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오늘은 원심 펌프 기술에 대해서 알아보겠습니다.
펌프는 우리 생활 중에 많이 사용되는 설비 이므로 알면 도움이 되오니 한번 적어 보겠습니다.
1. 원심 펌프 유체 흐름의 기초 이론
- 회전기계는 유체를 작동물질로 하여 에너지의 변환을 수행하는 기계이므로 회전기계를 이해하고 잘 운영하기 위해서는 유체의 흐름에 대한 기초적인 에너지 방정식을 알아 두는 것이 좋습니다. 이는 이유체의 밀도의 변화 유무에 따라서 압축성, 비압축성 유동에 대한 에너지 방정식으로 분류할 수 있으며, 이를 통하여 유속, 유량, 동력 등을 구하는 식을 이해하고, 보다 정확하게 적용할 수 있습니다.
(1) 연속방정식
자연계에서 존재하는 물질의 질량은 항상 일정하다는 것이 질량보존의 법칙이며, 이 질량 보존을 유체의 흐름에 적용하여 표현한 방정식이 연속방정식입니다. 연속방정식은 흐르는 유체의 질량은 항상 일정하다는 것을 식으로 표현한 것으로 단면적이 변화하는 관내의 1차원 유동에 질량 보존의 법칙을 적용해 보면 단면 1,2의 단면적을 A1, A2 밀도를 d1, d2, 평균유속을 v1, v2라 하면 정상 유동인 경우 단면 A1과 단면 A2를 짧은 시간 dt동안 통과하는 질량 m1, m2는 같아야 합니다.
즉, m1 = m2 이므로 m = d·A1·v1 = d2·A2·v2로 표시됩니다. 이 식은 어는 단면을 통과하는 단위시간당 질량은 항상 일정하다는 것을 의미하며, 비 압축성 유체 (예 : 물, 저압공기 등)인 경우 d1 = d2 이므로A1 v1 = A2 v2 또는 Av = Q
로 표시되며, 여기서 Q( = Av)를 체적유량이라 합니다.
(2) 운동량 방정식
운동하는 물체의 작용하는 힘 F는 물체의 질량을 m, 가속도를 a라 하면 뉴턴의 제2법칙으로 부처
F = ma = m dv / dt = d / dt (mv)
로 표시됩니다.
상기 식에서 질량과 속도의 곱 mv를 운동량이라 하며, 물체에 작용하는 힘은 그 물체의 단위시간당 운동량의 변화량과 같다는 것을 위미 합니다.
2. Pump의 구조와 특징
화학 플랜트용 Pump도 기본적인 원리와 구조에 있어서는 일반 펌프와 다르지 않습니다. 그러나, 장시간의 가혹한 연속 운전에 견디어야 하며 고장 등 사고 발생 시와 운전조건의 다소의 변동 속에서도 조업에 지장을 끼치지 않아야 하는 등 대단히 엄격한 운전, 보전이 필요합니다.
(1) 개요
Pump란 액체에 에너지를 주어 저압부에서 고압부로 이송하는 기계를 말합니다. 낮은 곳에서 높은 곳으로 유체를 이송할 때, 낮은 압력에서 높은 압력 측으로 이송할 때, 주어진 시간 내에 유체의 유량을 증가시킬 때 일반적인 용도로 사용됩니다. 이때 주로 사용되는 Pump용어는 Head 즉, 수두/양정은 Pump가 올릴 수 있는 유체의 높이를 말합니다. 유체를 끌어올리는 능력은 흡입 수두로 말하며 절대 진공을 만들 수 없는 Pump의 구종상 통상 6~8M가 보통입니다. 유량은 Pump의 용량을 나타내며 단위 시간당 양수되는 유체의 량을 말합니다. 압력은 유체의 단위 면적당 작용하는 힘을 나타내며 PSI 또는 kg/㎠로 표시됩니다.
(2) Pump의 종류
각각의 용도로 사용되는 Pump는 윈심식, 왕복식, 회전식 등의 3종류가 있으나 특수한 경우를 제외하고는 윈심Pump즉 Volute Pump가 대부분입니다. Volute Pump가 많이 사용되고 있는 것은 구조가 간단하고 취급과 보수가 용이하기 때문만이 아니라, 또한 토출량 미치 양정의 적용범위도 넓고, 토출류의 맥동도 없습니다. 보통 Sleeve를 가지고 있으며 부식성이 높은 액체도 양액으로 쓸 수 있습니다. 단 양정이 상당히 높은 경우와 점도가 높은 경우는 곤란합니다.
