液下泵径向力不平衡原因分析

水力机械的轴向与径向水推力引发的故障问题与诊断摘要：水推力测量以及调节工作难度偏大，如今行业内对此重视不足；研究多集中在机组的轴向水推力相关研究上，对径向水推力则明显探究不足，径向水推力测量也需要加强技术应用速度。

本文结合一些案例进行故障，旨在有效改善水力机械设备的运转效果。

关键词：水力机械；水推力；故障问题；诊断在水力机械运行中，轴向、径向水推力必然存在。

这一因素会对机械设备运行产生一定的影响。

所以，需要加强相关研究工作，以有效发挥水利水力机械的性能，提高设备运行可靠性，减少故障问题。

1.抬机故障某水电站水头为262m，工程中安装2台混流式水轮动力发电机组，额定单机容量为22Mw。

在2号机检修后试运行，发现升负荷时机组出现剧烈振动，所以被迫停机，经过检修、测试以及调整等工作后，依然不能妥善处理这一问题。

诊断测试再进行分析后得到结果为：在大修后，止漏环间隙与之前存在一定变化，进而使机组升负荷出现抬机问题。

通常情况下都认为，轴向水推力为向下的力，所以甩负荷时才会导致抬机问题。

机组顶盖的压力在负荷增加时也会同步升高，所以机组虽然出现振动，但不会导致顶盖压力陡增。

抬机力明确超过转动部分的质量，导致转轮上移，进而使转轮接触到顶盖并出现摩擦现象，进而引起剧烈振动问题，而此时顶盖压力通道不通畅，使压力下降到17m，停机后相应的转动部分方得以复位。

