Transcription

1 2. 펌프일반 2.. 펌프의종류 펌프 터보형펌프 ; 임펠러를케이싱내에서회전시켜액체에에너지를부여하는펌프 ( 그림 2.2 비속도에따른임펠러의개략적단면형상참조 ) 원심펌프 (Ns=00~700); 임펠러의원심력에의해액체에압력및속도에너지를주는펌프 사류펌프 (Ns=350~350); 임펠러의원심력및양력에의해액체에압력및속도에너지를주는펌프 볼류트펌프 ; 임펠러로부터나온액체의속도에너지를압력에너지로의변환을볼류트로행하는것디퓨져펌프 ; 임펠러로부터나온액체의속도에너지를압력에너지로의변환을안내깃으로행하는것 볼류트사류펌프 ; 사류펌프는안내깃으로속도에너지를압력에너지로변환하는것이일반적이나원심펌프중의볼류트펌프와같이볼류트에의해행하는펌프 축류펌프 (Ns=000~2500); 깃의양력에의해액체에압력및속도에너지를주고, 더욱이안내깃으로, 속도에너지를압력에너지로변환하는펌프 사류펌프 ; 임펠러로부터나온액체의속도에너지를압력에너지로의변환을안내깃으로행하는것 용적형펌프 ; 피스톤, 플런져또는로터등의압력작용에의해액체를압송하는펌프 왕복펌프 ; 피스톤의왕복운동에의해액체를압송하는펌프 회전펌프 ; 스크류, 기어, 편심로터등의회전운동에의해액체를압송하는펌프 피스톤펌프플런져펌프다이어프램펌프기타 기어펌프스크류펌프나사펌프캠펌프베인펌프 특수형펌프 와류펌프기포펌프제트펌프전자펌프 수격펌프점성펌프 표 2 펌프의분류 2-

2 2. 펌프의기초이론 2..2 용어의정의 터보형에관한기술용어는한국공업규격 (KS B 006) 에정해져있지만, 그중의성능에관한주요한용어를나타낸다. 토출량 (Capacity, Discharge) 펌프가단위시간에토출하는액체의체적 ( m3 /min혹은m3 /s) 2전양정 (Total Head, Total Pump Head) 펌프운전에의해발생하는전양정그림 2-은펌프의전양정을나타낸것이고, 펌프가운전되면흡입관로, 토출관로, 관로출구등에각종손실이생긴다. 토출액면과흡입액면의수두차인실양정 (Ha), 이를관로계의손실수두 (his hid) 와토출속도수두 Vd 2 /2g를더한것이전양정H이고, 다음식으로나타낸다. H=Ha+his+hid+Vd 2 /2g 전양정과실양정등의수두를총칭해서양정이라고하고, 통상 m을이용한다. 3수동력 (Liquid Power) 펌프에의해단위시간에액체에주어지는유효에너지로서, 다음식으로표시된다. LW=0.63 γqh (kw) 여기서 LW: 수동력 (kw), γ: 액체의비중량 밀도( kg /l), Q: 토출량 ( m3 /min), H: 전양정 (m) 4펌프효율 (Pump Efficiency) 수동력 Lw와원동기가펌프축에전달하는축동력 L과의비를펌프효율 η라하고, 다음식으로표시된다. η= Lw/L 00 = 0.63 γqh/l 00% 5비속도 (Specific Speed) 펌프의수력학적상사법칙으로부터유도된수치로서다음식으로표시된다. Ns=NQ /2 / H 3/4 여기서 Ns: 비속도, N: 회전수 (min - ) Q: 토출량 ( m3 /min) ( 양흡입임펠러일때는토출량의반 (/2) 을취한다.) H: 전양정 (m) ( 다단펌프일때는, 일단당의전양정을취한다.) 비속도는최고효율점의성능 N, H, Q 에대해서구해지고, 상사형의펌프는펌프의크기와회전수의변화에관계없이동일한값을취한다. 6 흡입비속도 (Suction Specific Speed) 펌프의캐비테이션에대한흡입성능의양부를나타내는것으로서, 다음식으로나타낸다. S=NQ /2 /Hsv 3/4 S: 흡입비속도, N: 회전수 (min - ) Q: 토출량 ( m3 /min) ( 양흡입임펠러일때는, 토출량의반 (/2) 을취한다.) Hsv: 필요유효흡입수두 (m)s 의값은보통의펌프는최고효율점에서의유량에서,200~,500 정도이다. 흡입액면 그림 2 펌프의전양정 흡입성능을높이기위해서특별히설계된펌프는 S 의값이,900 정도의것도있다. 부분유량영역에서, 이값은저하하고, 진동, 소음과캐비테이션침식의위험성이증대하기때문에주의를요한다. 토출측관로손실 토출속도헤드 실양정전양정 흡입측관로손실 동수구배선 토출액면 유속 2-2

