叶轮前后口环直径对轴向力的影响

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1、第49卷第1期化工设备与管道Vl01．49NO．12012年2月PROCESSEQUIPMENT&PIPINGFeb．2012·机械与密封·叶轮前后口环直径对轴向力的影响王邦胜(广东省佛山水泵厂有限公司，广东佛山528000)摘要：通过对端吸单级、节段式多级泵的轴向力平衡结构产生轴向力的计算，对不同结构的计算比较，表明前后密封环加平衡孔结构，并非前后密封环直径相等是最合理的平衡轴向力结构，而是后密封环比前密封环直径小，更有利于轴向力的平衡。关键词：悬臂式；叶轮；密封环；平衡孔；轴向力中图分类号：TQ050．2；TH123文献标识码：A文章编号：10093281

2、(2012)01—0035—04在实际中，我们设计的叶轮为了平衡轴向力，1叶轮结构的比较现在用得最多的结构就是双密封环加平衡孑L，一般后1．1悬臂式叶轮结构密封环直径与前后密封环相等。在理想状态下，前后该结构(见图1)轴未整个穿过叶轮或吸人室，密封环以上轴向力互相抵消，密封环下部由于开了平多用于单级端吸式悬臂泵。衡孔之后，仍有10％～15％的不平衡轴向力。但用前1．2非悬臂式叶轮结构后密封环直径不相等的结构，轴向力是否会更小还是该结构(见图2)轴穿过叶轮并通过吸人室，多恰恰相反?本文就这两种结构(只对卧式泵)做初步用于多级泵。的对比分析[1-7]。a．前后密封

3、环直径相等b后密封环直径大于前密封环直径c．后密封环直径小于前密封环直径图1悬臂式叶轮结构a．前后密封环直径相等b．后密封环直径大于前密封环直径c．后密封环直径小于前密封环直径图2非悬臂式叶轮结构2轴向力的产生收稿日期：2011—10．21作者简介：王邦胜(1984一)，男，海南海口人，学士。主要从事轴向力为沿轴向作用在转子上的不平衡力之和。离心泵的研发和应用。36化工设备与管道第49卷第1期作用在泵转子上的轴向力由以下几部分组成：泵理论流量，m／s；(1)叶轮前后盖板不对称产生的轴向力，此力。、——叶片进口稍前、出口稍后的轴面速方向向叶轮人口。度，m／s；(

4、2)动反力，此力指向叶轮后盖板方向。。c——叶轮出口轴面速度与轴线方向的夹角。(3)轴台、轴端等机构因素引起的轴向力，方2．3轮毂轴端引起的轴向力。向视情况而定。悬臂式叶轮轴头吸入压力和大气压力不同引起(4)影响轴向力的其他因素。的轴向力。当泵进口压力高时，作用在轴头上的轴向由于泵腔体内的流动比较复杂、铸造的不均匀力的值较大(见图1)，其值用下式计算：以及加工尺寸的误差，故泄漏量不尽相等。但为了简A3=pg1—pa)t"。1化分析，假定泄漏量是一样的，则叶轮密封环上的前式中——叶轮进口压力(绝对压力)；后盖板与泵壳的之间腔体的压力相等。并假定由于P——大气压力

5、；开了平衡孑L之后，后腔体的压力接近叶轮入口压力，——填料或机封处轴套半径。此处暂按相等计算。叶轮各参数见图3。值为正时方向指向叶轮背面，当值为负时2．1盖板力，方向指向叶轮吸人口。(1)当前后密封环直径相等时(见图la、2a)，各尺寸参数见图3。由于密封环以上前后密封环盖板所受的力互相抵消，所以在此只需要计算密封环以下的力。该结构盖板力为：(AP一P)×Ⅱ×(p2m-F210，方向指向叶轮吸入口。(2)当后密封环直径大于前密封环时(见图1b、2b)，计算盖板力：1=2×Ⅱ×(m2一1)一(△1-p1)×n×(F2m2-／~2h)，当值为正时，方向指向叶轮入口

6、，反之。(3)当前密封环直径大于后密封环时(见图1c、2c)，计算盖板力．：l2×Ⅱ×(r2ml／2m2)一(Ap1一p1)×n×(／m~-h)，当值为正时，方向指向叶轮背面，反之。式中p——叶轮进口压力；△．——平衡孔后的压力；p，——叶轮出口压力；r——叶轮密封环半径，=rm=rm(叶轮前后口环相等时)；——叶轮前密封环半径；：——叶轮后密封环半径；——叶轮轮毂半径。2．2动反力，液流通过叶轮其方向之所以改变，是因为液体图3叶轮各参数受到叶轮作用力的结果。反之，液体给叶轮一个大小3轴向力的分析相等方向相反的反作用力，该力即为动反力。动反力可按下式估算：(1

7、)当叶轮结构为悬臂式叶轮，前后密封环直径A2=pQ(Vm0一Vm3COS)，方向指向叶轮背面。相等时，则总的轴向力为：A=A-A：-A=(AP-p)Ⅱ式中p——液体密度，kg／m；(／m-rh)-pQ(o—Vm3COS。[)一Ⅱrl1_a)2012年2月王邦胜．叶轮前后口环直径对轴向力的影响(2)当叶轮结构为悬臂式叶轮，前后密封环不=254．相等时，则总的轴向力为：方向向叶轮背面。A=Al23(3)轮毂轴端引起的轴向力：Ⅱ(，2m2一1)(2一△Pl—1)-pQ(lm0一Vm3COS)一A3pg1a)Ⅱreln，。。)=1000~9．81x(-0．0265-0

8、．101)x3．14x0．0435(3