軸向力屏蔽泵軸向力平衡新方法

屏蔽泵作為一種無軸封、絕對無泄漏，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕，無冷卻風扇、噪聲較低的離心泵，廣泛應(yīng)用于石油化工、航空航天、國防軍工、環(huán)保等重要領(lǐng)域，用來輸送易燃、易爆、易揮發(fā)、腐蝕性、劇毒、貴重等介質(zhì)。但由于其自身的特點，屏蔽泵的軸向力平衡成為影響屏蔽泵使用壽命和效率的關(guān)鍵因素。實踐表明，屏蔽泵的失效很多是由于軸向力太大、未能很好平衡造成了石墨軸承損壞。因此，進行屏蔽泵軸向力平衡新方法的研究，盡可能減少或者消除軸向力的破壞顯得尤為重要。

通過屏蔽泵軸向力的特點分析，設(shè)計了一個副葉輪帶動冷卻液在冷卻回路中循環(huán)流動，并產(chǎn)生一個與主葉輪產(chǎn)生的軸向力及轉(zhuǎn)子重力等合力大小相等，方向相反的軸向力，平衡方法具有創(chuàng)新性，設(shè)計合理、可行。同時，在不需外加動力情況下，增加的副葉輪帶動冷卻循環(huán)液體工作，達到了很好冷卻效果，實現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能。運用該方法平衡屏蔽泵軸向力，殘余軸向力的計算結(jié)果與試驗測量結(jié)果基本一致，并均小于制造廠的規(guī)定值，能基本消除殘余的軸向力，使軸承的負荷減小，延長了軸承使用壽命，實現(xiàn)了屏蔽泵的安全可靠運行。該平衡方法可靠，計算過程正確，具有重要的參考與應(yīng)用價值 。

水泵軸向力是伴隨水泵轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的，對于軸向力的產(chǎn)生原因，古往今來有很多學(xué)者對此進行了研究，以提高水泵安全可靠運行的能力。研究表明，水泵軸向力的產(chǎn)生原因分為以下幾個方面：

（1）水泵葉輪前后液體壓力不平衡。當水泵工作起來時，葉輪帶動液體轉(zhuǎn)動，在這個過程中，液體經(jīng)過轉(zhuǎn)動機械的葉輪前后，作用在葉輪吸入口與作用在葉輪背面的液體面積不相等。同時轉(zhuǎn)動機械的葉輪吸入口部位是低壓，背部是高壓，這樣由于葉輪前后的氣壓不同，會在葉輪的前輪蓋和后輪盤之間形成壓差，作用于前蓋板與后蓋板上的液體壓力不能互相平衡，產(chǎn)生一個軸向的力。

（2）液體動量的軸向分量發(fā)生改變。通過液體從葉輪吸入口處流入，從葉輪出口處流出這個過程，在液體軸向力方向上的動量分量會發(fā)生變化，原因是作用在葉輪前后的液體，其速度的大小不僅發(fā)生改變，速度的方向也有很大變化。根據(jù)動量定理分析得出，液體經(jīng)過葉輪的過程中，由于液體動量在軸向分量上的改變，在軸向方向產(chǎn)生一個沖力，也稱動反力。

（3）不同的泵體，軸向力的產(chǎn)生原因也不同。立式泵內(nèi)部轉(zhuǎn)子的本身重量，在水泵運行過程中也會成為軸向力的一部分；臥式泵內(nèi)部的轉(zhuǎn)子重力則不會對水泵產(chǎn)生軸向力。

多年的實踐表明，水泵軸向力的平衡問題已成為水泵能否普遍應(yīng)用的關(guān)鍵所在。無論在水泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計上，還是實際應(yīng)用中，必須要盡可能的平衡軸向力，為水泵的可靠運行提供保障。平衡水泵軸向力的裝置是根據(jù)軸向力的大小進行設(shè)計的，大部分的軸向力被平衡裝置平衡掉，還有小部分的軸向力由水泵內(nèi)部的止推軸承等機械裝置承受，這樣軸向力的作用被消除，就不會對水泵的安全運行產(chǎn)生威脅 。

所說的軸向力是慣性力，物體在轉(zhuǎn)動時由于存在角速度則會產(chǎn)生一個向心加速度，一般的物體在做轉(zhuǎn)動時都存在一個瞬時軸，可以把這個物體看作是在繞瞬時軸作定軸轉(zhuǎn)動，從而向心加速度指向瞬時軸。而慣性力的方向正好與向心加速度方向相反，這就是所說的軸向力。

一般慣性力的大小與物體的角速度，質(zhì)量，形狀，以及質(zhì)心等等都有關(guān)系，并不是簡單的就可以用一個公式解答的。一般質(zhì)點在繞定軸旋轉(zhuǎn)時，向心力F=m*w^2*r，m是質(zhì)點的質(zhì)量，w是旋轉(zhuǎn)角速度，r是旋轉(zhuǎn)半徑。如果是剛體的定軸轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生慣性力，這屬于靜平衡和動平衡。

它可以與地球引力相抗衡，也就是說，它能使這個物體更加平穩(wěn)。陀螺、自行車就是靠這個原理而運動的。當他向一個方向傾斜時，這種平衡將會被打破，所以就會產(chǎn)生一個像這個方向的力。傾斜的角度越大，這個力就會越大。德國納粹在二戰(zhàn)時研制的飛碟就是利用這個基本原理起飛和改變方向的。

