sales@tkflow.com 
Vyvažování axiální síly ve vícestupňových odstředivých čerpadlech je klíčovou technologií pro zajištění stabilního provozu. Vzhledem k sériovému uspořádání oběžných kol se axiální síly značně hromadí (až několik tun). Pokud nejsou správně vyváženy, může to vést k přetížení ložisek, poškození těsnění nebo dokonce k selhání zařízení. Níže jsou uvedeny běžné metody vyvažování axiálních sil spolu s jejich principy, výhodami a nevýhodami.
1.Symetrické uspořádání oběžných kol (zády k sobě / čely k sobě)
Při návrhu zařízení pro vyvažování axiálních sil moderních odstředivých čerpadel se stupeň oběžného kola obecně volí jako sudý, protože když je stupeň oběžného kola sudý, lze k vyvážení axiální síly zařízení použít metodu symetrického rozložení oběžného kola. Axiální síla generovaná symetricky rozloženým oběžným kolem během provozu je stejně velká a opačného směru, což na makroskopické úrovni vykazuje rovnovážný stav. Při návrhu je třeba dbát na to, aby velikost škrticího otvoru před vstupem do reverzního oběžného kola odpovídala průměru oběžného kola, aby bylo zajištěno dobré utěsnění.
●PrincipSousední oběžná kola jsou uspořádána v opačných směrech, takže jejich axiální síly se vzájemně ruší.
●Zády k soběDvě sady oběžných kol jsou instalovány symetricky kolem středu hřídele čerpadla.
●Tváří v tvářOběžná kola jsou uspořádána zrcadlově směrem dovnitř nebo ven.
●VýhodyNejsou potřeba žádná další zařízení; jednoduchá konstrukce; vysoká účinnost vyvažování (přes 90 %).
●NevýhodySložitá konstrukce skříně čerpadla; obtížná optimalizace průtokové cesty; použitelné pouze pro čerpadla se sudým počtem stupňů.
●AplikaceVysokotlaká napájecí čerpadla do kotlů, vícestupňová čerpadla pro petrochemii.
2. Vyvažovací buben
Konstrukce vyvažovacího bubnu (známá také jako vyvažovací píst) nemá malou axiální vůli, která by mohla kompenzovat většinu axiálního tlaku, ale ne veškerý axiální tlak, a při pohybu v axiální poloze nedochází k žádné další kompenzaci a obecně jsou vyžadována axiální ložiska. Tato konstrukce bude mít vyšší vnitřní recirkulaci (vnitřní netěsnost), ale je lépe tolerantní k rozběhům, odstavením a dalším přechodným stavům.
●PrincipZa oběžným kolem posledního stupně je instalován válcový buben. Kapalina pod vysokým tlakem prosakuje mezerou mezi bubnem a skříní do nízkotlaké komory a vytváří tak protisměrnou sílu.
● AvýhodySilná vyvažovací schopnost, vhodné pro vysokotlaká, vícestupňová čerpadla (např. 10+ stupňů).
●NevýhodyZtráty netěsností (~3–5 % průtoku), snižující účinnost. Vyžaduje další vyvažovací potrubí nebo recirkulační systémy, což zvyšuje složitost údržby.
●AplikaceVelká vícestupňová odstředivá čerpadla (např. čerpadla pro dálková potrubí).
3.Vyvažovací disk
Jako běžná konstrukční metoda v procesu návrhu zařízení pro vyvažování axiálních sil moderních vícestupňových odstředivých čerpadel lze metodu vyvažovacího kotouče mírně upravit podle požadavků výroby. Vyvažovací síla je generována především průřezem mezi radiální vůlí a axiální vůlí kotouče a druhá část je generována především axiální vůlí a vnějším poloměrem vyvažovacího kotouče. Tyto dvě vyvažovací síly hrají roli při vyvažování axiální síly. Ve srovnání s jinými metodami je výhodou metody vyvažovacího kotouče větší průměr vyvažovacího kotouče a vyšší citlivost, což účinně zlepšuje provozní stabilitu zařízení. Vzhledem k malé axiální vůli je však tato konstrukce náchylná k opotřebení a poškození za přechodných podmínek.
●PrincipZa oběžným kolem posledního stupně je instalován pohyblivý disk. Rozdíl tlaku na disku dynamicky upravuje jeho polohu, aby působil proti axiální síle.
●VýhodyAutomaticky se přizpůsobuje změnám axiální síly; vysoká přesnost vyvážení.
