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O balanceamento da força axial em bombas centrífugas multiestágios é uma tecnologia essencial para garantir uma operação estável. Devido ao arranjo em série dos impulsores, as forças axiais acumulam-se significativamente (até várias toneladas). Se não forem balanceadas corretamente, podem ocorrer sobrecarga nos mancais, danos às vedações ou até mesmo falha do equipamento. Abaixo, apresentamos métodos comuns de balanceamento de força axial, juntamente com seus princípios, vantagens e desvantagens.
1.Arranjo simétrico do impulsor (costas com costas / frente a frente)
No projeto do dispositivo de equilíbrio de força axial de bombas centrífugas modernas, o estágio do impulsor é geralmente selecionado como um número par, pois, quando o estágio do impulsor é um número par, o método de distribuição simétrica do impulsor pode ser usado para equilibrar a força axial do equipamento, e a força axial gerada pelo impulsor simetricamente distribuído durante o processo de operação é igual em magnitude e oposta em direção, e mostrará um estado de equilíbrio no nível macroscópico. No processo de projeto, deve-se observar que o tamanho do estrangulamento de vedação antes da entrada do impulsor reverso seja consistente com o diâmetro do impulsor para garantir uma boa vedação.
●Princípio:Os impulsores adjacentes são dispostos em direções opostas para que suas forças axiais se cancelem.
●Costas com costas:Dois conjuntos de impulsores são instalados simetricamente ao redor do ponto médio do eixo da bomba.
●Cara a cara:Os impulsores são dispostos voltados para dentro ou para fora em uma configuração espelhada.
●Vantagens: Não são necessários dispositivos adicionais; estrutura simples; alta eficiência de balanceamento (mais de 90%).
●Desvantagens: Projeto complexo do corpo da bomba; difícil otimização do caminho do fluxo; aplicável somente a bombas com um número par de estágios.
●Aplicações: Bombas de alimentação de caldeiras de alta pressão, bombas multiestágios petroquímicas.
2. Tambor de balanceamento
A estrutura do tambor de equilíbrio (também conhecido como pistão de equilíbrio) não possui uma folga axial apertada, o que pode compensar a maior parte do empuxo axial, mas não todo o empuxo axial, e não há compensação adicional ao se mover na posição axial, sendo geralmente necessários mancais axiais. Este projeto terá maior recirculação interna (vazamento interno), mas é mais tolerante a partidas, paradas e outras condições transitórias.
●Princípio: Um tambor cilíndrico é instalado após o impulsor do último estágio. O fluido de alta pressão vaza através do vão entre o tambor e a carcaça para uma câmara de baixa pressão, gerando uma força contrária.
● Umavantagens: Forte capacidade de balanceamento, adequada para bombas multiestágios de alta pressão (por exemplo, mais de 10 estágios).
●Desvantagens: Perdas por vazamento (~3–5% da vazão), reduzindo a eficiência. Requer tubos de balanceamento ou sistemas de recirculação adicionais, aumentando a complexidade da manutenção.
●Aplicações: Grandes bombas centrífugas multiestágios (por exemplo, bombas de longa distância para tubulações).
3.Disco de balanceamento
Como um método de projeto comum no processo de projeto do dispositivo de equilíbrio de força axial de bombas centrífugas multiestágio modernas, o método do disco de equilíbrio pode ser moderadamente ajustado de acordo com a demanda de produção, sendo a força de equilíbrio gerada principalmente pela seção transversal entre a folga radial e a folga axial do disco, e a outra parte é gerada principalmente pela folga axial e a seção do raio externo do disco de equilíbrio, e essas duas forças de equilíbrio desempenham o papel de equilibrar a força axial. Comparado a outros métodos, a vantagem do método do prato de equilíbrio é que o diâmetro do prato de equilíbrio é maior e a sensibilidade é maior, o que melhora efetivamente a estabilidade operacional do dispositivo do equipamento. No entanto, devido à pequena folga axial de funcionamento, este projeto é suscetível a desgaste e danos em condições transitórias.
●Princípio: Um disco móvel é instalado após o impulsor do último estágio. A diferença de pressão no disco ajusta dinamicamente sua posição para neutralizar a força axial.
