급수용 기기의 용량

[hvacyoon]

  2-4 급수용 기기의 용량

    2-4-1 저수조(수수조)

  저수조는 당해건물 전용의 수원으로서, 수조 내의 물은 항상 공급되는 수돗물과 동일한 수질을 유지시켜야 한다. 저수조에는 건물의 지하나 지상의 1층에 설치하는 수수조, 건물의 옥상이나 급수타워 등에 설치하는 고가수조, 고층건물의 경우 건물 중간에 설치하는 중간수조 등이 있다. 일반적으로 건물에 공급할 물을 최초로 받아 저수하는 수수조(receiving tank)를 흔히 저수조라고 부른다.

   저수조의 재질로는 콘크리트제. FRP제, 강판제, 스테인리스강제, SMC제가 사용되며, 이외에 최근에 개발된 PE제와 과거에 많이 사용되었던 강판제가 있다.

  1. 구 조

  수조는 구조상 외부에서 먼지나 기타 위생상 유해한 것이 들어가지 않도록 고려하고, 맨홀ㆍ통기관ㆍ오버플로관 등을 설치한다. 또한 배수가 잘 되도록 바닥에는 구배를 주며 배수홈과 흡입피트를 갖춘다. 그림 2.23에 저수조의 구조 예를 나타냈다.

  저수조를 지하에 설치하는 경우는 수도 인입관과 수직거리가 높으면 수도본관의 수압이 저하되어 이웃에 영향을 미치므로, 보조 저수조 또는 정수위밸브를 인입관보다 1.5[m] 위에 설치하고 여기에서 저수조로 송수한다. 보조 저수조를 설치하는 경우 저수량은 보통 1~3[m³]정도로 한다.

                              그림 2.23  저수조

  2. 유효용량

 저수조의 용량은 저수량 확보를 위해 크게 하는 것이 좋으나, 너무 크면 수조 내에서 물의 체류시간이 길어져 수중의 잔류염소가 소멸되기 때문에 부패나 세균의 번식 등 위생상의 문제점이 발생한다. 일반적으로 저수탱크의 유효용량은 수도 인입관에서의 급수능력에 따라 결정한다. 그러나 수도본관의 압력변동에 따른 정확한 값을 추정하기 힘들고 또한 단수 등을 고려하여, 유효용량을 1일급수량의 1/2크기, 또는 시간평균 예상급수량의 2~3배로 한다.

  소화용수는 위생상의 관점에서 별도로 설치하는 것이 바람직하나, 겸용인 경우는 그 양만큼 추가한다.

(1) 수도 인입관의 급수능력을 고려한 경우

          V_s ≥ Q_d - Q_sT

     또는 Q_s(24 - T) ≥ V_s

         여기에서, V_s : 저수조의 유효용량[ℓ]

                   Q_d : 1일 예상급수량[ℓ/d]

                   Q_s : 수도 인입관의 급수능력[ℓ/h]

                        - 일반적으로 시간평균 예상급수량(Q_h)의  2/3 정도로 한다.

                    T : 1일평균 사용시간[h]

(2) 양수펌프의 양수량과 수도 인입관의 급수능력을 고려한 경우

          V_s ≥ (Q_pu-Q_s)ㆍT₂ + Q_sㆍT₃ 

         여기에서, Q_pu : 양수펌프의 양수량[ℓ/min]

                    Q_s : 수도 인입관 또는 수원의 급수능력[ℓ/min]

                   T₂ : 양수펌프의 최장운전시간[min] (보통 45분)

                   T₃ : 수도 인입관의 최단급수시간[min] (보통 30분)

  (3) 경험식

          V_s = 1/2 Q_d

      또는 V_s = (2~3)Q_h 

         여기에서,  Q_h : 시간평균 예상급수량[ℓ/h]

    2-4-2 고가수조(옥상탱크 ; roof tank, elevated tank)

  1. 구 조

  고가수조의 재질은 저수조에 준한다. 최근에는 중량경감과 부식방지 등의 이유로 스테인리스강이나 FRP, SMC제가 많이 사용되고 있다.

