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펌프 -15주
p234소방용 펌프는 주로 원심펌프를 사용하며, 원심펌프는 [그림7-1]에서와 같이 볼류트펌프 (Volute Pump)와 터빈펌프(Turbine Pump)의 2종류가 사용되고 있다. 두 펌프의 특징으로 볼류 트펌프는 임펠러 주위의 물의 안내날개가 없으며, 터빈펌프는 물의 안내날개가 있는 것이 특징이 다. 터빈펌프는 원심력에 의한 속도에너지를 안내날개에 의해 압력에너지로 바꾸어 주기 때문에 양정이 높은 곳, 즉 방출압력이 높은 곳에 적절하고 볼류트펌프는 양정이 낮고, 방수량이 많은 곳에 사용한다. [표 7-1] 펌프특성 볼류트펌프 터빈펌프 임펠러의 안내날개 없음 송출 유량이 많음 송수 압력이 낮음 임펠러에 안내날개 있음 송출 유량이 적음 송수 압력이 높음 (a) 볼류트펌프 (b) 터빈펌프 [그림 7-1] 원심펌프
1. 펌프의 종류
1) 터보형(Turbo Pump)
고속회전이 가능하고, 경량 소형이며, 구조가 간단하고, 취급이 용이하며 효율이 높고 맥동이 적다.(1) 원심 펌프(Centrifugal Pump)
임펠러(Impeller)를 빠르게 회전시킬 때 일어나는 원심력을 이용한 펌프로 회전차 입구에서 반지름 방향 또는 경사방향에서 유입하고, 회전차 출구에서 반지름 방향으로 유출하는 구조 이다. 왕복 펌프에 비하여 경량 소형이며 고속운전에 적당하고 모터에 직결된다. 또 진동과 소음이 적고 장치도 간단하며 송수압에 파동이 없어 수량의 조절도 용이하다. ① 볼류트 펌프(Volute Pump)：안내날개가 없으므로 비교적 저양정이며, 대유량에 사용 한다. ② 터빈 펌프(Turbine Pump)：물의 흐름을 조절하기 위하여 임펠러 외측에 안내날개를 설치한 펌프로 고양정에 사용한다. 1단은 단단 터빈 펌프, 2단 이상을 다단 터빈 펌프라 한다.(2) 사류 펌프
액체가 회전차 입구, 출구에서 다같이 경사방향으로 유입하여 경사방향으로 유출하는 펌프이 다.(3) 축류 펌프
액체가 회전차 입구, 출구에서 다같이 축 방향으로 유입하여 축 방향으로 유출하는 펌프 이다.2) 용적형(Positive Displacement Type)
소유량 고양정을 요할 때 적합하다.(1) 왕복 펌프(Reciprocating Pump)
① 피스톤 펌프(Piston Pump)：밀폐된 실린더 속에서 피스톤의 왕복작용으로 급수하는 펌프로 송수압에 파동이 크고 수량의 조절도 곤란하여 양수량이 적고 양정이 큰 경우에 적합하다.
② 플런저 펌프(Plunger Pump)：플런저의 작용에 의해 급수하는 것으로 펌프의 둘레에 서 누설이 적어서 수압이 높고 유량이 적은 곳에 사용한다. ③ 워싱톤 펌프(Worthington Pump)：증기기관에 펌프가 직결되어 있어 고압 보일러의 금수 펌프 등에 적합하다. ④ 다이어프램 펌프(Diaphragm Pump)：고무제 다이어프램의 한쪽에 피스톤 펌프 등에 의한 압력을 걸어서 반대쪽에 있는 슬러리를 압송하는 것으로, 흡입 및 토출측에는 볼을 사용한 체크 밸브가 사용된다. 화학공업에 사용되는 프로세스 펌프 중에서 특히 부식성이 강한 것을압송하는 펌프로 사용된다.
(2) 회전 펌프(Rotary Pump)
케이싱 속에 회전차를 회전시켜 물을 연속으로 급수하는 펌프로서 기름이나 점성이 높은 액 체의 압송에 적당하다. ① 마찰 펌프(Friction Pump)：원판 주위에 많은 흠을 가진 회전차를 케이싱 속에 회전시 키고, 이것을 접촉하는 유체 마찰에 의하여 양수하는 펌프로 웨스코 펌프라고도 한다. ② 제트 펌프(Jet Pump)：물 또는 증기를 분사시켜서 이것과 수반하여 다른 유체를 수송 하는 펌프이다.③ 기포 펌프(Air Lift Pump)：양수관의 일부를 수중에 넣고 하단부터 압축공기를 불어 넣음으로써 물보다는 단위부피상의 무게가 가벼운 기수혼합체를 만들고 관외의 물과의 비중차를 이용해서 양하는 장치이다. 마모나 고장이 적다.
④ 수격 펌프(Hydraulic Ram Pump)：수격작용을 이용하여 저낙차에 있는 물의 일부를 높은 곳에 올리는 펌프이다.
