多级离心泵常见的轴向力平衡装置

2012年1月内蒙古科技与经济Januar y2012　第1期总第251期Inner M o ngo lia Science T echnolo gy&Economy N o.1T o tal N o.251离心泵常见的平衡装置X李　健,张津波,张　莉,黄　艺(大港油田第三采油厂,河北沧县　061723) 摘　要:从离心泵为了平衡掉轴向力,选用的一些常用平衡装置出发,论述了单级离心泵及多级离心泵在现场中最常用的几种平衡方法,对于了解离心泵如何实现平衡具有一定的参考价值。

关键词:离心泵;轴向力;平衡装置 中图分类号:T H311 文献标识码:A 文章编号:1007—6921(2012)01—0094—01 离心泵在石油化工行业中被广泛应用,其轴向力的形成轻者会导致泵体振动,重者有可能会造成机件摩擦、机器损坏。

因此,轴向力的有效平衡是保证离心泵运行可靠性和使用寿命的重要前提。

如何平衡轴向力一直是离心泵设计的关键问题之一,下面我们就来分析一下离心泵常见的平衡装置。

1　单级离心泵常见的平衡装置1.1　平衡孔法单级离心泵中最常用的方法之一便是平衡孔法。

平衡孔法即在叶轮的后盖板上开几个孔,让其进口压力和出口压力联通,以此达到平衡轴向力的目的。

为了使叶轮受力均匀,平衡孔应处于同一直径上均布。

平衡孔的大小通常3mm～5m m。

1.2　双吸叶轮法单级泵还有一种常用的平衡方法,即采用双吸叶轮的方式。

这种泵型的叶轮虽然只是一级,但是我们可以把它想象成是由两个背靠背的叶轮组合而成,液体由进口管线进入后,由于其进口管线中间有隔板,将一个进口分成两个进口,从叶轮的两侧同时进入,产生两个轴向力,由于其大小相等,方向相反,所以达到平衡的目的。

双吸泵的特点是扬程低、排量大,广泛应用于液体提升及消防泵。

2　多级离心泵常见的平衡装置2.1　平衡盘法分段式多级离心泵由多个叶轮串联组成,液体由吸入口进入第一级叶轮后,产生高压的液体由第一级的叶轮出口流向第二级叶轮入口,如此逐级加压,到最后一级叶轮时,其承受的轴向力是前几个叶轮承受轴向力之和,为了平衡掉这么大的轴向力,我们选择使用平衡盘法。

多级泵轴向力分析前言：泵在运行过程中，由于介质在出入口两侧产生的压力不同，作用在叶轮及转子上形成了不对称的力，使得转子产生轴向推力。

对于多级泵而言，轴向力往往较大，当其不能平衡时会产生很大的轴向窜动量，严重时会使转子单方向摩擦使泵产生超限振动，最后损坏设备本身。

焦化高压除焦水泵，型号TDQG230-230*9。

厂家平衡装置调试不到位，造成机泵推力装置烧损。

通过分析、检修、成功解决了此泵轴向力的平衡问题。

一、轴向力的产生离心泵轴向受力可以根据分析得出泵所受到的四种力：(1)由于叶轮前后盖板外表面压力分布不对称产生的力．以及受压面积不同产生的压力；(2)由于液体流经叶轮后流动方向变化产生的动反力；(3)扭曲叶片工作面与背面压力不同产生的力；(4)由于叶轮流道内前后盖板在同一半径处的压力不同产生的力。

二、轴向力的解决方法此泵通过平衡盘、平衡鼓两者的组合来平衡轴向力，平衡盘有轴向间隙，平衡室和进口用管线相连。

当泵的转子向进口端移动时，平衡盘的轴向间隙减小，平衡鼓的径向间隙不变，平衡鼓与平衡盘间小室压力提高，平衡了增加的轴向力。

这种结构克服了平衡盘的缺点，漏量小而又能自动平衡轴向力。

推力轴承安装在出口端径向轴承后面，它能承受两个方向轴向力，同时它能把转子固定在确定的位置上。

这种轴承能够承受泵在各种异常工况运行所产生的附加力或残余轴向力。

推力轴承由推力盘、扇形块、扇块支座、推力轴承壳体、轴承体端盖等零件组成。

此泵采用双平衡鼓和平衡盘联合作用的平衡装置。

所谓双平衡鼓就是在平衡鼓和平衡盘联合结构上，在平衡盘外径处增加一条间隙，平衡盘起着一部分平衡鼓的作用。

这种结构的优点是：泵在启动、运转和停车时、平衡鼓（盘）和平衡套（座）始终保持一定的间隙，不发生接触摩擦（除非止推轴承严重磨损）该平衡装置主要由平衡套、平衡压套及平衡鼓组成。

