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L'équilibrage des forces axiales dans les pompes centrifuges multicellulaires est une technologie essentielle pour garantir un fonctionnement stable. En raison de la disposition en série des roues, les forces axiales s'accumulent considérablement (jusqu'à plusieurs tonnes). Un équilibrage incorrect peut entraîner une surcharge des roulements, une détérioration des joints, voire une panne de l'équipement. Vous trouverez ci-dessous les méthodes courantes d'équilibrage des forces axiales, ainsi que leurs principes, avantages et inconvénients.
1.Disposition symétrique des turbines (dos à dos / face à face)
Lors de la conception du dispositif d'équilibrage des forces axiales des pompes centrifuges modernes, le nombre d'étages de la roue est généralement pair. En effet, avec un nombre pair d'étages, la distribution symétrique de la roue permet d'équilibrer la force axiale de l'équipement. La force axiale générée par la roue symétriquement répartie en fonctionnement est de même intensité et de sens opposé, ce qui permet d'atteindre un état d'équilibre macroscopique. Lors de la conception, il est important de veiller à ce que la taille de l'étranglement d'étanchéité avant l'entrée de la roue inversée soit compatible avec le diamètre de la roue afin de garantir une bonne étanchéité.
●Principe:Les roues adjacentes sont disposées dans des directions opposées de sorte que leurs forces axiales s'annulent.
●Dos à dos:Deux ensembles de roues sont installés symétriquement autour du point médian de l'arbre de la pompe.
●Face à face:Les impulseurs sont disposés face à l'intérieur ou à l'extérieur dans une configuration en miroir.
●Avantages:Aucun dispositif supplémentaire requis ; structure simple ; efficacité d'équilibrage élevée (plus de 90 %).
●Inconvénients:Conception complexe du boîtier de pompe ; optimisation difficile du chemin d'écoulement ; applicable uniquement aux pompes avec un nombre pair d'étages.
●Applications:Pompes d'alimentation de chaudières haute pression, pompes multicellulaires pétrochimiques.
2. Tambour d'équilibrage
La structure du tambour d'équilibrage (également appelée piston d'équilibrage) ne présente pas de jeu axial serré, ce qui permet de compenser la majeure partie de la poussée axiale, mais pas la totalité. De plus, aucune compensation supplémentaire n'est apportée lors du déplacement en position axiale ; des paliers de butée sont généralement nécessaires. Cette conception présente une recirculation interne plus élevée (fuites internes), mais est plus tolérante aux démarrages, aux arrêts et autres conditions transitoires.
●PrincipeUn tambour cylindrique est installé après la roue du dernier étage. Le fluide haute pression s'échappe par l'espace entre le tambour et le carter vers une chambre basse pression, générant une force antagoniste.
● Unavantages: Forte capacité d'équilibrage, adaptée aux pompes multi-étages haute pression (par exemple, 10 étages et plus).
●Inconvénients:Pertes par fuite (environ 3 à 5 % du débit), réduisant l'efficacité. Nécessite des conduites d'équilibrage ou des systèmes de recirculation supplémentaires, augmentant la complexité de la maintenance.
●Applications:Grandes pompes centrifuges multicellulaires (par exemple, pompes pour pipelines longue distance).
3.Disque d'équilibrage
Méthode de conception courante pour les dispositifs d'équilibrage de force axiale des pompes centrifuges multicellulaires modernes, la méthode du disque d'équilibrage peut être ajustée en fonction des besoins de production. La force d'équilibrage est principalement générée par la section transversale entre le jeu radial et le jeu axial du disque, et l'autre par le jeu axial et le rayon extérieur du disque d'équilibrage. Ces deux forces d'équilibrage équilibrent la force axiale. Comparée aux autres méthodes, la méthode du plateau d'équilibrage présente l'avantage d'un diamètre plus important et d'une sensibilité accrue, ce qui améliore considérablement la stabilité de fonctionnement de l'équipement. Cependant, en raison du faible jeu axial de fonctionnement, cette conception est sujette à l'usure et aux dommages en conditions transitoires.
●PrincipeUn disque mobile est installé après la roue du dernier étage. La différence de pression à travers le disque ajuste dynamiquement sa position pour contrer la force axiale.
