스크랩 산업기사이론 팬,펌프

[美세상(최승일)]

FAN, PUMP

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<송풍기>

1. 개요

  (1) 송풍기 : 날개 회전을 통하여 기체를 이송시키는 장치

  (2) 구분

구 분	송출압력	압력비
팬(FAN)	10kPa (1mAq) 미만	1.1미만
블로어(BLOWER)	10kPa~0.1MPa	1.1~2
압축기(COMPRESSOR)	10MPa (10mAq) 이상

 

2. 송풍기의 분류 (날개형상에 따른 분류)

  (1) 팬(FAN)              ① 원심형     ㉮ 터보형

                                                ㉯ 익형

                                                ㉰ 방사형(반경류형)

                                                ㉱ 다익형

                                                ㉲ 관류형

                                ② 축류형     ㉮ 프로펠라형

                                                ㉯ 튜브형

                                                ㉰ 베인형

                                ③ 사류형

                                ④ 횡류형

  (2) 블로어(BLOWER)     ① 원심형

                                ② 사류형

                                ③ 축류형

3. 송풍기 특성

  (1) 원심 송풍기

다익형 송풍기 (시로코)	-. 임펠러가 회전 방향으로 기울어짐 (전익형)
	-. 익현 길이가 짧고 날개폭이 넓고 날개수가 많음
	-. 동일한 공기량과 압력에서 팬의 크기가 작고, 동일한 회전수에서     풍량이 가장 큼
	-. 풍량이 증가하면 축동력이 급격히 증가해 Over Load가 됨.
	-. 효율은 45~60%로 좋지 않으나 가격이 저렴하고 설치 공간이 적게     소요되어, 일반 공조용이나 환기용으로 널리 사용됨
	-. 저압에서 다량의 공기 이송에 적합하고 소음도 적은 편임
터보 송풍기	-. 임펠러가 회전방향의 반대 방향으로 기울어짐 (후익형)
	-. 다익 송풍기에 비해 외형이 커지고, 익현 길이는 길어지고 날개폭은     짧음
	-. 정압과 효율(60~70%)이 높은 편
	-. 유체역학적으로 내구성이 좋은 구조여서 고속회전이 가능하고 정숙     하며, 사용 범위도 넓어 과부하에 잘 걸리지 않음
	-. 보일러의 공기 압입 등 산업용으로 널리 사용됨
익형 송풍기	-. 박판을 접어서 유선형의 날개를 형성함 (후곡형)
	-. 고속 회전이 가능하고 소음도 적음
	-. 풍량이 설계점 이상을 증가해도 축동력이 증가하지 않음
	-. 효율이 매우 좋은 편(70~85%)이며, 산업용으로 많이 사용됨
반경류 송풍기	-. 플레이트팬, 방사형팬, 래디얼팬으로도 불림
	-. 날개가 임펠러의 회전축에 수직인 평판 형태
	-. 날개수는 가장 작으나 외형의 크기와 효율은 다익과 터보의 중간 정도
	-. 내열, 내마모, 자기청소(self-cleaning)의 특성
	-. 공기량의 변화에 축동력이 선형적으로 변하여 제어가 용이
	-. 공조용보다는 고압에서 적은 양의 분진이 많은 유체나 부유성 물질의     이동에 사용
	-. 소음은 큰 편이나 서징 현상이 거의 없음
한계부하 (리밋로드) 송풍기	-. 날개가 S자 형상이며 흡입구에 프러펠러형 안내깃이 있음
	-. 설계점 이상의 풍량에서도 축동력이 증가하지 않음
	-. 효율은 낮고(55~65%) 사용 정압도 낮음

        원심형에서는 유동이 임펠러 내에 축방향으로 유입되어 반경 방향으로 진행

<그림>

  (2) 축류형 송풍기

       원심송풍기에 비해 풍량이 크지만, 정압이 낮고 소음이 크며 설계점 이외

        운전시 효율이 급격히 떨어진다.

