Il bilanciamento della forza assiale nelle pompe centrifughe multistadio è una tecnologia fondamentale per garantire un funzionamento stabile. A causa della disposizione in serie delle giranti, le forze assiali si accumulano in modo significativo (fino a diverse tonnellate). Se non bilanciate correttamente, queste forze possono causare sovraccarico dei cuscinetti, danni alle tenute o persino guasti alle apparecchiature. Di seguito sono riportati i metodi più comuni per il bilanciamento della forza assiale, insieme ai relativi principi, vantaggi e svantaggi.
1.Disposizione simmetrica delle giranti (schiena contro schiena / faccia a faccia)
Nella progettazione del dispositivo di bilanciamento della forza assiale delle moderne pompe centrifughe, il numero di stadi della girante viene generalmente scelto pari, perché quando il numero di stadi della girante è pari, è possibile utilizzare il metodo di distribuzione simmetrica della girante per bilanciare la forza assiale dell'apparecchiatura. In questo modo, la forza assiale generata dalla girante distribuita simmetricamente durante il funzionamento è di uguale intensità e direzione opposta, mostrando uno stato di equilibrio a livello macroscopico. Durante la fase di progettazione, è importante notare che la dimensione della strozzatura di tenuta prima dell'ingresso della girante inversa è compatibile con il diametro della girante stessa per garantire una buona tenuta.
●PrincipioLe giranti adiacenti sono disposte in direzioni opposte in modo che le loro forze assiali si annullino a vicenda.
●Uno dietro l'altro: Due serie di giranti sono installate simmetricamente attorno al punto medio dell'albero della pompa.
●Faccia a facciaLe giranti sono disposte rivolte verso l'interno o verso l'esterno in una configurazione speculare.
●Dettagli: Nessun dispositivo aggiuntivo richiesto; struttura semplice; elevata efficienza di bilanciamento (oltre il 90%).
●SvantaggiDesign complesso dell'alloggiamento della pompa; difficile ottimizzazione del percorso di flusso; applicabile solo a pompe con un numero pari di stadi.
●ApplicazioniPompe di alimentazione per caldaie ad alta pressione, pompe multistadio per l'industria petrolchimica.
2. Tamburo in equilibrio
La struttura del tamburo di bilanciamento (nota anche come pistone di bilanciamento) non presenta un gioco assiale ridotto, che può compensare la maggior parte della spinta assiale, ma non la totalità, e non vi è alcuna compensazione aggiuntiva durante il movimento in posizione assiale; pertanto, sono generalmente necessari cuscinetti reggispinta. Questo design presenta una maggiore ricircolazione interna (perdite interne), ma è più tollerante alle fasi di avviamento, arresto e altre condizioni transitorie.
●PrincipioDopo la girante dell'ultimo stadio è installato un tamburo cilindrico. Il fluido ad alta pressione fuoriesce attraverso lo spazio tra il tamburo e l'involucro in una camera a bassa pressione, generando una forza contraria.
● AvantaggiElevata capacità di bilanciamento, adatta per pompe multistadio ad alta pressione (ad esempio, con più di 10 stadi).
●SvantaggiPerdite dovute a trafilamenti (~3-5% della portata), che riducono l'efficienza. Richiedono tubazioni di bilanciamento aggiuntive o sistemi di ricircolo, aumentando la complessità della manutenzione.
●Applicazioni: Grandi pompe centrifughe multistadio (ad esempio, pompe per condotte a lunga distanza).
3.Disco di bilanciamento
Come metodo di progettazione comune nel processo di progettazione del dispositivo di bilanciamento della forza assiale delle moderne pompe centrifughe multistadio, il metodo del disco di bilanciamento può essere moderatamente adattato in base alle esigenze di produzione. La forza di bilanciamento è generata principalmente dalla sezione trasversale tra il gioco radiale e il gioco assiale del disco, mentre la restante parte è generata principalmente dal gioco assiale e dalla sezione del raggio esterno del disco di bilanciamento. Queste due forze di bilanciamento svolgono il ruolo di bilanciare la forza assiale. Rispetto ad altri metodi, il vantaggio del metodo della piastra di bilanciamento è che il diametro della piastra di bilanciamento è maggiore e la sensibilità è più elevata, il che migliora efficacemente la stabilità operativa del dispositivo. Tuttavia, a causa del piccolo gioco assiale di funzionamento, questo design è soggetto a usura e danni in condizioni transitorie.
