中开式离心泵径向力及其平衡计算

　1、中开式离心泵径向力的产生

　　采用蜗形压出室的中开式离心泵在最优工况时，蜗室各断面中的压力是均匀的。泵流量小于最优工况流量时，蜗室中的液体流速减慢，叶轮出口液体的绝对速度，由出口速度三角形可看出，大于最优工况时的绝对速度，也大于蜗室中的速度，从叶轮中流出的液体不断撞击蜗室中的液体，使蜗室中的液体接受到能量，蜗室中的液体压力自隔舌开始向扩散管进口不断增加，如图2—42(a)所示;

点击图片查看产品详情

　　泵的流量大于最优工况流量时，与上述情况相反，从叶轮中流出的液体的绝对速度小于最优工况时的绝对速度，也小于蜗室中的液体流速，两种液体在蜗室中撞击的结果，蜗室中液体要不断付出能量，以增大从叶轮中流出的液体的速度，这样，蜗室中的液体压力自隔舌至扩散管进口是逐渐降低的，如图2—42(b)所示。

　　由于蜗室各端面中的压力不相等，在叶轮上就产生一个径向力。

　　因为叶轮周围液体压力分布不均匀，破坏了叶轮中液体的轴对称流动，压力大的部位的液体自叶轮流出的较少，压力小的地方自叶轮中流出的较多。沿叶轮圆周流出的液体多少不一，作用于叶轮圆周上的液体反作用力也不一样，这又产生一个径向力。

　　作用于叶轮上的径向力就是上述两个径向力的向量和。

　　在分段式多级离心泵中，当泵的工况离开最优工况时，如果叶轮偏心，有一个径向力作用于叶轮上，此力的大小决定于泵的工况。并随着偏心度的增加而增大。

　　图2—42蜗壳中径向力分布当流量很小时，径向力则变化不定，并以远低于泵转速的频率旋转，从而导致转子的振动。

　　实践证明，对于相同工况下的蜗壳泵，转子偏离蜗形体基圆中心和没有偏离中心相比，径向力也有明显的变化。这种变化取决于偏心度的大小和方向。

　　2、 蜗壳式中开式离心泵径向力的计算

　　压出室是蜗形体的泵，在偏离设计工况时径向力按下式计算：

　　其中，K—径向力系数，可由下式求得：

　　当泵在设计工况下运行时。按上式求出径向力系数等于零，零流量时径向力系数最大，即K=0.36。系数K的大小还和泵的型式有关，在某些情况下，实际的K值比按上式求出的更大，零流量时K可能达到06。

　　3、径向力的危害

　　径向力和叶轮的出口直径、叶轮出口宽度成正比，它的影响将随着泵尺寸的增大而增大。

　　当径向力使轴产生较大的挠度时，将引起密封环和轴套的迅速磨损。

　　同时对于旋转着的轴，径向力是交变载荷，较大的径向力会使轴因疲劳向损坏。

　　所以，径向力的平衡是十分重要的，对于尺寸较大、扬程较高的高能泵尤其如此。

　　4、单级蜗壳双吸中开泵径向力的平衡

　　单级蜗壳泵的径向力平衡，可以采用双蜗壳或加一导叶来实现，如图2—43(a)和图2—43(b)所示。

　　在双蜗壳中，每—蜗室虽没有消除径向力，但两个蜗室相隔180。对称布置，作用于叶轮上的径向力是相互平衡的。

　　如用导叶，虽能平衡径向力，但泵的结构复杂化了。

　　5、中开式多级泵径向力的平衡

　　蜗壳式多级泵(即中开式多级泵)径向力的平衡，采用倒置蜗形压出室的方法，即在每相邻的两级中把各自的蜗形压出室布置成相差180°，如图2—44所示。

　　这样，作用于相邻两级叶轮上的径向力就相差180°，互相抵消。

　　因为这两个力不在垂直于轴线的同—平面内，故又组成一个力偶，其力臂等于两叶轮间的距离。此力偶需由另外两级叶轮的径向力所组成的力偶来平衡，或由轴承支反力组成的力偶来平衡。

　　这种径向力的平衡方式适用于级数为偶数、叶轮为单吸式的中开式多级泵。对于级数为奇数，第一级叶轮是双吸式的中开式多级泵，径向力平衡的方法是，第一级蜗壳做成双蜗壳的，以后各级每对蜗室彼此错开180°。

　　对于尺寸较大的中开式多级泵，径向力的平衡也可考虑全部用双蜗壳的方法，如图2—45所示。

　　对于分段式多级离心泵，须尽量减小叶轮对导叶的偏心度， 以减小径向力。