프로펠러 송풍기	-. 케이싱 및 안내깃이 없는 축류 송풍기로 구조가 가장 간단
	-. 낮은 압력에서 다량의 공기 이송에 적합
	-. 실내 환기용이나 냉각탑 등에 사용
관형 축류 (튜브형) 송풍기	-. 케이싱 속에 임펠라가 설치되나 안내깃이 없음
	-. 보통의 풍압에서 어느 정도 범위의 풍량이 가능
	-. 용량에 비해 소형, 경량이며 닥트나 휀 구조가 단순
베인형 축류 송풍기	-. 케이싱 속에 임펠라가 설치되며 안내깃이 있음
	-. 임펠라 후류의 선회 유동을 방지하여 효율과 압력을 상승
	-. 주로 익형 단면의 날개를 가져 비교적 높은 압력도 가능

  (3) 사류 송풍기

        ① 유체 유동의 흐름 방향이 원심형과 축류형의 중간에 해당(혼류형)

        ② 축류 송풍기의 간결성과 소음이 적은 원심 송풍기의 장점을 가지고 있음

       ③ 고속 회전이 가능하여 0.1MPa의 압력까지 올릴 수 있으며, 효율도 좋은 편

                        <팬 그림>

  (4) 횡류 송풍기

        ① 공기가 임펠러를 가로 질러 이송되는 송풍기의 형태

        ② 날개 폭을 지름에 관계없이 길게 할 수 있다는 특징

        ③ 소음이 크고 성능이 우수하지 못하나 그 구조상 에어커튼이나 실내공기

           순환용(에어컨, FCU 등)으로 주로 사용됨

                        <팬 그림>

4. 송풍기 특성 곡선

                <특성곡선 그림>

  (1) 압력 최고점 이전의 저유량 영역에서는 서징 현상 발생 가능

  (2) 설계자는 운전점과 최고 압력점 사이 간격을 가급적 크게 유지

  (3) 설계 운전점은 최고 효율점에서 결정된다.

<송풍기 선정 절차 및 설치시 주의사항>

1. 개요

  공조용, 산업용 및 기타 기체를 수송하는 장치인 송풍기 선정에 있어서 선정 절차

  및 설치시 유의사항을 고려하여 용도에 맞는 송풍기를 선정 설치할 것       

2. 송풍기 선정 절차

  (1) 송풍기의 형식 결정

        ① 풍량

                ㉮ 송풍기 풍량 = 송풍 덕트 송풍량의 총 합계

                ㉯ 덕트의 누설이나 기타 누설을 고려해 필요에 따라 5~10% 정도 여유

        ② 정압       

                ㉮ 전압 Pt = (P1 + P2 + P3) × 1.1   [㎜Aq]

                                여기서, P1 : 흡입측 덕트계의 전압손실(㎜Aq)

                                         P2 : 토출측 덕트계의 전압손실(㎜Aq)

                                         P3 : 공조기류의 전압손실(㎜Aq)

                ㉯ 정압 Ps = 전압(Pt) - 동압(Pv)       [㎜Aq]

                                여기서, Pv : 송풍기 토출구에 대한 동압(㎜Aq)

                                              =V_d²/2g × γ = 0.06 × V_d²

                                         V_d : 송풍기 토출측의 풍속(m/s)

        ③ 송풍기 풍량, 정압, 사용 목적 등을 고려하여 카다로그나 기술자료를 통해

           적정한 송풍기 선정

        ④ 비교 회전수 Ns

               ㉮ 송풍기에서 적당한 회전 날개의 형상은 비교 회전수(Ns)에 의해

                   선정함

                ㉯ 송풍기의 종류에 따라 좋은 효율을 낼 수 있는 비속도의 범위가

                   다르기 때문에 비속도는 송풍기의 종류를 결정하는데 매우 중요한

                   변수가 됨

                ㉰

                      여기서, Pt와 유량 Q는 보통 성능 곡선상의 최고 효율점에서의

                              값으로 잡는다.