●Principio: Un disco mobile è installato dopo la girante dell'ultimo stadio. La differenza di pressione attraverso il disco ne regola dinamicamente la posizione per contrastare la forza assiale.
●Dettagli: Si adatta automaticamente alle variazioni della forza assiale; elevata precisione di bilanciamento.
●SvantaggiL'attrito provoca usura, rendendo necessaria una sostituzione periodica. Sensibile alla pulizia del fluido (le particelle possono bloccare il disco).
●ApplicazioniPompe multistadio per acqua pulita di prima generazione (in progressiva sostituzione con tamburi di bilanciamento).
4.Combinazione di tamburo e disco di bilanciamento
Rispetto al metodo con piastra di bilanciamento, il metodo con tamburo a piastra di bilanciamento si differenzia per il fatto che la dimensione della sua boccola di strozzatura è maggiore della dimensione del mozzo della girante, mentre nel caso del disco di bilanciamento la dimensione della boccola di strozzatura corrisponde alla dimensione del mozzo della girante. In generale, nel metodo di progettazione del tamburo a piastra di bilanciamento, la forza di bilanciamento generata dalla piastra di bilanciamento rappresenta più della metà della forza assiale totale, e può raggiungere un massimo del 90%, mentre la parte restante è fornita principalmente dal tamburo di bilanciamento. Allo stesso tempo, un moderato aumento della forza di bilanciamento del tamburo di bilanciamento ridurrà di conseguenza la forza di bilanciamento della piastra di bilanciamento e, di conseguenza, le dimensioni della piastra di bilanciamento, riducendo così il grado di usura della piastra di bilanciamento, migliorando la durata dei componenti e garantendo il normale funzionamento della pompa centrifuga multistadio.
●PrincipioIl tamburo gestisce la maggior parte della forza assiale, mentre il disco regola finemente la forza residua.
●DettagliCombina stabilità e adattabilità, risultando adatto a condizioni operative variabili.
●SvantaggiStruttura complessa; costi più elevati.
●ApplicazioniPompe industriali ad alte prestazioni (ad esempio, pompe per il refrigerante dei reattori nucleari).
5. Cuscinetti reggispinta (bilanciamento ausiliario)
●PrincipioI cuscinetti a sfere a contatto angolare, o cuscinetti Kingsbury, assorbono la forza assiale residua.
●Dettagli: Un valido supporto per altri metodi di bilanciamento.
●SvantaggiRichiede lubrificazione regolare; durata inferiore in presenza di carichi assiali elevati.
●ApplicazioniPompe multistadio di piccole e medie dimensioni o pompe ad alta velocità.
6. Design della girante a doppia aspirazione
●Principio: Nella prima fase, o fase intermedia, viene utilizzata una girante a doppia aspirazione che bilancia la forza assiale attraverso un flusso d'aria in ingresso da entrambi i lati.
●DettagliBilanciamento efficace e miglioramento delle prestazioni in termini di cavitazione.
●Svantaggi: Bilancia solo la forza assiale monostadio; per le pompe multistadio sono necessari altri metodi.
7. Fori di bilanciamento idraulico (fori della piastra posteriore della girante)
●PrincipioNella piastra posteriore della girante vengono praticati dei fori che consentono al fluido ad alta pressione di ricircolare nella zona a bassa pressione, riducendo la forza assiale.
●DettagliSemplice ed economico.
●SvantaggiRiduce l'efficienza della pompa (~2–4%).Adatto solo per applicazioni con bassa forza assiale; spesso richiede cuscinetti reggispinta supplementari.
Confronto tra metodi di bilanciamento della forza assiale
| Metodo | Efficienza | Complessità | Costo di manutenzione | Applicazioni tipiche |
| Giranti simmetriche | ★★★★★ | ★★★ | ★★ | Pompe ad alta pressione a stadi uniformi |
| Tamburo in equilibrio | ★★★★ | ★★★★ | ★★★ | pompe multistadio ad alta prevalenza |
| Disco di bilanciamento | ★★★ | ★★★★ | ★★★★ | Fluidi puliti, carichi variabili |
| Combinazione tamburo + disco | ★★★★★ | ★★★★★ | ★★★★ | Condizioni estreme (nucleari, militari) |
| Cuscinetti reggispinta | ★★ | ★★ | ★★★ | Bilanciamento della forza assiale residua |
| Girante a doppia aspirazione | ★★★★ | ★★★ | ★★ | Prima fase o fase intermedia |
| Fori di bilanciamento | ★★ | ★ | ★ | Piccole pompe a bassa pressione |
Data di pubblicazione: 29 marzo 2025