多级离心泵叶轮级间泄漏对轴向力的影响

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1、２０１０年７月农业机械学报第４１卷第７期ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００１２９８．２０１０．０７．００９多级离心泵叶轮级间泄漏对轴向力的影响牟介刚李思郑水华金建波苏苗印赵永攀（浙江工业大学机械工程学院，杭州３１００１４）【摘要】理论分析了叶轮级间泄漏对叶轮前后盖板外侧腔体内液体流动状态的影响，指出轴向力的实际大小与计算值之间存在着差异。通过离心泵轴向力试验装置，对液流速度分布和轴向力进行了试验，研究结果表明：叶轮前后盖板外侧腔体内液体并不是以叶轮０５倍的角速度进行运转，前盖板外侧大于０５倍，

2、后盖板外侧小于０５倍；叶轮两侧的压力分布不一致，前盖板外侧压力小，后盖板外侧压力大；轴向力计算值小于实际轴向力，应对行业应用的传统轴向力计算公式进行修正。关键词：多级离心泵叶轮级间泄漏轴向力中图分类号：ＴＨ３１１文献标识码：Ａ文章编号：１０００１２９８（２０１０）０７００４００５ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＩｎｔｅｒｓｔａｇｅＬｅａｋａｇｅｏｎｔｈｅＡｘｉａｌＦｏｒｃｅｏｆｔｈｅＭｕｌｔｉｓｔａｇｅＣｅｎｔｒｉｆｕｇａｌＰｕｍｐＭｏｕＪｉｅｇａｎｇＬｉＳｉＺｈｅｎｇＳｈｕｉｈｕａＪｉｎＪｉａｎｂｏＳｕＭｉａｏｙ

3、ｉｎＺｈａｏＹｏｎｇｐａｎ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００１４，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｉｎｔｅｒｓｔａｇｅｌｅａｋａｇｅａｍｏｎｇｉｍｐｅｌｌｅｒｓｔｏｔｈｅｆｌｏｗｓｔａｔｅｏｕｔｓｉｄｅｔｈｅｆｒｏｎｔａｎｄｂａｃｋｓｈｒｏｕｄｓｏｆｔｈｅｍｕｌｔｉｓｔａｇｅｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｐｕｍｐｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆ

4、ｉｎｎｅｒｆｌｏｗａｎｄｔｈｅｖａｌｕｅｏｆａｘｉａｌｆｏｒｃｅｗｅｒｅｍｅａｓｕｒｅｄｂｙｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄｅｖｉｃｅｏｆｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｐｕｍｐ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｒｏｔａｔｉｏｎｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｔｈｅｌｉｑｕｉｄｏｕｔｓｉｄｅｔｈｅｆｒｏｎｔｓｈｒｏｕｄｗａｓ０５ｔｉｍｅｓｌａｒｇｅｒｔｈａｎｔｈｅａｎｇｕｌａｒｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｉｍｐｅｌｌｅｒｓ，ａｎｄｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｙｏｕｔｓｉｄｅｔｈｅｂａｃｋｓｈｒｏｕｄｗａｓ０５ｔｉｍｅｓｌｅｓｓ

5、ｔｈａｎｔｈｅａｎｇｕｌａｒｖｅｌｏｃｉｔｙ．Ｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｏｕｔｓｉｄｅｔｈｅｆｒｏｎｔｓｈｒｏｕｄｗａｓｌｏｗｅｒｔｈａｎｔｈｅｖａｌｕｅｏｕｔｓｉｄｅｔｈｅｂａｃｋｓｈｒｏｕｄ．Ｔｈｅａｃｔｕａｌｖａｌｕｅｏｆａｘｉａｌｆｏｒｃｅｗａｓｌｏｗｅｒｔｈａｎｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ａｎｄｔｈｅｆｏｒｍｕｌａｏｆｔｈｅａｘｉａｌｆｏｒｃｅｓｈｏｕｌｄｂｅｍｏｄｉｆｉｅｄ．ＫｅｙｗｏｒｄｓＭｕｌｔｉｓｔａｇｅｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｐｕｍｐ，Ｉｍｐｅｌｌｅｒ，Ｉｎｔｅｒｓｔａｇｅｌｅａｋａｇｅ，Ａｘｉａｌ

6、ｆｏｒｃｅ［６～８］轴向力的公式有几种，但按传统计算方法算出引言的结果与实际结果差别较大，计算值小于实际轴向在多级离心泵的运行工作过程中，由于叶轮结力，致使一些平衡装置经常出现故障，不能满足现场构不对称以及介质冲击叶轮等原因，液体作用多级实际运行的要求。随着计算流体力学ＣＦＤ的发展，叶轮在轴向产生较高的轴向力。过高的轴向力对多国内外学者开始通过数值模拟方法对轴向力进行计［９～１１］级离心泵的正常运行造成危害，在高压的情况下，轴算，但计算结果与试验值仍有一定差距。叶轮向力的大小有时将达到上百吨，直接影响泵运行的级间

7、泄漏是影响计算值准确性的重要因素，本文在［１～５］可靠性。因此在多级离心泵的设计过程中，必理论分析的基础上，通过离心泵轴向力试验装置对须要设计平衡装置将轴向力予以平衡。为了理想地叶轮级间泄漏进行研究，测试轴向力的大小和叶轮设计平衡装置，首先要准确地计算轴向力，目前计算前后两侧液体的速度、压力，对实测结果进行分析，收稿日期：２００９０９２４修回日期：２００９１０２８浙江省重大科技专项工业项目（２００８Ｃ０１０２４２）作者简介：牟介刚，教授级高级工程师，主要从事离心泵水力模型及结构设计研究，Ｅｍａｉｌ：ｍｊｇ１９

8、６３＠１２６．ｃｏｍ第７期牟介刚等：多级离心泵叶轮级间泄漏对轴向力的影响４１研究影响轴向力计算准确性的各种因素。图，动反力的计算为Ｆ＝ρＱ（ｖ－ｖ′ｃｏｓλ）（２）２ｔｍ０ｍ２２１轴向力的计算式中Ｆ———动反力，Ｎ２３１１轴向力的理论假设Ｑ———流经叶轮流量，ｍ／ｓｔ轴向力的传统理论计算以５种假设为前提条ｖ———液体进入叶轮叶片前轴面速度，ｍ／ｓｍ０［１２］件：①叶轮前