确认故障后，采用的处理方法为：将蜗壳中的高压水引到水轮机设备的顶盖，之后发现问题解决。

2.2口环与转轮抱卡某供水工程水泵投入使用后发现有明显异常振动、噪声，如果运行持续一定时间再停机，转子盘会抱卡。

对于这一问题，检修人员拆卸了水泵，发现叶轮的吸入口和相邻的密封环有明显磨损，由于局部没有足够间隙，所以转子不能盘动。

进行变扬程试验发现，扬程增加的同时，离心泵的实际径向力也会提升，而方向保持不变。

分析问题原因：位于泵的两侧的轴承，支撑刚强度不符合实际需要，当水泵运行时，转轮就会和口环摩擦。

泵的故障及排除故障的基本原则泵的常见故障，分为水力故障和机械故障两类。

流量不足、发生汽蚀等均为水力故障。

泵不运转、轴承过热则属于机械故障。

通常情况下，两种故障同时存在于一种现象中，如扬程不足、泵不出水或泵运行时存在异常振动及声音等。

排除故障应遵循以下原则：有了故障应及时排除，不可使机器“带病”工作。

排除故障应弄清表现——分析原因——加以消除。

故障原因应多方面分析，力求准确判断。

排除故障应具体情况具体对待，不可生搬硬套。

三、常见故障原因分析及排除办法1.泵不出水，通常是由于叶轮流道被杂物堵塞，泵叶轮反方向运转，装置扬程超出泵设计扬程范围所引起。

只要及时清理叶轮流道、重新换接电机电源线及重新选择合适的泵型就可解决问题。

2.扬程不足，泵出口压力不能满足工况需要。

产生这种故障的原因有多种：泵发生汽蚀、叶轮长期使用后严重磨损、配套电机转速低于泵所要求的转速等，都会引起泵扬程的降低。

增加泵进口处液位高度或降低泵安装位置，都可以避免汽蚀的发生。

更换被磨损的叶轮、选择与泵相匹配的电机，也是排除故障的方法之一。

3.轴承过热，超过轴承正常使用温度范围。

一般是由于轴承箱缺油或润滑油变质引起轴承温度异常。

在确认原因后及时添加油脂，更新润滑油，以免损坏轴承。

其次，引起轴承过热的原因还有：泵轴、电机轴不同心，泵轴弯曲变形等。

用千分表来测量泵轴在径向的跳动量，如果是滚动轴承，跳动量通常不应超过0.05mm，如果是滑动轴承，则不应超过滑动轴承摩擦的间隙。

此外，还要检查一下轴和轮毂的旋转跳动。

泵正常运转，在不同的转速下有不同的旋转跳动允许值，通常1450转分时允许值不大于0.15mm，在2900转分时允许值为小于等于0.10mm。

如果超过允许值，要对轴和轮毂进行周向逐点测量，看看轮毂有无偏心，或者不同心，或者轴弯曲变形。

也可能出现的情况是，轴的对中性很好，旋转跳动却很大，或者没有旋转跳动，但对中性很差，都要加以矫正。

4.电机过载运行，电机电流超过其允许值。

泵压下降的几点原因分析与处理泵压下降通常是由以下几个原因导致的：1.温度上升：泵在长时间运行过程中，由于摩擦和内部能量的损失，会产生热量。

当温度升高时，液体的粘度会增加，从而导致泵的效率下降，进而使泵的出口压力下降。

处理方法可以通过降低泵的温度，例如加装散热器等。

2.泵叶片磨损：泵运行一段时间后，叶片可能会因为摩擦而磨损。

磨损叶片会减少泵的效率，导致泵的出口压力下降。

处理方法可以进行定期的检修和维护，及时更换磨损的叶片。

3.泄漏：泄漏是泵压下降的常见原因之一、泵系统中可能存在液体泄漏，如密封损坏或密封件老化等。

泄漏会导致泵进口口压力下降，进而使泵的出口压力下降。

处理方法可以通过定期检查和更换损坏的密封件来修复泄漏。

4.泵入口阻塞：泵入口被固体颗粒或其他杂质堵塞会导致进口阻力增加，从而使泵的出口压力下降。

处理方法可以通过安装滤网或过滤器来过滤物料，防止杂质进入泵。

5.泵运行不平稳：泵在运行过程中可能会出现振动或噪音等不正常现象，这可能是由于泵的进口管道有漏气或有气体混入导致的。

气体的存在会降低液体的密度，从而使泵的效率下降，导致泵的出口压力下降。

处理方法可以通过检修和维护泵系统，确保管道的气密性。

针对泵压下降的处理方法有以下几点建议：1.定期维护和检修：定期检查泵的叶片、密封件等是否磨损，根据情况及时更换。

同时，对泵进行清洗和润滑，定期检查泵系统中的泄漏情况，及时修复。

2.安装过滤器：在泵的进口处安装过滤器或滤网，以防止固体颗粒或其他杂质进入泵，导致堵塞和压力下降。

3.控制泵的温度：根据泵的运行情况，合理控制泵的温度，防止温度过高导致液体粘度的增加，进而影响泵的效率。

4.检修泵系统：定期检查泵系统的气密性，确保泵的进口管道没有漏气或杂质混入，以维持泵的正常运行。

5.合理使用泵：在使用泵时，要根据液体的性质和需求选择合适的泵型号和工作参数，确保泵的正常运行和工作效率。

综上所述，泵压下降的原因多种多样，需要根据具体情况进行分析和处理。

第一章知识点1、液压传动的主要特点是靠密闭工作强的容积变化来进行工作的，它通过液体介质的压力能来进行能量的转换和传递。

2、液压传动系统的共有特征：力的传递、运动的传递、液体压力能。

3、液压传动的基本特征：（1）以液体为工作介质，依靠处于密封工作容积内的液体压力来传递能量；（2）液体压力的高低取决于负载；（3）负载运动速度的大小取决于流量；（4）压力和流量是液压传动中最基本、最重要的两个参数。

