离心泵产生轴向推力的原因

离心泵轴向力计算式应用与平衡作者：于锡平来源：《科学与财富》2014年第02期摘要：离心泵在工作过程中，可靠运行的一个重要方面就是平衡部件（平衡盘或平衡鼓）和推力轴承的设计，一般在多级离心泵的叶轮上不考虑平衡轴向力的结构，因此，泵轴向力计算的准确程度影响到平衡部件、推力轴承的设计和使用寿命，本文经多年的设计实践，提出较理想的轴向力计算式，基本在设计卧式多级泵或立式多级泵的平衡盘或平衡鼓的部件时没有失误，可以借鉴。

关键词：离心泵；轴向力；计算式应用；平衡1. 轴向力产生的原因由于叶轮前后盖板因液体压力分布情况不同引起很大的轴向力，叶轮后盖板所受压强大于前盖板所受的压强，形成的压力差，方向自叶轮背面指向叶轮入口，这个力是泵轴向力的主要组成部分。

泵在正常运行时，叶轮吸入口的压力P1，叶轮背面的压力为P2，且P2>P1，因此沿着泵的轴向方向就会产生一个推力。

液体流经叶轮后，由于流动方向变化所产生的动压力F2，在多级离心泵中，流体通常由轴向流入叶轮，由径向流出，流动方向的变化是由于流体受到叶轮的作用力，因此流体也给叶轮一个大小相等、方向相反的反作用力。

扭曲叶片工作面和背面压力不同产生的轴向力。

对于立式泵，转子的重量也是轴向力的组成部分。

其它因素产生的轴向力。

2. 轴向力计算式探讨假定叶轮两侧间隙液体压力分布规律相同，则有轴向力F1=π/4（D21-dh2）ρg[HP-U22/8zg{1-（D21-d2h）/2D22}]，实际上，由于存在泄漏，轮盖两侧会有液体从外径处经轮盖密封流向吸入口，轮盘测则由于级间泄漏，有液体自高压级漏失到低压级，从叶轮内径处流向外经处，在轮盖测，液体做向心的径向流动，所以压力要减小，而在轮盘测，液体作离心的径向流动，所以，压力要增大，这样一来，轴向力F1的实际值比上式要大一些，所以，一般使用经验公式F1=（π/4）（D21-d2h）ρgkHi，其中，k为实验系数，与比转数有关，当nS=60-150时，k=0.6；当nS=150-250时，k=0.8；i为叶轮级数。

水泵检修工考试试题及答案三1、填空题为防止发生汽蚀现象，给水泵应装在除氧器以下（）处使给水泵的进口静压力（）于进口水的饱和压力。

正确答案：10~16米、高2、单选多级泵计算比转速时应用（）代（江南博哥）入计算。

A、实际扬程B、实际扬程一半C、实际扬程的二倍D、每级叶轮的实际扬程正确答案：D3、判断题在管道安装时，水管道的最高点应装有放空气门。

正确答案：对4、单选下列设备中（）没接空气管。

A、凝结水泵；B、给水泵；C、射汽式抽气器。

正确答案：B5、单选在转动机械进行相对相位法动平衡操作中，当试加重量后，转子启动并达到平衡转速时，测量轴承振动振幅＞0.25mm，同时相位角变化＜20°，这时应将试加重量由原加重点的（）。

