Het balanceren van de axiale kracht in meertraps centrifugaalpompen is een cruciale technologie voor een stabiele werking. Door de serieschakeling van de waaiers accumuleren de axiale krachten aanzienlijk (tot wel enkele tonnen). Indien deze krachten niet goed in balans zijn, kan dit leiden tot overbelasting van de lagers, beschadiging van de afdichtingen of zelfs tot uitval van de apparatuur. Hieronder worden gangbare methoden voor het balanceren van de axiale kracht beschreven, samen met hun principes, voordelen en nadelen.
1.Symmetrische waaieropstelling (rug-aan-rug / tegenover elkaar)
Bij het ontwerp van de axiale krachtbalansinrichting van moderne centrifugaalpompen wordt doorgaans gekozen voor een even aantal waaiertrappen. Dit is belangrijk omdat een even aantal waaiertrappen de symmetrische verdeling van de waaiers mogelijk maakt om de axiale kracht van de apparatuur in evenwicht te brengen. De axiale kracht die door de symmetrisch verdeelde waaiers tijdens de werking wordt gegenereerd, is gelijk in grootte en tegengesteld in richting, waardoor een evenwichtstoestand op macroscopisch niveau ontstaat. Tijdens het ontwerpproces moet er rekening mee worden gehouden dat de afdichtingsmaat vóór de inlaat van de keerwaaier overeenkomt met de diameter van de waaier om een goede afdichting te garanderen.
●BeginselAangrenzende waaiers zijn in tegengestelde richtingen geplaatst, zodat hun axiale krachten elkaar opheffen.
●Achter elkaarTwee sets waaiers zijn symmetrisch rond het midden van de pompas gemonteerd.
●PersoonlijkDe waaiers zijn naar binnen of naar buiten gericht in een spiegelbeeldige configuratie.
●VoordelenGeen extra apparaten nodig; eenvoudige structuur; hoge balanceringsefficiëntie (meer dan 90%).
●Nadelen: Complex ontwerp van de pomphuis; lastige optimalisatie van het stromingspad; alleen toepasbaar op pompen met een even aantal trappen.
●ToepassingenHogedrukketelvoedingspompen, meertrapspompen voor de petrochemische industrie.
2. Balancerende trommel
De balanscilinderconstructie (ook wel balanszuiger genoemd) heeft geen kleine axiale speling, waardoor het grootste deel van de axiale stuwkracht kan worden gecompenseerd, maar niet alles. Er is geen extra compensatie bij beweging in de axiale positie en druklagers zijn over het algemeen vereist. Dit ontwerp resulteert in een hogere interne recirculatie (interne lekkage), maar is beter bestand tegen opstarten, uitschakelen en andere transiënte omstandigheden.
●BeginselNa de waaier van de laatste trap wordt een cilindrische trommel geplaatst. Hogedrukvloeistof lekt door de opening tussen de trommel en de behuizing in een lagedrukkamer, waardoor een tegenkracht ontstaat.
● EenvoordelenSterk balancerend vermogen, geschikt voor hogedrukpompen met meerdere trappen (bijv. 10+ trappen).
●NadelenLekverliezen (~3-5% van het debiet), waardoor de efficiëntie afneemt. Vereist extra compensatieleidingen of recirculatiesystemen, wat de complexiteit van het onderhoud verhoogt.
●Toepassingen: Grote meertraps centrifugaalpompen (bijv. pompen voor langeafstandstransport via pijpleidingen).
3.Balancerende schijf
Bij het ontwerpen van de axiale krachtbalancering van moderne meertraps centrifugaalpompen wordt vaak een balansschijfmethode gebruikt. Deze methode kan in beperkte mate worden aangepast aan de productiebehoeften. De balanceerkracht wordt voornamelijk gegenereerd door de dwarsdoorsnede tussen de radiale en axiale speling van de schijf, en het andere deel door de axiale speling en de buitenradius van de balansschijf. Deze twee balanceerkrachten zorgen voor de axiale kracht. Vergeleken met andere methoden heeft de balansschijfmethode als voordeel dat de diameter van de schijf groter is en de gevoeligheid hoger, wat de operationele stabiliteit van de apparatuur aanzienlijk verbetert. Vanwege de kleine axiale speling is dit ontwerp echter gevoelig voor slijtage en beschadiging onder wisselende omstandigheden.
