정충곤 변리사 장백국제특허법률사무소

[스크랩] 급수 공급방식의 분류 (압력탱크방식과 부스터방식 차이점), 부스터펌프 압력탱크 공기압 보충하기, 급수펌프 부스타 시스템 인버터 교체

작성일 작성자 정충곤 변리사

급수설비 중 압력탱크방식과 부스터방식 차이점

 

급수 공급방식의 분류


 

수도직결식 고가수조식 압력탱크식 부스터방식
공급방식 수도본관의 수압에 의해 직접 건물에 급수 건물의 최상부에 고가수조를 설치하여 물의 위치에너지에 의한 수입으로 수전에 급수 압력탱크를 설치하고 펌프에 의해 수조내로 가압된 물을 압력에너지에 의해 수전에 급수 저수조내의 물을 펌프에 의해 수전까지 직접 급수하는 방식
장 점 설비비가 가장저렴
수질오염의 우려가 가장 적다.
급수압 일정
단수시, 정정시, 대처가 용이
펌프의 소요동력이 적다.
건물구조, 미관상 유리
특정부위에 고압요구나 구가수조 설치가 곤란할 경우에 적용
급수압 일정
상 고가수조가 필요 없다
.
단 점 단수시 공급중단
피크시 급수압 변동
대규모 건물에 적용이 어렵다
수질오염 가능성이 크다.
건물구조물 강화
건물미관상 불리
공기압축기, 압력탱크등 시설비가 많이 든다.
정전 단수시 급수중단이 빠르다.
설비가 고가이다.

 


 

 

 

 

 

 

 부스터펌프 압력탱크 공기압 보충하기       

 

 

예전에 신축한 아파트나 빌딩은 옥상에 물탱크가 있어 지하 물탱크의 물을 급수펌프로

옥상 물탱크(고가수조) 물을 올려 놓으면 옥상 물탱크에서 자연압에 의해 물이 내려와

세대로 들어갑니다

세대로 들어가는 물의 압력이 옥상 탱크로부터 자연압이 걸리기 때문에

옥상에서 가까운 2,3개 층의 세대는 물이 아주 약하게 나오게 됩니다

그래서 옥상에 가까운 층에 살면 물 때문에 아주 불편합니다

옥상에서 가장 가까운 최상층의 경우는 샤워도 하기 힘들 정도로 물이 아주 약하게 나오죠

지금도 예전에 건축한 아파트에 거주하시는 세대에서는 이런 불편함을 겪고 있는 세대가 많습니다

상기의 이런 불편함을 해결하기 위해서 부스터펌프 시스템이 나왔습니다

부스터펌프 시스템이 현장에 적용 된 것은 제가 아는 바로는 대략 15년 정도 되는데요

예전의 옥상 물탱크에서 세대로 물 공급방식이 하향식 방식 이었다면

부스터펌프 시스템은 세대로 상향식 방식으로 물을 공급하는 시스템입니다

2대 이상의 펌프를 병렬로 연결하여 사용하는 부스터펌프 시스템은 크게 2가지로 나뉘는데

압력탱크의 압력스위치 신호에 의해 작동하는 대수 제어방식과

인버터에 의해 제어하는 인버터 제어방식이 있습니다

이 중 인버터 제어방식은 펌프의 회전수 제어를 통해 배관의 수압을 일정하게

유지시키므로 이상적인 급수 방법이며 최근에 빌딩, 학교, 아파트, 상가 등에

주로 많이 사용을 하고 있습니다

부스터 펌프의 장점을 알아보면

1.건물의 최상층까지 일정한 수압을 보낼 수 있습니다

2.*옥상 물탱크가 불필요하므로 시공비가 적게 들고 옥상 공간 활용이 가능합니다

*고가수조의 수위조절기 오작동으로 옥상 물탱크의 물 넘침 방지 및 동파 방지가 가능합니다

*매년 2회 옥상 물탱크 청소가 필요 없으므로 유지비용이 절감 됩니다

*옥상 고가수조로 인한 수질 오염을 방지할 수 있습니다

3.세대로 올라가는 상향식 배관만 필요하고 세대로 내려오는 하향식 배관이

필요 없으므로 시공비가 절감 됩니다

4.인버터에 의해 필요한 만큼의 펌프 회전을 하므로 전력비가 절감됩니다

 

반면 부스터펌프 시스템의 단점을 살펴보면

1.펌프 고장(제어시스템 고장 포함) 또는 정전시 비상전원이 투입되지 않을 경우

바로 세대 급수가 차단 됩니다

2.펌프 및 제어장치가(인버터 포함)가 고가이고 인버터 고장시 자체 보수가 불가능해

인버터 교체비용이 많이 듭니다 - 인버터 수리가 거의 어렵습니다

3.인버터 고장으로 대수제어(직입기동)로 운전시 잦은 펌프 기동으로 급수 전력이 피크를 치면

1년간 적용이 됩니다

 

부스터펌프 시스템은 크게 3가지로 나눌 수 있습니다

1.병렬로 연결된 부스터 펌프

2.펌프 제어판넬

3.압력탱크

이 중에서 펌프와 제어판넬은 제조업체마다 사양과 조작방법이 모두 다르기 때문에

오늘은 압력탱크에 대해서 알아보겠습니다

 

 제가 근무하는 아파트 기계실의 부스터펌프 입니다 1개소에 펌프가 4대씩 모두 16대가 있습니다 ↑

 

부스터펌프 시스템에서 압력탱크는 왜 필요할까요?

압력탱크는 브레더식과 다이아후렘식이 있는데 주로 브레더식이 많습니다

펌프의 급 기동시에 순간적으로 발생하는 수압을 일시적으로 흡수 완충역활을 하여

급격한 수압 변동으로 인한 배관 떨림 방지 및 배관 및 계기류의 파손을 방지하고

배관 내 수압을 일정하게 유지시켜주는 역활을 합니다

압력 탱크 내부에는 초기에 질소가 들어있습니다

근데 질소압이 줄어들면 꼭 질소가 아니더라도 산소나 공기를 주입해도 됩니다

아래 이미지에서 보듯이 브레더식은 탱크 내부에 아주 두껍고 큰 풍선이 들어있다고

보면 되는데 물은 풍선 속으로 들어가고 풍선 주위에 질소 또는 공기가 감싸고 있습니다

풍선을 감싸고 있는 공기가 갑자기 높은 수압의 물이 들어오면 압력을 받아주었다가

다시 내보내는 역활을 함으로서 완충 역활을 해줍니다

일종의 수격방지기라고 볼 수 있습니다

※물은 비압축성 유체라서 압축이 되지않아 충격을 흡수하지 못하는 반면

 질소나 공기 등의 기체는 압축성 유체라서 쉽게 압축이 되어 충격을 흡수 할 수가 있습니다

 

압력탱크 내부에 적정압의 공기가 부족하거나 없으면 어떤 현상이 발생할까요?

1.배관 내 압력이 조금만 빠져도 바로 펌프가 기동하기 때문에 펌프가 자주 기동하여

전력 소모가 늘어나며  모터 베어링 마모 등 장비의 수명을 단축시킵니다

또한 정속 운전을 하지 못하기 때문에 펌프의 잦은 기동은 인버터 수명도

단축시킨다고 볼 수 있습니다

2.배관 내 순간적인 압력을 받아주지 못하기 때문에 배관이 떨리거나 심할 경우

배관 및 계기류의 약한 부위가 파손 될 수 있습니다

 

부스터펌프가 정속운전을 하지 못하고 자주 꺼졌다가 기동하거나

펌프 기동시에 배관이 떨림 현상이 있다면 압력탱크에 공기압이 많이 부족하거나

공기가 없는 경우 입니다

제가 예전에 주상복합 아파트에 새로 근무를 하게 되었는데 그 아파트 최상층(42층)세대에서

밤 12시만 되면 밖에서 벽을 치는 굉장히 큰 소음이 매일 들린다는 민원을 접했습니다

그런데 민원이 들어온지 오래 되었는데 이전 근무자가 원인을 찾지 못했습니다

저는 처음 민원을 접했을 때 부스터펌프가 원인 이라는 것을 알 수 있었습니다

그래서 압력게이지로 부스터펌프 압력탱크 공기압을 측정해 보니 공기압이 0 이었습니다

보통 아파트에서 부스터 펌프 1대는 인버터의 회전수 제어로 계속해서 돌아가기 때문에

펌프 1대가 계속해서 돌아가는 것을 방지하기 위해 펌프 순번을 바꾸어 주어야 하는데

펌프 제어반에서 하루 중 일정 시간(물 사용이 적은 시간대에)에 돌아가던 펌프를 정지시키고

그 다음 순번의 펌프가 기동하도록 프로그램을 설정 하는데 밤 12시가 바로 그 시간 이었습니다

기동하던 펌프가 정지하고 다음 순번의 펌프가 돌아가기까지 2,3초가 걸리는데

그 몆 초동안 배관 내 압력이 저하된 상태에서 다음 순번의 펌프가 갑자기 100% 회전으로

돌아가게 되면 급 상승한 배관 내 압력을 압력탱크가 받아주지 못하면 급수배관 최말단이

급 상승된 압력으로 인해 요동치면서 배관이 벽면에 부딪혀 꽈~~당 하고 소리를 내게 됩니다

시설관리 하시는 분들 이런 경험 없으신지요!

혹 일정 시간이 되면 세대 밖에서 요란한 소리가 들린다는 민원이 들어오면

부스터펌프 압력탱크 공기압을 의심해 보시고 공기압을 측정해 보십시요

부스터펌프 압력탱크 브레더식과 다이어프램식의 내부 이미지 입니다 ↑

 

 

 
압력탱크에 내부에 들어가는 브레더(고무풍선) 이미지 입니다(펌 사진) ↑

 

보통 부스터펌프 압력탱크에 압력계가 부착되어 있지 않습니다

부스터펌프 압력탱크의 압력을 측정하려면 압력측정게이지를 구매해야 합니다

인터넷 쇼핑몰에 "압력측정게이지"라고 검색하면 아래 이미지처럼 측정게이지가 있는데

자동차 타이어 공기압 측정용 압력게이지 입니다

공기압을 측정하고 또 콤프레샤로 공기압을 주입하려면 아래 이미지처럼

타이어 공기압 측정용 압력게이지 구매하면 됩니다

가격이 비싼 것은 3만원 가까이 합니다

 

 압력탱크 공기압 측정게이지 ↑


아래에서 압력탱크에 공기압 보충하는 방법을 알아보겠습니다


 부스터펌프 제어반의 압력을 표시해 주시 Lcd 화면 입니다 ↑

 

층수가 높은 건물은 부스터 펌프를  저층부와 고층부로 나누어 놓습니다

상기에서 보듯이 저층부 설정압(기동압력)은 9.4kg/㎠ 이고 고층부 설정압은 13.6kg/㎠

그러면 압력탱크의 공기압은 얼마로 맞추면 될까요?

