多级离心泵常见的轴向力平衡装置
离心泵常见的平衡装置
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
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。
多级离心泵平衡装置故障原因分析与预防措施
ＡＮＡＬ Ｉ ＹＳ ＳＯＦ ＣＡＵＳ ＯＲ ＡＩ ＵＲＥ ＯＦＥ ＥＳＦ Ｆ Ｌ ＱＵＩ Ｂ ＵＵＭ ＬＩ Ｉ ＤＥＶ ＣＥ ＯＦ Ｉ
Ｍ ＵＬＴＩ＿ ＴＡＧＥ ＿ Ｓ ＣＥＮＴＲＩ ＵＧＡＬ Ｆ ＰＵＭ Ｐ ＡＮＤ ＰＲＥＶＥＮＴＩ ＶＥ ＥＡＳ Ｅ Ｓ Ｍ ＵＲ
兖 矿 国泰 化 工有 限公 司气 化 车 间高 温 热水 泵 为 四级 离 心泵 ， 号为 Ｄ ８ — ２ ｘ ， 向力 由平 型 Ｇ１ ０ １５ ４ 轴 衡 盘 装置 自动 调节 平衡 。该 泵在 以往 的运 行 中 ， 多 次发 生 平 衡装 置 损 坏 的情 况 ，增 加 了检 修 工作 量
法 是在 平 衡套 的上下 左 右各 放 一个 铅 丝 （ 以用 可 黄 油 粘 住 ） 然后 用 力 向进 水 端 推转 子 ， 平 衡 盘 ， 使
与 平衡 套 间的 径 向间 隙 ｂ 流 入 平衡 盘 与平衡 套 间 的水室 Ａ 中 ， 水室 Ａ处 于高压 状态 。 使 平衡 盘另 一 侧 Ｂ室上 方 的 出水段 小孔 用 管 路 与泵 的入 口相 连 通． 这样 Ｂ室 内 的压力就 接 近于泵 的入 口压力 。由
向有 ０１ ０２ｍ 的平 衡 间隙 ６ 即水 膜厚 度 。 ．￣ ． ｍ ， ３ 平衡 装置 损 坏原 因分 析及预 防措施
致， 也会 引 起 动静 盘偏 斜 ， 速 平衡 盘 的磨 损 速 加
率 。 因此 ， 修 中必 须用 百 分 表打 表 找 中 ， 保 转 检 确 子 与壳体 的 同心度 和径 向对 中 。 ３４ 不能 及时掌 握平 衡装 置 的磨损 量 ． 平 衡装 置 是允 许 磨 损 的 ，通 过 它 的磨 损 才保 证 叶轮 不被 磨 损 ，但 平 衡装 置 的磨 损 量是 有 一定 要求的， 因此 ， 时掌 握 平衡 装 置 的磨 损量 是 非 常 及 重要 的。在原 始装 配或 大修后 。 做好 以下数 据 的 要 记录， 即泵 的 总 串量 （ ６） 装完 平 衡 盘 的串量 ６ ６＋ ， （ 为 总 串 量 的 ４ ％～ ０ ） 约 ０ ５ ％ ，随 着 平 衡 装 置 的磨 损， ｂ 值将 逐 渐增 大 ， 增加 的值 即为 平 衡装 ６所 置（ 平衡 盘 与平衡 套径 向端 面 ） 的磨损 量 ， 的最 大 允 许 值为 ６＋ ｂ。在平衡 装 置到达 磨损 量允 许 的 ６一 最 大值 之前 ， 应及 时更 换 平衡 装 置 ， 可保 证 叶 轮 就
多级离心泵常见的轴向力平衡装置
究方 向： 采购 管理。
６结束 语
些无人值守岗位的需求， 可是实现其远程控制。
参 考文献
智能电话远程控制系统设计采用了 ２ ８ 个引脚的 Ｐ Ｉ Ｃ １ ６ Ｆ ７ ３ 单片机 作为系统的核心信息检测 、 信息处理 ， 以及控制实现的实现模块 ， 充分 利用硬件资源和单片机内部结构资源， 并充分结合软件编程， 使其发挥 最大作用实现了对语音、 密码 、 显示等服务， 丰富了设计的功能 ， 系统运 行更 加人性化 ， 有 很强 的可操作性 。该 系统做 到了高稳定 性 、 低成本 、 小 体积 、 内嵌容易， 可以远程通过语音提示 ， 实现人机交互 ， 实现对家里面 空调器、 洗衣机、 电饭煲、 电灯等设备的开关实现 ； 符合未来家电的智能 化、 网络化发展方向。另外 ， 本设计也可以用在工业 、 农业等领域 ， 对一
