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Wenn man nicht versucht, die axialen Kräfte, die auf das Laufrad wirken (und somit auf die Welle übertragen werden), zu beseitigen oder auszugleichen, dann werden diese Kräfte den Rotor axial nach vorne ziehen. Dadurch kommt es zum Kontakt mit den feststehenden Teilen, was wiederum zu Schäden an den Pumpenteilen führt und dazu, dass die Pumpe nicht mehr funktioniert. Üblicherweise werden die folgenden Methoden verwendet, um die axiale Kraft der Pumpe auszugleichen. 1. Drucklagern: Bei kleinen Pumpen, bei denen die axiale Kraft nicht sehr groß ist, werden Drucklagern verwendet, um diese Kraft aufzunehmen. Das ist in der Regel eine einfache und kostengünstige Lösung. Auch bei Verwendung anderer Ausgleichsmechanismen werden manchmal Drucklager eingebaut, da immer eine gewisse restliche axiale Kraft vorhanden ist. 2. Ausgleichslöcher oder -rohre: Wie in Abbildung 1 zu sehen ist, ist auf der Rückwand des Laufrads ein Dichtring angebracht. Der Durchmesser dieses Dichtrings entspricht in der Regel dem des vorderen Dichtrings. Zudem wird unterhalb der Rückwand ein Loch geöffnet, oder es wird ein spezielles Verbindungsrohr eingesetzt, um eine Verbindung zur Saugseite herzustellen. Aufgrund des Widerstandsverlusts, der entsteht, wenn die Flüssigkeit durch den Spalt im Dichtring fließt, sinkt der Druck der Flüssigkeit unterhalb der Dichtung. Dadurch verringert sich die axiale Kraft, die auf die hintere Abdeckplatte wirkt. Das Ausmaß der Verringerung der axialen Kraft hängt von der Anzahl der Löcher sowie von der Größe der Lochdurchmesser ab. In diesem Fall besteht weiterhin ein Ungleichgewicht der axialen Kräfte in Höhe von 10–15 %. Um die axialen Kräfte vollständig auszugleichen, muss der Durchmesser des Dichtrings weiter erhöht werden. Es sei darauf hingewiesen, dass Dichtring und Ausgleichsloch sich gegenseitig ergänzen – ohne Ausgleichsloch kann allein ein Dichtring die axialen Kräfte nicht ausgleichen ； Es werden nur Ausgleichslöcher vorgesehen, keine Dichtungsringe – mit dem Ergebnis, dass es zu erheblichen Leckagen kommt und die Axialkräfte nur unzureichend ausgeglichen werden können. http://www.b-fz.com/UploadFiles/%E7%A6%BB%E5%BF%83%E6%B3%B5%E5%B9%B3%E8%A1%A1%E8%BD%B4%E5%90%91%E5%8A%9B%E7%9A%84%E7%BB%93%E6%9E%84%E6%9C%89%E5%93%AA%E4%BA%9B1.png Abbildung 1: Schematische Darstellung der Ausgleichslöcher. Mit dieser Ausgleichsmethode kann der Druck am Achsverschluss verringert werden. Der Nachteil ist jedoch ein erhöhter Volumenverlust – das Leckagevolumen durch die Ausgleichslöcher beträgt in der Regel 2–5 % des geplanten Durchflusses. Außerdem führt der durch die Ausgleichslöcher strömende Leckstrom zum Zusammenstoß mit dem Hauptfluss des Fluids, das in das Laufrad einströmt. Dadurch wird der normale Flusszustand gestört, was wiederum die Kavitationsbeständigkeit der Pumpe verringert. Deshalb werden bei einigen Pumpenkörpern Öffnungen angebracht, die über Leitungen mit der Saugleitung verbunden sind, was jedoch die Konstruktion verkompliziert. Mit der oben beschriebenen Ausgleichsmethode kann eine vollständige Ausgleichung der axialen Kräfte nicht erreicht werden. Die verbleibenden axialen Kräfte müssen von den Lagern der Pumpe aufgenommen werden. Konstruktionen, bei denen axiale Kräfte durch Ausgleichslöcher ausgeglichen werden, werden weit verbreitet eingesetzt – nicht nur in Einstufen-Zentrifugalpumpen, sondern auch in Mehrstufen-Zentrifugalpumpen. Da die