펌프장 계획

[안영숙(홍보팀장)]

4편 1장 . 펌프장 계획

펌프는 상하수도에서 물이나 오수의 양수와 압송에 사용된다. 그러므로 상수도에서 자연 유하식으로 급수나 배수를 할 수 없는 경우나, 하수도에서 오수나 우수의 처리를 부득이 펌프로 처리하여야 할 때는 펌프장 계획을 세워야 한다.

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        상.하수도 펌프장의 계획

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1) 상수도 계획 수량과 대수

취수펌프, 도수펌프, 송수펌프는 각각 계획 1일 최대 취수량 및 계획 1일 최대 급수량을 기준으로 하고, 배수펌프는 계획 시간 최대 급수량으로 하며, 계획 수량 및 펌프 대수는 아래 표를 기준으로 한다.

용도	기준 수량	수량	대수	대수계
취수펌프 도수펌프	계획 1일 최대 취수량	2,800㎥/day 까지  2,500~10,000㎥/day 까지  9,000㎥/day 이상	1(1) 2(2) 3(3)	2 3 4이상
배수펌프	계획 시간 최대 급수량	125㎥/hr 까지  120~450㎥/hr 까지   400/day 이상	2(1) 대형1(1) 소형1 대형 3~5이상	3 대형2 소형1 대형4~6이상

그리고 화재때 배수량이 펌프의 용량을 초과할 때에는 소화전용 펌프를 설치하며, 가압펌프를 도수관로, 송수관로, 배수관로 중에 설치할 때에 설치장소는 상류측에 부압이 발생하지 않는 장소를 선정하여야 한다. 펌프 대수는 계획 수량을 기본으로 결정하지만 용도, 용도별 건설비, 유지관리상의 문제 등을 고려하여 다음의 각항을 기준으로 결정한다.

(1) 펌프는 되도록 최대 효율점 부근에서 운전하도록 그 용량과 대수를 결정해야 한다.

(2) 유지관리에 편리하도록 펌프의 대수는 줄이고 동일 용량의 것을 사용한다.

(3) 펌프의 효율은 대용량일수록 크기 때문에 될 수 있으면 대용량을 사용한다.

(4) 건설비를 절약하기 위하여 예비 대수는 되도록 적게 한다.

(5) 건설중의 일부 통수시나 청천시 등  수량이 적은 경우 또는 수량의 변화가 현저한 경우는 유지관리상 경제적으로 운전하기 위하여 용량이 다른 펌프를 설치하거나 동일 용량의 펌프 회전수를 제어한다.

2) 계획 하수량과 대수

펌프의 설치대수는 계획 오수량과 계획 우수량을 기본으로 하여 정하며, 또 오수 펌프의 설치대수는 분류식은 계획 시간 최대 오수량, 합류식은 계획시간 최대오수량의 3배 이상을 계획 오수량으로 하여 결정한다.

오수 펌프		우수 펌프
계획오수량(㎥/sec)	설치대수(대)	계획오수량(㎥/sec)	설치대수(대)
0.5 이하	2~4 (1)	3 이하	2~3
0.5~1.5	3~5 (1)	3~5	3~4
1.5 이상	4~5 (1)	5~10	4~6

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        양  수

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양수란 물을 자연유하식으로 급수 또는 배수할 수 없는 경우에 동력을 사용하여 급수 또는 배수하는 것이다. 양수장의 종류는 다음과 같다.

1) 양수장의 종류

(1) 저양수 양수장 : 수원에서 물을 정수장으로 취수하기 위한 수원과 정수장 사이에 위치한 양수장

(2) 고양수 양수장 : 정수된 물을 소비자로 송수, 배수하기 위한 양수장

(3) 증압 양수장 : 송수.배수의 수압을 증가시키거나 급증한 상수 요구량을 충족시키기 위하여 혹은 고가 저수조에 송수하기 위한 양수장

2) 양수장의 위치선정시 고려사항

(1) 수질의 보호

(2) 배수 혹은 배수의 처리

(3) 화재, 홍수, 기타 재난에 의한 위험 가능성

(4) 동력이나 연료의 사용 가능성

(5) 확장이 용이한 곳

(6) 인근 주민의 반응

(7) 미관상 좋은 곳

3) 양수장의 구성

(1) 물이 차 있는 습정 : 스크린, 침사지가 설치된다. 습정 내에서 용적이 과대하면 체류시간이 길어 하수가 부패하여 유독성 가스 또는 폭발성 가스가 발생하고, 용적이 과소하면 운전시에 과류가 발생한다. 이때 폭발을 방지하기 위해서 천장에 환기시설을 하고 부패방지를 위하여 체류시간을 30분 이내로 단축한다. 과류방지법으로는 다음과 같은 주위가 필요하다.

