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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。
(1)平衡鼓法这是一种径向间隙液压平衡装置，它装在最后一级叶轮和平衡室之间，和泵轴一起旋转的称为平衡鼓轮，静止部分称为平衡鼓轮头。
用一根管线平衡室与泵进口连通，这样平衡室内的压力就等于进口连通管线中损失压力之和。
平衡鼓法平衡原理：平衡鼓轮前面是最后一级叶轮的后泵腔，其压力接近于泵的排出压力，因而平衡鼓两个端面之间有一个很大的压力差，能够把平衡鼓轮向后推，从而带动整个转子向后移动。
如果我们设法使这个推力和离心泵的轴向力相等，就能够达到平衡轴向力的目的。
(2)平衡盘法(下图)：平衡盘是一种轴向间隙液压平衡装置。
装在最后一级叶轮与平衡室之间，和轴一起转动的称为平衡盘，静止不动的称为平衡环(套)。
平衡原理：从叶轮出来的一部分液体经过平衡盘与平衡环之间的轴向间隙漏入平衡室，再用管路把平衡室与泵吸入口连通，这时平衡盘背面所受的压力是平衡室压力。
平衡盘正面最小直径上受到的压力是泵的吐出压力，而在周界上是平衡室压力。
只要选择好平衡盘的内、外直径尺寸，就可以使平衡盘正面与背面的压力差和泵的轴向力相等，从而达到平衡的目的。
平衡盘法假如泵的轴向力增加，这额外的压力就会把泵的转子推向吸入口侧，从而使平衡盘和平衡环之间的端面间隙减小。
此时通过这个间隙的漏失量将减少，平衡室压力下降，这时平衡盘前后的压力差增加，将转子向吐出口方向推，直到与轴向力平衡为止。
反之，如果泵的轴向力减小，就会造成平衡盘与平衡环之间的轴向间隙增大，漏失量增加，平衡压力增高，直到又获得新的平衡为止。
(3)平衡盘与平衡鼓组合法(下图)：平衡盘与平衡鼓组合实际上是一种径向、轴向液压平衡装置。
高压多级离心泵普遍采用此法，平衡效果好，组合法的平衡原理与上述两法相同。
平衡盘与平衡鼓组合法(4)叶轮对称布置平衡法：在多级水平中开式离心泵中通常采用叶轮对称布置平衡法来平衡轴向力，使成组叶轮的吸人口方向正好相反，从而起到平衡轴向力的作用。
在泵上也要安装止推轴承。
影响离心泵轴向窜动的原因分析作者：郭建来源：《中国化工贸易·中旬刊》2019年第02期摘要：离心泵工作时，其转子会受到一个轴向推力，受力方向与轴心线相平行。
如果该轴向推力得不到有效的抑制，在轴向推力的作用下，转子往往会产生轴向的窜动，使得转动部分和固件发生一定的接触，进而造成泵零部件的快速磨损，甚至损坏停工。
影响泵的长周期平稳运行的关键因素之一就是密封的泄漏。
机械密封泄漏的原因有很多，不容忽视的一个原因是轴向窜动量过大，即轴向力平衡不好。
关键词：离心泵;轴向窜量;轴向力平衡单级离心泵在工作时，在叶轮两侧压力差及水流动量变化的作用下会产生轴向力，在轴向力的作用下泵转子会产生轴向窜动，此窜动的大小称为窜动量（或称窜量）。
对于装有机械密封的水泵，轴窜量必须控制在适当的范围内。
机械密封是依靠装于轴上且垂直于轴作相对轴向滑动的端面（動环）在流体压力和补偿机构的弹簧力作用下与另一端面（静环）保持贴合，并配以辅助密封，从而防止流体泄漏的轴封装置。
动环与静环的端面彼此贴合是决定机械密封性能和寿命的关键，必须严格控制端面上的单位面积压力，使密封端面间保持必要的润滑液膜。
比压力过大，不易形成稳定的润滑液膜，会加速端面的磨损比压力过小，泄漏量增加。
为了保持适当的端面比压，机械密封的弹簧要有适当的压缩量，因此要求泵在工作时不允许其转子有过大的轴向窜动，一般机械密封规定轴向窜动量小于0.5mm。
我厂的顶循环回流泵在现场进行单机试运时出现了肉眼可见的轴向窜量，由于在现场没有维修条件，所以联系厂家返厂检修。
为了能准确的找到泵出现轴向窜动较大故障的原因，避免盲目的对泵进行解体检修，在厂家对泵进行了再次单机试验。
