O balanceamento da força axial em bombas centrífugas multiestágio é uma tecnologia crítica para garantir a operação estável. Devido à disposição em série dos rotores, as forças axiais se acumulam significativamente (até várias toneladas). Se não forem devidamente balanceadas, podem causar sobrecarga nos mancais, danos às vedações ou mesmo falha do equipamento. Abaixo, são apresentados os métodos comuns de balanceamento da força axial, juntamente com seus princípios, vantagens e desvantagens.
1.Arranjo simétrico de impulsores (costas com costas / faces com faces)
No projeto do dispositivo de balanceamento de força axial de bombas centrífugas modernas, o número de estágios do rotor é geralmente selecionado como par, pois, quando o número de estágios do rotor é par, o método de distribuição simétrica do rotor pode ser usado para equilibrar a força axial do equipamento. A força axial gerada pelo rotor distribuído simetricamente durante a operação é igual em magnitude e oposta em direção, apresentando um estado de equilíbrio em nível macroscópico. No processo de projeto, deve-se observar que a dimensão da vedação antes da entrada do rotor reverso é compatível com o diâmetro do rotor para garantir uma boa vedação.
●PrincípioOs impulsores adjacentes são dispostos em direções opostas para que suas forças axiais se cancelem mutuamente.
●Costas com costasDois conjuntos de rotores são instalados simetricamente em torno do ponto médio do eixo da bomba.
●Cara a caraOs impulsores são dispostos voltados para dentro ou para fora em uma configuração espelhada.
●VantagensNão requer dispositivos adicionais; estrutura simples; alta eficiência de balanceamento (acima de 90%).
●DesvantagensProjeto complexo da carcaça da bomba; otimização difícil do percurso do fluxo; aplicável somente a bombas com número par de estágios.
●AplicaçõesBombas de alimentação de caldeiras de alta pressão, bombas multiestágio para a indústria petroquímica.
2. Tambor de equilíbrio
A estrutura do tambor de balanceamento (também conhecido como pistão de balanceamento) não possui uma folga axial de funcionamento precisa, o que permite compensar a maior parte do empuxo axial, mas não a totalidade. Além disso, não há compensação adicional durante o movimento axial, sendo geralmente necessários mancais de encosto. Esse projeto apresenta maior recirculação interna (vazamento interno), porém é mais tolerante a partidas, paradas e outras condições transitórias.
●PrincípioUm tambor cilíndrico é instalado após o impulsor do último estágio. O fluido de alta pressão vaza através do espaço entre o tambor e a carcaça para uma câmara de baixa pressão, gerando uma força contrária.
● Avantagens: Forte capacidade de balanceamento, adequada para bombas de alta pressão e multiestágios (por exemplo, mais de 10 estágios).
●DesvantagensPerdas por vazamento (cerca de 3 a 5% da vazão), reduzindo a eficiência. Requer tubulações de balanceamento adicionais ou sistemas de recirculação, aumentando a complexidade da manutenção.
●AplicaçõesBombas centrífugas de grande porte e múltiplos estágios (ex.: bombas para tubulações de longa distância).
3.Disco de balanceamento
Como método de projeto comum no processo de projeto do dispositivo de balanceamento de força axial de bombas centrífugas multiestágio modernas, o método do disco de balanceamento pode ser ajustado moderadamente de acordo com a demanda de produção. A força de balanceamento é gerada principalmente pela diferença entre a folga radial e a folga axial do disco, e a outra parte é gerada principalmente pela diferença entre a folga axial e o raio externo do disco de balanceamento. Essas duas forças de balanceamento atuam em conjunto para equilibrar a força axial. Comparado a outros métodos, a vantagem do método da placa de balanceamento é que o diâmetro da placa de balanceamento é maior e a sensibilidade é mais alta, o que melhora efetivamente a estabilidade operacional do equipamento. No entanto, devido à pequena folga axial de funcionamento, esse projeto é suscetível a desgaste e danos em condições transitórias.
●PrincípioUm disco móvel é instalado após o impulsor do último estágio. A diferença de pressão através do disco ajusta dinamicamente sua posição para contrabalançar a força axial.