4、液压传动系统由动力元件（液压泵）、执行元件（液压缸、液压马达）、控制元件（压力阀、流量阀、方向阀）和辅助元件（油箱、指示仪表）四部分构成。

第二章1、液体的可压缩性：液体的体积岁压力的增大而减小的特性，通常用体积压缩系数β来表示。

2、液体压缩系数的倒数称为液体的体积弹性模量K；由于空气的可压缩性很大，因此当液压油中混入气泡时K值将减小，β将增大3、液体在静止状态下不呈现粘性，只是在液体具有相对运动时才体现出来。

4、常用的粘度有动力粘度，运动粘度和相对粘度三种。

5、运动粘度是划分液压油牌号的依据，液压油的牌号是该液压油在40℃时运动粘度的平均值。

6、液压油的温度升高，其粘度降低；液压油压力升高，其粘度升高。

7、静压力：静止液体内所受法向压应力。

8、各种压力之间关系：（1）真空度=大气压力-绝对压力（2）绝对压力=大气压力+表压力（相对压力）9、理想液体：既无粘性又不可压缩的液体称为理想液体。

10、恒定流动：液体流动时，如果液体中任一点处的压力、速度和密度等物理量都不随时间而变化，则液体的这种流动称为恒定流动。

11、流线：流线是指某一瞬时在流场中假设的一条曲线，该曲线上每一点的切线方向都与该点上的流体质点方向重合。

12、在流场中，如果流线间的夹角很小及流线曲率半径很大，那么这种流动称为缓变流动。

13、在流场中任取一非流线的封闭曲线，从曲线上的每一点作流线而组成的管状曲面称为流管。

14、流管中的流体称为流束。

当流管截面无限缩小趋近于零时，则称为微小流束，微小流束截面上各点处的流速可以认为是相等的。

《液气压传动与控制》习题参考答案第二章 流体力学2.1令v kh c =+则100v k c =⨯+= 320.05100.5v k c -=⨯⨯+=∴0c = 410k =液层面积23.140.11990.150.0565A dl m π==⨯⨯= ∴40.0650.05651036.725du F AAk N dh μμ===⨯⨯= 2.3∵12A p p gx p gh ρρ=+=+汞水∴2A p p gh gx ρρ=+-汞水又2B p p gy ρ=+水∴()4341.36109.80.36109.8 1.36 3.46510A B p p p gh gx gy gh g H h Pa ρρρρρ∆=-=--=-+=⨯⨯⨯-⨯⨯=⨯汞汞水水水2.41115000.22500W p MPa A === 2221500035000W p MPa A === ∵12p p <∴缸1先运动，缸2后运动711104000/min 4/min 2500q v mm m A ==== 722102000/min 2/min 5000q v mm m A ==== 2.1024F p d π∆= ①321111224d d d q p v Av v l πδπδπμ=∆-== 31 1.88510/v m s -=⨯1153h t s v == ②()3222221 1.51224d d d q p v Av v l πδπδπεμ=∆+-== 32 4.710/v m s -=⨯2221h t s v ==第三章 动力元件3.1 一液压泵工作压力为4MP a ，流量为48L/min ，转速为1200r/min ，求：（1）当输入功率为3.9kw 时, 液压泵的总效率是多少?（2）当压力不变，泵的理论流量为53L/min 时，泵的容积效率和机械效率各是多少?（3）若工作压力降为2MP a ，泵的流量和所消耗的功率是多少?（4）若转速为1800r/min 时,泵的压力和流量各为多少?解：（1）泵输出功率：3648104103200 3.260sc P pq W kW -⨯==⨯⨯== ∴ 液压泵的总效率：%82%1009.32.3=⨯==sr sc t P P η （2）容积效率：%6.90%1005348=⨯==t v q q η 机械效率：0.82100%90.5%0.906t m v ηηη==⨯= （3）设泵的泄漏量q ∆随压力变化保持线性关系，即：Kp q =∆ （K —泄漏系数） 则泵的实际流量：Kp q q t -=由MPa p 4=时对应的实际流量：453⨯-=K q得：25.144853=-=K ∴当MPa p 2=时的实际流量：min)/(5.50225.153L q =⨯-= 所消耗的功率即输入功率sr P ，若忽略机械效率随压力变化的影响 则6321053101952() 1.952()600.905tt sr m m P pq P W kW ηη-⨯⨯⨯=====⨯ （4）由理论流量Vn q t =知：min /1800r n =时的t q 是min /1200r n =时的tq 的1.5倍，而泵的压力（p ）仅取决于负载，与转速（n ）无关。

