关于多级离心泵轴向力平衡装置的探讨与分析

黄庆

摘 要：轴向力平衡装置是多级离心泵运行过程中必不可少的装置之一，它能够保证其运行过程的可靠性和使用寿命。多级离心泵发展过程中平衡轴向力一直都是其设计的关键性问题。因此，本文就将集中于多级离心泵的轴向力平衡装置，关注其结构原理和设计方案。

关键词：多级离心泵;轴向力平衡装置;结构原理;设计

1  关于多级离心泵轴向力平衡装置以及轴向力的产生

軸向力的存在威胁着离心泵的稳定运行，加大了对止推轴承的工作负荷，甚至造成转子的位移。轴向力平衡装置保证了多级离心泵的运行稳定性，确保了离心泵的使用寿命。随着近些年来技术的不断发展和更新，我们在平衡装置的设计和更新上取得了很大的突破，且全新设计内容下的平衡装置能够满足更多种类结构和实际应用的需求[1]。

多级离心泵轴向力的产生，共分为以下几种：一是在离心泵启动之后，泵两面叶轮的横截面面积不等，其受到的水流压力也有着明显的区别，在叶轮上会产生指向泵进口方向的轴向力，这样状态下产生的压力差会传递给轴承，因此产生了一定的轴向推力。对多级离心泵而言，其轴向力为各级叶轮上产生轴向力的叠加。

二是在立式离心泵由于其自身的重量而产生了一定的轴向力，这种轴向力产生的因素是固定的。卧式泵的转子重力则不会存在该问题。

三是在多级离心泵启动之后内部转子已经处于一种高速旋转的状态，这个时候内外的气流压强会出现一定的差别，外部气压朝内部气压施压，使得内部轴承远端会产生一定的压力，而这种压力最终也会以轴向力的方式呈现出来。

2  多级离心泵轴向力平衡装置的相关设计理念

2.1叶轮对称分布法

叶轮对称分布法主要针对的是因为叶轮横截面不等而产生的轴向力。一般叶轮对称分布法应用在叶轮级数为偶数的多级离心泵当中。将离心泵的叶轮对称安装，能够从根本上解决其不平衡产生的压力，从而使轴向力达到平衡。但是这类方案的设置具有一定的局限性，一般在蜗壳式多级泵当中较为常见，却不常应用在节段式水泵当中。

2.2平衡盘法

平衡盘法（图2）是当前轴向力平衡装置设计过程中较常使用的一种平衡受力方法，其主要利用平衡盘完成轴向力的平衡工作。安装平衡盘能够使多级泵内部的转子结构完成轴向力的平衡，其能量的产出和释放是均衡的，利用平衡盘法引起的泵泄露问题通产只占额定流量的5%左右，但是对于高扬程小流量的泵来说其泄露问题可能会较为严重[2]。因此平衡盘法也有一定的选择性。

2.3平衡鼓法

下图3表示了平衡鼓的典型结构，平衡鼓通常安装在末级叶轮后，平衡腔通过平衡管和泵入口相连通，平衡腔中的液体压力接近于泵入口压力，平衡鼓前最后一级叶轮压力接近于泵出口压力，因此平衡鼓前后形成了很大的压力差，产生了一个向后的推力，这个推力同转子上的轴向力大小接近，方向相反，以此来较好的平衡设计工况下的轴向力。

2.4平衡盘鼓法

平衡盘和平衡鼓相结合的结构，实际上是一种径向和轴向液压平衡装置，它保留了平衡盘的优点，由平衡盘产生的平衡力占比很大，其他部分主要是由平衡鼓来提供。当泵的轴向力发生变化时，通过轴向间隙的变化，调整中间过流室的压力来达到自平衡，不会引起平衡室的压力较大变化，泵的机械密封不会受到太大影响。该方案的应用实际上也对平衡盘起到了一定的保护作用，能够在有限范围之内降低其磨损的程度[3]。

3  多级离心泵轴向力平衡装置改造设计分析

我们在实际设计和应用的过程中，工况的多样性对多级离心泵平衡方案的改进就变得复杂，对其轴向力平衡装置的改造和设计方案需要多样化的试验和探讨。在实践设计过程中，例如，多级离心泵的输送介质含有耐磨颗粒，泵自带的平衡装置往往和实际工况并不吻合。在进行平衡装置改造之前，需要记录并观察多级离心泵的实际使用状态，输送介质的粗糙程度或者摩擦力大小，都会对平衡装置产生一定的冲击，从而造成磨损，严重影响其使用能力和使用寿命[4]。我们改造和设计轴向力平衡装置的目的正在于此，解决平衡装置磨损严重的问题，并在当前设备运行能力的基础之上加强泵的可靠性和安全性[5]。

平衡设计方案需要做到既能够平衡其磨损，也能够提升其性能。可以从其经济效益方面设计平衡机构的分体结构，降低易磨损部位的更换成本;或在易磨损表面喷涂耐磨材料;亦或调整泵平衡装置设计间隙等，以延长平衡机构的使用寿命。多级离心泵轴向力平衡装置的设计工作， 不仅能够使其在运行过程中产生很好的平衡轴向力， 而且还能够在一定程度上增强设备的稳定性和相关零件设备的使用周期， 为企业生产创造更好的经济效益[6].

结束语

我们通过对轴向力平衡装置设计的进一步了解，更加熟悉了关系多级离心泵中轴向力平衡装置的改造内容，面对输送不同介质的多级离心泵，平衡轴向力能够使其降低对平衡结构的磨损，延长整个离心泵的使用寿命。因此，在对其进行设计改造时，应当对当前离心泵的使用情况进行完全的了解，根据其性质和需要改进的方向，选择更为适合的平衡装置改造方式，从而达到更好的改造设计目的，以真正落实离心泵的工作能力和平衡能力。

参考文献：

[1]吴强. 多级离心泵的轴向力平衡装置研究[J]. 大科技， 2020， 000（011）：169-170.

[2]吕见江， 李培华， 邱德祥，等. 多级离心泵轴向力平衡装置的设计与分析研究[J]. 工程技术（引文版）：00200-00200.

[3]刘在伦， 杨建霞， 吴新瑞，等. 离心泵新型轴向力平衡装置动态轴向力计算及设计方法[J]. 兰州理工大学学报， 2018， v.44;No.190（02）：60-64.

[4]张炎， 李双喜， 蔡纪宁，等. 多级离心泵平衡装置的性能研究及结构优化[J]. 流体机械， 2015， 000（010）：16-20，78.

[5]李华政. 多级离心泵平衡装置结构改进[J]. 世界有色金属， 2018， 505（13）：236-237.

[6]路明，何铭. 多级离心泵轴向力平衡装置设计探讨[J]. 科技创新与应用，2015，129（17）：66

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