Cân bằng lực dọc trục trong bơm ly tâm nhiều tầng là một công nghệ quan trọng để đảm bảo hoạt động ổn định. Do cách bố trí cánh quạt nối tiếp, lực dọc trục tích tụ đáng kể (lên đến vài tấn). Nếu không được cân bằng đúng cách, điều này có thể dẫn đến quá tải ổ trục, hư hỏng phớt hoặc thậm chí hỏng hóc thiết bị. Dưới đây là các phương pháp cân bằng lực dọc trục phổ biến, cùng với nguyên lý, ưu điểm và nhược điểm của chúng.
1.Bố trí cánh quạt đối xứng (quay lưng vào nhau / đối mặt vào nhau)
Trong thiết kế thiết bị cân bằng lực dọc trục của bơm ly tâm hiện đại, số tầng cánh quạt thường được chọn là số chẵn, bởi vì khi số tầng cánh quạt là số chẵn, phương pháp phân bố đối xứng cánh quạt có thể được sử dụng để cân bằng lực dọc trục của thiết bị, và lực dọc trục do các cánh quạt phân bố đối xứng tạo ra trong quá trình hoạt động có độ lớn bằng nhau và ngược chiều nhau, và nó sẽ thể hiện trạng thái cân bằng ở cấp độ vĩ mô. Trong quá trình thiết kế, cần lưu ý rằng kích thước van tiết lưu làm kín trước cửa hút của cánh quạt ngược phải phù hợp với đường kính của cánh quạt để đảm bảo khả năng làm kín tốt.
●Nguyên tắcCác cánh quạt liền kề được bố trí theo hướng ngược nhau sao cho lực dọc trục của chúng triệt tiêu lẫn nhau.
●Liên tiếpHai bộ cánh quạt được lắp đặt đối xứng xung quanh điểm giữa của trục bơm.
●Gặp mặt trực tiếpCác cánh quạt được bố trí hướng vào trong hoặc ra ngoài theo hình dạng đối xứng.
●Thuận lợiKhông cần thêm thiết bị nào khác; cấu trúc đơn giản; hiệu suất cân bằng cao (trên 90%).
●Nhược điểmThiết kế vỏ bơm phức tạp; tối ưu hóa đường dẫn dòng chảy khó khăn; chỉ áp dụng cho bơm có số tầng chẵn.
●Ứng dụng: Bơm cấp nước nồi hơi áp suất cao, bơm đa tầng trong ngành hóa dầu.
2. Trống cân bằng
Cấu trúc trống cân bằng (còn được gọi là piston cân bằng) không có khe hở vận hành dọc trục hẹp, có thể bù trừ phần lớn lực đẩy dọc trục, nhưng không phải toàn bộ lực đẩy dọc trục, và không có sự bù trừ bổ sung khi di chuyển theo vị trí dọc trục, và thường cần đến các ổ đỡ lực đẩy. Thiết kế này sẽ có sự tuần hoàn bên trong (rò rỉ bên trong) cao hơn nhưng chịu được tốt hơn các quá trình khởi động, tắt máy và các điều kiện chuyển tiếp khác.
●Nguyên tắcMột trống hình trụ được lắp đặt sau cánh quạt giai đoạn cuối. Chất lỏng áp suất cao rò rỉ qua khe hở giữa trống và vỏ vào buồng áp suất thấp, tạo ra lực đối kháng.
● Aưu điểmKhả năng cân bằng mạnh mẽ, phù hợp với các loại bơm nhiều tầng áp suất cao (ví dụ: 10 tầng trở lên).
●Nhược điểm: Tổn thất do rò rỉ (~3–5% lưu lượng), làm giảm hiệu suất. Cần thêm các đường ống cân bằng hoặc hệ thống tuần hoàn, làm tăng độ phức tạp trong bảo trì.
●Ứng dụng: Máy bơm ly tâm nhiều tầng cỡ lớn (ví dụ: máy bơm đường ống đường dài).
3.Đĩa cân bằng
Trong quá trình thiết kế thiết bị cân bằng lực dọc trục của bơm ly tâm nhiều tầng hiện đại, phương pháp đĩa cân bằng là một phương pháp phổ biến. Lực cân bằng có thể được điều chỉnh vừa phải theo yêu cầu sản xuất, chủ yếu được tạo ra bởi tiết diện giữa khe hở hướng tâm và khe hở hướng trục của đĩa, phần còn lại chủ yếu được tạo ra bởi khe hở hướng trục và tiết diện bán kính ngoài của đĩa cân bằng. Hai lực cân bằng này đóng vai trò cân bằng lực dọc trục. So với các phương pháp khác, ưu điểm của phương pháp tấm cân bằng là đường kính tấm cân bằng lớn hơn và độ nhạy cao hơn, giúp cải thiện hiệu quả độ ổn định hoạt động của thiết bị. Tuy nhiên, do khe hở hướng trục nhỏ, thiết kế này dễ bị mài mòn và hư hỏng trong điều kiện vận hành không ổn định.
