4-1. 설비 공사 계획 수립 및 시공
학습 목표
• 펌프장의 펌프 기초는 바닥 콘크리트와 독립되게 설치하여 진동을 감소시키는 등 소 음과 진동을 고려하여 방음과 진동 방지 대책을 수립·시행할 수 있다.
• 기기의 특성을 고려하여 제작자가 제시하는 설치 기준에 적합하게 설치할 수 있다.
• 공정에 적합하며 적정 용량으로 계획되어 있는가에 대해 검토할 수 있다.
• 설비의 운전 및 유지 관리 방법 등을 고려하여 설치할 수 있다.
• 설비가 원활하게 운전될 수 있도록 부속 설비를 계획 및 시공할 수 있다.
필요 지식
/ 상하수도 시설의 설비
상수도 시설은 수원과 저수 시설, 취수 시설, 도수 시설, 정수 시설, 송수 시설, 배수 시설, 기계 및 전기·계측 제어 설비, 급수 설비가 있다. 다음 <표 4-1>은 각 상수도 시설에 필 요한 공사를 분류한 것이다.
분류 내용
취수 시설 하천수, 댐·호소수, 복류수, 강변 여과수, 지하수 등의 취수 시설 설치 도·송·배
수 관로 시설
관부설, 덕타일 주철관 접합, 도복장 강관의 용접 접합, 도복장 공사, 기타 관의 접합, 부속 설비 설치, 최적 관리 시스템, 기존관의 세척 및 갱생
정수시설 정수 처리 시설, 방수
급수설비 급수관의 배관 등, 불용관 정비 및 누수 복구,
특수공사 수관교, 전식 방지, 보호관 및 철관 추진, 파이프 루프, 세미 쉴드, 수로 터널, 쉴드TBM
기타 기계, 전기·계측 제어
<표 4-1> 상수도시설의 공사 분류
하수도 시설은 관로 시설, 펌프장 시설, 수처리 시설, 슬러지 처리 시설, 전기·계측 제어 설비, 분뇨 처리 시설 등이 있다. 다음 <표 4-2>는 각 하수도 시설의 필요한 공사를 분류 한 것이다.
분류 내용
관로 시설 관 부설, 맨홀, 우수조정지, 방류 부하량 저감 시설, 우수 토실 및 토구, 배수 등
펌프장 시설 침사 설비 및 파쇄 장치, 펌프 시설, 소음 및 진동 방지 등
수처리 시설 유량 조정조, 침전지, 각종 공법별 수처리 장치, 소독, 처리수 재이용 등 슬러지 처리
시설
슬러지 농축, 혐기성 소화, 호기성 소화, 슬러지 개량, 탈수, 건조, 퇴비화, 소각, 자원화 등
특수 공사 추진 공사, 압송식·진공식·압력식 하수도 공사, 하수도 터널 공사 기타 전기·계측 제어, 분뇨처리
출처: 하수도 시설 기준(2011), 하수도 공사 표준 시방서(2010)
<표 4-2> 하수도 시설의 공사 분류
각 상하수도 시설물에는 많은 기계 설비가 설치되어 있다. 이러한 각종 기계 설비는 운전 조건, 환경 조건 등을 고려하고 연속 운전에 견딜 수 있는 기기의 구조와 재료 등을 선정 하며, 유지 관리 편의성을 고려하여 설치 위치를 고려하여야 한다. 또 각종 수처리에 사용 되는 기계 설비에 대하여 수질에 충분히 적합한 재질을 선정하고, 구조적으로 단순하고 용 량과 기계적 강도 등에 여유를 갖는 설비로 한다.
[그림 4-1] 상수도 관로 시설의 밸브
펌프의 종류 1. 원심 펌프
때 적합할 뿐만 아니라 연속적인 양수, 전동기와의 직결 및 운전이 간단한 것 등 많은 이 점이 있는 펌프로서, 회전차(impeller)의 회전에 의해 액체에 압력과 속도 에너지를 주며, 볼류트 케이싱을 통과하는 사이에 속도 에너지를 능률 좋게 압력 에너지로 변환하여 방출 한다.