轴向力大部分由平衡鼓来平衡；少部分由平衡盘来平衡；而残余轴向力由止推轴承承受。

平衡鼓车有反向螺旋槽，可以减少泄漏水量。

多级离心泵平衡盘的使用及维护措施多级离心泵在石油矿场上达到广泛地应用，针对油田转油放水站的离心泵平衡盘的磨损状况，提高平衡盘的使用效率，降低平衡盘的磨损速度，加强对平衡盘的维护保养，延长多级离心泵的使用寿命，提高离心泵机组安全运行的效率，保证油田转油站生产的顺利进行。

标签：多级离心泵;平衡盘;使用;维护问题的提出我工作的环境为油田的转油和污水处理站，担负着油井产物油气水初步分离处理的任务。

多级离心泵运行过程中，极易导致平衡盘的损坏，增加了机泵维修的频次，严重影响到油田生产的正常进行。

在生产实际中，不断总结经验，对平衡盘进行结构改进，并优化离心泵的运行参数，提高了多级离心泵安全運行的效率，促进油田转油放水站的进步。

1.多级离心泵平衡盘的作用多级离心泵在运行的过程中，是利用电动机带动多级离心泵的叶轮旋转，产生离心力，而逐级增加液体的压能和位能，实现液体输送的作用效果。

多级离心泵的六大组成部分，相互配合，才能实现压力的逐级传递，将电动机的高速旋转运动，通过联轴器传递给泵轴，带动多级的叶轮发生高速的旋转运动，达到输送液体的效率。

多级离心泵的平衡盘属于泵的转子部分，起到平衡作用的装置，达到轴向平衡和径向扶正的作用效果。

为了延长多级离心泵的使用寿命，对离心泵的平衡盘进行维护保养，并保证多级离心泵在最佳的工况下运行，降低对平衡盘的磨损，才能达到预期的使用效率。

通过对多级离心泵运行状态的检查验收，判断平衡盘的运行状况，保持多级离心泵的平衡，才能发挥多级离心泵的优势，为液体提供足够的压力，保持油田转油放水站的正常的生产状态。

多级离心泵在油田的转油放水站，主要应用于输送含水原油，含油污水的掺水或者热洗的加压处理，提高多级离心泵的安全运行效率，才能保证油气水的分离处理工艺流程的顺畅，避免转油放水站发生憋压的状况，保证转油放水站各种设备正常运行。

通过掺水降低油流的粘度，提高油气集输处理的效率。

热洗的主要作用是对油井实施清蜡作业施工，通过热载体的循环，将沉积在井筒上的石蜡溶化，随油流带到地面上来，因此降低对油井产能的阻碍作用，提高油井的生产能力。

(1)平衡鼓法这是一种径向间隙液压平衡装置，它装在最后一级叶轮和平衡室之间，和泵轴一起旋转的称为平衡鼓轮，静止部分称为平衡鼓轮头。

用一根管线平衡室与泵进口连通，这样平衡室内的压力就等于进口连通管线中损失压力之和。

平衡鼓法平衡原理：平衡鼓轮前面是最后一级叶轮的后泵腔，其压力接近于泵的排出压力，因而平衡鼓两个端面之间有一个很大的压力差，能够把平衡鼓轮向后推，从而带动整个转子向后移动。