압력탱크의 공기압은 펌프 설정 압력의 90%를 주입하면 됩니다

상기의 압력에서 저층부 설정 압력 9.4k의 90%는 8.46kg/㎠

고층부 설정 압력 13.6k의 90%는 12.24kg/㎠ 를 주입하면 됩니다

 

 평상시 부스터펌프 가동시의 압력탱크로 가는 배관의 밸브 상태입니다 ↑

 

 압력탱크로 가는 배관의 밸브를 차단하고 드레인(배수)밸브를 개방해 탱크 내의 물을 배수 시킵니다 ↑

 

압력탱크 공기압 측정은 반드시 탱크 내의 물을 모두 배수 한 상태에서 측정해야 합니다

 

 탱크 내의 물이 모두 배수가 되면 압력게이지를 꽂아 압력을 측정합니다 ↑

                                   ↓


고층부 공기압이 대략 3kg/㎠ 정도를 표시하고 있습니다 ↑
상기에서 고층부 압력탱크 필요 공기압  12.24kg/㎠에 많이 부족합니다

공기압을 많이 보충해야 합니다


 압력게이지 후단에 콤프레샤를 연결해 압력을 주입하고 있습니다 ↑


콤프레샤에 연결해 압력을 주입 할 때는 압력게이지 손잡이 누름 버턴을 눌러 주어야 합니다

이때 압력계는 0을 표시 합니다

손잡이 누름 버턴을 놓으면 압력 주입이 차단 되고 압력계는 탱크압(공기압) 을 표시합니다

 

콤프레샤로 압력을 주입하여 공기압이 많이 올라 갔습니다 ↑

공기 주입 도중에 압력게이지 손잡이를 놓으면 공기압을 확인할 수 있기 때문에

중간 중간 압력을 확인하여 필요 압력까지 공기압을 보충하면 됩니다

 

 공기 주입이 끝나고 압력탱크로 연결된 밸브를 원래 상태로  해놓습니다 ↑

배수밸브를 차단하고 압력탱크로 연결된 밸브를 개방 할 때에는 천천히 개방해야 합니다


 

 압력탱크 상부에 돌출된 이 부분은 브레더(풍선)를 잡고 있는 고정자 입니다 ↑

 

압력탱크에 필요 압력을 주입했다 하더라도 압력탱크에서 공기 누설이 있다면

공기압은 빠르게 줄어듭니다

공기 주입이 끝나면 압력탱크 상부의 브레이더 고정자 주위에 비누거품을 발라서

공기 누설이 있는지 확인해야 합니다

또한 탱크 상부의 공기주입구 부분이 불량으로 공기 누설이 될 수 있으므로

공기주입구에도 비누거품을 발라 공기 누설을 확인해야 합니다

가끔 압력탱크 측면의 용접부위에서 용접 불량으로 공기 누설이 있는 경우도 있으므로

용접부위에도 비누 거품을 발라서 공기 누설이 있는지 확인해야 합니다.

 

 

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급수펌프 부스타 시스템 인버터 교체                  

 

2012.11.01. 23:06

 

증상:급수펌프 부스타 시스템에서 물이 나오지 않음

펌프점검결과 펌프가 회전하지 않는다고 함

조치:인버터 운전에서 댓수 제어 방식으로 전환

문제점: 압력계의 헌팅및 흔들림 배관일부 파열됨

 

점검결과:인버터 에러 (교체하기로함)

 부스타시스템 인버터방식에서는 펌프 하나당 마그네트 2개가 설치되어있음

서로 인터록이 되어있어 동시작동은 안됨

마그네트 하나는 인버터와 연결되고 또하나는 직기동시 사용됨

 

 

 

압력계가 헌팅하는 이유를 찾기위해

압력스위치 조정

 팽창탱크(압력탱크)점검을 하였으나 공기압이 하나도 없음

때문에 충격을 흡수못하고 배관에 충격과 파열됨

다행히 브레이더는 이상무

압력충진을 위해 팽창탱크(압력탱크)물을 모두 퇴수 시킴)

압력탱크의 압력셋팅은 브레이더에 물이없는상태에서 함

 인버터 교체때까지 에어를 보충하여 팽창탱크 역활을 하게 만듬

 압력셋팅중

 

야간에 고장이 발생

다음날  인버터 교체

더블클릭을 하시면 이미지를 수정할 수 있습니다

댓수방식에서 인버터 방식으로 운전방법 바꿈

운전방법을 인버터 방식으로 입력

 시운전을 하면서 인버터와의 통신 점검

더블클릭을 하시면 이미지를 수정할 수 있습니다

 

 

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 펌프의 종류      

                                                                                                                                                                                                                                                                                               

2012/06/15 04:33

 

1-2 펌 프


  1-2-1 펌프의 종류


  펌프란 전동기나 내연기관 등의 원동기로부터 기계적 에너지를 받아서, 액체에 운동 및 압력에너지를 주어 액체의 위치를 바꾸어 주는 기계이다. 펌프의 작용은 흡입과 토출에 의해 이루어진다. 흡입작용은 펌프내를 진공상태로 만들어 흡상시키는 것으로, 표준기압 상태에서 이론적으로 10.33[m]까지 흡입시킬 수 있다. 그러나 흡입관내의 마찰손실이나 물속에 함유된 공기 등에 의해 7[m] 이상은 흡상하지 않는다. 표 1.3에 고도에 따른 펌프의 이론상 흡입높이를 나타냈다.

  펌프의 종류는 구조 및 작동원리에 따라 표 1.4와 같이 터보형, 용적형, 특수형으로 나누이고, 용도에 따라 급수용, 배수용, 순환용, 소화용, 기름용 등이 있다.

 

표 1.3 고도에 따른 펌프의 흡입높이

고 도(해 발 m)

0

100

200

300

400

500

1,000

5,000

기 압(수은주 mm)

760

751

742

733

724

716

674

634

이론상 흡입높이(수주 m)

10.33

10.20

10.08

9.97

9.83

9.7

9.0

8.6

 

 

표 1-4 펌프의 종류

형식

작동방식

종   류

터보형

원심력식

원심펌프 - 볼류트 펌프(volute pump),

           터빈 펌프(디퓨저 펌프)

축류 펌프, 사류 펌프 

마찰펌프

용적형

왕복동식

피스톤 펌프, 플런저 펌프, 다이어프램 펌프

회전식

기어 펌프, 나사 펌프, 루츠 펌프, 베인 펌프, 캠 펌프

특 수 형

기포 펌프, 제트 펌프, 수격 펌프, 와류 펌프, 진공 펌프

점성 펌프, 전자 펌프


  1. 터보형 펌프


  깃(vane)을 가진 임펠러(impeller)의 회전에 의해 유입된 액체에 운동에너지를 부여하고, 다시 와류실(spiral casing)등의 구조에 의해 압력에너지로 변환시키는 형식의 펌프로서, 원심펌프, 사류펌프, 축류펌프가 있다. 그림 1.16에 터보형 펌프의 비교를, 그림 1.17에 임펠러 모양의 계통적 변화를 나타냈다.

  터보형 펌프는 용적형 펌프에 비해 진동이 적고 연속송수가 가능하다. 또한 구조가 간단하고, 취급이 용이하며, 운동성능도 양호하다. 토출량은 압력에 따라 변한다.

 

         

              (a) 원심펌프             (b)사류펌프               (c) 축류펌프

                                       그림 1.16  터보형 펌프의 비교                    


              

그림 1.17  임펠러형상의 계통적 변화


  (1) 원심펌프(centrifugal pump)  그림 1.16(a)와 같이 물이 축과 직각방향으로 된 임펠러로부터 흘러나와 스파이럴 케이싱에 모아져서 토출구로 이끌리는 펌프로서, 와권펌프라고도 한다. 급수용은 물론 설비의 각종 용도로 가장 많이 사용되고 있는 펌프이다.


  원심펌프는 임펠러(회전차;impeller)를 회전시켜 물에 회전력을 주어서 원심력 작용으로 양수하는 펌프로서, 깃(날개;vane)이 달린 임펠러, 안내깃(guide vane) 및 스파이럴 케이싱(spiral casing)으로 구성되었다.

  물은 먼저 흡입관을 통하여 임펠러 중심부에 들어가 깃 사이를 통과하는 사이에 회전력을 받아 압력이 증가하고, 안내깃을 지나는 동안 속도에너지는 압력에너지로 변화하면서 스파이럴 케이싱에 들어간다.

  안내깃은 임펠러의 바깥둘레에 배치한 고정 깃으로서, 임펠러에서 나오는 빠른 속도의 물을 안내하면서 속도에너지를 압력에너지로 바꾸어 주는 역할을 한다. 스파이럴 케이싱은 임펠러 또는 안내깃에서 나오는 물을 모아서 토출구에 유도하는 것으로, 점차로 통로를 넓게 하여 속도수두를 압력수두로 변화시킨다.


  원심펌프는 다음과 같이 분류할 수 있다.         


그림 1.18  원심펌프의 구조    

 

  ① 안내깃의 유무에 따라


  ○ 볼류트 펌프(volute pump) : 그림 1.19(a)와 같이 임펠러 둘레에 안내깃이 없이 스파이럴 케이싱이 있다. 양정 15[m] 이하의 저양정 펌프이다.

  ○ 터빈 펌프(turbine pump) : 그림 1.19(b)와 같이 임펠러와 스파이럴 케이싱 사이에 안내깃이 있는 펌프로서, 디퓨저 펌프(diffuser pump)라고도 한다. 양정 20[m] 이상의 고양정 펌프이다.

              

  

                   (a)  볼류트 펌프                              (b)  터빈펌프

         그림 1.19  원심펌프

  

   ② 단(stage)수에 따라

  

  ○ 단단펌프(single stage pump) : 임펠러가 1개만 있는 펌프로서 저양정에 사용한다.

  ○ 다단펌프(multi stage pump) : 1개의 축에 임펠러를 여러 개 장치하여 순차적으로 압력 을 증가시켜가는 펌프로서 고양정에 사용한다. 10단 이상의 펌프도 있다.

            (a) 단단펌프                                (b) 다단펌프

그림 1.20  원심펌프


  ③ 흡입구의 수에 따라 


  ○ 편흡입펌프(single suction pump) : 흡입구가 한쪽에만 있는 펌프이다.

  ○ 양흡입펌프(double suction pump) : 흡입구가 양쪽에 있는 펌프로소, 대유량 펌프이다.