3 2. 펌프일반 2..3 임펠러의형태와 Ns Ns 는펌프의임펠러설계에통상사용되고있다. 그림 2 2 는 Ns 와임펠러의단면형상의관계를나타낸것이다. 단, 임펠러의형상은 Ns 만에의해간단하게정해지는것이아니라, 펌프의종류및용도에의해약간다르다. 그림 2 3 은 Ns 와펌프의종류의관계를정리한것이다. 그림중에나타낸범위는대략적인것이고, 엄밀하게는정해져있지않다. 또한동일한 Ns 도다른펌프의예를들면, Ns=500 의원심펌프와사류펌프의양쪽으로설계하는것이가능하다 ,050, ,250 3,000 임펠러쉬라우드 임펠러쉬라우드 비속도의값 임펠러쉬라우드 NS= RPM Q H 3 /4 허브허브허브 허브 임펠러허브 베인 베인 베인 베인 반경방향베인영역 프란시스스크류영역 사류영역 베인 축류영역 회전축 그림 2 2 비속도에따른임펠러의개략적인단면형상 Ns 원심사류축류 펌프의종류 그림 2 3 Ns 와펌프의종류 2..4 임펠러수량에의한분류 임펠러의갯수가 개이면단단, 2 개이상일경우다단펌프라고한다. 특히, 이때다단임펠러의경우적은유량과높은양정이필요시채용하는것이일반적이다. 2-3

4 2. 펌프일반 2..5 비속도와상사법칙 유로부의형상이서로상사인 2 개의펌프의성능에는다음과같은상사법칙이성립한다. ( 실제로는크기의영향, 즉치수효과에의해, 큰펌프일수록성능이월등히향상된다.) Q Q2 H H2 L L2 N D = 3 N2 D2 3 = N2 D 2 N2 2 D2 2 = N3 D 5 N2 3 D2 5 Q: 펌프의토출량 ( m3 /min) H: 펌프의전양정 (m) L: 펌프의축동력 ( kw ) N: 펌프의회전수 (min - ) D: 펌프의대표치수 ( 예를들면, 임펠러의외경등을취하면좋다 ) 첨자 및 2 는 2 개의다른크기의펌프의각각의양을나타낸다. 비속도의식으로부터알수있듯이, 토출량 Q 와전양정 H 가일정한경우에, 회전수 N 이큰펌프를선정하면그 Ns 는크게된다. 또한회전수가일정하다면유량 Q 가큰펌프는 Ns 가크고, 정양정이큰펌프일수록 Ns 가작게되는경향이있다. 비속도 Ns 는무차원수는아니기때문에각량의단위에무엇인가를이용하면그값이다르다. 한국에서는유량을m3 /min 전양정을 m, 회전수를 min - 으로하는것이일반적이고, 본서에서도특히미리알리지않는한이것을이용하고있다. 2-4

5 2.2 펌프의성능 2.2. 펌프의특성곡선 일반적으로횡축에토출량, 종축에전양정, 효율및축동력을취해서그림 ( 그래프 ) 으로나타낸것을, 펌프의특성곡선 ( 또는성능곡선 ) 이라부른다. 이것에필요 NPSHre 를합쳐서나타낸것이다. 펌프의특성비교에는백분율표시가사용된다. 이것은펌프의최고효율점에서의유량 전양정 효율 축동력을 00% 로해서특성곡선을백분율로표시한것이다. 특성곡선의형상은 Ns 에따라다르다. Ns 에의한특성곡선의차이를그림 2 4~ 그림 2 6 에나타낸다. 양정 n s = ,400 양흡입 편흡입 정상상태에서의효율 ( 사양점에대한 %) 유량 q=q/qn 유량 q=q/qn 그림 2 4 비속도에따른유량양정곡선 그림 2 5 비속도에따른효율유량곡선그림 동력 P=P/Pn n s = ,400 양흡입 편흡입 유량 q=q/qn 그림 2 6 비속도에따른동력유량곡선 2-5