2. 소방용 펌프
소방용 펌프는 동력을 전달받아 주로 원심펌프를 사용하며, 옥내소화전설비에 가압송수장치로 사용되는 펌프에 대하여 살펴보도록 한다. 전동기 또는 내연기관에 따른 펌프를 이용하는 옥내소화전설비에 사용하는 가압송수장치는 다 음 기준에 따라 설치하여야 한다. 다만, 가압송수장치의 주펌프는 전동기에 따른 펌프로 설치하여 야 한다. 1. 쉽게 접근할 수 있고 점검하기에 충분한 공간이 있는 장소로서 화재 및 침수 등의 재해로 인한 피해를 받을 우려가 없는 곳에 설치할 것 2. 동결방지조치를 하거나 동결의 우려가 없는 장소에 설치할 것 3. 특정소방대상물의 어느 층에 있어도 해당 층의 옥내소화전(5개 이상 설치된 경우에는 5개의 옥내소화전)을 동시에 사용할 경우 각 소화전의 노즐선단에서의 방수압력이 0.17MPa(호스릴 옥내소화전설비를 포함한다) 이상이고, 방수량이 130 l/min(호스릴옥내소화전설비를 포함한 다)이상이 되는 성능의 것으로 할 것, 다만, 하나의 옥내소화전을 사용하는 노즐선단에서의 방수압력이 0.7MPa을 초과할 경우에는 호스접결구의 인입 측에 감압장치를 설치하여야 한다. 4. 펌프의 토출량은 옥내소화전이 가장 많이 설치된 층의 설치개수(옥내소화전이 5개 이상 설치 된 경우에는 5개)에 130 l/min를 곱한 양 이상이 되도록 할 것 5. 펌프는 전용으로 할 것. 다만, 다른 소화설비와 겸용하는 경우 각각의 소화설비의 성능에 지장 이 없을 때에는 그러하지 아니한다. 6. 펌프의 토출 측에는 압력계를 체크밸브 이전에 펌프토출 측 플랜지에서 가까운 곳에 설치하고, 흡입 측에는 연성계 또는 진공계를 설치할 것. 다만, 수원의 수위가 펌프의 위치보다 높거나 수직회전축 펌프의 경우에는 연성계 또는 진공계를 설치하지 아니할 수 있다. 7. 가압송수장치에는 정격부하운전 시 펌프의 성능을 시험하기 위한 배관을 설치할 것. 다만, 충압 펌프의 경우에는 그러하지 아니하다. 8. 가압송수장치에는 체절운전 시 수온의 상승을 방지하기 위한 순환배관을 설치할 것. 다만, 충압 펌프의 경우에는 그러하지 아니하다. 9. 기동용수압개폐장치를 기동장치로 사용할 경우에는 다음 각 목의 기준에 따른 충압펌프를 설 치할 것. 다만, 옥내소화전이 각층에 1개씩 설치된 경우로서 소화용 급수펌프로도 상시 충압이 가능하고 다음 가목의 성능을 갖춘 경우에는 충압펌프를 별도로 설치하지 아니할 수 있다. 가. 펌프의 토출압력은 그 설비의 최고위 호스접결구의 자연압보다 적어도 0.2MPa이 더 크도 록 하거나 가압송수장치의 정격토출압력과 같게 할 것 나. 펌프의 정격토출량은 정상적인 누설량 보다 적어서는 아니 되며, 옥내소화전설비가 자동적 으로 작동할 수 있도록 충분한 토출량을 유지할 것 10. 내연기관을 사용하는 경우에는 다음 각 목의 기준에 적합한 것으로 할 것 가. 내연기관의 기동은 기동장치를 설치하거나 또는 소화전함의 위치에서 원격조작이 가능하고기동을 명시하는 적색등을 설치할 것 나. 제어반에 따라 내연기관의 자동기동 및 수동기동이 가능하고, 상시 충전되어 있는 축전지설 비를 갖출 것 11. 가압송수장치에는 “옥내소화전펌프”라고 표시한 표지를 할 것. 이 경우 그 가압송수장치를 다른 설비와 겸용하는 때에는 그 겸용되는 설비의 이름을 표시한 표지를 함께 하여야 한다. 12. 가압송수장치가 기동이 된 경우에는 자동으로 정지되지 아니하도록 하여야 한다. 다만, 충압 펌프의 경우에는 그러하지 아니한다.
1) 펌프의 양정
펌프의 크기는 구경, 양수량, 전양정에 의해 산정된다. ① 실양정：낮은 곳의 수면에서 최고위의 수직거리를 실양정이라 한다. ② 전양정(펌프 양정)：실양정 + 마찰손실 수두 m 여기서, : 전양정(m) : 실양정(흡입양정+토출양정)(m) : 배관 및 관부속품 마찰손실수두(m) : 소방용 호스 마찰손실수두(m) 17m : 노즐선단의 방수압 환산수두[그림 7-2] 펌프의 양정
[펌프의 설치] ① 수평축 원심펌프의 설치 예 [그림 7-3] 수조위에 설치된 수평축 펌프의 설치 예 ② 수직축 원심펌프의 설치 예 수직축 펌프는 구멍 뚫린 샘(우물)이나 깊은 웅덩이의 물을 빨아올리는 목적으로 만들어졌다. 최 근에는 흡입양정이 큰 곳에 수평축 펌프 대신 사용되고 있다. 이 펌프는 호수(priming) 없이 즉시 물을 뿜어내는 특징이 있다. 수직축 펌프의 설치 예는 [그림 7-4]와 같다. [그림 7-4] 수직축 펌프 설치 예
2) 펌프의
유효흡입수두
(Net Positive Suction Head, NPSH)
펌프의 유효흡입수두는 유체가 흡입배관 및 부속을 지나서 펌프의 임펠러 내로 흐르게 하는 압력수두를 말한다. 수원이 펌프보다 아래에 있을 경우 흡입수두는 대기압(-) 낙차이며 , 수원이 펌프보다 위에 있을 경우에는 흡입수두는 대기압(+) 정압이 된다.
