sales@tkflow.com 
Балансировка осевой силы в многоступенчатых центробежных насосах является важнейшей технологией для обеспечения стабильной работы. Из-за последовательного расположения рабочих колес осевые силы накапливаются в значительных количествах (до нескольких тонн). Если они не сбалансированы должным образом, это может привести к перегрузке подшипников, повреждению уплотнения или даже выходу из строя оборудования. Ниже приведены распространенные методы балансировки осевой силы, а также их принципы, преимущества и недостатки.
1.Симметричное расположение рабочего колеса (спина к спине / лицо к лицу)
При проектировании устройства балансировки осевой силы современного центробежного насоса ступень рабочего колеса обычно выбирается как четное число, поскольку, когда ступень рабочего колеса является четным числом, метод симметричного распределения рабочего колеса может быть использован для балансировки осевой силы оборудования, а осевая сила, создаваемая симметрично распределенным рабочим колесом в процессе работы, равна по величине и противоположна по направлению, и она будет показывать состояние равновесия на макроскопическом уровне. В процессе проектирования следует отметить, что размер дросселирования уплотнения перед входом обратного рабочего колеса соответствует диаметру рабочего колеса для обеспечения хорошей герметизации.
●Принцип: Соседние рабочие колеса расположены в противоположных направлениях, так что их осевые силы компенсируют друг друга.
●Спина к спине: Два комплекта рабочих колес установлены симметрично вокруг средней точки вала насоса.
●Лицом к лицу: Рабочие колеса расположены в зеркальном отображении, обращенном внутрь или наружу.
●Преимущества: Не требуется дополнительных устройств; простая конструкция; высокая эффективность балансировки (более 90%).
●Недостатки: Сложная конструкция корпуса насоса; сложная оптимизация пути потока; применимо только к насосам с четным числом ступеней.
●Приложения: Питательные насосы котлов высокого давления, многоступенчатые насосы для нефтехимической промышленности.
2. Балансировочный барабан
Конструкция балансировочного барабана (также известная как балансировочный поршень) не имеет плотного осевого рабочего зазора, который может компенсировать большую часть осевого усилия, но не все осевое усилие, и нет дополнительной компенсации при перемещении в осевом положении, и, как правило, требуются упорные подшипники. Такая конструкция будет иметь более высокую внутреннюю рециркуляцию (внутреннюю утечку), но более устойчива к запускам, отключениям и другим переходным состояниям.
●Принцип: Цилиндрический барабан установлен после рабочего колеса последней ступени. Жидкость высокого давления просачивается через зазор между барабаном и корпусом в камеру низкого давления, создавая противодействующую силу.
● Апреимущества: Высокая способность балансировки, подходит для многоступенчатых насосов высокого давления (например, 10+ ступеней).
●Недостатки: Потери на утечку (~3–5% от расхода), снижающие эффективность. Требуются дополнительные балансировочные трубы или системы рециркуляции, что увеличивает сложность обслуживания.
●Приложения: Большие многоступенчатые центробежные насосы (например, насосы для магистральных трубопроводов).
3.Балансировочный диск
Как распространенный метод проектирования в процессе проектирования устройства балансировки осевой силы современного многоступенчатого центробежного насоса, метод балансировочного диска может быть умеренно скорректирован в соответствии с требованиями производства, а сила балансировки в основном создается поперечным сечением между радиальным зазором и осевым зазором диска, а другая часть в основном создается осевым зазором и наружным радиусным сечением балансировочного диска, и эти две силы балансировки играют роль балансировки осевой силы. По сравнению с другими методами преимущество метода балансировочной пластины заключается в том, что диаметр балансировочной пластины больше, а чувствительность выше, что эффективно повышает стабильность работы устройства оборудования. Однако из-за небольшого осевого рабочего зазора эта конструкция подвержена износу и повреждению в переходных условиях.
●Принцип: Подвижный диск установлен после рабочего колеса последней ступени. Перепад давления на диске динамически регулирует его положение для противодействия осевой силе.
