Vad är den huvudsakliga källan till axiell kraft i en horisontell centrifugalpump

Horisontella centrifugalpumpar är den mest använda vätsketransportutrustningen i industriella processer, och deras operativa tillförlitlighet påverkar produktionseffektiviteten direkt. Inom detta professionella område är Axial Thrust en avgörande design- och driftsparameter. Att förstå mekanismen för produktion av axiell tryckning och hur man balanserar den är avgörande för val av pump, installation, felsökning och förlängning av livet på lager och mekaniska tätningar.

1. Kärnkälla till axiell kraft: tryckskillnad över impellern

Den grundläggande orsaken till axiell kraft är obalansen av vätsketryck på båda sidor av pumphjulet. Detta är den primära och ofta den största källan till axiell kraft.

Ett enstaka, enstaka pumphjul är det mest typiska exemplet. När en centrifugalpump fungerar:

På pumphjulets främre höljesida (sugsida): Det centrala området i impeller är en lågtryckszon, med tryck nära eller under atmosfärstrycket (beroende på NPSH).

Impeller bakre hölje sida (rygg): När vätskan rinner ut ur pumphjulet och in i voluten, kommer en del av högtrycksvätskan att sippra igenom eller flyta tillbaka genom luckorna i slitringarna på baksidan av pumphjulet. Dessutom utövar det höga trycket vid volututtaget också trycket på baksidan av pumphjulet. Därför är det genomsnittliga trycket på baksidan av pumphjulet vanligtvis mycket högre än framtill.

Denna tryckskillnad mellan fram- och baksidan av pumphjulet, projicerad på det effektiva området, skapar en reaktionskraft riktad mot sugporten - en axiell kraft. Storleken på denna kraft är direkt relaterad till pumphuvudet, impellerdiametern och bärningsgapet. Högre huvudet ökar tryckskillnaden och följaktligen den axiella kraften.

2. Momentumförändringseffekt i impellerflödespassagen

En andra viktig källa till axiell kraft är den momentumförändringsreaktionskraften som genereras när vätskan ändrar riktning och hastighet inom pumphjulets inre flödespassage.

När vätskan kommer in i pumphjulet från sugporten förändras flödet från axiellt (parallellt med pumpaxeln) till radiell (vinkelrätt mot pumpaxeln). Enligt Newtons andra lag, när vätskan genomgår denna riktningsförändring inom pumphjulet, genererar den oundvikligen en reaktionskraft på pumphjulet. Komponenten i denna reaktionskraft, som verkar längs pumpaxeln, utgör en axiell kraft i motsatt riktning.

I de flesta pumphjulskonstruktioner med en sug är riktningen för denna moment-inducerade axiella kraft motsatt den axiella kraften orsakad av tryckskillnaden, men dess storlek är vanligtvis mindre än axiell kraft orsakad av tryckdifferensen.

3. Påverkan av axelseglar och balansering av hål: lokal tryckfördelning

Konstruktions- och driftsförhållandena för axelförseglingsområdet påverkar också den lokala axiella kraftfördelningen.

Mekanisk tätning/fyllningsboxområde: Vid axeltätningen är kraften som verkar på pumpaxeln den kombinerade kraften i vätsketrycket i tätningskammaren och atmosfärstrycket. Om trycket i tätningskammaren är högt, skjuter det axeln utåt längs pumpaxeln.

Balanshål: För impeller som använder balanseringshål för att balansera axiella krafter är funktionen för balanshålen att effektivt minska trycket bakom impellerna genom att rikta högtrycksvätskan på baksidan av pumphjulet tillbaka till sugporten eller lågtrycksområdet. Utformningen av balanseringshålets diameter och antal bestämmer direkt i vilken grad tryckskillnaden mellan de främre och bakre ytorna på pumphjulet elimineras.

4. Dubbelsuktionspockare och inneboende balans mellan axiella krafter

Det är värt att notera att i dubbel-centrifugalpumpar är impellerna utformade med bilateralt symmetriskt sug.

Symmetrisk struktur: flytande kommer in i mitten av pumphjulet samtidigt och symmetriskt från båda sidor.

Mekanisk avbokning: Detta innebär att flödesvägsgeometri för de två impellerna är helt symmetrisk, och tryckfördelningen på båda sidor är också väsentligen symmetrisk. Under driften är de axiella krafterna som genereras av de två impellerna lika i storlek och motsatt i riktning, vilket teoretiskt uppnår automatisk axiell kraftbalans. Detta är en av de viktigaste strukturella fördelarna med dubbelsugningspumpar som gör det möjligt för dem att hantera höga flödesförhållanden.

5. Betydelsen av axiell kraftbalansering och motåtgärder

Vid centrifugalpumpdesign är det avgörande att eliminera eller minimera rest axiella krafter. Annars kan överdrivna axiella krafter leda till:

Lageröverbelastning: Kontinuerliga axiella krafter placerar betydande belastningar på trycklagret, påskyndande slitage och fel. Detta är ett av de vanligaste fellägena i centrifugalpumpar.

Mekanisk tätningsskada: skarpa förändringar i axiella krafter kan orsaka överdriven komprimering eller separering mellan de roterande och stationära ringarna i den mekaniska tätningen, vilket resulterar i läckage eller allvarligt slitage.

Därför, utöver den självbalanserande utformningen av dubbelsugningsimpeller, används följande specialiserade mekanismer ofta i tekniska konstruktioner för att balansera axiella krafter:

Balanshål och bakre skovlar: Används i pumpar med en sug.

Balansskivor/trummor: Vanligt använda högtrycksbalansenheter i pumpar med flera steg.

Exakt att kontrollera de axiella krafterna för horisontella centrifugalpumpar och säkerställa pumpaxelstabilitet är tekniska krav för att säkerställa långsiktig, tillförlitlig drift av utrustningen.