펌프흡입측 플랜지의 펌프운전 시의 압력계 눈금은 수원이 펌프보다 아래에 있을 경우(-)가 되지만 절대압력으로 환산하면(+)가 되기 때문에 NPSH(NetPositive SuctionHead)라고 한다. 이 NPSH는 펌프설계와 용량 및 속도와의 함수로서 펌프제조업체에 의하여 주어지며, 순수필요 흡입수두(NPSH Required : )라고 한다. 한편, 펌프 이외의 조건, 즉 유체의 포화증기압, 낙차, 흡입배관의 마찰손실 등은 펌프가 유체를 이송하는데 장애요인으로서 대기압에서 이러한 장애요인을 뺀 것을 순수유효흡입수두(NPSH Available : )라고 한다. 즉, 펌프가 유체를 계속해서 이송하기 위해서는 대기압-흡입시 의 장애요인≥의 조건이 성립하여야 한다. [그림 7-5] 유효흡입수두 예 이를 수식으로 표현하면, ≥ 여기서, : 대기압 : 유체의 포화증기압 : 낙차 : 흡입배관의 마찰손실 또한, 펌프의 공동현상(Cavitation)없이 펌프를 운전하기 위해서는 ≥ ×1.3 이 되도록 권장하고 있다. 따라서 펌프의 원활한 흡입을 위해서는 가급적 값을 크게 확 보하여야 한다.
수원이 펌프보다 위에 있을 경우에는 는 (+)의 값을 가지므로 흡입에 도움이 되나 수원이 펌프보다 낮은 위치에 있는 경우 값을 크게 하기 위해서 ⓵ 물탱크 내의 온도를 낮게 유지하여 포화증기압(-) 를 줄이거나 ⓶ 펌프의 설치위치를 가급적 낮게 하여(-) 값을 줄이거나 ⓷ 흡입배관의 구경을 크게 하여(-) 값을 줄인다(※ 펌프의흡입배관의 구경을 토출 측 구경보다 1단계 또는 2단계 크게 하는 이유이다). ⓸ 흡입배관의 길이를 가급적 짧게 하여(-) 값을 줄인다. 흡입배관 마찰손실 계산 시의 유량은 펌프의 최대유량(정격토출량의 150%)을 기준으로 한다. 소화펌프는 최대유량에서도 흡입 및 토출이 가능하여야 하기 때문이다. 만일 값이 × 1.3 값보다 적을 경우에는 펌프의 형태를 평원심식 펌프에서 수직터빈식 펌프로 교체하여야 한다. 수직펌프의 경우 임펠러가 물속에 잠기고 흡입배관이 없어 이 된다. 예제 그림에서 20℃에서의 포화증기압을 0.0025MPa, 흡입배관의 마찰손실을 0.003MPa이라 하면, 펌프의 유효흡입양정은 얼마인가? 풀이 m
예제 그림에서 는 얼마인가? (단, 마찰손실은 1.5[m ], 20℃일 때 포화증기압은 0.002383 kgfm 이다.) 풀이 m 대기압, mAq kgfcm mAq m m
3) 펌프의 마력
(1) 전동기 용량(
)
축동력()보다 커야 한다. kW ×× ··· (7-1) 여기서, ：옥내 소화전의 방수량[mmin] ：송수 펌프의 양정[m] ：효율 ：전달계수(2) 수동력(
)
：펌프에 의하여 유체에 주어지는 동력을 수동력이라 한다. kgfsec··· (7-2) 여기서, ：수동력 ：비중량[kgfm] ：송수 펌프의 양정[m] ：유량[msec] 만약 ：유량[msec], ：양정[m], ：비중량[kgfm]이라면PS × kW × ··· (7-3)
(3) 축동력(
)
：원동기에 의하여 펌프를 운전하는데 요하는 동력을 축동력이라 한다. 전효율 ··· (7-4) 여기서, 체적효율()：0.9~0.95 기계효율()：0.9~0.97 수력효율()：08~0.96 PS × × ··· (7-5)(4) 원동기의 동력(
)
：펌프를 구동시키는 원동기의 동력 kW × × ··· (7-6) [표 7-2] 전달계수( ) 방 식 직 결 1.1~1.2 V-벨트 1.15~1.25 평-벨트 1.25~1.35 스퍼기어 1.2~1.25 베벨기어 1.15~1.25 ※ 동력이란 단위시간에 하는 일의 양이다.예제 어느 소방대상물의 4층에 5개, 5층에 6개의 옥내소화전이 설치되어 있다. 전양정이 130m 이고, 펌프의 효율이 60%, 전달계수 1.1인 전동기의 동력(kW)을 계산하시오. 풀이 펌프의 전동기 용량
kW) × × × kW L/min × × min m³/s ※ 참고 : (HP) = 여기서, : 용량(m³/s), : 전양정(m) : 물의 비중(1000kgf/m³) : 전달계수, : 펌프효율 1kW = 102kgf · m/s (HP = 76kgf · m/s, PS = 75kgf · m/s)3) 펌프의 압축비(
