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다단 원심 펌프의 축력 균형 유지 방법

다단 원심 펌프에서 축력 균형을 맞추는 것은 안정적인 작동을 보장하는 데 매우 중요한 기술입니다. 임펠러가 직렬로 배열되어 있기 때문에 축력이 상당히 누적됩니다(최대 수 톤). 이 축력의 균형이 제대로 맞춰지지 않으면 베어링 과부하, 씰 손상 또는 장비 고장으로 이어질 수 있습니다. 아래에서는 일반적인 축력 균형 조정 방법과 그 원리, 장점 및 단점을 설명합니다.

1.대칭형 임펠러 배열(등받이형/면대면형)

 

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최신 원심 펌프의 축력 평형 장치 설계에서 임펠러 단수는 일반적으로 짝수로 선택됩니다. 이는 임펠러 단수가 짝수일 경우 임펠러 대칭 배치 방식을 사용하여 장비의 축력 평형을 맞출 수 있기 때문입니다. 대칭 배치된 임펠러가 작동 과정에서 발생시키는 축력은 크기가 같고 방향이 반대이므로 거시적인 관점에서 평형 상태를 나타냅니다. 설계 과정에서 역방향 임펠러 입구 전의 밀봉 스로틀 크기는 임펠러 직경과 일치하도록 하여 양호한 밀봉을 확보해야 합니다.

●원칙인접한 임펠러는 축 방향 힘이 서로 상쇄되도록 반대 방향으로 배치됩니다.

●연이은두 세트의 임펠러가 펌프 축의 중심점을 기준으로 대칭적으로 설치됩니다.

●대면임펠러는 안쪽 또는 바깥쪽을 향하도록 대칭 구조로 배열됩니다.

●장점추가 장치가 필요 없으며, 구조가 간단하고, 균형 유지 효율이 90% 이상입니다.

●단점펌프 하우징 설계가 복잡하고 유로 최적화가 어려우며, 단수가 짝수인 펌프에만 적용 가능합니다.

●응용 프로그램고압 보일러 급수 펌프, 석유화학 다단 펌프.

2. 밸런싱 드럼

 

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밸런스 드럼 구조(밸런스 피스톤이라고도 함)는 축 방향 작동 간극이 좁지 않아 대부분의 축 방향 추력을 보상할 수 있지만, 모든 추력을 보상할 수는 없습니다. 또한 축 방향으로 이동할 때 추가적인 보상이 이루어지지 않으며, 일반적으로 스러스트 베어링이 필요합니다. 이러한 설계는 내부 재순환(내부 누출)이 더 크지만, 시동, 정지 및 기타 과도 조건에 대한 내성이 더 뛰어납니다.

 

●원칙마지막 단계 임펠러 뒤에 원통형 드럼이 설치됩니다. 고압 유체가 드럼과 케이싱 사이의 틈을 통해 저압 챔버로 누출되어 반작용력을 발생시킵니다.

● A장점강력한 균형 유지 능력을 갖추고 있어 고압 다단 펌프(예: 10단 이상)에 적합합니다.

●단점누수로 인한 손실(유량의 약 3~5%)이 발생하여 효율이 저하됩니다. 추가적인 균형 배관이나 재순환 시스템이 필요하여 유지보수가 복잡해집니다.

●응용 프로그램대형 다단 원심 펌프(예: 장거리 파이프라인 펌프).

3.밸런싱 디스크

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현대 다단 원심 펌프의 축력 평형 장치 설계 과정에서 흔히 사용되는 설계 방법인 평형판법은 생산 요구에 따라 적절히 조절할 수 있으며, 평형력은 주로 평형판의 반경 방향 간극과 축 방향 간극 사이의 단면적에 의해 발생하고, 나머지 부분은 축 방향 간극과 평형판의 외경 단면적에 의해 발생하여 이 두 평형력이 축력을 상쇄하는 역할을 합니다. 다른 방법에 비해 평형판법은 평형판의 직경이 크고 감도가 높아 장비의 작동 안정성을 효과적으로 향상시킬 수 있다는 장점이 있습니다. 그러나 축 방향 작동 간극이 작아 과도 조건에서 마모 및 손상이 발생하기 쉽습니다.

 

●원칙마지막 단계 임펠러 뒤에 가동 디스크가 설치되어 있습니다. 디스크 양단의 압력 차이로 인해 디스크의 위치가 동적으로 조정되어 축 방향 힘에 대응합니다.

