펌 프 (Pump) 원자력교육원 한국수력원자력㈜

학습목표 펌프의 종류 및 특성 설명할 수 있다 펌프의 개략적인 구조를 설명할 수 있다 펌프의 밀봉장치에 대해 이해할 수 있다 펌프의 양정에 대해 이해할 수 있다 펌프 유체흐름에 대해 이해할 수 있다 펌프 성능에 영향을 주는 요소를 이해할 수 있다

펌프종류 펌프개요 펌프성능에 영향을 주는 요소 펌프이론 및 특성

펌프 개요 기 능 액체를 낮은 곳에서 높은 곳으로 토출하거나 액체에 압력을 가하는 장치 기계적 에너지 ⇒ 유체에 에너지 부여 ⇒ 유체 속도증가 ⇒ 유체 압력 상승 펌프의 구동력 전동기 등의 기계적 에너지를 이용 별도의 유체(액체 또는 기체)의 높은 에너지를 이용 에너지의 전달 방법 동역학적(動力學的) 방법 터어보형 펌프(광범위한 유량과 압력범위에 적용) 정역학적(靜力學的) 방법 용적형 펌프(고압, 소 유량에 적합)

펌프의 종류 펌프의 분류 터어보형 (Turbo Type) 원심식 (Centrifugal Pump) 터빈 펌프 (Turbine Pump) ★볼류우트 펌프 (Volute Pump) 사류식 (Diagonal Flow Type) 사류 펌프 (Diagonal Flow Pump) 축류식 (Axial Flow Type) 축류 펌프 (Axial Flow Pump) 용적형(Positive Displacement Type) 왕복식 (Reciprocating Type) 피스톤 펌프 (Piston Pump)

펌프의 종류(계속) 플런저 펌프 (Plunger Pump) 회전식 (Rotary Type) 기어 펌프 (Gear Pump) 베인 펌프 (Vane Pump) 특수형(Special Type) 재생 펌프 (Regenerative Pump) 제트 펌프 (Jet Pump) 기포 펌프 (Air Lift Pump) 수격 펌프 (Hydraulic Ram Pump) 전자 펌프

펌프의 종류(계속) 터보형 펌프 용적형 펌프 작동 원리 장점 단점 ★ 속도수두를 압력수두로 전환 원심력/양력으로 얻은 유체의 속도가 줄어들 때 압력으로 바뀌는 원리 이용(동역학적 에너지) 두 개의 물체가 같은 시간에 같은 공간을 차지할 수 없는 원리 이용(정역학적 에너지) 장점 유량, 양정이 넓은 범위 적용 효율 양호, 토출맥동 없음 - 고 압력 형성(고양정) - 프라이밍 불필요 단점 운전중 항상 물로 채워져 있어야 함(프라이밍 필요) 토출 맥동현상에 대한 보완책 필요 피스톤펌프는 복잡하고 잦은 정비 필요

터보형 펌프의 종류 및 특성 ★펌프내의 유체 흐름 방향에 따른 분류 원심 펌프 (Centrifugal Pump) 유체가 펌프의 축방향으로 유입하여 반경 방향으로 유출하는 펌프(원심력) 사류 펌프 (Diagonal Pump) 유체가 펌프 축방향으로 유입하여 반경 방향과 축방향 사이로 기울어져 유출하는 펌프(원심력+양력) 축류 펌프 (Axial Pump) 유체가 펌프의 축방향으로 유입하여 축방향으로 유출하는 펌 프(양력)

원심펌프 종류(안내 날개의 유무에 따른 분류) 볼류트펌프 (Volute Pump) 회전차와 바깥 둘레에 안내 날개가 없는 펌프 저양정에 적합 터빈펌프 (Turbine Pump = Diffuser Pump) 회전차의 바깥 둘레에 안내 날개가 있는 펌프 고양정에 적합 볼류트실 NOZZLE 회전차 케이싱 흡입구 ★Volute pump Turbine pump 케이싱 NOZZLE 안 내 깃 회전차 볼류트실 흡입구

터보형 펌프의 종류 및 특성 (계속) 흡입구에 의한 분류 편흡입 펌프(Single Suction Pump) 배출량이 양정에 대하여 비교적 작은 것에 사용 양흡입 펌프 (Double Suction Pump) 배출량이 많을 때 사용(같은 양정일 경우 유량이 2배) Kim,BJ