《液压与气压传动》习题解答第1章液压传动概述１、何谓液压传动？液压传动有哪两个工作特性？答：液压传动是以液体为工作介质，把原动机的机械能转化为液体的压力能，通过控制元件将具有压力能的液体送到执行机构，由执行机构驱动负载实现所需的运动和动力，把液体的压力能再转变为工作机构所需的机械能，也就是说利用受压液体来传递运动和动力。

液压传动的工作特性是液压系统的工作压力取决于负载，液压缸的运动速度取决于流量。

２、液压传动系统有哪些主要组成部分？各部分的功用是什么？答：⑴动力装置：泵，将机械能转换成液体压力能的装置。

⑵执行装置：缸或马达，将液体压力能转换成机械能的装置。

⑶控制装置：阀，对液体的压力、流量和流动方向进行控制和调节的装置。

⑷辅助装置：对工作介质起到容纳、净化、润滑、消声和实现元件间连接等作用的装置。

⑸传动介质：液压油，传递能量。

３、液压传动与机械传动、电气传动相比有哪些优缺点？答：液压传动的优点：⑴输出力大,定位精度高、传动平稳，使用寿命长。

⑵容易实现无级调速，调速方便且调速范围大。

⑶容易实现过载保护和自动控制。

⑷机构简化和操作简单。

液压传动的缺点：⑴传动效率低，对温度变化敏感，实现定比传动困难。

⑵出现故障不易诊断。

⑶液压元件制造精度高，⑷油液易泄漏。

第２章液压传动的基础知识1、选用液压油有哪些基本要求？为保证液压系统正常运行，选用液压油要考虑哪些方面？答：选用液压油的基本要求：⑴粘温特性好，压缩性要小。

⑵润滑性能好，防锈、耐腐蚀性能好。

⑶抗泡沫、抗乳化性好。

⑷抗燃性能好。

选用液压油时考虑以下几个方面，⑴按工作机的类型选用。

⑵按液压泵的类型选用。

⑶按液压系统工作压力选用。

⑷考虑液压系统的环境温度。

⑸考虑液压系统的运动速度。

⑹选择合适的液压油品种。

2、油液污染有何危害？应采取哪些措施防止油液污染？答：液压系统中污染物主要有固体颗粒、水、空气、化学物质、微生物等杂物。

其中固体颗粒性污垢是引起污染危害的主要原因。

泵的轴向力产生及解决方法黄洋泵的轴向力尤其是多级离心式泵的轴向力不平衡在日常生产中常常遇到，较好的了解泵的轴向力的产生对于生产中有效缓解轴向力，延长设备使用寿命，从而提高设备的经济运行能力十分有必要。

产生轴向力的定义：离心泵在运转时，在其转子上产生一个很大的作用力，由于此作用力的方向与离心泵转轴的轴心线相平行，故称为轴向力。

离心泵产生的轴向力有以下几方面的原因：（1）水泵叶轮的前后盖板上液体压力作用的面积大小不相等，前后泵腔中液体压强的分布也不对称。

因此，作用于叶轮前盖板上的液体压力和作用于吸入口的压力在轴向上不能与作用在后盖板上的液体压力相平衡，从而造成一个轴向的力，这个力是轴向力的主要组成部分。

（2）液体从叶轮吸入口流入又从叶轮出口流出，其速度大小和方向均不相同，液体动量的轴向分量发生了变化。

因此，根据动量定理，在轴向方向作用了一个冲力，或称动反力，此力指向叶轮后面。

（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。

（4）转子重量引起的轴向力，与转子的布置方式有关。

（5）影响轴向力的其它因素。

简单的对轴向力定义可以这样：转子沿着轴方向受到的合力。

轴向力的分力有：1、叶轮进出口流体的压力差差生的轴向力；2、转子对流体做功而受到流体的反作用力的轴向分力；3、转子安装后重心与几何中心的偏差产生的轴向分力；4、轴承以及电机不平衡传递至转子的轴向力；轴向力平衡方法在大多数情况下,泵内的轴向力值是比较大的。