  (2) 송풍기의 No(#) 결정

        ① 송풍기 번호(No, #) 계산

                ㉮ 원심 송풍기 No(#) = 회전날개의 지름(㎜) ÷ 150(㎜)

                ㉯ 축류 송풍기 No(#) = 회전날개의 지름(㎜) ÷ 100(㎜)

        ② 송풍기의 종류 및 날개의 모양이 결정되면, 송풍기 선정표를 선택하여

           정압과 소요 풍량에 해당하는 회전수, 마력, 송풍기 번호(#)를 알 수 있다.

  (3) 송풍기 외형 결정

        ① 설치 위치 및 주변 닥트 계통을 고려해 송풍기의 외형 결정

        ② 회전 방향(시계방향/반시계방향), 기류방향(수직/수평/45°/하향)

  (4) 전동기 선정 및 풀리(pulley) 직경 결정

        ① 전동기 출력

                

        ② 전동기와 임펠라의 회전수 변화는 풀리의 직경 변화로 가능

                        여기서,  D_m, D_f : 전동기와 임펠라 풀리 직경(㎜)

                                                N_m, N_f : 전동기와 임펠라의 회전수(rpm)

        ③ 송풍기 및 전동기의 풀리 직경 비율은 미끄럼을 방지하기 위하여

           8:1를 초과하지 않도록 한다.

  (5) 가대 형식

        가대에는 송풍기, 베어링 유닛 및 전동기를 함께 받치는 공통가대와

        각각을 받치는 단독 가대로 구분된다.

3. 설치시 고려 사항

  (1) 전동기의 위치

        -. 회전 방향과 송풍기의 토출방향에 따라 선택

        -. 전동기 풀리가 벨트를 잡아 당김이 아래쪽이 되도록 함

           (접지 저항을 증가시키기 위함)

  (2) 송풍기 흡입측 : 이물질 유입 방지용 철망 설치

  (3) 송풍기 케이싱 : 드레인 플러그와 내부 점검용 점검구 설치

  (4) 벨트 : 적당한 장력을 유지하고 교체시에는 동시에 모두 교체함

  (5) 송풍기의 수평 잡기 : 원칙적으로 송풍기의 회전축을 기준한다.

  (6) 전동기 축과 송풍기 축은 직결시 편심되거나 어긋나지 않도록 한다.

  (7) 송풍기 옥외 설치시,

       -. 방진기는 강풍에 팬이 이탈되지 않도록 고정 장치 있는 방진 제품으로 선정

        -. 모터에 빗물 보호 덮게 설치

        -. 대기중에 개방된 팬 흡입구나 토출구에는 빗물 유입 방지 가이드 설치

4. 송풍기의 법칙

                

<송풍기 풍량 제어 방법>

1. 개요

        공기 조화에 있어서 실내 냉난방 부하 조절 및 년간 송풍 동력 절감의

        일환으로 송풍량 제어 방법을 활용한다.

2. 풍량 제어의 종류

  (1) 댐퍼(damper)에 의한 제어 : 흡입 댐퍼 제어, 토출 댐퍼 제어

  (2) 흡입 베인(vane)에 의한 제어

  (3) 회전수에 의한 제어

  (4) 가변 피치 제어

3. 제어 방식별 특징

  (1) 토출 댐퍼에 의한 제어

        ① 토출측 댐퍼를 닫으면, 저항 곡선 변화(R1→R2→R3)하면서 풍량은 감소,

           압력은 상승함

        ② 특징

                -. 공사 간단, 설치비 저렴

                -. 소형 설비에 적당

                -. 서징 현상 가능성 있음                           <그림>

                -. 효율이 낮음, 소음 발생

        ③ 적용

                -. 가장 일반적인 방법

                -. 다익 송풍기, 소형 송풍기

  (2) 흡입 댐퍼에 의한 제어

        ① 흡입 댐퍼를 닫으면,

           팬 압력특성곡선이  변화

           (C1→C2→C3)하면서,                                    <그림>

           풍량과 압력이 모두 감소

        ② 특징

                -. 공사 간단, 설치비 저렴

                -. 토출 댐퍼 방식에 비해 서징 영역이 좁아짐

                -. 실무에서는 그리 많이 사용하지 않는 방식

  (3) 흡입 베인(VANE)에 의한 방법

        ① 흡입 베인을 닫으면,

           팬 압력특성곡선이  변화

           (C1→C2→C3)하면서,                                    <그림>

           풍량과 압력이 모두 감소

        ② 특징

                -. 베인의 정밀성 요구(구조 다소 복잡)

