某客戶使用一臺液下泵， 實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)不超過10天，液下泵就出現(xiàn)斷軸和葉輪磨損嚴(yán)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(huán)處的磨損最嚴(yán)重，其主要原因是由于徑向力不平衡造成的。
1、產(chǎn)生徑向力不平衡的原因：產(chǎn)生徑向力是因?yàn)樵诓捎寐菪蛪核业碾x心泵中，如果水泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)工況離開設(shè)計(jì)工況，則在葉輪上會受到徑向的液體壓力。這是由于當(dāng)水泵在設(shè)計(jì)工況運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，葉輪出口處液體流出時(shí)的流速與壓水室中液體的流速相等，液體流進(jìn)壓水室不產(chǎn)生撞擊現(xiàn)象，壓水室中各處液體的壓強(qiáng)是一樣的，故作用于葉輪四周的液體壓強(qiáng)相等，在葉輪上不會作用徑向力；如果液下泵運(yùn)轉(zhuǎn)的工況為非設(shè)計(jì)工況（例如流量小于設(shè)計(jì)工況的流量），則在壓水室中液體流速也應(yīng)比設(shè)計(jì)工況時(shí)的流速小，而從葉輪中流出的液體的流速就應(yīng)比設(shè)計(jì)工況時(shí)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(shí)，就會產(chǎn)生撞擊現(xiàn)象，把液體的動能變?yōu)閴耗?，壓水室中液體的壓強(qiáng)因沿途不斷受到撞擊提高壓強(qiáng)，故從壓水室隔舌開始液體壓強(qiáng)逐漸增大。
（1）如果液下泵運(yùn)轉(zhuǎn)的流量大于設(shè)計(jì)工況流量時(shí)，則情況相反：液體自葉輪中流出時(shí)的速度比設(shè)計(jì)工況的速度小，而壓水室中液體的速度則比設(shè)計(jì)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(chǎn)生撞擊，使速度增大，壓強(qiáng)降低。這樣，從壓水室隔舌開始，液體壓強(qiáng)逐漸減小。
（2）當(dāng)流量小于設(shè)計(jì)工況流量時(shí)，由于撞擊而產(chǎn)生的徑向力 P 的方向應(yīng)當(dāng)指向離隔舌，并向渦殼中液流的同方向轉(zhuǎn) 90°的方向，這一點(diǎn)極易證明。沿圓周壓強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)大小均相等。因此，徑向力 P 的方向應(yīng)當(dāng)向上，即指向離隔舌90°的方向。同樣，當(dāng)流量大于設(shè)計(jì)流量時(shí)，這部分的徑向力 P 應(yīng)當(dāng)是指向下方，即指向從隔舌開始270°的地方。這就是徑向力產(chǎn)生的主要原因。
當(dāng)水泵流量小于設(shè)計(jì)流量時(shí)，圓周上的動反力如果向反時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)90°，則動反力 R 的分布圖與圖２的形狀相像，其合力應(yīng)當(dāng)向下。再順時(shí)針轉(zhuǎn)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(dāng)水泵流量大于設(shè)計(jì)流量時(shí)，動反力所形成的徑向力應(yīng)當(dāng)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(dāng)水泵流量小于設(shè)計(jì)工況時(shí)，徑向力指向離隔舌不到90°的方向；當(dāng)水泵流量大于設(shè)計(jì)工況時(shí)，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(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：
F = 0.172[1-Q /Qd]2 HB2D2ρg 式中：Qd 為設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)一般都采用單渦殼的壓水室結(jié)構(gòu)和帶有口環(huán)的葉輪結(jié)構(gòu)，如圖３所示。針對損壞的情況，做如下的結(jié)構(gòu)改進(jìn)：
（1）采用雙螺旋型壓水室（原結(jié)構(gòu)為單螺旋型）。這種雙螺旋型壓水室的結(jié)構(gòu)主要是利用兩個(gè)渦殼對稱的結(jié)構(gòu)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(shí)產(chǎn)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(jīng)驗(yàn)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。
（2）對葉輪的結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，即把葉輪改外單端面密封，接觸面積保持不變，原結(jié)構(gòu)和改進(jìn)的結(jié)構(gòu)如圖５和圖６所示。
改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)在撓度較大時(shí)會對葉輪有很大的磨損，使得葉輪的軸會斷掉；改進(jìn)后的情況可以避免這種情況，對葉輪的安全運(yùn)轉(zhuǎn)有很大的好處。
改進(jìn)后的液下泵已經(jīng)安全運(yùn)行了半年多的時(shí)間，運(yùn)行情況良好。這兩種結(jié)構(gòu)的改進(jìn)為以后泵的設(shè)計(jì)提供了很好的借鑒方法。
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