sales@tkflow.com 
Vyvažovanie axiálnej sily vo viacstupňových odstredivých čerpadlách je kritickou technológiou na zabezpečenie stabilnej prevádzky. V dôsledku sériového usporiadania obežných kolies sa axiálne sily značne akumulujú (až niekoľko ton). Ak nie sú správne vyvážené, môže to viesť k preťaženiu ložísk, poškodeniu tesnenia alebo dokonca k poruche zariadenia. Nižšie sú uvedené bežné metódy vyvažovania axiálnej sily spolu s ich princípmi, výhodami a nevýhodami.
1.Symetrické usporiadanie obežných kolies (chrbtom k sebe / čelom k sebe)
Pri návrhu zariadenia na vyváženie axiálnej sily moderného odstredivého čerpadla sa stupeň obežného kolesa vo všeobecnosti volí ako párny, pretože keď je stupeň obežného kolesa párny, možno na vyváženie axiálnej sily zariadenia použiť metódu symetrického rozloženia obežného kolesa a axiálna sila generovaná symetricky rozloženým obežným kolesom počas prevádzky je rovnaká ako veľkosť a opačný smer, čo bude vykazovať rovnovážny stav na makroskopickej úrovni. Pri návrhu je potrebné poznamenať, že veľkosť škrtiaceho otvoru pred vstupom do spätného obežného kolesa je v súlade s priemerom obežného kolesa, aby sa zabezpečilo dobré utesnenie.
●PrincípSusedné obežné kolesá sú usporiadané v opačných smeroch, takže ich axiálne sily sa navzájom rušia.
●Chrbtom k sebeDve sady obežných kolies sú nainštalované symetricky okolo stredu hriadeľa čerpadla.
●Tvárou v tvárObežné kolesá sú usporiadané zrkadlovo smerom dovnútra alebo von.
●VýhodyNie sú potrebné žiadne ďalšie zariadenia; jednoduchá konštrukcia; vysoká účinnosť vyvažovania (viac ako 90 %).
●NevýhodyZložitá konštrukcia telesa čerpadla; náročná optimalizácia prietokovej cesty; použiteľné iba pre čerpadlá s párnym počtom stupňov.
●AplikácieVysokotlakové napájacie čerpadlá do kotlov, viacstupňové čerpadlá pre petrochemické priemysel.
2. Vyvažovací bubon
Štruktúra vyvažovacieho bubna (známa aj ako vyvažovací piest) nemá tesnú axiálnu vôľu, ktorá by mohla kompenzovať väčšinu axiálneho tlaku, ale nie celý axiálny tlak, a pri pohybe v axiálnej polohe nedochádza k žiadnej dodatočnej kompenzácii a vo všeobecnosti sú potrebné axiálne ložiská. Táto konštrukcia bude mať vyššiu vnútornú recirkuláciu (vnútorný únik), ale je tolerantnejšia k spúšťaniu, vypínaniu a iným prechodným podmienkam.
●PrincípZa obežným kolesom posledného stupňa je nainštalovaný valcový bubon. Vysokotlaková kvapalina presakuje cez medzeru medzi bubnom a puzdrom do nízkotlakovej komory, čím vytvára protiľahlú silu.
● AvýhodySilná vyvažovacia schopnosť, vhodné pre vysokotlakové, viacstupňové čerpadlá (napr. 10+ stupňov).
●NevýhodyStraty únikom (~3–5 % prietoku), čo znižuje účinnosť. Vyžaduje si dodatočné vyvažovacie potrubia alebo recirkulačné systémy, čo zvyšuje zložitosť údržby.
●AplikácieVeľké viacstupňové odstredivé čerpadlá (napr. čerpadlá pre diaľkové potrubia).
3.Vyvažovací disk
Ako bežná metóda návrhu v procese návrhu zariadenia na vyváženie axiálnej sily moderného viacstupňového odstredivého čerpadla sa metóda vyvažovacieho kotúča môže mierne upraviť podľa požiadaviek výroby, pričom vyvažovacia sila je generovaná hlavne prierezom medzi radiálnou vôľou a axiálnou vôľou kotúča a druhá časť je generovaná hlavne axiálnou vôľou a vonkajším polomerom vyvažovacieho kotúča a tieto dve vyvažovacie sily zohrávajú úlohu vyvažovania axiálnej sily. V porovnaní s inými metódami je výhodou metódy vyvažovacieho kotúča väčší priemer vyvažovacieho kotúča a vyššia citlivosť, čo účinne zlepšuje prevádzkovú stabilitu zariadenia. Avšak kvôli malej axiálnej vôli je táto konštrukcia náchylná na opotrebovanie a poškodenie v prechodných podmienkach.
●PrincípZa obežným kolesom posledného stupňa je nainštalovaný pohyblivý disk. Rozdiel tlaku na disku dynamicky upravuje jeho polohu, aby pôsobil proti axiálnej sile.