6 2.2 펌프의성능 펌프의성능변경 () 회전수의변경펌프의회전수와펌프의성능의관계는다음식으로나타낸다. Q = N Q2 N2 2 H N = H2 ( N2 ) L N = L2 ( N2 ) 3 Q: 토출량 ( m3 /min) H: 전양정 (m) L: 축동력 ( kw ) N: 회전수 (min - ) 첨자, 2 는각각 N, N2 의회전수의상태를나타낸다. 단, 공장등에서행해지는펌프의성능시험에대해서는, 한국공업규격 (KS B 630) 에서실제로사용되는회전수와의차가 ±20% 이내인것을규정하고있다. 또한회전수를증가하는경우는캐비테이션의발생과축동력의증가에주의하지않으면안된다. (2) 임펠러외경의변경임펠러의외경을변화시키는것에의해서도펌프의성능을변화시킬수있다. 임펠러의외경치수의변경에의해성능의변화는다음식에의한다. Q Q2 H H2 L L2 D = ( D2 ) * 2* D = ( D2 ) D = ( D2 ) 3* 주의 : * 치수는일반적으로적용하는치수이며임펠러에따라차이가있으므로주의가요구된다. (3) 깃의취부각의변경가변익펌프는그림 2 8 에나타내었듯이깃의각도를임의로변화시키는것에의해서, 성능을변화시키는것이가능하다. 유량 Q 는, 양정 H 에대한깃각 θ 에거의비례해서변화한다. 그림중의점선으로나타난양정곡선은깃각을변경했을때의축동력이일정한점을결합하여얻은것이다 m % kw H η L 0 H η η H L L Q Q = D2 D2 H D2 L L 2 3 Q m3 min ( ) 2 2 H = ( D2 ) D2 = ( D2 ) 4 양정 m ,000,200,400,600 유량 (l/sec) 효율 % 그림 2 7 임펠러외경변경에의한성능변화 그림 2 8 임펠러베인각도에따른성능변화 2-6

7 2.3 펌프의구조 2.3. 대표적인펌프구조 () 횡축양흡입, 볼류트, 원심펌프 (2) 횡축단단, 볼류트, 원심펌프 (3) 횡축단단, 볼류트, 원심프로세스펌프 (4) 입축사류펌프 (5) 횡축축류펌프 (6) 탈착식수중모터펌프 (7) 칼럼탈착식수중모터펌프 상부케이싱라이너링임펠러축패킹슬리브 하부케이싱 그림 2 9 양흡입볼류트펌프구조도 축 웨어링 케이싱카바 임펠러 케이싱 축스리브 그림 2 0 횡축단단볼류펌프구조도 ( 일반용 ) 2-7

8 2.3 펌프의구조 웨어링 웨어링 베어링 케이싱 임펠러 축스리브 메카니칼시일 케이싱카바 축 그림 2 횡축단단볼류트케이싱원심프로세스펌프 토출엘보우 축 안내케이싱 임펠러 그림 2 2 입축사류펌프구조도 2-8

9 2.3 펌프의구조 그랜드패킹축허브 안내케이싱 흡입곡관 그림 2 3 횡축축류펌프구조도 임펠러 침수검지기 탈착엘보우 수중모터 메카니칼시일 임펠러 펌프케이싱 흡입카바 터미날보드가없는경우 그림 2 4 탈착식수중모터펌프구조도 2-9

10 2.3 펌프의구조 수중모터 캄럼파이프 축 침수검지기 안내케이싱 임펠러 나팔관 축류형 그림 2 5 칼럼형탈착식수중모터펌프구조도 2-0

11 2.3 펌프의구조 임펠러 () 흡입형식에의한분류및특징 그림2 6 편흡입임펠러 임펠러부가물에잠겨있는경우와같은낮은흡입비속도일때 유로구조가간단하기때문에특수펌프에이용된다. 그림2 7 양흡입임펠러 임펠러가좌우양방향으로균등하게유체를흡입 편흡입임펠러와비교하여동일흡입비속도일경우회전속도가.4배정도높고, 대구경인경우경제적이다. 구경 200mm 이상의횡축볼류트펌프에일반적으로사용된다. 그림2 8 클로즈드임펠러 고양정원심펌프에적당 그림 2 9 오픈임펠러 우수하수등이물질을포함한경우 섬유등과같은불순물을포함한액에적합 2-

