關(guān)于多級離心泵軸向力平衡裝置的探討與分析

黃慶

摘 要：軸向力平衡裝置是多級離心泵運(yùn)行過程中必不可少的裝置之一，它能夠保證其運(yùn)行過程的可靠性和使用壽命。多級離心泵發(fā)展過程中平衡軸向力一直都是其設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性問題。因此，本文就將集中于多級離心泵的軸向力平衡裝置，關(guān)注其結(jié)構(gòu)原理和設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：多級離心泵;軸向力平衡裝置;結(jié)構(gòu)原理;設(shè)計(jì)

1? 關(guān)于多級離心泵軸向力平衡裝置以及軸向力的產(chǎn)生

軸向力的存在威脅著離心泵的穩(wěn)定運(yùn)行，加大了對止推軸承的工作負(fù)荷，甚至造成轉(zhuǎn)子的位移。軸向力平衡裝置保證了多級離心泵的運(yùn)行穩(wěn)定性，確保了離心泵的使用壽命。隨著近些年來技術(shù)的不斷發(fā)展和更新，我們在平衡裝置的設(shè)計(jì)和更新上取得了很大的突破，且全新設(shè)計(jì)內(nèi)容下的平衡裝置能夠滿足更多種類結(jié)構(gòu)和實(shí)際應(yīng)用的需求[1]。

多級離心泵軸向力的產(chǎn)生，共分為以下幾種：一是在離心泵啟動之后，泵兩面葉輪的橫截面面積不等，其受到的水流壓力也有著明顯的區(qū)別，在葉輪上會產(chǎn)生指向泵進(jìn)口方向的軸向力，這樣狀態(tài)下產(chǎn)生的壓力差會傳遞給軸承，因此產(chǎn)生了一定的軸向推力。對多級離心泵而言，其軸向力為各級葉輪上產(chǎn)生軸向力的疊加。

二是在立式離心泵由于其自身的重量而產(chǎn)生了一定的軸向力，這種軸向力產(chǎn)生的因素是固定的。臥式泵的轉(zhuǎn)子重力則不會存在該問題。

三是在多級離心泵啟動之后內(nèi)部轉(zhuǎn)子已經(jīng)處于一種高速旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)，這個時(shí)候內(nèi)外的氣流壓強(qiáng)會出現(xiàn)一定的差別，外部氣壓朝內(nèi)部氣壓施壓，使得內(nèi)部軸承遠(yuǎn)端會產(chǎn)生一定的壓力，而這種壓力最終也會以軸向力的方式呈現(xiàn)出來。

2? 多級離心泵軸向力平衡裝置的相關(guān)設(shè)計(jì)理念

2.1葉輪對稱分布法

葉輪對稱分布法主要針對的是因?yàn)槿~輪橫截面不等而產(chǎn)生的軸向力。一般葉輪對稱分布法應(yīng)用在葉輪級數(shù)為偶數(shù)的多級離心泵當(dāng)中。將離心泵的葉輪對稱安裝，能夠從根本上解決其不平衡產(chǎn)生的壓力，從而使軸向力達(dá)到平衡。但是這類方案的設(shè)置具有一定的局限性，一般在蝸殼式多級泵當(dāng)中較為常見，卻不常應(yīng)用在節(jié)段式水泵當(dāng)中。

2.2平衡盤法

平衡盤法（圖2）是當(dāng)前軸向力平衡裝置設(shè)計(jì)過程中較常使用的一種平衡受力方法，其主要利用平衡盤完成軸向力的平衡工作。安裝平衡盤能夠使多級泵內(nèi)部的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)完成軸向力的平衡，其能量的產(chǎn)出和釋放是均衡的，利用平衡盤法引起的泵泄露問題通產(chǎn)只占額定流量的5%左右，但是對于高揚(yáng)程小流量的泵來說其泄露問題可能會較為嚴(yán)重[2]。因此平衡盤法也有一定的選擇性。

2.3平衡鼓法

下圖3表示了平衡鼓的典型結(jié)構(gòu)，平衡鼓通常安裝在末級葉輪后，平衡腔通過平衡管和泵入口相連通，平衡腔中的液體壓力接近于泵入口壓力，平衡鼓前最后一級葉輪壓力接近于泵出口壓力，因此平衡鼓前后形成了很大的壓力差，產(chǎn)生了一個向后的推力，這個推力同轉(zhuǎn)子上的軸向力大小接近，方向相反，以此來較好的平衡設(shè)計(jì)工況下的軸向力。