如果我们设法使这个推力和离心泵的轴向力相等，就能够达到平衡轴向力的目的。

(2)平衡盘法(下图)：平衡盘是一种轴向间隙液压平衡装置。

装在最后一级叶轮与平衡室之间，和轴一起转动的称为平衡盘，静止不动的称为平衡环(套)。

平衡原理：从叶轮出来的一部分液体经过平衡盘与平衡环之间的轴向间隙漏入平衡室，再用管路把平衡室与泵吸入口连通，这时平衡盘背面所受的压力是平衡室压力。

平衡盘正面最小直径上受到的压力是泵的吐出压力，而在周界上是平衡室压力。

只要选择好平衡盘的内、外直径尺寸，就可以使平衡盘正面与背面的压力差和泵的轴向力相等，从而达到平衡的目的。

平衡盘法假如泵的轴向力增加，这额外的压力就会把泵的转子推向吸入口侧，从而使平衡盘和平衡环之间的端面间隙减小。

此时通过这个间隙的漏失量将减少，平衡室压力下降，这时平衡盘前后的压力差增加，将转子向吐出口方向推，直到与轴向力平衡为止。

反之，如果泵的轴向力减小，就会造成平衡盘与平衡环之间的轴向间隙增大，漏失量增加，平衡压力增高，直到又获得新的平衡为止。

(3)平衡盘与平衡鼓组合法(下图)：平衡盘与平衡鼓组合实际上是一种径向、轴向液压平衡装置。

高压多级离心泵普遍采用此法，平衡效果好，组合法的平衡原理与上述两法相同。

平衡盘与平衡鼓组合法(4)叶轮对称布置平衡法：在多级水平中开式离心泵中通常采用叶轮对称布置平衡法来平衡轴向力，使成组叶轮的吸人口方向正好相反，从而起到平衡轴向力的作用。

在泵上也要安装止推轴承。

离心泵轴向力分析和平衡方法探讨曹昆朋摘要：在离心泵工作的过程中，转子会受到一个轴向推力，其和轴心线相互平行。

如果该力得不到有效的控制，在其作用下转子可能会出现一种轴向窜动的情况，这时就会引发转动部件以及固定部件之间直接接触，当这种情况发生就会引发泵零部件非正常运行。

对离心泵的轴向力产生和平衡方法作了详细的叙述，希望可以起到一定的作用。

关键词：离心泵；轴向力分析；平衡方法前言：高速离心泵的轴向力平衡方法有平衡孔、平衡管、背叶片、平衡鼓及平衡盘等方式。

背叶片通过降低叶轮盘侧流体压力，从而来减少叶轮盘侧的方向指向进口的轴向力，但会增加轴功，致使效率降低，不是高速泵轴向力平衡的首选方法。

叶轮对称分布是多级高速泵较有效的轴向力平衡方法，但结构较复杂，因此也不是理想的轴向力平衡方法。

在本文中对平衡方法进行了相关的探讨。

1.离心泵工作原理及基本性能1.1工作原理离心泵起到主要作用的是叶轮，液体能量主要是依靠叶轮旋转来获得的，其减速液体动能在蜗壳中被收集起来，将液体所具有的动能转变成压力能，而起到压送液体的作用。

当离心泵内充满液体的情况下，叶轮旋转产生离心力，在离心力作用下叶道内部的液体借助于叶片的作用甩向外围流进泵壳，通过排出管排出；另外液体还会受到离心力的作用从中心高速向四周流动，于是叶轮的中心部位压力降低，形成真空状态，且低于大气压力；因此，液体在这个压力差的作用下，由吸液池进入泵内，使离心泵能连续不断地进而进行一系列液体的吸入和流出。