A、增加40%～60%；B、减少40%～60%；C、顺转动方向移动90°；D、逆转动方向移动90°。

正确答案：D6、判断题当管道及容器的金属腐蚀达到其厚度的一半时，应停止使用。

正确答案：错参考解析：当管道及容器的金属腐蚀达到其厚度的1/3时，应停止使用。

7、判断题对管道及其附件的严密性进行水压试验时，试验压力应等于管道工作时的压力。

正确答案：错参考解析：对管道及其附件的严密性进行水压试验时，试验压力应等于管道工作时压力的1.25倍。

8、判断题碳是碳素钢中的主要合金元素，含碳量增加，则钢的强度增高，塑性增大。

正确答案：错9、判断题闸阀是双侧密封的阀门。

正确答案：错参考解析：闸阀是单侧密封的阀门。

10、判断题给水泵的滑销系统可有可无。

正确答案：错11、单选使用滑轮和滑轮组的原因是，为了减少移动重物所需的（）及改变施力绳索的方向。

A、功；B、力；C、速度；D、力矩。

正确答案：B12、问答题什么是流体的黏滞性？它在什么情况下才能产生作用？正确答案：流体流动时，在流体流层间产生内摩擦力的特性，称为流体的黏滞性。

只有当流层之间有相对运动时，即流体流动时，黏滞性才能产生作用。

一、选择题（共 22 题，每题 1.0 分）：【1】当水泵输送水的压力一定时，输送水的温度越高，对应的汽化压力（）。

A．越高，水就越不容易汽化B．越低，水就越不容易汽化C．越高，水就越容易汽化D．越低，水就越容易汽化【2】锉削工件的表面，加工时不可用手摸，以免（）。

A．工件生镑B．锉刀打滑C．锉刀生锈D．破坏加工表面的粗糙度【3】检查泵轴颈部分的磨损情况是通过测置它的（）来确定的。

A．同心度B．轴承两侧间隙C．不圆度D．粗糙度【4】手电钻用以钻孔，（）代替作旋转运动的手工操作。

A．也可B．禁止C．常常D．不能【5】中、小型水泵在运行中轴承室油质发生乳化时，可以采用（）的方法消除。

A．加点油B．放尽乳化油后再加油C．边放油边加油D．停泵换油【6】正确建立质置管理点，突出质置关键是质量（）的保证。

A．标准B．达到要求C．控制D．管理【7】下列设备中，除（）外均属于计算机的输出设备。

A．键盘B．打印机C．绘图仪D．显示器【8】冷直轴时，锤打范围约为120°,应当（）。

A．从弯曲凹点中心向两边、左右相间、交替锤打B．沿圆周自两边向中心，依次交替锤打C．沿圆周自两边向中心，打完一侧，再打另一侧D．沿圆周自中心向两边、打完一侧，再打另一侧【9】为提高后弯式离心泵的效率，水泵的出口安装角一般在（）范围内。

A．10°~20°B．20°~30°C．30°~40°D．40°~50°【10】工作人员必须登在距顶不少于（）m的梯蹬上工作。

A．1.5B．1【11】使用中的氧气瓶和乙炔瓶应垂直放置并固定起来，氧气瓶和乙炔瓶的距离不得小于（）m。

A．3B．5C．8D．10【12】齿形联轴器一般用在（）上。

A．给水泵B．凝结水泵C．疏水泵D．循环水泵【13】对心脏停跳的触电人员进行胸外按压时，应垂直将正常成人胸骨压陷（）cm。

A．1~3B．2~4C．3~5D．4~6【14】影响流体密度的因素有（）。

水泵检修工考试考试题（题库版）1、判断题设备试运后由于工作需要，需改变原工作措施范围时，应重新签发新的工作票。

正确答案：对2、填空题给水泵的滑销系统有（）和（）。

正确答案：两个纵销、两个横销3、填空（江南博哥）题对于滚动轴承定位的水泵，窜动的原因有（）、（）和轴向游隙存在引起的窜动。

正确答案：轴承没被端盖压紧、推力轴承损坏4、判断题水泵密封环处的间隙应大于泵的轴向窜动量。

正确答案：对5、问答题试问人体的安全电流（交流和直流）各是多少？正确答案：根据电流作用对人体的表现特征，确定50-60赫的交流电10毫安和直流电50毫安为人体的安全电流。

