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闭式叶轮单级离心泵的轴向推力

点击次数：644 发布时间：2012/11/28 9:37:20

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离心泵所产生的压力，在其固定和旋转的零件上会产生作用力。这些零件的结构本身平衡了部分力，但剩余的力还要用另外的方法来平衡。
轴向推力为沿轴向作用在叶轮上的不平衡力之和。由于目前己有可靠的高负载推力轴承，所以在单级泵中的轴向推力，只有在转速较高的大机组中才成为问题。从理论上讲，双吸叶轮因一侧的压力与另一侧的压力相等而抵消。实际上，由于下述原因，这种完全的平衡可能是达不到的。
（1）通向两侧吸入日的吸入流道，难以保证供给相等或均匀的流量;
（2）外部条件，如弯头离泵的吸入管接太近，可能引起两侧吸入口的流量不相等;
（3）出口壳体流道两侧可能不对称，或者叶轮位置可能偏心，这些情况会改变叶轮盖板和壳体间的流动特性，引起盖板上的压力不相等;
（4）通过两个泄漏缝的泄漏量不相等，可能会干扰平衡。
综合这些因素，就有可能造成轴向力的不平衡。为平衡这种轴向力，所有的离心泵，甚至是双吸叶轮的离心泵都安装推力轴承。
泵轴通过叶轮吸入口的普通单吸闭式、径流式叶轮，由于前壁部分承受着吸入压力，而相对较大的后壁表面作用着排出压力，因此，叶轮承受着轴向推力。如果在叶轮盖板的整个表面上，出口室的压力是均匀的，则指向吸入侧的轴向力就等于叶轮所产生的净压力和不平衡的环状面积的乘积。
实际上，在单吸闭式叶轮两侧壁上的压力是不均匀的。集聚在叶轮盖板和壳壁之间的液体在旋转之中，叶轮圆周处的压力明显地大于叶轮轮毅处的压力。虽然我们不一定要关心这些压力变化的理论计算，但在定性地描述了压力的变化情况。一般说来，指向叶轮吸入侧的轴向推力，大约比按净压力和不平衡面积之乘积计算得到值小20%-30%.
为消除单吸叶轮的轴向推力，离心泵可装设前后两个密封环，这两个密封环的内径应相同，以使推力面积相等。在叶轮上钻一些所谓平衡孔，使位于叶轮后密封环侧腔中的压力近似地等于吸入压力。通过这些平衡孔，可将通过后密封环的泄漏引回到叶轮入口。但在大型单级泵中，由于回到叶轮入口的液流和主液流的方向相反，从而会引起干扰，所以不希望有平衡孔。在这些泵中，可以用接管与吸入侧相连，以代替平衡孔。
在单吸叶轮中消除或减小轴向推力的另一种方法，是利用叶轮后盖板上的排出叶片。这些排出叶片的作用是减小作用在叶轮后盖板上的压力。但是这种结构通常只用于输送含沙砾液体的泵中，以使叶轮后盖板和壳体之间的间隙空间中没有其他杂质。
至此，我们所讨论的轴向推力，只限于泵轴通过叶轮吸入口的单吸闭式叶轮，而且叶轮的两侧各有一个密封腔。在这些泵中，吸入压力的大小不影响合成的轴向推力。
另一方面，带单个密封腔的悬臂式叶轮所受的轴向推力，肯定会受到吸入压力的影响。除了在单吸、两个密封腔离心泵结构中受到的轴向力外，还有一个轴向力，其值等于通过密封腔的轴的面积和吸入压力与大气压力之差的乘积。当吸于压力低于大气压力时，该力指向叶轮入口，而当吸入压力高于大气压力时则指向相反的方向。