２ ． ３平 衡盘法
△Ｐ ２
图 ３双平衡鼓 示意 图
３结束语 平衡装置 的设计 是多级 泵设计 中 的关键 问题 之一 ，选 择合适 的平 衡装 置对泵 组平稳运行 、 节省维护 费用意义重 大。 作者简介： 王胜坤（ １ ９ ８ ６ ， ８ 一 ） ， 男， 北京， 研究生学历 ， 助理工程师， 研
科 技 创 新
２ ０ １ ３ 年 第 ２ ｏ 期Ｉ 科技创新与应用
多级离 心泵常见 的轴 向力平衡 装置
王 胜 坤 罗 乐
ห้องสมุดไป่ตู้
（ 中国核 电工程有 限公 司， 北京 １ ０ ０ ８ ４ ０ ） 摘 要 ： 轴 向力平衡装置的选取是 多级 离心泵设计 中的关键 问题 ， 其 目的是平衡轴向力 ， 防止转子的轴向 窜动。文章分析 了多 级 离心 泵轴 向力 产 生原 因 ， 并 介 绍 了常 用 的平 衡 装 置 。
多级离心泵轴向力平衡装置改造
严 重 时 刚换 上 备 件 ，启 动后 立 刻 磨 损 。 由于泵 两 端 支 承轴 承 为 中分 式 巴 氏合 金 滑 动 轴 承 ，运 行 时 形 成 动 压 润滑 ，使 转 子 沿轴 线 窜 动 灵 活 ，保 证 平 衡 装 置灵 敏 可靠 。平 衡 盘 的过 度 磨 损 ，会使 动 静 部 件 相碰 擦 ，导 致转 子导 叶几 乎 全 部 报废 、电 动 机 轴承损 坏 的严 重事故 。
使 用 ，水 泵 的工 作 运行 工 况稳 定 ，很 少 出现 剧烈
的平衡力不足 以平 衡轴向推力 ，最终造成平衡盘 和平 衡 座 咬死 。而 且 ，由 图 １ 以看 出 ，在 平 衡 可 盘与平衡座形成的高压密封腔 中 ，水通过轴 向间 隙泄 漏 ，后 面没 有节 流措 施 ，当平 衡 盘 向右 移 动 、
厂 提供 了 ４台 Ｄ ２０ １０ １ Ｇ ５— ６ｘ ０型锅 炉给水 泵 ，其轴 向力平 衡结 构均 为平 衡 盘 。但 设 备运 行 时 间不 长 ，
就 相继 出 现 了一 系 列 问题 ：振动 超标 、轴 瓦烧 坏 。
我公司服务人员和技术人员配合用户 ，多次到现 场 ，对 水 泵 进 行 了拆 检 ，发 现平 衡 盘 严 重 磨 损 ， 比较 严 重 的 是 有 的平 衡 盘 由 于 高 速 磨 损 、发 热 ， 导 致烧 结在 一起 。有时一 月 之 内数 次更 换 平衡 盘 ，
多级离心泵轴向力平衡方法有哪几种？
(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
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。
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多级离心泵常见的轴向力平衡装置
軸向力平衡装置的选取是多级离心泵设计中的关键问题，其目的是平衡轴向力，防止转子的轴向窜动。
文章分析了多级离心泵轴向力产生原因，并介绍了常用的平衡装置。
标签：多级泵；轴向力；平衡装置
引言
多级离心泵在电力、石油化工等行业被广泛应用。
轴向力平衡装置的选取是泵组设计的关键问题，检查平衡装置是否需要更换或优化也是多级离心泵维修中的一项重要工作。
泵组运转过程中，若平衡装置不能中和泵组产生的轴向力，则会造成泵动静部件摩擦而降低效率，严重时泵转子与各静部件咬死而导致泵损坏。