 

        (a) 편흡입 펌프                            (b) 양흡입 펌프

                              그림 1.21  원심펌프


                      

그림 1.22  양흡입 펌프의 외형도


  (2) 축류펌프(axial flow pump)  그림 1,23에서와 같이 임펠러가 프로펠러형이고 물의 흐름이 축방향인 펌프로서, 저양정(보통 10m이하) 대유량에 사용한다. 농업용의 양수펌프, 배수펌프, 상・하수도용 펌프에 이용되고 있다.

  운전중에 임펠러 깃의 각도를 조정할 수 있는 장치가 설치된 가동익 축류펌프와 조정할 수 없는 고정익 축류펌프가 있다. 고정익 축류펌프를 단순히 축류펌프라 부른다.

 

                        (a) 구조도                        (b) 임펠러의 모양

                그림 1.23  축류펌프


  (3) 사류펌프(mixed flow pump) 축류펌프와 구조가 거의 같으나 임펠러의 모양은 그림 1.16(b)와 같이 물이 축과 경사방향으로 흐르도록 되어 있으며, 저양정 대유량에 사용되고 있다.

 

  (4) 마찰펌프(friction pump)  그림 1.24와 같이 둘레에 많은 홈을 가진 임펠러를 고속 회전시켜 케이싱 벽과의 마찰에너지에 의해 압력이 생겨 송수하는 펌프로서, 대표적인 것으로는 와류펌프(vortex pump) 일명 웨스코펌프(Westco rotary pump)가 있다. 구조가 간단하고 구경에 비해 고양정이나, 토출량이 적고 효율이 낮다. 운전 및 보수가 쉬어 주택의 소형 우물용 펌프, 보일러의 급수펌프에 적합하다.

                   

          

                   (a) 구조도                     (b) 임펠러의 모양

그림 1.24  마찰펌프


  (5)  보어홀 펌프(bore-hole pump) 깊은 우물물을 양수하는 펌프이나, 수중모터펌프 의 보급에 따라 최근에는 별로 사용되지 않는다. 모터를 지상에 설치하고 펌프의 임펠러 부분과 스트레이너는 우물 속에 넣어 긴 축으로 원동기와 임펠러를 연결하였다. 펌프의 구성은 우물 속에 있는 펌프부분과 이를 구동시키는 지상에 설치된 원동기 부분, 그리고 펌프와 원동기를 연결하는 긴 축부분과 축 외부의 양수관으로 구성되어 있다.

 

  (6) 수중모터펌프(submerged motor pump) 깊은 우물물을 양수하기 위한 펌프이다. 전동기와 펌프를 직결하여 일체로 만들고 여기에 양수관을 접속해서 우물 속에 넣어 전동기도 펌프와 같이 수중에서 작동하는 다단터빈펌프의 일종이다.

그림 1.25  깊은 우물용 펌프(수중 모터펌프)



  2. 용적형 펌프


  왕복부 또는 회전부에 공간을 두어 이 공간 내에 유체를 넣으면서 차례로 내 보내는 형식의 펌프로서, 왕복펌프와 회전펌프로 나누인다.

  용적형 펌프의 특징은 운전 중 토출량의 변동이 있으나, 고압이 발생되며 효율이 양호하다. 압력이 달라져도 토출량은 변하지 않는다.   


  (1) 왕복펌프(reciprocating pump)  피스톤(piston) 또는 플런저(plunger)가 실린더 내를 왕복운동 함으로서 액체를 흡입하여 소요의 압력으로 압축하여 토출하는 펌프이다. 펌프의 형식에는 여러 가지가 있다. 토출밸브를 피스톤에 장치한 수동형 펌프, 그림 1.27(a)와 같이 봉모양의 플런저가 왕복할 때마다 흡입과 토출을 하는 단동 플런저펌프, 그림 (b)와 같이 플런저의 1왕복마다 2회의 흡입과 토출이 이루어지는 복동 플런저 펌프가 있으며, 이 외에 유량을 많게 하고 토출량의 변화를 적게 하기 위해 단동을 2개 이상 병열로 연결한 펌프도 있다.

 

  왕복펌프는 양수량이 적으나 구조가 간단하며, 고양정(고압용)에 적당하다. 그러나 왕복동에서 생기는 송수압의 변동이 심하므로 토출량의 변화가 있으며 수량조절이 어렵다.

                      

  그림 1.26  왕복펌프의 구조


   

                     

                 (a) 단동 플런저 펌프                   (c) 복동 플런저 펌프     

                                    그림 1.27  플런저 펌프


  (2) 회전펌프(rotary pump)  1~3개의 회전자(rotor)의 회전에 의해 액체를 압송하는 펌프로서, 구조가 간단하고 취급이 용이하다. 펌프의 특징은 양수량의 변동이 적고, 고압을 얻기가 비교적 쉬우며, 기름 등의 점도가 높은 액체 수송에 적합하다.  회전자의 형상이나 구조에 따라 많은 종류가 있으나  대표적인 것으로는 베인펌프(vane pump), 톱니펌프(gear pump), 나사펌프(screw pump)등이 있다. 그림 1-9는 대표적인 회전펌프의 예를 나타낸 것이다.

 

                 (a) 베인펌프             (b) 톱니펌프                  (c) 나사펌프

그림 1.28  회전펌프

 

 

  3. 특수펌프


  (1) 기포펌프(air lift pump)  양수관 하단의 물속으로 압축공기를 송입하여 물의 비중을 가볍게 하고, 발생되는 기포의 부력을 이용해서 양수하는 펌프로서 공기양수펌프라고도 한다.

  펌프자체에 가동부분이 없어 구조가 간단하고 고장이 적다. 모래나 고형물 등 이물질을 포함한 물의 양수에 적합하다.(그림 1.29)

 

          

그림 1.29  공기양수펌프


  (2) 분사펌프(jet pump)  수중에 제트(jet)부를 설치하고 벤튜리관의 원리를 이용하여  증기 또는 물을 고속으로 노즐에서 분사시켜 압력저하에 의한 흡인작용으로 양수하는 펌프이다. 가동부가 없어 고장이 적고 취급이 간단하나 효율이 낮다.

  증기를 사용하여 보일러의 급수에 사용하는 인젝터(injector), 물 또는 공기를 사용해서 오수를 배출시키는 배수펌프, 깊은 우물의 양수에 사용되는 가정용 제트펌프(흡상높이 12m까지 가능) 등에 사용된다.(그림 1.30)

 

                            

 

                  (인젝터)

그림 1.30  분사펌프

 

 

펌프의 용량   

                                                                                                                                                                                               

1-2-2 펌프의 용량


  1. 펌프의 양수량과 구경


  (1) 펌프의 양수량   양수량은 단위시간에 펌프에서 송출되는 액체의 양으로서 구경과 유속에 비례한다. 토출량 또는 송출량이라고도 하며, 단위는 [m3/sec], [m3/min], 또는 [ℓ/sec], [ℓ/min] 등이 사용된다.

                          

  (2) 펌프의 구경   펌프의 크기는 흡입구경과 토출구경으로 표시한다. 다만, 흡입구경과 토출구경이 동일한 경우는 한 가지 구경으로 표시한다. 일반적으로 흡입구경과 토출구경은 동일하게 하며, 고양정이나 고점성 유체를 취급하는 경우는 흡입관 구경을 1치수정도 크게 한다.

  펌프의 구경은 토출량과 흡입구의 유속에 의하여 결정한다. 


  연속 방정식에 의해,

  

                    π 

         Q = A v = ----- d2

                    4  

     

   그러므로

                 


           여기에서, Q : 펌프의 양수량 [m3/sec] 

                     A : 흡입관의 단면적 [m2]  

                     v : 흡입구의 유속 [m/sec]

                     d : 펌프의 흡입구경 [m]


표 1.5  원심펌프의 토출량과 흡입구경의 관계

  

흡입구경

유량범위[㎥/m]

흡입구경

유량범위[㎥/m]

40mm

~0.22

100mm

0.8~2.5

50mm

0.12~0.40

125mm

1.0~4.0

65mm

0.25~0.80

150mm

2.0~6.3

80mm

0.50~1.60

200mm

3.15~12.5

 

  (3) 펌프 흡입구의 유속   펌프 흡입구의 유속은 1~3[m/sec]를 표준으로 하나, 원동기의 회전수ㆍ흡입양정 등을 고려하여 결정한다. 일반적으로 펌프의 회전수가 큰 경우 유속을 크게 하고 회전수가 작은 경우는 유속도 작게 한다. 또한 흡입양정이 크거나 흡입측의 손실수두가 클 때에는 유입속도를 작게 잡는다.볼류트 펌프의 경우 1.2~1.8[m/sec], 터빈 펌프는 2.0~2.8[m/sec]정도로 한다.  


(4) 펌프의 흡입높이

  펌프의 흡입높이는 해발높이, 액체의 온도, 액체의 종류에 따라 다르다.


표 1.6  펌프의 흡입높이

 

(a) 고도와 기압과 펌프 흡입높이와의 관계

해발높이

[m]

대기압

평지에서

흡입 가능양정의

감소량[m]

[mmHg]

[mAq]

0

760

10.33

0

250

740

10.06

0.3

500

720

9.78

0.6

750

699

9.50

0.85

1000

678

9.22

1.1

1250

658

8.95

1.4

1500

634

8.62

1.7

1750

617

8.4

1.95

2000

596

8.1

2.2

3000

526

7.15

3.2

4000

462

6.28

4.1

  

(b) 물의 온도와 흡입높이와의 관계 

급수온도

[℃]

비 중

포화증기압력

[kgf/㎠]

운전상 안전한 펌프

흡입압력

0

0.999

0.0062

7.0

흡입양정([m]

suction

head

20

0.998

0.024

6.5

40

0.992

0.075

5.0

60

0.983

0.203

3.0

70

0.978

0.318

1.5

75

0.975

0.393

1.0

80

0.972

0.483

0.0

압입압력

[kgf/㎠]

Inlet

pressure

85

0.969

0.589

0.1

90

0.965

0.715

0.25

95

0.962

0.862

0.4

100

0.958

1.03

0.5

110

0.951

1.46

1.0

120

0.943

2.03

1.5

130

0.935

2.76

2.3

140

0.926

3.69

3.3

150

0.917

4.86

4.8

160

0.907

6.3

6.4

180

0.887

10.2

10.5

200

0.865

15.9

16.8

 

(c) 비중과 흡입높이와의 관계

액 체 명

수 은

유 산

바닷물

석 유

알 콜

평균비중

13.596

1.85

1.026

1.0

0.88

0.794

이론상의 흡입높이[m]

0.762

5.578

10.058

10.336

11.375

13.015

 

 

 2. 펌프의 양정


  펌프가 액체에 주는 압력 에너지・속도 에너지 등 에너지의 총합을 펌프의 전양정(total head)이라 한다. 그림 1.31의 흡수면에서 펌프 중심까지의 수직높이를 흡입양정(suction head), 펌프 중심에서 토출수면까지의 수직높이를 토출양정(delivery head)이라 하며, 흡입양정과 토출양정의 합을 실양정(actual head)이라고 한다. 즉 펌프가 물을 흡입수면에서 토출수면까지 양수하기 위해서는 실양정에 상당하는 에너지와 관내의 마찰손실이나 기타 손실에 상당하는 만큼의 에너지를 물에 가해야한다. 따라서 전양정은 다음과 같다.

