關于多級離心泵軸向力平衡裝置的探討與分析

黃慶

摘 要：軸向力平衡裝置是多級離心泵運行過程中必不可少的裝置之一，它能夠保證其運行過程的可靠性和使用壽命。多級離心泵發展過程中平衡軸向力一直都是其設計的關鍵性問題。因此，本文就將集中于多級離心泵的軸向力平衡裝置，關注其結構原理和設計方案。

關鍵詞：多級離心泵;軸向力平衡裝置;結構原理;設計

1? 關于多級離心泵軸向力平衡裝置以及軸向力的產生

軸向力的存在威脅著離心泵的穩定運行，加大了對止推軸承的工作負荷，甚至造成轉子的位移。軸向力平衡裝置保證了多級離心泵的運行穩定性，確保了離心泵的使用壽命。隨著近些年來技術的不斷發展和更新，我們在平衡裝置的設計和更新上取得了很大的突破，且全新設計內容下的平衡裝置能夠滿足更多種類結構和實際應用的需求[1]。

多級離心泵軸向力的產生，共分為以下幾種：一是在離心泵啟動之后，泵兩面葉輪的橫截面面積不等，其受到的水流壓力也有著明顯的區別，在葉輪上會產生指向泵進口方向的軸向力，這樣狀態下產生的壓力差會傳遞給軸承，因此產生了一定的軸向推力。對多級離心泵而言，其軸向力為各級葉輪上產生軸向力的疊加。

二是在立式離心泵由于其自身的重量而產生了一定的軸向力，這種軸向力產生的因素是固定的。臥式泵的轉子重力則不會存在該問題。

三是在多級離心泵啟動之后內部轉子已經處于一種高速旋轉的狀態，這個時候內外的氣流壓強會出現一定的差別，外部氣壓朝內部氣壓施壓，使得內部軸承遠端會產生一定的壓力，而這種壓力最終也會以軸向力的方式呈現出來。

2? 多級離心泵軸向力平衡裝置的相關設計理念

2.1葉輪對稱分布法

葉輪對稱分布法主要針對的是因為葉輪橫截面不等而產生的軸向力。一般葉輪對稱分布法應用在葉輪級數為偶數的多級離心泵當中。將離心泵的葉輪對稱安裝，能夠從根本上解決其不平衡產生的壓力，從而使軸向力達到平衡。但是這類方案的設置具有一定的局限性，一般在蝸殼式多級泵當中較為常見，卻不常應用在節段式水泵當中。

2.2平衡盤法

平衡盤法（圖2）是當前軸向力平衡裝置設計過程中較常使用的一種平衡受力方法，其主要利用平衡盤完成軸向力的平衡工作。安裝平衡盤能夠使多級泵內部的轉子結構完成軸向力的平衡，其能量的產出和釋放是均衡的，利用平衡盤法引起的泵泄露問題通產只占額定流量的5%左右，但是對于高揚程小流量的泵來說其泄露問題可能會較為嚴重[2]。因此平衡盤法也有一定的選擇性。

2.3平衡鼓法

下圖3表示了平衡鼓的典型結構，平衡鼓通常安裝在末級葉輪后，平衡腔通過平衡管和泵入口相連通，平衡腔中的液體壓力接近于泵入口壓力，平衡鼓前最后一級葉輪壓力接近于泵出口壓力，因此平衡鼓前后形成了很大的壓力差，產生了一個向后的推力，這個推力同轉子上的軸向力大小接近，方向相反，以此來較好的平衡設計工況下的軸向力。

2.4平衡盤鼓法

平衡盤和平衡鼓相結合的結構，實際上是一種徑向和軸向液壓平衡裝置，它保留了平衡盤的優點，由平衡盤產生的平衡力占比很大，其他部分主要是由平衡鼓來提供。當泵的軸向力發生變化時，通過軸向間隙的變化，調整中間過流室的壓力來達到自平衡，不會引起平衡室的壓力較大變化，泵的機械密封不會受到太大影響。該方案的應用實際上也對平衡盤起到了一定的保護作用，能夠在有限范圍之內降低其磨損的程度[3]。

3? 多級離心泵軸向力平衡裝置改造設計分析

我們在實際設計和應用的過程中，工況的多樣性對多級離心泵平衡方案的改進就變得復雜，對其軸向力平衡裝置的改造和設計方案需要多樣化的試驗和探討。在實踐設計過程中，例如，多級離心泵的輸送介質含有耐磨顆粒，泵自帶的平衡裝置往往和實際工況并不吻合。在進行平衡裝置改造之前，需要記錄并觀察多級離心泵的實際使用狀態，輸送介質的粗糙程度或者摩擦力大小，都會對平衡裝置產生一定的沖擊，從而造成磨損，嚴重影響其使用能力和使用壽命[4]。我們改造和設計軸向力平衡裝置的目的正在于此，解決平衡裝置磨損嚴重的問題，并在當前設備運行能力的基礎之上加強泵的可靠性和安全性[5]。

平衡設計方案需要做到既能夠平衡其磨損，也能夠提升其性能。可以從其經濟效益方面設計平衡機構的分體結構，降低易磨損部位的更換成本;或在易磨損表面噴涂耐磨材料;亦或調整泵平衡裝置設計間隙等，以延長平衡機構的使用壽命。多級離心泵軸向力平衡裝置的設計工作， 不僅能夠使其在運行過程中產生很好的平衡軸向力， 而且還能夠在一定程度上增強設備的穩定性和相關零件設備的使用周期， 為企業生產創造更好的經濟效益[6].

結束語

我們通過對軸向力平衡裝置設計的進一步了解，更加熟悉了關系多級離心泵中軸向力平衡裝置的改造內容，面對輸送不同介質的多級離心泵，平衡軸向力能夠使其降低對平衡結構的磨損，延長整個離心泵的使用壽命。因此，在對其進行設計改造時，應當對當前離心泵的使用情況進行完全的了解，根據其性質和需要改進的方向，選擇更為適合的平衡裝置改造方式，從而達到更好的改造設計目的，以真正落實離心泵的工作能力和平衡能力。

參考文獻：

[1]吳強. 多級離心泵的軸向力平衡裝置研究[J]. 大科技， 2020， 000（011）：169-170.

[2]呂見江， 李培華， 邱德祥，等. 多級離心泵軸向力平衡裝置的設計與分析研究[J]. 工程技術（引文版）：00200-00200.

[3]劉在倫， 楊建霞， 吳新瑞，等. 離心泵新型軸向力平衡裝置動態軸向力計算及設計方法[J]. 蘭州理工大學學報， 2018， v.44;No.190（02）：60-64.

[4]張炎， 李雙喜， 蔡紀寧，等. 多級離心泵平衡裝置的性能研究及結構優化[J]. 流體機械， 2015， 000（010）：16-20，78.

[5]李華政. 多級離心泵平衡裝置結構改進[J]. 世界有色金屬， 2018， 505（13）：236-237.

[6]路明，何銘. 多級離心泵軸向力平衡裝置設計探討[J]. 科技創新與應用，2015，129（17）：66

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