一、引言
硫酸液下泵为单级立式悬臂离心液下泵。泵体淹没在介质内，适合于化肥工业中抽吸硫酸或料浆之用，也可以用在其它粘度低于３００ｃｐ化工流程中，输送具有腐蚀性的含固、粘性的液体。输送介质泵的温度在１００℃以下。
最近，中条山有色金属公司使用江苏双达泵阀制造有限公司浓硫酸液下泵型号为２００ＦＹＬ－３２（专轴），介质密度为１．８４×１０３ｋｇ／ｍ３，N=９０ｋＷ，Q＝３６０ｍ３／ｈ，H＝３２ｍ，n＝１４０ｒ／ｍｉｎ，叶轮直径D＝３４０ｍｍ。实际运转不超过１０天，泵就出现断轴和叶轮磨损严重的情况。从损坏的情况来看，断轴的位置是在叶轮螺母处，而叶轮口环处的磨损最严重，其主要原因是由于径向力不平衡造成的。
二、产生径向力不平衡的原因
产生径向力是因为在采用螺旋型压水室的离心泵中，如果水泵运转时工况离开设计工况，则在叶轮上会受到径向的液体压力。这是由于当水泵在设计工况运转时，叶轮出口处液体流出时的流速与压水室中液体的流速相等，液体流进压水室不产生撞击现象，压水室中各处液体的压强是一样的，故作用于叶轮四周的液体压强相等，在叶轮上不会作用径向力；如果水泵运转的工况为非设计工况（例如流量小于设计工况的流量），则在压水室中液体流速也应比设计工况时的流速小，而从叶轮中流出的液体的流速就应比设计工况时的流速大，可从出口速度三角形中看出。这样，液体流入压水室时，就会产生撞击现象，把液体的动能变为压能，压水室中液体的压强因沿途不断受到撞击提高压强，故从压水室隔舌开始液体压强逐渐增大，如图１所示。
（１）如果水泵运转的流量大于设计工况流量时，则情况相反：液体自叶轮中流出时的速度比设计工况的速度小，而压水室中液体的速度则比设计工况的速度大；叶轮流出的速度较小的液体流入压水室中产生撞击，使速度增大，压强降低。这样，从压水室隔舌开始，液体压强逐渐减小，如图２所示。
（２）当流量小于设计工况流量时，可从图１看出，由于撞击而产生的径向力P的方向应当指向离隔舌，并向涡壳中液流的同方向转９０°的方向，这一点极易证明。图１上沿圆周压强分布线ABC是一条上升值与角度成正比的螺旋线。在离隔舌１８０°的地方开始，做一条与之相同的螺旋线A′B′，则把隔舌从１８０°到３６０°之间的压强分成两段，即与AB完全一样的A′B部分和A′BCB′部分。AB部分引起的径向力与A′B′部分引起的径向力正好抵消，而A′BCB′的剩余压强大小均相等。因此，径向力P的方向应当向上，即指向离隔舌９０°的方向。同样，当流量大于设计流量时，这部分的径向力P应当是指向下方，即指向从隔舌开始２７０°的地方。这就是径向力产生的主要原因。
当水泵流量小于设计流量时，圆周上的动反力如果向反时针方向旋转９０°，则动反力R的分布图与图２的形状相像，其合力应当向下。再顺时针转动９０°，则得到动反力的合力方向，它是指向隔舌的。于是可知：当水泵流量大于设计流量时，动反力所形成的径向力应当指向隔舌的反方向。把P及R均画在图１和图２上，并求出其合力F，F就是液体作用在叶轮上的径向力。可以看出：当水泵流量小于设计工况时，径向力指向离隔舌不到９０°的方向；当水泵流量大于设计工况时，指向与上述相反，指向离隔舌不到２７０°的方向。径向力的大小可由Ａ．Ａ斯切潘诺夫的经验公式计算：
F=0.1722HB2D2ρg
式中：Qd为设计工况的流量；B2为叶轮出口的宽度。
三、解决径向力不平衡的方案
硫酸液下泵的结构一般都采用单涡壳的压水室结构和带有口环的叶轮结构，如图３所示。
针对损坏的情况，做如下的结构改进：
（１）采用双螺旋型压水室（原结构为单螺旋型），如图４所示。这种双螺旋型压水室的结构主要是利用两个涡壳对称的结构来平衡径向力，在图１和图２中看出来，它可平衡偏离工况时产生的径向力。这种做法对于较小的离心泵，会降低水力效率；而对于较大的水泵，经验证明双螺旋压水室并不降低水泵的效率。因此可以采用这种方法。
（2）对叶轮的结构进行调整，即把叶轮改外单端面密封，接触面积保持不变，原结构和改进的结构如图５和图６所示。
改进后的结构防止了在轴变型后由于挠度较大造成偏心后对叶轮的磨损。原来结构在挠度较大时会对叶轮有很大的磨损，使得叶轮的轴会断掉；改进后的情况可以避免这种情况，对叶轮的安全运转有很大的好处。
四、结束语
改进后的硫酸液下泵已经安全运行了半年多的时间，运行情况良好。这两种结构的改进为以后泵的设计提供了很好的借鉴方法。