
【化】 balancing drum
balance; counterpoise; equation; equilibrium; equipoise; poise; standoff
【計】 balancing; equalization
【化】 equilibrium
【醫】 balance; bilanz; equilibration; equilibrium
【經】 balancing; counterbalance; equalization; equilibrium; in balance; level
beat; blow with bellows; drum; rouse; strike; tambour
【醫】 drum
在機械工程領域,"平衡鼓"的英文術語為Balance Drum(也稱為 Pressure Equalizing Drum)。它是一種專門設計用于多級離心泵或壓縮機轉子系統的關鍵部件,主要功能是平衡或顯著減少軸向推力,從而保護推力軸承并确保設備穩定運行。
軸向推力産生原因
在多級葉輪串聯的轉子中,流體經過各級葉輪時會産生方向指向入口端的軸向力(軸向推力)。若不加以平衡,巨大的軸向力會損壞推力軸承,導緻設備故障。
來源:《泵手冊》(第4版),機械工業出版社,2012年,第7章軸向力平衡裝置。
平衡鼓的工作原理
平衡鼓通常安裝在轉子末級葉輪後方,是一個直徑略小于末級葉輪腔室的圓柱形鼓狀結構(故稱"鼓")。其外圓與固定在泵殼上的節流襯套形成微小間隙。高壓流體(來自末級葉輪出口)通過該間隙洩漏至平衡腔室,而平衡腔室通過連通管與泵的入口低壓區相連。
這樣,平衡鼓的背面(靠近軸承側)承受入口低壓,正面承受末級出口高壓,從而在鼓上産生一個與葉輪軸向推力方向相反的平衡力 $Delta P times A$($Delta P$ 為鼓兩側壓差,$A$ 為鼓的有效面積)。
來源:Karassik, I.J. et al., Pump Handbook (4th ed.), McGraw-Hill, 2008, Section 2.3.3 "Axial Thrust Balancing".
設計特點與功能
來源:Lobanoff, V.S. & Ross, R.R., Centrifugal Pumps: Design & Application (2nd ed.), Gulf Publishing, 1992, Chapter 9 "Axial Thrust in Centrifugal Pumps".
平衡鼓 (Balance Drum) 是通過在轉子末端設置特定結構的鼓狀體,利用其兩側的壓力差産生反向力,以抵消多級旋轉機械中主要軸向推力的裝置。其核心價值在于延長軸承壽命、提升設備可靠性,是高速重載離心機械不可或缺的平衡元件。
平衡鼓是離心泵(尤其是多級泵)中用于平衡軸向力的關鍵部件,其作用機制和結構特點如下:
平衡鼓是一個圓柱形金屬部件,通常安裝在多級泵的末級葉輪後方,隨轉子或泵軸一同旋轉。其外圓表面與泵殼之間形成徑向間隙(約0.2-0.3mm),前端與末級葉輪後腔連通,後端則通過平衡室與泵入口相連。
壓差平衡機制
末級葉輪後腔的高壓液體通過平衡鼓間隙流向低壓的平衡室,由此産生的壓差形成與軸向力方向相反的平衡力F。
計算公式可簡化為:
$$
F = Delta P times A
$$
其中$Delta P$為壓差,$A$為平衡鼓有效作用面積。
軸向力補償
平衡鼓可抵消約90%的軸向力,殘餘部分由推力軸承承擔。
主要用于多級離心泵,尤其適用于軸向力較大且工況穩定的場景,常與雙向止推軸承組合使用以提高機械密封壽命。
平衡盤通過軸向間隙自動調節平衡力,而平衡鼓為固定補償。兩者可組合形成雙平衡鼓設計,提升平衡效果。
如需更詳細的技術參數或動态平衡原理,可參考離心泵設計手冊或廠商資料。
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