因此,必须设法平衡或消除作用在叶轮上的轴向力,否则,它将使转子串动甚至与固定零件接触,造成零部件损坏。

平衡轴向力的方法有：（1）用止推轴承平衡离心泵轴向力。

如果止推轴承能可靠的承受轴向推力,这将是最有效的解决方法。

但由于轴向力通常较大,用止推轴承来平衡轴向力就会使泵的结构非常复杂。

所以,最好用水力方法来平衡轴向力。

但是这样就只有在降低离心泵效率的情况下才能做到这一点。

（2）用背(副)叶片方法平衡轴向力。

一、判断题1．液压缸活塞运动速度只取决于输入流量的大小，与压力无关。

√2．薄壁小孔因其通流量与油液的粘度无关，即对油温的变化不敏感，因此，常用作调节流量的节流器。

√3．当液压泵的进、出口压力差为零时，泵输出的流量即为理论流量。

√4．双作用叶片泵的排量可调。

×5．液压马达与液压泵从能量转换观点上看是互逆的，因此所有的液压泵均可以用来做马达使用。

×6．溢流阀作安全阀使用时，系统正常工作时其阀芯处于半开半关状态。

×7．滑阀为间隙密封，锥阀为线密封，后者不仅密封性能好而且开启时无死区。

√8．节流阀和调速阀都是用来调节流量及稳定流量的流量控制阀。

×9．气动三大件是指分水滤气器、减压阀、油雾器的组合。

√10．与液压传动相比，由于气体的可压缩性大，因此气动执行机构的运动稳定性低、定位精度不高。

√11．液体流动时，其流量连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的一种表达形式。

√12．定量泵是指输出流量不随泵的输出压力改变的泵。

×13．如果液压泵的泄漏量等于零时，泵输出的流量即为理论流量。

√14．因为斜盘式轴向柱塞泵的排量是无法调节的，因此它只能是定量泵。

×15．差动缸属于双活塞杆液压缸。

×16．在变量泵—变量马达闭式回路中，辅助泵的功用在于补充泵和马达的泄漏。

×17．因液控单向阀关闭时密封性能好，故常用在保压回路和锁紧回路中。

√18．空气的粘度主要受温度变化的影响，温度增高，粘度变小。

×19．减压阀的进口压力小于其调定压力时，其阀芯处于常开状态。

√20．气压传动中为了提高执行元件的速度稳定性，一般采用进气节流调速。

×二、选择题1．液压系统的工作压力是由( A )。

A负载决定B溢流阀调定C液压泵的额定压力决定。

2．液压控制阀可分为三大类，它们是( A )A压力阀/方向阀/流量阀 B单向阀/比例阀/伺服阀 C球阀/截止阀/闸阀3．外啮合齿轮泵吸油口比压油口做得大，其主要原因是(B)。

机泵常见故障的分析、判断1机泵故障判断的主要原则1.1因地制宜，因时制宜。

即大多数需要依据现场情况，比如是否刚检修完、是否处于切换过程、是否备用泵停了很长时间，或者是在操作调整中等。

1.2根据故障发生的部位和现象联系起来判断。

2故障判断的方法2.1听、看、摸、测、断的诊断过程。

听：听机泵运行的声间是否正常；看：看机泵的电流是否波动或异常，密封是否泄漏、压力等参数是否正常等；摸：摸机泵的温度与振动是否正常；测：测量机泵运行的振动大小是否超标；断：对照标准，判断是否有故障。