●Преимущества: Автоматически адаптируется к изменениям осевой силы; высокая точность балансировки.
●Недостатки: Трение вызывает износ, требующий периодической замены. Чувствителен к чистоте жидкости (частицы могут заклинить диск).
●Приложения: Ранние многоступенчатые насосы для чистой воды (постепенно заменяются балансировочными барабанами).
4.Балансировочная комбинация барабана и диска
По сравнению с методом балансировочной пластины метод балансировочного барабана отличается тем, что размер его дроссельной втулки больше размера ступицы рабочего колеса, в то время как балансировочный диск требует, чтобы размер дроссельной втулки соответствовал размеру ступицы рабочего колеса. Вообще говоря, в методе проектирования балансировочного барабана сила равновесия, создаваемая балансировочной пластиной, составляет более половины общей осевой силы, а максимум может достигать 90% общей осевой силы, а остальные части в основном обеспечиваются балансировочным барабаном. В то же время умеренное увеличение силы равновесия балансировочного барабана соответственно уменьшит силу равновесия балансировочной пластины и соответственно уменьшит размер балансировочной пластины, тем самым уменьшив степень износа балансировочной пластины, улучшив срок службы деталей оборудования и обеспечив нормальную работу многоступенчатого центробежного насоса.
●Принцип: Барабан воспринимает большую часть осевого усилия, в то время как диск точно регулирует остаточное усилие.
●Преимущества: Сочетает в себе стабильность и адаптивность, подходит для переменных условий эксплуатации.
●Недостатки: Сложная структура; более высокая стоимость.
●Приложения: Высокопроизводительные промышленные насосы (например, насосы охлаждения ядерных реакторов).
5. Упорные подшипники (вспомогательная балансировка)
●Принцип: Радиально-упорные шарикоподшипники или подшипники Kingsbury поглощают остаточную осевую силу.
●Преимущества: Надежная поддержка других методов балансировки.
●Недостатки: Требуется регулярная смазка; сокращается срок службы при высоких осевых нагрузках.
●Приложения: Малые и средние многоступенчатые насосы или высокоскоростные насосы.
6. Конструкция рабочего колеса с двойным всасыванием
●Принцип: На первой или промежуточной ступени используется рабочее колесо с двойным всасыванием, уравновешивающее осевое усилие за счет двухстороннего притока.
●Преимущества: Эффективная балансировка и улучшение кавитационных характеристик.
●Недостатки: Уравновешивает только одноступенчатую осевую силу; для многоступенчатых насосов необходимы другие методы.
7. Гидравлические балансировочные отверстия (отверстия в задней пластине рабочего колеса)
●Принцип: В задней пластине рабочего колеса просверлены отверстия, позволяющие жидкости высокого давления рециркулировать в зону низкого давления, что снижает осевое усилие.
●Преимущества: Просто и недорого.
●Недостатки: Снижает эффективность насоса (~2–4%).Подходит только для применений с низкой осевой силой; часто требует дополнительных упорных подшипников.
Сравнение методов балансировки осевой силы
| Метод | Эффективность | Сложность | Стоимость обслуживания | Типичные применения |
| Симметричные рабочие колеса | ★★★★★ | ★★★ | ★★ | Равноступенчатые насосы высокого давления |
| Балансировочный барабан | ★★★★ | ★★★★ | ★★★ | Высоконапорные многоступенчатые насосы |
| Балансировочный диск | ★★★ | ★★★★ | ★★★★ | Чистые жидкости, переменные нагрузки |
| Комбинация барабана и диска | ★★★★★ | ★★★★★ | ★★★★ | Экстремальные условия (ядерные, военные) |
| Упорные подшипники | ★★ | ★★ | ★★★ | Балансировка остаточной осевой силы |
| Рабочее колесо двойного всасывания | ★★★★ | ★★★ | ★★ | Первая или промежуточная стадия |
| Балансировочные отверстия | ★★ | ★ | ★ | Малые насосы низкого давления |
Время публикации: 29-мар-2025