目 录

绪 论 2

1.1研究背景 2

1.2研究目的及意义 2

第一章 多级离心泵简介

1.1 多级离心泵的工作原理 4

1.2 多级离心泵的基本结构 4

第二章 多级离心泵的轴向力分析

2.1 轴向力的产生 7

2.2 多级泵轴向力的平衡装置 8

2.2.1轮对称布置法 8

2.2.2 平衡鼓法 9

2.2.3 平衡盘法 9

2.2.4 平衡盘鼓法 10

2.2.5 双平衡鼓法 10

2.2.6 平衡盘和平衡鼓联合结构 10

第三章 平衡机构轴向力的计算

3.1 叶轮轴向力计算方法 11

3.2 轴向力的计算 12

3.3 轴向力近似计算 14

3.4 小结 15

结 论 16

参考文献 17

绪 论

1.1研究背景

多级泵被广泛应用于工业和生活的各个场合中。据统计，每年的电力消耗中泵约占20％，燃油消耗也相当的可观。多级离心泵在泵类所有的产品中占多数，多级离心泵的用途广泛，其使用率占所有泵产品的一半以上，多级离心泵性能的水平直接影响整个泵类产品的性能水平。目前，国外多级离心泵的平均运行效率有60%-70％，普遍比国内高10％～30％，每年可节约用电300～400亿千瓦[1]。所以为了满足设计条件，提高离心泵的效率，降低能源消耗是一个现实的迫切需要解决的问题。多级离心泵多用于高扬程、大流量的场合，由于它以上的特点所消耗的功率也是很大的。多级泵主要用于排灌、石油工业、造船工业、建筑工业等大型的工程项目。随着国民经济的快速发展，自然环境的恶化和水资源的短缺，各行各业为了降低成本和提高竞争力，对多级泵的性能要求越来越高。而多级离心泵用量大，应用广泛，能耗高，近年来一直是节能的主要对象[2]。

近年来，多级离心泵在许多工程中得到广泛的应用，这些项目对中国的发展起着支柱一样的作用。而这些项目工程不仅为泵的研究提供了新的发展方向，也对泵的设计和制造带来了新的挑战。泵在运行过程中，受转子的轴向力的影响，将驱动转子轴向运动。所以，要想办法抵消或平衡轴向力，保障泵的正常运转。轴向力是决定多级泵可靠性的关键因素，轴向力如果无法得到很好的平衡，会造成多级泵的损坏，严重影响泵的使用寿命。一些新型的平衡装置不仅能满足特定的要求，还能起到提高泵的效率的作用，减少或避免传统平衡装置因为泄露产生的效率损失。研究流体机械多级离心泵的优化设计及轴向力研究新的发展方向[3]。

1.2研究目的及意义

多级离心泵在国民经济各部门应用很广，特别是用于高速、高温、高压条件下时，对泵机组的可靠性要求很高。而其中影响泵可靠运行的一个重要方面就是平衡机构（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采取平衡轴向力的结构，因此，泵轴向力计算的准确程度影响到平衡机构、推力轴承的设计和使用，如果轴向力设计不当，会产生巨大的残余轴向力，引起泵的转子部分整体向驱动机方向移动，致使泵出现噪音、振动等失稳现象，严重会造成泵损坏，进而导致驱动机烧毁。

随着经济的发展和技术的进步，在多级离心泵行业的要求也越来越高，如效率高，无驼峰，无过载等。从经济角度看，泵的性能越高，对能量的消耗就越低,结构越简单，维修起来就越方便。优化设计是传统的设计方法，实验与设计方法的优势相结合，是设计者最关心的问题，也是实现良好性能的泵的主要措施[4]。

第一章 多级离心泵简介

1.1 多级离心泵的工作原理

多级离心泵的工作原理与地面离心泵的一样，当电机带动轴上的叶轮高速旋转时，充满在叶轮内的液体在离心力的作用下，从叶轮中心沿着叶片间的流到甩向四周，由于液体收到叶片的作用，是压力和速度同时增加，经过导壳的流道而被引向次一级的叶轮，就是这样的工作原理，逐次地流过所有的叶轮和导壳，进一步是液体的压力能量增加。将每个叶轮逐次叠加之后，就获得一定扬程，将井下的液体举升到地面。