12 2.3 펌프의구조 케이싱 케이싱의분류 () 토출유로형식에의한분류 명 칭 형상특징 볼류트 유량, 임펠러외경의변화에대해서넓은범위에걸쳐효율이높다. 터보펌프 원 심 펌 원심 디퓨져 토출구안내깃임펠러볼류트케이싱 안내깃의외측에볼류트케이싱이필요하다. 정규수량이외에서의효율이볼류트케이싱에비해약간낮다. ( 다이나믹펌프 ( 프 사류 볼류트 임펠러볼류트케이싱 X 임펠러 안내깃주위에볼류트케이싱을가진다. 사 류 볼류트펌프에비해형상이작다. 안내깃에서유체의흐름을축방향으로이끈다. 안내깃 임펠러 X 단면 XX 축 류 볼류트펌프에비해형상이작다. 안내깃 단면 XX 표 2 2 토출유로형식 2-2

13 2.3 펌프의구조 (2) 케이싱의분할형식 명칭 형상특징적용 상하분할형 축을포함하는평면에 2 개로분할하는형 분해 점검이용이하다. 원동기를움직이지않고회전부분을빼낼수있다. 주로중 대형의횡축펌프 축수직분할형 케이싱은고정한채임펠러를빼낼수있다. 소 중형의횡축펌프및대형의입축펌프 링분할형 케이싱과임펠러가유니트로되어단수의변경이용이하다. 표준횡축다단펌프, 입축다단사류펌프 배럴형 이중케이싱중외부케이싱이내압강도를가진다. 초고압펌프 드레쟈펌프 표 2 3 케이싱분할형식 2-3

14 2.3 펌프의구조 케이싱과 radial thrust () 싱글볼류트케이싱 Ⅰ Ⅱ F Ⅰ 설계사양점에서의균일한압력분포로케이싱내반경방향의힘이거의전무한경우 Ⅱ 설계사양유량보다적은유량지점에서운전시균일한압력분포를형성하지못하여반경방향의힘 F 가작용한다. 그림 2 20 싱글볼류트케이싱의설계유량점및설계사양점이외지점에서의반경방향의힘의비교 A 반경방향의힘 F C B 설계사양점 유량 그림 2 2 싱글볼류트케이싱의유량변경에따른케이싱내의반경방향의힘변화 싱글볼류트케이싱은설계사양점에서운전될경우그림 2 20 Ⅰ 에서처럼균일한압력이임펠러주위에작용하나설계사양점이외에서운전되는경우그압력이균일하게생성되지못하며그림 2 20 Ⅱ 에서처럼반경방향력이발생한다. 그림 2 2 은펌프를체절점 (A) 에서설계사양점 (B) 및설계사양점이상의유량지점까지운전점을변경하였을때의반경방향의힘의변화를나타낸것이다. 2-4

15 2.3 펌프의구조 (2) 더블볼류트케이싱 F2 F 그림 2 22 더블볼류트케이싱의부분유량역에서운전시 80 볼류트각각에작용하는힘 F 과 F2 의상쇄에의한바란스 더블볼류트케이싱의적용원리는 2 개의 80 의볼류트를설치함으로써그림 2 22 에서처럼부분유량역에서운전시존재하는각각의볼류트영역의힘 F 과 F2 가근사하게같고서로반대방향으로작용하여상쇄된다. 따라서축과베어링에작용하는힘이있다하더라도, 그힘의크기는작아지게된다. 2-5

