离心泵的轴向力平衡方法有哪些？

2025-02-13 08:45:58

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回答1：

一、推力轴承

对于轴向力不大的小型泵，采用推力轴承承受轴向力，通常是简单而经济的方法。即使采用其他平衡装置，考虑到总有一定的残余轴向力，有时也装设推力轴承。

二、平衡孔或平衡管

如图1所示，在叶轮后盖板上附设密封环，密封环所在直径一般与前密封环相等，同时在后盖板下部开孔，或设专用连通管与吸入侧连通。由于液体流经密封环间隙的阻力损失，使密封下部的液体的压力下降，从而减小作用在后盖板上的轴向力。减小轴向力的程度取决于孔的数量和孔径的大小。在这种情况下，仍有10~15%的不平衡轴向力。要完全平衡轴向力必须进一步增大密封环所在直径，需要指出的是密封环和平衡孔是相辅相成的，只设密封环无平衡孔不能平衡轴向力；只设平衡孔不设密封环，其结果是泄漏量很大，平衡轴向力的程度甚微。

平衡孔示意图

采用这种平衡方法可以减小轴封的压力，其缺点是容积损失增加（平衡孔的泄漏量一般为设计流量的2~5%）。另外，经平衡孔的泄漏流与进入叶轮的主液流相冲击，破坏了正常的流动状态，会使泵的抗汽蚀性能下降。为此，有的泵体上开孔，通过管线与吸入管连通，但结构变得复杂。

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承来承受。用平衡孔平衡轴向力的结构使用较广，不仅单级离心泵上使用，而且多级离心泵上也使用。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，因而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。

三、双吸叶轮

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，或者叶轮相对于蜗室中心位置的不对中，还是存在一个不大的剩余轴向力，此轴向力需由轴承来承受。

四、背叶片

泵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点的附加半开式叶轮，如下图。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。叶轮加背叶片之后，背叶片强迫液体旋转，液体的旋转角速度增加，改变了后盖板的压力水头分布减小了不平衡力。剩余轴向力仍需由轴承来承受。

背叶片示意图

背叶片除平衡轴向力外，同时能减小轴封前液体的压力。装背叶片泵的扬程大约提高1~2%，使泵效率下降2~3%。背叶片还有防止杂质进入轴封的功能，输送含杂质液体的泵中常采用。

五、叶轮对称布置

该方法主要用于多级泵。泵的所有叶轮平均分为两个方向布置，面对面或者背靠背地按一定次序排列起来（如下图），可使轴向力相互平衡。

叶轮对称布置示意图

布置叶轮的原则是：

（1）级间过渡流道不能很复杂，以利于铸造和减小阻力损失；

（2）两端轴封侧应布置低压级，以减小轴封所受的压力；

（3）相邻两级叶轮间的级差不要过大，以减小级间压差，从而减小级间泄漏。

节段式泵对称布置可平衡轴向力，但级间泄漏增加。对称布置叶轮，只有在结构完全相同的条件下，才能完全平衡，当各级的轮毂轴台不同时，也将产生一定的轴向力。

六、平衡鼓

平衡鼓是个圆柱体，装在末级叶轮之后，随转子一起旋转。平衡鼓外圆表面与泵体间形成径向间隙。平衡鼓前面是末级叶轮的后泵腔，后面是与吸入口相连通的平衡室。这样作用在平衡鼓上的压差，形成指向右方的平衡力，该力用来平衡作用在转子上的轴向力。

七、平衡盘

平衡盘可在不同工况自动完全地平衡轴向力，故广泛地应用于多级离心泵。如图5所示，在轴套与泵体间存在一个间隙，在盘端面与泵体间有一个轴向间隙bo，平衡盘后面有与泵吸入口相通的平衡室。径向间隙b前的压力是末级叶轮背面的压力p，液体经过间隙b后，压力降低为p＇，径向间隙的压力降为△p1=p-p＇，液体通过轴向间隙b0后，压力再下降至po轴向间隙两端的压力降为△p2=p＇-po，其中po和泵吸入口的压力接近。整个平衡盘装置的压力降为△p=△p1+△p2。这样，在平衡盘上作用一个平衡力，方向与泵的轴向力相反。