由于厂家试泵站控制柜最大功率为315kW，电流不能超过320A，因此泵入口流量控制在140m3/h，室温29.1℃。
运转20分钟，联轴器端轴承温度37.1℃，温升为8℃;泵轴端轴承温度40.6℃，温升为11.5℃，振动值为3.6mm/s，发现泵轴仍存在窜动现象。
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。
多级离心泵平衡鼓工作原理
多级离心泵平衡鼓是一种重要的辅助部件，用于平衡泵的径向力，从而有效减小振动和噪音。
其工作原理是利用离心力将泵内产生的径向力与平衡鼓相互平衡，使得泵的运行更加平稳可靠。
平衡鼓通常由旋转部件和固定部件组成。
旋转部件是指与泵轴同轴转动的部分，它通过轴承与轴连接，并与泵叶轮相连。
固定部件是指与泵壳连接的部分，一般位于泵轴两侧。
当泵开始工作时，泵叶轮旋转产生离心力，使得液体在离心力的作用下向远离轴心的方向流动。
由于液体的动量守恒原理，流出液体的离心力等于流入液体的离心力，因此泵叶轮旋转产生的径向力也将传递给流入液体。
此时，平衡鼓发挥作用。
当泵叶轮旋转时，平衡鼓也会相应旋转，与泵叶轮形成同步转动。
平衡鼓内部有一定的填充物，填充物与离心力的作用下将流入液体的径向力转化为压力力矩。
这种反作用力矩与泵叶轮产生的径向力矩完全平衡，从而达到平衡泵的目的。
平衡鼓的设计考虑了许多因素，如填充物的选择和位置、鼓内压力和泵壳内压力的关系等。
通过合理的设计和优化，平衡鼓可以减小泵运行时的径向力，降低泵的振动和噪音，提高泵的稳定性和效率。
总之，多级离心泵平衡鼓通过离心力和填充物的作用，实现了径向力的平衡，减小了泵的振动和噪音，提高了泵的工作效率和可靠性。
这种平衡鼓在许多工业领域中得到广泛应用，为各种设备提供了可靠的液体输送和循环。
离心泵轴向力平衡方法选用分析作者：吴海燕来源：《科技视界》2015年第16期【摘要】离心泵工作时，其转子会受到一个与轴心线相平行的轴向推力。
如果该力得不到有效的控制，在其作用下转子会发生轴向窜动，使转动部件与固定部件之间接触，从而造成泵零部件的损坏以致不能工作。
本文总结了目前常用的几种轴向力平衡方法，并重点介绍了不同平衡方法的结构、工作原理及特点，然后通过对比分析，总结了针对不同工况各平衡方法的选用原则，为今后轴向力平衡方法的正确选择提供参考和依据。
【关键词】离心泵；轴向力；平衡鼓；平衡盘0 引言胜利油田中心三号平台1#注水泵为BB4型9级节段式离心泵。
在泵调试运行到10分钟的时候，观察到电流突然由180A升至312A，同时轴窜明显增大，紧急停机。
事后拆检时发现，止推轴承损坏，叶轮与导叶严重磨损并且已经抱死在一起。
评估结果是泵转子部分损坏严重，已经不能再工作。
初步分析是由于在泵运行过程中，轴向力平衡装置未起到有效的平衡作用，导致轴向窜动量过大，转动部件与固定部件之间发生碰撞和磨损，最终导致故障的发生。
从本次事故中可以看到轴向力产生的严重后果，以及合理选择轴向力平衡方法的重要性。
1 轴向力的产生离心泵轴向力的产生主要包括两个部分[1]：一是，叶轮前后两侧因液体压力分布情况不同（轮盖侧压力低，轮盘侧压力高）引起的轴向力G1，其方向为自叶轮背面指向入口；二是液体流入和流出叶轮的方向和速度不同而产生的动反力G2，其方向与G1相反。
则总的轴向力Gax为：Gax=G1-G2（1）一般情况下，G1较大，G2很小，所以轴向力的方向总是指向叶轮吸入口。
2 轴向力平衡方法目前，常用的离心泵轴向力平衡的方法包括止推轴承、平衡孔或平衡管、平衡叶片、叶轮对称布置、平衡鼓、平衡盘以及平衡盘与平衡鼓的联合装置等方法[2]。
从现场应用中可以看出，每种平衡方法都在不同的适用工况中取得了较好的使用效果。
2.1 止推轴承止推轴承法是一种采用轴向支撑型式的轴承来直接承受轴向不平衡力的方法，此方法比较简单易行。
离心泵轴向力的平衡方法总结如果不设法消除或平衡作用在叶轮上（传到轴上）的轴向力，此轴向力将拉动转子轴向串动，与固定零件接触，将造成泵零件的损坏以致不能工作。