6、判断题凡是经过净化处理的水都可以作为电厂的补充水。

正确答案：错参考解析：电厂的补充水必须是经过处理合格的除盐水。

7、单选正常大修中，清理动静叶片上的（）是一个重要的检修项目。

A、腐蚀；B、卷边；C、油污；D、结垢。

正确答案：D8、问答题凝结水泵的空气管起什么作用？正确答案：凝结水泵空气管的作用，是将泵内空气及时排至凝结器，使凝结水泵正常运行。

9、填空题在工件的一个表面划线称为（）划线，在几个表面划线称为（）划线。

正确答案：平面、立体10、判断题修刮轴瓦后，下瓦乌金接触角度应保持在30°～45°。

正确答案：错11、判断题离心泵在更换滚动轴承时，轴承精度等级越高使用效果越好。

正确答案：错12、单选合像水平仪的测量精度是（）。

A、0.01mm／1000mm；B、0.02mm／1000mm；C、0.01mm／500mm；D、0.02mm／500mm。

正确答案：A13、判断题高、低压加热器一般采用混合式加热器。

正确答案：错参考解析：高、低压加热器一般采用表面式加热器。

14、单选适宜于采用汽蚀调节的水泵为（）。

A、给水泵B、凝结水泵C、循环水泵D、疏水泵正确答案：B15、填空题我国电力网的额定频率为（）赫，汽轮发电机的额定转速为（）转/分。

正确答案：50、300016、单选在一定的范围内缩减对象（事物）的类型数目，使之在既定时间内满足一般需要的标准化形式是指（）。

汽轮机运行辅岗应知水泵与电动机一．判断题1. 水泵的吸上高度愈大，入口真空度愈高。

( )答案：(√)2. 大流量小扬程的泵比转数大，小流量大扬程的泵的比转数小。

( )答案：(√)3. 电厂中常发生汽蚀现象的泵有凝结泵、给水泵、循环泵。

( )答案：(×)4. 汽蚀余量小，则泵运行的抗汽蚀性能好。

( )答案：(×)5. 随着海拔高度的升高，水泵的吸上高度也要升高。

( )答案：(×)6. 水泵的Q-H曲线为连续下降的才能保证水泵运行的稳定性。

( )答案：(√)7. 水泵的Q-H曲线在上升段时才能保证水泵运行的稳定性。

( )答案：(×)8. 由水泵的Q-H曲线中可以得知，工作点的扬程大于流量等于零时的扬程，水泵才能稳定运行。

( )答案：(×)9. 两台水泵串联运行流量必然相同，总扬程等于两泵扬程之和。

( )答案：(√)10. 为保证串联运行的两台水泵在高效区工作，要求它们最佳工况点的流量必须相近。

( )答案：(√)11. 水泵并联工作的特点是每台水泵所产生的扬程相等，总流量为每台水泵流量之和。

( )答案：(√)12. 泵的汽蚀余量表示液体从泵的吸入口到叶道进口压力最低处的压力降低值。

( )答案：(√)二．选择题1. 离心式水泵以单吸或双吸区分时是______________________________分类方法。

A.按泵壳结合面形式分类；B.按工作叶轮数目分类；C.按轮叶进水方式分类。

答案：C.按叶轮进水方式分类。

2. 离心泵基本特性曲线中最主要的是_____________________曲线。

A. Q-H曲线；B.Q-N曲线；C.Q-n曲线。

答案：A.Q-H曲线。

3. 单级单吸悬臂式离心泵属于_____________________。

A.DA型泵；B.sh型泵；C.BA型泵。

答案：C.BA型泵。

4. 下列各泵中________________________泵的效率较低。

离心泵的主要工作原理（1）叶轮被泵轴带动旋转，对位于叶片间的流体做功，流体受离心力的作用，由叶轮中心被抛向外围。