  구조는 2.24와 같이 양수관, 급수관, 오버플로관, 배수관, 맨홀, 액면스위치 또는 플로트스위치 등으로 구성되었다. 수조 내의 수위는 액면스위치나 플로트스위치(float switch)에 의해 항상 일정량을 유지하도록 자동적으로 양수펌프가 작동되게 하였다. 수조의 용량이 4.5[m³]이상이면 청소나 보수ㆍ점검이 용이하도록 복식수조로 설치하는 것이 바람직하다.

                  

   그림 2.24  고가수조

  2. 유효용량

 (1) 양수펌프의 양수량을 고려한 경우

           V_e ≥ (Q_p-Q_pu)T₁ + Q_puㆍT₂

               다만, Q_p〈 Q_pu라도 Q_p - Q_pu = 0으로 한다.

         여기에서,

         V_e : 고가수조의 유효용량[ℓ]

         Q_p : 순간최대 예상급수량[ℓ/min]

         Q_pu : 양수펌프의 양수량[ℓ/min] 

         T₁ : 순간최대 예상급수량의 지속시간[min] (보통 30분)

         T₂ : 양수펌프의 최단운전시간[min] (보통 10~15분)

  순간최대 예상급수량의 지속시간(T₁)은 30분 정도, 양수펌프의 최단운전시간(T₂)은 10~15분 정도로 한다. 또한 고층건물에서는 고가수조의 용량을 적게 하기 위하여 양수펌프의 양수량(Q_pu)을 순간최대 예상급수량(Q_p)에 근접시키고, 고가수조의 용량은 양수펌프의 기동ㆍ정지 역할만 한다.

              

                그림 2.25  고가수조의 용량

   (2) 경험식

   시간평균 예상급수량의 1~2시간분, 또는 시간최대 예상급수량의 0.7~1.5배로 한다.

           V_e = (1~2)Q_h  

           이때, 고가수조가 대규모인 경우는 Ve = Q_h 로

                             소규모인 경우는 Ve = (1.5~2)Q_h 로 한다.

      또는 V_e = (0.7~1.5)Q_m 

   2-4-3  양수펌프

  양수펌프(lift pump)는 주로 원심펌프가 사용되며, 액면스위치 또는 플로트스위치에 의해 계전기(magnet-switch)가 조작되어 전기회로가 개폐되므로 작동된다. 펌프의 능력은 양수량과  양정에 의해 동력이 결정된다. 또 설치장소나 조건에 의해 형식이 결정된다.

  1. 양수량 

  펌프의 양수량은 고가수조의 용량과 관계가 있다. 일반적으로 시간최대 예상급수량 정도로 한다.

         Q_pu = Q_m 

          여기에서,  Q_pu : 펌프의 양수량[ℓ/h]

                     Q_m : 시간최대 예상급수량[ℓ/h]

  또는 고가수조의 용량을 30분 이내에 양수할 수 있는 용량, 즉 1시간 양수량이 고가수조 용량의 2배 정도가 되도록 한다.

          Q_pu = V_e × 2 [ℓ/h]

                  V_e

             = -------- [ℓ/min]

                30

  2. 전양정

                            v²

          H = H_a + H_f ＋------

                           2g

          여기에서,  H : 펌프의 전양정[m]

                    H_a : 펌프의 실양정(흡수면에서 양수관 끝까지의 수직높이) [m]

                    H_f : 양수관의 전손실수두 [mAq]- 양수관의 전손실수두(H_f)는 개략적인 값으로는  실양정의 15~20[%]정도로 한다.

                    v²    

                  ----- : 토출구의 속도수두[m]

                   2g

                    g : 중력 가속도[9.8m/s²]

  3. 흡입관경

          

           여기에서, d : 펌프의 흡입구경 [m]

                     Q : 펌프의 양수량 [m³/sec]

                     v : 흡입구의 유속 [m/sec]

  4. 소요동력

               ρgQH

         L =  ----------- (1+α)

                η_p    

         여기에서,  L : 펌프의 소요동력[W, kW]

                   ρ : 물의 밀도[kg/m³]

                    g : 중력 가속도[9.8m/s²]

                    Q : 펌프의 토출량[m³/sec]

                    H : 펌프의 전양정[m]

                   η_p : 펌프의 효율[%]

                    α :  여유율 (전동기 = 0.1~0.2)

                        ☞ 중력단위계

                           γ Q H  

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

                            102η_p   

                          여기에서, γ : 물의 비중량[kgf/m³]

  [예제 2-5] 1,500명이 이용할 것으로 예상되는 사무소건물의 급수를 계획할 때 수도의 공급능력이 250[ℓ/min]이라면 저수조, 고가수조 및 양수펌프의 용량을 산정하라?

