液下泵徑向力不平衡原因分析
時間:2012-5-19 來源:揚子江泵業 瀏覽數:1055
產生徑向力是因為在采用螺旋型壓水室的化工泵中,如果水泵運轉時工況離開設計工況,則在葉輪上會受到徑向的液體壓力。這是由于當離心泵在設計工況運轉時,葉輪出口處液體流出時的流速與壓水室中液體的流速相等,液體流進壓水室不產生撞擊現象,壓水室中各處液體的壓強是一樣的,故作用于葉輪四周的液體壓強相等,在葉輪上不會作用徑向力;如果水泵運轉的工況為非設計工況(例如流量小于設計工況的流量),則在壓水室中液體流速也應比設計工況時的流速小,而從葉輪中流出的液體的流速就應比設計工況時的流速大,可從出口速度三角形中看出。這樣,液體流入壓水室時,就會產生撞擊現象,把液體的動能變為壓能,壓水室中液體的壓強因沿途不斷受到撞擊提高壓強,故從壓水室隔舌開始液體壓強逐漸增大,如圖 1 所示。
(1)如果液下泵運轉的流量大于設計工況流量時,則情況相反:液體自葉輪中流出時的速度比設計工況的速度小,而壓水室中液體的速度則比設計工況的速度大;葉輪流出的速度較小的液體流入壓水室中產生撞擊,使速度增大,壓強降低。這樣,從壓水室隔舌開始,液體壓強逐漸減小,如圖2所示。
(2)當流量小于設計工況流量時,可從圖1看出,由于撞擊而產生的徑向力 P 的方向應當指向離隔舌,并向渦殼中液流的同方向轉 90°的方向,這一點極易證明。圖1上沿圓周壓強分布線 ABC 是一條上升值與角度成正比的螺旋線。在離隔舌180°的地方開始,做一條與之相同的螺旋線 A′B′,則把隔舌從 180°到 360°之間的壓強分成兩段,即與AB 完全一樣的 A′B 部分和 A′BCB′ 部分。AB 部分引起的徑向力與 A′B′ 部分引起的徑向力正好抵消,而 A′BCB′的剩余壓強大小均相等。因此,徑向力 P 的方向應當向上,即指向離隔舌90°的方向。同樣,當流量大于設計流量時,這部分的徑向力 P 應當是指向下方,即指向從隔舌開始 270°的地方。這就是徑向力產生的主要原因。
當液下泵流量小于設計流量時,圓周上的動反力如果向反時針方向旋轉 90°,則動反力 R 的分布圖與圖2的形狀相像,其合力應當向下。再順時針轉動90°,則得到動反力的合力方向,它是指向隔舌的。于是可知:當水泵流量大于設計流量時,動反力所形成的徑向力應當指向隔舌的反方向。把 P 及R 均畫在圖 1 和圖 2 上,并求出其合力 F , F 就是液體作用在葉輪上的徑向力。可以看出:當水泵流量小于設計工況時,徑向力指向離隔舌不到 90°的方向;當水泵流量大于設計工況時,指向與上述相反,指向離隔舌不到 270°的方向。 徑向力的大小可由 A.A 斯切潘諾夫的經驗公式計算:
F = 0.172[1-Q /Qd]2 HB2D2ρg
式中:Qd 為設計工況的流量;B2為葉輪出口的寬度。
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