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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 il bilanciamento non è corretto, può causare sovraccarichi ai 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 della girante (schiena a schiena / faccia a faccia)
Nella progettazione del dispositivo di bilanciamento della forza assiale delle moderne pompe centrifughe, lo stadio della girante viene generalmente selezionato in numero pari, poiché in questo caso è possibile utilizzare il metodo di distribuzione simmetrica della girante per bilanciare la forza assiale dell'apparecchiatura. La forza assiale generata dalla girante distribuita simmetricamente durante il funzionamento è di uguale entità e di direzione opposta, raggiungendo uno stato di equilibrio a livello macroscopico. In fase di progettazione, è importante tenere presente che la dimensione della strozzatura di tenuta a monte dell'ingresso della girante inversa deve essere coerente con il diametro della girante stessa, al fine di garantire una buona tenuta.
●Principio: Le giranti adiacenti sono disposte in direzioni opposte in modo che le loro forze assiali si annullino a vicenda.
●Uno dopo l'altro:Due serie di giranti sono installate simmetricamente attorno al punto medio dell'albero della pompa.
●Di persona: Le giranti sono disposte rivolte verso l'interno o verso l'esterno in una configurazione speculare.
●Vantaggi: Non sono necessari dispositivi aggiuntivi; struttura semplice; elevata efficienza di bilanciamento (oltre il 90%).
●Svantaggi: Design complesso dell'alloggiamento della pompa; difficile ottimizzazione del percorso del flusso; applicabile solo a pompe con un numero pari di stadi.
●Applicazioni: Pompe di alimentazione caldaie ad alta pressione, pompe multistadio petrolchimiche.
2. Tamburo di bilanciamento
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 tutta; inoltre, non vi è alcuna compensazione aggiuntiva durante il movimento in posizione assiale e, in genere, sono necessari cuscinetti reggispinta. Questa configurazione offre una maggiore ricircolazione interna (perdite interne), ma è più tollerante ad avviamenti, arresti e altre condizioni transitorie.
●Principio: Un tamburo cilindrico è installato dopo la girante dell'ultimo stadio. Il fluido ad alta pressione fuoriesce attraverso l'intercapedine tra il tamburo e la carcassa in una camera a bassa pressione, generando una forza di contrasto.
● Unavantaggi: Elevata capacità di bilanciamento, adatta per pompe multistadio ad alta pressione (ad esempio, 10+ stadi).
●Svantaggi: Perdite di carico (circa il 3-5% della portata), con conseguente riduzione dell'efficienza. Richiede tubazioni di bilanciamento o sistemi di ricircolo aggiuntivi, 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 regolato 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, e la parte restante 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 maggiore, il che migliora efficacemente la stabilità di funzionamento del dispositivo. Tuttavia, a causa del ridotto gioco assiale, questa progettazione è suscettibile 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.
●Vantaggi: Si adatta automaticamente alle variazioni della forza assiale; elevata precisione di bilanciamento.
●Svantaggi: L'attrito causa usura, richiedendo una sostituzione periodica. Sensibile alla pulizia del fluido (le particelle possono incepparlo).
●Applicazioni: Pompe multistadio per acqua pulita in fase iniziale (sostituite gradualmente da tamburi di bilanciamento).
4.Combinazione di tamburo e disco di bilanciamento
Rispetto al metodo a piastra di bilanciamento, il metodo a tamburo con piastra di bilanciamento si differenzia per il fatto che la dimensione della boccola di strozzamento è maggiore di quella del mozzo della girante, mentre il disco di bilanciamento richiede che la dimensione della boccola di strozzamento corrisponda a quella del mozzo della girante. In generale, nel metodo di progettazione del tamburo con piastra di bilanciamento, la forza di bilanciamento generata dalla piastra di bilanciamento rappresenta più della metà della forza assiale totale, e il massimo può raggiungere il 90% della forza assiale totale, mentre le altre componenti sono fornite 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 dell'apparecchiatura e garantendo il normale funzionamento della pompa centrifuga multistadio.
●Principio:Il tamburo gestisce la maggior parte della forza assiale, mentre il disco regola con precisione la forza residua.
●Vantaggi: Combina stabilità e adattabilità, adatto a condizioni operative variabili.
●Svantaggi: Struttura complessa; costo più elevato.
●Applicazioni: Pompe industriali ad alte prestazioni (ad esempio pompe per refrigeranti di reattori nucleari).
5. Cuscinetti reggispinta (bilanciamento ausiliario)
●Principio: I cuscinetti a sfere a contatto obliquo o cuscinetti Kingsbury assorbono la forza assiale residua.
●Vantaggi: Backup affidabile per altri metodi di bilanciamento.
●Svantaggi: Richiede lubrificazione regolare; durata più breve in caso di carichi assiali elevati.
●Applicazioni: Pompe multistadio di piccole e medie dimensioni o pompe ad alta velocità.
6. Progettazione della girante a doppia aspirazione
●Principio:Nella prima fase o nella fase intermedia viene utilizzata una girante a doppia aspirazione, che bilancia la forza assiale tramite un afflusso bilaterale.
●Vantaggi: Bilanciamento efficace migliorando le prestazioni 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)
●Principio:Sono stati praticati dei fori nella piastra posteriore della girante, consentendo al fluido ad alta pressione di ricircolare nella zona a bassa pressione, riducendo la forza assiale.
●Vantaggi: Semplice ed economico.
●Svantaggi: Riduce l'efficienza della pompa (~2–4%).Adatto solo per applicazioni con bassa forza assiale; spesso richiede cuscinetti reggispinta supplementari.
Confronto dei metodi di bilanciamento della forza assiale
| Metodo | Efficienza | Complessità | Costo di manutenzione | Applicazioni tipiche |
| Giranti simmetriche | ★★★★★ | ★★★ | ★★ | Pompe ad alta pressione a stadi uniformi |
| Tamburo di bilanciamento | ★★★★ | ★★★★ | ★★★ | Pompe multistadio ad alta prevalenza |
| Disco di bilanciamento | ★★★ | ★★★★ | ★★★★ | Fluidi puliti, carichi variabili |
| Combo batteria + disco | ★★★★★ | ★★★★★ | ★★★★ | Condizioni estreme (nucleari, militari) |
| Cuscinetti reggispinta | ★★ | ★★ | ★★★ | Bilanciamento della forza assiale residua |
| Girante a doppia aspirazione | ★★★★ | ★★★ | ★★ | Prima o fase intermedia |
| Fori di equilibrio | ★★ | ★ | ★ | Piccole pompe a bassa pressione |
Data di pubblicazione: 29 marzo 2025