axiale Kraft jedoch nicht vollständig ausgeglichen werden kann, sind weiterhin Schublagern erforderlich. Zudem muss aufgrund des zusätzlich vorhandenen Ringes die axiale Größe der Pumpe erhöht werden. Deshalb wird sie nur in Pumpen verwendet, bei denen die Förderhöhe nicht sehr hoch und die Abmessungen nicht zu groß sind. 3. Doppeldurchflussläufer: Bei Pumpen mit einem einzigen Stufe wird ein Doppeldurchflussläufer verwendet. Da der Läufer symmetrisch ist, heben sich die axialen Kräfte auf beiden Seiten des Läufers gegenseitig auf. Tatsächlich besteht jedoch aufgrund von Unterschieden in den Dichtungen an den beiden Seiten des Laufrads oder aufgrund einer Fehlstellung des Laufrads relativ zum Zentrum der Trommel weiterhin eine nicht allzu große axiale Kraft. Diese axiale Kraft muss von den Lagern aufgenommen werden. 4. Rückblätter: Die Rückblätter der Pumpe werden außen an der Abschlussabdeckung angebracht. Im Grunde handelt es sich dabei um eine zusätzliche, halboffene Laufradkonstruktion, die auf der Rückseite des Hauptlaufrads angeordnet ist – und deren Richtung entgegengesetzt zur Saugrichtung ist, wie in Abbildung 2 zu sehen ist. Um das Gießen zu erleichtern, sind diese Rückblätter in der Regel radial geformt; es gibt sie aber auch in gebogener Form. Nach dem Hinzufügen von Rückflügeln an das Laufrad zwingen diese das Fluid dazu, sich zu drehen. Dadurch erhöht sich die Drehzahl des Fluids. Die dadurch veränderte Druckverteilung auf der hinteren Abdeckplatte verringert die Ungleichgewichtskräfte. Der verbleibende axiale Druck muss weiterhin von den Lagern aufgenommen werden. http://www.b-fz.com/UploadFiles/%E7%A6%BB%E5%BF%83%E6%B3%B5%E5%B9%B3%E8%A1%A1%E8%BD%B4%E5%90%91%E5%8A%9B%E7%9A%84%E7%BB%93%E6%9E%84%E6%9C%89%E5%93%AA%E4%BA%9B2.png Abbildung 2: Schema der Rückenblätter. Die Rückenblätter dienen nicht nur dazu, die axialen Kräfte auszugleichen, sondern verringern zugleich den Druck des Fluids vor dem Achsverschluss. Die Förderhöhe der Pumpe mit Rückflussrad erhöht sich um etwa 1–2 %, wodurch die Effizienz der Pumpe um 2–3 % abnimmt. Die Rückenblätter haben außerdem die Funktion, zu verhindern, dass Verunreinigungen in den Dichtungsring gelangen; sie werden häufig in Pumpen verwendet, die Flüssigkeiten mit Verunreinigungen transportieren. 5. Symmetrische Anordnung der Laufräder – Diese Methode wird hauptsächlich bei Mehrstufenpumpen verwendet. Alle Laufräder der Pumpe sind gleichmäßig in zwei Richtungen angeordnet – entweder gegenüberstehend oder Rücken an Rücken – und in einer bestimmten Reihenfolge angeordnet (siehe Abbildung 3). Dadurch können sich die axialen Kräfte gegenseitig ausgleichen. http://www.b-fz.com/UploadFiles/%E7%A6%BB%E5%BF%83%E6%B3%B5%E5%B9%B3%E8%A1%A1%E8%BD%B4%E5%90%91%E5%8A%9B%E7%9A%84%E7%BB%93%E6%9E%84%E6%9C%89%E5%93%AA%E4%BA%9B3.png Diagramm zur symmetrischen Anordnung der Laufräder. Die Prinzipien für die Anordnung der Laufräder sind: (1) Die Übergangsräume zwischen den Stufen dürfen nicht zu kompliziert sein, um das Gießen zu erleichtern und den Widerstand zu verringern ； (2) An den Enden der Achsverschlüsse sollten Niederdruckstufen angeordnet werden, um den Druck auf die Achsverschlüsse zu verringern ； (3) Der Unterschied zwischen den beiden benachbarten Laufrädern sollte nicht zu groß sein, um den Druckunterschied zwischen den Stufen zu verringern und somit auch die Leckagen zwischen den Stufen zu minimieren. Die symmetrische Anordnung der segmentierten Pumpen ermöglicht es, die axialen Kräfte auszugleichen, führt jedoch zu einem erhöhten Leckagen zwischen den Stufen. Bei einer symmetrischen Anordnung der Laufräder kann eine vollständige Ausgleichung nur unter Bedingungen erreicht werden, bei denen die Struktur der Laufräder exakt gleich ist. Wenn die Achsen der Laufräder in den verschiedenen Stufen unterschiedlich sind, entstehen ebenfalls axiale Kräfte. 