16 2.3 펌프의구조 축스러스트바란스법 흡입압 흡입압 흡입압 토출압 토출압 토출압 토출압 Ⅰ. 양흡입임펠러 Ⅱ. 편흡입임펠러 그림 2 23 임펠러쉬라우드에작용하여축추력을생성하는압력원 최근에는대용량의스러스트베어링이이용가능하게되어, 대형편흡입펌프의경우에있어서만특히축추력이문제시되고있다. 이론적으로양흡입임펠러의경우한쪽의흡입측에발생하는압력의크기가상대편흡입측과동일하고반대로작용하고있어수력학적평형을이룬다. () 바란스홀과웨어링링에의한방법 일반적으로편흡입반경류임펠러의경우전면이흡입압에노출되어있고후면이토출압에노출되어있어축추력의원인이되고있다. 편흡입임펠러의축추력을제거하기위해서는전면과후면에내부면적이동일한웨어링링을설치하여추력면적을그림 2.24 에서와같이동일하게되도록한다. 또한전면과후면웨어링링내의압력이양측이비슷하거나동일하게하기위해서바란스홀로서양측을관통시키기도한다. 이외에도임펠러후면에백베인을설치하는방법등이있다. 토출압 전면웨어링링 후면웨어링링 바란스홀 면적 A 면적 A 흡입압 흡입압 그림 2 24 편흡입임펠러의웨어링링및바란스홀에의한추력바란싱 2-6

17 2.3 펌프의구조 (2) 백베인에의한방법 편흡입임펠러의경우 Axial thrust 를줄이거나제거하는방법의하나로서후면쉬라우드에백베인을설치하는방법이있다.( 그림 2 25) 펌프백베인 (3) 다단펌프의경우 펌프백베인에의한감압 그림 2 25 편흡입임펠러의백베인에의한 Axial thrust 경감효과 이경우임펠러의백쉬라우드와케이싱사이의간격이충분하여펌프가취급하는액체에함유된모래와같은물질에의해영향을받지않을때에적합하다. ) 대칭으로설치된임펠러에의한방법짝수의임펠러를흡입구가서로반대가되도록설치하여첫번째임펠러에서발생한 axial thrust 를반대방향에설치된두번째임펠러에의해발생된 axial thrust 로써상쇄시킨다.( 그림 2 26) 대칭임펠러 그림 2 26 대칭임펠러에의한 4 단펌프 2-7

18 2.3 펌프의구조 2) 바란스드럼에의한경우임펠러마지막단에위치하는바란스쳄버는바란스드럼에의해분리되어있다. 또한바란스드럼은바란스드럼헤드라고하는부품과반경방향의미세한틈새를가지고서설치되어있다. 바란스쳄버는펌프의흡입혹은흡입측수조와배관으로연결한다. 따라서바란스쳄버의내부압은흡입측압력보다약간높은상태가된다. 그압력차는바란스쳄버와흡입측에연결된배관상의마찰손실과같다. 이때누수량은드럼과드럼헤드바란스쳄버와케이싱내압력차와틈새에의해결정된다. 바란스쳄버 펌프흡입측으로 언바란스면적 A 면적 B 바란스드럼 면적 C 그림 2 27 바란스드럼 바란스드럼에작용하는힘은 토출측으로작용하는힘 : 토출압 바란스드럼전면의면적 B 2 흡입측으로작용하는힘 : 바란스챔버내의압 바란스드럼후면의면적 C 의힘이 2 의힘보다크게되고이로인하여편흡입임펠러에서발생하는 axial thrust 에대하여바란싱역할을하게된다. 이때드럼의직경은스러스트베어링의요구부하에 90~95% 가되도록선정한다. 3) 바란스디스크바란스디스크는케이싱에고정되어있는바란스디스크헤드와작은축방향, 틈새를가지고서분리되어있으며축에고정되어축과함께회전한다. 바란스디스크의후면은바란스쳄버의압을받게된다. 반하여바란스면은디스크의가장작은직경으로부터원주까지압력의변화를가진다. 디스크면과그후면사이의총힘이임펠러의 axial thrust 와바란스를이루도록디스크의내경과외경을결정한다. 운전중임펠러의 axial thrust 가디스크에작용하는 thrust 를초과하면초과분의 axial thrust 가작용, 디스크헤드측으로이동시키며, 디스크와디스크헤드의틈새를작게한다. 이틈새로의누수량이감소하게되고, 바란스쳄버로부터흡입구까지의배관손실이감소바란스쳄버의압이적어진다. 또한이에반대로디스크에작용하는 thrust 가임펠러의 axial thrust 를초과하면바란스디스크가바란스헤드측에서멀어지며바란스쳄버에압이증가한다. 위의과정을반복하여바란스디스크는평형위치에서이르게된다. 적절한바란스디스크의작용을얻으려면바란스쳄버의압을조정하여적당한크기가되게하여야한다. 이때제어용오리피스를사용하여누수량이정상보다많을경우후압을증가시킬수있다. 바란스디스크의단점은스터핑박스의압력이변화하고이러한조건이패킹의수명에치명적일수있으며따라서가급적이러한구조는피하는것이좋다. 2-8