                -. 회전수 제어 방식에 비해 설비비 저렴

        ③ 적용

                -. 풍량 조절 효과는 70% 이상에서 양호한 편

                -. 리밋로드 송풍기, 터보 송풍기에 사용

  (4) 회전수에 의한 방법

        ① 회전수를 감소시키면,

           팬 압력특성곡선이  변화

           (C1→C2→C3)하면서,                                    <그림>

           풍량과 압력이 모두 감소

           (Q∝N, P∝N²)

        ② 특징

                -. 에너지 절약, 자동화에 적합

                -. 송풍기 안정된 운전 가능(풍량,정압 조절 용이)

                -. 설비비가 고가

                -. 전자 노이즈(Noise) 발생

        ③ 적용

                -. 일반 범용, 소형~대형까지 모두 적용

       ④ 회전수 변환에 의한 풍량 조절 방법

                -. 유도 전동기에 의한 2차측 저항 조정

                -. 정류자 전동기에 의한 조정

                -. 극수의 변환

                -. 전동기에 의한 회전수 변환

                -. 풀리의 직경 변환

  (5) 가변 피치 제어

        ① 임펠라 날개 각도를 +하거나 -하면,

           팬 운전점이  변화

           (C1→C2→C3)하면서,                                    <그림>

           풍량과 압력이 함께 증감

        ② 특징

                -. 회전수 제어방식과 겸용하면 경제적

                -. 에너저 절약 특성 우수

                -. 회전수 제어 방식보다 설비비 저렴

                -. 소음이 심하여 감음장치 필요

                -. 날개각 조정에 많은 동력이 필요(가급적 공압식 이용)

        ③ 적용

                -. 주로 축류식 송풍기에 적용

4. 각 방식별 송풍량 비교

                        <그림>

5. 결론

  (1) 실내 냉,난방비 절약 및 년간 송풍 동력비 절감을 위하여 용도 및 여건에 적합한

      방식을 선정하여 적용함

  (2) 풍량 제어 방식에 따라 T.A.B시 댐퍼나 회전수, 피치 등 제어 기구 상태에 따라

      정확한 풍량의 확인과 셋팅이 확실히 이루어져야 함

<펌프의 선정 절차 및 주의사항>

1. 개요

        펌프는 유체 흐름에 전동기나 원동기로부터 기계적 에너지를 전달하여 유체를

        이송하는 기계이다.

2. 펌프의 종류

터보형	원심식	벌류트형, 디퓨져형
	축류식
	사류식	벌류트형, 디퓨져형
용적형	왕복식	피스톤펌프, 플랜저펌프, 다이어프램 펌프
	회전식	기어펌프, 베인펌프, 나사펌프, 스크류펌프, 캠펌프
특수형		와류펌프 ,제트펌프, 수격펌프, 전자펌프, 진공펌프

3. 펌프의 선정

  (1) 양정(H) 결정

        H = H1 + H2 + H3

                여기서, H1 : 낙차=실고=흡입+토출수두(m)

                         H2 : 배관, 밸브류, 이음쇠 등의 마찰 손실수두(m)

                         H3 : 기구의 최소 필요 압력 환산수두(m)

  (2) 양수량(Q) 결정

        ① 펌프 양수 과정에서 약간의 누수 및 사용 여건에 따른 성능 저하를

           고려하여 2~15% 정도의 여유

        ② Q = (1.02~1.15) × Q_L(설계유량)

  (3) 펌프의 구경(D) 선정

        ①

        ② 유량에 따른 구경의 선정은 KS 기준이나 제조업체 사양서에 따라 결정하는

           것이 좋다.