)
여기서, ：펌프의 압축비 ：펌프의 단수비 ：흡입측 압력비 ：토출측 압력비4)
상사법칙
원심식이나 축류식의 펌프 등 터보 기계에는 상사법칙이 적용된다. 구조가 상사인 2대의 펌프 에 대하여 다음과 같은 관계가 있다. [표 7-3] 상사법칙 유 량 양 정 축동력 여기서, ：유량 ：전양정 ：축동력 ：회전차의 외경 ：각각의 회전수 ：비중량 ※ 비속도 한 회전차를 형상과 운전상태를 상사하게 유지하면서 그 크기를 바꾸어 단위송출량에 서 단위양정을 내게 할 때 그 회전차에 주어져야 할 회전수를 처음 회전차의 비속도라 하고다음과 같이 표시한다. ··· (7-7) 비속도가 같은 회전차는 모두 상사형이다. 따라서 비속도는 회전차의 형상을 나타내는 척도가 되고, 펌프의 성능을 나타내거나 최적합한 회전수를 결정하는데 이용된다. 예제 원심펌프가 3000[rpm]으로 회전하여 전양정 100[m]에 0.17[msec]을 방출한다. 이것과 상사로 서 크기가 2배되는 펌프가 2000[rpm]으로 운전될 때 펌프의 방출량은 몇 [msec]가 되는가? 풀이 msec 예제 원심 펌프가 매분 2000 회전으로 전양정 100[m]에 대하여 0.17[msec]인 수량을 방출한다. 이것 과 상사로서 치수가 2배인 펌프가 매분 1500회전이고 다른 것은 동일상태로 운전될 때의 전양정을 구 하여라. 풀이 m 예제 원심 펌프가 2000[rpm]로서 전양정 100[m]에 대하여 0.17[msec]의 유량을 방출하고 축동력은 250[pm]이다. 이 펌프와 상사로서 치수가 2배인 펌프가 1500[rpm]로서 회전하면서 상사로서 운전 되고 있을 때의 축동력을 계산하여라. 풀이 ps
예제 회전속도 3600[rpm], 전양정 128[m]에 대하여 1.228[m³/min]의 수량을 내는 펌프가 필요하다. 비속 도가 [ns mmin⋅m⋅rpm ]의 범위에 속하는 다단 펌프로서 위의 용량을 만족시키기 위해서는 몇 단의 펌프로 해야 하는가? 풀이 값이 너무 작기 때문에 2단： 3단： 4단： 3단의 비속도 는 비속도의 요구 범위 180~260 내에 있으므로 펌프는 3단으로 해야 한다.
3. 펌프의 작동
최대 효율로 펌프를 작동시키기 위해서 하나의 펌프 혹은 단단형 펌프의 출력은 단지 좁은 범 위 내에서만 적용이 가능하다. 따라서 일반적인 경우에는 다단형 펌프나 또는 각기 별도의 특성을 갖는 몇 개의 펌프를 이용하여 양수하는 것이 더욱 효율적일 수 있다. [그림 7-6]과 같이 2개의 펌프를 직렬로 연결시켜 설치하였을 때 두 펌프의 전 유량은 단일 펌프의 유량과 같은 반면 압력은 2배가 된다. 또 병렬로 연결하였을 때는 유량은 단일 펌프의 2배 가 되지만 압력은 단일 펌프와 같다. 이것은 단지 펌프의 유량이 대기로 배출될 때만 적용된다. 대기로 배출되지 않고 관계통으로 들어가면 마찰저항을 받기 때문에 병렬로 작동하는 두 펌프는 더욱 큰 흐름저항을 받는다. 그래서 관계통 내에서 별도로 작동될 때와는 다른 작동점을 갖게 된 다. 병렬작동 펌프의 특성곡선의 그래프에서 나타난 것처럼 병렬로 연결된 이단형 펌프에서의 합 성유량은 단형 펌프 유량의 2배보다는 작다. 직렬인 경우도 능력은 전계통을 통해서 2배가 못된 다. 펌프 1대로 공급할 수 있는 유량, 양정보다 더 많은 유량과 양정을 필요로 할 때 2대 혹은 더 많은 펌프를 필요에 따라 연결한다.(a) 펌프의 병렬작동(유량) (b) 펌프의 직렬작동(양정) [그림 7-6] 펌프의 작동
4. 펌프의 제현상
1)
공동현상
(캐비테이션,
Cavitation)
(1) 개요
[그림 7-7]에서 보는 바와 같이 유체가 넓은 유로에서 좁은 곳으로 고속으로 유입할 때 또는 벽면을 따라 흐를 때 벽면에 요철이 있거나 만곡부가 있으면 흐름은 직선적이 못되며 A부는 B부보다 저압이 되어 여기서 공동(캐비티, Cavity)이 생긴다. 이 부분의 압력이 그 수온의 포화증기압보다 낮아지면 수중에 증기가 발생한다. 또 수중에는 압력에 비례하여 공기가 용입되어 있는데, 이 공기가 물과 분리되어 기포로 나타난다. 이와같은 현상을 캐비테이션(공동현상)이라고 한다.
