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1、大型多级离心泵可靠性设计的几点建议孙增友王艳蕊（沈阳水泵厂；110026）摘要：就大型多级离心泵设计过程中对泵转子刚度、支承刚度、汽蚀、轴向力及轴向力平衡装査提岀见解 和建议，保证泵运行的可靠性。?1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. hllp:/w?1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. hllp:/w关键词：多级离心泵设计可靠性离心泵的设计
2、包括水力设计和结构设计C 本文对传统的水力设计方法不做详细论述，仅 就水力设计和结构设计中对泵运行可靠性影响 较大的因素及问題提岀一些观点，供设计实践 时参考。1泵转子的刚度泵转子刚度是泵运行可靠的关键，大型多 级离心泵的泵转子必须是刚性的（至少湿状态 是刚性的，即在介质中泵转子的一阶临界转速 比泵运行的最禺转速要高25%c这里的一阶临 界转速是指包括工作条件下的泵介质在泵转子 各处运转的间隙内所起的附加支承作用和阻尼 作用，并且包括轴承内的柔度和阻尼作用等因 素后计算得出的一阶振动频率。但对一些关键 泵和在待殊场合使用的泵（例如大功率高温高 压锅炉给水泵）应考虑具备“干转或准“干转” 性能。
3、对转速n = 3000 r/min的泵轴，其长径比 （泵轴直径与泵轴支承长度的比值）应不低于 0.04,转速n - 4000 r/min时，长径比应不低于 0.045,转速 n 二 5000 r/min 时，应不低于 0.4& 转速n = 6000 r/min,应不低于0.052c可用图1所示的邓肯-胡德（DuCan- Hood）曲线图检查泵轴的刚性对于重要工位的泵应使用计算机程序进行水泵技术1998.2详细计算分析，计算5个方面内容：（1）泵转子在空气中的临界转速（干临界）;（2）泵转子在介质中的临界转速（湿临界）;（3）旋转密封副（叶轮口环及泄压套）间隙 扩大一倍情况下泵转子的临界转速；（
4、4）干扰力对泵转子自激振动的影响；（5）泵轴的主应力c初步设计时可用长径比和邓肯-胡德泵轴 刚度曲线确定的轴径及支承长度，大型关键泵 必须做泵转子临界转速计算程序校核。在水力 尺寸允许，外特性满足要求情况下，应尽量保 持泵轴具有校大的轴径C2支承和支承刚度大型多级离心泵要使用滑动轴承做为径向 支承虽然滚动轴承有了很大进步，使用范围 有 了很大的拓宽（n = 3000 r/min, N = 2000kW, 但滚动轴承的致命缺点是突然失效，这种突然 性轴承失效，会造成大的事故。而滑动轴承的 损坏有一个过程，由开始磨损到失效有一段时 间，可以做保护性故障状态运行，从而给泵切 换，泵停机留有足够的时间
5、c设有温度监 控和轴位移监控的滑动轴承，保护性会更好。轴承体支承部件的设计应注意支承部件的 刚度和支承部件的悬臂长度C现使用的支承部 件支撑形式多是下半圆形式，而进口的大型多L-支承跨距，mIF泵转子IM, NZJL -泵轴直径，mm图1泵轴刚度曲线 级离心泵是整圆支承，稳定性好，振动小。建 议我们也应向这方面发展，包括支承架、轴承 体和轴承的改进C泵非驱动侧轴童振动都比驱 动测轴承振动大，原因是悬臂长，在设计中应 尽量减少这个悬臂长度水力动力密封恃性（水力支承刚性）对泵转 子的影响是指密封副间隙处流体支承刚度及阻 尼对泵转子临界转速的影响。泵在运行时，通过叶轮密封环和平衡鼓间 隙处的流体作用
6、着与转子质量力相反的力，这 个力作用方向是使转子回复到理想的轴线位置 运行，这个力称为负质量力。这种流体力提高 了泵转子的临界转速，提高了运行可靠性C流 体力主要与密封间隙处的密封长度，密封间隙 的大小以及通过间隙的流体压差有关。叶轮密封环建议使用平直口环形式，可开 挖环形槽或特定的阻尼槽，增加阻尼效应c不 推荐使用台阶形式密封环，这种密封环易产生18 振动，待别是磨损时，泵转子受力很复杂，临 界转速有较多的下降C3汽蚀汽蚀余量是重要指标，涉及泵能否起动, 能否可靠运行的关键性能。3.1正确设计环形吸水室环形吸水室断面积的大小影响叶轮进口流 动均匀性，建议使用下面方法计算C化=（0.050.7
7、5）（仍一血 2）式中几一叶轮进口直径血一叶轮轮毂直径 几一断面面积3.2首级叶轮的选取在设计中往往是依据已有的水力模型换算 或仅做有成效的改动在这里建议在基本获得水泵技术1998.2 ?1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. hllp:/w同值汽蚀余量时，选用吸入口径较小的那一种c 大口径叶轮易产生“回流”，据诸多文献和 使用得知，取得某一特定汽蚀余量，其叶轮吸 入口径有一个最佳口径，且有两个以上吸入口 径也能获得这个汽蚀余量。最佳口径不易获得, 要做很多计算，而两个
8、以上吸入口径其口径大 小不一样，吸入口径小的汽蚀余量曲线偏陡, 吸入口径大的汽烛余咼曲线较平坦。吸入口回流对泵性能有不良影响，建议在 设计中选取吸人口径较小的叶轮。进口直 ilDll(mro)图2吸入口克径对汽惶余蚩的形响NPSH-汽怛余量，m比叶片汽蚀系数PlPOb 二/彳PW；丿P叶片前缘环形空间压力P, 汽化压力P-叶片前缘相对速度图2表示取得低的汽蚀余量有一个最佳吸 入口直径，表示获得同值汽蚀余量有两个以上 的吸入口径，也表示叶片前缘相对速度对叶轮 汽蚀余量的影响。4轴向力及平衡装置泵的轴向力是按设计工况计算的，应注意 的是在实际使用时，泵的轴向力受诸多因索影 响，概括起来是：(1)