  (4) 형식 결정

        ① 유량과 양정이 주어지면 형식 선정도를 통하여 적합한 형식 선정

        ② 제조업체의 선정된 형식의 성능 곡선도에서 적합한 모델을 선정

        ③ 형식 선정시 설치 조건이나 장소, 유체의 종류나 기타 요구 사항들을

           종합적으로 고려하여 적합한 형식의 펌프 선정

        ④ 형식 결정시 비속도를 비용한다.

                -. 비속도

                -. 유량(Q)과 양정(H)은 어떤 펌프의 최고 효율점에서의 수치 적용

  (5) 원동기의 회전 속도 결정

                  여기서, N : 원동기의 회전수(rpm)

                                                f : 전원의 주파수(Hz)

                                                P : 전동기의 극수

                                                S : 미끄러율 (보통 2~5%)

  (6) 소요 동력 계산

            

                             여기서,  Q : 유량(LPM)

                                        E : 효율

                                        K : 전달계수 (전동기1.1~1.5,내연기관 1.2)

                                        H : 양정

4. 설치시 주의사항

  (1) 펌프의 회전 방향과 모터의 회전 방향 일치 여부 확인

  (2) 펌프

        ① 펌프의 축심이 맞았는지 시운전 전에 확인하고 조정한다.

        ② 펌프 주요부 재질은 유체의 종류나 특성에 적합하도록 할 것

        ③ 저수면보다 펌프가 위쪽에 설치될 경우 수면으로부터 수직높이는 6M를

          넘지 않도록 함 (서징 예방)

        ④ 배수와 환기가 양호하고 유지보수 공간이 있는 곳에 설치

  (3) 흡입배관

        ① 흡입관 끝부분에서 수면까지 1.5D 이상, 바닥까지 1~1.5D 이상,

           관 중심에서 관벽까지 1.5D 이상, 흡입관 사이 3D 이상 유지

                <그림>

        ② 펌프 쪽으로 상향 구배하여 공기가 고이지 않도록 할 것

       ③ 흡입관 연결시 편심 레듀샤(상부가 수평) 사용

        ④ 흡입구의 형상은 물의 흐름이 자연스럽도록 할 것

  (4) 흡입/토출 연결 배관

        ① 주위 배관의 하중이 펌프에 직접 전달되지 않도록 배관 지지철물 설치

        ② 펌프와 흡입/토출관 연결부위 후렉시블 조인트 설치(소음, 진동 전달 차단)

        ③ 토출측 유속은 3m/s를 넘지 않도록 한다

        ④ 스모렌스키 체크밸브, 수격방지기 등을 설치하여 펌프 정지시 수격현상 방지

        ⑤ 흡입측에는 흡입수두에 따라 진공계나 연성계, 토출측에는 압력계 설치

    (5) 펌프 토출측의 밸브는 T.A.B를 실시하여 설계 유량, 양정이 되도록 밸브의

         개도율을 조정하여 셋팅하고 개도율을 표시해 두어 추후 확인이 가능토록 함

5. 결론

        유체의 종류와 특성을 정확히 파악하여 펌프 선정 절차 및 설치시 주의사항에

        적합하도록 할 것

<펌프의 합성 운전, 저항의 합성>

1. 개요

  (1) 펌프의 직렬운전 : 양정을 높이고 싶을 때

  (2) 펌프의 병렬운전 : 유량을 늘리고 싶을 때

  (3) 동일 특성 운전과 다른 특성의 펌프 연합 운전이 있음

2. 펌프의 직렬 운전

  (1) 동일 특성 직렬 운전

                                        <그림>

        ① 펌프 직렬 합성 운전시 특성곡선은 세로축으로 양정을 2배 더한 것과 같다. 