원심 펌프는 날개의 직경차에 의한 원주 속도(원심력) 대부분을 이용하여 유체에 압력 에 너지를 공급한다. 흡입구의 수에 따라 편흡입, 양흡입으로 구분된다. 특성은 전동기와의 직결로 고속 회전이 가능하여 일반적으로 효율이 높고 적용 범위가 넓으며, 적은 유량을 가감하는 경우, 소요 동력은 적어도 운전에 지장이 없다. 또 흡입 성능이 우수하고 공동 현상(cavitation)이 잘 발생하지 않는다.
구조적으로 날개는 견고하지만 원심실이 크고 반경 및 축방향으로도 장소를 차지한다. 일 반적으로 사류 펌프는 수중 베어링을 가지지만 원심 펌프는 수중 베어링이 필요하지 않으 므로 보수가 쉽다. 주로 상하수도용, 농업용, 공업용 등에 사용된다.
2. 사류 펌프
사류 펌프는 원심 펌프와 축류 펌프의 중간 형태로 물이 축방향에서 유입하여 축방향과 경사를 두고 유출되며, 회전차의 작용은 원심력과 양력에 의하여 양수되는 펌프이다. 사류 펌프의 그 특성은 원심 펌프와 축류 펌프의 중간 특성을 가지고 체절 시동(Q=0)이 가능하 며, 양정 변화에 대하여 수량의 변동이 적고 수량 변동에 대해 동력의 변화도 적으므로 우수용의 양수 펌프 등 수위 변동이 큰 곳에 적합하다.
구조적으로는 축방향으로 길게 되지만 일반적으로 원심 펌프보다 소형이 된다. 흡입 성능 은 원심 펌프보다 떨어지지만 축류 펌프보다 우수하다. 최근에 원심 사류형 펌프의 사용 빈도가 많아졌지만, 이 형식의 펌프는 사류 펌프와 다르게 안내 날개가 없이 회전차를 개 방형으로 하면 이물질로 인한 폐쇄가 적다.
또 횡축형으로 해서 조의 바깥에 설치하는 방식으로 하면 주요부분이 수중에 있는 입축사 류 펌프에 비하여 부식이 적고 유지 관리가 쉽다. 주로 상하수도용, 냉각수 순환용, 농업 용, 도크 배수용 등에 사용된다.
3. 축류 펌프
축류 펌프는 회전차의 날개가 크고 넓으며 선풍기와 같은 형상이다. 날개 형상의 특성상 입구와 출구에서의 원주 속도는 같기 때문에 상대 속도(양력)에 의하여 유체에 압력 에너 지 및 속도 에너지를 공급하고, 유체는 회전 차속을 축방향에서 유입되어 축방향으로 유 출한다.
축류 펌프의 특성은 고유량 저양정에 적합하고, 고속 운전에 적합하여 형태가 작다. 효율
정 변화에 따른 유량 변화가 적고 효율 저하도 적다. 풋 밸브(foot valve)와 송수 밸브를 생략할 수 있는 등 구조가 간단하고 취급이 쉽고 가격도 싼 편이다. 회전수를 높게 할 수 있으므로 사류 펌프보다 소형으로 되며 전양정이 4 m 이하인 경우에는 축류 펌프가 경제 적으로 유리하다.
그러나 축류 펌프는 규정 양정의 130% 이상이 되면 소음 및 진동이 발생하여 축동력이 급속하게 증가해서 과부하로 되기 쉬우므로 수위 변동이 현저한 경우에는 이 점에 유의한 다. 또 체절 운전이 불가능하고 흡입 성능이 낮고 효율 폭이 좁다. 주로 증기 터빈 복수기 의 순환용, 농업용, 상하수도용 등에 사용된다.
4. 수중 펌프
수중 펌프는 펌프와 전동기를 일체로 펌프 흡수정 내에 설치한다. 펌프실이 작고, 시동이 간단하며 유입 수량이 적은 경우 및 펌프장의 크기에 제한을 받는 경우 등 소규모 펌프장 에 주로 사용한다. 사용할 때에는 점검과 정비가 쉽고 탈착이 쉬운 방식을 채택한다. 한 편, 전원 케이블의 손상 등의 방지 대책을 고려하여야 한다.
5. 스크류(screw)펌프
스크류(screw)펌프는 스크류형의 날개를 용접한 속이 빈 축을 상부 및 하부의 수중 베어 링으로 지지하고 수평에 대해 약 30。 경사인 U자형 드럼통 속에서 회전시켜 하부로부터 양수하는 펌프이다.