9、不同工况，轴向力的变化工况不同，轴向力不同，其增值取决于外 特性曲线形状，小流量时轴向力增量方向指向 吸入侧，如果外特性陡降，则要核算增量值， 校核止推轴承的承载能力。(2) 不同叶轮对中情况对轴向力的影响叶轮不对中，可影响前后盖板的压力分 布：如果对中的偏移量保持在规定的允许公差 内，可不计这个雜向力的增值，即使有比较大 偏移，其增值也不大，可不过多的考虑。(3) 叶轮密封环对轴向力的影响叶轮前密封环间隙增加会造成泵转子轴向 力有较大的增长，因叶轮形状和扬程大小不同 而增值不一样，但增童的作用方向指向吸人 侧C上述这3个影响轴向力的因素中，其中2 个是主要的，且力的方向都是指向吸入侧。建 议
10、平衡装置的设计按百分之百平衡轴向力计 算C平衡盘是常用的一种平衡装置，能够自动 调至平祈位置。但平衡盘在起动，停机时产生 较严重的磨损，运行时也时有磨损，是泵使用 中易损坏的零件。其缺点是事故率高，优点是 泄漏损失小，故大型多级离心泵不采用这种平 衡装置c大型多级泵特别强调可靠性，推荐 使用平衡鼓单平衡鼓制造设计都方便，但湿 周大、泄漏量大c双平衡鼓综合了平衡盘与单 平衡鼓的优点，是值得推荐的平衡装置。近期对双平衡鼓的设计做了新的尝试。首 先确定小平衡鼓承受50%轴向力，大平衡鼓的 设计则按苏联洛马金提出的阻尼系数计算，使 大平衡鼓前端面具有准平衡盘效应。保持压力 平術室，大平衡鼓外圆间隙做为
11、一个阻尼和事(下转第33页) 第2段圆弧应与第一段弧相切于U点，且通过 u、m点。满足这柞的条件的圆弧是唯一的c按 同样的原则，可以形成第3, 4,7段弧c上述7段弧可以用几何作图的办法完成， 目前不少厂也正是这样做的c但是，这种画法 精度低，工作量很大。为此，我们编程计算了 这7段圆弧的圆心和半径c建立如图4的平面直角坐标系。首先求岀 线段0- I, I -U,的中垂线方 程共7个。联解1和111中垂线方程，其 解就是第一段弧的圆心c圆心到0、I、U 3点 是等距的，这一距离就是第一段圆弧半径。第 一段圆弧完成后，求岀通过II点和第一圆弧弧 心的直线方程，将此方程与D - DI连线的中垂 线
12、方程联解，就得到第2段弧的弧心，弧心到 II或DI点的距离即为第2段弧的半径以下5 段圆弧可以同样求解C.上述计算过程比较机机械，程序中以一循 环体十分容易地计算并输岀了 7段圆弧的圆心 和半径。3设计实例最近我们联合设计了一台小流最低比转速 泵。在设计点，泵的流量为2.5n?/ h, n.= 23.22e过流部件以通常型砂翻铸c设计中，我 们以本文介绍的计算方法编穆计算了蜗壳8个 断面的L值及7段圆弧的半径值。测试结果表 明，此泵不仅实现了全扬程运行，效率指标也 取得了较为满意的结果：在设计点，泵的实测 效率为32.2% ,比GB9477 - 88的规定值 26.5%提高了 5.7%,校好地
13、实现了节能目标. 本泵设计过程中，还采用了低比转速叶轮优化 设计等技术C参考文献I严敬.叶轮几何参数对不同比我速惠心奈性他的力响.水泵技术1994(4)2谭浩强.Basic语第四次修订本)科学晋及出版11,19933严敬.叶片泵柿形蝎矗断而即；数字积分、軒 流机械.1995 ?199420疝贰鬲a XShZmic Journal Electronic Publishing House. All rights ?199420疝贰鬲a XShZmic Journal Electronic Publishing House. All rights ?199420疝贰鬲a XShZmic Journa
14、l Electronic Publishing House. All rights ?199420疝贰鬲a XShZmic Journal Electronic Publishing House. All rights (上接第19页)故状态的-个保护。该方法在2种泵的设计中 使用，试验结果，一种泵效率提高2-3%,另 一种其泄漏址仅为泵流量的2.5%c这种泵平 衡装置的边界条件是：压力 P = 21MPa湿周直径0180mm单边名义间隙0.025mm以上4个方面的见解和建议在设计、使用中已得到证实，认为可借鉴使用匕参考文献I DunCan A B and Hood J F. Tlie App
15、licahcn ofRecent Pump Devtlopmenta to the Needs (/ the oilindustrv Conf.2苏JI.H辂里科叶片泵.19823英P31具有P佳汽蚀性能的泵叶轮的设计水泵技术.1976(21(本文编辑张榊萌?199420疝贰鬲a XShZmic Journal Electronic Publishing House. All rights ?199420疝贰鬲a XShZmic Journal Electronic Publishing House. All rights 94-冰泵技术 7995.21erhttpi.Vm?199420疝贰鬲a XShZmic Journal Electronic Publishing House. All rights
大型多级离心泵可靠性设计的几点建议孙增友
