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改良型蜗壳的设计

发布日期:2020-07-17
  在单蜗壳泵中,当系在设计流量下运转时,作用在叶轮上的压力是近似均匀的,在偏离设计沉量较大时,则叶轮周围的压力是不均匀的,于是形成一个合成的径向力,这种径向力与总扬程及叶轮宽度、直径有关。由于设计的这台磁力泵叶轮较大,扬程较高,因此其径向力较大。而磁力泵的支撑选用的是碳石墨轴承,碳石墨虽然是种较理想的滑动轴承材料, 且具有较好的自润滑性能,但碳石墨材料较脆,当磁力泵在偏离设计流量下运转时产生的径向力就有可能引起整个转子部件的径向跳动,造成碳石墨轴承损坏,降低了磁力泵使用的可靠性。为了减小径向力,在设计中采用了改良型蜗壳。
 
  考虑到结构方面 和水力方面的因素,一般低比转速泵的蜗壳都设计为环形蜗壳,设计改良型蜗壳(见图2),就是在环形蜗壳的270位置采用渐开线圆滑过渡。另外因为低比转速泵的断面面积小,采用了矩形断面。
 
  试验证明, 这种蜗壳可以使径向力在整个流量范围内变得很小,其值只有单蜗壳泵关死点的30%-40%,所以对于偏离工况点运行也是很有利的,对于延长磁力泵碳石墨轴承使用寿命,提高磁力泵使用可靠性是很有帮助的。
  离心泵轴向力平衡的方法很多,单级泵中常用的有平衡孔、平衡管、背叶片等。这些方法实际上不能完全平衡轴向力,所以必须采用轴向止推力滚动轴承来承受剩余的轴向力。磁力泵中承担轴向力的是石墨制成的推力轴承,轴向力的大小直接关系到轴承的使用寿命,所以轴向力的平衡在磁力泵中显得尤为突出。平衡时,转子部件会向前或向后窜动,这个时候平衡装置就通过叶轮上的两个密封环和平衡孔共同作用,保持叶轮前后压力的平衡,使整个转子找到一个平衡点(通过计算密封环间隙和平衡孔大小控制),避免推力轴承端面的接触。因此磁力泵在正常运行期间推力轴承不发生接触,从而消除了轴承的端面磨损,使轴承的寿命大大提高。这对提高磁力泵的整机寿命显得尤为重要,但由于磁力泵的自动推力平衡设计并无成熟的经验,而磁力泵的结构又与普通离心泵不同,流体流动状态复杂的多,所以成功的设计轴向力自动平衡装置除熟悉一般原理外,还要熟悉和计算磁力泵内部流动状态,在计算中要考虑各种因素,控制平衡装置的平衡状态间隙和平衡刚度,依靠实际经验,通过详细计算,并编制计算程序,成功地设计了这台磁力泵的平衡装置,通过8000h运行考核证明,设计的这套轴向力自动平衡装置是成功的。
 
  (1) 以叶片背面向外逐渐加厚设计的叶轮可以有效减少低比转速泵叶轮流场的尾迹区,从而消除泵在小流量恭喜啊的工作不稳定性,并能提高泵的效率和扬程系数,加大叶轮出口宽度还可以大大改善叶轮的铸造工艺。
 
  (2) 改良型的蜗壳设计可以使磁力泵转子所受径向力在整个流量范围内变得很小,延长了磁力泵碳石墨推力轴承使用寿命。
 
  (3)轴向力自动平衡装置可以实现磁力泵轴向力的完全自动平衡,可以极大地减轻轴承的负担并简化了磁力泵的结构。