CN109519393A - 一种斜流泵轴向力的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种斜流泵轴向力的计算方法。给定斜流泵的设计工况流量Q、设计工况扬程H、设计工况转速n，叶轮进口直径d_1b，叶轮叶片进口宽度b₁，叶轮出口直径d_2b，叶轮出口宽度b₂等几个参数，来计算斜流泵转子部件所受轴向力F_ax。对保证斜流泵的设计质量,确保其的安全、稳定和高效运行具有重要意义。

Description

一种斜流泵轴向力的计算方法

技术领域

本发明涉及一种斜流泵,特别涉及一种斜流泵轴向力的计算方法。

背景技术

泵在运转中，转子上作用着轴向力，该力将拉动转子轴向移动。因此，必须设法消除或平衡此轴向力。方能使泵正常工作。泵转子上作用的轴向力，由下列各部分组成：1)叶轮前后盖板不对称产生的轴向力，此力指向叶轮吸入口方向；2)轴台、轴端等结构因素引起的轴向力，其方向视具体情况而定；3)转子重量引起的轴向力，与转子的布置有关；4)动反力，此力指向叶轮后面。

专利号为CN201610731350.4号的中国发明专利公开了一种泵轴向力在线测量装置,包括主轴,主轴上装有轴承内套,轴承内套外还套有轴承外套,轴承内套和轴承外套之间设有推力轴承,传感器安装于轴承体内,且通过螺钉紧固在轴承外套上,传感器一侧设有圆柱销,另侧传感器设有无孔端盖。圆柱销与无孔端盖能够防止传感器产生径向和轴向运动。还公开了一种泵轴向力在线测量方法。该装置及方法的信号抓取时间间隔为0.05秒,精度高,灵敏度高,能够准确的进行泵轴向力的在线测量。

专利号为CN201420232410.4号的中国发明专利中公开了一种屏蔽泵轴向力检测装置,其壳体的一端设置有连接法兰,连接法兰能够将壳体与屏蔽泵的后轴承体连接,在壳体内沿其轴向对称地设置有两个导轨,在导轨上滑动连接有传动装置,传动装置的一端与前传动轴通过调心轴承连接,传动装置的另一端与后传动轴螺纹连接,而后传动轴的末端与转动支撑在壳体上的行程调节盘螺纹连接,前传动轴的前端通过两端均有螺纹的连接件与屏蔽泵轴的轴头固定连接,在壳体的侧面还开设有长口,轴向测量杆通过长口与传动装置固定连接,在壳体外还设置有与轴向测量杆位置相配的百分表。

专利号为CN201120184174.X号的中国发明专利公开了一种泵轴向力测试仪,包括油缸体、调压盖、活塞、加油或放气堵头、密封圈、及压力表接管、压力表或压力继电器组成,压力表或压力继电器与油缸体内腔通过压力表接管相连通,主要用于离心泵轴向力的测试,也可用于其它类似机械设备轴向力的测试,利用泵运行作用于转子的轴向力,使转子产生轴向位移的机械传动,转化为推动活塞执行的液压传动,使油缸内压力升高,与油缸连通的压力表实时动态显示轴向力的大小及方向或通过压力继电器远程显示监控。

现有对于斜流泵转子部件所受轴向力的测量，都需要用到众多测量仪器，成本高，测量不方便，耗时耗力，而且目前斜流泵轴向力测算存在的主要问题是缺少精确的计算方法。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种斜流泵轴向力的计算方法。实用性强、应用方便，对保证斜流泵的设计质量，确保其的安全、稳定和高效运行具有重要意义。

为了实现以上所述得目的而所采用的技术方案是：给定斜流泵的设计工况流量Q、设计工况扬程H、设计工况转速n，叶轮进口直径d_1b，叶轮叶片进口宽度b₁，叶轮出口直径d_2b，叶轮出口宽度b₂等几个参数，来计算斜流泵转子部件所受轴向力F_ax，具体步骤如下：