    2-4-4 압력수조와 양수펌프

  1. 압력탱크의 구조

  압력수조(pressure tank)는 강판을 원통형으로 성형하여 용접제작하며, 수직 또는 수평으로 설치한다. 수조에는 압력계ㆍ수면계ㆍ안전밸브ㆍ압력 스위치ㆍ배수 콕 등이 설치되며, 형식에 따라 공기압축식과 격막식이 있다.

                    

그림 2.26  압력수조

  2. 압력수조내의 압력과 수량비율

  압력수조에 물을 넣기 전의 압력을 초압, 물을 전부 넣었을 때의 압력을 종압이라고 한다. 초압과 종압에 대한 압력수조 내 수량의 비율은 표 2.10과 같다.

  3. 압력수조내의 수량과 공기압의 원리

  공기가 압력수조 내에서 압축될 때 열이 발생하나, 이 열은 물에 흡수되어 수조 자체에서 방열하므로 등온압축으로 생각할 수 있기 때문에 보일의 법칙(Boyle^,s law ; 일정한 온도 즉 등온상태에서 기체의 압력과 체적은 반비례하는 법칙)이 성립한다. 즉 P₁V₁ ＝ P₂V₂에 의해 다음의 식이 성립한다.

           P₁      V₂

          -----  = -----

           P₂       V₁

          여기에서,  P₁ : 최초의 압력[절대압 Pa]{절대압 kgf/cm²}

                     P₂ : 압축되었을 때의 압력[절대압 Pa] {절대압 kgf/cm²}

                     V₁ : 압력 P₁에서 공기의 체적[%]

                     V₂ : 압력 P₂에서 공기의 체적[%]

  지금 수조 내에 물이 유입하기 이전의 게이지압을 p₁[Pa]{kgf/cm²}이라 하면 절대압 P₁은(p₁ + 101.3)[kPa]〔(p₁ + 1.033) {kgf/cm²}〕이 된다. 탱크용적 V₁을 1로 하고 그 속에 물을 유입시켜 그 양을 X%라고 하면, 수조 내의 공기는 압축되어 V₂ = (1 - x)%가 된다. 이때의 게이지압을 p₂라 하면 절대압 P₂는 (p₂ + 101.3)[kPa]〔(p₂ + 1.033){kgf/cm²}〕이 되므로 다음과 같이 표시할 수 있다.

           p₁ + 101.3      1 - x

         ----------------- = -----------

           p₂ + 101.3        1

                     p₂ - p₁  

           ∴ x = -----------------

                   p₂ + 101.3

                          ☞ 중력단위계

                              p₁ + 1.033      1 - x

                            ----------------- = -----------

                              p₂ + 1.033         1

                                     p₂ - p₁  

                           ∴ x = -----------------

                                   p₂ + 1.033

  예를 들면 게이지압 p₁ = 0인 수조 내에 물을 압입시켜 압력계가 100[kPa] {1.0 kgf/cm²}를 나타내었다면 수조 내의 수량은 위의 식에서

                 100 - 0

          x = ----------------- = 0.4967 ----------------------- 49.7%

               100 + 101.3

                         ☞ 중력단위계

                                 1 - 0

                         x = ----------------- = 0.4919 -------- 49.2%

                               1 + 1.033

  다시 물을 계속 압입시켜서 게이지압이 250[kPa]{2.5kgf/cm²}가 되었다면 p₁ = 0, p₂ = 250[kPa]{2.5kgf/cm²}에서 수조 내 수량은

                 250 - 0

          x = ----------------- = 0.7116 ----------------------- 71.2%

               250 + 101.3

                         ☞ 중력단위계

                                2.5 - 0

                         x = ----------------- = 0.7076 -------- 70.8%

                              2.5 + 1.033

  다음에 수조 내의 초압을 p₁ = 100[kPa]로 하고 물을 압입시켜 p₂ = 2[kPa]로 되었다면

                200 - 100

          x = ----------------- = 0.3319 ----------------------- 33.2%

               200 + 101.3

가 된다. 표 2.10의 수량비율값(%)이 계산값보다 다소 차이가 나는 것은 오직 등온압축이라 가정하여 구했기 때문이다. 그러나 실제는 등온팽창이 되지 않고 등온과 단열의 중간상태에서의 변화(PVⁿ ＝C)하므로 다음의 식이 적합하다.