当流体到达叶轮外周时，流速非常高。

（2）泵壳汇集从各叶片间被抛出的液体，这些液体在壳内顺着蜗壳形通道逐渐扩大的方向流动，使流体的动能转化为静压能，减小能量损失。

所以泵壳的作用不仅在于汇集液体，它更是一个能量转换装置。

（3）液体吸上原理：依靠叶轮高速旋转，迫使叶轮中心的液体以很高的速度被抛开，从而在叶轮中心形成低压，低位槽中的液体因此被源源不断地吸上。

气缚现象气缚现象：如果离心泵在启动前壳内充满的是气体，则启动后叶轮中心气体被抛时不能在该处形成足够大的真空度，这样槽内液体便不能被吸上。

这一现象称为气缚。

为防止气缚现象的发生，离心泵启动前要用外来的液体将泵壳内空间灌满。

这一步操作称为灌泵。

为防止灌入泵壳内的液体因重力流入低位槽内，在泵吸入管路的入口处装有止逆阀（底阀）；如果泵的位置低于槽内液面，则启动时无需灌泵。

（4）叶轮外周安装导轮，使泵内液体能量转换效率高。

导轮是位于叶轮外周的固定的带叶片的环。

这些叶片的弯曲方向与叶轮叶片的弯曲方向相反，其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相适应，引导液体在泵壳通道内平稳地改变方向，使能量损耗最小，动压能转换为静压能的效率高。

（5）后盖板上的平衡孔消除轴向推力。

离开叶轮周边的液体压力已经较高，有一部分会渗到叶轮后盖板后侧，而叶轮前侧液体入口处为低压，因而产生了将叶轮推向泵入口一侧的轴向推力。

这容易引起叶轮与泵壳接触处的磨损，严重时还会产生振动。

平衡孔使一部分高压液体泄露到低压区，减轻叶轮前后的压力差。

但由此也会引起泵效率的降低。

（6）轴封装置保证离心泵正常、高效运转。

离心泵在工作是泵轴旋转而壳不动，其间的环隙如果不加以密封或密封不好，则外界的空气会渗入叶轮中心的低压区，使泵的流量、效率下降。

严重时流量为零——气缚。

通常，可以采用机械密封或填料密封来实现轴与壳之间的密封。

泵与风机学习指导书第1章练习题名词解释1）泵（2）泵的扬程（3）风机的全压（4）轴功率2．简答题（1）简述热力发电厂锅炉给水泵的作用和工作特点。

（2）简述热力发电厂锅炉引风机的作用和工作特点。

3）按照风机产生的全压大小，风机大致可分为哪几类？（4）叶片泵大致可分为哪几类？第二章练习题1．名词解释（1）排挤系数（2）基本方程式（3）轴向旋涡运动（4）反作用度2．选择题[请在四个备选的答案中选择一个正确答案填至（）内]（5）（1）由于叶轮中某点的绝对速度是相对速度和圆周速度的向量合成，所以（）A. 绝对速度总是最大的；B. 绝对速度的径向分速度总是等于相对速度的径向分速度；C. 绝对速度流动角α总是大于相对速度流动角β；C. 流动效率η h 总是小于1；D. 有实际意义的叶轮，其反作用度τ总是小于1。

3．简答题（1）简述离心式泵与风机的工作原理。

（2）简述流体在离心式叶轮中的运动合成（3）在推导基本方程式时采用了哪些假设？（4）有哪些方法可以提高叶轮的理论扬程（或理论全压）（5）叶轮进口预旋和轴向旋涡运动会对叶轮扬程（或全压）产生如何影响？（6）离心式泵与风机有哪几种叶片型式？各有何优点？（7）为什么离心泵都采用后弯式叶片？（8）在其它条件不变的情况下，叶片出口安装角对叶轮扬程（或全压）有何影响？4．计算题（1）有一离心式水泵，其叶轮的外径D2=22cm，转速n=2980r/min，叶轮出口安装角β 2 a =45 °，出口处的径向速度v 2 r∞ = 3.6m/s。