(2) 펌프의 최대 설치높이
송출양정은 펌프의 종류와 출력에 따라 얼마든지 높일 수 있지만, 흡입양정은 흡입액면상의 기압과 펌프의 회전차 중심에 대한 압력의 차에 의하여 정해지기 때문에 그 때의 상태에 따 라 일정한 한도가 있다. 이것을 최대 설치높이라고 한다. 이론상의 최대 설치높이는 10.33[m]이나 실제에 있어서는 펌프의 내부를 완전진공이 되도록 하는 것은 구조상 불가능하고, 흡입관속의 손실수두, 양액의 증기압, 설치위치의 표고 등의 영향을 받아 물인 경우 실제의 설치높이는 한계가 있다.(3) 캐비테이션 발생 한계조건
：캐비테이션이 발생하지 않는다. ≥ ×：펌프의 설치높이를 정할 때 붙이는 여유※ ① (Available Net Positive Suction Head)：이용가능한 정미유효흡입양정으로 흡입전양정에서 포화증기압을 뺀 것을 말한다.
② (Required Net Positive Suction Head)：필요로 하는 정미유효 흡입양정을 말한다.
(4) 캐비테이션 발생의
문제점
① 유리기포가 고압이 되는 곳에 이르러 갑자기 파괴되면서 심한 충격을 동반하고 소음과 진동을 초래한다. ② 깃 입구 부근에 발생하면 펌프의 성능을 저하시키고 또 효율도 나빠진다. ③ 충격으로 벽면이 침식된다.(5) 캐비테이션의
방지책
① 펌프의 설치높이를 될 수 있는 대로 낮추어 흡입양정을 짧게 한다. ② 입형 펌프를 사용하고, 회전차를 수중에 완전히 잠기게 한다. ③ 회전속도를 낮추어 흡입속도를 줄인다. ④ 양흡입 펌프를 이용한다. ⑤ 2대 이상의 펌프를 사용한다. ⑥ 흡입손실 수두를 줄인다.[그림 7-7] 공동현상의 발생
[그림 7-8] 와 의 곡선
[그림 7-10] 이론상의 흡입양정
(a) 대기압이 작용하는 저수조 (b) 밀폐 탱크에 가 작용하는 저수조
(c) 흡입양정이 인 대기압에 개방된 탱크 (d) 흡입양정이 인 밀폐 탱크
2)
수격작용
(Water Hammer)
(1) 개요
[그림 7-12]와 같이 관로 속을 흐르고 있는 유체를 관단의 밸브로서 갑자기 닫으면, 유 체의 감속된 양의 운동 에너지가 압력 에너지로 변하기 때문에 밸브의 직전 A에서 고 압이 발생한다. 이 고압의 영역은 수관 중의 압축파의 전파속도로 상류의 탱크의 관입 구 B를 향하여 진행하고, B에 도달하면 다시 A로 되돌아온다. 다음에 부압이 되어 다시 A, B 사이를 반복하여 왕복한다. 이와 같은 현상을 수격작용이라 한다.(2) 수격작용의 문제점
관속의 유속이 빠를수록, 또 밸브를 닫는 시간이 짧을수록 격심하고, 때로는 관이나 밸브를 파괴하는 수도 있다.(3) 수격작용의
방지책
① 유속을 낮춘다. ② 밸브 조작을 완만히 한다. ③ 플라이 휠(Fly Wheel)을 달아 펌프 속도 변화를 완만히 한다. ④ 서지 탱크(Surge Tank)를 관선에 설치한다. ⑤ 밸브를 가능한 펌프 송출구 가까이 달고 밸브 조작을 적절히 한다. [그림 7-12] 수격작용의 원리3)
맥동현상
(서징
, Surging)
(1) 개요
펌프가 운전 중에 한숨을 쉬는 것과 같은 상태가 되어 펌프 입구와 출구의 진공계,압력계의 지침이 흔들리고동시에 송출유량이 변화하는 현상을 서징이라고 한다. 즉, 송출압력과 송출 유량 사이에 주기적인 변동이 일어나는 현상이다.(2) 맥동현상의 문제점
일단 일어나면 그 변동의 주기는 비교적 거의 일정하고, 송출 밸브의 개도를 바꾸어 인위적으로 운전상태를 바꾸지 않는 한 이 상태가 계속된다.