6. Ausgleichstrommel: Die Ausgleichstrommel ist ein Zylinder, der hinter der letzten Laufradreihe angebracht ist und sich zusammen mit dem Rotor dreht. Zwischen der äußeren Oberfläche des Ausgleichsdrums und dem Pumpenkörper entsteht ein radialer Spalt. Vor dem Ausgleichstrommel befindet sich die hintere Pumpenkammer des letzten Laufrads, dahinter liegt die Ausgleichskammer, die mit der Einlassöffnung verbunden ist. Durch diesen Druckunterschied auf dem Ausgleichstrombolus entsteht eine Kraft, die nach rechts gerichtet ist. Diese Kraft dient dazu, die axiale Kraft auszugleichen, die auf den Rotor wirkt. Wie in Abbildung 47 zu sehen ist, kann die Ausgleichsdiskre automatisch und vollständig die axialen Kräfte bei verschiedenen Betriebsbedingungen ausgleichen. Deshalb werden sie häufig in mehrstufigen Zentrifugalpumpen eingesetzt. Wie in Abbildung 5 zu sehen ist, besteht zwischen dem Wellenring und dem Pumpenkörper eine Lücke. Zwischen der Endfläche des Scheibchens und dem Pumpenkörper gibt es außerdem eine axiale Lücke bo. Hinter der Ausgleichsscheibe befindet sich ein Ausgleichsraum, der mit dem Einlass der Pumpe verbunden ist. Der Druck vor dem radialen Spalt b ist der Druck auf der Rückseite des letzten Laufrads, p. Nachdem die Flüssigkeit den Spalt b durchquert hat, sinkt der Druck auf p’. Der Druckabfall im radialen Spalt beträgt Δp1 = p – p’. Nachdem die Flüssigkeit den axialen Spalt b0 durchquert hat, sinkt der Druck erneut auf po. Der Druckabfall an den Enden des axialen Spalts beträgt Δp2 = p’ – po. Dabei ist po annähernd gleich dem Druck am Einlass der Pumpe. Der Druckabfall des gesamten Ausgleichsdiskus-Systems beträgt △p=△p1+△p2. Auf diese Weise wirkt auf die Ausgleichswelle eine Ausgleichskraft, deren Richtung der axialen Kraft der Pumpe entgegengesetzt ist. http://www.b-fz.com/UploadFiles/%E7%A6%BB%E5%BF%83%E6%B3%B5%E5%B9%B3%E8%A1%A1%E8%BD%B4%E5%90%91%E5%8A%9B%E7%9A%84%E7%BB%93%E6%9E%84%E6%9C%89%E5%93%AA%E4%BA%9B5.png Abbildung 5: Schematische Darstellung der Ausgleichsdiskus. Funktionsprinzip des Ausgleichsdiskus: Wenn die axiale Kraft größer ist als die Ausgleichskraft des Diskus, verschiebt sich der drehende Teil der Zentrifugalpumpe nach links. Dadurch verringert sich der axiale Spalt bo. Die Widerstandskräfte des Fluids, das durch diesen Spalt fließt, nehmen zu. Infolgedessen erhöht sich auch der Gesamtwiderstandskoeffizient des gesamten Ausgleichssystems. Doch da △p unverändert bleibt, verringert sich die Leckmenge q. Infolgedessen nimmt △p1 ab, während △p2 zunimmt. Dadurch erhöht sich die Ausgleichskraft. Da sich der drehende Teil stetig nach links bewegt, steigt die Ausgleichskraft weiter an. An einem bestimmten Punkt erreichen die Ausgleichskraft und die axiale Kraft ein Gleichgewicht. Wenn die axiale Kraft kleiner ist als die Ausgleichskraft, bewegt sich der drehende Teil nach links. Im Gegensatz zu dem oben beschriebenen Prozess sorgt dies ebenfalls dafür, dass die Zentrifugalpumpe im axialen Gleichgewicht bleibt. Daher sind Zentrifelpumpen mit Ausgleichsdiskanlage in der Regel nicht mit Schublagern ausgestattet.