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펌프 기술 교육
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Index
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유체
비압축성 유체
압력 변화에 대해 밀도와 온도가 일정한 유체
압축성 유체
압력 변화와 같이 밀도와 온도가 변화하는 유체
비압축성 유체 기계 : 수력기계(펌프, 수차), 비압축성 공기기계(송풍기, 풍차)
펌프, 송풍기
기계적 에너지 → 유체에너지
수차, 풍차
유체 에너지 → 기계적 에너지
3
4
펌프의 종류
디퓨저
원심식
터보형
펌프
체적형
특수형
벌류트
사류식
축류식
Suction측과 Discharge의 각도. 즉, 물이 흐르는 방향
왕복식
피스톤, 다이아후램 등
회전식
기어, 베인 등
원리 : 터보형 ☞ 원심력, 체적형 ☞ Casing 내 압력, 특수형 ☞ 마찰
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펌프의 종류
원심 펌프
다이어후램 펌프
기어 펌프
베인 펌프
피스톤 펌프
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펌프의 종류
원심 펌프
☞ 안내익 유무
고정된 안내익을 통해 많은 운동에너지를 압력에너지로 회수함.
안내익
Impeller
<Volute Pump>
<Diffuser Pump>
☞ 단수에 따라 : 단단, 다단펌프
☞ 흡입구 수에 따라 : 편흡입, 양흡입펌프
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펌프의 종류
원심 펌프
<Single Stage Pump>
<Multi Stage Pump>
<Double Suction Pump>
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펌프의 종류
사류 펌프
축류 펌프
익차로부터 나가는 물의 유동이 축에 경사지는 구조
동익을 가진 익차의 회전에 의해 유체가 익차의 축방향으로 들어오는 구조
<Diagonal Flow Pump>
<Axial Flow Pump>
<Axial Flow Pump Impeller 형상>
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펌프의 종류
원심 펌프 원리
Impeller
회전운동
1)
2)
3)
펌프 내부
진공 형성
Suction 대기
압력에 의한
유체 흡입
유체에 원심
력 전달
유체 토출
저점도 유체에만 사용.
Slurry 수송 가능.
자흡 작용이 없음(마중물 필요)
☞ P-501~4, 601~605 등 Crumb Slurry 이송에 주로 사용.
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펌프의 종류
회전 펌프
1~3개의 회전자의 회전에 의해 유체를 압송하는 펌프
<베인펌프>
왕복 펌프
제트 펌프
<기어펌프>
<나사펌프>
피스톤이 실린더 내 왕복 운동함으로써 유체를 흡입하여 압축하여 토출함.
수중에 제트부를 설치하고 벤튜리관의 원리를 이용하여
유체를 고속으로 노즐에서 분사시켜
압력 저하에 의한 흡인 작용으로 양수하는 펌프
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펌프의 종류
회전 펌프 원리
Rotor 회전
1)
2)
3)
밀폐공간 내
압력 형성
회전방향으로
유체 흡입
등속운동
동일한 체적
유량 토출
고점도 유체 사용 가능
자흡 능력
Slurry 및 고체 입자 수송 불가.
☞ P-401, 402, Oil Pump 등 Polymer Solution, Oil 이송에 주로 사용.
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펌프의 구조
원심펌프
Casing & Impeller
Motor
Discharge
Coupling
Suction
Shaft
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펌프의 구조
원심펌프 상세 구조
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펌프의 규격
Spec.
API
ANSI
Code No.
610
B73.1M
Temp. Limits
Radial Split시 제한
없음.(450℃ 가능)
260℃
Press. Limits
Radial Split시 제한
없음.
24Bar
Flow Limits
제한 없음.
1,700 ㎥/hr
Mounting
Centerline
Foot
Stage
1’st, Multi-Stage
1’st
Impeller Size
N/A
6”, 8”, 10”, 13”, 15”
Impeller Type
Closed
Open/Closed
Base Plate 규격화
X
O
Lube System
Oil
Oil, Grease
Wear Ring
O
X
부품 규격화
X
O
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펌프의 지지방법
Bracket Mounting
Foot Mounting
Centerline Mounting
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펌프의 지지방법
ANSI Pump - Foot Mounting
API Pump – Centerline Mounting
☞ 고온 유체 사용시 Casing 하부가
열팽창하여 축심이 어긋남.
<HP-106>
<HP-102>
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Impeller 형상
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Impeller 형상
Open Type : 3Passage
날개의 수는 많을 수록
Cut-Water측의
압력에 의한
진동 발생을 줄임.
Cut-Water
<P-501>
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펌프 구성요소
Bearing
Shaft를 일정한 위치에 고정시키고 하중을 지지하여 축을 원활하게 회전하게 함.
Mechanical Seal
축봉장치라고도 하며 두 부분이 정밀하게 다듬어진 금속면을 가볍게 압접시키되, 한쪽은
고정하고 다른 쪽은 축과 미끄럼 접촉으로 회전시켜 유체의 누설을 막는 장치.
Coupling
축과 축을 연결하기 위하여 사용되는 요소부품(Flange, Sleeve, Grid)
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정의 및 용어 정리
Head
축동력
전양정. 즉, 펌프가 유체를 이송할 때 손실을 포함한 유체에 필요한 전체 수두[m]
Motor에 의해 펌프를 운전하는 데 요구되는 소요동력[kW]
Lw 
수동력
효율
gHQ
1000  60
[kW ]
펌프에 의하여 유체에 가해진 동력[kW]
수동력/축동력=수력효율*체적효율*기계효율 = 65% ~ 88%
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Performance Curve의 이해
☞ 펌프의 회전수에서의 Capacity와 Head, 효율, 동력 등의 관계를 나타낸 것.
Head(m)
Power(kW)
Power(kW)
Capacity(㎥/hr)
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Performance Curve
Pump 유량 조절(Valve Full Open)
① Pump 병렬 운전 ☞ 동일한 양정 조건에서 유량 증가(비례적)
② Motor Capacity Up ☞ 소요 동력이 일정할 경우 유량 증가
Power(kW)
③ Impeller Size 및 단수 변경 ☞ Max. Size에 준하여 커질 경우 Casing 내
유체가 받는 원심력이 증가되어 유량 증가
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펌프의 상사법칙
서로 기하학적으로 상사인 펌프라면 회전차 부근의 유선방향, 즉 속도 삼각형도 상사로 되어 두 개의 펌프
의 성능과 회전수, 회전차 외경과의 사이에 다음 관계가 성립한다.
Q' n'  D' 
  