(3) 맥동현상의
발생원인
① 펌프의 양정곡선이 산고곡선이고 이 곡선의 산고 상승부에서 운전하는 것 ② 배관 중에 수조나 공기조가 있는 것 ③ 유량조절의 밸브가 탱크의 뒤 쪽에 있는 것 위의 3가지 조건을 모두 갖추었을 때 서징이 일어난다.(4) 맥동현상의
방지책
① 회전차나 안내깃의 형상치수를 바꾸어 그 특성을 변화시킨다. ② 방출 밸브 등을 써서 펌프 속의 양수량을 서징할 때의 양수량 이상으로 증가시키던가, 무 단변속기 등을 써서 회전차의 회전수를 변화시킨다. ③ 관로에 있어서 불필요한 공기 탱크 등을 제거하고 관로의 단면적, 유속, 저항 등을 바꾼다.연습문제｜21
01
다음 펌프 운전 특성에 관한 설명 중 옳지 않은 것은? ① 완성펌프를 가동할 때는 송출구 쪽의 밸브를 잠근 상태에서 시동을 한 후에 밸브를 열어가는 방법을 쓴다. ② 축류펌프를 가동할 때는 입출구 쪽의 모든 밸브를 연 상태에서 시동을 하여야 한다. ③ 원심펌프의 기동시 양정이 부족하면 2대의 펌프로 병렬 연합 운전하여 부족한 양정을 보완할 수 있다. ④ 축류 펌프의 가동익을 적용하는 경우에는 송출량이나 양정에 따라 날개의 각도를 조정할 수 있으므로 축동력을 일정하게 유지할 수 있다. 풀이02
펌프의 출구와 입구에서 높이 차이와 속도 차이는 매우 작고 압력차이는 일 때, 비중량 인 액체를 체적유량 로 송출하기 위하여 필요한 펌프의 최소동력은?1) ① ② ③ ④ 풀이03
토출량과 토출 압력이 각각 Q Lmin , P kPa이고, 특성곡선이 서로 같은 두 대의 소화 펌프를 병렬 연결하여 두 펌프를 동시 운전하였을 경우 총 토출량과 총 토출압력은 각각 어떻게 되는가? ① 총 토출량 : QLmin, 총 토출압력 : PkPa ② 총 토출량 : 2QLmin , 총 토출압력 : 2PkPa ③ 총 토출량 : QLmin, 총 토출압력 : 2PkPa ④ 총 토출량 : 2QLmin , 총 토출압력 : PkPa 풀이04
다음 중 옳은 것을 모두 고른 것은? ① 일반적으로 축류펌프의 비속도가 반경류 펌프의 비속도보다 크다. ② 회전수와 양정이 같을 때 유량이 큰 펌프의 비속도가 더 크다. ③ 회전수와 유량이 같을 때 양정이 큰 펌프의 비속도가 더 작다. ① ① ② ①, ② ③ ②, ③ ④ ①, ②, ③ 풀이 정답 1. ③ 2. ③ 3. ④05
펌프의 성능해석에 사용되는 속도삼각형( )을 그림으로 나타낸 것이다. 를 펌프로 유입되 는 물의 속도라 할 때, 이들을 알맞게 설명한 것은?2) ① : 상대속도, : 절대속도, : 날개(원주)속도 ② : 절대속도, : 상대속도, : 날개(원주)속도 ③ : 절대속도, : 상대속도, : 케이싱속도 ④ : 상대속도, : 절대속도, : 케이싱속도06
유량이 0.5mmin일 때 손실수두가 5m인 관로를 통하여 20m 높이 위에 있는 저수조로 물을 이송하고 자 한다. 펌프의 효율이 90%라 할 때 펌프에 공급해야 하는 전력은 약 몇 인가? ① 0.45 ② 1.84 ③ 2.27 ④ 136 풀이 min × × × × 07
유량 2mmin, 전양정 25m인 원심펌프를 설계하고자 할 때 펌프의 축동력은 약 몇 kW인가?(단, 펌프 의 전효율은 0.78이다.) ① 9.52 ② 10.47 ③ 11.52 ④ 13.47 풀이 × × × × 08
효율이 50%인 펌프를 이용하여 저수지의 물을 1초에 10씩 30m 위쪽에 있는 논으로 퍼 올리는데 필요 한 동력은 약 몇 인가? ① 10.0 ② 20.0 ③ 2.94 ④ 5.88 풀이 × × × 09
펌프에 의하여 유체에 실제로 주어지는 동력은?(단, 는 동력(kW), 는 물의 비중량(), Q는 토 정답 4. ④ 5. ② 6. ③ 7. ②연습문제｜23 출량(mmin), H는 전양정(m), g는 중력가속도(ms)이다.)3) ① × ② × ③ × ④ ×
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표준대기압 상태인 대기 중에 노출된 큰 저수조의 수면보다 4m 위에 설치된 펌프에서 물을 송출할 때, 펌프 입구에서의 정체압을 절대압력으로 나타내면 약 얼마인가?(단, 모든 손실은 무시한다.) ① 62.1Pa ② 140.5Pa ③ 62.1kPa ④ 140.5kPa 풀이 유효흡입양정 × Pa kPa11
펌프에서 기계효율이 0.8, 수력효율이 0.85, 체적효율이 0.75인 경우 전효율은 얼마인가? ① 0.51 ② 0.68 ③ 0.8 ④ 0.9 풀이 × × 12
안지름 10cm인 수평원관의 층류운동으로 2000m 떨어진 곳에 원유(점성계수 N⋅sm, 비중 s )를 0.12mmin의 유량으로 수송하려 할 때 펌프에 필요한 동력은 약 몇 인가?(단, 펌프의 효율은 100%로 가정한다.) ① 55 ② 65 ③ 73 ④ 82 풀이 · mmin × × × × × × × × m × × × × 13
특별피난계단의 제연설비를 위해 송풍기를 설치하고자 한다. 송풍기 풍량이 408mmin이고, 전압이 441Nm일 때 필요한 전동기 출력 []은 얼마인가?(단, 송풍기의 전압효율은 75%이고, 전동효율 및 여유율은 무시한다.)4) ① 1 ② 2 ③ 3 ④ 4 정답 8. ④ 9. ② 10. ③ 11. ① 12. ② 정답 13. ④ 14. ③ 15. ④풀이 송풍기동력 × × × × × × × mmAq