  ① 도수로에서 흡수조로 유입하는 하수의 흐름은 급격한 변화와 유속 볒화가 생기지 않는 변형으로 한다.

  ② 흡수조 입구의 유속은 0.5~0.8 m/s로 한다.

  ③ 흡수조가 너무 과대해도 과류가 발생하기 쉽다.

  ④ 흡수조 내의 흐름은 각 펌프에 균등하도록 편류나 회전류가 발생하지 않도록 한다.

(2) 양수기가 위치하는 건정 : 펌프가 설치된다.

(3) 원동기 : 펌프는 원동기에 연결되는데 수직연결(실내면적을 최소화시킬 수 있으며 전동기를 홍수위 이상으로 설치할 수 있는 정점)과 수평연결이 된다.

(4) 개폐기 : 펌프의 운정중에 이상이 발생할 때에는 정지 또는 경보 등을 발할 수 있도록 보호장치가 설치된다.

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        펌프의 종류

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상.하수도용으로 사용되는 펌프를 비속도에 의하여 분류하면 원심력 펌프, 사류 펌프, 축류 펌프를 표준으로 하며, 또 원심력 펌프는 터빈 펌프와 볼류트 펌프로 분류된다. 일반적으로 상하수도에서 많이 사용되는 펌프는 원심력 펌프이며 수도용으로 많이 사용되는 펌프는 터빈형 펌프이고, 하수도용으로 많이 사용되는 펌프는 볼류트 펌프이다.

1) 원심력 펌프(centrifugal pump)

상하수도에서 주로 많이 사용하는 펌프로 임펠라의 회전에 의하여 생기는 물의 회전력(수압력과 속도 에너지)을 케이싱을 통하여 압력으로 바꾸는 펌프이다. 원심력을 발생시키고 이 원심력에 의한 양수 펌프를 원심력 펌프 또는 와권 펌프라 한다. 원심력 펌프는 물을 회전시키는 임펠라와  물을 임펠라에 유도한 후에 토출구 쪽으로 토출시키는 게이싱의 두 주요부로 구성된다.

원심력 펌프는 안내익의 설치여부에 따라 터빈펌프와 볼류트 펌프로 분류한다. 임펠라로부터 분출하는 물의 과대한 속도 에너지를 유효하게 압력으로 전환하기 위하여 임페라의 출구와 나선 케이싱 사이에 안내익을 삽입한 펌프를 터빈 펌프라 하고, 안내익 없는 것을 볼류트 펌프라 한다.

[ 원심력 펌프의 특성 ]

(1) 운전과 수리가 용이하다.

(2) 왕복운동보다는 회전운동을 한다.

(3) 임펠라의 교환에 따라 특성이 변한다.

(4) 일반적으로 효율이 높고 적용 범위가 넓다.

(5) 수중 베어링을 필요로 하지 않으므로 보수가 쉽다.

(6) 흡입성능이 우수하고 공동현상이 잘 방생하지 않는다.

(7) 적은 유량을 가감하는 경우 소요동력은 적어도 운전에 지장이 없다.

(8) 날개는 견고하지만 원심력이 크고 반경 및 축방향으로도 장소를 차지한다.

(9) 원심력 펌프에서 요구되는 양정은 펌프의 특성에 따라 다르다.

2) 축류 펌프(axial flow pump)

축류 펌프는 임펠라의 원심력에 의하지 않고 양력작용에 의하여 물이 축 방향으로 토출하는 것으로, 회전수를 높게 할 수 있어 사류 펌프보다 소형으로 되며 정양정이 4m 이하인 경유에는 축류가 경제적으로 유리하다. 구조적으로 축방향으로 길게 되지만 일반적으로 원심력 펌프보다 소형이 된다. 흡입성능은 원심력 펌프보다 떨어지지만 축류 펌프보다 우수하다.

