تُعد موازنة القوة المحورية في مضخات الطرد المركزي متعددة المراحل تقنيةً أساسيةً لضمان استقرار التشغيل. نظرًا لترتيب المكرهات على التوالي، تتراكم القوى المحورية بشكل كبير (حتى عدة أطنان). في حال عدم موازنة القوة المحورية بشكل صحيح، فقد يؤدي ذلك إلى زيادة حمل المحمل، أو تلف مانع التسرب، أو حتى تعطل المعدات. فيما يلي طرق شائعة لموازنة القوة المحورية، مع مبادئها ومزاياها وعيوبها.
1.ترتيب المكره المتماثل (ظهرًا لظهر / وجهًا لوجه)

عند تصميم جهاز موازنة القوة المحورية لمضخات الطرد المركزي الحديثة، عادةً ما يُختار مستوى المكره كرقم زوجي، لأنه عند اختياره، يُمكن استخدام طريقة التوزيع المتماثل للمكره لموازنة القوة المحورية للمعدات. وتكون القوة المحورية الناتجة عن المكره الموزع بشكل متماثل أثناء التشغيل متساوية في المقدار ومعاكسة في الاتجاه، مما يُظهر حالة توازن على المستوى العياني. أثناء عملية التصميم، تجدر الإشارة إلى أن حجم خانق الختم قبل مدخل المكره العكسي يتوافق مع قطر المكره لضمان إحكام الختم.
●مبدأ:يتم ترتيب المكرهات المتجاورة في اتجاهين متعاكسين بحيث تلغي قواها المحورية بعضها البعض.
●ظهرًا لظهر:يتم تركيب مجموعتين من المكرهات بشكل متماثل حول نقطة منتصف عمود المضخة.
●وجهاً لوجه:يتم ترتيب المكرهات بحيث تكون متجهة إلى الداخل أو الخارج في تكوين مرآة.
●المزايا:لا يتطلب أجهزة إضافية؛ هيكل بسيط؛ كفاءة موازنة عالية (أكثر من 90%).
●العيوب:تصميم غلاف المضخة معقد؛ تحسين مسار التدفق صعب؛ ينطبق فقط على المضخات ذات عدد زوجي من المراحل.
●التطبيقات:مضخات تغذية الغلايات ذات الضغط العالي، ومضخات البتروكيماويات متعددة المراحل.
2. طبلة التوازن

لا يحتوي هيكل أسطوانة التوازن (المعروف أيضًا باسم مكبس التوازن) على خلوص محوري ضيق، مما يُعوّض معظم الدفع المحوري، ولكن ليس كل الدفع المحوري، ولا يوجد تعويض إضافي عند الحركة في الوضع المحوري، وعادةً ما تكون محامل الدفع مطلوبة. يتميز هذا التصميم بإعادة تدوير داخلي أعلى (تسرب داخلي)، ولكنه أكثر تحمّلًا لعمليات بدء التشغيل والتوقف والظروف المؤقتة الأخرى.
●مبدأ:تُركَّب أسطوانة أسطوانية بعد دافع المرحلة الأخيرة. يتسرب سائل عالي الضغط عبر الفجوة بين الأسطوانة والغلاف إلى حجرة ضغط منخفض، مما يُولِّد قوةً مُعاكسة.
● أالمزايا:قدرة قوية على التوازن، ومناسبة للمضخات عالية الضغط ومتعددة المراحل (على سبيل المثال، 10 مراحل أو أكثر).
●العيوب: خسائر التسرب (حوالي ٣-٥٪ من معدل التدفق)، مما يقلل الكفاءة. يتطلب أنابيب موازنة إضافية أو أنظمة إعادة تدوير، مما يزيد من تعقيد الصيانة.
●التطبيقات:مضخات الطرد المركزي متعددة المراحل الكبيرة (على سبيل المثال، مضخات خطوط الأنابيب طويلة المدى).
3.قرص الموازنة

كطريقة تصميم شائعة في عملية تصميم جهاز موازنة القوة المحورية لمضخة الطرد المركزي متعددة المراحل الحديثة، يمكن تعديل طريقة قرص التوازن بشكل معتدل وفقًا لمتطلبات الإنتاج، ويتم توليد قوة التوازن بشكل رئيسي من خلال المقطع العرضي بين الخلوص الشعاعي والخلوص المحوري للقرص، ويتم توليد الجزء الآخر بشكل رئيسي من خلال الخلوص المحوري ومقطع نصف القطر الخارجي لقرص التوازن، وتلعب هاتان القوتين المتوازنتين دور موازنة القوة المحورية. بالمقارنة مع الطرق الأخرى، تتمثل ميزة طريقة لوحة التوازن في أن قطر لوحة التوازن أكبر وحساسيتها أعلى، مما يحسن بشكل فعال من استقرار تشغيل جهاز المعدات. ومع ذلك، نظرًا لخلوص التشغيل المحوري الصغير، فإن هذا التصميم عرضة للتآكل والتلف في الظروف المؤقتة.
●مبدأ:يُركَّب قرص متحرك بعد دافع المرحلة الأخيرة. يُغيِّر فرق الضغط عبر القرص موضعه ديناميكيًا لمقاومة القوة المحورية.
●المزايا:يتكيف تلقائيًا مع اختلافات القوة المحورية؛ دقة موازنة عالية.
●العيوب:الاحتكاك يسبب التآكل، مما يتطلب استبدالًا دوريًا. حساس لنظافة السوائل (قد تتسبب الجسيمات في تشويش القرص).
●التطبيقات:مضخات المياه النظيفة متعددة المراحل في المرحلة المبكرة (يتم استبدالها تدريجيًا بأسطوانات موازنة).
4.موازنة الطبلة + مجموعة القرص