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저수조의 소화수를 흡입할 때 펌프의 유효흡입양정(NPSH)으로 적합한 것은?(단, : 흡입수면의 대기 압, : 포화증기압, : 비중량, : 흡입실양정, : 흡입손실수두) ① ② ③ ④ 15
안지름이 30cm이고 길이가 800m인 관로를 통하여 300의 물을 50m 높이까지 양수하는데 필요한 펌프의 동력은 약 몇 인가?(단, 관마찰계수는 0.03이고 펌프의 효율은 85%이다.) ① 173 ② 259 ③ 398 ④ 427 풀이 × × × × × × × m V × × ms16
펌프 양수량 0.6[mmin], 관로의 전손실수두 5.5 [m]인 펌프가 펌프 중심으로부터 2.5[m] 아래에 있 는 물을 펌프 중심으로부터 23[m] 위의 송출액면에 양수할 때 펌프에 공급해야 할 동력은 몇 []인 가? ① 1.513 ② 1.974 ③ 2.548 ④ 3.039 풀이 (펌프동력) × × × × 5)17
유량이 0.6[mmin]일 때 손실수두가 7[m]인 관로를 통하여 10[m] 높이 위에 있는 저수조로 물을 이송하고자 한다. 펌프의 효율이 90%라고 할 때 펌프에 공급해야 하는 전력은 몇 []인가? ① 0.45 ② 1.85 정답 16. ④ 17. ② 18. ② 19. ④연습문제｜25 ③ 2.27 ④ 136 풀이 (펌프동력) × × × × ×
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회전속도 rpm일 때 송출량 mmin, 전양정 m인 원심펌프를 상사한 조건에서 회전속도를 1.4 rpm으로 바꾸어 작동할 때 유량 및 전양정은? ① 1.4, 1.4 ② 1.4, 1.96 ③ 1.96, 1.4 ④ 1.96, 1.96 풀이 × 유량은 1.4배, × 양정은 1.96배19
회전속 1000rpm일 때 송출량 Qmmin, 전양정 Hm 원심펌프가 상사한 조건에서 송출량이 1.1 Qmmin가 되도록 회전속도를 증가시킬 때, 전양정은? ① 0.91H ② H ③ 1.1H ④ 1.21H 풀이 × × 20
송풍기의 입구와 출구의 압력은 각각 -36mmHg, 110kPa이고, 송출유량은 8mmin일 때 공기 동력 은 약 몇 kW인가?(단, 흡입관과 송출관의 직경은 같다.) ① 15.3 ② 7.5 ③ 150 ④ 204 풀이 입구압력 × 출구압력 × × × 21
다음 유체 기계들의 압력 상승이 일반적으로 큰 것부터 순서대로 바르게 나열한 것은?6)① 압축기(Compressor) - 블로어(Blower) - 팬(Fan) ② 블로어(Blower) - 압축기(Compressor) - 팬(Fan) ③ 팬(Fan) - 블로어(Blower) - 압축기(Compressor) ④ 팬(Fan) - 압축기(Compressor) - 블로어(Blower)
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유량이 2mmin인 5단 펌프가 2000rpm에서 50m의 양정이 필요하다면 비속도(mmin, rpm, m) 는? ① 403 ② 503 ③ 425 ④ 525 풀이 단수 × mmin⋅rpm⋅m23
어떤 펌프의 회전수와 유량이 각각 10%와 20% 늘어났을 때 원래 펌프와 기하학적으로 상사한 펌프가 되려면 지름은 얼마나 늘어나야 하는가? ① 1.5% ② 2.9% ③ 5.0% ④ 7.1% 풀이 처음 회전수 , 나중 회전수 처음 유량 , 나중 유량 상사 법칙에 의해 × × × × ∴ 24
압축비 3인 2단 펌프의 토출압력이 2.7MPa이다. 이 펌프의 흡입압력은 몇 kPa인가? ① 90 ② 150 ③ 300 ④ 900 풀이 압축비 흡입압토출압단수 정리하면 MPa kPa25
2단식 터보팬을 6000rpm으로 회전시킬 경우, 풍량은 0.5mmin, 축동력은 0.049kW이었다. 만약, 터 보팬의 회전수를 8000rpm으로 바꾸어 회전시킬 경우 축동력은 약 몇 kW인가?7) ① 0.0207 ② 0.207 ③ 0.116 ④ 1.161 풀이 상사법칙에 의해 × × kW26
회전속도 1000rpm일 때 송출량 mmin , 전양정 인 원심펌프가 상사한 조건에서 송출량이 정답 24. ③ 25. ③ 26. ④ 27. ④ 28. ③연습문제｜27 1.1mmin 가 되도록 회전속도를 증가시킬 때, 전양정은? ① 0.91H ② H ③ 1.1H ④ 1.21H
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펌프의 비속도()를 구하는 식으로 맞는 것은?(단, : 유량, : 회전수, : 전양정이다.) ① ② ③ ④ 28
원심 팬이 1700rpm으로 회전할 때의 전압은 1520Pa, 풍량은 240mmin이다. 이 팬의 비교 회전도는 약 몇 mmin⋅m⋅rpm인가?(단, 공기의 밀도는 1.2kgm이다.) ① 502 ② 652 ③ 687 ④ 827 풀이 (비교회전도, 비속도) × 29
어떤 원심펌프의 회전수와 유량을 각각 50% 증가시킬 때 양정이 10% 감소한다면 비속도는 대략 몇 배 가 되는가? ① 1.2 ② 1.5 ③ 2 ④ 2.5 풀이 (비속도) 단수 이므로 단수 는 대략 2배.30
