双吸中开泵径向力及其计算方法详细介绍

       中开式离心泵是工业生产及市政水利工程使用很广泛的泵之一，下面将详细介绍一下双吸中开泵径向力及其计算方法，方便用户单位技术人员对中开泵的维护进行参考。

1.双吸开泵径向力产生

      在极佳条件下，耳蜗腔各部分的压力均匀。泵流量小于极佳条件时，蜗壳腔内的液体流速减慢，叶轮出口液体的绝对速度，由出口速度三角形可以看出，大于极佳工作条件的绝对速度，也大于蜗壳腔的速度，叶轮从蜗壳腔内的液体连续撞击，使蜗壳腔内的液体接受能量，并且由于蜗壳腔内的每个舌向扩散管的进口不断增加，所以液体压力如图2所示。

       泵流量大于极佳流量的工作状态，与上述情况相反，叶轮流出的液体绝对速度小于绝对速度的极佳条件，也小于蜗壳室的液体流量，结果是蜗壳腔内的两种液体受到冲击，蜗壳腔内的液体赋予能量，都是从叶轮速度增加液流的速度，这样，蜗壳腔内的液体从各个舌头的压力向扩散管入口逐渐减小，如下图2.1所示。

       由于耳蜗腔的每个端面中的压力不相等，因此在叶轮上会产生径向力，介质在叶轮的周围四周分布，但是对叶轮产生的压力是不均匀的，破坏了叶轮中液体的轴对称流动，带有高压的液体从叶轮流出较少，较小的压力从叶轮流出较多，所以，沿着各级叶轮流出的介质数量就有差别，不是相同的，作用在叶轮圆周上的液体反应不一样，这产生了径向力，而叶轮上产生的径向力就是两个面的径向力的矢量之和。在分段多级离心泵中，当泵的工作状态离开极佳工作状态时，如果叶轮偏心，则会有径向力作用在叶轮上，力的大小取决于泵的工作状态。并且随着偏心率的增加而增加。

      如上图2.1蜗壳中的径向力分布：当流量非常小时，径向力会发生变化并以远低于泵速的频率旋转，从而导致转子振动。

      实践证明，在相同工况下的蜗壳泵，其转子的径向力与蜗壳基圆中心的偏离也与不偏离中心的情况相比有明显变化。这种变化取决于偏心程度的大小和方向。

2.蜗壳式双吸开式泵的径向力的计算

挤压腔是耳蜗主体的泵。偏离设计工况时，径向力可通过以下公式计算：

其中，K径向力系数可通过以下公式获得：

      当泵在设计条件下运行时。根据上式，径向力系数等于零。当流量为零时，径向力系数达到很大值，即K = 0.36。系数K的值也与泵的类型有关。在某些情况下，K的实际值大于根据上式计算得出的值，并且在零流量时K可能达到06。

3.径向力的危害

径向力的大小是和叶轮的尺寸有关系的，跟叶轮的流道宽度和出口直径为正比关系，其影响会随着泵尺寸的增加而增加。

当轴的径向力产生较大的挠度时，会引起密封圈和轴套的快速磨损。

同时，对于旋转轴而言，径向力是交变载荷，较大的径向力会使轴由于疲劳而损坏。

因此，径向力的平衡非常重要，特别是对于大尺寸，高扬程的高能泵。

4.单级蜗壳双吸开式泵径向力平衡

       单级蜗壳泵的径向力平衡可以通过使用双蜗壳或添加导向叶片来实现，如图2.2（a）和图2.3（b）所示。

       在双蜗壳中，每个耳蜗腔室均不能消除径向力，但两个腔室相隔180度。对称布置，作用在叶轮上的径向力相互平衡。如果使用导向叶片，虽然可以平衡径向力，但是泵的结构复杂。

5.开放式多级泵的径向力平衡

       蜗壳式多级泵（即离心式多级中开泵）的径向力是通过蜗壳倒置挤压腔的方法来实现径向力的平衡，也就是说，在每个相邻的两级中，各个蜗壳式挤压腔以180°的差布置如图2.4所示。

       以此方式，作用在叶轮差180°上的径向力的两个相邻阶段上彼此抵消。由于这两个力不在垂直于轴线的同一平面上，因此它们形成了一对力，其力矩臂等于两个叶轮之间的距离。该对应通过由其他两个叶轮的径向力组成的一对或由轴承反作用力组成的一对来平衡。此径向力平衡模式适用于带有偶数串联和单吸式叶轮的中开多级泵。对于奇数系列，靠前级叶轮是双吸式中开多级泵。径向力平衡的方法是将靠前级蜗壳制成双蜗壳，然后将每对蜗壳腔错开180°。对于大型开放式多级泵的径向力平衡，也可以考虑采用双蜗壳法，如图2.4所示。对于分段式多级离心泵，应尽量减小叶轮对叶片的偏心，以减小径向力。