Lecture 2
Applied Fluid Machinery
Wang-Hee Lee
Chungnam National University Biosystems Machinery Engineering
Introduction
What is the pump?
펌프는 외부에서 가해지는 기계적인 운동에너지에 의해 유체에 압력을 가하여 낮은 곳에서 높은 곳으로 보내거나 멀리 보내는 장치이다
기계적인 운동에너지를 공급받아 유체에 압력을 가하여 운동에너지나 위치에너지를 가지도록 한다
펌프
펌프작동 힘의 원리 원심력: 유체를 회전시킬 때 원심력에 의해 중심부분의 압력을 낮아지고 중심에서 먼 곳은 압력이 높아지는 원리를 이용한 것이다.
압력: 일정한 용적 속에 유체를 넣고 압력을 가하여 유체를 송출
마찰: 특수한 형태의 펌프에 적용하는 원리로서 운동체와 유체 사이에 마찰을 이용
분사: 유체를 분사할 때 속도가 높은 곳에서는 압력이 낮아지는 현상 등을 이용하여 유체를 송출
Introduction
Types of pumps
펌프는 외부에서 가해지는 기계적인 운동에너지에 의해 유체에 압력을 가하여 낮은 곳에서 높은 곳으로 보내거나 멀리 보내는 장치이다
기계적인 운동에너지를 공급받아 유체에 압력을 가하여 운동에너지나 위치에너지를 가지도록 한다
펌프의 종류 특수펌프
용적형 펌프
터보형 펌프
임펠러의 원심력에 의해 액체에 압력 및 속도 에너지를 주는 펌프
피스톤, 플렌지 또는 모터등의 압력 작용에 의해 액체를 압송하는 펌프
펌프
원심력
Centrifugal pump
Centrifugal force
원운동을 하고 있는 물체에 나타나는 관성 회전의 중심에서 바깥쪽으로 작용하는 것처럼 관찰됨 다른 관성력과 마찬가지로 실제 존재하는 힘은 아님
Centrifugal force
원심펌프에의 이용
물을 담은 원통형의 용기를 그 축을 중심으로 회전시키면 용기내의 물은 원심력(centrifugal force)에 의하여 압력이 증가하여 둘레는 높아지고 중심부에서는 압력이 낮아져 처음에 있던 수면 은 실선의 수면과 같이 변형 이러한 현상으로부터 압력이 낮아진 중심부에 관을 연결하여 보다 아래쪽에 있는 물탱크와 연결하고 원통형의 용기를 밀폐된 것으로 하여 회전시키게 되면 용기 아래에 위치한 물탱크로부터 물이 차차 흡상하게 된다
Centrifugal pump
Centrifugal pump
회전하는 임펠러에 의해 유체에 에너지를 전달
유체에 원심력을 부여하여 중심부에서 물을 흡입하여 원주방향으로 송출
한 개 또는 여러 개의 임펠라를 밀폐된 케이싱 내에서 회전시킴으로써 발생하는 원심력을 이용하여 액체의 수송 작용을 하거나 압력을 발생 시키는 펌프
원심펌프
회전차 케이싱
Centrifugal pump
Structure
여러 개의 날개로 되어 있고, 원심력에 의해 압력을 발생 시킨다.
Impeller Impeller
임펠러의 바깥 주위에 고정되어 있어 임펠러로부터 빠른 속도로 배출되는 물을 인도하여 배출관으로 보낸다
Vane
Casing or volute
안내날개로부터 나가는 물이 지나서 배출관으로 보내진다.
Casing or volute Discharge
Discharge
Inlet
Centrifugal pump
Operation
원심펌프 작동
이와 같은 작동으로 물은 회전차 내에서 압력과 속도에너지를 얻어 필요한 곳으로 송수된다
임펠러를 물이 가득한 케이싱에서 회전
원심력으로 물이 방출되어 와류실에 모임
토출관을 통하여 송수 (와류실에서 유체의 에너지를 압력에너지로 변환)
원심력에 의해 회전차의 중앙부에는 국부진공이 생겨 흡입관에서 물이 연속 흡입
Centrifugal pump
Types of centrifugal pumps
안내깃의 유무 벌류트 펌프
터빈 펌프
양정이 낮은 곳에 주로 사용, 구조가 간단 벌류트 펌프에 비하여 효율이 좋고 높은 양정 (디퓨저 펌프)
Centrifugal pump
Types of centrifugal pumps
단수 단단 펌프
다단 펌프
하나의 케이싱에 1개의 임펠러를 가진 펌프 동일 축상에 2개 이상의 임펠러가 존재 단계별로 흡입되어 차례로 압력을 높여가는 펌프로, 높은 양정을 얻을 수 있다
Centrifugal pump
Types of centrifugal pumps
흡입구 편흡입 펌프
양흡입 펌프
임펠러의 한쪽에서만 물을 흡입 송출량이 적은 경우에 사용
임펠러 양쪽에서 흡입
양쪽에서 흡입함으로 추력의 발생이 없고, 송출량이 많은 경우에 사용한다
Centrifugal pump
Theory: Theoretical head
펌프가 물을 퍼올리는 높이 양정 (Head)
흡입양정 (suction head) 토출양정 (delivery head)
실양정 (actual head)
전양정 (total head) 흡수면에서 펌프 중심까지의 수직높이
펌프 중심에서 토출 수면까지의 수직높이
흡입양정 + 토출양정
펌프가 유체에 주는 압력에너지, 속도에너지 등 에너지의 총합 펌프가 물을 흡입수면에서 토출수면까지 양수하기 위해서는 실양정에 상당하는
에너지와 관내의 마찰손실이나 기타 손실에 상당하는 만큼의 에너지를 물에 가해야 한다
+ 손실에 해당하는 에너지
The relative velocity of flow is considered relative to the impeller
The absolute velocity is taken with respect to the pump casing and is always equal to the vector sum of the relative velocity and the peripheral velocity of the impeller.
원주속도: 회전차의 입구와 출구에서 지면에 대한 회전차 깃의 속도
Centrifugal pump
Theory: Velocity triangle
깃의 입구에서의 유입각
깃의 출구에서 유출각
깃의 입구각 깃의 출구각
Centrifugal pump
Theory: Angular velocity and torque
각속도 (angular velocity)
토크 (Torque)
𝑻 = 𝒓 × 𝑭 =𝒅 𝒅𝒕𝒓 × 𝒎𝑽 𝒗 = 𝒓𝝎 𝒗
𝒓
𝝎 =𝒅𝜽 𝒅𝒕
특정 축을 기준으로 각이 돌아가는 속력을 나타내는 벡터
물체에 작용하여 물체를 회전시키는 원인이 되는 물리량
𝑳 = 𝑻 ∙ 𝝎
