® 자료제공: 효성EBARA주식회사

제4장 기장계획

1. 시방의 결정과 기종, 형식의 결정

1.3 펌프전양정의 결정

1.4 기종, 형식의 선정

1.5 원동기 출력

1.6 펌프의 배치

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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>

1.3 펌프전양정의 결정

15) 특수액경우의 마찰손실 헤드

물과 점도, 밀도가 다른 액체가 관로를 흐를 때 손실헤드를 구하기 위해서는 레이놀즈수 Re를 계산하고 이것에 해당하는 마찰손실 계수를 써서 물의 경우와 같이 계산하면 된다. 지금 취급액의 절대점도를 μ(g/㎝-sec), 동점성계수를 υ(㎠/sec), 밀도를 ρ(g/㎤)로 나타내면 이 사이의 관계는 아래와 같다.

절대점도가 아니고 다른 실용점도로 표시하고 있을 경우에는 <그림 4.14>에 따라 이것에 해당하는 절대점도 혹은 동점성계수를 구한다. υ를 알면 아래 식에 따라 레이놀즈수가 산출된다.

여기서, V : 관내평균유속(㎝/sec)

D : 관내경(㎝)

υ : 동점성계수(㎠/sec)

동점성계수(스토우크스)를

절대점도(포이즈)로 환산하는 선도

예) 절대점도 = 0.24포이즈

= 24센티포이즈

비 중 = 0.85

동점성계수= 0.29스토우크스

양끝 K의 같은 수자를 수평으로 연결하면 중간에 각종 실용점도의 숫자를 얻는다.

레이놀즈수가 2320 이하의 경우 흐름은 층류가 되고 마찰계수는 식(4.6)에 따라 표시된다.

레이놀즈수가 2320~3000의 범위에서 흐름은 불안정하게 된다. 레이놀즈수가 3000 이상이 되면 흐름은 난류가 된다. 난류의 경우 레이놀즈수와의 관계를 <그림4.16>에 표시한다. 상기와 같이 마찰손실 계수를 구하면 식(4.5)에 따라 마찰손실 헤드가 계산된다.

1.4 기종, 형식의 선정

토출량, 전양정이 정해지고 흡입측의 여러조건에서 유효NPSH를 정하면 어떤 종류의 펌프를 선정하는 것이 좋은가 대략 정해진다. 즉 전동기의 회전수를 택하고 비속도 Ns(2장 1.2절 참조)를 계산한 후, 이 Ns에 해당하는 캐비테이션계수 σ(2장2절 참조)를 구해 이것에서 필요 NPSH를 구하고 다시 최고 효율점에서 대유량측에서 사용할 경우가 있을 때에는 이 범위 내에서의 필요 NPSH를 구해 이것에 토출량에 해당하는 유효 NPSH 보다 큰 범위에서의 최고 회전수가 되도록 전동기회전수를 택하면 된다.

또한 주어진 시방에 대해서 기종이 하나로 정해지는 것이 아니고 2~3종류의 것이 언제나 사용할 수 있을 경우가 있으므로 이때는 다음사항에 유의해서 선정한다.

1) 볼류트 펌프, 터어빈 펌프, 입축사류펌프

전양정이 50~60m 이상인 단단의 펌프에서는 볼류트 펌프, 터어빈 펌프의 어느 것도 제작되나 효율도 같은 정도로 구조도 간단하고 경제적인 볼류트 펌프가 유리하다. 전양정이 100m 이상인 대구경의 것은 케이싱의 강성있는 터어빈펌프가 바람직하다. 일반적으로 소구경의 고양정다단펌프에서는 터어빈 펌프가 많이 사용된다. 흡입수위가 낮고 그 변화가 클 때나 설치면적의 축소화, 운전조작의 자동화를 위해서는 입축단단 또는 다단사류펌프가 좋다.

