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液下泵結構改進說明

作者: 發布于:2018/6/19 10:17:28 點擊量:

液下泵為單級立式懸臂離心液下泵。泵體淹沒在介質內,適合于抽吸工業中酸料之用,也可以用在其它粘度低于300cp化工流程中,輸送具有腐蝕性的含固、粘性的液體。輸送介質泵的溫度在100℃以下。         某客戶使用一臺液下泵, 實際運轉不超過 10 天,泵就出現斷軸和葉輪磨損嚴重的情況。從損壞的情況來看,斷軸的位置是在葉輪螺母處,而葉輪口環處的磨損嚴重,其主要原因是由于徑向力不平衡造成的。 

 1、產生徑向力不平衡的原因   產生徑向力是因為在采用螺旋型壓水室的離心泵中,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。這是由于當水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

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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。        

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(1)如果水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。         

當水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。 


 2、解決徑向力不平衡的方案     

 硫酸液下泵的結構一般都采用單渦殼的壓水室結構和帶有口環的葉輪結構,如圖3所示。針對損壞的情況,做如下的結構改進:          

(1)采用雙螺旋型壓水室(原結構為單螺旋型),如圖 4 所示。這種雙螺旋型壓水室的結構主要是利用兩個渦殼對稱的結構來平衡徑向力,在圖1和圖2中看出來,它可平衡偏離工況時產生的徑向力。這種做法對于較小的離心泵,會降低水力效率;而對于較大的水泵,經驗證明雙螺旋壓水室并不降低水泵的效率。因此可以采用這種方法。  

(1)對葉輪的結構進行調整,即把葉輪改外單端面密封,接觸面積保持不變,原結構和改進的結構如圖5和圖6所示。

  改進后的結構防止了在軸變型后由于撓度較大造成偏 心后對葉輪的磨損。原來結構在撓度較大時會對葉輪有很大的磨損,使得葉輪的軸會斷掉;改進后的情況可以避免這種情況,對葉輪的安全運轉有很大的好處。       

改進后的液下泵已經安全運行了半年多的時間,運行情況良好。這兩種結構的改進為以后泵的設計提供了很好的借鑒方法。


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