低温潜液泵作为低温深冷液体的新型输送泵,凭借特殊的结构和工作方式,具有安全、无泄漏、可靠性高等优点,在液化天然气等产业中应用广泛。轴向力平衡装置作为低温潜液泵中的重要部件,用于平衡叶轮轴系上作用的轴向力,提高轴和轴承等关键零部件的使用寿命,确保泵在苛刻的环境中有较强的工作可靠性。低温潜液泵平衡装置的设计比普通离心泵平衡装置需要考虑更多因素,如内部流体的温升、平衡装置轴向刚度等。本文对平衡装置特性进行了深入研究,为解决低温潜液泵的轴向力平衡问题提供依据。本文针对所研究的低温潜液泵进行了轴向力的分析与计算,并提出改进的平衡装置结构,得到了径向间隙-平衡盘(GS-BD)、径向迷宫-平衡盘(LS-BD)和径向迷宫-端面加工动压槽平衡盘(LS-SGBD)三种平衡装置。应用Fluent软件,对不同平衡装置内部流场进行了数值计算,得到流场压力、速度和温度分布等物理参数,及平衡力、轴向稳态刚度、剩余有效平衡力、泄漏率等平衡装置性能参数的变化规律。对比分析可知LS-BD平衡装置和LS-SGBD平衡装置具有轴向刚度大、泄漏率小等优点,并且LS-SGBD平衡装置可以在轴向间隙减小至一定值后,产生较大动压力大幅提高平衡力及轴向刚度,能够显著提高平衡装置的可靠性。研究了平衡装置的主体结构参数、迷宫结构参数及动压槽结构参数对平衡性能的影响规律。发现主体结构参数对正常工作时的平衡装置性能影响最大,迷宫结构参数可以优化平衡装置性能,动压槽结构参数对小轴向间隙下的动压效应有决定作用。设计和制造了试验平衡装置,搭建了平衡装置试验系统。通过试验分别研究了平衡装置中迷宫结构参数及工况参数对平衡性能的影响。试验结果与数值计算结果较为一致,验证了计算方法的正确性。本文对低温潜液泵平衡装置性能的研究,阐明了低温潜液泵平衡装置设计的关键问题及解决方案,并且给出了相应结构参数优选区间,对指导低温潜液泵的设计具有重要意义。