（1）數(shù)值模擬可以較為準確地預(yù)測深井離心泵的性能及軸向力，在工作流量區(qū)間可以提供較為可靠的參考數(shù)據(jù)，但數(shù)值模擬預(yù)測值在偏離泵的工作流量區(qū)間時誤差相對較大。

（2）在進行軸向力測量時，應(yīng)在試運行一段時間后再將數(shù)值歸零，從而使所有轉(zhuǎn)子的重量都落在電動機軸上，保證所測數(shù)值為葉輪旋轉(zhuǎn)時所受軸向力的大小。

（3）前、后蓋板上的軸向力分量是葉輪軸向力的主要組成部分，減小后蓋板直徑可以有效地平衡部分軸向力。

（4）深井離心泵的軸向力隨流量的增加逐漸減小，在實際應(yīng)用中應(yīng)盡量避免泵長時間在小流量下運行 。2100433B

《一種帶有軸向力平衡裝置的泵》涉及水泵領(lǐng)域，尤其涉及一種帶有軸向力平衡裝置的泵 。

一種帶有軸向力平衡裝置的泵專利目的

《一種帶有軸向力平衡裝置的泵》的目的是提供一種帶有軸向力平衡裝置的泵，巧妙地利用了軸向間隙液流在旋轉(zhuǎn)過程中所受的離心力所引起的壓力差，該壓力差起到了阻礙間隙泄漏的作用，而平衡腔又與大氣相通，有效地平衡了軸向力 。

一種帶有軸向力平衡裝置的泵技術(shù)方案

《一種帶有軸向力平衡裝置的泵》的技術(shù)方案如下：

帶有軸向力平衡裝置的泵，包括泵軸、泵體，泵軸穿過泵體，泵軸左端套裝有葉輪，葉輪外壁、泵體的左端面固定有密封壓蓋，其特征在于：泵體的空腔內(nèi)設(shè)有筒體，筒體右端與泵體內(nèi)壁鑄造成一體，葉輪末端深入到筒體內(nèi)，筒體內(nèi)壁套裝有密封環(huán)，密封環(huán)與葉輪環(huán)壁之間設(shè)有徑向間隙，所述的筒體底部固定有平衡盤，平衡盤左端面固定有石墨環(huán)，葉輪右端面與平衡盤正對位置固定有金屬環(huán)，所述的平衡盤、石墨環(huán)、金屬環(huán)與泵軸之間形成平衡腔；所述的石墨環(huán)與金屬環(huán)之間設(shè)有軸向間隙，軸向間隙與所述的徑向間隙、平衡腔相連通。

所述的帶有軸向力平衡裝置的泵，其特征在于：所述的葉輪設(shè)有曲線流道，曲線流道進水口位于葉輪左端面，出水口位于泵軸與泵體之間的空腔內(nèi)。

所述的帶有軸向力平衡裝置的泵，其特征在于：所述的平衡盤、石墨環(huán)、金屬環(huán)套裝在泵軸上進行軸向固定。

所述的帶有軸向力平衡裝置的泵，其特征在于：所述的平衡腔為環(huán)形空腔 。

一種帶有軸向力平衡裝置的泵改善效果

《一種帶有軸向力平衡裝置的泵》與其它平衡裝置相比，新型軸向力平衡裝置的優(yōu)點在于：

1．巧妙地利用了軸向間隙液流與旋轉(zhuǎn)過程中受到離心力所引起的壓力差，該壓力差起到了阻礙間隙泄漏量的作用。而平衡腔又與大氣相通，所以該裝置能有效地平衡軸向力。

2．平衡裝置由于泄漏量的存在，勢必會影響泵的容積效率，導(dǎo)致泵的效率下降。而新型軸向力平衡裝置能有效地降低泵的泄漏量，從而提高泵的效率。

3．與未安裝軸向力的平衡裝置時相比，新型軸向力平衡裝置可平衡掉大部分軸向力，其平衡軸向力的能力達到91%。而且，平衡軸向力的能力優(yōu)于葉輪開平衡孔平衡軸向力的方法。

4．通過對該新型軸向平衡裝置的理論驗證，軸向力的大小與平衡裝置徑向間隙和軸向間隙以及石墨盤的各尺寸參數(shù)有關(guān)，如果設(shè)計合理，可以完全平衡掉軸向力，甚至可以實現(xiàn)水泵的負軸向力下工作。

軸向力平衡裝置與平衡盤平衡鼓向比較均安裝在末級葉輪后面，隨轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)；平衡盤和平衡鼓僅僅時利用了間隙泄漏產(chǎn)生的壓差，而新型軸向力平衡裝置巧妙地利用了軸向間隙流在旋轉(zhuǎn)過程中受到離心力所引起的壓力差，該壓力差可有效地抑制泄漏，提高泵的容積效率。同時，該平衡裝置的平衡腔與大氣相通，以實現(xiàn)平衡軸向力。新型軸向力平衡裝置與背葉片平衡軸向力的方法比較，背葉片平衡軸向力是通過改變背葉片的有關(guān)尺寸（背葉片寬度t，背葉片外部半徑R和葉輪后蓋板至殼體壁的間隙S）來實現(xiàn)，功耗較大。該新型平衡軸向力的平衡裝置，其動件與不動件時金屬材料和非金屬材料構(gòu)成的磨擦副，摩擦力小，功耗低 。