軸向力徑向力及平衡

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1、第10講：軸向力徑向力及平衡10.1軸向力產(chǎn)生的原因1.泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，葉輪前后蓋板壓力不對(duì)稱產(chǎn)生軸向力，其力的方向指向吸入口方向。2.動(dòng)反力：液體從吸入口到排出口改變方向時(shí)作用在葉片上的力，該力指向葉輪后面。3.泵內(nèi)葉輪進(jìn)口壓力與外部大氣壓不同在軸端和軸臺(tái)階上產(chǎn)生的軸向力。4.立式泵轉(zhuǎn)子重量引起的軸向力，力的方向指下面。5.其它因素：泵腔內(nèi)的徑向流動(dòng)影響壓力分布；葉輪二側(cè)密封環(huán)不同產(chǎn)生軸向力。10.2軸向力的計(jì)算10.2.1葉輪前后蓋板不對(duì)稱產(chǎn)生的蓋板力A1假設(shè)蓋板二側(cè)腔的液體無(wú)泄漏流動(dòng)，并以葉輪旋轉(zhuǎn)角速度之半ω/2旋轉(zhuǎn)

2、，則任意半徑R處的壓頭h‘為：h‘＝（ω2/8g）（R22－R2）R2－葉輪外徑半徑假定葉輪進(jìn)口軸面速度與出口軸面速度相等，Vm1＝Vm2，進(jìn)口圓周分速度Vu1＝0葉輪出口勢(shì)揚(yáng)程HP=HT－（（gHT/u2）2/2g）=HT（1－（gHT//2u22）葉輪后蓋板任意半徑處，作用的壓頭差為：h＝HP－h(huán)‘＝HP－（ω2/8g）（R22－R2）將上式二側(cè)乘以液體密度ρ和重力加速度g，并從輪轂半徑積分到密封環(huán)半徑，則得蓋泵軸向力A1＝πρg(Rm2－Rh2)［HP－（ω2/8g）（（R22－（Rm2＋Rh2）/2））］10.

3、2.2動(dòng)反力A2A2=ρQt（Vmo－Vm3COOα）（N）其中ρ－流體密度（Kg/m3）Qt－泵理論流量VmoVm3－葉片進(jìn)口稍前和出口稍后的軸面流速α－葉輪出口軸面速度與軸線方向的夾角10.2.3總的軸向力：A=A1－A2對(duì)多級(jí)泵：A＝（i－1）（AC）+ASi－葉輪級(jí)數(shù)AC－次級(jí)葉輪軸向力AS－首級(jí)葉輪軸向力按上述方法計(jì)算得到的軸向力，通常比實(shí)際的要小15～20％。對(duì)泵吸入口對(duì)大氣有壓力的，必須計(jì)入軸頭和軸肩園截面上產(chǎn)生的軸向力。對(duì)立式泵還應(yīng)計(jì)入轉(zhuǎn)子的重量。10.3軸向力的平衡10.3.1平衡軸向力的主要方法：1

4、.采用推力軸承平衡軸向力2.用平衡孔平衡軸向力3.單級(jí)泵采用雙吸葉輪平衡軸向力，多級(jí)泵采用葉輪背靠背對(duì)稱布置平衡軸向力。4.采用背葉輪平衡軸向力5.用平衡鼓＋推力軸承平衡軸向力6.用平衡盤(pán)平衡軸向力7.用平衡鼓＋平衡盤(pán)＋推力軸承聯(lián)合結(jié)構(gòu)平衡軸向力8.用雙平衡鼓平衡軸向力10.3.2平衡鼓＋止推軸承平衡軸向力通常平衡鼓平衡總軸向力的90～95％，余下5～10％的剩余軸向力由止推軸承承受。平衡鼓前后壓差：△P=P3-P5P3-平衡鼓前壓力P3＝P2－（(ω2/8g)(R22-RH2)）ρgP2－末級(jí)葉輪出口壓力P2＝P1＋

5、［H1(i－1)＋HP］ρg6P1-第1級(jí)葉輪進(jìn)口壓力H1－泵單級(jí)揚(yáng)程HP－末級(jí)葉輪勢(shì)揚(yáng)程P5－平衡鼓后壓力P5＝P1＋ρghP5通常取0.5kg/cm2h－平衡回水管阻力損失平衡鼓面積：F=△P(R12-R2h)πR1－平衡鼓外半徑Rh－輪轂半徑10.3.3平衡盤(pán)平衡軸向力1.平衡盤(pán)的靈敏度平衡盤(pán)用于多級(jí)泵中自動(dòng)平衡轉(zhuǎn)子軸向力，一般不設(shè)止推軸承。平衡盤(pán)前后壓差：△P=△P1＋△P2＝P3－P6△P1－平衡盤(pán)徑向間隙壓差△P1＝P3－P4P3－末級(jí)葉輪后腔壓力P4－平衡盤(pán)軸向間隙前壓力P6－平衡盤(pán)后壓力△P2－平衡盤(pán)軸

6、向間隙壓差△P2＝P4－P6平衡盤(pán)的靈敏度：k＝△P2/△P=△P2/(△P1＋△P2)K值越小，平衡盤(pán)的靈敏度越高，但靈敏度太高，平衡盤(pán)的徑向尺寸越大，通常取k＝0.3～0.5。2.平衡力的計(jì)算平衡盤(pán)上的平衡力由二部分組成：一部分由徑向間隙直徑RO至平衡盤(pán)軸向間隙內(nèi)半徑R1園截面上產(chǎn)生的力F1=(R12-R2O)π△P26第2部分是從平衡盤(pán)軸向間隙內(nèi)半徑R1到外半徑R2截面上產(chǎn)生的力F2假定從R1到R2的壓力降按直線規(guī)律變化，則F2＝π（1-φ）△P2（R2－R1）（（R2/3）+(2R1/3））φ-進(jìn)口壓降系數(shù)φ＝

7、△P2‘/△P2=(1＋ξ2’)/(ξ2’+(1－B1)B1（λ2R2/2b2）＋B12)軸向間隙進(jìn)口阻力系數(shù)ξⅡ’＝1＋ξ2’根據(jù)實(shí)驗(yàn)ξ2’＝0.15～0.25B1＝R1/R2λ-摩擦阻力系數(shù)λ＝0.04～0.06b2－軸向間隙平衡盤(pán)的泄漏量：q＝μ2S2(2g△P2/ρg)0.5=μ2D1πb2(2g△P2/ρg)0.5流量系數(shù)μ2＝1/(0.5η＋（(λ2L2）/2b2)/(R21/R22))0.5η-園角系數(shù)L2軸向間隙長(zhǎng)度3.平衡盤(pán)計(jì)算方法按簡(jiǎn)捷計(jì)算1).由結(jié)構(gòu)定RO按工藝可靠性條件選擇：b1＝0.2～0.3

8、mmb2＝0.1～0.3mm令F=A計(jì)算f＝3F/π△PR2O2).選擇R1R1＝（1.1～1.15）Rmb2/R2=0.8～1.2/1000Rm-葉輪密封環(huán)直徑R1－平衡盤(pán)內(nèi)徑計(jì)算B0=RO/R2B1=R1/R2計(jì)算壓降系數(shù)φ＝（1＋ξ2’）/(ξ2’+B1(1-B1)((λ2R2)/2b2)+B12）計(jì)算靈敏度系數(shù)：k＝fB0