펌프의 양정(H)

펌프에서 양정(揚程)은 펌프가 물을 끌어올리는 높이를 의미한다. 펌프에는 흡입측과 토출이 있다. 양정은 펌프의 토출에서 밀어올릴 수 있는 높이를 의미한다.

본 내용은 태진에프티 기술자료에 수록된 내용이다.

 

 

 

펌프의 양정(H)

 

양정이란 펌프가 얼마나 높이 액체를 끌어 올릴 수 있는 가를 나타내는 수치로서 일반적으로 미터(m)로 표시된다. 

 

양정(H) vs. 압력(p)

아래의 공식은 압력(p)과 양정(H)사이의 관계를 보여 준다.

 

H = p / ( ρ·g )

 

여기서,
H: 양정 [m]

p:압력 [Pa = N/m²]

ρ: 액체의 밀도[kg/m³]

g : 중력가속도 [m/s²]

 

 

일반적으로, 압력 p는 [bar]로 표시하며 1 bar는 10⁵ Pa 과 같다. 다른 압력 단위는 표 1 참조

 

<표 1> 압력 단위의 환산표

 

 

압력과 양정의 사이의 관계는 그림 1 (펌프가 4가지 다른 액체를 이송하는 경우) 참조. 

펌프의 양정은 액체의 형태에 따라 변한다. 그림 1처럼 펌프는 액체에 따라 서로 다른 양정값을 가지고 있고, 그 결과 운전점이 달라진다.

 

<그림 1> 대기압 1bar에서 네 가지 종류의 액체에 따른 양정 변화(Source: 태진에프티 기술자료)

 

 

양정을 결정하는 방법

 

펌프 양정은 그림 2와 같이 펌프의 p₂ 와 p₁ 의 배관에 걸리는 압력에 의해 결정된다. 그러나 그림 2의 경우와 같이 만약 두 측정값에 차이가 발생하면, 그 차이에 대한 보상이 필요하다. 특히, 배관 구경이 다를 경우 실제 양정은 수정되어야 한다.

 

<그림 2> 흡입 구경과 토출 구경의 차이가 있는 표준 편흡입 펌프(Source: 태진에프티 기술자료)

 

 

실제펌프의 양정 H 는 다음의 공식에 의해 계산되어진다

 

H= (p₂ - p₁) /(ρ.g) + (h₂ -h₁) + (v₂²- v₁²) / 2.g

 

여기서,

H:펌프의 실제 양정 [m]

p : 플랜지의 압력 [Pa = N/m²]

ρ: 액체의 밀도[kg/m³]

g : 중력가속도 [m/s²]

h : 측지학적 높이 [m]

v: 액체의 유속[m/s]

 

 

액체의 유속 v는 다음에 공식에 의해서 계산되어진다.

v = Q / A = 4·Q / (π· D²)

여기서,

v : 유속 [m/s]

Q : 부피 유량 [m³/s]

D : 배관 구경 [m]

 

따라서 이 두 가지 공식을 조합하면, 양정 H는 다음의 요소들로 구할 수 있다.

압력 측정값 p₁, p₂, 측정값 사이의 측지학적 높이 (h₂ - h₁), 펌프를 통과하는 유량 Q 와 배관 구경 D1, D2.

 

H= (p₂ - p₁) /(ρ.g) + (h₂ -h₁) + 8.Q² / (g·π² )·(1/D₂⁴-1/D₁⁴) 

 

배관구경 차이에 의한 교정 값은 동압의 차이에 의해 발생한다. 

 

 

양정 계산의 예

 

다음 그림 3과 같이 시스템이 구성이 되어 있을 경우의 양정은?

 

<그림 3> 흡입 구경과 토출 구경의 차이가 있는 표준 편흡입 펌프 (예)(Source: 태진에프티 기술자료)

Q = 240 m³/h

p₁ = 0.5 bar

p₂ = 1.1 bar

액체 : 20 °C 물

 

흡입구경 D1 = 150 mm 

토출구경 D2 = 125 mm 

압력 게이지가 있는 두 구경의 높이차 (h₂ -h₁)는 355mm 이다.

 

위의 값들로부터 펌프의 양정을 계산하면 다음과 같이 산정된다.

 

 

계산에서와 같이, 압력게이지에 의해 측정된 압력 차이는 실제 펌프가 운전하는 양정 보다 약 1.1m 낮다. 이것은 먼저 압력 게이지 사이의 높이차(3.6m)와 두 배관구경의 차이에 의해 발생하는 편차(0.77m)에 의한 것이다.

 

 

차압(Δp) vs. 시스템 압력 

만약 압력 게이지들이 같은 높이에 위치하거나, 측정에 차압게이지가 사용된다면, 높이차 (h₂ -h₁)를 보정할 필요가 없다. 인라인 펌프의 경우, 흡입구와 토출구가 같은 선상에 있을 때 이 두 구경은 일반적으로 같은 크기를 갖는다. 이러한 형태의 펌프의 경우 양정을 결정하는 간단한 공식이 사용된다.

 

차압(Δp)

차압은 두 지점에서 측정된 압력의 차이를 말한다. 예를 들어, 압력은 시스템에서 밸브의 전후로 떨어지게 된다. 차압은 압력과 같은 단위로 표현한다.

 

시스템 압력 

시스템 압력은 펌프가 운전하지 않을 때, 시스템의 한 지점에서의 정압이다. 

시스템 압력은 폐회로 시스템을 다룰 때에 매우 중요한 요소이다. 시스템은 액체로 채워져 있고 적절히 배수되어야 하므로 가장 낮은 점에서 Hsta의 시스템 압력은 다음 그림과 같이 반드시 시스템의 높이보다 항상 높아야 한다. 

 

 <그림 4> 폐 회로에서의 시스템 압력(Source: 태진에프티 기술자료)

 

Reference : 태진에프티 기술자료