平衡盘示意图

平衡盘的工作原理是：

当轴向力大于平衡盘的平衡力时，离心泵转动部分向左移，轴向间隙bo随之减少，流体流过间隙的阻力加大，整个平衡装置的总阻力系数也因此加大。但是，△p不变，所以泄漏量q减少，结果是△p1减少而△p2增大，从而增加了平衡力，随着转动部分不断向左移动，平衡力不断增加，到达某一位置时，平衡力和轴向力达到平衡。当轴向力小于平衡力时，转动部分向左移动，与上述过程相反，也使离心泵处于轴向平衡状态。所以装有平衡盘装置的离心泵，一般不配止推轴承。

回答2：

　　离心泵是利用叶轮旋转而使水发生离心运动来工作的。水泵在启动前，必须使泵壳和吸水管内充满水，然后启动电机，使泵轴带动叶轮和水做高速旋转运动，水发生离心运动，被甩向叶轮外缘，经蜗形泵壳的流道流入水泵的压水管路。
　　单级离心泵轴向力平衡方法
　　①轮上开平衡孔。其目的是使叶轮两侧的压力相等，从而使轴向力平衡，在叶轮轮盘上靠近轮毂的地方对称地钻几个小孔（称为平衡孔），并在泵壳与轮盘上设置密封环，使叶轮两侧液体压力差大大减小，起到减小轴向力的作用。这种方法简单、可靠，但有一部分液体回流叶轮吸人口，降低了泵的效率。这种方法在单级、单吸离心泵中应用较多。
　　②采用双吸叶轮。它是利用叶轮本身结构特点，达到自身平衡，由于双吸叶轮两侧对称，所以理论上不会产生轴向力，但由于制造质量及叶轮两侧液体流动的差异，不可能使轴向力完全平衡。

　　③叶轮上设置径向筋板。在叶轮轮盘外侧设置径向筋板以平衡轴向力，设置径向筋板后，叶轮高压侧内液体被径向筋板带动，以接近叶轮旋转速度的速度旋转，在离心力的作用下，使此空腔内液体压力降低，从而使叶轮两侧轴向力达到平衡。其缺点就是有附加功率损耗。一般在小泵中采用4条径向筋板，大泵采用6条径向筋板。
　　④设置止推轴承。在用以上方法不能完全消除轴向力时，要采用装止推轴承的方法来承受剩余轴向力。
　　多级离心泵轴向力平衡方法
　　①泵体上装平衡管，在叶轮轮盘外侧靠近轮毅的高压端与离心泵的吸人端用管连接起来，使叶轮两侧的压力基本平衡，从而消除轴向力。此方法的优缺点与平衡孔法相似。有些离心泵中同时设置平衡管与平衡孔，能得到较好的平衡效果。
　　②叶轮对称排列将两个叶轮，背对背或面对面地装在一根轴上，使每两个相反叶轮在工作时所产生的轴向力互相抵消。

　　③采用平衡鼓装置，在分段式多级离心泵最后一级叶轮的后面，装设一个随轴一起旋转的平衡鼓。
　　④采用平衡盘装置，在分段式多级离心泵最后一级叶轮后面，装设一个随轴一起旋转的平衡盘和在泵壳上嵌装一个可更换的平衡座。

　　⑤采用平衡鼓与平衡盘联合装置该装置的特点就是利用平衡鼓将50% -80% 的轴向力平衡掉，剩余轴向力再由平衡盘来平衡。

回答3：

1、利用叶轮对称平衡轴向力
2、改变叶轮形状平衡轴向力
3、利用止推轴承平衡轴向力
4、采用平衡装置平衡轴向力
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