●Avantages: S'adapte automatiquement aux variations de force axiale ; haute précision d'équilibrage.
●Inconvénients: Le frottement provoque une usure nécessitant un remplacement périodique. Sensible à la propreté du liquide (des particules peuvent bloquer le disque).
●Applications:Pompes à eau propre multi-étages à un stade précoce (progressivement remplacées par des tambours d'équilibrage).
4.Combinaison tambour + disque d'équilibrage
Comparée à la méthode du plateau d'équilibrage, la méthode du tambour à plateau d'équilibrage se distingue par la taille de sa bague d'étranglement supérieure à celle du moyeu de la turbine, tandis que le disque d'équilibrage nécessite une bague d'étranglement de taille adaptée à celle du moyeu de la turbine. En règle générale, dans la conception du tambour à plateau d'équilibrage, la force d'équilibrage générée par le plateau représente plus de la moitié de la force axiale totale, atteignant au maximum 90 %. Le reste est principalement assuré par le tambour d'équilibrage. Parallèlement, une augmentation modérée de la force d'équilibrage du tambour d'équilibrage réduit d'autant la force d'équilibrage du plateau d'équilibrage et, par conséquent, sa taille, ce qui réduit son usure, améliore la durée de vie des pièces et garantit le bon fonctionnement de la pompe centrifuge multicellulaire.
●Principe:Le tambour gère la majeure partie de la force axiale, tandis que le disque ajuste avec précision la force résiduelle.
●Avantages:Combine stabilité et adaptabilité, adapté aux conditions de fonctionnement variables.
●Inconvénients:Structure complexe; coût plus élevé.
●Applications:Pompes industrielles hautes performances (par exemple, pompes de refroidissement de réacteurs nucléaires).
5. Butées (équilibrage auxiliaire)
●Principe:Les roulements à billes à contact oblique ou roulements Kingsbury absorbent la force axiale résiduelle.
●Avantages:Sauvegarde fiable pour d'autres méthodes d'équilibrage.
●Inconvénients:Nécessite une lubrification régulière ; durée de vie plus courte sous des charges axiales élevées.
●Applications:Pompes multicellulaires de petite à moyenne taille ou pompes à grande vitesse.
6. Conception de turbine à double aspiration
●Principe:Une roue à double aspiration est utilisée au premier étage ou étage intermédiaire, équilibrant la force axiale grâce à un écoulement double face.
●Avantages: Équilibrage efficace tout en améliorant les performances de cavitation.
●Inconvénients:Équilibre uniquement la force axiale à un seul étage ; d'autres méthodes sont nécessaires pour les pompes à plusieurs étages.
7. Trous d'équilibrage hydraulique (trous de la plaque arrière de la turbine)
●Principe:Des trous sont percés dans la plaque arrière de la turbine, permettant au fluide haute pression de recirculer vers la zone basse pression, réduisant ainsi la force axiale.
●Avantages:Simple et peu coûteux.
●Inconvénients:Réduit l’efficacité de la pompe (~2–4 %).Convient uniquement aux applications à faible force axiale ; nécessite souvent des butées supplémentaires.
Comparaison des méthodes d'équilibrage des forces axiales
| Méthode | Efficacité | Complexité | Coût d'entretien | Applications typiques |
| Roues symétriques | ★★★★★ | ★★★ | ★★ | Pompes haute pression à étages pairs |
| Tambour d'équilibrage | ★★★★ | ★★★★ | ★★★ | Pompes multicellulaires à haute pression |
| Disque d'équilibrage | ★★★ | ★★★★ | ★★★★ | Fluides propres, charges variables |
| Combo Batterie + Disque | ★★★★★ | ★★★★★ | ★★★★ | Conditions extrêmes (nucléaire, militaire) |
| paliers de butée | ★★ | ★★ | ★★★ | Équilibrage des forces axiales résiduelles |
| Turbine à double aspiration | ★★★★ | ★★★ | ★★ | Première étape ou étape intermédiaire |
| Trous d'équilibre | ★★ | ★ | ★ | Petites pompes basse pression |
Date de publication : 29 mars 2025