터보형 펌프의 종류 및 특성 (계속) 편흡입 펌프

터보형 펌프의 종류 및 특성 (계속) 양흡입 펌프

터보형 펌프의 종류 및 특성 (계속) 단수에 의한 분류 단단 펌프 (Single Stage Pump) – 저양정에 사용 펌프 1대에 1개의 임펠러 다단 펌프(Multi Stage Pump) – 고양정에 사용 예) 2단 펌프는 단단 펌프 양정의 2배 Kim,BJ

터보형 펌프의 종류 및 특성 (계속) 축의 방향에 따른 분류 수평 펌프 수직 펌프 횡축 펌프(수평펌프) 종축 펌프(수직펌프) Kim,BJ

터보형 펌프의 종류 및 특성 (계속) 케이싱(Casing)에 의한 분류 ★상하 분할형 펌프 (Split Type Pump) 대형 펌프에 많이 채택, 분해 조립이 용이 흡입 커버 분리형 펌프 흡입측 보수 용이 윤절형 펌프 (Sectional Type Pump) 다단식 펌프의 각 단이 같은 형의 링형으로 되어 있 고 이것을 여러 개의 볼트로 연결한 형태의 펌프 원통형 펌프 (Cylindrical Casing Pump) 케이싱이 원통형태로 일체가 되어 있는 펌프로 고압 력에 적합 베럴형 또는 이중통형 펌프 (Barrel Type or Double Casing Type Pump)

터보형 펌프의 종류 및 특성 (계속) 축류 펌프 (Axial Flow Pump) -프로펠러 펌프 농업용 배수펌프, 복수기 순환수펌프, 상하수도용 펌프등에 사용 종류 고정익(固定翼) 축류 펌프와 가동익(可動翼) 축류 펌프 횡축형과 입축형 ★ 유체의 양력 이용

터보형 펌프의 종류 및 특성 (계속) 사류 펌프 (Diagonal Flow Pump) 양정 : 임펠러에 의한 원심력과 날개의 양력 비스듬이 들어가서 비스듬이 나간다 원심 펌프와 축류 펌프의 중간 형태 저양정에 많이 사용

터보형 펌프의 종류 및 특성(계속) 원심 펌프의 원리 및 구조 원 리 : 회전되는 임펠러의 원심작용을 이용 2. 구 조 원 리 : 회전되는 임펠러의 원심작용을 이용 2. 구 조 패킹상자 베어링본체 케이싱 베어링 축이음 Kim,BJ 임펠라 주축

터보형 펌프의 종류 및 특성 (계속) 구 조(계속) 회전차 (임펠러 : Impeller) 수력학적방법에 따른 분류 구 조(계속) 회전차 (임펠러 : Impeller) 수력학적방법에 따른 분류 Radial vane Francis vane 혼류 유동 임펠러 (Mixed Flow Impeller) 축류 유동 임펠러 (Axial Flow Impeller)

터보형 펌프의 종류 및 특성 (계속) 구조상의 분류 ★개방형: 액중에 고형물이 섞여있는 경우 반개방형 폐쇄형: 전후 측판(Shroud : 시라우드) 사이에 날개가 있는 형태 재 질 : 주철, 청동, 인청동, 주강, 스테인레스강 등 물펌프 오수, 오물펌프

터보형 펌프의 종류 및 특성 (계속) 구 조(계속) 펌프 본체 와실(Vortex or Whirl Pool Chamber) 구 조(계속) 펌프 본체 와실(Vortex or Whirl Pool Chamber) 회전차 바깥 둘레에 배치된 환상부분(環 狀部分) 안내깃 (Guide Vane or Diffuser Vane) 회전차에서 송출되는 물을 와류실로 유 도하여 속도에너지 손실을 적게하여 압 력에너지로 변환 Kim,BJ

