Applied Fluid Machinery

(1)

Lecture 5

Wang-Hee Lee

Chungnam National University Biosystems Machinery Engineering

Designing pump

Procedure in pump design

펌프의 설계 시방(時方) 결정 펌프의 형식 결정 펌프의 기본 구조의 선정

펌프의 사용재료의 선정 펌프의 기초설계

펌프주요부의 치수결정 (펌프의 회전차와 케이스 설계)

펌프 설계도 작성 펌프 제작도 작성

 펌프의 설계 단계

(2)

Designing pump

펌프의 설계시방

 펌프를 계획할 때 먼저 고려해야 할 것들로, 시방 결정은 액체의 종류와 요구되는 조건들로부터 구한다

① 수송액체: 물

② 액체의 성질: 상온 (0~40°)

③ 펌프의 실양정 (𝐻𝑎): 15 m

④ 양수량 (𝑄): 1 m³/min

⑤ 펌프의 설치높이 = 흡입 실양정 (𝐻𝑠): 3 m

⑥ 원동력: 4극 삼상유도전동기 펌프와 직결

⑦ 펌프의 계획 설치도

펌프의 실양정 (𝐻

𝑎

) 펌프의 설치높이

Designing pump

펌프의 형식선정

 펌프의 형식 선정 도표를 이용하면 전양정과 양수량에 적합한 펌프의 형식을 결정할 수 있다.

 펌프의 설계 시방에 따라 알맞은 펌프의 형식을 선정한다.

양수량

(𝑸): 1 m³/min

펌프의

실양정 (𝐻𝑎): 15 m

편흡입 원심형 벌류트 펌프로 결정

(3)

Designing pump

펌프의 기본구조 및 재료의 선정

 펌프의 기본 구조의 선정

① 회전차의 구조: 폐쇄깃 or 개방깃 → 폐쇄깃

② 케이싱 구조: 와류실의 단면 형상 선택과정으로서, 일반적으로 실험결과를 기본으로 하여 형상을 정한다.

③ 주축의 구조: 단이 붙은 것과 없는 것이 있는데, 가격은 비싸나 조립, 분해가 쉽도록 단붙임축으로 한다.

④ 축이음의 구조: 펌프축과 원동기를 연결하는 축을 직결하는데 필요한 요소선택 (커플링)

⑤ 베어링의 구조: 롤링 베어링 선택

⑥ 밀봉장치의 구조: 그랜트 패킹 방식 채택

 펌프의 재료의 결정

① 회전차: 액체가 물이므로 청동주물로 선택한다

② 케이싱과 흡입커버: 주철로 선택한다 (가격이 저렴하고 내구성이 좋아서 최근의 많은 펌프들이 주철로 만들어지고 있다)

③ 주축: 기계구조용 탄소강으로 결정 (예시: SM25C)

Centrifugal pump

펌프 크기의 결정

 펌프를 크기를 계획할 때 고려해야 할 항목

 취급액체의 종류와 온도: 물

 전양정, 즉 압력수두계수 (Hm)

 소요 양수량 Q (m³/min)

 원동기의 종류 및 회전수 N (rpm)

 회전차의 형상, 치수등을 결정하는 3가지 기본요소 결정

 시방에 따라 혹은 비속도를 구해서 회전차의 형식을 결정

 각 부분의 상세한 치수를 구함

 흡입 및 송출관의 치수

 전양정, 즉 압력수두계수 (Hm): 15m + 손실수두

 원동기의 종류 및 회전수 N (rpm):

 펌프 동력의 결정

(4)

Centrifugal pump

펌프 크기의 결정: 흡입 및 토출관의 치수

 흡입구의 구경 𝑫𝒔

• 흡입구의 유속 𝑣𝑠는 보통 1~3 m/s의 범위를 잡는 것이 좋으나, 일반적인 경우 2~2.5 m/s을 잡을 때가 많다. 점성이 큰 액체의 경우에는 1 m/s 전후로 한다.

흡입구의 유속은 𝑣𝑠= 𝐾𝑠 2𝑔𝐻 𝐾_𝑠: 흡입구의 유속계수 G: 중력가속도 H: 펌프의 전양정(m)

양수량 Q와 유속과의 관계는 연속방정식에 의해 𝑄 =𝜋 4𝐷𝑠𝑣𝑠

흡입구경 𝐷𝑠 𝑚 = 𝑄 𝑣𝑠×4

𝜋

 송출구의 구경 𝑫𝒅

• 고속원심펌프에서는 송출구의 구경을 흡입구보다 작게하여 유속 𝑣𝑑를 5~6 m/s로 증속한다. 보통의 경우에는 2.5~ 3 m/s를 잡는다.

흡입구경과 마찬가지로, 송출구의 유속계수(𝐾_𝑑)를 이용하여 송출구경을 구할 수 있다. 𝐷𝑑 𝑚 = 𝑄 𝑣_𝑑×4

𝜋

Centrifugal pump

 현재 설계중인 펌프 흡입구의 구경 𝑫𝒔

𝐷𝑠 𝑚 = 𝑄 𝑣𝑠×4

𝜋

 현재 설계중인 펌프 송출구의 구경 𝑫𝒅

𝐷𝑑 𝑚 = 𝑄 𝑣𝑑×4

𝜋

입구측의 속도를 2 m/s이라고 가정하고 손실량을 무시하면

𝐷𝑠= 𝑄 𝑣𝑠×4

𝜋= 0.0167 2 ×4

𝜋= 0.103 m

그러므로, 𝐷_𝑠= 105 𝑚𝑚로 한다

송출구측의 속도를 2.5 m/s로 하면

𝐷𝑠= 𝑄 𝑣𝑑×4

𝜋= 0.0167 2.5 ×4

𝜋= 0.092 m

그러므로, 𝐷_𝑠= 90 𝑚𝑚로 한다

(5)

Centrifugal pump

 𝑣를 크게 하면 𝐷가 작아져 설비비가 감소하지만, 손실수두가 커져 큰 운전 동력이 필요하게 됨

 𝑣를 작게 하면 마찰손실은 감소하지만 큰 지름의 관이 필요하고 설비비가 커짐

배수량에 따른 적정한 유속과 관지름의 관계

2개의 붉은 선내의 값이 가장 적당함

Centrifugal pump

 𝑣를 크게 하면 𝐷가 작아져 설비비가 감소하지만, 손실수두가 커져 큰 운전 동력이 필요하게 됨

 𝑣를 작게 하면 마찰손실은 감소하지만 큰 지름의 관이 필요하고 설비비가 커짐

배수량에 따른 적정한 유속과 관지름의 관계

Applied Fluid Machinery

펌프의 실양정 (𝐻

) 펌프의 설치높이

양수량

펌프의

2개의 붉은 선내의 값이 가장 적당함

2개의 붉은 선내의 값이 가장 적당함

흡입구경의 계산 결과값과 표를 통해 얻는 값이 거의 동일하며, 또한 2개의 붉은 선내에 있으므로 결정한 치수가 적절함을 알 수 있다.

송출구경의 경우도 마찬가지로 계산결과와 동일한

값을 표로 부터 얻을 수 있다.