        ② 직렬 운전시 펌프 1대가 분담하는 양정은 총 양정의 1/2

        ③ 직렬 운전시의 양정은 1대 운전시 양정의 2배가 되지는 않는다.

                H₂＜ 2×H₁    ☜ 시스템의 저항 곡선이 바뀌지 않기 때문

        ④ 특징

                -. 상류에 있는 펌프는 압입 운전이 되기 때문에 그 흡입관부는

                   내압에 주의해야 함

                -. 상류측 펌프 흡입구의 밀도가 높아 체적이 작아지고 불균일한 유동이

                   형성되어 펌프 성능에 심각한 영향을 주기도 함(항상 안정적인 유량

                   확보 필요)

                -. 저항 곡선의 기울기가 작으면 압력 증가의 비율도 적어짐

  (2) 특성이 다른 펌프의 직렬 운전

                        <그림>

        ① 펌프의 직렬 운전 양정(H₃)은 각각의 펌프 양정 H₁, H₂를 세로축으로 더한

           것과 같다.  

        ② 직렬 운전시 펌프의 유량, 양정은 개별 펌프의 합보다 적다

                Q₃ ＜ Q₁ + Q₂   ,    H₃ ＜ H₁ + H₂

        ③ 특징

                -. X점 이상의 유량 범위에서는 P₁이 저항이 되어 유체의 흐름을 방해

                -, 임의의 양정 H₃와 유량 Q₃가 필요할 경우 펌프를 조합해 사용

3. 병렬 운전

  (1) 동일 특성 병렬 운전

                <그림>

        ① 펌프 병렬 합성 운전시 특성곡선은 가로축으로 유량을 2배 더한 것과 같다. 

        ② 병렬 운전시 펌프 1대가 분담하는 유량은 총 유량의 1/2

        ③ 병렬 운전시의 유량은 1대 운전시 유량의 2배가 되지는 않는다.

                Q₂＜ 2×Q₁    ☜ 시스템의 배관 저항이 증가하기 때문

        ④ 특징

                -. 다량의 유량 필요시 적합

                -. 대수 제어로 유량 제어 용이

                -. 단독 운전시 과부하가 걸리지 않는 전동기 사용 필요

                   (병렬 운전하다가 1대는 정지하고 나머지 1대 단독 운전할 경우

                    유량이 증가하게 되므로 과부하 발생 여부 체크 필요)

  (2) 특성이 다른 2대의 펌프 병렬 운전

                        <그림>

        ① 펌프의 병렬 운전 유량(Q₃)은 각각의 펌프 유량 Q₁, Q₂를 가로축으로 더한

           것과 같다.  

        ② 병렬 운전시 펌프의 유량, 양정은 개별 펌프의 합보다 적다

                Q₃ ＜ Q₁ + Q₂   ,    H₃ ＜ H₁ + H₂

        ③ 특징

                -. X점보다 낮은 유량에서 운전시 유량이 적은 펌프는 체절 운전이

                   되므로 주의할 것

                -. 임의의 유량을 얻고자 할 경우 적용

4. 배관계에서 저항의 합성 운전

  (1) 저항이 다른 관로의 직렬 조합

                                <그림>

        ① 저항이 Ra, Rb의 특성을 갖는 관로가 직렬로 연결될 경우 특성으로 변화   

        ② 합성관로의 저항곡선은 수직축으로 각각의 저항을 더한 값과 같다.