            P₁        V₂ⁿ

           ------  =  --------  

            P₂          V₁ⁿ  

  여기서 n은 공기의 경우 1.4정도로 잡는다.

 표 2.10(a)  압력수조 내의 수량비율(%) - SI단위

		종    압 P [kPa]
		50	100	150	200	250	300	350	400	450	500	600	700	800	900	1000
초 압 P [kPa]	0	33.0	49.7	59.7	66.4	71.2	74.8	77.6	79.8	81.6	83.2	85.6	87.4	88.8	89.9	90.8
	25	16.5	37.3	49.7	58.1	64.0	68.5	72.0	74.8	77.1	79.0	82.0	84.2	86.0	87.4	88.5
	50	0	24.8	39.8	49.8	56.9	62.3	66.5	69.8	72.6	74.8	78.4	81.1	83.2	84.9	86.3
	75		12.4	29.8	41.5	49.8	56.1	60.9	64.8	68.0	70.7	74.9	78.0	80.4	82.4	84.0
	100		0	19.9	33.2	42.7	49.8	55.4	59.8	63.5	66.5	71.3	74.9	77.7	79.9	81.7
	125			9.9	24.9	35.6	43.6	49.9	54.9	59.0	62.4	67.7	71.8	74.9	77.4	79.5
	150			0	16.6	28.5	37.4	44.3	49.9	54.4	58.2	64.2	68.6	72.1	74.9	77.2
	175				8.3	21.3	31.1	38.8	44.9	49.9	70.7	60.6	65.5	69.3	72.4	74.9
	200				0	14.2	24.9	33.2	39.9	45.3	49.0	57.0	62.4	66.6	69.9	72.6
	225					7.1	18.7	27.7	34.9	40.8	45.7	53.5	59.3	63.8	67.4	70.4
	250					0	12.5	22.2	29.9	36.3	41.6	49.9	56.2	61.0	64.9	68.1
	275						6.2	16.6	24.9	31.7	37.4	46.3	53.0	58.2	62.4	65.8
	300						0	11.1	19.9	27.2	33.3	42.8	49.9	55.5	59.9	63.6
	325							5.5	15.0	22.7	29.1	39.2	46.8	52.7	57.4	61.3
	350	V′           p′- p  ----- × 100 = --------------× 100   V           p′+ 101.3						0	10.0	18.1	24.9	35.7	43.7	49.9	54.9	59.0
	375								5.0	13.6	20.8	32.1	40.6	47.2	52.4	56.8
	400								0	9.1	16.6	28.5	37.4	44.4	49.9	54.5
	450									0	8.3	21.4	31.2	38.8	44.9	49.9
	500										0	14.3	25.0	33.3	39.9	45.4