19 2.3 펌프의구조 제어오리피스 흡입측으로 바란싱쳄버 바란스디스크헤드 축방향틈새 토출압 후압 바란스디스크 그림 2 28 바란스디스크 2-9

20 2.4 펌프의재료 2.4. 펌프에사용하는주된금속재료 재 료 화학성분 용 도 주철 주철구상흑연주철 2%Ni 주철저 Cr 주철니레지스트 D2 3C 3C 2Ni3C Cr3C 20Ni3C 케이싱 주강 탄소강주강 SSC SSC5 SSC3 SSC4 SSC24 SSC26 0.2C 3Cr 3Cr4Ni 8Cr8Ni 8Cr0Ni2Mo 7Cr4Ni 25Cr20Ni4.5MoCu 케이싱, 임펠러 동합금 연청동청동 (BC-2) 청동 (BC-6) Ni-Al 청동 C6800 큐프로니켈 동 84Cu0Sn5Pb 8Sn4Zn 5Sn5Zn5Pb 5Ni5Fe8Al 5Ni5Fe8Al 70Cu30Ni 90Cu0Ni 99Cu 라이너링임펠러 소배관 압연강 SM35C SM45C SCM440 STS630 STS403 STS304 STS36 2 상스테인레스합금 20 Cb Super- 스테인레스 0.35C 0.45C Cr0.2Mo 7Cr4Ni 3Cr 8Cr8Ni 0Cr0Ni2Mo 25Cr6Ni3Mo 25Cr20Ni4.5MoCu 20Cr20Ni6Mo 축 스리브 니켈합금 NiCrMo 합금 NiMo 합금모넬 400 모넬 K500 크레바로이콜모노이 20Cr0Mo 30Mo 60Ni40Cu 60Ni35Cu5A 30Cr-0Mo 3Cr3B 케이싱, 깃 축 육성재표면경화육성재 코발트합금 토리바로이스텔라이트 5Cr-25Mo 26Cr5W 표면경화육성재 그외 티탄 Ti 6Al4V 표 2 4 펌프의재료 2-20 깃, 축, 케이싱

21 2.4 펌프의재료 액성에따른펌프각부의주요재질 담 수 해수특수용도 나팔관안내케이싱 주철 2%Ni 주철니레지스트 D2 Ni-A 청동주철 + 라이닝 SSC4 2 상스테인레스 케이싱 케이싱라이너 ( 임펠러케이싱 ) 토출엘보칼럼파이프 SSC3 주철 SSC3, SSC4 Ni-A 청동 2%Ni 주철 2%Ni 주철니레지스트 Ni-A 청동주철 + 라이닝 SSC4 2 상스테인레스 STS36L 2 상스테인레스 임펠러 STS3 청동주강 STS3, STS4 Ni-A 청동 STS4 2 상스테인레스모넬 라이너링 청동 STS304 STS304, STS36 Ni-A 청동 STS36 2 상스테인레스모넬 축 SM35C STS403 STS304, STS36 Ni-A 청동 STS36 2 상스테인레스모넬 400, K500 STS36+ 라이닝 스리브 STS304 STS304, STS36 Ni-A 청동 STS36 2 상스테인레스모넬 400, K500 STS36+Co 합금 수중베어링 고무테프론세라믹 고무테프론세라믹 고무테프론 볼트 탄소강 STS403 STS304, STS36 Ni-A 청동 STS36 2 상스테인레스모넬 400, K500 표 2 5 액성에따른펌프각부의재질 2-2