设流体径向流入叶轮，试按比例画出出口速度三角形，并计算无限多叶片叶轮的理论扬程H T∞，若滑移系数K=0.8，叶轮流动效率η h =0.9，叶轮的实际扬程为多少？（2）某离心式风机的转速为1500r/min，叶轮外径为600mm，内径为480mm，设叶轮有无限多叶片且叶片厚度为无限薄，叶片进、出口处的安装角分别为60°、120°，进、出口处空气的相对速度分别为25m/s、22m/s，空气密度为 1.2kg/m3。

离心泵轴向力的产生及平衡措施许华峰【摘要】分析离心泵轴向力产生的原因,根据具体实际情况采用平衡措施,有效减少泵的故障,为装置平稳运行创造有利条件,同时也降低了维修成本.【期刊名称】《中国设备工程》【年(卷),期】2015(000)012【总页数】3页(P61-63)【关键词】轴向力;平衡措施;轴向力计算【作者】许华峰【作者单位】山东天弘化学有限公司,山东东营 257000【正文语种】中文【中图分类】TH311离心泵在运转时产生轴向力，流体作用在转子上的轴向力主要是由于其作用在叶轮两侧的压力分布不对称而引起的，此轴向力在工况稳定的情况下是一定值，即静态轴向力，设计时一般采用平衡装置将其平衡掉，剩余部分由止推轴承承担；而实际上，作用在止推轴承上的轴向力并不是固定不变的，运行工况、密封间隙、制造及装配误差等因素均会引起轴向力的变化，轴向力的变化部分称之为动态轴向力，而它是平衡装置无法平衡的。

加上各种轴向力计算公式理论上都存在着误差，静态轴向力的平衡也是不准确的。

这两方面是引起泵本身及电动机损坏的主要原因，极易造成作用在止推轴承上的轴向力过大或过小，轴向力过大则造成烧瓦、断轴、密封隔板的损坏或增大止推轴承的摩擦，主轴、叶轮向进口方向移动致使叶轮与泵壳发生摩擦，电动机负载加大；如果轴向力过小，则会引起转子的前后窜动。

1.轴向力的产生在离心泵中液体是在低压力P1下进入叶轮，而在高压力P2下流出叶轮。

由于出口压力大于进口压力及叶轮前后盖板的不对称，使得叶轮两侧所受的液体压力不相等，因而产生了轴向推力，如图1所示。

从图1可以看出，作用在叶轮右边的压力为:P右=πr22P2;作用在叶轮左边的压力为：P左=πr12P1+π（r22-r12）P2。

式中r1、r2为叶轮的内、外圆半径，ΔP=P右+P左=πr12（P1-P2）。

因P2＞P1，故ΔP是正值。

因此当离心泵运转时总有一个沿轴并指向吸入口的力作用在转子上。

叶轮入口部位是低压，而出口及叶轮背部是高压，在叶轮的前轮盖和后轮盖之间形成压差，这个压差就形成了轴向力。

离心泵的轴向力的产生和计算摘要：分析几种型式的离心泵轴向力的形成及其影响的各种因素。

对应不同结构形式的离心泵，列出其轴向力的相关计算。

关键词：离心泵 原理 轴向力 计算离心泵作为一种通用机械，在我国国民经济各部门中应用极广，农田排灌、石油化工、动力工业、城市给排水、采矿和船舶工业等等。

其在高速、高温、高压环境下，对泵机组的可靠性要求很高，特别是在一些连续性生产的企业，离心泵是流体物料介质的重要输送动力机构，其能否长周期稳定运行直接影响企业的产量和效益。

本文简单介绍离心泵的工作原理，轴向力的产生原因及其计算，希望能给用户单位在离心泵使用维护和技术改造方面提供帮助。

一、离心泵轴向力的形成及其影响的诸因素1 离心泵的工作原理离心泵是依靠高速旋转的叶轮使液体在离心力的作用下，从叶轮的外缘进入蜗壳，在蜗壳中，由于流道的逐渐扩大，液体的流速逐渐减小，从而将部分动能转变为静压能，最后以较高的压力流入排除管道。