 

                       v2

         H = Ha + Hf + -----     

                       2g


                            v2

           = Hs + Hd + Hf + ----

                            2g


         여기에서,  H : 전양정[m]

                   Ha : 실양정[m] 

                   Hs : 흡입양정[m]

                   Hd : 토출양정[m] 

                   Hf : 마찰손실수두[m] 

                   v2    

                  ----- : 토출구의 속도수두[m]

                   2g 

 

               

그림 1.31  펌프의 양정


  여기서 토출구의 속도수두 v2/2g은 소요수량을 토출관 말단에서 토출시키는데 필요한 에너지로서, 유속이 작은 경우는 값이 극히 작기 때문에 일반 설비에서는 생략해도 큰 차이가 없다. 따라서 펌프의 전양정을 아래의 식으로 구하는 경우가 많다.


           H = Ha + Hf  

             = Hs + Hd + Hf 


  펌프의 실양정은 흡입측과 토출측의 수위 또는 펌프의 설치위치에 따라 그림 1.32와 같다.

                      그림 1.32  수위에 따른 펌프의 실양정


  3. 펌프의 동력


  펌프의 전양정 H[m]에 대해 토룰량 Q[m3/sec]를 수송하기 위한 펌프의 동력 L[W, KW]은 다음에 의해 구할 수 있다.


  (1) 수동력   수동력(water power)이란 펌프가 액체에 주는 에너지, 즉 펌프내의 임펠러가 회전하여 유체에 주어지는 이론동력이다.


         Lw =  ρgQH [W]      


         여기에서,  Lw : 수동력[W]

                    ρ : 물의 밀도[kg/m3]

                    g : 중력 가속도[9.8m/s2]

                    Q : 펌프의 토출량[m3/sec]

                    H : 펌프의 전양정[m]


                      중력단위계


                           γQ H                  γ Q H

                     Lw = ----------  [KW]  또는  Lw = ---------- [PS]

                           102                      75


                      여기에서,  Lw : 수동력[KW] 또는 [PS]

                                 γ : 물의 비중량[kgf/m3]

                                  Q : 펌프의 토출량[m3/sec]

                                  H : 펌프의 전양정[m]

                      ※ 1[kW] = 102[kgfㆍm/sec] = 1.36[PS]

                         1[PS] = 75[kgfㆍm/sec] = 0.75[KW]


  (2) 축동력   축동력(shaft power ; brake power)은 원동기에 의해 펌프를 운전하는데 필요한 실제동력으로서, 펌프 내에서 생기는 손실동력분많큼 수동력보다 더 커야 한다. 즉 축동력을 Ls라 하면 펌프의 효율ηp는 수동력과 축동력의 비이므로,

 

               Lw   

        ηp = -------

               Ls

  

  따라서 축동력은,


                ρgQH

         Ls-----------  [W]

                 ηp              


                     ☞ 중력단위계


                             γ Q H                   γ Q H    

                       Ls = ---------- [KW]   또는  Ls = ---------- [PS]

                             102ηp                    75ηp 

                                     


  펌프 효율은 펌프의 형식이나 구경에 따라 값이 다르며, 그 일예를 그림 1.33에 나타냈다. 여기서 A효율은 펌프의 토출량이 최대로 되었을 때의 최저 효율이고, B효율은 시방(示方) 토출량에서의 최저효율이다.


  (3) 원동기 소요동력  펌프를 구동하는데 필요한 원동기의 소요동력은 축동력 Ls보다 어느 정도 여유가 있어야 한다.


              LS(1+α)

         L = -----------

                ηt 


 

         여기에서, L : 원동기의 소요출력[W] [KW] 또는 [PS]

                   α :  여유율 (전동기 = 0.1~0.2,  엔진 = 0.15~0.25)    

                   ηt : 전달효율 (전동기 직결 = 1.0,  벨트장치 = 0.9~0.95)


  전동기의 경우 전달효율이 1.0이므로


                ρgQH

         L =  ----------- (1+α)[W]

                ηp    


                     ☞ 중력단위계


                             γ Q H  

                       L = ---------- (1+α)[KW]

                            102ηp   


                           γ Q H    

                 또는  L = ---------- (1+α)[PS]

                            75ηp 

                                     

  물의 경우는 밀도 및 중력 가속도의 값을 위 식에 대입해서, 토출량 Q를 ℓ/min으로 나타내고 축동력의 단위를 KW로 하면 다음 식으로 표시된다.


               0.163QH

         L =  -------------- (1+α)×10-3 [KW]

                 ηp     


 

              

  (주) 펌프효율의 최고치는 그 토출양이 그림의 A효율 이상이어야 한다. 또 규정 토출량에서의 펌프 효율은 그림의 B효율 이상이 아니면 안 된다.

                            그림 1.33  펌프의 효율

 

 

표 1.7  원심펌프의 구경과 효율과의 관계

구 경(A)

40

50, 65

75(80)

100

125

150

175

효 율(%)

40~48

45~55

50~62

55~65

64~72

66~75

68~76

    


  [예제 1-6] 토출량이 600[ℓ/min]이고 관로의 전손실수두가 5[mAq]인 펌프가, 1[m] 아래에 있는 물을 30[m]의 높이에 양수하려 할 때 펌프 원동기의 축동력[KW]을 구하라? 다만, 효율은 70%로 하고 물의 밀도는 4℃를 기준으로 하며, 펌프 토출구의 속도수두는 무시한다.

  (풀이)

         전양정 ⇒  H = Hs + Hd + Hf = 1 + 20 + 5 = 26[m]


                                       0.6

         토출량 ⇒  Q = 600[ℓ/min] = ---------- [m3/sec]

                                   60


               ρgQH      103×9.8×0.6×26

         Ls----------   =  ------------------------ = 3,640[W] = 3.64[KW]

                ηp            60×0.7

       

                   ☞ 중력단위계


                          γ Q H       103×0.6×26

                     L = ----------   =  --------------------  = 3.64[KW]

                          102ηp       102×60×0.7


  [예제 1-7] 35[m] 높이에 있는 고가탱크에 매시 18[m3]의 물을 양수하기 위한 양수펌프의 구경과 원동기의 소요동력을 구하라?  이때 펌프의 흡입높이는 3[m]이고 관로 마찰손살수두는 11[m]이다. 다만, 펌프 흡입구의 유속은 2[m/sec]펌프, 효율은 60%이고 전동기 직결식으로 한다. 또한 물의 밀도는 4℃를 기준으로 하며, 펌프 토출구의 속도수두는 무시한다.

  (풀이)

   ① 펌프의 구경

       

                  = 0.0564[m] = 56.4[mm]

                


  ② 소요동력


            H = Hd + Hs + Hf = 35 + 3 + 11 = 49[m]


               ρgQH           103×9.8×18×49

         L =  ---------- (1+α) = ------------------------- ×1.15 = 4602[W]

                ηp               60×60×0.6


          ☞ 중력단위계

 

             γ Q H              103×18×49

         L = ----------(1+α) = ------------------------- × 1.15 = 4.604[KW]

              102 ηp          102×60×60×0.6


 

 

 

1-2-3 펌프의 특성


  1. 비교회전도(비속도)


  실제펌프와 기하학적으로 닮은 펌프를 가상하고, 이 가상펌프가 토출량 1[m3/min], 전양정 1[m]가 되도록 그 임펠러에 주어져야 할 매분 회전수를 실제 임펠러의 비교회전도(specific speed)라 하며, 아래와 같은 식으로 나타낸다.     


                Q1/2

         Ns--------

                H3/4


         여기에서,  Ns : 비교회전도[m3/minㆍmㆍrpm]

                    N : 실제 펌프의 회전수[rpm]

                    Q : 펌프의 토출량[m3/min] - 양흡입 펌프에서는 1/2로 한다.

                    H : 펌프의 전양정[m] - 다단펌프일 경우 1단의 양정


  비교회전도는 터보펌프의 임펠러 형식을 나타내는 대표적인 수치로서, 각종 펌프의 특성연구, 설계, 선정을 위하여 수량으로 비교하는 표준치이다.

  Ns가 같으면 펌프의 크기에 관계없이 동일 형식이며 특성도 대체로 같다. 일반적으로 고양정ㆍ소유량일수록 Ns는 작고, 저양정ㆍ대유량 펌프일수록 Ns는 커진다. 또한 토출량과 양정이 같아도 회전수가 다르면 Ns도 달라지며 회전수가 높을수록 Ns가 높아진다.

 

     

그림 1.34  임펠러의 모양과 Ns 및 펌프의 종류 비교

 

            

그림 1.35  임펠러의 형상

 

  2. 특성곡선


  특성곡선(characteristic curves)이란 펌프의 성능을 나타내는 곡선으로, 펌프를 일정 회전수 N[rpm]으로 운전하여 토출량 Q[m3/min]의 변화에 대해 각각의 전양정 H[m], 효율 η, 축동력 L[PS ; KW]의 변화를 그림 1-36과 같이 하나의 선도로 표시한 것이다. 이 특성곡선은 Ns에 따라 곡선형상이 정해지며, 펌프의 선정이나 운전 시 펌프의 성능을 예측할 수 있다.

 

              

그림 1.36  특성곡선


  Ns에 따른 특성곡선의 일반적인 경향으로서는 Ns가 높은 것은 토출량-전양정곡선의 구배가 가파르고 토출량이 0일 때의 전양정(체절양정)은 설계점의 전양정에 비해 대단히 높아진다(그림 1.37,a). 이에 비해 축동력곡선은 Ns가 낮을 경우는 토출량의 증가에 따라 증가하나 Ns가 높아지면 반대로 체절점에서 가장 크고 토출량의 증가에 따라서 축동력이 감소하는 경향이 된다(그림 b). 또한 토출량-효율곡선에서는 Ns가 낮을 때 어느 정도 평탄한 형상이 되나 Ns가 높아짐에 따라 곡선의 최고점 근처의 곡율반경이 작아져 토출량이 변화했을 때의 효율저하가 크게 된다(그림 c). 펌프의 선정 시는 이러한 특성상의 점에서 주의할 필요가 있다. 

