中開式離心泵徑向力及其平衡計算

　1、中開式離心泵徑向力的產生

　　采用蝸形壓出室的中開式離心泵在最優工況時，蝸室各斷面中的壓力是均勻的。泵流量小于最優工況流量時，蝸室中的液體流速減慢，葉輪出口液體的絕對速度，由出口速度三角形可看出，大于最優工況時的絕對速度，也大于蝸室中的速度，從葉輪中流出的液體不斷撞擊蝸室中的液體，使蝸室中的液體接受到能量，蝸室中的液體壓力自隔舌開始向擴散管進口不斷增加，如圖2—42(a)所示;

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　　泵的流量大于最優工況流量時，與上述情況相反，從葉輪中流出的液體的絕對速度小于最優工況時的絕對速度，也小于蝸室中的液體流速，兩種液體在蝸室中撞擊的結果，蝸室中液體要不斷付出能量，以增大從葉輪中流出的液體的速度，這樣，蝸室中的液體壓力自隔舌至擴散管進口是逐漸降低的，如圖2—42(b)所示。

　　由于蝸室各端面中的壓力不相等，在葉輪上就產生一個徑向力。

　　因為葉輪周圍液體壓力分布不均勻，破壞了葉輪中液體的軸對稱流動，壓力大的部位的液體自葉輪流出的較少，壓力小的地方自葉輪中流出的較多。沿葉輪圓周流出的液體多少不一，作用于葉輪圓周上的液體反作用力也不一樣，這又產生一個徑向力。

　　作用于葉輪上的徑向力就是上述兩個徑向力的向量和。

　　在分段式多級離心泵中，當泵的工況離開最優工況時，如果葉輪偏心，有一個徑向力作用于葉輪上，此力的大小決定于泵的工況。并隨著偏心度的增加而增大。

　　圖2—42蝸殼中徑向力分布當流量很小時，徑向力則變化不定，并以遠低于泵轉速的頻率旋轉，從而導致轉子的振動。

　　實踐證明，對于相同工況下的蝸殼泵，轉子偏離蝸形體基圓中心和沒有偏離中心相比，徑向力也有明顯的變化。這種變化取決于偏心度的大小和方向。

　　2、 蝸殼式中開式離心泵徑向力的計算

　　壓出室是蝸形體的泵，在偏離設計工況時徑向力按下式計算：

　　其中，K—徑向力系數，可由下式求得：

　　當泵在設計工況下運行時。按上式求出徑向力系數等于零，零流量時徑向力系數最大，即K=0.36。系數K的大小還和泵的型式有關，在某些情況下，實際的K值比按上式求出的更大，零流量時K可能達到06。

　　3、徑向力的危害

　　徑向力和葉輪的出口直徑、葉輪出口寬度成正比，它的影響將隨著泵尺寸的增大而增大。

　　當徑向力使軸產生較大的撓度時，將引起密封環和軸套的迅速磨損。

　　同時對于旋轉著的軸，徑向力是交變載荷，較大的徑向力會使軸因疲勞向損壞。

　　所以，徑向力的平衡是十分重要的，對于尺寸較大、揚程較高的高能泵尤其如此。

　　4、單級蝸殼雙吸中開泵徑向力的平衡

　　單級蝸殼泵的徑向力平衡，可以采用雙蝸殼或加一導葉來實現，如圖2—43(a)和圖2—43(b)所示。

　　在雙蝸殼中，每—蝸室雖沒有消除徑向力，但兩個蝸室相隔180。對稱布置，作用于葉輪上的徑向力是相互平衡的。

　　如用導葉，雖能平衡徑向力，但泵的結構復雜化了。

　　5、中開式多級泵徑向力的平衡

　　蝸殼式多級泵(即中開式多級泵)徑向力的平衡，采用倒置蝸形壓出室的方法，即在每相鄰的兩級中把各自的蝸形壓出室布置成相差180°，如圖2—44所示。

　　這樣，作用于相鄰兩級葉輪上的徑向力就相差180°，互相抵消。

　　因為這兩個力不在垂直于軸線的同—平面內，故又組成一個力偶，其力臂等于兩葉輪間的距離。此力偶需由另外兩級葉輪的徑向力所組成的力偶來平衡，或由軸承支反力組成的力偶來平衡。

　　這種徑向力的平衡方式適用于級數為偶數、葉輪為單吸式的中開式多級泵。對于級數為奇數，第一級葉輪是雙吸式的中開式多級泵，徑向力平衡的方法是，第一級蝸殼做成雙蝸殼的，以后各級每對蝸室彼此錯開180°。

　　對于尺寸較大的中開式多級泵，徑向力的平衡也可考慮全部用雙蝸殼的方法，如圖2—45所示。

　　對于分段式多級離心泵，須盡量減小葉輪對導葉的偏心度， 以減小徑向力。