多级泵轴向力失衡：原因分析、处理方法与预防措施 | 平衡技术应用案例

多级泵作为工业高压流体输送的核心设备，其轴向力失衡问题是影响运行稳定性的关键因素。当叶轮设计不对称、工况偏离额定范围或平衡装置磨损时，会导致轴承过载、叶轮磨损等连锁故障，严重时可能引发设备停机。通过优化叶轮对称布局、采用自平衡结构或动力楔防磨平衡盘等技术，结合定期维护和智能监测，可显著降低轴向力失衡风险，提升泵效 15%-20% 并延长设备寿命。在石油化工、电力等领域，新型平衡技术的应用已使泵故障率降低 50% 以上。

一、多级泵轴向力失衡的常见原因

（一）设计因素

多级泵的设计不合理是导致轴向力失衡的重要原因。例如，叶轮未采用对称布置或级数设计不合理，会导致轴向力叠加累积。平衡盘/平衡鼓尺寸计算错误，回流通道设计不当（孔径过小或流道转折突兀），会削弱平衡效果。此外，推力轴承承载能力选型不足，长期运行易超负荷。

（二）运行因素

工况偏离设计范围也是导致轴向力失衡的常见原因。低流量运行（＜30%额定流量）时，叶轮前后压力失衡，轴向力异常增大；超负荷运行（＞120%额定流量）时，动反力增强，抵消平衡力。此外，介质物性变化，如输送高密度、高粘度液体或含气介质，也会破坏压力平衡。

（三）机械故障

机械故障是另一个导致轴向力失衡的重要因素。平衡盘/鼓端面划伤或变形，泄漏量过大；推力轴承滚道剥落、保持架断裂，丧失轴向定位功能；口环单侧磨损导致叶轮水力中心偏移，产生附加轴向力。

二、多级泵轴向力失衡的处理方法

（一）优化泵体设计

通过优化泵体设计，可以有效减少轴向力失衡的风险。例如，采用叶轮对称布置，使得叶轮两侧的轴向力相互抵消，从而达到平衡轴向力的目的。此外，平衡盘和平衡鼓的合理设计与选型，能够进一步提高轴向力的平衡效果。

（二）改进叶轮结构

叶轮结构的改进也是解决轴向力失衡的有效方法之一。例如，采用背叶片设计，不仅可以平衡轴向力，还能减小轴封前液体的压力，提高泵的效率。同时，叶轮对称布置也是多级泵中常用的方法，通过将叶轮平均分为两个方向布置，可使轴向力相互平衡。

（三）采用平衡盘与平衡鼓组合装置

平衡盘与平衡鼓组合装置结合了平衡鼓和平衡盘的优点，能够更有效地平衡轴向力。平衡鼓提供了一定的平衡力，而平衡盘则能够在不同工况下自动调整，以适应轴向力的变化。这种组合装置能够提高平衡装置的整体性能，减少残余轴向力。

（四）定期维护与检修

定期维护与检修是预防和解决轴向力失衡的重要措施。每季度检查轴承磨损与密封件状态，更换低效部件。使用合成润滑油（如PAO基础油），摩擦损耗减少10%-15%。同时，定期检查平衡盘与平衡鼓的端面磨损情况，及时调整或更换磨损部件，确保平衡装置的正常运行。

三、多级泵轴向力失衡的预防措施

（一）精确选型与安装

在选型和安装阶段，应确保多级泵的精确选型与正确安装。根据实际工况需求选择合适的泵型和规格，避免工况偏离设计范围。同时，在安装过程中，要严格按照操作规程进行，确保泵的安装精度，减少因安装误差导致的轴向力失衡。

（二）优化运行工况

优化运行工况是预防轴向力失衡的重要手段。在运行过程中，应尽量避免低流量或超负荷运行，保持泵在设计工况下运行。同时，定期监测泵的运行状态，及时调整运行参数，确保泵的稳定运行。

（三）加强水质管理

水质对多级泵的运行性能有重要影响。含有大量杂质或悬浮物的液体可能会加剧泵内部件的磨损，导致轴向力失衡。因此，应加强水质管理，定期进行水质检测和处理，确保泵的运行环境良好。

四、多级泵轴向力失衡处理的创新技术

（一）自平衡多级离心泵

自平衡多级离心泵是一种新型的多级泵，其利用正反叶轮对称布局来自动平衡轴向力。这种设计在一定程度上满足了客户不想频繁更换平衡装置的需求，大大延长了维护检修时间。虽然其结构相对复杂，但一旦需要检修，难度较大，通常需要返厂进行。

（二）新型动力楔防磨平衡盘

针对多级离心泵易出现平衡盘与平衡盘座贴合而引起平衡盘及泵损坏的现象，设计出了多级离心泵动力楔防磨平衡盘。该结构与离心式压缩机的干气密封的原理相似，当平衡盘向平衡盘座靠近时，动力楔可产生巨大的启力，从而起到防止平衡盘与平衡盘座贴合的作用。经试验，这种新型动力楔防磨平衡盘可有效防止平衡盘与平衡盘座的贴合，延长平衡盘使用寿命，减小平衡盘间隙泄漏量，节能降耗。

五、案例分析

（一）石油化工行业的应用

在石油化工行业，多级离心泵常用于高压、大流量的工况。例如，在炼油厂的常减压蒸馏装置中，泵需要将高温、高压的原油输送到不同的塔器中。通过采用自平衡多级离心泵和新型动力楔防磨平衡盘，某炼油厂成功解决了轴向力失衡的问题，提高了泵的运行稳定性和可靠性。改造后，泵的故障率降低了50%，运行效率提高了15%。

（二）电力行业的应用

在电力行业的锅炉给水泵中，除了高压带来的轴向力，温度变化也是一个重要因素。某电厂通过优化叶轮结构和采用平衡盘与平衡鼓组合装置，有效平衡了轴向力，提高了泵的运行效率和可靠性。改造后，泵的能耗降低了20%，设备寿命延长了30%。

相关问题解答

问题一：多级泵轴向力失衡是否一定会导致设备损坏？

答：轴向力失衡会增加多级泵的磨损和故障风险，但不一定会直接导致设备损坏。通过及时采取措施，如优化设计、改进运行工况和加强维护，可以有效避免设备损坏，延长泵的使用寿命。

问题二：如何选择适合的轴向力平衡方法？

答：选择适合的轴向力平衡方法需要综合考虑泵的类型、工况条件、经济性等因素。对于小型泵，推力轴承是简单而经济的选择；对于大型多级泵，建议采用平衡盘与平衡鼓组合装置或自平衡多级离心泵等更先进的技术，以提高轴向力平衡效果和泵的运行稳定性。