6. 편흡입 무폐쇄 볼류트 펌프
볼류트 케이싱 내에 슬러지 막힘 방지를 위하여 선택한 개방형 회전차의 원심력으로 유체 에너지를 가하여 슬러지를 보낸다. 특성은 저농도 슬러지 이송에 적합하고 유량이 크며 일정한 유량으로 이송이 가능하고, 큰 부유물이 함유된 슬러지 이송에도 막힐 염려가 없 으나 제어가 곤란한 단점이 있으며, 효율은 40~50% 수준이다.
7. 편흡입 볼텍스 펌프
회전차가 직접 슬러지를 밀어내지 않고 회전으로 와류를 형성시켜 자유 볼텍스 흐름의 유 체학적 원리로 유체를 토출한다. 특성은 유체가 자유 소용돌이 흐름을 따라 고형물은 관 성에 의하여 회전차에 충돌하면서 넓은 회전차 공간을 이용하여 큰 부유물과 함께 이송에 쉽고, 대당 유량이 크다. 또 고형물 함유율이 큰 슬러지 이송에 적합하지만 원심 펌프 중 효율이 30~40%로 가장 낮으며 유량 제어가 곤란하고 유지비가 많이 드는 단점이 있다.
8. 편흡입 무폐쇄 나선형 펌프
흡입부 쪽은 나선형이며, 맑은 물은 아르키메데스 작용을 일으키고 고형물은 선회 작용을 하는 원심형과 용적형의 혼합형이라고 볼 수 있다. 특성은 효율이 좋고 유지비가 적게 들
이 쉽지만 단일축 정량 펌프로 제어가 어려운 단점이 있으며, 펌프 효율은 50~60%로 다소 높다.
9. 단일축 나사식 정량 펌프
용적형 펌프로서 유체에 에너지를 가하지 않고 나사형 회전자로 유체를 밀어내는 펌프로 서 특성은 고형물이 유체와 함께 나사 부분의 회전에 따라 전진함으로써 흡입 성능이 우 수하고 토출량이 일정한 정량 펌프로도 사용 가능하다.
회전수에 의한 유량제어가 가능하며 크고 함유율이 높은 고형물 유입 시에도 막힘없이 원 활하게 사용 가능하나 30~40% 정도의 저효율 펌프로서 양정에 제한이 있고 설치 공간을 넓게 차지하는 단점이 있다. 또 고형물과 회전자의 길이에 따른 접촉 시간이 길어 마모가 쉽게 발생되어 내마모성의 회전자 재질 선정에 신중함을 고려하여야 한다.
펌프의 이용
1. 상수도 시설물의 펌프 (1) 종류
상수도용으로 많이 사용되는 펌프는 원심 펌프, 사류 펌프, 축류 펌프의 시험 및 검사 방법, 양쪽 흡입 벌루트 펌프, 깊은 우물용 수중 모터 펌프, 배수용 수중 모터 펌프, 소형 벌루트 펌프 등이 있다.
(2) 일반 사항
다음에 명시되지 않은 사항은 참조 규격에 따르며, 각 절의 요구 사항에 따라서는 제 작자의 표준 기기로 필요에 따라 수정될 수 있다.
- 펌프 및 전동기는 단속 및 연속 구동에 적합하여야 하며 서징, 캐비테이션 및 진동 현상 없이 전 시방 범위에서 운전될 수 있어야 한다.
- 진동이 없도록 회전 부품은 정·동적으로 평형이 되어야 하며, 하중 및 하중 분포는 정상 운전 상태에서 공진 현상이 없어야 한다.
- 펌프의 성능 곡선은 최고 효율점에서 완만한 효율곡선이어야 하며, 시방점에서의 효 율이 (공장 검사에서 측정한 수치가) 보증 효율 이상이어야 한다.
- 펌프의 부품들은 기존에 사용하고 있는 같은 규격의 펌프와 호환성을 가져야 하며, 충분한 강도 및 강성을 가져야 한다.
- 펌프는 분해, 수리가 용이하여야 한다.
- 펌프는 정격 회전 속도의 120%에서 역회전이 5분간 일어나도 펌프, 모터, 동력 공급 또는 제어반에 이상이 발생하지 않아야 한다.
- 펌프 운전 범위는 유량 비율 (80%)Q에서 (120%)Q까지 어떠한 운전 조건에서도 필요