2)볼류트 펌프와 사류펌프

볼류트 펌프는 대체로 효율이 좋은 범위가 넓고 또한 효율이 높다. 또 유량은 소유량까지 가감하지 않으면 안될 때는 볼류트 펌프쪽이 소요동력이 작아도 된다. 단, 일정변화가 클 때에는 사류펌프쪽이 유량변화가 작다. 한편 구조적으로 보면 사류펌프는 일반적으로 수중베어링이 있는데에 반해 볼류트 펌프에서는 필요가 없기 때문에 보수, 유지 관리성은 볼류트 펌프쪽이 유리하다. 양흡입 볼류트펌프는 흡입양정이 같으면 사류펌프나 편흡입펌프보다도 회전수를 높게 잡을 수 있다.

3)사류펌프와 축류펌프

전양정이 3.5~4.0m 이하의 경우 축류펌프쪽이 대체로 회전수를 높게 잡을 수 있으므로 경제적으로 유리하다. 단, 흡입성능이 부족할 때나 체절기동이 목적인 교축운전이 필요한 경우에는 사류펌프쪽이 적합하다. 사류펌프는 본질적으로 사용양정이 설계전양정의 약 130% 이상이 되면 소음이 생기고 축동력이 급격히 늘기 때문에 선정시 이점을 유의하여야 한다.

4) 횡축, 입축, 사축펌프

펌프축의 방향에 따라 횡축, 입축, 사축으로 분류할 수 있으며, 이것에는 각각 장점, 단점이 있으므로 사용 조건에 따라 선정할 필요가 있다. 이 비교를 <표4.11>에 표시한다.

5) 설치조건에 따른 펌프의 선정

펌프의 계획에 있어서 각각 특수한 설치조건이 있을 때가 많다. 이것에 대해서 결정적으로 특정종류의 펌프를 선정한다는 것은 꼭 필요한 것은 아니지만 어떤 종류의 펌프를 사용하면 비교적 쉽게 목적을 달성할 때도 많다. <표4.12>는 각각의 설치조건에 따라서 우선 고려할 펌프를 표시한다.

1.5 원동기 출력

1) 수동력

펌프양수시의 이론동력을 수동력이라 하며 다음식으로 표시된다.

여기서, Pw : 수동력 (kW 또는 PS)

Υ : 취급액의 비중 (g/㎤)

Q : 펌프토출량 (㎥/min)

H : 펌프전양정 (m)

2) 펌프축동력

펌프운전에 필요한 축동력은 펌프내에 생기는 손실동력분 만큼 수동력보다 크게 되고 다음 식으로 표시된다.

여기서,  P : 펌프축동력(㎾ 또는 PS)

            np : 펌프효율

KS규격에 규정된 펌프효율에 대한 값을 <그림4.17>에 표시한다. 펌프효율은 메이커마다 조금씩 다르기 때문에 펌프효율값에 대해서는 메이커에 문의하는 것이 바람직하다.

펌프의 구동에 사용하는 원동기의 소요출력은 아래에 따라 결정한다.

여기서, Pm : 원동기소요출력 (㎾ 또는 PS)

            α : 여유율 (표4.13)

            η : 전단효율 (표4.14)

여유율 α는 전압 및 주파수의 변동, 연료의 적합여부, 설계, 제작상의 여유 등을 고려한 값이다. 펌프의 운전점이 어떤 폭으로 변화할 때가 있을 때에는 일반적으로 축동력도 변화하므로 상용운전범위 내의 최대축동력 P에 대해서 여유를 예상할 필요가 있다.

1.6 펌프의 배치

1) 배치상의 주의

펌프실은 기계반입구, 펌프를 분해, 조립하는 장소, 공기, 보수점검에 필요한 통로, 배전반, 배관, 배관지지구, 배수구, 전선구, 실내배수, 환기, 조명, 분해용 기중기 등을 고려하여 결정한다. 특히 여러대의 펌프를 같은 실내에 설치할 경우 상호간의 간격이 너무 넓으면 비경제적이며, 좁으면 흡입축 와류때문에 펌프성능을 해치거나 운전이나 분해에 불편을 느끼게 된다. 따라서 기기주위의 통로치수는 최소 1.0m, 보통은 1.5m 이상이 좋다.