●장점축 방향 힘 변화에 자동으로 적응하며, 높은 균형 정밀도를 제공합니다.

●단점마찰로 인해 마모가 발생하므로 주기적인 교체가 필요합니다. 유체 청결도에 민감합니다 (입자가 디스크를 막을 수 있습니다).

●응용 프로그램초기 단계의 다단식 정수 펌프(점차 평형 드럼으로 교체됨).

4.밸런싱 드럼 + 디스크 조합

 

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밸런스 플레이트 방식과 비교했을 때, 밸런스 플레이트 드럼 방식은 스로틀 부싱 부분의 크기가 임펠러 허브 크기보다 크다는 점에서 차이가 있습니다. 반면 밸런스 디스크 방식은 스로틀 부싱의 크기가 임펠러 허브 크기에 맞춰야 합니다. 일반적으로 밸런스 플레이트 드럼 방식 설계에서는 밸런스 플레이트에서 발생하는 평형력이 전체 축방향 힘의 절반 이상을 차지하며, 최대 90%까지 도달할 수 있고, 나머지 부분은 주로 밸런스 드럼에서 제공합니다. 동시에, 밸런스 드럼의 평형력을 적절히 증가시키면 밸런스 플레이트의 평형력이 그에 상응하여 감소하고, 밸런스 플레이트의 크기가 작아져 밸런스 플레이트의 마모도가 줄어들고 장비 부품의 수명이 연장되며 다단 원심 펌프의 정상 작동이 보장됩니다.

 

●원칙드럼은 축 방향 힘의 대부분을 처리하고, 디스크는 잔여 힘을 미세 조정합니다.

●장점안정성과 적응성을 겸비하여 다양한 작동 조건에 적합합니다.

●단점구조가 복잡하고 비용이 더 높습니다.

●응용 프로그램고성능 산업용 펌프(예: 원자력 발전소 냉각수 펌프).

 

5. 스러스트 베어링 (보조 밸런싱)

●원칙앵귤러 콘택트 볼 베어링 또는 킹스베리 베어링은 잔류 축력을 흡수합니다.

●장점: 다른 자산 배분 방식에 대한 안정적인 백업 수단입니다.

●단점정기적인 윤활이 필요하며, 높은 축 방향 하중을 받을 경우 수명이 단축됩니다.

●응용 프로그램소형 내지 중형 다단 펌프 또는 고속 펌프.

 

6. 이중 흡입 임펠러 설계

●원칙첫 번째 또는 중간 단계에서는 이중 흡입 임펠러를 사용하여 양쪽에서 유입되는 공기를 통해 축 방향 힘의 균형을 맞춥니다.

●장점캐비테이션 성능을 향상시키면서 효과적인 균형 유지를 가능하게 합니다.

●단점이 방법은 단일 단계 축력만 균형 있게 조절하며, 다단계 펌프에는 다른 방법이 필요합니다.

 

7. 유압 밸런스 홀 (임펠러 후면판 홀)

●원칙임펠러 후면판에 구멍이 뚫려 있어 고압 유체가 저압 영역으로 재순환되어 축 방향 힘을 줄입니다.

●장점간단하고 저렴합니다.

●단점펌프 효율을 약 2~4% 감소시킵니다.축 방향 하중이 낮은 용도에만 적합하며, 종종 추가적인 스러스트 베어링이 필요합니다.


축력 균형 조정 방법 비교

방법 능률 복잡성 유지 관리 비용 일반적인 적용 사례
대칭형 임펠러 ★★★★★ ★★★ ★★ 짝수 단 고압 펌프
밸런싱 드럼 ★★★★ ★★★★ ★★★ 고양정 다단 펌프
밸런싱 디스크 ★★★ ★★★★ ★★★★ 깨끗한 유체, 다양한 부하
드럼 + 디스크 콤보 ★★★★★ ★★★★★ ★★★★ 극단적인 상황(핵, 군사)
스러스트 베어링 ★★ ★★ ★★★ 잔류 축력 균형
이중 흡입 임펠러 ★★★★ ★★★ ★★ 첫 번째 또는 중간 단계
밸런스 홀 ★★ ★ ★ 소형 저압 펌프

게시 시간: 2025년 3월 29일