터보형 펌프의 종류 및 특성 (계속) 와류실 (Spiral Casing or Volute Casing) 유체가 가지고 있는 운동에너지 손실 을 적게하여 압력에너지로 회수 주 축 (Main Shaft) • 회전차에 동력을 전달함과 동시에 베어링 에 의해 지지됨 탄소강이나 스테인레스 스틸 등을 사용하 나 유체 특성에 따라 선택 ④ 베어링 (Bearing) 축의 위치 고정, 회전 안내 마찰 감소 하중지지 밀봉장치 글랜드 팩킹(Gland Packing) 기계식 밀봉장치(Mechanical Seal) 브레이크다운 부시(Breakdown Bush) 등

Seal의 종류 1) Oil Seal 상대적으로 간단한 구조를 가지며, 윤활유의 Sealing 뿐만 아니라 물의 Sealing에도 적용 마찰이 적으면서도 좋은 Sealing 특성을 가짐 Sealing Lip과 기계운동부 사이의 마찰에 의해 Lip의 마모예방을 위해 적절한 윤활에 주의 필요 2) Mechanical Seal 물, Oil ,산 ,알카리 용액 및 공기와 같은 다양한 액체 및 기체의 Sealing에 적용 고압과 고속의 환경에서도 장기간 수명을 유지 Seal 의 구조상 Shaft의 마모는 발생하지 않으나 가격이 비싸다. 3) Gland Packing 물, Oil, 산 및 알카리성 용액 등 거의 모든 액체의 Sealing 에 적용 가능 완벽한 누설 방지는 불확실 마찰이 크고 마모되기 쉬운 단점은 있으나 취급 과 사용이 간편

4) Lip Packing 고압의 Oil 이나 물을 Sealing 할 때 사용 안정된 Sealing 특성을 가지며 상대적으로 작은 공간에 설치 가능 5) O-ring 작은 공간에 설치 가능하고 취급이 쉽고 가격이 저렴 Seal 성능은 다른 Seal 에 비해 떨어짐 6) Labyrinth 주로 Gas Sealing에 사용되나 액체의Sealing에도 사용 간단한 구조로 마찰 손실이 없으나 약간의 누설이 발생 축 방향으로 긴 설치 공간을 차지하며 약간의 누설이 허용 되는 곳에는 사용 범위의 제한이 없음 7) Gasket 운동이 없는 부위의 Sealing용으로 사용되며, 사용 조건에 따라 다양한 재질과 형상이 사용됨

글랜드패킹의 구조 임펠라 볼류트 펌프패킹 랜턴링

글랜드패킹의 구조(계속)

★기계식 밀봉장치의 구조 스프링 회전환 고정환

★기계식 밀봉장치의 구조(계속)

용적형 펌프 종류 및 특성 왕복식 펌프 (Reciprocating Type Pump) : 고압계통에 사용 피스톤 펌프(Piston Pump) 피스톤의 단면적이 피스톤 로드(Piston Rod)보다 큰 형태 의 펌프 플런저 펌프 (Plunger Pump) 피스톤과 피스톤 로드의 단면적이 동일한 펌프 피스톤 펌프보다 휠씬 큰 압력인 초고압에 사용 Kim,BJ

용적형 펌프 종류 및 특성 (계속) 회전식 펌프 (Rotary Type Pump) 특징 회전자가 케이싱에 내접한 상태에서 회전하면서 생기는 밀폐 공간의 이동에 의한 펌핑 운동 부분이 등속 회전 운동을 하므로 진동이 적 고 배출량의 변동도 적다 광범위한 종류의 액체에 사용 가능 고체 입자를 포함한 액체에는 마모되거나 막히기 때문에 부적합 ★종류 기어 펌프 (Gear Pump) 기어펌프, 삼엽펌프, 나사펌프

용적형 펌프 종류 및 특성 (계속) 외접기어 싱글스크류 로우브

용적형 펌프 종류 및 특성 (계속) 베인 펌프 (Vane Pump = 편심 펌프) 플렉시블 베인 플렉시블 라이너

특수펌프의 종류 및 특성 재생 펌프 (=마찰 펌프, 와류 펌프, 웨스코 펌프) 좁은 케이싱내에서 홈이 있는 원판을 회전시켜 액체에 극심한 난류를 일으켜서 압력을 주어 액체를 보내는 펌프 점도가 낮은 액체의 양수나 이송에 적합하며 소용량, 고양정용으로 가정용 전동 우물 펌프로 많이 사용 웨스코 펌프