●VýhodyAutomaticky sa prispôsobuje zmenám axiálnej sily; vysoká presnosť vyváženia.
●NevýhodyTrenie spôsobuje opotrebovanie, ktoré si vyžaduje pravidelnú výmenu. Citlivé na čistotu kvapaliny (častice môžu zaseknúť disk).
●AplikácieViacstupňové čerpadlá na čistú vodu v počiatočnom štádiu (postupne nahrádzané vyvažovacími bubnami).
4.Kombinácia vyvažovacieho bubna a disku
V porovnaní s metódou vyvažovacej dosky sa metóda bubna vyvažovacej dosky líši tým, že veľkosť jeho škrtiacej objímky je väčšia ako veľkosť náboja obežného kolesa, zatiaľ čo vyvažovací kotúč vyžaduje, aby veľkosť škrtiacej objímky zodpovedala veľkosti náboja obežného kolesa. Vo všeobecnosti pri metóde návrhu bubna vyvažovacej dosky predstavuje vyvažovacia sila generovaná vyvažovacou doskou viac ako polovicu celkovej axiálnej sily a maximum môže dosiahnuť 90 % celkovej axiálnej sily a ostatné časti sú zabezpečené hlavne vyvažovacím bubnom. Zároveň mierne zvýšenie vyvažovacej sily vyvažovacieho bubna zodpovedajúcim spôsobom zníži vyvažovaciu silu vyvažovacej dosky a zodpovedajúcim spôsobom zmenší jej veľkosť, čím sa zníži stupeň opotrebovania vyvažovacej dosky, zlepší sa životnosť častí zariadenia a zabezpečí sa normálna prevádzka viacstupňového odstredivého čerpadla.
●PrincípBubon prenáša väčšinu axiálnej sily, zatiaľ čo disk jemne dolaďuje zvyškovú silu.
●VýhodyKombinuje stabilitu a prispôsobivosť, vhodný pre rôzne prevádzkové podmienky.
●NevýhodyZložitá štruktúra; vyššie náklady.
●AplikácieVysokovýkonné priemyselné čerpadlá (napr. čerpadlá chladiacej kvapaliny jadrových reaktorov).
5. Axiálne ložiská (pomocné vyvažovanie)
●PrincípGuľkové ložiská s kosouhlým stykom alebo ložiská Kingsbury absorbujú zvyškovú axiálnu silu.
●VýhodySpoľahlivá záloha pre iné metódy vyvažovania.
●NevýhodyVyžaduje pravidelné mazanie; kratšia životnosť pri vysokom axiálnom zaťažení.
●AplikácieMalé až stredné viacstupňové čerpadlá alebo vysokorýchlostné čerpadlá.
6. Konštrukcia obežného kolesa s dvojitým saním
●PrincípV prvom alebo medzistupni sa používa obežné koleso s dvojitým saním, ktoré vyvažuje axiálnu silu prostredníctvom obojstranného prítoku.
●VýhodyEfektívne vyváženie a zároveň zlepšenie kavitačného výkonu.
●NevýhodyVyrovnáva iba axiálnu silu jednostupňových čerpadiel; pre viacstupňové čerpadlá sú potrebné iné metódy.
7. Otvory pre hydraulické vyváženie (otvory v zadnej doske obežného kolesa)
●PrincípV zadnej doske obežného kolesa sú vyvŕtané otvory, ktoré umožňujú recirkuláciu vysokotlakovej kvapaliny do nízkotlakovej zóny, čím sa znižuje axiálna sila.
●VýhodyJednoduché a lacné.
●NevýhodyZnižuje účinnosť čerpadla (~2–4 %).Vhodné len pre aplikácie s nízkou axiálnou silou; často vyžaduje doplnkové axiálne ložiská.
Porovnanie metód vyvažovania axiálnych síl
| Metóda | Efektívnosť | Zložitosť | Náklady na údržbu | Typické aplikácie |
| Symetrické obežné kolesá | ★★★★★ | ★★★ | ★★ | Rovnomerné vysokotlakové čerpadlá |
| Vyvažovací bubon | ★★★★ | ★★★★ | ★★★ | Viacstupňové čerpadlá s vysokou výtlačnou silou |
| Vyvažovací disk | ★★★ | ★★★★ | ★★★★ | Čisté kvapaliny, variabilné zaťaženie |
| Kombinácia bicích a disku | ★★★★★ | ★★★★★ | ★★★★ | Extrémne podmienky (jadrové, vojenské) |
| Axiálne ložiská | ★★ | ★★ | ★★★ | Vyváženie zvyškových axiálnych síl |
| Dvojité sacie obežné koleso | ★★★★ | ★★★ | ★★ | Prvé alebo stredné štádium |
| Vyvažovacie otvory | ★★ | ★ | ★ | Malé nízkotlakové čerpadlá |
Čas uverejnenia: 29. marca 2025