[ 축류 펌프의 특성 ]

(1) 형태가 작고 임펠라의 회전수(원심력 펌프의 1.5배)가 빠르다.

(2) 양정 변화에 대해서 수량의 변화가 적고 효율의 저하도 적어 저양정이고 양정이 변하는 경우에 적합하다.

(3) 구조가 간단하고 임펠라나 나선 케이싱은 다함께 물의 통로가 짧으며 심한 굴곡부가 있다.

(4) 비교 회전도가 크기 때문에 저양정에 대해서도 비교적 고속이고 원동기와 직결할 수 있다.

3) 사류 펌프(mixed flow pump)

사류펌프는 임펠러의 원심력과 양력작용에 의해 물이 축방향으로 들어와 방사와 축의 중간 방향인 사방향으로 토출하는 것이며, 원심력 펌프와 축류 펌프의 중간형으로 양정은 3~15m 정도이다. 양정 변화에 대하여 수량의 변동이 적고 또 수량변동에 대해 동력의 변화도 적으므로, 우수용 펌프 등 수위변동이 큰 곳에 적합하다. 이는 원심력 펌프에 비해 양정의 변화에 따라 효율이 덜 저하되기 때문에 양정변화가 있는 경우에 적합하다. 즉 중양정 및 저양정에 적합하다.

[ 사류 펌프의 특성 ]

(1) 운전시 동력이 일정하다.

(2) 광범위한 양정변화에 대해서도 양수 가능하다.

(3) 원심력 펌프보다 소형이기 때문에 설치면적도 작고 기초공사비가 절약된다.

(4) 축류 펌프보다 공동현상이 적게 일어나고, 같은 양정일 때는 축류 펌프보다 흡입양정을 크게 할 수 있다.

4) 스크류 펌프

일반적으로 상하수도에서는 원심력 펌프를 많이 사용하지만 기타의 스크류 펌프는 유지관리가 간단하여 하수도에 사용하는 펌프로, 슬러지의 반송용으로 좋은 결과를 얻고 있으면 저양정에 적합한 펌프이다.

스크류 펌프는 스큐류형의 날개를 용접한 속이 빈 축을 상부 및 하부의 수중 베어링으로 지지하고 수평에 대해 약 30° 경사인 U자형 드럼통 속에서 회전시켜 하부로부터 양수하는 펌프이다. 스크류 펌프의 성능인 최대 양정은 구조상으로부터 약 8m가 한도이며 효율은 75~80% 정도이고 회전수는 분당 100회 이하로 낮다.

흡입 수면이 기준 흡인 수면보다 높은 경우는 토출이 일정하고 효율과 축동력도 거의 일정하나, 기준 흡입 수면보다 낮게 되면 토출량, 효율 및 축동력이 급격히 저하한다.

[ 스크류 펌프의 장점 ]

(1) 회전수가 낮기 때문에 마모가 적다.

(2) 수중의 협잡물이 물과 함께 떠올라 폐쇄가 적다.

(3) 구조가 간단하고 개방형이어서 운전 및 보수가 쉽다.

(4) 침사지 및 펌프 설치대를 두지 않고도 사용할 수 있다.

[ 스크류 펌프의 단점 ]

(1) 양정에 제한이 있다.

(2) 일반 펌프에 비하여 펌프가 크게 된다.

(3) 토출측의 수로를 압력관으로 할 수 없다.

(4) 오수의 경우 양수시에 개방된 상태이므로 냄새가 발생한다.

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        펌프 선택시 고려사항

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(1) 배출량이 많고 비교적 고양정이며 효율이 높은 것

(2) 양정의 변동이 용이하고 효율의 저하 및 운동력의 증감에 변화가 적을 것

(3) 모래와 니토 또는 진개가 혼입한 하수를 양수할 수 있을 것

(4) 수질로부터 화학작용을 받아도 부식 등으로 인한 효율의 저하가 적을 것

(5) 펌프 내부의 검사 청소에 편리한 구조일 것

(6) 형상이 적어서 기초나 건물면적이 좁은 곳에 사용할 수 있다.

(7) 구조가 간단해서 취급이 간편할 것

(8) 고장이나 파손 등이 적고 운전이 확실하며 효율이 높고 수명이 길 것

(9) 고장이 생길 경우 수리.수선이 쉬울 것

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