   비고 ; 식 중에서 V : 압력수조의 용적, V′: 물의 용적

표 2.10(b)  압력수조 내의 수량비율(%) - 중력단위  

		종    압 P {kgf/cm2G}
		0.5	1.0	1.5	2.0	2.5	3.0	3.5	4.0	4.5	5.0	6.0	7.0	8.0	9.0	10.0
초 압 P {kgf/ cm2G}	0	32.6	49.3	59.3	66.0	70.2	74.4	77.2	79.5	81.4	82.9	84.4	87.2	88.6	89.7	90.7
	0.25	15.0	36.4	49.4	57.8	63.8	68.2	71.8	74.5	76.9	78.8	81.8	84.1	85.8	87.2	88.4
	0.5	0	24.5	39.4	49.4	56.6	61.9	66.2	69.5	72.3	74.6	78.2	80.9	83.0	84.7	86.1
	0.75		12.0	29.5	41.4	49.5	55.7	60.6	64.5	67.7	70.4	74.6	77.8	80.4	82.2	83.8
	1.0		0	19.8	33.0	42.5	49.5	55.2	59.6	63.3	66.3	71.1	74.7	77.5	79.8	81.6
	1.25			9.9	24.8	35.5	43.4	49.7	54.6	58.8	62.2	67.5	71.6	74.8	77.3	79.3
	1.5			0	16.5	28.3	37.2	44.1	49.6	54.2	58.0	64.0	68.5	72.0	74.9	77.0
	1.75				8.3	21.3	31.0	38.6	44.8	49.7	53.9	60.4	65.4	69.2	72.3	74.8
	2.0				0	14.1	24.8	33.1	39.7	45.7	49.7	56.9	62.2	66.4	69.7	72.5
	2.25					7.0	18.6	27.6	34.8	41.2	45.6	53.3	59.1	63.1	67.2	71.2
	2.5					0	12.4	22.0	29.8	36.2	41.9	49.8	56.0	60.9	64.7	68.0
	2.75						6.3	16.5	24.9	31.6	37.8	46.2	52.9	58.2	62.5	65.9
	3.0						0	11.0	19.8	27.1	33.1	42.6	49.7	55.4	59.8	63.4
	3.25							5.6	15.0	21.7	29.1	39.2	46.8	52.7	57.4	61.3
	3.5	V′           p′- p  ----- × 100 = --------------× 100   V           p′+ 1.033						0	10.0	18.0	24.9	35.5	43.6	49.8	54.9	58.9
	3.75								5.0	14.4	20.7	32.0	40.5	47.0	52.4	56.7
	4.0								0	9.0	16.5	28.4	37.4	44.3	49.9	54.5
	4.5									0	8.4	21.3	31.2	38.8	44.9	49.9
	5.0										0	14.3	25.0	33.3	39.9	45.4

 비고 ; 식 중에서  V : 압력수조의 용적, V′: 물의 용적

  4. 압력수조의 용량

(1) 압력수조에 필요한 최저압력과 최고압력

          P = p₁ + p₂ + p₃

           P_Ⅱ = P_Ⅰ + (1.0~2.0)

          여기에서,

           P_Ⅰ : 압력수조에 필요한 최저압력[Pa] {kgf/cm²}

           P_Ⅱ : 압력수조에 필요한 최고압력[Pa] {kgf/cm²}

           p₁ : 압력수조에서 제일 높은 곳에 설치된 수도꼭지까지의 높이에 상당하는 압력[Pa] {kgf/cm²}

           p₂ : 압력수조에서 제일 높은 곳에 설치된 수도꼭지까지의 배관의 손실에 상당하는 압력[Pa] {kgf/cm²}

           p₃ : 제일 높은 곳에 설치된 수도꼭지에 필요한 최저수압[Pa] {kgf/cm²}

  최고압력과 최저압력의 차 P_Ⅰ-P_Ⅱ는 100~200[kPa] {1.0~2.0 kgf/cm²}범위에서 정한다.

  (2) 압력수조의 유효용량 : 펌프 양수량의 2~3분간의 양 또는 시간최대 예상급수량의 20분간의 량(10~30분간의 량)으로 한다.

           V_p = (2~3)Q_pu

                Q_m

      또는 V_p = ------

                3

          여기서,  V_p : 압력수조의 유효용량[ℓ]

                  Q_pu : 펌프의 양수량[ℓ/h]

                   Q_m : 시간최대 예상급수량[ℓ/h]

                     

그림 2.27  압력수조의 용량

  (3) 압력수조의 전 용적 : 압력수조의 최고압력 P_Ⅱ일 때 수조 내의 수량비율을 V_Ⅱ%, 최저압력 P_Ⅰ일 때 수조 내의 수량비율을 V_Ⅰ%이라 하면 수조의 전 용량 V₀는 다음과 같다.

          (V_Ⅱ-V_Ⅰ)V₀ = V_p

                  V_p     

       ∴ V₀ = -----------  [ℓ]

                V_Ⅱ-V₁

          여기에서, 최고압력 P_Ⅱ일 때의 수량비율 V_Ⅱ는 수조 전 용량의 ⅔정도(70%)로 한다.

