力。在眾多產(chǎn)生軸向力的因素中，泵腔內(nèi)流體的動(dòng)反力以及葉輪前后蓋板不對(duì)稱是轉(zhuǎn)子產(chǎn)生軸向力的主要原因。
二、水泵軸向力平衡方法
平衡水泵轉(zhuǎn)子軸向力的方法多種多樣，例如在泵外部設(shè)置推力軸承、于水泵腔體上開設(shè)平衡孔或平衡管以降低泵壓、葉輪設(shè)計(jì)時(shí)采用背葉片、雙葉輪、葉輪對(duì)稱分布等形式，以及使用平衡盤、平衡鼓結(jié)構(gòu)等。其中，多利用平衡盤和平衡鼓結(jié)構(gòu)對(duì)轉(zhuǎn)子軸向力進(jìn)行平衡。
平衡盤被廣泛應(yīng)用在多級(jí)泵的軸向力平衡上，位于泵末級(jí)葉輪之后。平衡裝置存在徑向和軸向兩個(gè)間隙，由末級(jí)流出的帶壓液體，經(jīng)徑向間隙流入平衡盤前的空腔中，使之形成高壓力狀態(tài)。于平衡盤后側(cè)的空腔上開設(shè)平衡管，并與水泵入口相連通，使該處空腔內(nèi)壓力與泵入口處壓力基本一致。由于平衡盤前后兩空腔內(nèi)壓力不等，構(gòu)成壓力差，產(chǎn)生與軸向力反向的平衡力，達(dá)到平衡效果。
采用平衡盤結(jié)構(gòu)平衡水泵轉(zhuǎn)子軸向力時(shí)，由于軸向力不斷變化，平衡力也隨之改變，因而，其工作過程是動(dòng)平衡過程。平衡盤依靠轉(zhuǎn)子竄動(dòng)自動(dòng)調(diào)節(jié)其可變間隙大小，從而調(diào)節(jié)平衡力大小，能夠充分平衡轉(zhuǎn)子軸向力，無需依靠外部推力軸承輔助，因而平衡結(jié)構(gòu)可省略外部推力軸承。
平衡盤結(jié)構(gòu)存在的缺陷：
(1)當(dāng)泵轉(zhuǎn)子以較低速度啟動(dòng)時(shí)，泵中流體產(chǎn)生的推力較小，無法將平衡盤推離平衡座，導(dǎo)致工作時(shí)二者接觸，產(chǎn)生研磨，造成磨損，達(dá)到一定限度后需進(jìn)行更換，降低平衡盤使用壽命。
(2)平衡盤軸向間隙極小，使得其應(yīng)用范圍受限，不適用于泵體內(nèi)液體含沙、泵干轉(zhuǎn)或 泵內(nèi)液體接近氣化等工況。
(3)由于平衡盤依靠平衡管泄露泵內(nèi)液體，使其前后產(chǎn)生壓差來平衡軸向力，泄露會(huì)造成泵的效率降低。
平衡鼓在離心壓縮機(jī)軸向力平衡領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，平衡鼓不存在軸向間隙，帶壓液體經(jīng)平衡鼓徑向間隙進(jìn)入平衡腔，構(gòu)成高壓，于其后的空腔內(nèi)壁上設(shè)置平衡管與泵入口相通，使腔內(nèi)壓力始終大于或等于入口壓力，從而達(dá)到平衡軸向力的目的。
采用平衡鼓結(jié)構(gòu)平衡軸向力，平衡鼓結(jié)構(gòu)動(dòng)靜部間的間隙為制造時(shí)制定，無法自動(dòng)調(diào)整平衡力大小，因而，需要在外部安裝止推軸承以平衡多余的平衡力，其優(yōu)點(diǎn)在于，動(dòng)靜部無接觸，無磨損，因而使用壽命較長。