●Nguyên tắcMột đĩa di động được lắp đặt sau cánh quạt giai đoạn cuối. Sự chênh lệch áp suất giữa hai đầu đĩa sẽ tự động điều chỉnh vị trí của nó để chống lại lực hướng trục.
●Thuận lợiTự động thích ứng với sự thay đổi lực dọc trục; độ chính xác cân bằng cao.
●Nhược điểmMa sát gây mài mòn, cần thay thế định kỳ. Nhạy cảm với độ sạch của chất lỏng (các hạt có thể làm kẹt đĩa).
●Ứng dụng: Hệ thống bơm nước sạch đa tầng giai đoạn đầu (đang dần được thay thế bằng các trống cân bằng).
4.Sự kết hợp giữa trống cân bằng và đĩa.
So với phương pháp sử dụng đĩa cân bằng, phương pháp sử dụng trống cân bằng khác ở chỗ kích thước phần ống lót điều tiết lớn hơn kích thước trục cánh quạt, trong khi đĩa cân bằng yêu cầu kích thước ống lót điều tiết phải tương ứng với kích thước trục cánh quạt. Nói chung, trong phương pháp thiết kế trống cân bằng, lực cân bằng do đĩa cân bằng tạo ra chiếm hơn một nửa tổng lực hướng trục, và tối đa có thể đạt 90% tổng lực hướng trục, phần còn lại chủ yếu do trống cân bằng đảm nhiệm. Đồng thời, việc tăng vừa phải lực cân bằng của trống cân bằng sẽ làm giảm tương ứng lực cân bằng của đĩa cân bằng, và giảm kích thước của đĩa cân bằng, từ đó giảm độ mài mòn của đĩa cân bằng, nâng cao tuổi thọ của các bộ phận thiết bị và đảm bảo hoạt động bình thường của bơm ly tâm nhiều tầng.
●Nguyên tắcTrống chịu phần lớn lực dọc trục, trong khi đĩa tinh chỉnh lực còn lại.
●Thuận lợiKết hợp giữa tính ổn định và khả năng thích ứng, phù hợp với các điều kiện vận hành khác nhau.
●Nhược điểmCấu trúc phức tạp; chi phí cao hơn.
●Ứng dụng: Máy bơm công nghiệp hiệu suất cao (ví dụ: máy bơm làm mát lò phản ứng hạt nhân).
5. Ổ đỡ lực đẩy (Cân bằng phụ trợ)
●Nguyên tắc: Vòng bi cầu tiếp xúc góc hoặc vòng bi Kingsbury hấp thụ lực dọc trục còn lại.
●Thuận lợi: Phương án dự phòng đáng tin cậy cho các phương pháp cân bằng khác.
●Nhược điểmCần bôi trơn thường xuyên; tuổi thọ ngắn hơn khi chịu tải trọng trục cao.
●Ứng dụng: Máy bơm đa tầng cỡ nhỏ đến trung bình hoặc máy bơm tốc độ cao.
6. Thiết kế cánh quạt hút kép
●Nguyên tắcỞ giai đoạn đầu hoặc giai đoạn trung gian, người ta sử dụng cánh quạt hút kép, cân bằng lực hướng trục thông qua dòng chảy vào từ hai phía.
●Thuận lợiCân bằng hiệu quả đồng thời cải thiện hiệu suất tạo bọt khí.
●Nhược điểmChỉ cân bằng lực hướng trục ở một tầng; cần các phương pháp khác cho bơm nhiều tầng.
7. Lỗ cân bằng thủy lực (Lỗ trên tấm đỡ cánh quạt)
●Nguyên tắcCác lỗ được khoan trên tấm đỡ phía sau cánh quạt, cho phép chất lỏng áp suất cao tuần hoàn trở lại vùng áp suất thấp, làm giảm lực hướng trục.
●Thuận lợiĐơn giản và tiết kiệm chi phí.
●Nhược điểm: Làm giảm hiệu suất bơm (~2–4%).Chỉ thích hợp cho các ứng dụng có lực dọc trục thấp; thường yêu cầu thêm các ổ đỡ lực đẩy.
So sánh các phương pháp cân bằng lực dọc trục
| Phương pháp | Hiệu quả | Độ phức tạp | Chi phí bảo trì | Ứng dụng điển hình |
| Cánh quạt đối xứng | ★★★★★ | ★★★ | ★★ | Máy bơm cao áp nhiều cấp |
| Trống cân bằng | ★★★★ | ★★★★ | ★★★ | Máy bơm đa tầng cột áp cao |
| Đĩa cân bằng | ★★★ | ★★★★ | ★★★★ | Chất lỏng sạch, tải trọng thay đổi |
| Bộ trống + đĩa | ★★★★★ | ★★★★★ | ★★★★ | Điều kiện khắc nghiệt (hạt nhân, quân sự) |
| Vòng bi chặn | ★★ | ★★ | ★★★ | Cân bằng lực dọc trục dư |
| Cánh quạt hút kép | ★★★★ | ★★★ | ★★ | Giai đoạn đầu tiên hoặc trung gian |
| Lỗ cân bằng | ★★ | ★ | ★ | Máy bơm nhỏ áp suất thấp |
Thời gian đăng bài: 29/03/2025
