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El equilibrio de la fuerza axial en bombas centrífugas multietapa es una tecnología crucial para garantizar un funcionamiento estable. Debido a la disposición en serie de los impulsores, las fuerzas axiales se acumulan significativamente (hasta varias toneladas). Si no se equilibran correctamente, esto puede provocar sobrecargas en los rodamientos, daños en los sellos o incluso fallos en el equipo. A continuación, se presentan métodos comunes de equilibrio de fuerza axial, junto con sus principios, ventajas y desventajas.
1.Disposición simétrica del impulsor (espalda con espalda / cara con cara)
En el diseño del dispositivo de equilibrio de fuerza axial de las bombas centrífugas modernas, la etapa del impulsor generalmente se selecciona con un número par, ya que, cuando esta etapa es par, el método de distribución simétrica del impulsor permite equilibrar la fuerza axial del equipo. La fuerza axial generada por el impulsor simétricamente distribuido durante la operación es de igual magnitud y dirección opuesta, lo que muestra un estado de equilibrio macroscópico. Durante el diseño, es importante que el tamaño del estrangulamiento de sellado antes de la entrada del impulsor inverso coincida con el diámetro del impulsor para garantizar un buen sellado.
●Principio:Los impulsores adyacentes están dispuestos en direcciones opuestas de modo que sus fuerzas axiales se cancelan entre sí.
●Espalda con espalda:Se instalan dos juegos de impulsores simétricamente alrededor del punto medio del eje de la bomba.
●Cara a cara:Los impulsores están dispuestos mirando hacia adentro o hacia afuera en una configuración reflejada.
●Ventajas:No se requieren dispositivos adicionales; estructura simple; alta eficiencia de equilibrio (más del 90%).
●Desventajas:Diseño complejo de la carcasa de la bomba; difícil optimización de la trayectoria del flujo; solo aplicable a bombas con un número par de etapas.
●Aplicaciones:Bombas de alimentación de calderas de alta presión, bombas multietapa petroquímicas.
2. Tambor de equilibrio
La estructura del tambor de equilibrio (también conocido como pistón de equilibrio) no tiene una holgura axial ajustada, lo que permite compensar la mayor parte del empuje axial, pero no la totalidad. Además, no hay compensación adicional al moverse en posición axial, por lo que generalmente se requieren cojinetes de empuje. Este diseño ofrece una mayor recirculación interna (fugas internas), pero es más tolerante a arranques, paradas y otras condiciones transitorias.
●PrincipioSe instala un tambor cilíndrico después del impulsor de la última etapa. El fluido a alta presión se filtra por el espacio entre el tambor y la carcasa hacia una cámara de baja presión, generando una fuerza contraria.
● Aventajas:Fuerte capacidad de equilibrio, adecuado para bombas multietapa de alta presión (por ejemplo, 10+ etapas).
●DesventajasPérdidas por fugas (aproximadamente del 3 al 5 % del caudal), lo que reduce la eficiencia. Requiere tuberías de equilibrado adicionales o sistemas de recirculación, lo que aumenta la complejidad del mantenimiento.
●Aplicaciones:Bombas centrífugas multietapa de gran tamaño (por ejemplo, bombas para tuberías de larga distancia).
3.Disco de equilibrio
Como método de diseño común en el proceso de diseño del dispositivo de equilibrio de fuerza axial de la bomba centrífuga multietapa moderna, el método del disco de equilibrio se puede ajustar moderadamente según la demanda de producción. La fuerza de equilibrio se genera principalmente por la sección transversal entre el juego radial y el juego axial del disco, y la otra parte se genera principalmente por el juego axial y la sección del radio exterior del disco de equilibrio. Estas dos fuerzas de equilibrio desempeñan la función de equilibrar la fuerza axial. En comparación con otros métodos, la ventaja del método del plato de equilibrio es su mayor diámetro y mayor sensibilidad, lo que mejora eficazmente la estabilidad de funcionamiento del dispositivo del equipo. Sin embargo, debido al pequeño juego axial de funcionamiento, este diseño es susceptible al desgaste y daños en condiciones transitorias.
●PrincipioSe instala un disco móvil después del impulsor de la última etapa. La diferencia de presión a través del disco ajusta dinámicamente su posición para contrarrestar la fuerza axial.