소방펌프의 회전수를 2배로 증가시키면 소방펌프 동력은 몇 배로 증가하는가?(단, 기타 조건은 동일) ① 2 ② 4 ③ 6 ④ 8 풀이 (상사법칙) 동력 × 배31
펌프의 공동현상이 발생하는 원인으로 틀린 것은?8) ① 펌프가 물탱크보다 부적당하게 높게 설치되어 있을 때 ② 펌프 흡입수두가 지나치게 클 때 정답 29. ③ 30. ④ 31. ④ 32. ② 33. ②③ 펌프 회전수가 지나치게 높을 때 ④ 관내를 흐르는 물의 정압이 그 물의 온도에 해당하는 증기압보다 높을 때
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펌프 운전 중에 펌프 입구와 출구에 설치된 진공계, 압력계의 지침이 흔들리고 동시에 토출 유량이 변화 하는 현상으로 송출압력과 송출유량 사이에 주기적인 변동이 일어나는 현상은? ① 수격현상 ② 서징현상 ③ 공동현상 ④ 와류현상33
캐비테이션에 관한 설명으로 옳은 것은? ① 캐비테이션은 물의 온도가 낮거나 흡입거리가 길수록 발생하기 쉽다. ② 원심펌프의 경우 캐비테이션 발생의 가장 큰 원인은 깃이면의 압력강하이다. ③ 공동현상은 펌프의 설치위치와 관계없이 임펠러의 속도 증가로 인한 압력강하에 기인하다. ④ 원심펌프의 공동현상을 방지하기 위해서는 펌프의 회전수를 낮추고 단흡입 펌프로 교체한다.34
물의 온도에 상응하는 증기압보다 낮은 부분이 발생하면 물은 증발하고 물속에 있던 공기와 물이 분리 되어 기포가 발생하는 현상은?① 피드백(Feed Back) ② 서징현상(Surging)
③ 공동현상(Cavitation) ④ 수격현상(Water Hammering)
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다음은 펌프에서의 공동현상(Cavitation)에 대한 일반적인 설명이다. 항목 중에서 올바르게 설명한 것을 모두 고른 것은? ① 액체의 온도가 높아지면 공동현상이 일어나기 쉽다. ② 흡입양정을 작게 하는 것은 공동현상 방지에 효과가 있다. ③ 공동현상은 유체 내의 국소압력이 포화증기압 이상일 때 일어난다. ① ① ② ①, ② ③ ②, ③ ④ ①, ②, ③36
펌프 및 송풍기에서 발생하는 현상을 잘못 설명한 것은?9) ① 캐비테이션은 압력이 낮은 부분에서 발생할 수 있다. ② 캐비테이션이나 수격작용은 펌프나 배관을 파괴하는 경우도 있다. ③ 송풍기의 운전 중 송출 압력과 유량이 주기적으로 변화하는 현상을 서징이라 한다. ④ 송풍기에서 캐비테이션의 발생으로 회전차의 수명이 단축될 수 있다.37
펌프 운전 중 발생하는 수격작용의 발생을 예방하기 위한 방법에 해당하지 않는 것은? ① 서지탱크를 관로에 설치한다. 정답 34. ③ 35. ② 36. ④ 37. ③ 38. ②연습문제｜29 ② 회전체의 관성 모멘트를 크게 한다. ③ 펌프 송출구에 체크밸브를 달아 역류를 막는다. ④ 관내의 유속을 낮게 한다.
38
다음의 (ﾡ), (ﾤ)에 알맞은 것은? 파이프 속을 유체가 흐를 때 파이프 끝의 밸브를 갑자기 닫으면 유체의 (ﾡ) 에너지가 압력으로 변환되면서 밸브 직전에서 높은 압력이 발생하고 상류로 압축파가 전달되는 (ﾤ) 현상이 발생한 다.① 운동, 서징(Surging) ② 운동, 수격작용(Water Hammering) ③ 위치, 서징(Surging) ④ 위치, 수격작용(Water Hammering)
39
캐비테이션 방지대책이 아닌 것은? ① 흡입관 내면의 마찰저항을 될 수 있으면 적게 한다. ② 펌프의 흡입양정을 될 수 있으면 길게 하여 유입이 순조롭게 한다. ③ 펌프 흡입관의 직경을 펌프 구경보다 크게 한다. ④ 회전속도를 낮추어 흡입속도를 줄인다.40
물의 압력파에 의한 수격작용을 방지하기 위한 방법 중 적합하지 않은 것은?10) ① 관로 내의 관경을 축소시킨다. ② 관로 내 유체의 유속을 낮게 한다. ③ 수격방지기를 설치한다. ④ 펌프의 속도가 급격히 변화하는 것을 방지한다.41
펌프 입구의 진공계 및 출구의 압력계 지침이 흔들리고 송출유량도 주기적으로 변화하는 이상 현상은?① 공동현상(Cavitation) ② 수격작용(Water Hammering)
③ 맥동현상(Surging) ④ 언밸런스(Unbalance)
풀이
![[그림 7-2] 펌프의 양정](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dokinfo/4781437.17438/6.892.230.688.135.765/그림-펌프의-양정.webp)
![[그림 7-7] 공동현상의 발생](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dokinfo/4781437.17438/17.892.304.609.136.955/그림-공동현상의-발생.webp)
![[그림 7-11] 펌프 설치 위치에 따른 NPSH](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dokinfo/4781437.17438/18.892.129.749.156.948/그림-펌프-설치-위치에-따른-npsh.webp)
