동적균형(Dynamic Balancing)의 정의와 로터 불균형의 원인

동적균형(Dynamic Balancing)의 정의와 펌프 불균형의 원인

Dynamic Balancing은 우리말로 동적균형 이라 하며 사전적으로 원심력에 의해 파생되는 모멘트가 회전축에 제로(0) 가 되는 완벽한 상태를 말합니다. 동적균형은 회전기계를 다루는 산업내에서 중요하게 다루는 요소입니다. 대형 펌프와 같은 회전기계의 로터는 부품의 특성상 주 물을 통해 제작하는데 이렇게 제작된 로터는 완벽한 동적균형 상태가 아닌 불완전한 상태 즉 불균형(Unbalancing) 상태로 존재합니다. 로터의 동적균형/불균형 상태에 대한 영향을 아래와 같이 정리할 수 있습니다.

동적균형 - 출처 위키미디어

동적균형상태 (Dynamic Balancing)

• 기능의 향상 (성능-Performance)
• 기기 수명 증가
• 안정성
• 제품의 품질 향상

불균형 상태 (Unbalancing)

• 스트레스의 증가
• 기기 수명 단축
• 진동
• 소음 

펌프 로터의 불균형 상태는 진동, 소음을 동반하며 동력 소모율을 증가시키고, 펌프의 유량을 저하하는는 등의 영향을 미치게 됩니다. 따라서 펌프 제조사들은 회전체의 동적균형 상태를 유지하기 위해 로터의 제조 첫 단계부터 필수적으로 관리를 수행합니다. Dynamic Balancing Test 라는 입증 단계를 통과해야만 펌프의 부분품으로 사용될 수 있습니다.

불균형의 원인

Dynamic Unbalancing 의 주된 원인은 동적 불균형에 의한 것으로 이는 정적 불균형과 커플불균형으로 나뉘어 집니다. 그렇다면 이러한 동적 불균형이 발생하는 주된 원인은 무엇일까요? 글쓴이가 생각하는 원인의 가장 주된 원인은 제조 방식에 있다고 생각하고 있습니다.
앞서 설명한 것처럼 로터는 주조 방식을 통해서 제작하는데 주조 공정 특성상 가공 치수 및 밀도를 정밀하게 제어하지 못해 발생하는 질량적 불균형이 주된 원인이라 할 수 있습니다.

그 외 원인은 다음과 같습니다.

• 설계 및 도면 오류
• 재료의 밀도 변화
• 비대칭 치수
• 마찰방지를 위한 베어링이 역할을 충분히 하지 못할 때
• 회전체 조립시 얼라이먼트 오류
• 기타 운영 및 사용환경 적 요인

참고 규격

ISO1940-1 에서는 펌프, 기어, 컴프레셔, 샤프트와 같은 기계류의 Balance quality grade 를 구분하고 Balancing 허용치와 불균형을 파악하는 방법 등의 내용이 기술되어 있습니다.

• ISO 1940-1 Mechanical vibration - Balance quality requirements for rotors in a constant state.

 

INSIDE INSIGHTS ENCYCLOPEDIA