新型轴向力平衡装置

这种泵的新型轴向力平衡装置，可取代传统的平衡装置，能任意程度地平衡轴向力，适用于各种泵，尤其适用于深井潜水泵(潜油泵)和节段式多级泵。采用该装置后，既平衡了轴向力，又基本上无泄漏，因而泵传统平衡装置的泄漏损失可完全回收，节能效果达3%一10%。实用表明，该装置原理无疑，节能效果显著。

(1)新装置的原理和特点

新烈轴向力平衡装置，在节段式多级泵f:的用例如图19-22 (a)所示，在深井潜水泵上的用例如图19-22 （b)所示。它是把一对动、静摩擦副装于末级叶轮之后，动环随叶轮旋转，静环则不旋转。端面摩擦副前面是末级叫一轮出口的高压液体，端面摩擦副之后与大气压或泵进口低压区相通。由此密封端面把高压液体与低压区隔开，作用于末级叶轮前的高压(等于n-1级泵的压力)和作用于末级叶轮后面的低压(如等于大气压)之差构成指向叶轮前方的总平衡力，平衡作用在整个转子上的轴向力。虽然泵的末级压力较高，但采用平衡型端面摩擦副，可以人为地控制端面比压，从而使摩擦功率损失很小和具有长的寿命。即使摩擦副严重磨损，只是泄漏量增加，轴向力仍基本上得到平衡，所以该装置是十分可靠的。摩擦副设计合适，基本上无泄漏，从而消除了传统衡装置较大的泄漏量。另外，由于基本上无泄漏.摩擦副前的液体处于相对静止状态，只要采取不复杂的措施就可以得到理想的防杂质的效果，因而这种装置可以用于抽送含杂质液体的泵。

图19一22 新型平衡装置

深井潜水泵(潜油泵)由于受井径的限制，推力轴承的容量较小，因而轴向力的平衡一直是高扬程深井潜水泵的关键问题。另外，深井潜水泵大都将推力轴承装在泵下方电动机的底部，这样在各级叶轮轴向力的作用下，轴处于受压状态，将加剧轴套、口环等的磨损，这是深井潜水泵寿命远小于深井泵的主要原因。深井潜水泵采用该装置后.除具有上述这些优点之外，使传动轴的受力状态从受压变为受拉，可以提高泵运行的可靠性和寿命。

节段式多级泵采用该装置，可以取消平衡盘，其后的轴封装置可以取消或简化。多级泵的轴向力很大，通常为数千到数万牛顿，自有多级泵以来，大都采用平衡盘等装置来平衡轴向力，许多学者对平衡盘这个多级泵至关重要的部件进行了人量试验研究，但其基本结构没有改变。

新型平衡装置和传统平衡盘装置技术指标的比较列于表19-6

 表19-6 新型平衡装置和传统平衡装置技术指标的比较

（2）新型装置的计算

如前所述，本装置靠作用在末级叶轮上的力平衡作用于转子的轴向力。由分析可知，端面摩擦副的外径R₁小于叶轮密封环直径R_m。在这种情况下末级叶轮的受力情况如图19——23所示。

图19-23 末级叶轮受力分析

设作用在多级泵末级前所在级(n一1级)的总轴向力为A（n——1 }则欲使转子上作用的轴向力平衡，必须满足

式中A（n-一1）作用在前，n一1级叶轮上的轴向力;

F₁—作用在末级叶轮前侧的总压力;

F₂—作用在末级叶轮后侧的总压力;

F₃一密封端面液体的总压力;

F₄—端面比压力产生的总压力。

作用在末级叶轮前n——1级叶轮上的轴向力按下式计算

式中n——泵级数;

p一液体密度;

H_p——叶轮势扬程，

Qr一理论流量;

umo—叶轮进口轴面速度。

作用在末级叶轮进口侧的总压力F1按下式计算

式中p1-一首级叶轮进口压力;

     H——单级扬程。

   作用在末级叶一轮后侧的F₂按下式计算

式中F₂—末级叶轮出口压力。