 

     (a)토출량-전양정곡선            (b)토출량-축동력곡선             (c)토출량-효율곡선

                             그림 1.37  Ns에 따른 각종 펌프의 특성비교


  3. 상사법칙           


  동일 펌프를 회전수가 다르게 운전 할 경우 토출량 Q[m3/min], 양정 H[m], 축동력 L[KW]은 회전수 N[rpm]에 비례하는 법칙이다. 회전수 N을 N′로 바꿀 때 유량 Q, 양정 H, 축동력 L과의 관계는 다음과 같다.

 

 1) 토출량은 회전수에 비례하여 변화한다.



           Q′     N′                  N′

         ------ = ------    ∴ Q′= Q (------)        

           Q       N                    N


 2) 양정은 회전수의 자승에 비례하여 변화한다.

           H′      N′                  N′

          ------ = (------)2   ∴ H′= H (------)2       

            H        N                    N          


 3) 축동력은 회전수의 3승에 비례하여 변화한다.


           L′      N′                  N′

           ------ = (------)3   ∴ L′= L (------)3       

            L        N                    N   


  위의 관계를 펌프의 상사법칙 또는 비례법칙(law of ratio)이라 한다. 이 법칙은 N, N′의 차이가 크지 않을 때 적용되며 차이가 다소 커지면 효율이 변하므로 다소 비례차가 다르다.


  [예제 1-8]  양정 50[m], 토출량 0.3[m3/min]로 운전되는 펌프에서 회전수가 1800[rpm]에서 1,500[rpm]으로 변화되었다면 토출량과 양정은 각각 얼마인가?

  (풀이)

                      N′       1,500

          Q′= Q (------)  = (-----------)× 0.3 = 0.249[m3/min]

                     N         1,800

 

                    N′        1,500

          H′= H (------)2  = (-----------)2× 50 = 34.7[m]

 

                     N          1,800



  4. 캐비테이션과 NPSH


  (1) 캐비테이션

  캐비테이션(cavitation)은 펌프의 내부 또는 흡입관내에서 물이 증발하여 거품이 생김으로서 공동(空洞)이 발생하는 현상이다. 이 공동은 흡입관내 압력이 그 당시 수온의 포화증기압 이하가 되었을 때 물의 증발로 인하여 발생하거나, 또는 흡입관내 물의 온도가 높아졌을 때 물속에 흡수된 공기가 분리되어 발생한다.

  생성된 공동은 압력이 높은 부분으로 왔을 때 급격하게 눌려 국부적으로 비정상적인 진동・소음이 발생하고, 펌프의 성능이 저하되며 압력이 더욱 낮아질 경우 양수불능이 된다. 또한 캐비테이션이 발생하고 있는 상태로 오랜 시간 사용하면 발생부 근처의 표면에 침식(erosion pitting)이 생겨 재료를 손상시키고 심할 경우 파손이 우려된다.


  (2) NPSH

  캐비테이션 발생을 방지하기 위해서는 펌프 내에서 포화증기압 이하의 부분이 생기지 않도록  해야 한다. 즉 펌프 내에서 캐비테이션이 일어나지 않는 압력을 유지해야 하는데, 이 압력을 수두로 나타낸 것을 펌프의 유효흡입수두(net positive suction head)라 한다. 이 유효흡입수두는 펌프가 설치되는 환경조건에 따라 정해지는 수두(유효 NPSH)와, 펌프 자신의 내부조건에서 정해지는 수두(필요 NPSH)의 두 가지를 고려해야 한다.

  캐비테이션이 일어나지 않고 흡상할 수 있는 실양정 즉 유효흡입수두(NPSHav)는 다음 식으로 정리된다.


         NPSHav = Ha - Hv - Hs - Hf

 

         여기에서, NPSHav =:유효 흡입수두(Available NPSH)[m]

                 Ha : 흡입측 수면의 대기압 수두[m] (P /ρg)

                 Hv : 그대의 온도에 상당하는 포화증기압력을 수두로 나타낸 것[m]

                 Hs : 펌프의 흡입양정[m](흡입시는 : - , 압입에는 : +)

                 Hf : 흡입관의 손실수두[m]


  (3) 캐비테이션 방지 방법

  펌프 내에서의 압력이 그 당시 수온에서의 포화증기압 이하가 되지 않도록 해야 한다. 그러기 위해서는 전술한 바와 같이 유효NPSH를 필요NPSH보다 크게 할 필요가 있다. 그러나 필요NPSH를 적게 하는 것은 펌프 설계 제작상의 문제이고, 펌프 사용상 유효NPSH를 크게 하기 위해서는 다음 사항을 고려해야 한다.

    ① 펌프의 설치위치를 될수록 낮추고 흡입양정을 작게 한다.

    ② 흡입관은 가능한 한 짧게 배관한다. 부득이 길게 할 경우는 흡입관을 점차 굵게 해서 손실을 감소시킨다.  

    ③ 흡입측에서 펌프의 토출량을 조여서 줄이는 것은 절대로 피한다.


  5. 수격작용


  (1) 수격작용이란

  배관내의 유체의 흐름을 갑자기 막으면, 막힌 점의 유체는 압축되어 급격히 압력이 상승되고, 이 상승압력은 압력파가 되어 막힌 지점과 급수원 사이를 왕복하며, 마침내 그림 1.38과 같이 점차로 상실되어 정지 상태로 되돌아간다. 또한 정지되어 있는 유체를 갑자기 흐르게 하면 압력이 저하한다. 이와 같이 배관내의 운동 상태를 급격히 변화시킴으로서 정상압력보다 높거나 낮은 압력이 발생하는 현상을 수격작용(water hammering)이라 한다. 

  수격작용에 의해 일어나는 압력상승이 과대한 경우는 소음을 발생시키며, 배관ㆍ이음쇠ㆍ밸브류ㆍ기기류 등을 진동시켜 누수를 발생시키고 파손의 원인이 되기도 한다.

  수격작용에 의한 충격압의 크기는 Joukowsky식에 의하면, 배관 내 유속을 [m/s]로 나타낸 값의 약 14배에 상당하는 압력[kgf/cm2]으로 나타난다. 예를 들어 관내 유속이 2[m/s]일 때에 수격작용이 발생하면, 2× 14 = 28[kgf/cm2]의 순간압력이 발생한다.

 

                     

그림 1.38  수격작용의 형태


  (2) 펌프의 수격작용  경감대책

  운전 중의 펌프가 정전 등에 의해 급격히 끊길 때, 펌프를 급격히 기동할 때 또는 밸브를 급격히 개폐할 때는 펌프내의 압력이 급격히 상승하거나 하강한다. 순간적인 압력상승은 충격파로 이어지고, 이 충격파의 반복운동으로 펌프에 진동과 소음을 발생시키며, 심한경우 펌프ㆍ밸브ㆍ관로 등이 파손될 우려가 있다.

  이러한 펌프의 수격작용은 1단계로 압력강하가 발생하고 2단계에서 압력상승이 생긴다. 처음의 압력강하가 크면 그만큼 상승도 커진다. 따라서 수격작용을 경감시키기 위해서는 압력강하와 압력상승의 방지대책을 강구해야 한다.

  1단계의 압력강하를 완화하기 위해서는 대용량 펌프의 경우는 플라이 휠(fly wheel)을 설치하거나 펌프 가까이에 서지탱크(surge tank)를 설치한다. 또는 공기실을 설치하거나 관내 유속을 작게 함으로서 완화시킬 수 있다.

 

  압력상승을 방지하기 위해서는 급폐용 체크밸브를 설치한다. 보통 체크밸브는 역류시 폐쇄지연이 생겨 역류가 커진 후에 밸브가 급히 닫히므로 압력상승이 크게 된다. 또는 폐쇄속도를 2~3단으로 한 완폐용 체크밸브를 설치하거나 안전밸브를 설치한다.

         

                  (외형도)                                  (구조도)

               그림 1.39  완폐용 체크밸브(스모렌스키 밸브)의 예

 

 

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액체를 취급하는 펌프의 종류를 형식별로 대별하면 다음과 같으며, 또한 이것은 구조에 따라 “입축” “횡축” “편흡입” “양흡입” “윤절형(輪切形)” ”수평 분할형” 단,다단” “고정익” “가동익”등으로 세분할 수 있다.

 


 



축추력 평형 방법
특 징
적 용

바란스 홀 (평형공)
액체가 회전차 양측에 설치된 웨어링(라이너링)을 통과하면서 감압되고, 감압된 액체가 평형공(Balance hole)을 통해서 흡입측으로 되돌아가는 방식임.
웨어링의 좁은 틈새로 인해서 입자가 함유된 액체에 적용하는 것은 부적합함.
누수손실이 증가하는 단점이 있음.
소형, 중형의 원심펌프(볼류트, Turbine형 다단펌프)에 적용됨.

Back vane( 배면깃)
회전차의 후면 슈라우드에 방사상의 깃(Back vane)을 설치하여 깃과 케이싱의 좁은 틈새에 의해 감압되는 방식임.
배면깃의 수, 외경 및 케이싱과의 틈새가 축추력 증감을 좌우하며, 틈새를 조정할 수 있는 장치가 필요함.
Slurry 및 입자가 함유된 액체에 주로 적용
마찰 손실이 증가하는 단점이 있음.
주로 Open 회전차에 적용

Balance Disk
최종단 회전차 뒤쪽에 바란스 디스크(Balance disk)를 설치하여, 디스크와 케이싱의 좁은 틈새에 의해 감압되며, 흡입케이싱과 Balance 배관을 연결하는 방식.
Thrust Bearing은 불필요.
액체에 이물질이 함유되어 있으면 적용 불가.
고압 다단펌프에 주로 적용됨.

Self balance(양흡입)
흡입이 양쪽에 있는 회전차를 채용하면 별도의 축추력 평형장치가 불필요함. (Self balance)
배관 시스템에 의한 축추력이 있을 수 있으므로 Thrust bearing은 필요함.
케이싱이 상하로 분리되므로 분해점검이 간편함.
고압 다단펌프에 주로 적용됨.

Self balance
(회전차 대칭배열)
회전차를 대칭으로 배열하여 축추력을 자동으로 상쇄시키는 방식.(Self balance)
케이싱의 구조가 복잡하고 회전차의 단수만큼 케이싱의 모형을 보유해야 하는 단점이 있음.
Slurry 및 입자가 함유된 액체에 주로 적용
마찰 손실이 증가하는 단점이 있음.
상하분할형 다단펌프에 주로 적용됨.


펌프의 성능을 표시하는 수단으로서 성능곡선도가 있다. 펌프성능 측정방법은 KS B 6301에 규정되어 있다. 펌프의 성능곡선은 펌프의 규정회전수 (부하 변동에 따라서 다소는 변동이 생기지만 거의 일정하다)에서의 토출량과 전양정, 펌프효율, 소요동력 등의 관계를 나타내는 것으로 그림 2.1에 그 예를 나타내었다.

