多段遠心ポンプにおける軸方向力のバランス調整は、安定した運転を確保するための重要な技術です。インペラが直列に配置されているため、軸方向力は大きく蓄積され（数トンにも達します）、適切にバランス調整されていないと、ベアリングの過負荷、シールの損傷、さらには機器の故障につながる可能性があります。以下に、一般的な軸方向力バランス調整方法とその原理、利点、欠点を示します。
1.対称型インペラ配置（背中合わせ／向かい合わせ）
現代の遠心ポンプの軸方向力バランス装置の設計では、一般的にインペラ段数は偶数に設定されます。これは、インペラ段数が偶数の場合、インペラの対称配置法を用いて装置の軸方向力をバランスさせることができ、対称配置されたインペラによって運転中に発生する軸方向力は大きさが等しく方向が逆になるため、巨視的なレベルで平衡状態を示すからです。設計の際には、逆インペラの入口前のシール絞りのサイズがインペラの直径と一致し、良好なシール性を確保する必要があることに留意してください。
●原理隣接するインペラは互いに逆方向に配置されているため、軸方向の力が互いに打ち消し合う。
●連続ポンプ軸の中央を中心として、2組のインペラが対称的に取り付けられている。
●対面インペラは、鏡像のように内側または外側を向いて配置される。
●利点追加機器は不要。シンプルな構造。高いバランス効率（90%以上）。
●デメリット複雑なポンプハウジング設計、困難な流路最適化、偶数段のポンプにのみ適用可能。
●アプリケーション高圧ボイラー給水ポンプ、石油化学プラント用多段ポンプ。
2. バランスドラム
バランスドラム構造（バランスピストンとも呼ばれる）は、軸方向のクリアランスが狭くないため、軸方向の推力の大部分を補償できますが、すべてを補償することはできません。また、軸方向の位置での移動時に追加の補償は行われず、一般的にスラストベアリングが必要となります。この設計では内部再循環（内部漏れ）は大きくなりますが、起動、停止、その他の過渡状態に対する耐性が高くなります。
●原理最終段インペラの後ろに円筒形のドラムが設置されている。高圧流体がドラムとケーシングの間の隙間から低圧室に漏れ出し、反作用力を発生させる。
● A利点高圧多段ポンプ（例：10段以上）に適した、優れたバランス調整能力を備えています。
●デメリット漏洩損失（流量の約3～5％）により効率が低下する。追加のバランス配管または再循環システムが必要となり、メンテナンスが複雑化する。
●アプリケーション大型多段遠心ポンプ（例：長距離パイプラインポンプ）。
3.バルディスク
現代の多段遠心ポンプの軸方向力バランス装置の設計プロセスにおける一般的な設計方法として、バランスディスク方式は生産需要に応じて適度に調整可能であり、バランス力は主にディスクの半径方向クリアランスと軸方向クリアランスの断面によって発生し、残りの部分は主に軸方向クリアランスとバランスディスクの外径断面によって発生し、これら2つのバランス力が軸方向力のバランスをとる役割を果たします。他の方法と比較して、バランスプレート方式の利点は、バランスプレートの直径が大きく感度が高いため、装置の動作安定性を効果的に向上させることができる点です。しかし、軸方向のクリアランスが小さいため、この設計は過渡的な条件下で摩耗や損傷を受けやすいという欠点があります。
●原理最終段インペラの後段に可動ディスクが設置されている。ディスク両端の圧力差によってディスクの位置が動的に調整され、軸方向の力に対抗する。
●利点軸方向の力変動に自動的に適応し、高いバランス精度を実現します。
●デメリット摩擦により摩耗が生じるため、定期的な交換が必要です。作動油の清浄度に敏感です（異物がディスクに詰まる可能性があります）。
●アプリケーション初期段階の多段式浄水ポンプ（徐々にバランスドラムに置き換えられつつある）。
4.バランスドラム＋ディスクの組み合わせ
バランスプレート方式と比較して、バランスプレートドラム方式は、スロットルブッシング部のサイズがインペラハブのサイズよりも大きいという点で異なります。一方、バランスディスク方式では、スロットルブッシングのサイズはインペラハブのサイズに対応している必要があります。一般的に、バランスプレートドラムの設計方法では、バランスプレートによって発生するバランス力が全軸力の半分以上を占め、最大で全軸力の90%に達することもあり、残りの部分は主にバランスドラムによって提供されます。同時に、バランスドラムのバランス力を適度に増加させることで、バランスプレートのバランス力を相応に減少させ、バランスプレートのサイズを相応に小さくすることができ、それによってバランスプレートの摩耗度を低減し、機器部品の耐用年数を向上させ、多段遠心ポンプの正常な動作を確保することができます。
●原理ドラムは軸方向の力の大部分を担い、ディスクは残りの力を微調整する。
●利点安定性と適応性を兼ね備え、様々な運転条件に適しています。
●デメリット構造が複雑で、コストが高い。
●アプリケーション高性能産業用ポンプ（例：原子炉冷却ポンプ）。
5. スラストベアリング（補助バランス調整）
●原理アンギュラ玉軸受またはキングスベリー軸受は、残留軸方向力を吸収します。
●利点他の負荷分散方法に対する信頼性の高いバックアップ。
●デメリット定期的な潤滑が必要。高軸荷重下では寿命が短くなる。
●アプリケーション小型～中型の多段ポンプまたは高速ポンプ。
6. 二重吸込インペラ設計
●原理第1段または中間段では、両側からの流入によって軸方向の力をバランスさせるため、二重吸込式インペラが使用される。
●利点キャビテーション性能を向上させながら、効果的なバランス調整を実現します。
●デメリット単段の軸方向力のみをバランスさせるものであり、多段ポンプの場合は別の方法が必要です。
7. 油圧バランス穴（インペラバックプレート穴）
●原理インペラバックプレートに穴を開けることで、高圧流体を低圧ゾーンに再循環させ、軸方向の力を低減します。
●利点シンプルで低コスト。
●デメリットポンプ効率が低下します（約2～4％）。低軸方向荷重用途にのみ適しており、多くの場合、補助的なスラストベアリングが必要となる。
軸方向力バランス調整方法の比較
| 方法 | 効率 | 複雑 | 維持費 | 代表的な用途 |
| 対称型インペラ | ★★★★★ | ★★★ | ★★ | 等段式高圧ポンプ |
| バランスドラム | ★★★★ | ★★★★ | ★★★ | 高揚程多段ポンプ |
| バルディスク | ★★★ | ★★★★ | ★★★★ | 清浄な流体、変動する負荷 |
| ドラム＋ディスクコンボ | ★★★★★ | ★★★★★ | ★★★★ | 極限状態（核、軍事） |
| スラストベアリング | ★★ | ★★ | ★★★ | 残留軸力バランス |
| 二重吸込インペラ | ★★★★ | ★★★ | ★★ | 第1段階または中間段階 |
| バランスホール | ★★ | ★ | ★ | 小型低圧ポンプ |
投稿日時：2025年3月29日