为减小离心泵叶轮所承受的轴向力,在离心叶轮后盖板外侧设置密封环和平衡孔结构是一种常见的措施。本文以旋转流体压力分布规律为基础,通过数学分析计算,得出该结构泄漏量的定量计算方法,推导出轴向力的计算理论公式,并证明该结构可以达到降低轴向力的目的。研究结果有助于避免叶轮平衡机构设计的盲目性,为正确确定叶轮的相关几何尺寸提供参考。

一台性能优良的离心泵除应有良好的水力性能外,还必须具有期望的使用寿命。在一些连续运行的生产线上,如化工、冶金行业中,客户对关键设备可靠性的要求甚至成为选择设备的主要指标。离心泵的部件受力状态复杂,某些部件所受外力可达到很高的数量级,这是泵的一些部件,如轴承、密封、键提早破坏失效,严重缩短泵的维修周期的主要原因。所以,高速旋转的叶轮必须要进行动平衡校正。

液体流经叶轮后,由于叶轮对其做功,流体机械能增加,而这部分增加能量的主要形式是压力能。叶轮出口的高压力在泵的前、后泵腔中以一定分布规律形成了作用于叶轮前、后盖板外侧的轴向分布力系。由于前后盖板结构的非对称性,前后盖板外侧反向的轴向力不能互相平衡,由此产生了作用于叶轮吸入口方向的轴向力,在高扬程的低比转速泵中或大尺寸泵中,这种轴向力尤其不可忽视。有多种水力方法可以降低叶轮轴向力。在叶轮后盖板设置平衡孔及密封环是实现这一目的一种常用方法;但是在较长时间里,设计人员对这一有效结构的认识更多停留在定性阶段,至今未见到这一结构对轴向力降低效果的定量分析。

离心叶轮在使用的过程中会产生不平衡,原因有很多,例如叶轮的磨损与叶轮的结垢,无论是采用热喷涂处理的叶轮,还是采用各种方法除垢的叶轮,其效果都不会一劳永逸。在长期使用后,仍会出现振动超过允许上限值阶情况。此时,叶轮的不平衡问题只能通过动平衡校正来解决。