특수펌프의 종류 및 특성 (계속) ★제트 펌프 (= 분류 펌프) 운동하는 기계부분이 없으므로 고장도 적고 다루기도 간단하지만 효율이 낮음(대략 15∼20%) 종류 분사수펌프 : 물분사 인젝터와 이젝터 : 증기를 분출시켜서 물을 올리 는 펌프 인젝터 분사수펌프 Kim,BJ 이젝터

특수펌프의 종류 및 특성 (계속) 수격(水擊)펌프 수격 작용을 이용하여 저낙차의 물의 일부를 높은 곳 으로 빨아 올리는 펌프

펌프의 양정(Head) 양정(Head) 펌프의 입구와 출구에 있어서 액체의 단위 무게가 가지는 에너지 차 총손실양정 전양정 토출실양정 실양정 흡입실양정

펌프의 양정(Head)(계속) 실양정(Actual Head) 실양정(Ha) = 흡입실양정(Hs) + 토출실양정(Hd) 전양정(Total Head) 전양정(H) = 실양정(Ha) + 총 손실수두(hl) 총 손실수두 수력손실 누설손실 기계손실 원판마찰손실

캐비테이션(Cavitation) 기포발생 액체의 압력이 그 온도의 포화증기압 이하로 내려가면 액체의 내부에서 증발하여 기포가 생김 (예) 물이 높은 산에서는 100도 이하에서 끓는 현상) 캐비테이션 펌프내 흡입양정이 높거나, 유속의 급변 또는 와류의 발생, 유로에서의 장애 등에 의해 압력이 국부적으로 포화증기압 이하로 내려가 기포가 생성됨. 이때 생성된 기포는 회전차 끝단 압력이 높은 지역에서 급격히 붕괴됨. 이때 진동과 소음, 펌프 성능저하 발생

캐비테이션(Cavitation) 캐비테이션 방지법 1) 흡입양정을 줄인다. 2) 흡입관 손실을 줄인다. 3) 스트레이너 통수면적을 크게 잡고 청소를 자주한다. 4) 규정 회전수 내 운전 5) 필요이상 양정을 잡지 않는다.

펌프성능에 영향을 주는 요소 공기(또는 기체) 수주분리 가능, 완전 배기 후 기동 온도: 50℃이상 시 발생문제 구조상 문제 그랜드 패킹 내열성 부품의 팽창계수 고려 베어링과열에 의한 윤활유 기능상실 온도 상승에 따라 금속 부식성 증가 ★성능상 문제 온도상승시 유효흡입양정 감소, 부식증가 고온시 펌프 캐비테이션이 일어나기 쉽고 또는 유체속에 포함된 기체가 분리 용이 온도 변화에 따라 비중, 점도가 바뀌면 펌프의 성능도 변함(온도증가시 점도감소)

펌프성능에 영향을 주는 요소 (계속) 점 도 점도 증가시 배관 손실 증대, 펌프 요구 양정 및 소요 동력 증대 점도 증가시 배관 손실 증대, 펌프 요구 양정 및 소요 동력 증대 비 중 : 비중 증가 → 양수높이 감소 관직경 : 펌프 구경과 같은 직경 사용 전압 정격 전압보다 낮으면 전동기의 토우크(회전력)가 충 분히 발휘되지 못함으로써 펌프 회전수가 저하 전압이 높은 경우에도 전동기에 고장 초래 주파수 (周波數, 또는 사이클수, 헤르츠) 전동기 회전수(Ns) = 120f/p (단위:rpm) 입자(粒子) 상당량의 모래 등을 함유하고 있는 경우 양정이 떨어 지고, 효율이 나빠져 소요동력 증가

펌프성능에 영향을 주는 요소 (계속) 부식(腐蝕) 및 전식(電蝕) 펌프에서 계통 유체와 접하는 부위 금속이 녹이 슬 경우도 펌프의 성능에 영향 부식 (腐蝕) 녹이 쓰는 정도는 유체의 온도, 농도, 유속 등에 영향을 받음 전식(전지부식) 이종(異種) 금속을 사용하지 않는다. 고무 등으로 라이닝 또는 코팅 희생양극 금속이외의 재료 사용 마모(磨耗) 동결(凍結)

요점정리