Q n D
유량비
2
3
2
H '  n'   D' 
    
H n D
3
5
L' Q'  H'  η p  n'   D'    p 

  
 
L
Q  H  η p'  n   D    p ' 
전양정비
동력비
여기서, L : 소요동력
n : 펌프 회전수
D : 대표치수(예를 들면 회전차 외경)
p
: 펌프 효율
주) 펌프의 회전수 변화에 따라 기계손실의 비가 다르게 되지만, 근사적으로
 p ' /  p  1 이 성립된다.
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비속도(Ns)
☞ Impeller의 상사성 또는 펌프 특성 및 형식 결정 등에 이용되는 값.
Ns  N 
Q
H
3
☞N : 펌프회전수(rpm), Q : 유량(㎥ / min),H : Head(m)
4
ⅰ) 양흡입일 경우 Q=Q/2
ⅱ) 다단 Impeller일 경우 H=H/단수
☞ 펌프의 최고 효율점에서의 수치에 의해 계산하는 값.
☞ 비속도에 따라 Impeller의 형상이 정해지고 펌프의 특성이 정해짐.
Ns
Type
100 ~ 800
원심펌프
600 ~ 1300
사류펌프
900 ~ 3000
축류펌프
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비속도(Ns)
☞ 펌프의 Capacity, Head 결정 후 펌프의 형식을 선정함. 상세한 사항은
제조사에 문의하여 결정하는 것이 경제적임.
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NPSH(Net Positive Suction Head)
NPSHav : 유효 흡입수두
☞ 펌프가 설치되어 사용될 때, 펌프 자체와는 무관하게 Suction측 배관에 따라
정하여지는 값.
fVs 2
NPSHav 

