多级泵平衡盘间隙流动及刚度分析.pdfVIP

of Sci V01．2 V．V01．zNo．z ·164· JournalYangtze Edit)Apr．2005No．4／SeiEng University(Nat 多级泵平衡盘间隙流动及刚度分析 汪建华，刘明尧，王本德 (长江大学机械工程学院，湖北荆州434023) [摘要]基于对平衡盘问隙流动的分析，求得了平衡盘泄漏量、压力、平衡力和灵敏度等参数。并提出了 平衡盘刚度的概念，探讨了平衡盘刚度与灵敏度的关系，得出了灵敏度的取值范围，为平衡盘设计提供 了理论依据和有效的方法。 [关键词]多级泵；平衡盘；间隙；刚度；分析 04—0164一03 [中图分类号]THl23．3 [文献标识码]A [文章编号]1673—1409(2005j 节段式多级离心泵常采用平衡盘平衡轴向力，平衡盘是多级泵中的一个重要装置。传统的平衡盘设 计计算方法采用经验数据和半经验公式，缺乏对间隙流动的理论分析，几何参数选取具有一定随意性， 导致平衡盘出现研磨和泄漏量大，影响泵可靠工作。文献[1，2]根据平板间隙流动理论，导出了平衡 盘流量和平衡力的近似计算公式，该公式在平衡盘外圆和内圆半径比值较大时误差较大；在传统的平衡 盘设计理论中，灵敏度口3作为反映轴向间隙变化所引起的平衡力变化的能力不够严密。笔者根据平衡盘 径向和轴向间隙流动的分析，建立了径向和轴向间隙几何参数与泄漏量、压力、平衡力和灵敏度之间的 函数关系；同时，提出了平衡盘刚度的概念，刚度能准确地反映轴向间隙变化所引起的平衡力变化的能 力，通过对平衡盘刚度的分析，得出了灵敏度的取值范围。 1 问隙流动的理论分析及泄漏量计算 因平衡盘径向和轴向间隙很小，长度相对较长，假定液体在间隙中的流动属于层流运动。 1．1径向间隙流动分析 如图1所示，液体在半径为“的径向间隙b。中的 流动是同心环隙压差流动，则通过径向间隙b，的泄漏量 q1为Ⅲ： q。一堕望掣 (1) D弘L 式中，／1为液体动力粘度；L为平衡盘轴向间隙长度；6。 为平衡盘径向间隙宽度；rh为叶轮轮毂半径；仇为叶轮 轮毂处的压力；P。为平衡腔内的压力。 1．2轴向间隙流动分析 图1平衡盘装置结构示意围 如图2所示，在半径r处取宽度为d，．、厚度为dz、 圆周夹角为硼的扇形微元体。因轴向间隙 与离心力相比可忽略不计，则微元体在径向的力平衡方程为： (2) 式中，r一卢aUr／az为切应力；“，为轴向间隙内液体的径向速度。略去式中的高阶小量，并将切应力代入 得： [收稿日期]2004—11—07 [作者简介]汪建华(1964一)，男，1985年大学毕业，硕士，副教授，现主要从事流体机械和化工过程装备的教学与研究。 万方数据 理工卷第2卷第2期 汪建华等：多级泵平衡盘间隙流动及刚度分析 、J， d(rp)一坐挈zz (3) Z a∥ ／xr dr txb；～ 廿一一k———。rZ )u ／1 根据边界条件z一0时，蜥一0；z—b：时，U，一0。对上式霉导一1 哆／，手／岁。 ’77v，／入 z两次积分得： 殷 髓 ’ lb 一二拦