איזון כוח צירי במשאבות צנטריפוגליות רב-שלביות הוא טכנולוגיה קריטית להבטחת פעולה יציבה. עקב סידור טורי של האימפלרים, כוחות ציריים מצטברים באופן משמעותי (עד מספר טונות). אם לא מאוזן כראוי, הדבר עלול להוביל לעומס יתר על המיסבים, נזק לאטמים או אפילו כשל בציוד. להלן שיטות נפוצות לאיזון כוח צירי, יחד עם עקרונותיהן, יתרונותיהן וחסרונותיהן.
1.סידור אימפלר סימטרי (גב אל גב / פנים אל פנים)

בתכנון התקן איזון הכוח הצירי של משאבה צנטריפוגלית מודרנית, שלב האימפלר נבחר בדרך כלל כמספר זוגי, מכיוון שכאשר שלב האימפלר הוא מספר זוגי, ניתן להשתמש בשיטת הפיזור הסימטרי של האימפלר כדי לאזן את הכוח הצירי של הציוד, והכוח הצירי שנוצר על ידי האימפלר המפוזר באופן סימטרי בתהליך הפעולה שווה בגודלו והפוך בכיוון שלו, והוא יראה מצב שיווי משקל ברמה המקרוסקופית. בתהליך התכנון, יש לציין שגודל המצערת של האטימה לפני פתח הכניסה של האימפלר ההפוך תואם את קוטר האימפלר כדי להבטיח איטום טוב.
●עִקָרוֹןאימפלרים סמוכים מסודרים בכיוונים מנוגדים כך שכוחותיהם הציריים מבטלים זה את זה.
●גב אל גבשתי קבוצות של אימפלרים מותקנות באופן סימטרי סביב נקודת האמצע של ציר המשאבה.
●פנים אל פניםהאימפלרים מסודרים כשהם פונים פנימה או החוצה בתצורת שיקוף.
●יתרונותאין צורך במכשירים נוספים; מבנה פשוט; יעילות איזון גבוהה (מעל 90%).
●חסרונותתכנון מורכב של בית המשאבה; אופטימיזציה קשה של נתיב הזרימה; ישים רק למשאבות עם מספר זוגי שלבים.
●יישומיםמשאבות הזנה לדודי לחץ גבוה, משאבות פטרוכימיות רב-שלביות.
2. תוף איזון

למבנה תוף האיזון (הידוע גם כבוכנת איזון) אין מרווח ריצה צירי צר, שיכול לפצות על רוב הדחף הצירי, אך לא על כל הדחף הצירי, ואין פיצוי נוסף בעת תנועה במצב צירי, ובדרך כלל נדרשים מיסבי דחף. לתכנון זה תהיה סחרור פנימי גבוה יותר (דליפה פנימית) אך הוא סובלני יותר להתנעות, כיבוי ותנאים חולפים אחרים.
●עִקָרוֹןתוף גלילי מותקן לאחר האימפלר של השלב האחרון. נוזל בלחץ גבוה דולף דרך הפער שבין התוף למעטפת לתוך תא בלחץ נמוך, ויוצר כוח נגדי.
● איתרונותיכולת איזון חזקה, מתאימה למשאבות רב-שלביות בלחץ גבוה (למשל, 10+ שלבים).
●חסרונותהפסדי דליפה (כ-3-5% מקצב הזרימה), מפחיתים את היעילות. דורשים צינורות איזון נוספים או מערכות מחזור, מה שמגדיל את מורכבות התחזוקה.
●יישומיםמשאבות צנטריפוגליות גדולות רב-שלביות (למשל, משאבות צינור למרחקים ארוכים).
3.דיסק איזון

כשיטת תכנון נפוצה בתהליך התכנון של התקן איזון כוח צירי של משאבה צנטריפוגלית רב-שלבית מודרנית, ניתן להתאים את שיטת דיסק האיזון במידה מסוימת בהתאם לדרישת הייצור, וכוח האיזון נוצר בעיקר על ידי החתך בין המרווח הרדיאלי למרווח הצירי של הדיסק, והחלק השני נוצר בעיקר על ידי המרווח הצירי וחלק הרדיוס החיצוני של דיסק האיזון, ושני כוחות איזון אלה ממלאים את תפקיד איזון הכוח הצירי. בהשוואה לשיטות אחרות, היתרון של שיטת לוח האיזון הוא שקוטר לוח האיזון גדול יותר והרגישות גבוהה יותר, מה שמשפר ביעילות את יציבות הפעולה של התקן הציוד. עם זאת, בשל מרווח הריצה הצירי הקטן, תכנון זה רגיש לבלאי ונזק בתנאים חולפים.
●עִקָרוֹןדיסק נייד מותקן לאחר האימפלר של השלב האחרון. הפרש הלחצים על פני הדיסק מתאים את מיקומו באופן דינמי כדי לנטרל כוח צירי.
●יתרונותמסתגל אוטומטית לשינויים בכוח הצירי; דיוק איזון גבוה.
●חסרונותחיכוך גורם לבלאי, הדורש החלפה תקופתית. רגיש לניקיון הנוזל (חלקיקים עלולים לתקוע את הדיסק).
●יישומיםמשאבות מים נקיים רב-שלביות בשלבים מוקדמים (מוחלפות בהדרגה בתופים איזון).
4.איזון תוף + שילוב דיסק

