离心泵叶轮平衡孔的作用、设计及应用说明

离心泵叶轮平衡孔的作用、设计

及应用说明

前言

离心泵在运行过程中，叶轮等转子部件会受到很大的力，这种力的轴向分量即为轴向力。离心泵叶轮在垂直于前后盖板轴线的平面上的投影面积一般不同，前后盖板之间的流体压力差是造成整个转子部件轴向力不平衡的主要原因之一。轴向力对离心泵的运行稳定性影响很大。不平衡的轴向力可能导致转子轴向窜动、密封室及止推轴承承受过量的压力和载荷。

平衡孔是众多轴向力平衡方式中的一种，也是最简单、易操作的方法。这些孔将盖板周围的空间与叶轮的吸入侧相连，其结果是叶轮盖板两侧的吸入压力保持了轴向推力的水力平衡。

平衡孔的作用

平衡孔必须与叶轮后盖板上的耐磨环配合使用，如图1所示。通常前后盖板上的耐磨环直径相同，但为了平衡更多的轴向力，有时会将后盖板上的耐磨环直径设计成大于前盖板耐磨环的直径。

图1 – 平衡孔+耐磨环结构示意图

平衡孔的作用主要有：

1）  减少轴向推力。

2）  降低填料函（密封室）内的压力。

3）  防止在叶轮背面的环室中积聚异物。

平衡孔的设计

平衡孔设计相对比较简单，其减小轴向力的程度取决于耐磨环处的直径、间隙、平衡孔总面积。

平衡孔设计的总体要求是：平衡孔的总横截面积应明显大于壳体耐磨环与叶轮（或叶轮耐磨环）之间的环形空间的横截面面积。关醒凡老师《现代泵理论与设计》中给出的建议是：通常取平衡孔的总面积等于5~8倍耐磨环处间隙的面积。

工程实践中，可根据关老师的设计手册来估算平衡孔平衡轴向力的程度，然后选择合适型式及规格的推力轴承。

平衡孔通常均匀分布于叶轮叶片之间靠近轮毂处，见图2和图3。

图2 – 叶轮平衡孔布置示意图1

图3 – 叶轮平衡孔布置示意图2

应用说明

1）  由于平衡孔结构相对比较简单、容易制作，因此，平衡孔在卧式、单级端吸离心泵（OH1和OH2）及部分立式多级泵（如VS6）中得到普遍应用。其缺点是容积损失增加（平衡孔的泄漏量一般为设计流量的2%~5%），不太符合节能要求。

2）  耐磨环和平衡孔是相辅相成的，只设置耐磨环无平衡孔不能平衡轴向力；只设平衡孔不设耐磨环，其结果是泄漏量很大，而平衡轴向力的能力却很小。

3）  如果泵送液体中含有悬浮或夹带着固体，则有堵塞平衡孔/通道的风险。

4）  经平衡孔回流到叶轮入口的泄漏会阻碍主流的正常流动状态、产生干扰，使泵的抗汽蚀性能下降。在现代泵设计中，有几种方法可用来减轻和解决轴向力的影响，但每种方法都有优缺点：

-  采用双吸叶轮。

-  单吸叶轮带背叶片。

-  多级泵，叶轮可以采用同一方向布置+平衡机构的方式来平衡绝大多数轴向力；也可以使一半的叶轮朝一个方向，而其余的叶轮则相反布置；一些设计还包括一个双吸的首级叶轮。

-  设置平衡管（从由耐磨环隔离出来的叶轮后盖板的下部至密封室之间的空间内设置一连通管与吸入侧相连）。

5）  在实际工程应用中，不管采用哪种轴向力的平衡方式，泵仍然需要某种类型和规格的推力轴承，因为没有任何泵在整个运行范围内（包括启动和停机期间）轴向力是完全平衡的。

注：部分信息来自于关醒凡老师的《现代泵理论与设计》。