다단 원심 펌프의 축력 밸런싱은 안정적인 작동을 보장하는 데 중요한 기술입니다. 임펠러가 직렬로 배열되어 있기 때문에 축력이 상당히(최대 수 톤) 누적됩니다. 축력이 제대로 밸런싱되지 않으면 베어링 과부하, 씰 손상 또는 장비 고장으로 이어질 수 있습니다. 다음은 일반적인 축력 밸런싱 방법과 그 원리, 장단점을 설명합니다.
1.대칭형 임펠러 배열(등대등/대면)

현대 원심 펌프의 축력 평형 장치 설계 시, 임펠러 단은 일반적으로 짝수로 선정됩니다. 임펠러 단이 짝수일 때, 임펠러 대칭 분포법을 사용하여 장비의 축력을 평형시킬 수 있으며, 대칭 분포된 임펠러가 운전 과정에서 생성하는 축력은 크기가 같고 방향이 반대이므로 거시적으로 평형 상태를 나타냅니다. 설계 과정에서 역방향 임펠러 입구 전의 씰링 스로틀 크기가 임펠러 직경과 일치하여 양호한 씰링을 보장해야 합니다.
●원칙: 인접한 임펠러는 축 방향 힘이 서로 상쇄되도록 반대 방향으로 배열됩니다.
●연속: 두 세트의 임펠러가 펌프 샤프트 중간 지점 주위에 대칭으로 설치됩니다.
●대면: 임펠러는 거울 형태로 안쪽이나 바깥쪽을 향해 배열됩니다.
●장점: 추가 장치가 필요 없음, 구조가 간단함, 밸런싱 효율이 높음(90% 이상).
●단점: 복잡한 펌프 하우징 설계, 어려운 유로 최적화, 짝수 단계의 펌프에만 적용 가능.
●응용 프로그램: 고압 보일러 급수 펌프, 석유화학 다단 펌프.
2. 밸런싱 드럼

밸런스 드럼 구조(밸런스 피스톤이라고도 함)는 축 방향 주행 간극이 좁아 대부분의 축 추력을 보상할 수 있지만, 모든 축 추력을 보상할 수는 없습니다. 또한, 축 방향으로 움직일 때 추가적인 보상이 없으므로 일반적으로 추력 베어링이 필요합니다. 이 설계는 내부 재순환(내부 누출)이 더 크지만 시동, 정지 및 기타 과도 조건에 대한 내성이 더 뛰어납니다.
●원칙: 원통형 드럼은 최종 단계 임펠러 뒤에 설치됩니다. 고압 유체는 드럼과 케이싱 사이의 틈을 통해 저압 챔버로 누출되어 반작용력을 발생시킵니다.
● 아장점: 강력한 밸런싱 기능으로 고압 다단 펌프(예: 10단 이상)에 적합합니다.
●단점: 누출 손실(유량의 약 3~5%)로 인해 효율이 저하됩니다. 추가적인 밸런싱 파이프나 재순환 시스템이 필요하여 유지 관리가 복잡해집니다.
●응용 프로그램: 대형 다단 원심 펌프(예: 장거리 파이프라인 펌프).
3.밸런싱 디스크

현대 다단 원심 펌프의 축력 평형 장치 설계 과정에서 일반적인 설계 방법으로서, 밸런스 디스크 방식은 생산 수요에 따라 적당히 조정할 수 있으며, 밸런스 힘은 주로 디스크의 반경 방향 간극과 축 방향 간극 사이의 단면에 의해 생성되고, 다른 부분은 주로 밸런스 디스크의 축 방향 간극과 외경 부분에 의해 생성되며, 이 두 가지 평형 힘은 축력의 균형을 맞추는 역할을 합니다. 다른 방법과 비교했을 때, 밸런스 플레이트 방식의 장점은 밸런스 플레이트의 직경이 크고 감도가 높아 장비 장치의 작동 안정성을 효과적으로 향상시킨다는 것입니다. 그러나 축 방향 주행 간극이 작기 때문에 이 설계는 과도 조건에서 마모 및 손상에 취약합니다.
●원칙: 최종 단계 임펠러 뒤에 가동 디스크가 설치됩니다. 디스크 전체의 압력 차이는 축방향 힘에 대응하여 디스크의 위치를 동적으로 조절합니다.
●장점: 축 방향 힘 변화에 자동으로 적응하며, 높은 밸런싱 정밀도를 제공합니다.
●단점: 마찰로 인해 마모가 발생하여 정기적인 교체가 필요합니다. 유체의 청결도에 민감합니다(이물질이 디스크를 막을 수 있음).
●응용 프로그램: 초기 단계의 다단계 정수 펌프(점차 밸런싱 드럼으로 대체됨).
4.밸런싱 드럼 + 디스크 조합