1.2离心泵基本性能（1）离心泵的特点是具有大流量，而且相对稳定，但是需要注意的是可能会随着扬程发生变化。

（2）扬程在这一原理中的主要作用就是决定了离心泵当中的叶轮外径，以及叶轮自身的转速大小。

（3）扬程不仅仅与叶轮的外径与转速有关系，还与轴功率与流量之间存在一种对应关系。

（4）离心泵的吸入高度通常比较小，在实际操作当中可能会出现汽蚀现象。

（5）具有很高的转速，而且如果相对流量比较低，那么就会降低效率，如果相对流量比较高，效率也就会提高。

离心泵轴向力的平衡方法总结如果不设法消除或平衡作用在叶轮上（传到轴上）的轴向力，此轴向力将拉动转子轴向串动，与固定零件接触，将造成泵零件的损坏以致不能工作。

一般常用以下7大方法来平衡泵的轴向力。

一、推力轴承对于轴向力不大的小型泵，采用推力轴承承受轴向力，通常是简单而经济的方法。

即使采用其他平衡装置，考虑到总有一定的残余轴向力，有时也装设推力轴承。

二、平衡孔或平衡管如图1所示，在叶轮后盖板上附设密封环，密封环所在直径一般与前密封环相等，同时在后盖板下部开孔，或设专用连通管与吸入侧连通。

由于液体流经密封环间隙的阻力损失，使密封下部的液体的压力下降，从而减小作用在后盖板上的轴向力。

减小轴向力的程度取决于孔的数量和孔径的大小。

在这种情况下，仍有10~15%的不平衡轴向力。

要完全平衡轴向力必须进一步增大密封环所在直径，需要指出的是密封环和平衡孔是相辅相成的，只设密封环无平衡孔不能平衡轴向力；只设平衡孔不设密封环，其结果是泄漏量很大，平衡轴向力的程度甚微。

图1平衡孔示意图（具体见2楼）采用这种平衡方法可以减小轴封的压力，其缺点是容积损失增加（平衡孔的泄漏量一般为设计流量的2~5%）。

另外，经平衡孔的泄漏流与进入叶轮的主液流相冲击，破坏了正常的流动状态，会使泵的抗汽蚀性能下降。

为此，有的泵体上开孔，通过管线与吸入管连通，但结构变得复杂。

采用上述平衡方法，轴向力是不能达到完全平衡的，剩余轴向力需由泵的轴承来承受。

用平衡孔平衡轴向力的结构使用较广，不仅单级离心泵上使用，而且多级离心泵上也使用。

但由于轴向力不能完全平衡，仍需设置止推轴承，且由于多设置了一个口环，因而泵的轴向尺寸要增加，因此仅用于扬程不高，尺寸不大的泵上。

三、双吸叶轮单级泵采用双吸式叶轮后，因为叶轮是对称的，所以叶轮两边的轴向力互相抵消。

但实际上，由于叶轮两边密封间隙的差异，或者叶轮相对于蜗室中心位置的不对中，还是存在一个不大的剩余轴向力，此轴向力需由轴承来承受。

离心泵轴向窜动的原因及控制方法摘要：离心泵是利用离心力来输送液体的设备，在国民经济的各个部门以及人们生活中都有广泛的应用。

但在离心泵的使用中会不可避免地产生或大或小的轴向力，严重地影响着离心泵的使用寿命，因此对离心泵轴向力进行精确计算并想办法加以平衡，对于提高离心泵的效率和延长其使用寿命具有相当重要的意义。

本文简述了多级离心泵的基本结构，介绍多级离心泵的轴向窜动的原因，以及控制轴向窜动的集中常见的方法，并且提出了新的控制方法。

关键字：离心泵轴向力控制方法1 引言离心泵运转时，其转动部分受到一个与轴心线相平行的轴向力。

这个力相当大，特别是当级数很多时，更是如此。

单吸两级以上高压离心泵表现出来的轴向力，严重影响离心泵的正常工作，严重影响电动机的使用寿命，在轴向力的作用下，平衡盘与平衡环接触摩擦，当磨损至一定程度后，主轴工作叶轮向进水口方向移动，至使工作叶轮与机壳摩擦电动机负载加大，流量扬程下降。

若不更换平衡盘与平衡环则出现电动机烧毁的现象。

2 离心泵轴向力的产生原因离心泵的轴向力主要包括下列两个部分：（1）叶轮前后两侧因液体压力分布情况不同（轮盖测压力低，轮盘侧压力高）引起的轴向力G1，其方向为子叶轮背后面指向入口。

（2）液体流入和流出叶轮的方向和速度不同而产生的动反力G2，其方向与G1相反。

此外，对入口压力较高的悬臂式担心泵，还需要考虑作用在轴端上的入口压力引起的轴向力，其方向与G1相反。

对于立式离心泵，其转动部分重量也是轴向力。

2.1 叶轮前后两侧压引起的轴向力G1图1 叶轮前后两侧液体压力分布由图1中可以看出，叶轮前后两侧液体压力分布的示意图，由于林心里的作用，叶轮和壳体间的间隙内，液体压力沿径向成抛物线分布。

在图1中的右图夅，可以看到，叶轮的上部分压力大小相同，方向相反，正好压力抵消。

而叶轮下端压力不同，分别为P1，P2，且P1﹤P2，方向相反，则产生一个指向入口的力，这个力就是轴向力。

当泵的级数增加时，这个力也会相应的增加。