بالمقارنة مع طريقة لوحة التوازن، تختلف طريقة أسطوانة لوحة التوازن في أن حجم جزء جلبة الخانق أكبر من حجم محور المكره، بينما يتطلب قرص التوازن حجم جلبة الخانق ليتوافق مع حجم محور المكره. بشكل عام، في طريقة تصميم أسطوانة لوحة التوازن، تمثل قوة التوازن التي تولدها لوحة التوازن أكثر من نصف القوة المحورية الكلية، ويمكن أن يصل الحد الأقصى إلى 90٪ من القوة المحورية الكلية، ويتم توفير الأجزاء الأخرى بشكل أساسي من قبل أسطوانة التوازن. في الوقت نفسه، فإن زيادة قوة توازن أسطوانة التوازن بشكل معتدل ستؤدي إلى تقليل قوة توازن لوحة التوازن بشكل مماثل، وبالتالي تقليل حجم لوحة التوازن، وبالتالي تقليل درجة تآكل لوحة التوازن، وتحسين عمر خدمة أجزاء المعدات، وضمان التشغيل العادي لمضخة الطرد المركزي متعددة المراحل.
●مبدأ:تتولى الأسطوانة التعامل مع معظم القوة المحورية، بينما يقوم القرص بضبط القوة المتبقية.
●المزايا:يجمع بين الاستقرار والقدرة على التكيف، وهو مناسب لظروف التشغيل المتغيرة.
●العيوب:هيكل معقد؛ تكلفة أعلى.
●التطبيقات:المضخات الصناعية عالية الأداء (على سبيل المثال، مضخات تبريد المفاعلات النووية).
5. محامل الدفع (الموازنة المساعدة)
●مبدأ:تمتص محامل الكرات ذات التلامس الزاوي أو محامل كينجزبيري القوة المحورية المتبقية.
●المزايا:نسخة احتياطية موثوقة لطرق الموازنة الأخرى.
●العيوب:يتطلب تزييتًا منتظمًا؛ عمر افتراضي أقصر تحت الأحمال المحورية العالية.
●التطبيقات:مضخات متعددة المراحل صغيرة إلى متوسطة الحجم أو مضخات عالية السرعة.
6. تصميم المروحة ذات الشفط المزدوج
●مبدأ:يتم استخدام مروحة شفط مزدوجة في المرحلة الأولى أو المتوسطة، لموازنة القوة المحورية من خلال التدفق الداخلي ثنائي الجانب.
●المزايا: تحقيق التوازن الفعال مع تحسين أداء التجويف.
●العيوب:يوازن فقط القوة المحورية ذات المرحلة الواحدة؛ هناك حاجة إلى طرق أخرى للمضخات متعددة المراحل.
7. فتحات التوازن الهيدروليكي (فتحات اللوحة الخلفية للمكره)
●مبدأ:يتم حفر ثقوب في اللوحة الخلفية للمكره، مما يسمح للسائل عالي الضغط بإعادة الدوران إلى منطقة الضغط المنخفض، مما يقلل من القوة المحورية.
●المزايا:بسيطة ومنخفضة التكلفة.
●العيوب: يقلل من كفاءة المضخة (~2-4%).مناسب فقط لتطبيقات القوة المحورية المنخفضة؛ ويتطلب غالبًا محامل دفع تكميلية.
مقارنة بين طرق موازنة القوة المحورية
طريقة | كفاءة | تعقيد | تكلفة الصيانة | التطبيقات النموذجية |
المكرهات المتماثلة | ★★★★★ | ★★★ | ★★ | مضخات الضغط العالي ذات المرحلة المتساوية |
طبلة التوازن | ★★★★ | ★★★★ | ★★★ | مضخات متعددة المراحل عالية الرأس |
قرص الموازنة | ★★★ | ★★★★ | ★★★★ | سوائل نظيفة، أحمال متغيرة |
مجموعة الطبلة + القرص | ★★★★★ | ★★★★★ | ★★★★ | الظروف القاسية (النووية والعسكرية) |
محامل الدفع | ★★ | ★★ | ★★★ | موازنة القوة المحورية المتبقية |
مروحة شفط مزدوجة | ★★★★ | ★★★ | ★★ | المرحلة الأولى أو المتوسطة |
فتحات التوازن | ★★ | ★ | ★ | مضخات صغيرة منخفضة الضغط |
وقت النشر: ٢٩ مارس ٢٠٢٥