        ③ 저항(양정)은 증가, 유량은 감소

        ④ 펌프 토출측 밸브 제어에 의한 유량, 양정 조정의 사례로 응용

           (Ra:배관 저항, Rb:토출측 밸브 개도율에 의한 저항)

  (2) 저항이 다른 관로의 병렬 조합

                        <그림>

        ① 합성 특성 곡선 R은 동일 양정에서 횡축으로 Ra, Rb유량의 합으로 구함

        ② 병렬 조합운전시 저항(양정)은 감소, 유량은 증가

        ③ 병렬운전후 Ra, Rb 계통에서 당초의 유량이나 양정이 필요할 경우,

           ⇒ 펌프 회전수의 증가나 펌프의 병렬이나 직렬 추가 운전 필요

        ④ 병렬 조합시 전동기의 과부하 여부 체크 필요

  (3) 높이와 저항이 다른 관로의 조합

                <그림>

        ① 개방 회로로서 높이가 각각 Ha, Hb인 두 지점에 병렬로 연결하여 양수하는

           경우

        ② 배관계 합성 저항 R은 Ra, Rb의 횡축 방향 합계

        ③ 합성 운전시 각 배관 계통의 유량과 양정은 당초보다 모두 줄어듬

        ④ 당초 개별 운전 상태의 유량과 양정에 다시 맞추고자 한다면,

           ⇒ 펌프 회전수의 증가나 펌프의 병렬 추가 운전 필요

5. 펌프의 성능 변화

  (1) 회전수 변화에 의한 성능 변화

        ① 회전수 증가하면 펌프 성능도 일정한 법칙을 가지고 증가

        ② 효율은 기준 회전수의 ±20% 정도의 변동으로 크게 중요하지 않다.

  (2) 임펠러 외경 가공에 의한 성능 변화

       ① 보통 임펠러는 최고 효율을 내는 형상으로 가공된 것임

        ② 임펠러 형상을 가공할 경우 대체로 효율, 양정, 유량이 저하되는 쪽으로

           변화함

       ③ 축류 펌프의 경우는 날개 각도의 회전으로 사양의 변화(감소) 조정

  (3) 특수 액체에 의한 성능 변화

        ① 액체의 비중, 점도, 함유 고형물 등 액체의 특성에 의해 펌프의 성능이

           현저하게 변화됨

        ② 특수 액체 이송용의 경우 사전에 해당 액체에 대한 이송 능력 체크 필요

6. 결론

  (1) 동일 특성 펌프의 직렬, 병렬 운전시 유량이나 양정은 2배가 되지 않는다.

  (2) 펌프의 직렬, 병렬 운전으로 인하여 배관의 저항도 증가하기 때문

  (3) 특히 펌프의 병렬 운전이나, 개별 운전상태의 회복을 위해 펌프의 회전수를

      증가하는 경우 전동기의 과부하에 주의하여야 한다.

<유효흡입수두(NPSH), 케비테이션>

1. 개요

        Cavitation이 일어나지 않는 유효 흡입 양정을 수주로 표시한 것을 말하고

        펌프의 설치 상태 및 유체의 온도 등에 따라 달라진다.

2. 유효흡입수두(NPSH : Net Positive Suction Head)

  (1) 계산식

        

  (2) NPSH가 커지는 조건(케비테이션 증가 조건)

        ① 포화증기압(Pv)이 커질 경우(또는 액체의 온도가 상승할 경우)

        ② Hs가 클 경우 : 흡입 배관이 길어지거나 수직 높이가 높을 경우

        ③ 마찰손실이 클 경우 : 흡입 유량이 크거나 유속이 빠를 경우

  (3) 필요 유효흡입수두 (NPSH_RE)

        ① 임펠라 입구 부근까지 유입되는 액체는 임펠러에서 가압되기 전에 일시적인

           압력 강하가 발생하는데, 이에 해당하는 수두를 필요 유효흡입수두라 함

        ② 이 값은 실험에 의해서만 구할 수 있으며, 토마의 케비테이션 계수(σ), 또는

           흡입 비속도로 추정해 볼 수 있다.

        ③ NPSH_RE = σ․  h

                 σ : 토마의 케비테이션 계수              <그림>

                  h : 펌프의 임펠라 1단에 대한 양정

        ④ NPSH_AV ≥ 1.3 × NPSH_RE

3. 케비테이션

  (1) 정의 :  액체가 유동하고 있을 때에 배관 어느 지점에서의 정압이 그때의 액체

               온도에 상당하는 포화증기압보다 낮아지면, 거기서 액체는 국부적

                증발을 일으키고 기포가 발생한다. 이러한 현상이 생기면 펌프의 성능은

                현저히 저하되고 격심한 소음과 진동을 발생한다.