2.2分机-泵故障：对一台确认存在故障的泵，首先应区分是机械故障还是电气故障，以缩小诊断的范围，简便的方法是将电机断开，观察测振仪的读数是否迅速下降至0，如是，则为电气故障，如缓慢下降，则是机械故障的可能性大。

如泵不能停车，则可对振动的信号作频率分析加以判定。

若1倍频或2倍电源频率处有突出峰值则属于电气故障。

否则为机械故障。

2.3参数方向特征判别：不同的故障类型，在测点不同方位上的振动大小是不同的。

在许多情况下，如果水平方向振动大，反映出不平衡，轴向振值大，则为不同轴，当然，为了更加详细的判断，可通过频谱分析来进行，如两倍频明显，则为平行不对中等等，不细说了。

垂直方向振动大，往往是地脚松动。

2.4隔离法定位：由于泵与电动机联在一起，不同部位的振动信号会相互干扰，如测得有故障的机泵，为了确定位置，则条件许可下可将联轴器拆卸下，如电机单机动行正常，则为泵的故障引起的。

2.5其它如温度的测量也是一种方法，但其敏感长远远不如振动，只有当轴承存在严重的润滑不良如少油、油脏等，或轴承元件出现严重的损伤时才有突出的反应，这时往往已经发生大的故障了，因此，温度只是一种辅助的监测方法。

3振动测量参数的选定3.1振动测试中，选择测量参数的主要依据振动信号的频率范围，一般可按下面条件选取：低频小于10HZ，选用位移。

中频10-1000HZ，选用速度。

高频大城1000HZ，选用加速度。

第三节作用在叶轮上的径向力及其平衡一、径向力的产生离心泵的涡室是在一定的设计流量下，为了配合一定的叶轮而设计的。

在设计流量下，涡室可以基本上保证液体在叶轮周围作均匀的等速运动，此时叶轮周围压力大体上是均匀分布的，在叶轮上也就不会产生径向力。

当流量发生变化时，即泵在大流量或小流量下工作时，叶轮和涡室协调一致就遭到破坏，在叶轮周围液体流动速度和压力分布变得不均匀，便形成了作用在叶轮上的径向力。

是一台离心泵在三个流量时，实际测得的涡室内压力分布曲线。

扫描P191页图7－1由图中可以看出，在流量Q大于或小于设计流量Qd时，叶轮周围压力就不均匀，因此，产生了径向力。

为什么会产生这种现象？比较一下在设计流量和非设计流量（如小于设计流量）时，涡室内两种不同的流动情况，就不难理解径向力是怎样产生的。

在设计流量时，涡室内液体流动速度和液体流出叶轮的速度（方向和大小）基本上是一致的，因此从叶轮流出的液体能平顺地流入涡室，所以在叶轮周围液体的流动速度和压力分布是均匀的（图7-1），此时没有径向力。

在小于设计流量时，涡室内液体流动速度一定减慢。

而液体流出叶轮的速度不是减小，反而增加了，方向也发生了变化。

一方面涡室里流动速度减慢，另一方面叶轮出口处流动速度增加，两方面就发生了矛盾，从叶轮里流出的液体，再不能平顺地与涡室内液体汇合，而是撞击在涡室内的液体上。

撞击的结果，使流出叶轮液体的流动速度下降到涡室里的流动速度，同时，把一部分动能通过撞击传给涡室内的液体，使涡室里液体压力增高。

液体从涡室前端（泵舌）流到涡室后端过程中，不断受到撞击，不断增加着压力，致使涡室里（也就是叶轮周围）压力分布曲线成了逐渐上升的形状。

因此，压力分布不均匀是形成径向力的主要原因。

同样的分析，也可以说明在大于设计流量时，涡室里液体压力（从泵舌开始）是不断下降的。

涡室里液体的压力，对流出叶轮的液体起着阻碍作用。

由于压力不均匀，液体流出叶轮时的速度也是不一致的。