운전범위

토출량 大 → 전양정 감소
토출량 小 → 전양정 증가
토출량 0(ZERO) → 유효일 0
→ 열로 낭비, 과열현상 발생

최고효율점(설계점) 운전이 합리적임.


비속도 ( Ns ) 란 ?
비속도는 회전차의 상사성 또는 펌프특성 및 형식결정 등을 논하는 경우에 이용되는 값이다. 회전차의 형상치수 등을 결정하는 기본요소는 펌프 전양정, 토출량, 회전수 3가지가 있고, 비속도는 다음식에서 구해진다.

 


여기에서,

N = 펌프회전수(rpm)
Q = 토출량(㎥/min)
H = 전양정(m)


비속도는 어떤 펌프의 최고 효율점에서의 수치에 의해 계산하는 값으로 정의되며, 그 점에서 벗어난 상태의 전양정 또는 토출량을 대입하여 구하여도 된다는 의미는 아니다. 단, 토출량에 대해서는 양흡입 펌프인 경우 토출량의 ½이 되는 한쪽의 유량으로 계산하고, 전양정에 대하여는 다단펌프인 경우 회전차 1단당의 양정을 대입하여 계산하여야 한다.


펌프의 상사법칙
서로 기하학적으로 상사인 펌프라면 회전차 부근의 유선방향, 즉 속도 삼각형도 상사로 되어 두 개의 펌프의 성능과 회전수, 회전차 외경과의 사이에 다음 관계가 성립한다.

토출량비
전양정비
동 력 비

여기서,
L : 소요동력
n : 펌프 회전수
D : 대표치수(예를 들면 회전차 외경): 펌프 효율

주) 펌프의 회전수 변화에 따라 기계손실의 비가 다르게 되지만, 근사적으로이 성립된다.


회전수를 변화시키면 펌프성능은 일정한 법칙에 따라서 변화한다. 펌프효율도 어느 정도 변화하지만 일반적으로 기준회전수의 20%정도의 변동 범위에서는 그 효율변화는 미소한 것으로 무시 하여도 좋다. 회전수가 n에서 n’로 변화하면 전양정 및 동력곡선은 그림2.7, 2.8과 같이(Ⅰ), (Ⅱ)에서 (Ⅰ’), (Ⅱ’)로 변화하고, 회전수 n의 경우의 특성곡선도 상의 상태점을 전양정 H, 토출량Q, 소요동력L 및 필요흡입 수두를 NPSHre라고 하면 이것에 대응하는 n’의 경우의 상태점 H’, Q’, L’ 및 NPSHre’는 펌프의 상사법칙에 의하여 다음과 같이 주어진다.

토 출 량 Q’ = Q x ( n’ / n )      (2. 5)
전 양 정 H’ = H x ( n’ / n )^2      (2. 6)
동 력 L’ = L x ( n’ / n )^3      (2. 7)
필요흡입수두 NPSHre’ = NPSHre x ( n’ / n ) ^2      (2. 8)

 
 


현재 가지고 있는 펌프의 성능이 현장의 사정에 맞지 않아서 펌프성능을 줄일 필요가 있는 경우에는 전술한 바와 같이 펌프의 회전수를 내리면 펌프 성능을 변경하는 것이 가능하지만, 그 외의 방법으로서 회전수를 변화시키지 않고 회전차의 외경 가공에 의해서도 목적하는 바를 얻을 수 있다.

토 출 량 비     Q / Q’ = ( D / D’ )^2   (2. 9)
전 양 정 비     H / H’ = ( D / D’ )^2   (2. 10)

 

회전차 외경가공 (D → D’)
회전차 형상에 따라 상이(원주속도,깃의 간섭길이, 회전차 출구폭, 출구각의 변화에 유의)
터빈펌프는 깃만 가공하는 것이 좋음. 축류(프로펠라)펌프는 깃 각도 조정, 사류펌프는
회전차 입출구 끝을 연결하여 만나는 P점을 통과하게 한다.


기포의 발생
액체의 압력이 그 온도의 포화증기압 이하로 내려가면 액체의 내부에서
증발하여 기포가 생김
캐비테이션
펌프 내부에서도 흡입양정이 높거나, 유속의 급변 또는 와류의 발생, 유로 에서의 장애 등에 의해 압력이 국부적으로 포화증기압 이하로 내려가 기포가 생성되는 현상이 일어날 수 있는데 이 현상을 캐비테이션이라고 함
이 상 현 상
펌프에서는 회전차 입구부에서 발생하는 경향이 크며, 생성된 기포가
액체의 흐름에 따라 이동하여 고압부에 이르러 갑자기 붕괴하는 현상이
되풀이 됨에 따라 펌프의 성능은 저하되고, 진동 및 소음을 수반하며,
나중에는 양수 감소 또는 양수불능이 된다.
또한, 캐비테이션이 오랜 시간동안 계속되면 기포가 터질때 생기는 충격의 되풀이에 의한 재료의 손상이 발생한다. 이와 같이 캐비테이션의 발생은 펌프의 성능저하, 재료의 손상 등 해로운 영향이 있기 때문에 캐비테이션 발생이 방지되도록 흡입조건의 결정에 각별한 주의가 필요하다.
기포의 생성→ 파괴
기포의 붕괴압력 !!!
“300㎏/㎠”

(Haller의 측정치)


캐비테이션은 액체의 압력이 포화증기압 이하로 되면 생기는 것이므로 캐비테이션의 발생을 막는 데는 펌프내에서 포화증기압 이하의 부분이 생기지 않도록 하면 된다. 이를 위해서는 펌프의 흡입조건에 따라 정해지는 유효 흡입수두(NPSHav) 및 흡입능력을 나타내는 필요 흡입수두(NPSHre)에 대하여 생각해 볼 필요가 있다. 여기서 NPSH는 Net Positive Suction Head의 약어이다.

유효 흡입수두(NPSHav)

펌프가 설치되어 사용될 때, 펌프 그 자체와는 무관하게 흡입측의 배관 또는 System에 따라서 정하여지는 값으로 펌프 흡입구 중심까지 유입되어 들어오는 액체에 외부로 부터 주어지는 압력을 절대압력으로 나타낸 값에서 그 온도에서의 액체의 포화 증기압을 뺀 것을 유효 NPSH라 한다.

NPSHav 의 계산식
    NPSHav=hsv=Ps/γ - Pv/γ± hs -/2g fVs² (2.15)

여기서,

hsv : 유효흡입 헤드(m)
Ps : 흡수면에 작용하는 압력(Kgf/㎡ abs)
Pv : 사용온도에서의 액체의 포화 증기압 (Kgf/㎡ abs)
γ : 사용온도에서의 단위체적당의 중량 (Kgf/㎡)
hs : 흡수면에서 펌프기준면(그림 2.15 참조)까지 높이(m),
       [흡상되면 음(-), 가압되면(+)]
fVs²/2g : 흡입측 배관에서의 총손실 수두(m)

식(2.15)에 의하면 NPSHav은 hs가 일정하다고 가정하면 토출량이 증가하거나, 흡입측의 배관 길이가 길어지는 만큼 작아져서 캐비테이션에 대한 위험도가 높아진다.

 

흡상배관의 경우(액면에 대기압이 작용하고 있을 때)


여기서, Pa : 대기압 (1.03 Kgf/c㎡ · abs)
Pv : 액체의 포화 증기압 (Kgf/c㎡ · abs)
γ : 액체의 비중량 (Kg/ℓ)
hs : 흡입 실양정(m)
hl : 흡입 배관 손실(m)

가압되는 배관의 경우(액면에 대기압이 작용하고 있을 때)

흡입수조가 밀폐되어 있는 경우


여기서, Pg : 흡입수조내의 압력 (Kgf/c㎡?gauge)
*. 흡입 Tank 압력이 포화증기압과 같은 경우는       로 계산된다.

절대압력과 GAUGE 압력의 관계

압력의 표시에는 진공을 “0”으로 하는 절대압력과, 대기압을 “0”으로 하는 GAUGE 압력이 있다.
통상적으로는 GAUGE 압으로 표시하지만, 포화증기압력 등은 절대압력으로 표시하고 있다.

 
절 대 압 력
GAUGE 압 력
(Kg/cm2·a)
(mAq)
(Torr)
(Kg/cm2·G)
(mAq)
(mmHg)
정압(+)
2.03
20.3
1498
1.0
10.0
738
대 기 압
1.03
10.3
760
0
부압(-)
0.4
4.0
295
-0.63
-6.3
-465
절대진공
0
-1.03
-10.3
-760


회전차 입구 부근까지 유입 되어지는 액체는 회전차에서 가압 되기 전에 일시적인 압력 강하가 발생 하는데 이에 해당하는 수두를 필요흡입양정(NPSHre)라 한다. 이때의 펌프 흡입측의 압력분포를 알아보면 그림 2.19와 같으며, NPSHre는 그림에서의 a-c'의 높이에 해당되며, 이 값은 시험에 의해서만 구할 수 있고, 다만 설비 계획단계에서 Thoma의 캐비테이션 계수 또는 흡입비속도로 대략 추정해 볼 수 있다. 실험에 의한 방법은 그림2.20에 나타낸 바와 같이 펌프 운전시의 흡입 압력을 점차 내려가면서 각각의 토출량에 대한 펌프 전양정의 저하가 3% (△H/H=0.03)가 되는 경우의 흡입조건에서 계산한다.

← 설비계획 단계에서 NPSHre를 대략 추정


흡입비속도에 의한 방법

NPSHre (Hsv)는 회전차 입구에서의 감압량을 의미하며, 일종의 부의 양정으로 고려되는 값으로 Hsv 와 Q, n과의 사이에는 다음식의 관계가 성립한다.

 

단, Q는 최고 효율점의 토출량이며 양흡입 펌프인 경우에는 1/2을 잡는다. Q를 ㎥/min, Hsv를 m, n을rpm으로 나타냈을 때 일반설계를 한 펌프에서는 S의 값은 Ns에 무관하게 대략 1200∼1300으로 채용함이 바람직하다. S=1300인 경우의 n과 Q에서 NPSHre를 구하는 선도를 그림 2.21에 나타내었다.


그림 2.21 Q, n에 따른 NPSHre
S=1300 이외의 경우는 그림2.22 상의 계수를
곱하여 다음과 같이 구할 수 있다.
NPSHre’= β x NPSHre
여기서
NPSHre' : 구하고자 하는 필요 유효흡입 수두
NPSHre : S=1300의 경우의 유효흡입 수두
β : 필요 유효흡입 수두 환산계수

그림 2.22 NPSHre 환산계수
← 설비계획 단계에서 NPSHre를 대략 추정


캐비테이션 계수(Thoma 계수) 의한 방법


펌프 전양정을 H, 그 점에서의 필요 흡입양정을 Hsv로 표시하면 Thoma 계수(σ)는 다음과 같이 된다.