 hs 


2g
Ps
Pv
여기서, Ps : Suction측에 작용하는 압력(㎏f /㎡, abs)
Pv : 사용온도에서의 유체의 포화 증기압(㎏f/㎡, abs)
γ : 사용온도에서의 단위체적당의 중량(㎏f/㎡)
hs : Suction측에서 펌프 기준면까지 높이(m)
fVs^2/2g : Suction측 배관에서의 총 손실 수두(m)
☞ 펌프 Suction 중심까지 유입되어 들어오는 액체에 외부로부터 주어지는 압력을
절대압력으로 나타낸 값에서 그 온도에서의 액체의 포화 증기압을 뺀 것.
☞ 펌프의 Cavitation을 검토할 때 사용되는 값.
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NPSH(Net Positive Suction Head)
NPSHav : 유효 흡입수두
Suction측 실양정
NPSHav 
g

( Pg  Pa  Pv )  hs  hl
Suction 배관 손실
Tank 내부 압력
대기압
유체 포화 증기압
<압력 Tank Bottom Pump>
Suction측 실양정
NPSHav 
g

( Pa  Pv )  hs  hl
Suction 배관 손실
대기압
<일반 Vessel Bottom Pump>
유체 포화 증기압
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NPSH(Net Positive Suction Head)
NPSHre : 필요 흡입수두
☞ Impeller 입구까지 유입된 유체는 Impeller에 가압되기 전 일시적인 압력 강하가
발생하는 값. 즉, Impeller 입구에서의 감압량을 의미함.
☞ 시험에 의해서 구할 수 있고, Thoma의 캐비테이션 계수 또는 흡입비속도로
추정함.
<펌프 Suction측 압력 분포>
<펌프 성능 변화>
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NPSH(Net Positive Suction Head)
NPSHre : 흡입비속도
S
Q
H
3/ 4
sv
n
(Q : 최고 효율점의 유량, Hsv : NPSHre, n: rpm)
NPSHre : Thoma 계수

NPSHre
H
Thoma의 Cavitation 계수 : 펌프의 크기와 회전수에 관계없이 펌프의 구조에 의하여 정해진 무차원의 상수
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NPSH(Net Positive Suction Head)
NPSHre : Thoma 계수
☞ 펌프와 Suction 면 사이의
수직 거리를 정해지는 값보다
작게 하면 Cavitation이
발생하지 않음.
Thoma의 계수
NPSHre  7.88105 N 4 / 3Q2 / 3
Ns
Thoma의 계수
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NPSH(Net Positive Suction Head)
안전운전 조건
☞ 일반적으로 a ≥ 0.3이 바람직함.
<NPSHav과 NPSHre의 관계>
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Cavitation
① 물이 넓은 장소에서 좁은 곳으로 고속으로 흘러 들어오는 경우 베르누이의 정리에 의해 압력이 저하됨.
② 그 압력이 그 수온의 포화증기압까지 떨어지면, 물 속에 증기가 발생됨.
③ 물속에는 압력에 비례하여 공기가 용해되어 있지만, 이 공기가 물과 분리되어 기포가 나타남.
④ 펌프의 Suction 면 사이의 수직거리가 부적절하게 길거나 익차의 회전이 빠르면 유량의 증가를 동반하고
익차 내 Cavitation이 발생함.
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Cavitation
기포의 발생
액체의 압력이
그 온도의
포화증기압 이하로
내려가면
액체의 내부에서
증발하여 기포가 생김.
Cavitation 발생
펌프 내부에서도
흡입양정이 높거나
유속이 급변
또는 와류의 발생,
유로에서의 장애 등에
의해 압력이 국부적으로
포화증기압 이하로
내려가 기포가 생성
이상현상
펌프의 성능 저하,
진동 및 소음 수반,
양수 감소,
재료의 손상
기포의 붕괴압력!!!
“300kg/㎠
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Cavitation
방지 대책
① 흡입양정을 줄인다.
② 흡입관 손실을 줄인다.
③ 스트레이너 통수면적을 크게 잡고 청소를 자주한다.
④ 규정회전수 내 운전.
⑤ SUS와 같은 Cavitation이 일어나지 않는 재질 사용.
☞ a ≥ 0.3 (단, NPSHre x 0.3 > 0.5)
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수격 작용(Water Hammering)
: 관로 내 유체속도의 급격한 변화에 따라 유체압력이 상승 또는 하강하는 현상
발생 조건
1. 펌프 운전중의 정전
2. 순간적인 Valve Close
3. Valve Open시 펌프가 정지될 경우
1단계(부압발생)
발생 조건
# 원인 : 관성력의 존재
펌프의 동력 차단
→ 물에 관성력 작용
→ 펌프측 배관 밀도 하락
→ 진공상태
경감 방법
2단계(압력상승)
# 수주분리 발생 방지
→ Flywheel 부착: 회전수 및 유량 급저하
방지
→ Air Chamber 설치 : 부압 발생시 공기
흡입
# 밀려간 물이 되돌아 옴
→ 압력 상승 발생
→ 관로 파손
# 압력상승 발생 방지
→ Safety Valve 사용
→ Relief Valve 사용
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서징(Surging) 현상
① 펌프 운전 중 압력 계기의 눈금이 주기를 가지고 큰 진폭으로 흔들림.
② 유량 또한 범위 내에서 주기적인 변동이 발생.
③ 이와 같이 유량~수두가 주기적으로 변동하는 현상을 서징 현상이라 함.
방지법
1. 배관 중에 액체 및 기체 상태인 부분이 존재하지 않게 함.
2. 유량조절밸브의 위치를 펌프 Discharge측 직후에 위치함.
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고장 원인과 대책
1. 과부하
Pump 고장 원인과 대책
1) 유량 과다에 따른 과부하