●Ventajas:Se adapta automáticamente a las variaciones de fuerza axial; alta precisión de equilibrado.
●DesventajasLa fricción provoca desgaste, lo que requiere reemplazo periódico. Sensible a la limpieza del fluido (las partículas pueden atascar el disco).
●Aplicaciones:Bombas de agua limpia multietapa de etapa temprana (que están siendo reemplazadas gradualmente por tambores de equilibrio).
4.Combinación de tambor y disco de equilibrio
En comparación con el método de placa de equilibrio, el método de tambor de placa de equilibrio se diferencia en que el tamaño del buje del acelerador es mayor que el del cubo del impulsor, mientras que el disco de equilibrio requiere que el tamaño del buje del acelerador se corresponda con el del cubo del impulsor. En general, en el diseño del tambor de placa de equilibrio, la fuerza de equilibrio generada por esta representa más de la mitad de la fuerza axial total, pudiendo alcanzar un máximo del 90%, y el resto de las fuerzas las proporciona principalmente el tambor de equilibrio. Al mismo tiempo, un aumento moderado de la fuerza de equilibrio del tambor de equilibrio reducirá en consecuencia la fuerza de equilibrio de la placa de equilibrio y, en consecuencia, su tamaño, lo que reduce su desgaste, mejora la vida útil de las piezas del equipo y garantiza el funcionamiento normal de la bomba centrífuga multietapa.
●Principio:El tambor maneja la mayor parte de la fuerza axial, mientras que el disco ajusta la fuerza residual.
●Ventajas:Combina estabilidad y adaptabilidad, adecuado para condiciones de funcionamiento variables.
●Desventajas:Estructura compleja; mayor costo.
●Aplicaciones:Bombas industriales de alto rendimiento (por ejemplo, bombas de refrigerante de reactores nucleares).
5. Cojinetes de empuje (equilibrio auxiliar)
●Principio:Los rodamientos de bolas de contacto angular o rodamientos Kingsbury absorben la fuerza axial residual.
●Ventajas:Respaldo confiable para otros métodos de equilibrio.
●Desventajas:Requiere lubricación regular; vida útil más corta bajo cargas axiales elevadas.
●Aplicaciones:Bombas multietapa de tamaño pequeño a mediano o bombas de alta velocidad.
6. Diseño de impulsor de doble succión
●Principio:En la primera etapa o etapa intermedia se utiliza un impulsor de doble succión, que equilibra la fuerza axial mediante una entrada de doble lado.
●Ventajas:Equilibrio efectivo al tiempo que mejora el rendimiento de la cavitación.
●Desventajas:Solo equilibra la fuerza axial de una sola etapa; se necesitan otros métodos para bombas multietapa.
7. Orificios de equilibrio hidráulico (orificios de la placa posterior del impulsor)
●Principio:Se perforan orificios en la placa posterior del impulsor, lo que permite que el fluido de alta presión recircule hacia la zona de baja presión, lo que reduce la fuerza axial.
●Ventajas:Simple y de bajo costo.
●Desventajas:Reduce la eficiencia de la bomba (~2–4%).Sólo apto para aplicaciones de baja fuerza axial; a menudo requiere cojinetes de empuje suplementarios.
Comparación de métodos de equilibrio de fuerza axial
| Método | Eficiencia | Complejidad | Costo de mantenimiento | Aplicaciones típicas |
| Impulsores simétricos | ★★★★★ | ★★★ | ★★ | Bombas de alta presión de etapa uniforme |
| Tambor de equilibrio | ★★★★ | ★★★★ | ★★★ | Bombas multietapa de alta presión |
| Disco de equilibrio | ★★★ | ★★★★ | ★★★★ | Fluidos limpios, cargas variables |
| Combo de batería y disco | ★★★★★ | ★★★★★ | ★★★★ | Condiciones extremas (nucleares, militares) |
| Cojinetes de empuje | ★★ | ★★ | ★★★ | Equilibrio de fuerza axial residual |
| Impulsor de doble succión | ★★★★ | ★★★ | ★★ | Primera etapa o etapa intermedia |
| Agujeros de equilibrio | ★★ | ★ | ★ | Pequeñas bombas de baja presión |
Hora de publicación: 29 de marzo de 2025