(1)叶轮进口面积A₁的计算公式：

A₁＝πd_1bb₁ (1)

式中：

A₁—叶轮进口面积，米²；

d_1b—叶轮进口直径，米；

b₁—叶轮叶片进口宽度，米；

(2)叶轮出口面积A₂的计算公式：

A₂＝πd_2bb₂ (2)

式中：

A₂—叶轮出口面积，米²；

d_2b—叶轮出口直径，米；

b₂—叶轮出口宽度，米；

(3)叶轮叶片进口轴面速度c_1m的计算公式：

式中：

c_1m—叶轮叶片进口轴面速度，米/秒；

Q_La—叶轮过流流量，米³/秒；

f_q—叶轮进口数；

A₁—叶轮进口面积，米²；

(4)叶轮叶片出口轴面速度c_2m的计算公式：

式中：

c_2m—叶轮叶片出口轴面速度，米/秒；

Q_La—叶轮过流流量，米³/秒；

f_q—叶轮进口数；

A₂—叶轮出口面积，米²；

(5)冲力F_I的计算公式：

F_I＝ρQ(c_1m-c2mcosε2) (5)

式中：

F_I—冲力，牛；

Q—泵流量，米³/秒；

ρ—流体密度，千克/米³；

c_1m—叶轮叶片进口轴面速度，米/秒；

c_2m—叶轮叶片出口轴面速度，米/秒；

ε₂—叶轮出口处的中间流线和转子轴之间的角度，°

(6)比转速n_q的计算公式：

式中：

n_q—比转速；

n—泵转速，转/分钟；

Q—泵流量，米³/秒；

f_q—叶轮进口数；

H—泵扬程，米；

(7)经验系数f_ha的计算公式：

式中：

f_ha—经验系数；

n_q—比转速；

n_q，Ref—参考比转速；

(8)叶轮所受轴向力F_Hy的计算公式：

式中：

F_Hy—叶轮所受轴向力，牛；

ρ—流体密度，千克/米³；

g—重力加速度，米/秒²；

H—泵扬程，米；

f_ha—经验系数；

d_sp—口环直径，米；

d_D—轴肩直径，米；

(9)泵轴上非平衡轴向力F_w的计算公式：

F_w＝1/4πd_D ²(p_amb-p₁) (9)

式中：

F_w—泵轴上非平衡轴向力，牛；

d_D—轴肩直径，米；

p₁—泵进口压强，帕；

p_amb—泵安装环境压强，帕；

(10)转子部件所受轴向力F_ax的计算公式：

F_ax＝F_Hy-F₁+F_w+F_coupl (10)

式中：

F_ax—转子部件所受轴向力，牛；

F_Hy—叶轮所受轴向力，牛；

F_I—冲力，牛；

F_w—泵轴上非平衡轴向力，牛；

F_coupl—联轴器所受轴向力，牛；

本发明的有益效果为：

本发明所述的计算方法可以得到相对完善准确的斜流泵轴向力计算方法。对保证斜流泵的设计质量,确保其的安全、稳定和高效运行具有重要意义。

附图说明

图1是斜流泵的轴面图。

具体实施方法

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

本发明通过以下几个公式来确定一种斜流泵轴向力的计算公式。此实施例是在给定斜流泵的设计工况流量Q、设计工况扬程H、设计工况转速n，叶轮进口直径d_1b，叶轮叶片进口宽度b₁，叶轮出口直径d_2b，叶轮出口宽度b₂等几个参数来计算斜流泵的轴向力的，例如Q＝15米³/秒，H＝4.55米，n＝171转/分钟，d_1b＝1.336米，b₁＝0.673米，d_2b＝1.9米，b₂＝0.627米：