토출 밸브를 조작하여 운전 점의 유량을 맞춘다.
Impeller 의 외경을 가공하여 운전 점을 맞춘다.
2) 기계적 마찰에 따른 과부하


Impeller 간극 등 조정해야 함.
Packing type 일 경우 Flushing water 량 조절
3) Motor control 장치 문제 (Trip point 재 조정 등)
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고장 원인과 대책
2. 유량 감소
Pump 고장 원인과 대책
1) 설계양정이 낮다.
(토출 압력이 설계 압력보다 높게 측정됨)


Impeller 및 Motor 의 교체
사양에 맞는 다른 펌프로 교체
2) Suction 배관 막힘.
(압력 낮고, 동력 적게 소요, 유량 적음)

Strainer, Suction 배관, Pump Impeller 이 이물질에 의해서 막혔을 때
일어나는 현상이므로 이물질 제거
3) Cavitation 발생 (진동,소음 발생하고 유량도 적음)

흡입 조건의 수정
41
고장 원인과 대책
Pump 고장 원인과 대책
4) 흡, 토출 배관 내부 코팅으로 인한 마찰저항 증가

배관 내의 청소 또는 교체
5) 접액부 (Casing, Impeller 등)의 마모, 부식

해당 부품의 교체
6) Motor 문제 (RPM저하, 전압의 문제)

Motor 수리 또는 교체
42
고장 원인과 대책
3. 소음 및 진동
Pump 고장 원인과 대책
1) 수압 맥동에 따른 진동


배관의 지지 장소 및 방법 개선
공진 관련 검토
2) 와류에 의한 진동 소음

흡입 탱크의 개선 및 와류 방지판 부착
3) 회전 부품의 불균형에 따른 진동



마모 또는 부식에 따른 불균형 시 부품 교체
Pump 및 Motor 의 Alignment 불량 수정
Bearing 의 교체
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고장 원인과 대책
4) Cavitation현상에 의한 소음,진동


NPSHa 값 증가를 위해서 Suction 조건 개선
낮은 NPSHr 값을 갖는 펌프로 교체
Pump 고장 원인과 대책
5) Motor 에 의한 소음(주로 2P Motor)


고 효율 Motor로 교체
특수 Fan 제작 (Motor 업체와 협의)
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Q/A
45
감사합니다.
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