卧式多级离心泵常见的轴向力平衡装置形式

       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%，很大可到 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 L_W=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。