액체를 취급하는 Pump의 종류를 형식별로 나타내면 다음과 같으며 또한 이것은 구조에 따라 "입Shaft" "편흡입" 양흡입" "윤절형(倫切形)" "수평 분할형" "단다단" "고정익" "가동익" 등으로 세분할 수 있습니다.
1) Pump의 승압 원리
Pump의 고유목적은 일단 압력의 상승을 통해 달성될 수 있습니다. 펌프에서 압력상승 즉 승압은 일반적으로
Impeller, 안내 깃, Casing 등의 3개소에서 대부분 결정이 됩니다.
① Impeller에서 승압은 Impeller 압력상승의 원심속도 또는 상대 속도에 의해 압력을 상승시킵니다.
② 안내 깃에서 승압은 Impeller에서 방출된 유체의 속도를 점차 감소시켜 그 속도수두의 약 75%가 압력수두로 전환되고 그 속도수두는 감소하여 Casing으로 송출됩니다.
③ Casing에서 승압은 Impeller 또는 와실, 안내 깃 등으로부터 수류를 모아서 토출관으로 송출하는 것이 목적이지만, 그 속도수두의 일부분을 압력수두로 전환하는 역할도 합니다. 특히, 와류 펌프에서는 와류실의 설계를 적절히 함으로써 케이싱입구에서 보유하고 있는 속도 수두의 약 50%을 압력수두로 변환할 수가 있습니다.
3. 원심 Pump의 일상점검 포인트
가동상태에 있는 원심 Pump의 변화나 열화상태를 아래의 항목을 중심으로 오감이나 검사기구를 써서 정량적으로 파악, 해석하여 고장발생의 징후를 초기에 발견함으로써 예방조치를 취합니다.
① 정상적 운전
② 적정 급유관리 : 유종, 유량, Oil 교환시기
③ 일상점검표
가. 압력계와 그 점검
토출 압력계, 흡입 압력계 (진공계)의 Cock는 평소에 열어주고 순화 점검 시 닫아 보고, 열어서 Pump가 정상적으로 운전되고 있는지 아닌지를 확인합니다.
나. 풋 밸브의 Stariner 점검
압력계의 지침이 심하게 흔들리거나 토출량이 급속히 감소되거나 Pump의 이상한 진동 등이 일어날 경우는 풋 밸브의 Stariner에 천조각, 종이 조각, 이물질이 붙어 있을 경우가 있으므로 검사합니다.
다. 베어링 온도
연속적으로 Pump가 운전되면 베어링 온도는 올라갑니다. 손으로 쥐고 있을 정도 (60℃이하)라면 문제는 없느냐
실온 +40℃ 이상이 될 경우에는 이상이 있으므로, 점검 및 검사하고 조정합니다.
라. Packing부의 온도와 누설
Packing의 지나친 죔 때문에 Stuffing Box가 발열되고 있지 않은 가를 조사해 봅니다. 이 부분도 거의 60℃ 이하로 Packing부분에서 소량의 물이 누설될 정도가 적당 합니다. 누설된 것은 부근의 배수구로 흘러가게끔 하고 Pump의 주변은 언제나 깨끗하게 해 둡니다.
마. 베어링 부의 보온
옥외에 설치된 Pump는 베어링부를 유리솜으로 감고 양철판으로 씌우는 보온공사를 하고 온도 변화에 의한 배부의 결로를 방지하여 Greses나 윤활유의 강제 열화를 방지합니다.
바. 운전 정지 시의 주의
운전을 정지할 때는 토출 밸브를 닫은 다음 전동기를 정지시키는 것이 원칙이지만 자동 운전이나 정전 시에는 그 조치를 할 수 없습니다. 그 때문에 흡입관의 풋 밸브 토출계에 부착하는 체크밸브는 항상 성능이 좋아야 합니다. 그것들은 또 수격 현상과도 관계가 있으므로 적정하고 안정된 것을 사용합니다.
사. 운전 휴지시의 조치
장기간 운전을 멈출 경우는 스터핑 박스 안의 방청을 위해 Grand Packing 은 빼내고 새로운 것을 Grease를 칠해 교체해 둡니다. 또 베어링 Shaft 이음의 방청조치, Pump내의 물 빼기 등이 필요합니다. 또 한냉지에서는 동결방지를 위해 Pump 본체, 밸브, 배관류를 보온하지 않으면 안 됩니다.
4. 마무리
이상으로 유틸리티 설비 보전 기술 중 원심 펌프에 대해서 알아보았습니다. 펌프설비는 중요하고 핵심적인 설비입니다. 잘 알고 잘 관리하면 도움이 많이 되고 유익한 시간이 될 수 있을 것입니다.