1.2 多级离心泵的基本结构

多级离心泵是若干个叶轮安装在同一泵轴上，叶轮的外侧是液体导流装置及泵壳。然而，如何将叶轮组安装在泵体内或者从泵体内取出呢?无外乎两个办法，一个是将泵体及导流装置沿泵轴的轴线水平剖分，使其成为上下两部分，这叫水平剖分式多级离心泵；另一个办法是将泵体及液体导流装置沿泵轴方向在叶轮之间以垂直于泵轴的平面剖切成若干个段，这叫分段式多级离心泵DG155-67，如图1.1。这种泵采用蜗壳形泵体，每个叶轮的外围都有相应的蜗室，相当于将几个单级蜗壳泵装在同一根轴上串联工作，所以又叫蜗壳式多级泵。由于泵体是水平剖分式，吸入口和排出口都直接铸在泵55-67时很方便，只需把泵盖取下，即可暴露整个转子，在检修转子时，需将整个转子吊出时，不必拆卸连接管路。这种泵的叶轮通常为偶数对称布置，大部分轴向力得到平衡，因而不需要安装轴向平衡装置。水平剖分式多级泵流量范围为6.3～600m'/h, 最高扬程可达850m，由于叶轮对称布置，泵壳内有交叉流道，所以它比同性能的分段式多级泵体积大，铸造工艺复杂，泵盖和泵体的定位要求高，在压力较高时，泵盖和泵体的结合面密封难度大。多级离心泵的结构，在压力较高时，通常采用多级离心泵。这种泵是一种垂直剖分多级泵，它有一个前段、一个尾段和若干个中段组成，用四个长杆螺栓连接为一个整体。安装在泵轴上的叶轮的个数就代表离心泵的级数，中段的每个叶轮配一个导轮，导轮的作用基本上同蜗壳相同，主要是将动能转化为静压能。叶轮一般为单吸的，吸入口都朝向一个方向。为了平衡轴向力，在末段后面装有平衡盘，并用平衡管和前段进口相连通。其转子在工作过程中可以沿轴向左右窜动，靠平衡盘的推力平衡叶轮组的轴向力，将转子维持在平衡位置附近。轴的两端用轴承支承，并置于轴承座上，轴的两端均有轴封装置。根据使用场合不同，分段式多级离心泵可分为一般分段式多级离心泵锅炉给水泵输送液体的温度在-20--105℃，出口压力在10MPa以上。考虑到温度变化的影响，泵的转动部分大多采用膨胀系数相同的合金材料。叶轮安装在泵轴上，最后留有0. 50mm左右的轴向间隙，防止开车初期由于叶轮先受热膨胀，叶轮与叶轮之间互相挤压，造成泵轴的拉伸破坏。泵轴的支承采用中心支承式，这样，开车后泵体的热膨胀是以泵轴线为中心向四处辐射，机组的找正不会受到破坏，转子在泵壳中暮终处于居中位置[5,6]。

图1.1 多级离心泵结构

1—轴；2—轴承结合部；3—轴套；4—前段；5—导叶；6—中段；

7—密封环；8—叶轮；9—后段；10—平衡盘；11—平衡板

为了消除热胀冷缩对机组同心的影响，高压锅炉给水泵壳体下部设有纵向滑销和垂直滑销，它们分别与泵座上的销槽和销孔相配。泵的轴承座分别安装在两端的前段和后段上，每个轴承座上设有三支调节螺钉，用以调节轴承与泵壳的同心度。

叶轮在运转中要产生轴向推力。平衡多级泵轴向推力的措施有两个：对于水平剖分式多级泵采用叶轮对称布置，将叶轮正反向安装，使叶轮轴向推力互相抵消，两两平衡；对于分段式多级离心泵，由于时轮同向安装，产生的轴向力方向一致，则在末级叶轮后端安装上推力平衡装置，用以平衡各级叶轮所产生的轴向推力。