  5. 펌프의 용량

  (1) 펌프의 양수량 : 순간최대 급수량 또는 압력수조의 유효용량을 2~3분에 양수할 수 있는 용량으로 한다.

          Q_pu = Q_p

                  V_p

     또는 Q_pu  = -----------

                 2~3

  (2) 펌프의 전양정

           H = H₁ + H₂ + H₃ + H₄

          여기에서,  H : 펌프의 전양정[m]

                    H₁ : 펌프의 흡수면에서 최정상부에 있는 기구까지의 수직높이[m]

                    H₂ : H₁ 배관의 손실수두[mAq]

                    H₃ : 최정상부에 있는 기구의 필요압력에 상당하는 수두[mAq]

                    H₄ : 펌프가 기동ㆍ정지할 때 압력차에 상당하는 수두[mAq]

                        (보통 10~20[mAq]범위로 한다.)

      또는 H= H_Ⅱ + H_a + H_f

          여기에서,   H_Ⅱ : 최고압력 P_Ⅱ에 상당하는 수두 [mAq]

                      H_a : 펌프의 흡수면에서 수조 최고수위까지의 수직높이[m]

                      H_f : 흡입관에서 압력수조까지 배관의 손실수두[mAq]

  6. 압력탱크의 두께

 두께가 탱크의 지름에 비해 비교적 얇은 경우, 즉 두께가 지름의 1/10이하인 압력탱크가 내압을 받을 때의 응력상태는 다음과 같다.

                  

                       그림 2.28  압력탱크에 작용하는 응력

     그림에서,  p : 내압 [Pa] {kgf/cm²}

                D : 원통의 내경 [cm]

                t : 원통의 두께 [cm]

                ℓ : 원통의 길이 [cm]

               σ_{1 :} 세로방향의 인장응력 [Pa] {kgf/cm²}

               σ₂ : 원주방향의 인장응력 [Pa] {kgf/cm²}

(1) 세로응력 (longitudinal stress)

 그림 2,28(a)에 나타낸 임의의 단면 XY를 경계로 해서 이것을 긴 쪽으로 잡아당기려고 하는 힘이 작용하고, 이 때문에 XY단면에는 인장응력이 생긴다. 이때의 인장력은 탱크의 경판에 작용하는 내압 p의 합력 P₁=π/4D²ㆍp이다. 이 힘에 의해 세로방향의 인장응력 σ₁이 생기는 단면적은 πDㆍt이다. 이 내압의 합력 P₁과 전응력은 평형상태이므로,

               π  

          pㆍ------- D² = πD tㆍσ₁

                4

                    p D

          ∴ σ₁ = -------- [Pa] {kgf/cm²}

                    4 t  

  (2) 원주응력 (circumferential stress) : σ₂

  그림 (b)에서 원통의 직경을 포함한 단면 AB에 투영한 면적은 Dℓ이며, 여기에 작용하는 내압의 합력 P₂는 pㆍDℓ이다. 즉 이 원통은 pㆍDℓ의 힘으로 작용하는 AB를 경계로하여 파열시키려는 작용을 받는다. 이에 저항해서 내부 AA′- BB′에 인장응력 σ₂가 생기며, 이 응력이 생기는 단면적은 2tℓ이다. 이 전응력과 내압의 합력 P₂는 균형을 이루는 상태이므로,

           p・D ℓ = 2 t ℓ・σ₂

                    p D

          ∴ σ₂ = -------- [Pa] {kgf/cm²}

                    2 t

  세로응력과 원주응력을 비교하면 σ₂는 σ₁의 2배이다. 즉 원통을 세로로 파열시키려고 하는 힘의 작용에 의해 생기는 인장응력 σ₂는, 원통의 축에 직각의 면으로 파열시키려는 힘에 의해서 생기는 인장응력 σ₁의 2배가 된다.

