多级离心泵常见的轴向力平衡装置

多级离心泵常见的轴向力平衡装置

軸向力平衡装置的选取是多级离心泵设计中的关键问题，其目的是平衡轴向力，防止转子的轴向窜动。文章分析了多级离心泵轴向力产生原因，并介绍了常用的平衡装置。

标签：多级泵；轴向力；平衡装置

引言

多级离心泵在电力、石油化工等行业被广泛应用。轴向力平衡装置的选取是泵组设计的关键问题，检查平衡装置是否需要更换或优化也是多级离心泵维修中的一项重要工作。泵组运转过程中，若平衡装置不能中和泵组产生的轴向力，则会造成泵动静部件摩擦而降低效率，严重时泵转子与各静部件咬死而导致泵损坏。

1 轴向力的产生

多级离心泵运行过程中产生的轴向力包括以下几种：因作用在各叶轮吸入端（驱动端）和吐出端（自由端）的压力不相等，从而产生指向泵驱动端的轴向力；液体从吸入口到排出口改变方向时作用在叶片上的力，指向叶轮背面，称为动反力；由于泵内叶轮进口压力与外部大气压不同，在轴端和轴台阶上产生的轴向力；立式泵转子重量引起的向下的轴向力；其他轴向力。

2 轴向力的平衡装置

总轴向力会使转子轴向窜动，造成泵动静部件摩擦，而平衡装置的两端有一个压力差，其中的液体形成一个与总轴向力方向相反的平衡力，平衡力大小随平衡盘的移动而变化，直到与轴向力抵消，但由于惯性的作用转子不会立即停止窜动，而是在平衡位置左右窜动且幅度不断减小，最终停留在平衡位置，故随着运行工况的变化，泵转子始终处于动态平衡状态。

平衡装置的设计为多级离心泵设计中的重点，包括叶轮对称布置（适用于偶数级泵）与平衡盘（鼓）法两大类，平衡盘（鼓）法又包括平衡鼓、平衡盘、平衡盘鼓、双平衡鼓形式，随着结构的逐渐复杂，平衡效果也越好。

平衡盘（鼓）法多与推力轴承配合使用，推力轴承一般只承受5%～10%的轴向力，在设计平衡盘（鼓）时，一般不考虑推力轴承平衡的轴向力，保证泵在推力轴承损坏的情况下，平衡盘（鼓）仍能正常工作。

2.1 叶轮对称布置法

叶轮级数为偶数时可采用叶轮对称布置法平衡轴向力，设计上要注意反向叶

轮入口前的密封节流衬套尺寸要与叶轮轮毂尺寸一致。此方法多用于蜗壳式多级泵，用于节段式泵时会增加级间泄露。

2.2 平衡鼓法

英国WEIR公司确定平衡鼓直径为首级叶轮密封环直径的93%。平衡鼓法承受平衡力过大，在大流量工况下容易引起轴向力反向，引起转子振动。

2.3 平衡盘法

平衡盘结构与各部分承担轴向力如图1所示，平衡力一部分由径向间隙直径R0至平衡盘轴向间隙内半径R1截面上产生，另一部分由平衡盘轴向间隙内半径R1到外半径R2截面上产生。平衡盘的灵敏度越高，平衡盘的径向尺寸越大，通常取k=0.3～0.5，泄漏量一般为额定流量的4～10%，但高扬程小流量泵可能高达20%。

2.4 平衡盘鼓法

平衡盘鼓联合装置与平衡盘的区别是：平衡盘鼓的节流轴套部分尺寸比轮毂尺寸大，而平衡盘节流轴套部分与轮毂同尺寸。平衡盘鼓结构与各部分承担轴向力如图2所示，通常由平衡鼓平衡总轴向力的50～80%，最大可到90%，增加平衡鼓的平衡力，有利于减小平衡盘的尺寸和增加轴向间隙，减少平衡盘的磨损。通常平衡盘外半径RW=（1.2～1.4）Rn，平衡盘轴向间隙长度b0=（0.2～0.4）Rn。

2.5 双平衡鼓法

双平衡鼓实质上就是在平衡盘鼓联合装置基础上，在平衡盘外径上增加一道径向间隙，使平衡盘起到部分平衡鼓的作用，这样可以使轴向间隙进一步加大，进而减少平衡盘的磨损和降低轴向间隙对装配的要求，同时也增加了阻力损失，减少平衡水的泄露量。双平衡鼓结构与各部分承担轴向力如图3所示，一般由平衡鼓（小鼓）平衡50%～70%的轴向力，平衡盘（大鼓）平衡剩余的轴向力。一般选小鼓的径向间隙长度L1=120～160mm，大鼓的径向间隙长度LW=40～80mm，大鼓的轴向间隙b0=0.15～0.25mm，轴向间隙大，平衡盘不易产生摩擦，但平衡室压力下降，会减少大鼓的平衡力。

3 结束语

平衡装置的设计是多级泵设计中的关键问题之一，选择合适的平衡装置对泵组平稳运行、节省维护费用意义重大。

作者简介：王胜坤（1986，8-），男，北京，研究生学历，助理工程师，研究方向：采购管理。