PUMP 입문) 펌프의 기초지식과 응용2 :: Today

® 자료제공 : 효성EBARA주식회사

< 목 차 >

제1장 펌프의 기초지식과 응용

1. 펌프의 성능

1. 6 특수액에 의한 펌프성능 변화

2. 캐비테이션

2. 1 펌프의 캐비테이션

2. 2 흡입수두(NPSH)

1989년 설립된 효성에바라(주)는 농업관개용, 도시 상․하수도용, 대형 플랜트의 공업용, 제지․화학플랜트 및 발전소용에 이르기까지 용도에 따라 다양한 펌프를 생산, 공급함으로써 국내 최고의 시장 점유율을 차지하였던 효성중공업(주)(현, (주)효성)과 세계 펌프시장에서의 시장점유율 1위를 지키고 있는 일본의 (株)荏原(EBARA)製作所 그리고 원자력․화력․발전소용 특수펌프 제조 전문업체인 미국의 BW/IP International(현, Flowserve Corporation) 3개사가 펌프사업 부문에서 최고의 경쟁력을 갖추기 위해, 자본 합작과 기술제휴를 통해 설립된 회사이다.

이러한 우수한 기술력의 효성에바라(주)로부터 자료를 제공받아 펌프란 무엇인가? 펌프의 기초부터 펌프의 원리, 펌프의 기술, 펌프의 응용분야까지 펌프의 `A to Z`를 상세하게 소개하여 펌프를 공부하는 학생이나 이 업계의 종사자, 이 업계에 입문하려는 이들에게 펌프에 대한 이해를 높이고자 한다.

<편집자 주>

5) Pulp액에 의한 펌프 성능변화

a) 적용범위

청수에서의 펌프 성능에서 Pulp액에서의 펌프 성능으로의 수정방법에 대하여 기술한다.

b) 수정방법

① <그림 14(a)> 및 <그림 14(b)>에서 절대건농도(BD%)에서 각 토출량에서의 토출량 및 양정의 수정계수 A를 읽는다.

② 수정토출량 : Qo=Qw×A (m³/min)

수정양정 : Ho= Hw×A (m)

수정효율 : ηo=ηw×A² (%)

여기서, Qw=청수에서의 토출량 (m³/min)

Hw=청수에서의 양정 (m)

ηw= 청수에서의 효율 (%)

③ 수정 축동력 : Lo=0.163×γo×Qo×Ho/ηo (KW)

여기서 γo=Pulp액의 단위체적당 중량 (Kgf/ℓ)

라) Pulp의 농도판정

Pulp의 농도판정에 대한 간이 방법으로 다음 <그림 14(c)>와 같이 판정할 수 있다.

2. 캐비테이션

2.1 펌프의 캐비테이션

양액이 물인 경우 100℃가 되면 끓지만 이것은 1기압의 압력하에서의 현상이며 압력이 저하하면 비등점은 100℃ 이하로 되며, 압력이 더욱 저하하면 나중에는 상온에서도 끓는 현상이 일어나게 된다.

이것은 액체에는 그 온도에 대응하는 포화증기압이 존재하며 액체의 압력이 그 온도에서의 포화증기압 이하로 내려가 액체의 내부에서 증발하여 기포가 생기는 것이다.

펌프 내부에서도 흡상양정이 높거나, 유속의 급변 또는 와류의 발생, 유로에서의 장애 등에 의해 압력이 국부적으로 포화증기압 이하로 내려가 기포가 생성되는 현상이 일어날 수 있는데, 이 현상을 캐비테이션이라 한다.

펌프에서는 회전차 입구부분에서 발생하는 경향이 크고, 생성된 기포가 액체으 흐름에 따라 이동하여 고압부에 이르러 급격히 붕괴하는 현상이 되풀이 됨에 따라 펌프의 성능이 저하되어 진동․소음을 수반하고, 불안정한 상태를 나타내며 나중에는 양수 감소 또는 양수 불능이 된다.

또한 캐비테이션이 오랜 시간 동안 계속되면 기포가 터질때 생기는 충격의 되풀이에 의해 재료의 손상이 발생된다. 이와 같이 캐비테이션의 발생은 펌프의 성능저하, 재료의 손상 등 해로운 영향이 있기 때문에 캐비테이션 발생이 방지되도록 흡입조건의 결정에 각별한 주의가 필요하다.

2.2 흡입수두(NPSH)

캐비테이션은 액체의 압력이 포화증기압 이하로 되면 생기는 것이므로 캐비테이션의 발생을 막는데는 펌프 내에서 포화증기압 이하의 부분이 생기지 않도록 하면 된다. 이를 위해서는 펌프의 흡입조건에 따라 정해지는 유효 흡입수두(NPSHav) 및 흡입능력을 나타내는 필요 흡입수두(NPSHre)에 대하여 생각해 볼 필요가 있다. 여기서 NPSH는 Net Positive Suction Head의 약어이다.

1) 유효 흡입수두(NPSHav)

펌프가 설치되어 사용될 때 펌프 그 자체와는 무관하게 흡입측의 배관 또는 System에 따라서 정해지는 값으로 펌프 흡입구 중심까지 유입되어 들어오는 액체에 외부로부터 주어지는 압력을 절대압력으로 나타낸 값에서 그 온도에서의 액체의 포화증기압을 뺀 것을 유효 NPSH라 한다.

a) NPSHav의 계산식

NPSHav=hsv=Ps/γ- Pv/γ±hs-fVs²/2g… <식 1>

여기서, hsv : 유효흡입 헤드 (m)

Ps : 흡수면에 작용하는 압력 (Kgf/m² abs)

Pv : 사용온도에서의 액체의 포화증기압

(Kgf/m² abs)

γ : 사용온도에서의 단위체적당의 중량 (Kgf/m³)

hs : 흡수면에서 펌프기준면(<그림 15> 참조)까지

높이 (m) (흡상되면 음(-), 가압되면 (+))

fVs²/2g : 흡입측 배관에서의 총손실 수두 (m)

<식 1>에 의하면 NPSHav은 hs가 일정하다고 가정하면 토출량이 증가하거나, 흡입측의 배관 길이가 길어지는 만큼 작아져서 캐비테이션에 대한 위험도가 높아진다. 펌프의 기준면은 <그림 15>에 표시되어 있다.

b) 흡수면에 대기압이 작용하는 경우의 NPSHav