  압력탱크의 두께계산은 원주응력 σ₂에 대해서 하며, 부식에 따른 두께의 감소에 대한 여유나 이음의 영향을 고려하여 다음의 경험식을 사용한다.

                 p D

          t = -----------  + C  [cm]

               2 σ_a η

          여기에서,  C : 부식여유 [강은 1~2mm]

                     η : 이음효율 [용접이음 : 85~90%]

                     σ_a : 재료의 허용응력 [Pa] {kgf/cm²}

  [예제 2-6] 압력수조식으로 급수하는 경우 순간최대 예상급수량이 160[ℓ/min], 최고층의 수전(세척밸브)과 압력수조와의 높이 차가 8[m], 배관계의 전마찰손실수두가 5[mAq]일 때 압력수조와 펌프의 용량을 결정하라.

  [예제 2-7]  최대내압이 588[kPa]{6kgf/cm²}인 내경 1[m]의 원통형 압력탱크를 제작할 경우 강판의 두께를 구하라. 다만, 사용강판의 허용응력을 44.1[MPa]{450kgf/cm²}, 이음효율 80[%]로 한다.

    2-4-5 펌프 직송식(탱크없는 부스터방식)의 펌프

  1. 부스터펌프의 용량

  (1) 부스터펌프의 양수량 : 순간최대 예상급수량을 모든 펌프로 처리할 수 있는 양으로 한다. 야간에 전용으로 사용하는 유량이 적은 펌프를 겸용하는 경우는, 단독 운전을 기본으로 할 때 그 양수량은 시간최대 급수량 정도로 한다. 

          Q_pu = Q_p

         Q_pu = Q_m (야간전용 소 유량 펌프의 경우)

   (2) 부스터펌프의 전양정

        H = H_a + H_f + H_p

        여기에서, 

         H : 펌프의 전양정[m]

         H_a : 펌프의 실양정(펌프 흡수면에서 제일 높은 곳에 설치된 수전까지의 수직높이) [m]

         H_f : 배관손실수두(펌프의 풋밸브에서 제일 높은 곳에 설치된 수전까지의 배관의 전손

              수두)[mAq]

         H_p : 제일 높은 곳에 설치된 수전에 필요한 최저수압에 상당하는 수두[mAq]

     2. 부스터펌프의 작동

  (1) 정속방식(대수제어) : 변속방식에 비해 설비비가 싸며, 전 수송량 1,000[ℓ/min]이하의 소규모에 적당하다.

  작동방식을 예를 들면 최대순간유량이 1,200[ℓ/min]일 경우 토출량 400[ℓ/min]의 펌프 3대를 사용한다고 가정한다. 그러면 0~400, 401~800, 801~1200[ℓ/min]의 사용수량에 대해서 각각 1대, 2대, 3대의 펌프가 운전한다. 그러나 중간유량인 경우 예를 들어 600[ℓ/min]일 때는 2대를 운전하고 나머지 200[ℓ/min]은 바이패스해서 저수조로 되돌린다.

                      

그림 2.29  대수제어

  (2) 변속방식(회전수 제어) : 정속방식에 비해 에너지 밎 운전비가 절약되며, 대규모 건축물에 적당하다. 이 방식은 회전수의 감소에 따라 펌프의 특성곡선은 상사형으로 변화하고, 이것과 장치의 저항곡선 교점으로 운전조건이 결정된다.

                

그림 2.30  회전수제어

  (3) 병용방식 : 수량이 적을 때는 1대의 펌프만 운전하고, 수량의 증가에 따라 대수를 제어하는 방식이다. 일정 유량 이상이 되면 2대째가 운전에 들어가고 1대는 최고 회전수(full load)로 정속운전하면서 2대째가 회전수 제어로 변속운전이 된다. 회전수 제어의 변속펌프는 정속펌프에 비해 설비비 운전비가 많으므로 경비절약을 위해 일반적으로 1대 또는 수대의 정속펌프와 1대의 변속펌프로 조합하여 사용한다.

  일반적으로 펌프의 작동방식은 토출압력을 일정하게 제어하는 방식이 사용된다. 그림 2.32는 토출압력 일정의 회전수 제어방식으로서 B,C,D점에서 운전한다. 그러나 고정저항(기구의 최저사용압력과 최고위치의 기구까지의 높이) H가 배관저항 R에 비해 클 경우는 전력소비가 적지만, 반대의 경우에는 전력손실이 커져서 에너지 절약을 위해 대수제어는 유량검출에 의한다.

                 

그림 2.31  병용방식

       

그림 2.32  토출압력 일정의 회전수 제어