여기서의 캐비테이션 계수 σ 값은 실험에 의해 구해지는 값이다.
단, 다단 펌프의 경우에는 첫째단 회전차의 전양정으로 한다. 그러나 σ의 값은 일반적인 설계인 경우에 대하여는 S에 의해 대략 정해지는데 그림 2.23과 같이 된다.

안전운전 조건
캐비테이션의 발생없이 펌프를 안전하게 운전하기 위해서는 펌프 입구
직전에서의 전압력을 액체의 포화증기압 보다도 [ 필요NPSH x (1 + α )] 에 상당하는 압력 이상으로 높일 필요가 있으므로, 운전범위 내에서 항상
[ NPSHav > NPSHre x (1 + α )] 의 관계를 유지하여야만 한다.
일반적으로 α 의 값으로 α ≥ 0.3 (단, NPSHre x 0.3 ≥0.5) 을 채용하는
것이 바람직하다.
안 전 운 전
사용 가능범위 → A 점에서 좌측
사용 불가능 범위 → A 점에서 우측
주 의 !!!
경우에 따라서는 부분유량 범위에서 NPSHre 가 증가하는 경우도 있다.
← 펌프의 설비계획 및 사용시 캐비테이션을 방지
1.
펌프의 설치위치를 가능한 한 낮게 하고, 흡입손실수두를 최소로 하기 위하여 흡입관을 가능한 한 짧게 하고, 관내 유속을 작게하여 NPSHav를 충분히 크게 한다.
2.
NPSHav ≥ 1.3 ×NPSHre가 되도록 한다.
3.
횡축 또는 사축인 펌프에서 회전차 입구의 직경이 큰 경우에는 캐비테이션의 발생 위치와 NPSH 계산상의 기준면과의 차이를 보정하여야 하므로 NPSHav에서 흡입배관 직경의 1/2을 공제한 값으로 계산한다.
4.
흡입수조의 형상과 치수는 흐름에 과도한 편류 또는 와류가 생기지 않도록 계획하여야 한다.
5.
편흡입 펌프로 NPSHre가 만족되지 않는 경우에는 양흡입 펌프로 하는 경우도 있다.
6.
대용량펌프 또는 흡상이 불가능한 펌프는 흡수면보다 펌프를 낮게 설치하거나 입축펌프로 선택하여 회전차의 위치를 낮게하고, Booster펌프를 이용하여 흡입조건을 개선한다.
7.
펌프의 흡입측 밸브에서는 절대로 유량조절을 해서는 안된다.
8.
펌프의 전양정에 과대한 여유를 주면 사용 상태에서는 시방양정보다 낮은 과대 토출량의 범위에서 운전되게 되어 캐비테이션 성능이 나쁜점에서 운전되게 되므로, 전양정의 결정에 있어서는 실제에 적합하도록 계획한다.
9.
계획 토출량 보다 현저하게 벗어나는 범위에서의 운전은 피해야 한다. 양정변화가 큰 경우에는 저양정 영역에서의 NPSHre가 크게 되므로 캐비테이션에 주의하여야 한다.
10.
외적 조건으로 보아 도저히 캐비테이션을 피할 수 없을 때에는 임펠러의 재질을 캐비테이션 괴식에 대하여 강한 재질을 택한다.
11.
이미 캐비테이션이 생긴 펌프에 대해서는 소량의 공기를 흡입측에 넣어서 소음과 진동을 적게 할 수도 있다.
이 상 현 상
펌프 운전중에 압력계기의 눈금이 어떤 주기를 가지고 큰 진폭으로 흔들린다.
토출량도 어떤 범위에서 주기적인 변동이 발생한다.
흡입 및 토출 배관의 주기적인 진동과 소음을 수반한다.
발 생 조 건
펌프의 H-Q곡선이 오른쪽 위로 향하는 산(山)형 구배특성을 가지고 있다.
펌프의 토출 관로가 길고, 배관 중간에 수조 또는 기체상태의 부분 (공기가 모여 있는 부분) 이 존재한다. (그림 2.32 참조)
기체상태가 존재하는 부분의 하류측 밸브 B 에서 토출량을 조절한다.
토출량 Q₁이하의 범위에서 운전한다.
방 지 법
펌프의 H-Q 곡선이 오른쪽 하향 구배특성을 가진 펌프를 채용한다.
유량 조절밸브의 위치를 펌프 토출측 직후에 위치시킨다 (밸브 A로 조정한다).
바이패스관을 사용하여 운전점이 펌프의 H-Q 곡선이 오른쪽 하향 구배 특성 범위에 있도록 한다.
배관중에 수조 또는 기체 상태인 부분이 존재하지 않도록 배관한다.
펌 프 형 식
일반적으로 원심펌프 (체절축동력비 < 1)
기 동 특 성
펌프가 정지상태에서 정규 회전수로 도달할 때 까지의 소요동력은 회전수의 약 3승에 비례 하여 증가한다.
정격 회전수에 도달하면 펌프의 체절 축동력과 일치한다.
소요 토르크는 회전수의 약 2승에 비례해서 증가하며, 체절점에서 체절축동력에 대응되는 체절 소요토르크 (T2) C 점과 일치한다.
- T1 : 정지마찰 및 회전체의 관성을 이기기 위한 토르크(정격 토르크 T3 의 10~30% 정도)
- T2 : 회전수 100% 인 시점 ( B → C : 수력토르크 특성)
- T3 : 토출량 100% 인 시점 ( C → D : 축동력 토르크 특성)

기동토르크
특성 변화

A→B→C→D

펌 프 형 식
일반적으로 원심펌프 (체절축동력비 < 1)
기 동 특 성
부분속도 n’ 부터 송수가 시작된다 (변곡점 D).
100% 속도로 되면 정격유량이 흐르기 때문에 소요토르크가 정격토르크 T3 로 된다.
전폐 기동시 보다 원동기 부담이 커짐.

기동토르크
특성 변화

A→B→D→E

펌 프 형 식
축류펌프
기 동 특 성
축류펌프에서는 정격 송수중의 토르크 T3 가 정격속도 일때가 체절 부근에서의 소요토르크 T2 보다도 작기때문에 밸브를 전개한 상태로 기동하는 편이 원동기의 부담을 줄일 수 있다.

기동토르크
특성 변화

A→B→D→E

소 비 열
펌프 토출량이 0 또는 극소의 상태에서 운전하면 펌프의 효율이 현저하게 저하되고, 원동기 에서 나오는 동력의 대부분은 열로되어 수온이 상승한다.
[펌프의 구동동력 → 유효일 + 기계손실 + 양액을 가열시키는 소비열]
온 도 상 승
일정량의 토출량 까지는 온도상승 비율이 급격히 감소.
압력에 비례하여 커진다.
동일 압력에서는 회전수가 증가하면 펌프가 작아지므로 온도상승은 커짐.
온도상승의
영향
심한 열변형을 발생시킨다.
증기를 발생시켜 캐비테이션의 원인.
내부 섭동 부분의 고착 원인.
극한적인 경우 증기 폭발의 원인. (1987년 부산, 덕천가압장)

    방지대책

  • 상시 Relief 밸브 설치
  • 자동밸브 부착 Check 밸브를 사용
  • 유량을 검출하여 Relief 밸브를 작동

실양정이
일정한 경우
운전점 : H-Q 곡선과 관로저항곡선 R 과의 교점 A
사용후의 경년변화에 의해 관로저항곡선이 R’로 바뀌면 B
실양정이
변하는 경우
운전점 : H-Q 곡선과 R, R’ 곡선이 만나는 범위
배수펌프장 등에서 많이 볼 수 있다.
밸 브 제 어
운전점 : H-Q 곡선과 각 저항곡선이 만나는 점.
토출밸브의 개도를 조절하여 관로저항곡선 R 을 변화시킨다.
속 도 제 어
운전점 : A1 → B2 → B3
새로운 H-Q 곡선(n1, n2, n3) 과 저항곡선과의 교점


  • 병렬, 직렬 운전의 선정 조건 → 저항곡선의 양상에 따라 결정
  • 병렬, 직렬 운전의 한계점 → 병렬, 직렬 연합특성의 교점 a
  • 병렬 운전이 유리한 경우 → 저항곡선이 R2 보다 낮은 R1 과 같은 경우
  • 직렬 운전이 유리한 경우 → 저항곡선이 R2 보다 높은 R3 와 같은 경우
  • 실양정 및 관로 저항의 변동이 광범위한 System의 경우 2대의 펌프를 조합시켜 병렬, 직렬 변환운전


  • 병렬운전시의 H-Q 곡선 ? 각 펌프의 동일 양정에 대응하는 토출량을 더하여 합성 H-Q 곡선을 구한다.
  • 합성운전점 : A→ B1 → C1
  • 각 펌프의 운전점 : A→ B2 → C2
  • 운전점에서의 토출량의 증가 : a > b > c (대수배가 아님에 유의)


  • 운전점 : 합성운전점 A 에서 그은 수평선이 각각의 단독펌프 성능곡선과 만나는 점이
    각 펌프의 운전점이 된다.
  • 합성운전점 A 의 양정이 소용량 펌프의 최고양정 Z 보다 낮은 경우에는 두대의 펌프로
    공히 양수 가능하게 된다.

펌프의 전양정은 다음식으로 계산한다.

펌프 흡수면과 토출 수면의 높이차를 실양정으로 함.
토출관이 사이폰관을 형성하면 실양정은 Ha가 되고, 사이폰관을 형성하지 않는 경우의 실양정은 Ha’가 된다.
토출관 선단에서 방류되는 경우는 사이폰이 형성되기 어려우므로 실양정은 Ha’가 된다.(Ha는 실양정이 될 수 없음)


  • 제품의 소형, 경량화와 성에너지화 및 엔지니어링 능력의 향상으로 동일 구경에 대해 유량범위가 커지는 추세임.
  • 메이커 마다 구경에 대한 유량값이 다르기 때문에 상세 구경의 결정시에는 메이커에 문의하여 결정하는 것이 바람직함.
  • 펌프 구경과 송수관 구경과는 꼭 맞출 필요는 없으며, 일반적으로 확대관이나 축소관을 사용하여 펌프와 연결하면 된다.

수동력이란 펌프 양수시의 이론동력.

축동력이란 수동력에 펌프내에 생기는 손실동력을 감안한 것.

여기서,
Pw : 수동력 (kW )
P : 펌프 축동력 (kW )
γ : 취급액의 비중 (g/㎤)
Q : 펌프 토출량 (㎥/min)
H : 펌프전양정 (m)
ηp : 펌프효율


펌프효율

KS 규격에 펌프 표준효율에 대해 규정되어 있지만, 펌프 효율은 메이커마다 조금씩 다르기 때문에 메이커이 문의하는 것이 바람직하다.