一般常用以下7大方法来平衡泵的轴向力。
一、推力轴承对于轴向力不大的小型泵，采用推力轴承承受轴向力，通常是简单而经济的方法。
即使采用其他平衡装置，考虑到总有一定的残余轴向力，有时也装设推力轴承。
二、平衡孔或平衡管如图1所示，在叶轮后盖板上附设密封环，密封环所在直径一般与前密封环相等，同时在后盖板下部开孔，或设专用连通管与吸入侧连通。
由于液体流经密封环间隙的阻力损失，使密封下部的液体的压力下降，从而减小作用在后盖板上的轴向力。
减小轴向力的程度取决于孔的数量和孔径的大小。
在这种情况下，仍有10~15%的不平衡轴向力。
要完全平衡轴向力必须进一步增大密封环所在直径，需要指出的是密封环和平衡孔是相辅相成的，只设密封环无平衡孔不能平衡轴向力；只设平衡孔不设密封环，其结果是泄漏量很大，平衡轴向力的程度甚微。
图1平衡孔示意图（具体见2楼）采用这种平衡方法可以减小轴封的压力，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%）。
另外，经平衡孔的泄漏流与进入叶轮的主液流相冲击，破坏了正常的流动状态，会使泵的抗汽蚀性能下降。
为此，有的泵体上开孔，通过管线与吸入管连通，但结构变得复杂。
采用上述平衡方法，轴向力是不能达到完全平衡的，剩余轴向力需由泵的轴承来承受。
用平衡孔平衡轴向力的结构使用较广，不仅单级离心泵上使用，而且多级离心泵上也使用。
但由于轴向力不能完全平衡，仍需设置止推轴承，且由于多设置了一个口环，因而泵的轴向尺寸要增加，因此仅用于扬程不高，尺寸不大的泵上。
三、双吸叶轮单级泵采用双吸式叶轮后，因为叶轮是对称的，所以叶轮两边的轴向力互相抵消。
但实际上，由于叶轮两边密封间隙的差异，或者叶轮相对于蜗室中心位置的不对中，还是存在一个不大的剩余轴向力，此轴向力需由轴承来承受。
轴向力的平衡措施，终于搞明白了工课设备管理看工课142篇原创内容Official Account正文 1574 字丨 4 分钟阅读文末有公开课福利一、平衡孔在泵的后盖板靠近轮毂处钻几个孔，并在后盖板上增加一个密封圈，密封圈的外径与叶轮吸入口外径相等。
泵工作时，后盖板密封圈内的液体与吸入口相通，其压力与吸入口压力相近。
密封圈外后盖板面积与吸入口外前盖板的面积相等，因而派出液体的压力在前、后盖板上的总作用力基本相等，少部分未被平衡的轴向力由轴承承受。
一般情况下，开平衡孔平衡轴向力的效果较好。
其特点是：泄漏较多，经过平衡孔的液体又干扰了叶轮入口液体的正常流动，使离心泵的效率降低2-5%左右，只适用于小型单级离心泵。
平衡孔配密封环平衡轴向力的效果是减小轴向力，而不能完全平衡轴向力。
二、平衡鼓如下图所示，平衡鼓是个圆柱体，装在末级叶轮之后，随转子一起旋转。
平衡鼓外圆表面与泵体间形成径向间隙，一端是末级叶轮的高压区，另一端是与吸入口相连通的低压区。
这样作用在平衡鼓上的压差，形成了与叶轮上的轴向力方向相反的平衡力，其大小由平衡鼓直径决定。
平衡鼓平衡轴向力的原理与平衡孔配密封环平衡轴向力的原理基本相同，其计算公式也基本相同。
平衡鼓平衡轴向力的效果也是减小轴向力，而不能完全平衡轴向力。
三、平衡叶片在叶轮后盖板的背面对称安置几条径向筋片，当叶轮回转时，筋片如同泵叶片一样使叶片背面的液体加快旋转，离心力增大，使叶片背面的压力显著下降，从而使叶轮两侧压力达到平衡。
其平衡程度取决于平衡叶片的尺寸和叶片与泵体的间隙。
缺点是泵效率降低。
四、平衡盘平衡盘多用于卧式多级泵，装在末级叶轮之后，随转子一起旋转。
平衡装置中有两个间隙，一个是由轴套外圆形成的径向间隙b1。
另一个是平衡盘内端面形成的轴向间隙b2，平衡盘外端面通过平衡室与泵吸入口相通，如下图所示。
径向间隙前的压力是末级叶轮后泵腔的压力P3，通过径向间隙b1下降为P4，又经过轴向间隙b2下降为P5，即平衡盘后面的压力。