液体由叶轮中心流向外缘使叶轮中心的压力下降，进口管的液体在其本身压力或大气压的作用下，被压入叶轮中。

这样只要叶轮不停地旋转，进口管内的液体就会被连续的吸入和排除。

2 轴向力产生的原因2.1叶轮前后盖板不对称压力产生的轴向力，这是所有轴向力中最重要的一个因素。

又由于叶轮盖板的形状是不规则的，所以其轴向力大小比较复杂，此力指向压力小的盖板方向，用1F 或1F 表示；2.2 液体流过叶轮由于方向改变产生的冲力（动反力），此力指向叶轮后面，用2F 表示；2.3 轴台、轴端等结构因素引起的轴向力，其方向视具体情况而定，用3F 表示； 2.4 转子重量产生的轴向力，其方向与转子的布置方式有关，用4F 表示；2.5 当有径向流时会改变压力分布，因而影响轴向力的数值。

在叶轮前盖板泵腔，存在向内径向流动，后泵腔中存在向外的径向流动，轮毂处的压力大于无径向流动时的压力。

多级泵因级间泄漏而存在外向的径向流。

对于不同的泵，按内向流动压力减小，外向流动压力增加来分析对轴向力的影响；2.6 叶轮两侧密封环不同，当两侧密封环间隙长度不同，磨损不同时，会产生指向泄漏大的一侧的附加轴向力；2.7 影响轴向力的其他因素：如制造、装配、泵轴叶轮机械性能等。

离心泵轴向力分析和平衡方法探讨曹昆朋摘要：在离心泵工作的过程中，转子会受到一个轴向推力，其和轴心线相互平行。

如果该力得不到有效的控制，在其作用下转子可能会出现一种轴向窜动的情况，这时就会引发转动部件以及固定部件之间直接接触，当这种情况发生就会引发泵零部件非正常运行。

对离心泵的轴向力产生和平衡方法作了详细的叙述，希望可以起到一定的作用。

关键词：离心泵；轴向力分析；平衡方法前言：高速离心泵的轴向力平衡方法有平衡孔、平衡管、背叶片、平衡鼓及平衡盘等方式。

背叶片通过降低叶轮盘侧流体压力，从而来减少叶轮盘侧的方向指向进口的轴向力，但会增加轴功，致使效率降低，不是高速泵轴向力平衡的首选方法。

叶轮对称分布是多级高速泵较有效的轴向力平衡方法，但结构较复杂，因此也不是理想的轴向力平衡方法。

在本文中对平衡方法进行了相关的探讨。

1.离心泵工作原理及基本性能1.1工作原理离心泵起到主要作用的是叶轮，液体能量主要是依靠叶轮旋转来获得的，其减速液体动能在蜗壳中被收集起来，将液体所具有的动能转变成压力能，而起到压送液体的作用。

当离心泵内充满液体的情况下，叶轮旋转产生离心力，在离心力作用下叶道内部的液体借助于叶片的作用甩向外围流进泵壳，通过排出管排出；另外液体还会受到离心力的作用从中心高速向四周流动，于是叶轮的中心部位压力降低，形成真空状态，且低于大气压力；因此，液体在这个压力差的作用下，由吸液池进入泵内，使离心泵能连续不断地进而进行一系列液体的吸入和流出。

1.2离心泵基本性能（1）离心泵的特点是具有大流量，而且相对稳定，但是需要注意的是可能会随着扬程发生变化。

（2）扬程在这一原理中的主要作用就是决定了离心泵当中的叶轮外径，以及叶轮自身的转速大小。

（3）扬程不仅仅与叶轮的外径与转速有关系，还与轴功率与流量之间存在一种对应关系。

（4）离心泵的吸入高度通常比较小，在实际操作当中可能会出现汽蚀现象。

（5）具有很高的转速，而且如果相对流量比较低，那么就会降低效率，如果相对流量比较高，效率也就会提高。