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泵轴的受力分析与计算


泵轴的受力分析与计算

(1)径向力产生的原因及径向力计算

离心泵的流量若小于最优工况流量时,蜗室中的液体流速减慢。而叶轮出口处液体的绝对速度大于最优工况时的绝对速度,同时也大于蜗室中的速度,因此从叶轮中流出的液体不断撞击着蜗室中的液体,使其接受能量,蜗室中的液体压力便自隔舌开始向扩散管进口不断增加,当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构是蜗室中的液体要不断付出能量,以增加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。蜗室各断面中的压力不相等,液体作用于叶轮出口处的圆周面上的压力也各不相等,于是在叶轮上就产生一个径向力,又因为叶轮周围液体压力分布的不均匀,破坏了叶轮中液体的轴对称流动,压力大的地方液体自叶轮流出的少,压力小的地方液体自叶轮中流出的多。由于沿叶轮的圆周液体流出的多少不一样,所以作用于叶轮圆周上的液体动反力也不一样,这又引起一个径向力。作用于叶轮上的径向力就是上述两个径向力的向量和。

(2)轴向力产生的原因及轴向力计算

在单吸离心式叶轮的吸入口处,后盖板的前侧面受吸入压力的作用,而其后侧面受高压力的作用,此外,由于两侧密封泄漏不相等的各种影响,叶轮两盖板上的 液体压力分布情况也不相同。因此,液体作用于叶轮上的力是不平衡的,于是产生作用在叶轮上的轴向力。此力与轴平行,从后盖板指向叶轮进口。

  液体流入叶轮进口及从叶轮出口流出的速度大小及方向均不相同,因此,在叶轮上作用着一个动反力,此力是与轴向力的方向相反的轴向力。

 对于立式泵,整个转子的质量也是轴向力的一部分。叶轮的对称布置,例如对称多级泵、两级泵、悬臂式两级泵,能够平衡轴向力。

此外,磁力驱动离心泵在轴向上还存在着内磁转子端面作用面不对称或不平衡于泵轴的作用力,该作用力由于受介质压力大小的影响以及与内磁转子和隔离套间泄压面积及内磁转子支撑端内孔与轴座间泄压面积的不同而有所不同,因此该轴向力应根据所设计的泵的具体结构加以计算,只要介质压力和具体的零件尺寸确定后即可计算出该作用力。

(3)   径向力与轴向力的平衡

①  径向力的平衡  由于径向力是和叶轮的出口直径,叶轮的出口宽度成正比,因此他的影响将随着泵尺寸的增大而增大,同时也随着扬程的增加而增大。

磁力驱动部件装置时由于内、外磁转子同心度差会也产生径向力,但这部分径向力只要在装配时注意克服,是容易消除的。

当径向力使轴产生较大的扰度时,将引起密封环和轴套的迅速磨损。同时,对于旋转着的轴,径向力是个交变载荷,较大的径向力会使轴因疲劳而破坏。所以径向力的平衡是十分重要的。特别是对于尺寸较大,扬程较高的泵。

②  轴向力的平衡

麒麟棋牌appa。  单级泵

⑴  平衡孔或平衡管  在叶轮的前后盖板上装置两个直径相同的密封环,并使后泵腔的B腔与叶轮吸入口或泵的吸入室连通,以达到平衡 轴向力的目的。如在靠近叶轮的后盖板上开有连通叶轮吸入口和B腔的几个孔,可达到平衡,则这种方法称为平衡孔法,这些孔称为平衡孔。所有平衡孔断面的总面积不应小于密封环间隙断面面积的5~6倍。采用这种方法来平衡轴向力时,泵的效率要降低一些,因为从平衡孔里流出的流束会和叶轮进口处的液流相碰,影响液流的均匀分布,因而 增加了叶轮内的水力损失。如果在泵体外用管子将B腔与泵的吸入室连通也可达到平衡,则这种方法称为平衡管法,这种管称为平衡管。采用这种方法来平衡轴向力时,泵的效率要降低一些,因为从平衡孔里流出的流束会和叶轮进口处的液流相碰,平衡管的过流面面积不应小于密封环间隙断面面积的5~6倍。目前这种方法用得较少,采用平衡孔或平衡管平衡轴向力,由于多设置了一个密封环使B腔与叶轮吸入口相通,容积损失几乎增加一倍。

采用上述平衡方法,轴向力是不能达到完全平衡的,剩余轴向力需由泵的轴来承受。用平衡孔平衡轴向力的结构使用较广,不仅单级泵上使用,而且多级泵上也使用。但由于轴向力不能完全平衡,仍需设置止推轴承,且由于多设置了一个口环,泵的轴向尺寸要增加,因此仅用于扬程不高,尺寸不大的泵上。

(2)双吸式叶轮   单级泵采用双吸式叶轮后,因为叶轮是对称的,所以叶轮两边的轴向力互相抵消。但实际上,由于叶轮两边密封间隙的差异,或者叶轮相对与蜗室中心位置的不对中,还是存在一个不大的剩余轴向力,此轴向力需由轴承承受。

(3)背叶片   背叶片是加在后盖板的外侧,即相当于在主叶轮的背面加一个与吸入方向相反的附加半开式叶轮。为了便于铸造,这种背叶片通常都是做成径向的,也有做成弯曲的。这种平衡轴向力的方式,在泥浆泵、杂质泵和化工泵上都有采用,剩余轴向力仍需由轴承来承受。

(4)用推力轴承   从提高泵的效率观点来看,用推力轴承承受轴向力的方法是最好的。因为在这种情况下可免除由于平衡轴向力而附加 的容积损失和水力损失。

b :多级泵  多级泵轴向力的平衡可采用如下几种方法:

1、 叶轮对称式布置

2、 平衡鼓

3、 平衡盘

4、 平衡鼓与平衡盘相结合

5、 滚动轴承与平衡盘相结合

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