2.4平衡盤鼓法

平衡盤和平衡鼓相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，實(shí)際上是一種徑向和軸向液壓平衡裝置，它保留了平衡盤的優(yōu)點(diǎn)，由平衡盤產(chǎn)生的平衡力占比很大，其他部分主要是由平衡鼓來提供。當(dāng)泵的軸向力發(fā)生變化時(shí)，通過軸向間隙的變化，調(diào)整中間過流室的壓力來達(dá)到自平衡，不會引起平衡室的壓力較大變化，泵的機(jī)械密封不會受到太大影響。該方案的應(yīng)用實(shí)際上也對平衡盤起到了一定的保護(hù)作用，能夠在有限范圍之內(nèi)降低其磨損的程度[3]。

3? 多級離心泵軸向力平衡裝置改造設(shè)計(jì)分析

我們在實(shí)際設(shè)計(jì)和應(yīng)用的過程中，工況的多樣性對多級離心泵平衡方案的改進(jìn)就變得復(fù)雜，對其軸向力平衡裝置的改造和設(shè)計(jì)方案需要多樣化的試驗(yàn)和探討。在實(shí)踐設(shè)計(jì)過程中，例如，多級離心泵的輸送介質(zhì)含有耐磨顆粒，泵自帶的平衡裝置往往和實(shí)際工況并不吻合。在進(jìn)行平衡裝置改造之前，需要記錄并觀察多級離心泵的實(shí)際使用狀態(tài)，輸送介質(zhì)的粗糙程度或者摩擦力大小，都會對平衡裝置產(chǎn)生一定的沖擊，從而造成磨損，嚴(yán)重影響其使用能力和使用壽命[4]。我們改造和設(shè)計(jì)軸向力平衡裝置的目的正在于此，解決平衡裝置磨損嚴(yán)重的問題，并在當(dāng)前設(shè)備運(yùn)行能力的基礎(chǔ)之上加強(qiáng)泵的可靠性和安全性[5]。

平衡設(shè)計(jì)方案需要做到既能夠平衡其磨損，也能夠提升其性能。可以從其經(jīng)濟(jì)效益方面設(shè)計(jì)平衡機(jī)構(gòu)的分體結(jié)構(gòu)，降低易磨損部位的更換成本;或在易磨損表面噴涂耐磨材料;亦或調(diào)整泵平衡裝置設(shè)計(jì)間隙等，以延長平衡機(jī)構(gòu)的使用壽命。多級離心泵軸向力平衡裝置的設(shè)計(jì)工作， 不僅能夠使其在運(yùn)行過程中產(chǎn)生很好的平衡軸向力， 而且還能夠在一定程度上增強(qiáng)設(shè)備的穩(wěn)定性和相關(guān)零件設(shè)備的使用周期， 為企業(yè)生產(chǎn)創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益[6].

結(jié)束語

我們通過對軸向力平衡裝置設(shè)計(jì)的進(jìn)一步了解，更加熟悉了關(guān)系多級離心泵中軸向力平衡裝置的改造內(nèi)容，面對輸送不同介質(zhì)的多級離心泵，平衡軸向力能夠使其降低對平衡結(jié)構(gòu)的磨損，延長整個離心泵的使用壽命。因此，在對其進(jìn)行設(shè)計(jì)改造時(shí)，應(yīng)當(dāng)對當(dāng)前離心泵的使用情況進(jìn)行完全的了解，根據(jù)其性質(zhì)和需要改進(jìn)的方向，選擇更為適合的平衡裝置改造方式，從而達(dá)到更好的改造設(shè)計(jì)目的，以真正落實(shí)離心泵的工作能力和平衡能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳強(qiáng). 多級離心泵的軸向力平衡裝置研究[J]. 大科技， 2020， 000（011）：169-170.

[2]呂見江， 李培華， 邱德祥，等. 多級離心泵軸向力平衡裝置的設(shè)計(jì)與分析研究[J]. 工程技術(shù)（引文版）：00200-00200.

[3]劉在倫， 楊建霞， 吳新瑞，等. 離心泵新型軸向力平衡裝置動態(tài)軸向力計(jì)算及設(shè)計(jì)方法[J]. 蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào)， 2018， v.44;No.190（02）：60-64.

[4]張炎， 李雙喜， 蔡紀(jì)寧，等. 多級離心泵平衡裝置的性能研究及結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J]. 流體機(jī)械， 2015， 000（010）：16-20，78.

[5]李華政. 多級離心泵平衡裝置結(jié)構(gòu)改進(jìn)[J]. 世界有色金屬， 2018， 505（13）：236-237.

[6]路明，何銘. 多級離心泵軸向力平衡裝置設(shè)計(jì)探討[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015，129（17）：66

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