בהשוואה לשיטת לוחית האיזון, שיטת תוף לוחית האיזון שונה בכך שגודל חלק תותב המצערת שלו גדול מגודל מרכז האימפלר, בעוד שדיסק האיזון דורש שגודל תותב המצערת יתאים לגודל מרכז האימפלר. באופן כללי, בשיטת התכנון של תוף לוחית האיזון, כוח האיזון שנוצר על ידי לוחית האיזון מהווה יותר ממחצית הכוח הצירי הכולל, והמקסימום יכול להגיע ל-90% מהכוח הצירי הכולל, ושאר החלקים מסופקים בעיקר על ידי תוף האיזון. יחד עם זאת, הגדלה מתונה של כוח האיזון של תוף האיזון תפחית בהתאמה את כוח האיזון של לוחית האיזון, ותקטין בהתאמה את גודל לוחית האיזון, ובכך תפחית את דרגת הבלאי של לוחית האיזון, תשפר את חיי השירות של חלקי הציוד ותבטיח את הפעולה התקינה של משאבה צנטריפוגלית רב-שלבית.
●עִקָרוֹןהתוף מטפל ברוב הכוח הצירי, בעוד שהדיסק מכוון את הכוח השיורי.
●יתרונותמשלב יציבות ויכולת הסתגלות, מתאים לתנאי הפעלה משתנים.
●חסרונותמבנה מורכב; עלות גבוהה יותר.
●יישומיםמשאבות תעשייתיות בעלות ביצועים גבוהים (למשל, משאבות קירור של כורים גרעיניים).
5. מיסבי דחף (איזון עזר)
●עִקָרוֹןמיסבי כדוריים בעלי מגע זוויתי או מיסבי קינגסברי סופגים כוח צירי שיורי.
●יתרונותגיבוי אמין לשיטות איזון אחרות.
●חסרונותדורש שימון קבוע; אורך חיים קצר יותר תחת עומסים ציריים גבוהים.
●יישומיםמשאבות רב-שלביות קטנות עד בינוניות או משאבות במהירות גבוהה.
6. עיצוב אימפלר יניקה כפולה
●עִקָרוֹןבשלב הראשון או בשלב הביניים נעשה שימוש באימפלר בעל יניקה כפולה, המאזן את הכוח הצירי באמצעות זרימה דו-צדדית.
●יתרונותאיזון יעיל תוך שיפור ביצועי הקביטציה.
●חסרונותמאזן רק כוח צירי חד-שלבי; נדרשות שיטות אחרות עבור משאבות רב-שלביות.
7. חורי איזון הידראולי (חורי לוחית הגב של האימפלר)
●עִקָרוֹןנקדחו חורים בגב הלוחית האחורית של האימפלר, המאפשרים לנוזל בלחץ גבוה לזרום בחזרה לאזור הלחץ הנמוך, ובכך להפחית את הכוח הצירי.
●יתרונותפשוט וזול.
●חסרונותמפחית את יעילות המשאבה (~2–4%).מתאים רק ליישומים בעלי כוח צירי נמוך; לעתים קרובות דורש מיסבי דחף נוספים.
השוואה בין שיטות איזון כוחות ציריים
שִׁיטָה | יְעִילוּת | מוּרכָּבוּת | עלות תחזוקה | יישומים אופייניים |
אימפלרים סימטריים | ★★★★★ | ★★★ | ★★ | משאבות בלחץ גבוה בעלות דרגה אחידה |
תוף איזון | ★★★★ | ★★★★ | ★★★ | משאבות רב-שלביות בעלות עומס גבוה |
דיסק איזון | ★★★ | ★★★★ | ★★★★ | נוזלים נקיים, עומסים משתנים |
קומבו תוף + דיסק | ★★★★★ | ★★★★★ | ★★★★ | תנאים קיצוניים (גרעיניים, צבאיים) |
מיסבי דחף | ★★ | ★★ | ★★★ | איזון כוח צירי שיורי |
אימפלר יניקה כפול | ★★★★ | ★★★ | ★★ | שלב ראשון או ביניים |
חורי איזון | ★★ | ★ | ★ | משאבות קטנות בלחץ נמוך |
זמן פרסום: 29 במרץ 2025