●NevýhodyTření způsobuje opotřebení, které vyžaduje pravidelnou výměnu. Citlivé na čistotu kapaliny (částice mohou zaseknout disk).
●AplikaceVícestupňová čerpadla na čistou vodu v rané fázi (postupně nahrazovaná vyvažovacími bubny).
4.Kombinace vyvažovacího bubnu a disku
Ve srovnání s metodou vyvažovací desky se metoda bubnu vyvažovací desky liší tím, že velikost jeho škrticí objímky je větší než velikost náboje oběžného kola, zatímco vyvažovací kotouč vyžaduje, aby velikost škrticí objímky odpovídala velikosti náboje oběžného kola. Obecně řečeno, při konstrukční metodě bubnu vyvažovací desky představuje vyvažovací síla generovaná vyvažovací deskou více než polovinu celkové axiální síly a maximum může dosáhnout 90 % celkové axiální síly, přičemž ostatní části jsou převážně zajišťovány vyvažovacím bubnem. Zároveň mírné zvýšení vyvažovací síly vyvažovacího bubnu odpovídajícím způsobem sníží vyvažovací sílu vyvažovací desky a odpovídajícím způsobem zmenší její velikost, čímž se sníží stupeň opotřebení vyvažovací desky, zlepší se životnost součástí zařízení a zajistí se normální provoz vícestupňového odstředivého čerpadla.
●PrincipBuben přenáší většinu axiální síly, zatímco disk jemně dolaďuje zbytkovou sílu.
●VýhodyKombinuje stabilitu a přizpůsobivost, je vhodný pro proměnlivé provozní podmínky.
●NevýhodySložitější struktura; vyšší náklady.
●AplikaceVysoce výkonná průmyslová čerpadla (např. čerpadla chladicí kapaliny jaderných reaktorů).
5. Axiální ložiska (pomocné vyvažování)
●PrincipKuličková ložiska s kosoúhlým stykem nebo ložiska Kingsbury absorbují zbytkovou axiální sílu.
●VýhodySpolehlivá záloha pro jiné metody vyvažování.
●NevýhodyVyžaduje pravidelné mazání; kratší životnost při vysokém axiálním zatížení.
●AplikaceMalá až střední vícestupňová čerpadla nebo vysokorychlostní čerpadla.
6. Konstrukce oběžného kola s dvojitým sáním
●PrincipV prvním nebo mezistupni se používá oběžné kolo s dvojitým sáním, které vyvažuje axiální sílu prostřednictvím oboustranného přítoku.
●VýhodyEfektivní vyvážení a zároveň zlepšení kavitačního výkonu.
●NevýhodyVyrovnává pouze axiální sílu u jednostupňových čerpadel; pro vícestupňová čerpadla jsou nutné jiné metody.
7. Otvory pro hydraulické vyvážení (otvory v zadní desce oběžného kola)
●PrincipV zadní desce oběžného kola jsou vyvrtány otvory, které umožňují recirkulaci vysokotlaké kapaliny do nízkotlaké zóny, čímž se snižuje axiální síla.
●VýhodyJednoduché a levné.
●NevýhodySnižuje účinnost čerpadla (~2–4 %).Vhodné pouze pro aplikace s nízkými axiálními silami; často vyžaduje doplňková axiální ložiska.
Porovnání metod vyvažování axiálních sil
| Metoda | Účinnost | Složitost | Náklady na údržbu | Typické aplikace |
| Symetrická oběžná kola | ★★★★★ | ★★★ | ★★ | Vysokotlaká čerpadla s rovnoměrným stupněm |
| Vyvažovací buben | ★★★★ | ★★★★ | ★★★ | Vícestupňová čerpadla s vysokou dopravní výškou |
| Vyvažovací disk | ★★★ | ★★★★ | ★★★★ | Čisté kapaliny, proměnné zatížení |
| Kombinace bicích a disku | ★★★★★ | ★★★★★ | ★★★★ | Extrémní podmínky (jaderné, vojenské) |
| Axiální ložiska | ★★ | ★★ | ★★★ | Vyvažování zbytkových axiálních sil |
| Dvojité sací oběžné kolo | ★★★★ | ★★★ | ★★ | První nebo mezistupeň |
| Vyvažovací otvory | ★★ | ★ | ★ | Malá nízkotlaká čerpadla |
Čas zveřejnění: 29. března 2025