원심펌프 성능 곡선 및 시스템 곡선 분석

본 내용은 " 기계공학실험_순환 펌프 실험 보고서 " 의 원문 자료에서 일부 인용된 것입니다. 2023.10.11

문서 내 토픽

• 1. 원심펌프의 구조 및 원리

  원심펌프는 회전축에 부착된 임펠러와 케이싱으로 구성된 반류 터보기계이다. 임펠러는 축 주위에 규칙적으로 배열된 여러 개의 날개로 이루어져 있으며, 임펠러가 회전하면서 유체가 케이싱을 통해 흡입되어 방사상으로 흘러나간다. 회전하는 날개에 의해 유체에 에너지가 가해지면서 중심에서 주변으로 흐르면서 압력과 절대속도가 모두 증가한다. 결과적으로 유입 시 대비 속도와 압력이 증가한 유체가 배출된다.

• 2. 캐비테이션 현상 및 방지 대책

  캐비테이션은 유체 내 저압 부분에서 물에 포함된 가스가 빠져나와 기포를 형성하는 현상이다. 펌프 입구에서의 유동 경로 변화로 인한 압력 강하 시 저압 부분이 형성되고, 임펠러 중심에 공동이 생긴다. 이 부분의 압력이 해당 온도의 포화 증기압보다 낮으면 증기 기포가 발생한다. 방지 대책으로는 펌프 설치 높이를 낮추어 흡입 양정을 단축하고, 배관을 매끄럽고 짧게 하며, 임펠러가 완전히 물에 잠기도록 하고, 펌프 회전 속도를 줄이며, 마찰 저항이 낮은 흡입 배관을 사용해야 한다.

• 3. 펌프 성능 곡선 및 효율 계산

  펌프 성능 곡선은 실제 양정 곡선, 축 동력 곡선, 효율 곡선으로 구성된다. 실제 양정은 출구와 입구의 압력 차이를 밀도와 중력으로 나누어 계산하고, 축 동력은 회전 속도와 토크를 이용하여 계산하며, 효율은 비중량, 유량, 실제 양정을 축 동력으로 나누어 구한다. 이상적 성능 곡선은 선형이지만 실제 곡선은 펌프 내부의 손실로 인해 비선형이다.

• 4. 시스템 곡선 및 운전점 분석

  시스템 곡선은 양정 = 높이 양정 + (손실 계수 × 속도²)/(2×중력)으로 계산된다. 손실은 입구, 출구, 엘보우 등에서 발생하며 각각의 손실 계수를 합산한다. 펌프 성능 곡선과 시스템 곡선의 교점이 운전점이고, 최고 효율점은 펌프가 최고 효율로 운전되는 유량이다. 두 점이 일치하지 않을 경우 캐비테이션과 서징 현상이 주요 원인이며, 펌프를 직렬 또는 병렬로 연결하여 개선할 수 있다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

• 1. 원심펌프의 구조 및 원리

  원심펌프는 회전하는 임펠러가 액체에 원심력을 가하여 에너지를 전달하는 방식으로 작동합니다. 임펠러의 회전으로 액체가 중심에서 외부로 이동하면서 속도 에너지가 증가하고, 이후 디퓨저와 볼류트에서 속도 에너지가 압력 에너지로 변환됩니다. 이러한 구조는 높은 유량 처리 능력과 안정적인 성능을 제공하여 산업 전반에서 광범위하게 사용됩니다. 특히 임펠러의 설계와 재질 선택이 펌프의 효율성과 내구성에 직접적인 영향을 미치므로, 운전 조건에 맞는 적절한 임펠러 선택이 중요합니다.

• 2. 캐비테이션 현상 및 방지 대책

  캐비테이션은 펌프 입구에서 압력이 액체의 증기압 이하로 떨어질 때 발생하는 기포 형성 현상으로, 펌프의 성능 저하와 손상을 초래합니다. 이를 방지하기 위해서는 입구 배관의 설계 개선, 펌프 설치 높이 조정, 입구 압력 증가 등의 대책이 필요합니다. 또한 운전 조건을 적절히 관리하여 흡입 양정을 최적화하고, 필요시 입구에 보조 펌프를 설치하는 방법도 효과적입니다. 캐비테이션 방지는 펌프의 수명 연장과 안정적인 운전을 위해 필수적인 고려사항입니다.

• 3. 펌프 성능 곡선 및 효율 계산

  펌프 성능 곡선은 유량에 따른 양정, 소비 동력, 효율의 변화를 나타내는 중요한 지표입니다. 이 곡선을 통해 펌프의 최적 운전 범위를 파악할 수 있으며, 설계점에서의 효율이 최대가 되도록 설정됩니다. 효율 계산은 유효 동력을 소비 동력으로 나누어 구하며, 기계적 손실, 수력적 손실, 용적 손실 등을 고려해야 합니다. 성능 곡선의 정확한 이해는 펌프 선정, 운전 최적화, 에너지 절감을 위해 필수적이며, 실제 운전 조건과의 비교를 통해 펌프의 상태를 진단할 수 있습니다.

• 4. 시스템 곡선 및 운전점 분석

  시스템 곡선은 배관 시스템의 정적 양정과 동적 손실을 합한 필요 양정을 나타내며, 펌프 성능 곡선과의 교점이 실제 운전점입니다. 운전점 분석을 통해 펌프가 설계 조건에서 얼마나 벗어나 운전되고 있는지 파악할 수 있습니다. 시스템 곡선이 가파를수록 유량 변화에 따른 양정 변화가 크며, 이는 펌프 선정과 운전 안정성에 영향을 미칩니다. 최적의 에너지 효율을 위해서는 펌프의 설계점이 시스템 곡선과의 교점에 가깝도록 배관 설계와 펌프 선정을 조정하는 것이 중요합니다.