●Vantagens: Adapta-se automaticamente às variações de força axial; alta precisão de balanceamento.
●Desvantagens: O atrito causa desgaste, exigindo substituição periódica. Sensível à limpeza do fluido (partículas podem travar o disco).
●Aplicações:Bombas de água limpa multiestágios em estágio inicial (sendo gradualmente substituídas por tambores de balanceamento).
4.Combinação de tambor e disco de balanceamento
Comparado com o método do prato de equilíbrio, o método do tambor do prato de equilíbrio é diferente, pois o tamanho da parte da bucha do acelerador é maior que o tamanho do cubo do impulsor, enquanto o disco de equilíbrio requer que o tamanho da bucha do acelerador corresponda ao tamanho do cubo do impulsor. De modo geral, no método de projeto do tambor do prato de equilíbrio, a força de equilíbrio gerada pelo prato de equilíbrio é responsável por mais da metade da força axial total, e o máximo pode chegar a 90% da força axial total, e as outras partes são fornecidas principalmente pelo tambor de equilíbrio. Ao mesmo tempo, aumentar moderadamente a força de equilíbrio do tambor de equilíbrio reduzirá correspondentemente a força de equilíbrio do prato de equilíbrio e, correspondentemente, reduzirá o tamanho do prato de equilíbrio, reduzindo assim o grau de desgaste do prato de equilíbrio, melhorando a vida útil das peças do equipamento e garantindo a operação normal da bomba centrífuga multiestágio.
●Princípio:O tambor lida com a maior parte da força axial, enquanto o disco ajusta a força residual.
●Vantagens: Combina estabilidade e adaptabilidade, adequado para condições operacionais variáveis.
●Desvantagens: Estrutura complexa; custo mais alto.
●Aplicações: Bombas industriais de alto desempenho (por exemplo, bombas de refrigeração de reatores nucleares).
5. Rolamentos axiais (balanceamento auxiliar)
●Princípio: Rolamentos de esferas de contato angular ou rolamentos Kingsbury absorvem a força axial residual.
●Vantagens: Backup confiável para outros métodos de balanceamento.
●Desvantagens: Requer lubrificação regular; vida útil mais curta sob altas cargas axiais.
●Aplicações: Bombas multiestágios de pequeno a médio porte ou bombas de alta velocidade.
6. Projeto de impulsor de sucção dupla
●Princípio:Um impulsor de sucção dupla é usado no primeiro estágio ou estágio intermediário, equilibrando a força axial por meio de fluxo de entrada duplo.
●Vantagens: Balanceamento eficaz ao mesmo tempo em que melhora o desempenho da cavitação.
●Desvantagens: Equilibra apenas a força axial de estágio único; outros métodos são necessários para bombas multiestágios.
7. Orifícios de equilíbrio hidráulico (orifícios da placa traseira do impulsor)
●Princípio: Furos são perfurados na placa traseira do impulsor, permitindo que o fluido de alta pressão recircule para a zona de baixa pressão, reduzindo a força axial.
●Vantagens: Simples e de baixo custo.
●Desvantagens: Reduz a eficiência da bomba (~2–4%).Adequado somente para aplicações de baixa força axial; frequentemente requer rolamentos axiais suplementares.
Comparação de métodos de balanceamento de força axial
| Método | Eficiência | Complexidade | Custo de manutenção | Aplicações típicas |
| Impulsores simétricos | ★★★★★ | ★★★ | ★★ | Bombas de alta pressão de estágio par |
| Tambor de balanceamento | ★★★★ | ★★★★ | ★★★ | Bombas multiestágios de alta pressão |
| Disco de balanceamento | ★★★ | ★★★★ | ★★★★ | Fluidos limpos, cargas variáveis |
| Combo de bateria + disco | ★★★★★ | ★★★★★ | ★★★★ | Condições extremas (nucleares, militares) |
| Rolamentos axiais | ★★ | ★★ | ★★★ | Balanceamento de força axial residual |
| Impulsor de sucção dupla | ★★★★ | ★★★ | ★★ | Primeiro estágio ou estágio intermediário |
| Buracos de equilíbrio | ★★ | ★ | ★ | Pequenas bombas de baixa pressão |
Horário da publicação: 29/03/2025