离心泵浮动叶轮轴向间隙的液体流动分析及轴向力计算_刘在伦

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1、第29卷第12期农业工程学报Vol.29No.122013年6月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringJun.201379离心泵浮动叶轮轴向间隙的液体流动分析及轴向力计算1,21111,2※刘在伦，许立中，贾晓，吴佼，王东伟（1.兰州理工大学能源与动力工程学院，兰州730050；2.兰州理工大学温州泵阀工程研究院，温州325105）摘要：为了研究浮动叶轮轴向间隙变化对其液体泄漏量及压力、液体作用在不锈钢盘上轴向力的影响规律，将径向

2、和轴向的间隙液体流动分别简化为平行平板间粘性层流运动和轴对称二维粘性层流运动，基于液体通过径向和轴向的间隙泄漏量相等，推导出了计算轴向间隙的液体泄漏量及压力、液体作用在不锈钢盘上轴向力的数学表达式。并通过设计实例计算，绘制出了轴向间隙的液体泄漏量和液体作用在不锈钢盘上轴向力与轴向间隙变化的关系曲线，从控制一定泄漏量并减少轴向力的角度出发，分析得出轴向间隙取0.4～0.8mm较为适宜。并在平衡腔内不安装不锈钢盘和石墨盘条件下，计算出了平衡腔内液体作用在叶轮上轴向力。通过比较分析，浮动叶轮有明显减少轴向力的

3、效果。关键词：泵，轴向力，叶轮，轴向间隙，泄漏量doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2013.12.011中图分类号：TH311文献标志码：A文章编号：1002-6819(2013)-12-0079-07刘在伦，许立中，贾晓，等.离心泵浮动叶轮轴向间隙的液体流动分析及轴向力计算[J].农业工程学报，2013，29(12)：79－85.LiuZailun,XuLizhong,JiaXiao,etal.Analysisofliquidflowandaxialforcecalculati

4、oninaxialclearanceforfloatingimpellerofcentrifugalpump[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE),2013,29(12):79－85.(inChinesewithEnglishabstract)环间隙面积比值的选择范围。文献[10]介绍了一种0引言离心泵轴向力自动平衡法（thrustequalizing轴向力平衡法及理论是泵研究

5、中的关键问题。mechanism，TEM），其结构与浮动叶轮相同，从近年来提出了离心泵浮动叶轮自动平衡轴向力新而取消专门的轴向力平衡装置。文献[11-12]通过试技术，它是将平衡孔与平衡盘集成在叶轮上。该技验对浮动叶轮的平衡孔泄漏量特性及计算、平衡腔术在泵上容易实现，尤其是多级泵可取消专门的轴内液体压力的计算方法进行了研究，但其研究成果向力平衡装置，解决了高转速高扬程泵的轴向力问有一定局限性。由此可见，该技术虽在个别泵上应[1-8]题，是一项简单易行极有推广价值的新技术。浮用并证明效果显著可行，但浮动叶

6、轮自动平衡轴向动叶轮工作时，其轴向位移将会引起安装在平衡腔力技术研究尚处在起步阶段，相关研究主要集中在内的不锈钢盘和石墨盘之间的轴向间隙变化，轴向其原理及结构简介。本文通过分析浮动叶轮后盖板间隙变化对其内间隙液体泄漏量及压力、液体作用侧径向和轴向的间隙液体流动特点，基于液体通过在不锈钢盘上轴向力有较大影响。文献[9]将浮动叶径向和轴向的泄漏量相等，研究轴向间隙变化对其轮轴向力平衡技术应用在VSg60／20×14型筒式内液体泄漏量及压力、液体作用在不锈钢盘上轴向3输油泵（多级立式泵，流量60m/h，14级

7、总扬程力的影响规律。并通过设计实例的计算结果分析，280m）和CI12.5/20型磁力传动泵（改型IS泵，研究浮动叶轮轴向间隙的选择范围和减少轴向力3流量12.5m/h，扬程20m），提出实现轴向力自动效果。平衡时泵上下密封环直径比值、平衡孔总面积与后1浮动叶轮结构特点及工作原理收稿日期：2012-11-16修订日期：2013-04-24浮动叶轮自动平衡轴向力装置如图1所示。叶基金项目：国家自然科学基金资助项目（51269010）；浙江省自然科学轮采用开平衡孔的双密封环叶轮，且后密封环直径基金资助项目（

8、Y12E90005）大于前密封环直径，后密封环将叶轮与泵体间的腔作者简介：刘在伦（1961－），男，甘肃景泰人，教授，主要从事泵设计理论与测试技术研究。兰州兰州理工大学能源与动力工程学院，体分为泵腔和平衡腔。叶轮轴孔与泵轴的配合是间730050。Email：Liuzl88@sina.com隙配合，叶轮可在泵轴上下自由移动。平衡腔内设※通信作者：王东伟（1984－），甘肃平凉人，助教，主要从事流体机有与叶轮同步旋转不锈钢盘和固定在泵盖上的石械