A₁＝πd_1bb₁＝π·1.336·0.673＝2.825m²

A₂＝πd_2bb₂＝π·1.9·0.627＝3.743m²

F_I＝ρQ(c1m-c2mcosε2)＝1000·15·(5.310-4.008cos41°)＝34276N

F_w＝1/4πd_D ²(p_amb-p₁)＝0.25π·1.394²·(100000-116523)＝-25218N

F_ax＝F_Hy-F₁+F_w+F_coupl＝137307-34276-25218+50000＝127813N

上述为本发明专利参照实施例做出的详细说明，但是本发明并不局限于以上的实施例，也包括本发明构思范围内的其他实施例以及变形例。

Claims (8)

1.一种斜流泵轴向力的计算方法，给定斜流泵的设计工况流量Q、设计工况扬程H、设计工况转速n，叶轮进口直径d_1b，叶轮叶片进口宽度b₁，叶轮出口直径d_2b，叶轮出口宽度b₂，来计算斜流泵转子部件所受轴向力F_ax，其特征在于，

F_ax＝F_Hy-F_I+F_w+F_coupl

式中：

F_ax—转子部件所受轴向力，牛；

F_Hy—叶轮所受轴向力，牛；

F_I—冲力，牛；

F_w—泵轴上非平衡轴向力，牛；

F_coupl—联轴器所受轴向力，牛。

2.根据权利要求1所述的一种斜流泵轴向力的计算方法，其特征在于，泵轴上非平衡轴向力F_w的计算公式：F_w＝1/4πd_D ²(p_amb-p₁)

式中：

F_w—泵轴上非平衡轴向力，牛；

d_D—轴肩直径，米；

p₁—泵进口压强，帕；

p_amb—泵安装环境压强，帕。

3.根据权利要求1所述的一种斜流泵轴向力的计算方法，其特征在于，叶轮所受轴向力F_Hy的计算公式：

其中，f_ha为经验系数；计算公式为：

其中，n_q为比转速；计算公式为：

式中：

F_Hy—叶轮所受轴向力，牛；

ρ—流体密度，千克/米³；

g—重力加速度，米/秒²；

H—泵扬程，米；

d_sp—口环直径，米；

d_D—轴肩直径，米；

n_q，Ref—参考比转速；

n—泵转速，转/分钟；

Q—泵流量，米³/秒；

f_q—叶轮进口数；

H—泵扬程，米。

4.根据权利要求1所述的一种斜流泵轴向力的计算方法，其特征在于，冲力F_I的计算公式：F_I＝ρQ(c_1m-c_2mcosε₂)

式中：

F_I—冲力，牛；

Q—泵流量，米³/秒；

ρ—流体密度，千克/米³；

c_1m—叶轮叶片进口轴面速度，米/秒；

c_2m—叶轮叶片出口轴面速度，米/秒；

ε₂—叶轮出口处的中间流线和转子轴之间的角度，°。

5.根据权利要求4所述的一种斜流泵轴向力的计算方法,其特征在于：叶轮叶片进口轴面速度c_1m的计算公式：

式中：

c_1m—叶轮叶片进口轴面速度，米/秒；

Q_La—叶轮过流流量，米³/秒；

f_q—叶轮进口数；

A₁—叶轮进口面积，米²。

6.根据权利要求5所述的一种斜流泵轴向力的计算方法,其特征在于：叶轮进口面积A₁的计算公式：

A₁＝πd_1bb₁

式中：

A₁—叶轮进口面积，米²；

d_1b—叶轮进口直径，米；

b₁—叶轮叶片进口宽度，米。

7.根据权利要求4所述的一种斜流泵轴向力的计算方法,其特征在于：叶轮叶片出口轴面速度c_2m的计算公式：

式中：

c_2m—叶轮叶片出口轴面速度，米/秒；

Q_La—叶轮过流流量，米³/秒；

f_q—叶轮进口数；

A₂—叶轮出口面积，米²。

8.根据权利要求7所述的一种斜流泵轴向力的计算方法,其特征在于：叶轮出口面积A₂的计算公式：

A₂＝πd_2bb₂

式中：

A₂—叶轮出口面积，米²；

d_2b—叶轮出口直径，米；

b₂—叶轮出口宽度，米。