２０１２年第４期 小番柱不 对称布置叶轮多级泵轴向力及平衡措施 关醒凡 张大恩 张光兵ｚ 龚先辉。 张继范４ ｆ ｌ一上海凡方流体机械公司，２０００６１；２一重庆西泉泵业公司；３一长沙佳能泵业公司；４一东北泵业公司） 摘要：对称布置叶轮的多级离心泵应用有日益增多的趋势，因轴向力引起的轴承故障时有发生。本文分析对称布 置叶轮多级泵额外轴向力产生的原因和各种平衡措施。 关键词： 多级离心泵叶轮对称布置轴向力计算轴向力平衡方法 级。人们通常的概念是叶轮对称布置式多级泵的轴 １前言 向力会自动平衡，其实除了从两端同时吸人的多级 对称布置叶轮多级离心泵应用日益增多，有节 段式多级泵和蜗壳式多级泵，级数从２级到数十 泵（如图１所示）外，都存在额外的轴向力，有些 情况下此轴向力还相当大，造成轴承的发热和损 坏。因此，弄清此轴向力产生的原因并加以消除， 图１两端同时吸水的叶轮对称布置式多级离心泵 （上图） 蜗壳式多级泵 （下图）节段式多级泵 ・ ２ ・ 小番柱不 ２０１２年第４期 方能使泵平稳安全地运行。 ２轴向力产生的原因 轴向力产生的原因是间隙泄漏。图２所示是 对称布置叶轮蜗壳式多级泵（对称布置叶轮的节段 式多级泵也是一样），设左侧叶轮是吸入侧末级 （２级泵就是第１级）；设右侧是排出侧的末级（２ 级泵就是第２级）。左侧叶轮后盖板上作用的是第 １级压力，右侧叶轮作用的是第２级压力，２级压 差使流体通过级间间隙向左侧泄漏，结果使吸人 侧末级后盖板的压力增高，产生了指向吸人侧的 附加轴向力，如果泄漏量为０，此轴向力为０，泄 漏的越多，指向吸人侧的附加轴向力越大。假设 是１Ｏ级泵，两侧有相当于５级扬程的压差，使间 隙的泄漏量很大，吸人侧末级叶轮后盖板上作用 的附加轴向力也相当大。 另外，由于级间的泄漏改变了左右两侧末级 叶轮后盖板上按抛物线分布的压力分布规律，吸 人侧末级叶轮后盖板腔出现外向流，受压力体增 大；排出侧末级叶轮后盖板腔出现内向流，受压 力体减小，这也造成一个附加的指向吸入侧的轴 向力。 产生指向吸入侧的附加轴向力的原因在于存 在级间泄漏，这种附加轴向力的计算比较困难。 通过轴向间隙的泄漏量和压差的公式： ｑ＝／ｚＦ． 对已知的密封间隙，假设后盖板压差是没有 泄漏时左右两侧末级叶轮的压差，可以计算出此 泄漏量。但是此泄漏量进人吸人侧末级后盖板腔， 内旋轴套（右旋螺纹） 吸人侧末级叶轮 图３螺旋密封 图２叶轮对称布置蜗壳式多级离心泵 改变了压差的值，其影响多大也难以定量确定。 最实用的就是用标定的应变片测量出运转时泵的 轴向力。 ３对称布置叶轮多级离心泵轴向 力平衡措施 （１）如果是奇数级，在吸人侧少装一级叶轮 （２）增加密封长度（如迷宫密封） （３）采用多头螺旋密封（图３） 在高压锅炉给水泵上目前采用的螺旋密封，其 螺旋头数多达９个，而且都在轴和孔径壁上同时 切制出方向相反的螺纹（复合螺旋密封）。应注意 螺纹的方向，图中给出了从吸人侧叶轮进口看， 泵轴逆时针方向旋转时螺纹的方向。当泵轴旋转 方向相反时，螺纹的方向应相应改变。 （４）采用机械密封（图４） 如采用高压机械密封来封住轴向间隙的泄漏， 这是最有效的措施。因为密封的压力较高需要采 用高压平衡型机械密封，此外由于该密封处于转 图４机械密封 ２０１２年第４期 小番柱采 ・ ３ ・ 图５把级间泄漏引到导叶出口处或叶轮进口示意图 子的中间部位，此处轴挠度较大，因此要采用挠 性较好的机械密封或波纹管机械密封。密封环应 采用耐磨的硬质合金等材料。．， 、、． ＼＿ （５）吸人侧末级叶轮后盖板外侧车削掉一部 ． 一 广 分（保留叶片）。顺便说明：叶轮后盖板设副叶片 ．能够平衡轴向力，但是在吸人侧末级叶轮后盖板 一 一 ＼＼ 设副叶片，会增加级间泄漏量，平衡轴向力的能 力也会大打折扣。 （６）开通流孔，把级间泄漏引到低压区外 （图５） １）开通道把泄漏流引到吸入侧末级叶轮导叶 二 出口处。 ２）在吸人侧末级叶轮后盖板下端设置轴向节 流间隙，并开设平衡孔。如果设置后密封环，其 所在的径向尺寸应尽量小，如果此径向尺寸大了 会减小平衡轴向力的程度。 （７）设置回流管（带调节阀），把泄漏引到适当 的低压级。图６是１２级叶轮对称布置的多级泵。流 量是７００ ｍ ，单级扬程１００ ｍ，转速１４８０ ｒ／ｍｉｎ。 采用的平衡轴向力的措施是通过回流管（带调节 阀）把泄漏流从间隙末端引流至某低压级，防止 高压液体渗流到末级叶轮后盖板腔。 图６回流管示意图 ４结论 对称布置叶轮的多级泵的型式很多，如两级、 多级蜗壳式泵，节段式多级泵，大型多级矿山排 水潜水泵等。对称布置叶轮的多级泵去掉了事故 较多的平衡盘等平衡装置。另外，它的级间泄漏 量小于平衡盘等平衡机构的泄漏量，由此容积效 率能提高２％以上。目前叶轮对称布置的多级泵有 时出现轴承发热损坏问题，弄清此轴向力产生的 原因后，问题不难得到解决。这种对称布置叶轮 的多级泵应做出厂试验，包括轴向力的测量，如 有问题应该及时解决。提高泵的制造质量，减小 轴的挠度，这对减小级间泄漏是非常重要的。 参考文献 １ 翟鲁涛，郭秀红．对称式多级煤水泵的结构特点与应用。通用 机械，２ｏ１２．（１）：７Ｏ～７２ ２关醒凡编著．现代泵理论与设计．北京：宇航出版社，２ｏｉ １ （本文编辑王振华）
