对称布置型多级煤水泵的轴向力分析及结构改进

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1、测试,在200°UE作温度下.风机流量为23000m刖吕在水力采煤矿井中.一般采用离心式多级煤水泵，将高压水击落的煤(经过分级后丿与水一起从刃下输送至地面。多级煤水泵属水力采煤关键设备目前服役的有两种结构形式••离心式、顺序布置翌多级煤水泵和离心式、对称布置型多级煤水泵。离心式、对称布置型多级煤水泵(图1,以下简称多级煤水泵丿运行时,从原理上讲•不应有轴向/h,全压为3311Pa,效率为83176%,比A声压级为1318dB。风机性能试验曲线见图5。图5风机性能测试曲线化丿很大。减少叶轮入口处的气流速度方差是降低风机涡流噪声的重要因素。⑵设计中同时还必须考虑风机叶片的几

2、何形状对叶片入口处气流的牵连加速度系数的影响(相对速度在径向的变化率丿，降低叶片入口处气流矗牵连加速度系数堤降低风机涡流噪声的又一个■要因素。(3丿选择正确的蜗壳螺旋角变化规律及蜗舌间隙也是低噪声风机设计的重要内容。参考文献1姚承范等.低噪声高效风机蜗壳的研究•流体机械，1991;⑺.2~62朱之墀等1低噪声性能离心风机的气动设计1流体工程，1988;(11丿.-16-193LeonhardBomincs.lilcctsofbladedesignoncctrifugalfannoiseandperformance・NoiseG)ntiulEng・J・,1995;43(4)

3、:91~1005结论⑴离心式风机的进风口几何形状对叶轮入口于慎波HOO23辽宁沈阳市沈阳工业大学机械工程学院对称布置型多级煤水泵的轴向力分析及结构改进三唐山煤研分院崔巍摘要分析了对称布置型多级煤水泵轴向力产生的原因•给出了轴向力的计算公式，提出了平衡轴向力的措施一务首级叶轮(如级数多,则为低压侧末级叶轮丿后盖板进行部分切削。采用上述措施后•多级离心泵的大修寿命提高5倍，推力轴承不再损坏。吴键词对称布置型多级离心泵输送煤水轴向力计算结构改进力。因为叶轮为背靠背布置,且中间密封两狈啲叶轮数目一样多，每级叶轮所产生的轴向力应相互扭消。但由于煤水的冲刷与磨蚀，使得多级煤水泵的转子

4、与定子之间的所有环形密封间隙增大。特别当中间密封间隙增大时，轴向力急剧上升，导致拒力轴承频繁损坏，平均寿命不到50h.对多级煤水泵的寿命和安全运行形成很大危害。鉴此，有必要对多级煤水泵的轴向力进行分析，以导出正确的讨算公式。下面以对称布置的两级煤水泵为例进行讨论.其它多级煤水泵同理。图112M6X2K大粒度煤水泵2轴向力分析多级煤水泵中，轴向力主要是由叶轮前、后盖板外表面的压力差产生。而这个压力差与盖板外表面及泵体中液流状态有关。对于这种流动状况可分为下列两种情况：211多级煤水泵运行初期，密封条件正常时（可认为间隙阻力一8其叶轮前、后盖板外侧压力分布如图2所示。式中首级

5、叶轮与次级叶轮压力分布规律相同，均为抛物线分布。这种情况一般认为，叶轮两侧腔体内的浆液流动按叶轮角速度的一半旋转，其任意点的压力分布为伸：P=P1・&')2RdRRU3-7?9=P2'y8^/l-叶轮后盖板外侧所受轴向力尸后二切P27斜-（加=7KR22-R2h）fP2・花丁1・（2）p、R―板外表面任意点的压力、半径Pi、Ri一十轮出口压力、外圆半径5一十轮出口处圆周速度&一十轮轮毂半径2n??dR——十轮外表面上的微元圆面积PJ体的密度、重度P=Vg212多级煤水泵运行后期，密封条件严重破坏时（可认为间隙阻力-w21211前盖板由于叶轮密封环部位磨蚀，间隙增大,导致作

6、用在前盖板外表面的轴向力减小（图3丿。但此忘首级叶轮与次级叶轮前盖板外表面所受轴向力夫小相等，方向相反.相互抵消。故只需考虑叶轮后盖板外表面的轴向力变化。图3前盖板外表面的轴向力―间隙密封正常时压降；•间隙密封失效时压降次级叶轮首级叶轮/力。由式⑶得:假设倒流煤水压力在首级叶轮后盖板服从线號布（图3几则倒流煤水所产生的轴向力F倒为：尺2戶倒二0P倒2IV?dR式中F倒一9流煤水在首级叶轮后盖板外侧任21212后盖板由于中间密封套与中间轴套（图1丿发生磨蚀,高压煤水由次级叶轮后部,经中间密封套和中间爼套的间隙,流至首级叶轮的后部。此时,首级叶莊与次级叶轮后盖板外侧压力均发

7、生变化,分述如下・・（1丿次级叶轮后盖板••其外表面腔体内浆液绍对速度的圆周分速度对中心线的速度矩是常数，艮【Vl（R=VU2R2=Cbnst。其压力分布为与fv2y+2g-y+2gV2=V2U+vl^2=%+代”2式中H、匕、——板外表面任意点的绝对速度、圆周分速、轴面分速V2、叫2、％―十轮出口的绝对速度、圆匿分速、轴面分速对比转速仏=60~100的离心泵叶轮•可取匕2=6/2⑴。由于代2・记很小，可忽略不计，则有P二P270订-V⑶后盖板外表面的轴向压力：叫2F次后二0P—W（寻2'}翫dR=^2（R22-冋7许用In（