원동기 소요 출력
펌프의 구동기에 사용하는 원동기의 소요출력은 다음과 같이 결정한다.

여기서,
Pm : 원동기 소요 출력 (kW)
α : 여유율 (표 4.13 참조)
η : 전달효율 (표 4.14 참조)

원동기의 종류
α(여유율)
유도전동기
0.1~0.2
소출력의 엔진
0.15~0.25
대출력의 엔진
0.1~0.2

표 4.13 여유율

전달형식
η(전달효율)
평밸트
0.9~0.93
V밸트
0.95
기어변속
평기어1단
0.92~0.95
헬리컬기어1단
0.95~0.98
베벨기어1단
0.92~0.96
유성기어1단
0.95~0.97
유체이음
0.95~0.97

표 4.14 전달효율

펌프계에서 발생하는 수충격현상
수충격 현상을 한마디로 정의하면 관로내의 유체의 급격한 변화에 따라 유체압력이 상승 또는 강하하는 현상이라 할 수 있다.
펌프에서의 수충격 현상은 (1) 펌프의 기동시 (2) 펌프의 정지시 (3) 펌프의 회전수 제어시 (4) 밸브의 개폐시 등의 경우에 생기지만, 일반적으로 수충격이 문제가 되는 것은 정전등에 의한 펌프구동력 차단에 따라 펌프가 급정지하는 경우가 대부분이다.
 
수충격에 의한 피해

수충격작용을 방지하기 위해서는 펌프 급정지 후의 관내유속의 변화가 늦어지도록 하면 좋지만, 그 주된 목적이 압력의 이상저하에 있는지 이상상승에 있는지에 부설계획과 더불어 수충격의 충분한 검토와 적절한 대책을 세울 필요가 있다.

  1. 압력상승에 의해 펌프, 밸브, 플랜지, 관로등 여러기기가 파손된다.
  2. 압력강하에 의해 관로가 압괴하거나 수주분리가 생겨 재결합 시에 발생하는 격심한 충격파에 의해 관로가 파손된다.
  3. 진동, 소음의 원인이 된다.
  4. 주기적인 압력변동 때문에 자동제어계 등 압력컨트롤을 하는 기기들이 난조를 일으킨다.
 
수충격 방지장치
  • 부압(수주분리) 방지법
    - 펌프에 Flywheel을 설치한다.
    - 펌프 토출측에 공기조(Air Chamber)를 설치한다.
    - 통상의 서어지탱크를 설치한다.
    - one-Way 서어지탱크를 설치한다.
  • 압력상승 경감법
    - 완폐역지변을 사용한다.
    - 급폐역지변을 사용한다.
    - 주 토출변을 자동 폐쇄한다.
부품
교환시기
비고
회전차와
케이싱 링
C의 값이 당초 값의 2~3 배 정도가 되었을 때 교환
2~3배 이상의 값이 되어도 사용상 문제가 없으면 사용해도 좋다.
슬 리 브
B x 0.03 정도의 마모가 되었을 때 교환.
국부적인 마모의 경우 편마모량이 B x 0.03 이상 깊이로 파여 있으면 교환.
구름베어링
 이상소음(금속 마찰음), 진동, 발열이 있을 때에는 운전 시간에 관계없이 이상유무를 조사하여, 이상이 있으면 교환 하여야 함.
축과 저어널
베어링
C의 값이 당초 값의 1.5~2.0 배 정도가 되었을 때 교환
1.5~2.0 배 이상의 값이 되어도 사용상 문제가 없으면 사용해도 좋다.
회전차와 케이싱 또는 케이싱 링
C의 값이 당초 값의 3 배 정도가 되었을 때 교환
3배 이상의 값이 되어도 사용상 문제가 없으면 사용해도 좋다.
그랜드 패킹
6개월 ~ 1년 사용 후 교환
운전 시간에 관계없이, 패킹부에서의 누수량이 과다할 경우에는 이상유무를 조사하여 이상이 있을 시 교환함.
M/Seal (기계적 씰)
연속사양일 때 약 8000~10000 시간
사용액에 따라 크게 차이가 날 수 있음
범용품일 때 약 2000 시간
범용 수중펌프, 범용펌프(물펌프) 등
오일 씰
연속운전일 때 약 1년
사용액에 따라 크게 차이가 날 수 있음.
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 펌프의 종류 - 왕복펌프, 회전펌프, 특수펌프

 

 

 

  왕복펌프는 가정용 펌프가 대표적이며, 비교적 양정이 높은 곳에서 사용되는데,

펌프의 케이싱 내에 왕복운동을 하는 피스톤(piston) 또는 플런저(plunger)가

움직임에 따라 체적변화를 일으켜 물을 흡상하는 원리를 이용한 것이다. 왕복펌

프는 양정과 효율(80~90%) 이 비교적 높고 설계제작이 간편하나 밸브기구를

가지고 있어, 구조가 다소 복잡하며 배수량이 조절이 곤란하기 때문에 배출상태

를 균일하게 하려면 특수장치가 필요한 결점이 있다. 왕복펌프의 손실은 주로 마

찰에 의해 일어나기 때문에 마찰성 물질이 포함된 유체나 부식성 물질에는 사용

할 수 없다.

 

 

 

  회전펌프는 원리적으로는 왕복펌프와 함께 부피의 변화를 이용하는 용적형이다.

 회전펌프에는 왕복펌프의 피스톤에 해당되는 회전운동을 하는 회전자(rotor)

가 있으며 왕복펌프의 필수장치인 밸브기구가 회전펌프에는 없다. 회전자의 종류

에 따라서 기어펌프(gear pump)와 베인펌프(vane pump)가 있다. 회전펌

프는 크림, 기름 등과 같이 점성이 큰 액체를 수송하는 데 적합하다.

 

 

 

  특수펌프로는 유체의 마찰을 이용하는 마찰펌프(friction pump),  분출하는

유체의 운동에너지를 이용하는 분사펌프(jet pump), 공기를 불어넣어 공기의 부력을

이용하는 기포펌프(air lift pump) 등이 있다.

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급수펌프

1, 다단볼류트펌프: 물양을 필요로할때쓰임, 소방용으로 쓰임

                          스쿠류날개4개짜리가 몇개있느냐(몇단인가)에 따라서 구분

 

2. 다단터빈펌프: : 양정이 필요로 할때 (높이는 가지만 물량은 적음)

                         스쿠류 날개에 깃을 더 달아서 높이 양정함

3. 부스타 펌프:

 

 

 

3-1.인버터: 필요한 물량을 자동감지해서 일정한 유량을 유지

                

 

 

배수펌프

1. 수중펌프

 1-1.수중배수펌프: 일반집수정에 설치하는펌프

                           집수정속 바닥에 설치하는 펌프

   가, 교번제어: 2개의 펌프를 달고 1개는 상시 운행하고 나머지 한개는 고장이 났을때 가동한다

   나. 순차제어 : 1개가 돌다가 수량이 계속올라오면 나머지 한개도 같이 가동됨 

  1-2 입형배수펌프: 모타는 위에 있고 집수정내에는 배관만 내림

                            집수정이 작고 물량이 작을때

2. 심정펌프: 깊은 땅속에 설치

                  지하수위가 높아서 수위 조절을 위해서 일일 100ton미만일때사용

 

 

 

3. 자흡식 펌프: 물량이 적은곳

                     밖에 패드를 치고 기계를 놓고 배관을 집수정에 넣고 가공 : 센서를 집수정에 넣음

4. 오배수 펌프(졸라펌프): 오배수용으로 씀, 수중펌프처럼 수중에 넣으나 집수정같은 통이 일체고 되어있어 오수가 바로 통안으로 들어감 , 하부에는 톱날이 있어 오수의 이물질을 분쇄함

 
 

 

 

 

IMPELLER TYPE설치조건 및 치수FLOW의 형태 및 설비조건실용 예
  • d/D = 0.15~0.4
  • h₁/D = 0.8~1.2
  • h₂/D = 0.25~0.35
  • B/D = 0.08~0.12
  • Ne = 0.35
  • AXIAL
  • 3~4 BAFFLE
  • 1,000cp 이하
  • 2~15m/SEC
  • BLENDING
  • SUSPENSION
  • DISPERSION OF SOLID
  • CIRCULATION/PUMPING
  • DISSOLVING
  • d/D = 0.2~0.5
  • h₁/D = 0.8~1.2
  • h₂/D = 0.1~0.3
  • B/D = 0.08~0.12
  • Ne = 0.5~1.9
  • AXIAL~RADIAL
  • 2~4 BAFFLE
  • 10,000cp 이하
  • 3~10m/SEC
  • BLENDING
  • SUSPENSION
  • DISPERSION OF SOLID
  • HEAT TRANSFER
  • DISSOLVING
  • d/D=0.2~0.45
  • h₁/D=0.8~1.2
  • h₂/D=0.2~0.4
  • B/D=0.08~0.12
  • Ne =0.46
  • AXIAL~RADIAL
  • 2~4 BAFFLE
  • 10,000cp 이하
  • 3~7m/SEC
  • DISPERSION-L/L
  • GASSING
      (HIGH SHEAR RATES)
  • HEAT TRANSFER
  • DISSOLVING
  • d/D=0.25~0.5
  • h₁/D=0.8~1.2
  • h₂/D=0.1~0.3
  • B/D=0.08~0.12
  • Ne =1.5~1.9
  • AXIAL~RADIAL
  • 2~4 BAFFLE
  • 10,000cp 이하
  • 2~20m/SEC
  • BLENDING
  • DISPERSION-L/L
  • DISPERSION-L/S
  • SUSPENSION
  • HEAT TRANSFER
  • DISSOLVING
  • d/D=0.1~0.3
  • h₁/D=0.8~1.2
  • h₂/D=0.3
  • B/D=0.08~0.12
  • Ne =0.65
  • RADIAL
  • 2~4 BAFFLE
  • 10,000,000cp 이하
  • 8~20m/SEC
  • DISPERSION-L/L
  • DISPERSION-L/S
      (HIGH SHEAR RATES)
  • EMULSION
  • d/D=0.7~0.9
  • b/d=0.08~0.12
  • h₁/D=0.8~1.0
  • Ne =50
  • RADIAL
  • 100,000cp 이하
  • 2~20m/SEC
  • REACTION
  • BLENDING
      (HIGH VISCOUS RATES)
  • d/D=0.8~0.95
  • s/d=0.5
  • h/d=0.85~1.2
  • G/D=0.05~0.1
  • Ne =440
  • AXIAL FORCED
      CIRCULATION
  • 500,000cp 이하
  • 2m/SEC

     

  • 출처 : 학성산의 행복찾기 | 글쓴이 : 학성산 | 원글보기

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