  (2) 발생 원인, 조건

        ① 관로가 좁아지거나 곡관부, 유속이 빨라져 정압이 떨어지는 곳

           (흡입배관의 마찰손실이 커지는 경우)

        ② 액체의 온도가 상승 → 포화증기압 이하로 배관 압력이 떨어지는 경우

        ③ 액체가 휘발성인 경우

        ④ 해발이 높은 고지역이어서 대기압이 낮아진 경우

        ⑤ 흡입배관의 수직 높이가 높을 경우

  (3) 방지 대책

        ① 배관내 유속을 낮게 한다.

                -. 관경을 확대

                -. 펌프 사양 : 편흡입 → 양흡입으로 변경

                -. 펌프 회전수를 적게 한다.

        ② 흡입측에 공기 유입 방지, 배관계 교축은 편심 레듀샤 사용

        ③ 수온 상승 방지

                -. 펌프 흡입측 유체 온도를 낮게 유지

                   (ex.열교환기와 순환펌프 연결시 열교환기를 펌프 후단에 배치)

                -. 체절운전이나 저유량 운전 금지(릴리프밸브 설치 → 과압 배출)

        ④ 흡입 수조는 설치 위치를 높이고(특히 휘발성 유체), 펌프는 최대한 낮춤

        ⑤ 흡입 관로에 불필요한 굴곡이나 기기, 밸브류 설치 자제

  (4) 케비태이션이 배관계에 미치는 영향

        ① 소음, 진동 발생

        ② 배관이나 임펠라, 펌프 하우징의 심한 침식

        ③ 양수 불능 상태

        ④ 공회전으로 인한 모터 소손, 베아링이나 씰의 손상

4. 펌프 설치 위치에 따른 NPSH 비교

                        <그림>

5. 결론

        펌프 및 배관계 설치시 흡입배관의 유속은 1m/s 이하로 하여야 하며, 가능한

        한 흡수위를 정(+)압 상태로 하되 불가피한 경우 NPSH_AV가 필요 유효흡입

        수두의 1.3배 이상이 되도록 유지한다.

        또한 고온의 유체인 경우 유속이 급격히 빨라지지 않도록 하여 항상 유체의

        포화증기압 이상으로 유지하여야 한다.

<펌프의 서징(Surging)>

1. 개요

 펌프 등을 저유량 영역에서 사용하면 유량과 압력이 주기적으로 변하여 결국

안정된 운전이 불가능한 상태로 되는 서징 현상 발생

2. 서징(Surging) 현상

  (1) 토출측의 압력과 유량이 주기적을 변동

  (2) 소음과 진동이 커져 배관이나 기계장치의 파손 우려

  (3) 진동 주파수는 관로의 고유 진동수에 따라 다르나 대략 0.1~10Hz 정도

  (4) 펌프에서 토출된 과잉 유량의 에너지가 관로계에 축적되어 진동현상 유발

3. 서징의 발생 조건

               <그림>

  (1) 펌프의 특성 곡선이 산고 곡선이고, 이 곡선의 산고 상승부에서 운전

  (2) 배관 주위에 수조나 진공실, 공기탱크 등이 있을 경우

  (3) 탱크 후단에 유량 조절밸브가 있을 것

4. 서징 개선 대책

  (1) 전 유량 영역에 있어 우하향 하강 특성을 갖는 펌프를 사용

  (2) 배관중에 불필요한 수조나 공기 탱크 없도록 함

  (3) 펌프가 항상 특성 곡선의 우하향 지점에서 운전토록 설정

        ① 회전수 증가 → 특성 곡선 변화시킴

        ② 펌프 토출측 밸브 개도율 증가 → 유량 증가, 압력 감소

        ③ 바이패스 배관을 설치하여 과잉 유량 해소