1 轴向力的产生
多级离心泵运行过程中产生的轴向力包括以下几种：因作用在各叶轮吸入端（驱动端）和吐出端（自由端）的压力不相等，从而产生指向泵驱动端的轴向力；液体从吸入口到排出口改变方向时作用在叶片上的力，指向叶轮背面，称为动反力；由于泵内叶轮进口压力与外部大气压不同，在轴端和轴台阶上产生的轴向力；立式泵转子重量引起的向下的轴向力；其他轴向力。
2 轴向力的平衡装置
总轴向力会使转子轴向窜动，造成泵动静部件摩擦，而平衡装置的两端有一个压力差，其中的液体形成一个与总轴向力方向相反的平衡力，平衡力大小随平衡盘的移动而变化，直到与轴向力抵消，但由于惯性的作用转子不会立即停止窜动，而是在平衡位置左右窜动且幅度不断减小，最终停留在平衡位置，故随着运行工况的变化，泵转子始终处于动态平衡状态。
平衡装置的设计为多级离心泵设计中的重点，包括叶轮对称布置（适用于偶数级泵）与平衡盘（鼓）法两大类，平衡盘（鼓）法又包括平衡鼓、平衡盘、平衡盘鼓、双平衡鼓形式，随着结构的逐渐复杂，平衡效果也越好。
平衡盘（鼓）法多与推力轴承配合使用，推力轴承一般只承受5%～10%的轴向力，在设计平衡盘（鼓）时，一般不考虑推力轴承平衡的轴向力，保证泵在推力轴承损坏的情况下，平衡盘（鼓）仍能正常工作。
2.1 叶轮对称布置法
叶轮级数为偶数时可采用叶轮对称布置法平衡轴向力，设计上要注意反向叶
轮入口前的密封节流衬套尺寸要与叶轮轮毂尺寸一致。
此方法多用于蜗壳式多级泵，用于节段式泵时会增加级间泄露。
2.2 平衡鼓法
英国WEIR公司确定平衡鼓直径为首级叶轮密封环直径的93%。
平衡鼓法承受平衡力过大，在大流量工况下容易引起轴向力反向，引起转子振动。
2.3 平衡盘法
平衡盘结构与各部分承担轴向力如图1所示，平衡力一部分由径向间隙直径R0至平衡盘轴向间隙内半径R1截面上产生，另一部分由平衡盘轴向间隙内半径R1到外半径R2截面上产生。
平衡盘的灵敏度越高，平衡盘的径向尺寸越大，通常取k=0.3～0.5，泄漏量一般为额定流量的4～10%，但高扬程小流量泵可能高达20%。
2.4 平衡盘鼓法
平衡盘鼓联合装置与平衡盘的区别是：平衡盘鼓的节流轴套部分尺寸比轮毂尺寸大，而平衡盘节流轴套部分与轮毂同尺寸。
平衡盘鼓结构与各部分承担轴向力如图2所示，通常由平衡鼓平衡总轴向力的50～80%，最大可到90%，增加平衡鼓的平衡力，有利于减小平衡盘的尺寸和增加轴向间隙，减少平衡盘的磨损。
通常平衡盘外半径RW=（1.2～1.4）Rn，平衡盘轴向间隙长度b0=（0.2～0.4）Rn。
2.5 双平衡鼓法
双平衡鼓实质上就是在平衡盘鼓联合装置基础上，在平衡盘外径上增加一道径向间隙，使平衡盘起到部分平衡鼓的作用，这样可以使轴向间隙进一步加大，进而减少平衡盘的磨损和降低轴向间隙对装配的要求，同时也增加了阻力损失，减少平衡水的泄露量。
双平衡鼓结构与各部分承担轴向力如图3所示，一般由平衡鼓（小鼓）平衡50%～70%的轴向力，平衡盘（大鼓）平衡剩余的轴向力。
一般选小鼓的径向间隙长度L1=120～160mm，大鼓的径向间隙长度LW=40～80mm，大鼓的轴向间隙b0=0.15～0.25mm，轴向间隙大，平衡盘不易产生摩擦，但平衡室压力下降，会减少大鼓的平衡力。
3 结束语
平衡装置的设计是多级泵设计中的关键问题之一，选择合适的平衡装置对泵组平稳运行、节省维护费用意义重大。
作者简介：王胜坤（1986，8-），男，北京，研究生学历，助理工程师，研究方向：采购管理。