원심펌프의 홈 실이 수력성능 및 축추력에 미치는 영향

Abstract

본 연구는 고성능이 요구되는 원심펌프의 효율을 개선하기 위하여 누설손실을 저감할 수 있는 방법으로 임펠러의 비접촉 시일을 평행 홈 및 나선 홈의 라비린스실을 적용하고 시일 단면의 형상, 나선 각, 로터 측과 스테이터 측의 조합에 따른 수력성능, 진동, 축추력의 변화를 실험을 통하여 분석하였다. 실험 결과 로터와 스테이터 양측에 나선 각(α)이 0.98˚인 4줄의 사각 단면의 나선 홈을 적용한 Case10이 설계유량에서 양정과 효율은 각각 2.1%와 2.3% 향상되었고 축추력은 11% 저감되었으며 진동은 홈이 없는 Case1_ori과 거의 유사하게 측정되어 실험대상 중 가장 효과적임을 보였다. 또한 본 연구에서 정확한 축추력을 측정하기 위해 고안한 축추력 측정장치는 임펠러의 전면과 후면의 압력 분포를 측정하여 계산한 값과 비교하면 설계유량에서 3%내의 오차를 보여 신뢰성을 검증하였다.

This paper is related to the improvement of efficiency for high performance centrifugal pumps by reducing leakage loss, which is achieved by applying the grooved seal as a non-contact seal to the pumps. Various combinations of grooved seal types, including the spiral and the parallel groove in the rotor and/or in the stator, were tested by the experiment. And the corresponding hydraulic performance, the vibration characteristic and the magnitude of axial thrust were measured and calculated for ten cases. From the results, the type with the spiral grooves(spiral angle : 0.98˚) in both the rotor and the stator was found to be most effective. In this case, the head and the efficiency were improved from the original design by 2.1% and 2.3% respectively at design capacity(340m3/h), and the axial thrust was decreased by 10%, while the vibration was remained almost the same as the original type which has no groove. On the other hand, the device specifically designed to determine the accurate axial thrust was proved to be reliable, showing less than 6% difference between the measured axial thrust data and the calculated values on the basis of the pressure distribution obtained at the foreside and the backside of the impeller at design capacity