펌프의 설계, 운전 등을 효율적으로 하기 위한 펌프 관련 기본 이론을 공유하고자 한다.
본 내용은 한국그런포스펌프에서 제공하는 기술자료의 내용이다.
펌프 기본 이론
Q x H 곡선
다음 그림은 일반적인 펌프의 성능 곡선이다. 이 곡선에서 X-축은 Q (유량), Y-축은 H (양정) 또는 p (압력)를 표시하고 있다.
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Q = ㎥/H; l/s; ㎥/s; H = mWc; p = kPa |
| <그림 1> Q x H 곡선 | |
유효동력곡선 (effect curve)
다음 그림은 유효동력 곡선으로 Y-축은 P(유효동력), X-축은 Q를 표시하고 있으며 다음과 같은 식으로 표현된다.
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 η=효율 ρ= 밀도 g = 중력 가속도 P 곡선은 펌프 종류에 따라서 P1 또는 P2를 표시 P = W; kW; HP |
| <그림 2> 유효동력곡선 (effect curve) | |
NPSH 곡선
NPSH (Net Positive Suction Head) 곡선은 펌프에서의 압력 손실량을 나타낸다. 이 곡선과 증기압력을 이용하면 펌프의 Cavitations을 방지할 수 있는 흡입압력을 계산할 수 있다.
NPSH 곡선에서 Y-축은 H (양정)이고 X-축은 Q (유량)를 나타낸다.
<그림 3> NPSH 곡선
효율 곡선
이 곡선은 펌프의 η(효율)을 % 단위로 나타내고 있다.모든 펌프의 곡선들은 효율이 가장 높은“최고점(nmax)”을 하나씩 가지고 있다.펌프의 효율은 펌프의 크기 및 생산 품질/설치의 적합성에 따라서 달라진다. 일반적으로 소형 펌프의 효율이 대형 펌프의 효율보다 떨어진다.
<그림 4> 효율 곡선
공급 동력
P1은 펌프 시스템에 공급된 총 동력을 나타낸다.
P2는 모터에서 나오는 동력 (축동력)이다.
P1과 P2 값의 차이는 모터의 효율(ηmo), 또는 모터의 효율 (ηmo) + 속도조절 효율 (ηreg)을 나타낸다.
P3은 펌프에 전달되는 동력이다.
P4는 수력학적 동력 (Q x H)을 나타낸다.
P3과 P4 값의 차이는 펌프의 효율 (ηpu)을 나타냅니다.
<그림 5> 공급 동력
운전점
운전점은 Q-H 곡선과 시스템 특성 곡선이 교차하는 지점이다.
<그림 6> 운전점
시스템 특성
시스템 특성 곡선은 시스템의 압력 손실량을 유량에 따라 나타낸 곡선이다.
이 곡선의 시작점은 시스템의 종류에 따라 달라진다.
a. 폐쇄형 시스템 (액체 순환 시스템)의 경우에는 이 곡선이 항상 0.0 좌표 (유량 0, 양정 0)에서 시작한다.
b. 개방형 시스템 (액체 이송 시스템)의 경우에는 Hgeo (위치적인 높이)에 따라서 곡선의 시작점이 달라집니다.
<그림 7> 시스템 특성 곡선
시스템 특성 (병렬 vs. 직렬)
펌프를 병렬로 연결하면 전체 시스템 곡선의 H값은 감소하고, 펌프를 직렬로 연결하면 전체 시스템 곡선의 H값은 증가합니다.
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| <그림 8> 병렬 연결 | <그림 9> 직렬 연결 |
시스템 특성 (Q x H)
시스템 특성 곡선의 공통적인 특징은 Q(유량)와 H(양정)사이에 일정한 관계가 있음을 나타낸다.
즉, Q가 일정한 수준으로 감소되면 H도 일정한 수준으로 감소된다.
<그림 10> 시스템 특성 (Q x H)
병렬로 연결된 펌프
펌프를 병렬로 연결하면 Q가 증가한다.펌프를 수평방향으로 새로 추가하는 경우가 여기에 해당된다. 동일한 종류의 펌프 2 대를 병렬로 연결하면 Q는 두 배가 되지만, H는 증가하지 않는다.
이러한 연결 방법은 일반적인 시스템에서 흔히 사용되고 있다.
<그림 11> 병렬로 연결된 펌프
직렬로 연결된 펌프
펌프를 직렬로 연결되면 H가 증가한다.
펌프를 수직방향으로 새로 추가하는 경우가 여기에 해당된다.동일한 종류의 펌프 2대를 직렬로 연결하면 H는 두 배가 되지만 최고 Q 값은 증가하지 않는다.
이러한 연결 방법은 다단 펌프 시스템에서 흔히 사용되고 있다.
<그림 12> 직렬로 연결된 펌프
펌프의 실제 운전곡선
구동되는 펌프의 실제운전곡선은 펌프 성능 곡선에서 시스템 특성 곡선 만큼의 값을 제하여 작성한 곡선으로서 펌프의 실제운전특성을 나타낸다.
(Pu - C = X)
이 곡선은 시스템의 수력학적 연결을 도식적으로 보여준다.
<그림 13> 펌프의 실제 운전곡선
펌프의 회전수
펌프의 회전수 (n)가 변하면 다음 그림과 같이 펌프 곡선도 변하게 된다.
<그림 14> 펌프의 회전수에 따른 운전곡선
Calculated duty point
계산을 통해 찾아낸 운전점 수력학적 관계로서, 여기서는 도식적인 방법 및 구동펌프 곡선을 사용하여 시스템에 가장 적합한 펌프를 한 대 이상 선정하는 예를 보여 주고 있다.
두 대의 펌프를 통하여 시스템의 구성품(보일러)에서 손실된 압력을 보충해 준다.
펌프 데이터:
• Pu1 = UPS 25-60
H = 4.0 [m] Q = 2.2 [㎥/h]
• Pu2 = UPS 40-60/2F
H = 5.2 [m] Q = 7.6 [㎥/h] (조절하지 않은 상태)
<그림 15> Calculated duty point 예시
위의 그림에는 최대 유량을 보장해 줄 수 있도록 선정된 펌프들의 최대 양정이 표시되어 있다. 유량을 제한하기 위해서는 방열기 시스템의 양정을 조절해 주어야 한다.
Reference : 1. 한국그런포스펌프 기술자료
2. 태진에프티 기술자료
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