●BeginselNa de waaier in de laatste trap is een beweegbare schijf geplaatst. Het drukverschil over de schijf zorgt ervoor dat de positie ervan dynamisch wordt aangepast om de axiale kracht tegen te werken.
●VoordelenPast zich automatisch aan variaties in axiale kracht aan; hoge balanceerprecisie.
●NadelenWrijving veroorzaakt slijtage, waardoor periodieke vervanging nodig is. Gevoelig voor de reinheid van de vloeistof (deeltjes kunnen de schijf blokkeren).
●Toepassingen: Meertraps schoonwaterpompen in de beginfase (die geleidelijk worden vervangen door balanceertrommels).
4.Balancerende trommel + schijfcombinatie
Vergeleken met de balansplaatmethode verschilt de balansplaattrommelmethode doordat de diameter van het smoorklepgedeelte groter is dan de diameter van de waaiernaaf, terwijl bij een balansschijf de diameter van het smoorklepgedeelte juist gelijk moet zijn aan de diameter van de waaiernaaf. Over het algemeen geldt dat bij de balansplaattrommel de balanskracht die door de balansplaat wordt gegenereerd meer dan de helft van de totale axiale kracht bedraagt, met een maximum van 90%. De overige krachten worden voornamelijk door de balanstrommel geleverd. Tegelijkertijd zal een matige verhoging van de balanskracht van de balanstrommel de balanskracht van de balansplaat, en daarmee de afmetingen van de balansplaat, verminderen. Dit leidt tot minder slijtage van de balansplaat, een langere levensduur van de onderdelen en een optimale werking van de meertraps centrifugaalpomp.
●BeginselDe trommel vangt het grootste deel van de axiale kracht op, terwijl de schijf de resterende kracht fijnregelt.
●Voordelen: Combineert stabiliteit en aanpassingsvermogen, geschikt voor wisselende bedrijfsomstandigheden.
●NadelenComplexe structuur; hogere kosten.
●Toepassingen: Hoogwaardige industriële pompen (bijv. koelvloeistofpompen voor kernreactoren).
5. Druklagers (hulpbalancering)
●BeginselHoekcontactkogellagers of Kingsbury-lagers absorberen de resterende axiale kracht.
●VoordelenEen betrouwbare back-up voor andere balanceringsmethoden.
●Nadelen: Vereist regelmatige smering; kortere levensduur bij hoge axiale belastingen.
●ToepassingenKleine tot middelgrote meertrapspompen of hogesnelheidspompen.
6. Dubbelzuigende waaierconstructie
●BeginselEen dubbelzijdige aanzuigwaaier wordt gebruikt in de eerste of tussenliggende trap, waardoor de axiale kracht in evenwicht wordt gebracht door middel van instroom aan beide zijden.
●VoordelenEffectieve balancering met verbeterde cavitatieprestaties.
●NadelenDeze methode compenseert alleen de axiale kracht bij eentrapspompen; voor meertrapspompen zijn andere methoden nodig.
7. Gaten voor hydraulische balans (gaten in de achterplaat van de waaier)
●BeginselIn de achterplaat van de waaier zijn gaten geboord, waardoor vloeistof onder hoge druk kan recirculeren naar de zone met lage druk, wat de axiale kracht vermindert.
●VoordelenEenvoudig en voordelig.
●NadelenVermindert de pompefficiëntie (~2–4%).Alleen geschikt voor toepassingen met lage axiale krachten; vereist vaak aanvullende druklagers.
Vergelijking van methoden voor het balanceren van axiale krachten
| Methode | Efficiëntie | Complexiteit | Onderhoudskosten | Typische toepassingen |
| Symmetrische waaiers | ★★★★★ | ★★★ | ★★ | Gelijktraps hogedrukpompen |
| Balancerende trommel | ★★★★ | ★★★★ | ★★★ | Hogedruk meertrapspompen |
| Balancerende schijf | ★★★ | ★★★★ | ★★★★ | Schone vloeistoffen, variabele belastingen |
| Drum + Disk Combo | ★★★★★ | ★★★★★ | ★★★★ | Extreme omstandigheden (nucleair, militair) |
| Druklagers | ★★ | ★★ | ★★★ | Balancering van de resterende axiale kracht |
| Dubbelzuigende waaier | ★★★★ | ★★★ | ★★ | Eerste of tussenliggende fase |
| Evenwichtsgaten | ★★ | ★ | ★ | Kleine lagedrukpompen |
Geplaatst op: 29 maart 2025