●VantagensAdapta-se automaticamente às variações da força axial; alta precisão de balanceamento.
●DesvantagensO atrito causa desgaste, exigindo substituição periódica. Sensível à limpeza do fluido (partículas podem obstruir o disco).
●AplicaçõesBombas de água limpa de múltiplos estágios para estágios iniciais (sendo gradualmente substituídas por tambores de balanceamento).
4.Combinação de tambor e disco de balanceamento
Em comparação com o método da placa de balanceamento, o método do tambor de placa de balanceamento difere pelo fato de que a dimensão da bucha de estrangulamento é maior que a do cubo do rotor, enquanto que, no caso do disco de balanceamento, a dimensão da bucha de estrangulamento deve corresponder à dimensão do cubo do rotor. De modo geral, no método de projeto do tambor de placa de balanceamento, a força de balanceamento gerada pela placa de balanceamento representa mais da metade da força axial total, podendo chegar a 90% da força axial total, sendo o restante fornecido principalmente pelo tambor de balanceamento. Ao mesmo tempo, um aumento moderado na força de balanceamento do tambor reduzirá correspondentemente a força de balanceamento da placa de balanceamento e, consequentemente, a dimensão da placa de balanceamento, diminuindo assim o desgaste da placa, aumentando a vida útil dos componentes do equipamento e garantindo o funcionamento normal da bomba centrífuga multiestágios.
●PrincípioO tambor suporta a maior parte da força axial, enquanto o disco ajusta a força residual.
●VantagensCombina estabilidade e adaptabilidade, sendo adequada para condições operacionais variáveis.
●DesvantagensEstrutura complexa; custo mais elevado.
●AplicaçõesBombas industriais de alto desempenho (ex.: bombas de refrigeração para reatores nucleares).
5. Mancais de encosto (balanceamento auxiliar)
●PrincípioOs rolamentos de esferas de contato angular, ou rolamentos Kingsbury, absorvem a força axial residual.
●Vantagens: Backup confiável para outros métodos de balanceamento.
●DesvantagensRequer lubrificação regular; vida útil mais curta sob altas cargas axiais.
●AplicaçõesBombas multiestágio de pequeno a médio porte ou bombas de alta velocidade.
6. Projeto de impulsor de dupla sucção
●PrincípioUm impulsor de dupla sucção é usado no primeiro estágio ou no estágio intermediário, equilibrando a força axial através do fluxo de entrada em ambos os lados.
●VantagensEquilíbrio eficaz com melhoria do desempenho em cavitação.
●Desvantagens: Equilibra apenas a força axial de estágio único; outros métodos são necessários para bombas de múltiplos estágios.
7. Furos de balanceamento hidráulico (furos na placa traseira do impulsor)
●PrincípioSão feitos furos na placa traseira do impulsor, permitindo que o fluido de alta pressão recircule para a zona de baixa pressão, reduzindo a força axial.
●VantagensSimples e de baixo custo.
●Desvantagens: Reduz a eficiência da bomba (aproximadamente 2–4%).Adequado apenas para aplicações com baixa força axial; geralmente requer rolamentos de encosto suplementares.
Comparação de métodos de balanceamento de força axial
| Método | Eficiência | Complexidade | Custo de manutenção | Aplicações típicas |
| Impulsores simétricos | ★★★★★ | ★★★ | ★★ | Bombas de alta pressão de estágio uniforme |
| Tambor de equilíbrio | ★★★★ | ★★★★ | ★★★ | Bombas multiestágio de alta pressão |
| Disco de balanceamento | ★★★ | ★★★★ | ★★★★ | Fluidos limpos, cargas variáveis |
| Conjunto de tambor e disco | ★★★★★ | ★★★★★ | ★★★★ | Condições extremas (nucleares, militares) |
| Rolamentos de encosto | ★★ | ★★ | ★★★ | Equilíbrio da força axial residual |
| Impulsor de dupla sucção | ★★★★ | ★★★ | ★★ | Primeiro ou estágio intermediário |
| Orifícios de equilíbrio | ★★ | ★ | ★ | Bombas pequenas de baixa pressão |
Data da publicação: 29/03/2025