Cân bằng lực dọc trục trong bơm ly tâm nhiều tầng là công nghệ quan trọng để đảm bảo hoạt động ổn định. Do sự sắp xếp theo chuỗi các cánh bơm, lực dọc trục tích tụ đáng kể (lên đến vài tấn). Nếu không cân bằng đúng cách, điều này có thể dẫn đến quá tải ổ trục, hỏng phớt hoặc thậm chí hỏng thiết bị. Dưới đây là các phương pháp cân bằng lực dọc trục phổ biến, cùng với các nguyên lý, ưu điểm và nhược điểm của chúng.
1.Bố trí cánh quạt đối xứng (Lưng đối lưng / Mặt đối mặt)

Trong thiết kế thiết bị cân bằng lực dọc trục của bơm ly tâm hiện đại, tầng cánh quạt thường được chọn là số chẵn, vì khi tầng cánh quạt là số chẵn, phương pháp phân phối đối xứng cánh quạt có thể được sử dụng để cân bằng lực dọc trục của thiết bị, và lực dọc trục do cánh quạt phân phối đối xứng tạo ra trong quá trình vận hành có độ lớn bằng nhau và ngược hướng, và nó sẽ thể hiện trạng thái cân bằng ở cấp độ vĩ mô. Trong quá trình thiết kế, cần lưu ý rằng kích thước tiết lưu bịt kín trước cửa vào của cánh quạt đảo ngược phải phù hợp với đường kính của cánh quạt để đảm bảo bịt kín tốt.
●Nguyên tắc:Các cánh quạt liền kề được bố trí theo các hướng ngược nhau sao cho lực dọc trục của chúng triệt tiêu lẫn nhau.
●Liên tiếp:Hai bộ cánh quạt được lắp đối xứng xung quanh điểm giữa trục bơm.
●Đối mặt:Các cánh quạt được bố trí hướng vào trong hoặc hướng ra ngoài theo hình dạng phản chiếu.
●Thuận lợi: Không cần thiết bị bổ sung; cấu trúc đơn giản; hiệu suất cân bằng cao (trên 90%).
●Nhược điểm: Thiết kế vỏ bơm phức tạp; tối ưu hóa đường dẫn dòng chảy khó khăn; chỉ áp dụng cho các bơm có số tầng chẵn.
●Ứng dụng: Bơm cấp nước cho nồi hơi áp suất cao, bơm đa tầng hóa dầu.
2. Trống cân bằng

Cấu trúc trống cân bằng (còn được gọi là piston cân bằng) không có khe hở chạy dọc trục chặt chẽ, có thể bù cho hầu hết lực đẩy dọc trục, nhưng không phải toàn bộ lực đẩy dọc trục, và không có sự bù trừ bổ sung khi di chuyển ở vị trí dọc trục, và ổ trục đẩy thường được yêu cầu. Thiết kế này sẽ có tuần hoàn bên trong cao hơn (rò rỉ bên trong) nhưng chịu được nhiều hơn các lần khởi động, tắt máy và các điều kiện thoáng qua khác.
●Nguyên tắc: Một trống hình trụ được lắp đặt sau cánh quạt giai đoạn cuối. Chất lỏng áp suất cao rò rỉ qua khe hở giữa trống và vỏ vào khoang áp suất thấp, tạo ra lực phản tác dụng.
● Mộtlợi thế: Khả năng cân bằng mạnh mẽ, phù hợp với máy bơm áp suất cao, nhiều tầng (ví dụ: 10 tầng trở lên).
●Nhược điểm: Tổn thất rò rỉ (~3–5% lưu lượng), làm giảm hiệu quả. Cần thêm ống cân bằng hoặc hệ thống tuần hoàn, làm tăng độ phức tạp của việc bảo trì.
●Ứng dụng: Máy bơm ly tâm đa tầng lớn (ví dụ: máy bơm đường ống đường dài).
3.Đĩa cân bằng

Là một phương pháp thiết kế phổ biến trong quá trình thiết kế thiết bị cân bằng lực dọc trục của máy bơm ly tâm đa tầng hiện đại, phương pháp đĩa cân bằng có thể được điều chỉnh vừa phải theo nhu cầu sản xuất và lực cân bằng chủ yếu được tạo ra bởi mặt cắt ngang giữa khe hở hướng tâm và khe hở trục của đĩa, và phần còn lại chủ yếu được tạo ra bởi khe hở trục và phần bán kính ngoài của đĩa cân bằng và hai lực cân bằng này đóng vai trò cân bằng lực dọc trục. So với các phương pháp khác, ưu điểm của phương pháp tấm cân bằng là đường kính của tấm cân bằng lớn hơn và độ nhạy cao hơn, giúp cải thiện hiệu quả độ ổn định vận hành của thiết bị. Tuy nhiên, do khe hở chạy dọc trục nhỏ nên thiết kế này dễ bị mài mòn và hư hỏng trong điều kiện thoáng qua.
●Nguyên tắc: Một đĩa di động được lắp đặt sau cánh quạt giai đoạn cuối. Chênh lệch áp suất trên đĩa tự động điều chỉnh vị trí của nó để chống lại lực dọc trục.
●Thuận lợi: Tự động thích ứng với các thay đổi lực dọc trục; độ chính xác cân bằng cao.
●Nhược điểm: Ma sát gây ra sự mài mòn, cần phải thay thế định kỳ. Nhạy cảm với độ sạch của chất lỏng (các hạt có thể làm kẹt đĩa).
●Ứng dụng: Máy bơm nước sạch đa tầng giai đoạn đầu (dần dần được thay thế bằng thùng cân bằng).
4.Kết hợp trống cân bằng + đĩa