밸런스 플레이트 방식과 비교했을 때, 밸런스 플레이트 드럼 방식은 스로틀 부싱 부분의 크기가 임펠러 허브의 크기보다 큰 반면, 밸런스 디스크는 스로틀 부싱의 크기가 임펠러 허브의 크기에 상응해야 한다는 점에서 다릅니다. 일반적으로 밸런스 플레이트 드럼의 설계 방식에서 밸런스 플레이트에서 발생하는 밸런스력은 전체 축력의 절반 이상을 차지하며, 최대 90%에 달할 수 있고, 나머지 부분은 주로 밸런스 드럼에서 제공됩니다. 동시에 밸런스 드럼의 밸런스력을 적당히 증가시키면 밸런스 플레이트의 밸런스력이 그에 따라 감소하고, 그에 따라 밸런스 플레이트의 크기도 감소하여 밸런스 플레이트의 마모도를 줄이고 장비 부품의 수명을 향상시키며 다단 원심 펌프의 정상적인 작동을 보장합니다.
●원칙: 드럼은 대부분의 축방향 힘을 처리하는 반면, 디스크는 잔류 힘을 미세하게 조정합니다.
●장점: 안정성과 적응성을 결합하여 다양한 작동 조건에 적합합니다.
●단점: 구조가 복잡하고 비용이 많이 듭니다.
●응용 프로그램: 고성능 산업용 펌프(예: 원자로 냉각수 펌프).
5. 추력 베어링(보조 밸런싱)
●원칙: 앵귤러 접촉 볼 베어링이나 킹스베리 베어링은 잔류 축력을 흡수합니다.
●장점: 다른 밸런싱 방법을 위한 안정적인 백업입니다.
●단점: 정기적인 윤활이 필요합니다. 축 하중이 높을 경우 수명이 짧아집니다.
●응용 프로그램: 소형에서 중형 다단 펌프 또는 고속 펌프.
6. 이중 흡입 임펠러 설계
●원칙: 1단계 또는 중간 단계에서는 이중 흡입 임펠러를 사용하여 양쪽 측면 유입을 통해 축방향 힘을 균형 있게 조절합니다.
●장점: 캐비테이션 성능을 개선하면서 효과적인 밸런싱을 구현합니다.
●단점: 단일 단계 축력의 균형만 조절합니다. 다단계 펌프에는 다른 방법이 필요합니다.
7. 유압 밸런스 홀(임펠러 백플레이트 홀)
●원칙: 임펠러 백플레이트에 구멍을 뚫어 고압 유체가 저압 구역으로 재순환되도록 하여 축 방향 힘을 줄입니다.
●장점: 간단하고 저렴합니다.
●단점: 펌프 효율이 감소합니다(~2–4%).낮은 축력 적용에만 적합합니다. 종종 보조 추력 베어링이 필요합니다.
축력 균형 방법 비교
방법 | 능률 | 복잡성 | 유지 보수 비용 | 일반적인 응용 프로그램 |
대칭 임펠러 | ★★★★★ | ★★★ | ★★ | 짝수 단계 고압 펌프 |
밸런싱 드럼 | ★★★★ | ★★★★ | ★★★ | 고양정 다단 펌프 |
밸런싱 디스크 | ★★★ | ★★★★ | ★★★★ | 깨끗한 유체, 가변 부하 |
드럼 + 디스크 콤보 | ★★★★★ | ★★★★★ | ★★★★ | 극한 상황(핵, 군사) |
스러스트 베어링 | ★★ | ★★ | ★★★ | 잔류 축력 균형 |
이중 흡입 임펠러 | ★★★★ | ★★★ | ★★ | 1단계 또는 중간 단계 |
밸런스 홀 | ★★ | ★ | ★ | 소형 저압 펌프 |
게시 시간: 2025년 3월 29일