El equilibrado de la fuerza axial en bombas centrífugas multietapa es fundamental para garantizar un funcionamiento estable. Debido a la disposición en serie de los impulsores, las fuerzas axiales se acumulan considerablemente (hasta varias toneladas). Si no se equilibran correctamente, esto puede provocar sobrecarga en los cojinetes, daños en los sellos o incluso fallos en el equipo. A continuación, se describen los métodos más comunes para equilibrar la 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, generalmente se selecciona un número par de etapas del impulsor, ya que, al tener un número par de etapas, se puede utilizar un método de distribución simétrica del impulsor para equilibrar la fuerza axial del equipo. La fuerza axial generada por el impulsor distribuido simétricamente durante el funcionamiento es igual en magnitud y opuesta en dirección, lo que genera un estado de equilibrio a nivel macroscópico. Durante el proceso de diseño, es importante tener en cuenta que el tamaño de la válvula de estrangulamiento de sellado antes de la entrada del impulsor inverso debe ser igual al diámetro del impulsor para garantizar un buen sellado.
●PrincipioLos impulsores adyacentes están dispuestos en direcciones opuestas de manera que sus fuerzas axiales se cancelen entre sí.
●Uno tras otroSe instalan dos conjuntos 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 simétrica.
●VentajasNo requiere dispositivos adicionales; estructura simple; alta eficiencia de equilibrado (más del 90%).
●Desventajas: Diseño complejo de la carcasa de la bomba; optimización difícil del recorrido del flujo; solo aplicable a bombas con un número par de etapas.
●AplicacionesBombas de alimentación de calderas de alta presión, bombas multietapa para la industria petroquímica.
2. Tambor de equilibrio
La estructura del tambor de equilibrio (también conocida como pistón de equilibrio) no tiene una holgura axial ajustada, lo que puede compensar la mayor parte del empuje axial, pero no todo. No hay compensación adicional al moverse en la posición axial, por lo que generalmente se requieren cojinetes de empuje. Este diseño presenta una mayor recirculación interna (fugas internas), pero tolera mejor los arranques, las paradas y otras condiciones transitorias.
●PrincipioTras el impulsor de la última etapa, se instala un tambor cilíndrico. El fluido a alta presión se filtra a través del espacio entre el tambor y la carcasa hacia una cámara de baja presión, generando una fuerza contraria.
● AventajasGran capacidad de equilibrado, adecuada para bombas multietapa de alta presión (por ejemplo, de más de 10 etapas).
●DesventajasPérdidas por fugas (entre un 3 % y un 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 oleoductos de larga distancia).
3.Disco de equilibrado
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 puede ajustarse moderadamente según la demanda de producción. La fuerza de equilibrio se genera principalmente por la sección transversal entre la holgura radial y la holgura axial del disco, y la otra parte se genera principalmente por la holgura axial y la sección del radio exterior del disco de equilibrio. Estas dos fuerzas de equilibrio cumplen la función de equilibrar la fuerza axial. En comparación con otros métodos, la ventaja del método de la placa de equilibrio radica en que el diámetro de la placa de equilibrio es mayor y la sensibilidad es más alta, lo que mejora eficazmente la estabilidad operativa del equipo. Sin embargo, debido a la pequeña holgura de funcionamiento axial, este diseño es susceptible al desgaste y al daño en condiciones transitorias.
●PrincipioTras el impulsor de la última etapa, se instala un disco móvil. 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 la fuerza axial; alta precisión de equilibrado.
●DesventajasLa fricción provoca desgaste, lo que requiere un reemplazo periódico. Es sensible a la limpieza del fluido (las partículas pueden atascar el disco).
●Aplicaciones: Bombas multietapa de agua limpia en etapa inicial (que están siendo reemplazadas gradualmente por tambores de equilibrado).
4.Combinación de tambor y disco de equilibrado
En comparación con el método de placa de equilibrio, el método de tambor de placa de equilibrio se diferencia en que el tamaño de su buje de estrangulamiento es mayor que el del cubo del impulsor, mientras que el disco de equilibrio requiere que el tamaño del buje de estrangulamiento corresponda al del cubo del impulsor. En general, en el diseño del tambor de placa de equilibrio, la fuerza de equilibrio generada por la placa de equilibrio representa más de la mitad de la fuerza axial total, pudiendo alcanzar un máximo del 90%, y el resto de la fuerza es proporcionada principalmente por el tambor de equilibrio. Al mismo tiempo, un aumento moderado de la fuerza de equilibrio del tambor de equilibrio reducirá correspondientemente la fuerza de equilibrio de la placa de equilibrio y, por consiguiente, su tamaño, disminuyendo así el grado de desgaste de la placa de equilibrio, mejorando la vida útil de las piezas del equipo y garantizando el funcionamiento normal de la bomba centrífuga multietapa.
●PrincipioEl tambor soporta la mayor parte de la fuerza axial, mientras que el disco ajusta con precisión la fuerza residual.
●VentajasCombina estabilidad y adaptabilidad, lo que lo hace adecuado para condiciones de funcionamiento variables.
●Desventajas: Estructura compleja; mayor coste.
●Aplicaciones: Bombas industriales de alto rendimiento (por ejemplo, bombas de refrigerante para reactores nucleares).
5. Cojinetes de empuje (equilibrio auxiliar)
●PrincipioLos rodamientos de bolas de contacto angular o rodamientos Kingsbury absorben la fuerza axial residual.
●Ventajas: Respaldo fiable para otros métodos de balanceo.
●Desventajas: Requiere lubricación regular; su vida útil es menor bajo cargas axiales elevadas.
●AplicacionesBombas multietapa de tamaño pequeño a mediano o bombas de alta velocidad.
6. Diseño de impulsor de doble succión
●PrincipioEn la primera etapa o en una etapa intermedia se utiliza un impulsor de doble succión, que equilibra la fuerza axial mediante la entrada de agua por ambos lados.
●Ventajas: Equilibrio eficaz a la vez que se 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)
●PrincipioSe perforan agujeros en la placa posterior del impulsor, lo que permite que el fluido de alta presión recircule a la zona de baja presión, reduciendo así la fuerza axial.
●Ventajas: Sencillo y de bajo costo.
●Desventajas: Reduce la eficiencia de la bomba (~2–4%).Solo apto para aplicaciones de baja fuerza axial; a menudo requiere cojinetes de empuje suplementarios.
Comparación de métodos de equilibrio de fuerzas axiales
| Método | Eficiencia | Complejidad | Costo de mantenimiento | Aplicaciones típicas |
| Impulsores simétricos | ★★★★★ | ★★★ | ★★ | Bombas de alta presión de etapas iguales |
| Tambor de equilibrio | ★★★★ | ★★★★ | ★★★ | Bombas multietapa de alta presión |
| Disco de equilibrado | ★★★ | ★★★★ | ★★★★ | Fluidos limpios, cargas variables |
| Combinación de batería y disco | ★★★★★ | ★★★★★ | ★★★★ | Condiciones extremas (nucleares, militares) |
| Cojinetes de empuje | ★★ | ★★ | ★★★ | Equilibrio de la fuerza axial residual |
| Impulsor de doble succión | ★★★★ | ★★★ | ★★ | Primera o etapa intermedia |
| agujeros de equilibrio | ★★ | ★ | ★ | Bombas pequeñas de baja presión |
Fecha de publicación: 29 de marzo de 2025