So với phương pháp đĩa cân bằng, phương pháp trống đĩa cân bằng khác ở chỗ kích thước của bộ phận ống lót bướm ga lớn hơn kích thước của trục cánh quạt, trong khi đĩa cân bằng yêu cầu kích thước của ống lót bướm ga phải tương ứng với kích thước của trục cánh quạt. Nói chung, trong phương pháp thiết kế trống đĩa cân bằng, lực cân bằng do đĩa cân bằng tạo ra chiếm hơn một nửa tổng lực dọc trục và tối đa có thể đạt tới 90% tổng lực dọc trục, các bộ phận khác chủ yếu do trống cân bằng cung cấp. Đồng thời, việc tăng vừa phải lực cân bằng của trống cân bằng sẽ tương ứng làm giảm lực cân bằng của đĩa cân bằng và tương ứng làm giảm kích thước của đĩa cân bằng, do đó làm giảm độ mài mòn của đĩa cân bằng, cải thiện tuổi thọ của các bộ phận thiết bị và đảm bảo hoạt động bình thường của bơm ly tâm nhiều tầng.
●Nguyên tắc: Trống xử lý hầu hết lực dọc trục, trong khi đĩa tinh chỉnh lực còn lại.
●Thuận lợi: Kết hợp tính ổn định và khả năng thích ứng, phù hợp với điều kiện hoạt động thay đổi.
●Nhược điểm: Cấu trúc phức tạp; chi phí cao hơn.
●Ứng dụng: Máy bơm công nghiệp hiệu suất cao (ví dụ, máy bơm làm mát lò phản ứng hạt nhân).
5. Vòng bi đẩy (Cân bằng phụ)
●Nguyên tắc: Vòng bi tiếp xúc góc hoặc vòng bi Kingsbury hấp thụ lực dọc trục còn lại.
●Thuận lợi: Sao lưu đáng tin cậy cho các phương pháp cân bằng khác.
●Nhược điểm: Cần bôi trơn thường xuyên; tuổi thọ ngắn hơn khi chịu tải trọng trục cao.
●Ứng dụng: Máy bơm đa tầng cỡ nhỏ đến trung bình hoặc máy bơm tốc độ cao.
6. Thiết kế cánh quạt hút kép
●Nguyên tắc: Cánh quạt hút kép được sử dụng ở giai đoạn đầu tiên hoặc giai đoạn trung gian, cân bằng lực dọc trục thông qua dòng chảy hai phía.
●Thuận lợi: Cân bằng hiệu quả đồng thời cải thiện hiệu suất tạo bọt.
●Nhược điểm: Chỉ cân bằng lực dọc trục một tầng; cần có phương pháp khác cho máy bơm nhiều tầng.
7. Lỗ cân bằng thủy lực (Lỗ tấm sau cánh quạt)
●Nguyên tắc:Các lỗ được khoan trên tấm ốp sau của cánh quạt, cho phép chất lỏng áp suất cao tuần hoàn trở lại vùng áp suất thấp, giúp giảm lực dọc trục.
●Thuận lợi: Đơn giản và chi phí thấp.
●Nhược điểm: Giảm hiệu suất của máy bơm (~2–4%).Chỉ phù hợp cho các ứng dụng lực dọc trục thấp; thường yêu cầu ổ trục đẩy bổ sung.
So sánh các phương pháp cân bằng lực trục
Phương pháp | Hiệu quả | Độ phức tạp | Chi phí bảo trì | Ứng dụng tiêu biểu |
Cánh quạt đối xứng | ★★★★★ | ★★★ | ★★ | Máy bơm áp suất cao giai đoạn đều |
Trống cân bằng | ★★★★ | ★★★★ | ★★★ | Máy bơm đa tầng có cột áp cao |
Đĩa cân bằng | ★★★ | ★★★★ | ★★★★ | Chất lỏng sạch, tải trọng thay đổi |
Bộ trống + đĩa | ★★★★★ | ★★★★★ | ★★★★ | Điều kiện khắc nghiệt (hạt nhân, quân sự) |
Vòng bi đẩy | ★★ | ★★ | ★★★ | Cân bằng lực trục còn lại |
Cánh quạt hút kép | ★★★★ | ★★★ | ★★ | Giai đoạn đầu tiên hoặc giai đoạn trung gian |
Lỗ cân bằng | ★★ | ★ | ★ | Máy bơm áp suất thấp nhỏ |
Thời gian đăng: 29-03-2025