22 2.4 펌프의재료 펌프의재료와관련일반사항 ) 담수 ; 지하수, 호수, 하천수, 수도수, 공업용수등을총칭하며, 함유된박테리아에의해내식성이크게변한다. 2) 해수 ; 해수의부식성은높고금속재료의부식을완전히방지하기위해서는많은비용이든다. 3) 유속 ; 일반적으로동계통재료의사용가능유속은낮다. 스테인레스계의재료는고속까지사용할수있다. 그러나저유속시공식이발생하기쉽다. 4) 방식방법 유전양극방식 2 접액부라이닝 3 충진재의사용 4 내틈부식용합금육성 5) 내식성재료의평가기준 0.05mm/ 년이하 : 우수 ~0.500mm/ 년이하 : 양호 ~.27mm/ 년이하 : 가능 4.27mm/ 년이하 : 불가 6) 캐비테이션에로젼 ; 펌프내에서발생하는캐비테이션에의해부품이손상되는현상 7) 섭동 ; 펌프내에서금속재료등의섭동부에서마모현상을회피하기위하여서는재료선정에주의할필요가있다. 2-22

23 2.4 펌프의재료 미국 Hydraulic Institute 의재질선정표 표 2 6 Summary of Material Selections and ASTM Standards Designations Material Selection Corresponding National Society Standards Designation ASTM Remarks A48, Classes 20, 25, 30, 40&50 Gray Iron-Six Grades (a) A536 & A395 Ductile Cast Iron-Six Grades 2 B584 Tin Bronze & Leaded Tin Bronze-seven Alloys 3 A26-WCB Carbon Steel 4 A27-C5 5% Chromium Steel 5 A743-CA5 2% Chromium Steel 6 A743-CB30 20% Chromium Steel 7 A743-CC50 28% Chromium Steel 8 A743-CF Austenitic Steel 9 A743-CF-8M 0 A743-CN-7M 9-0 Molybdenum Austenitic Steel Chromium Nickel Austenitic Steel with copper & Molybdenum A series of nickel-base alloys 2 A58 Corrosion Resistant Highsilicon cast iron 3 A436 Austenitic cast iron-2types 3(a) A439 Ductile Austenitic Cast Iron 4 Nickel-Copper alloy 5 Nickel In Table 2 6, Materials of Construction for Pumping Various Liquids, the letters A, B, and C have the following significance: A - designates an all bronze Pump B - designates a bronze fitted pump C - designates an all iron pump. 2-23

24 2.4 펌프의재료 표 2 6 (Continued) Materials of Construction for Pumping Various Liquids Liquid Condition of Liquid Chemical Symbol Material Selection Acetaldehyde C2H4O C Acetate Solvents A, B, C, 8, 9, 0, Acetone C3H6O B, C Acetic Anhydride C4H6O3 8, 9, 0,, 2 Acid, Acetic Conc. Cold C2H4O2 8, 9, 0,, 2 Acid, Acetic Dil. Cold A, 8, 9, 0,, 2 Acid, Acetic Conc. Boiling 9, 0,, 2 Acid, Acetic Dil. Boiling 9, 0,, 2 Acid, Arsenic, Ortho- H3AsO4. ½H2O 8, 9, 0,, 2 Acid, Benzoic C7H6O2 8, 9, 0, Acid, Boric Aqueous Sol. H3BO3 A, 8, 9, 0,, 2 Acid, Butyric Conc. C4H8O2 8, 9, 0, Acid, Carbolic Conc.(M.P. 06 F) C6H6O C, 8, 9, 0, Acid, Carbolic (See Phenol) B, 8, 9, 0, Acid, Carbonic Aqueous Sol. CO2+H2O A Acid, Chromic Aqueous Sol. Cr2O3+H2O A, 8, 9, 0,, 2 Acid, Citric Aqueous Sol. C6H8O7+H2O A, 8, 9, 0,, 2 Acids, Fatty(Oleic, Palmitic, Stearic, etc.) A, 8, 9, 0, Acid, Formic CH2O2 9, 0, Acid, Fruit A, 8, 9, 0,, 4 Acid, Hydrochloric Coml. Conc. HCI, 2 Acid, Hydrochloric Dil. Cold 0,, 2, 4, 5 Acid, Hydrochloric Dil. Hot, 2 Acid, Hydrocyanic HCN C, 8, 9, 0, Acid, Hydrofluoric Anhydrous, with Hydro Carbon HF+HxCx 3, 4 Acid, Hydrofluoric Aqueous Sol. HF A, 4 Acid, Hydrofluosilicic H2SiF6 A,

25 2.4 펌프의재료 표2 6 (Continued) Materials of Construction for Pumping Various Liquids Liquid Condition of Liquid Chemical Symbol Material Selection Acid, Lactic C3H6O3 A, 8, 9, 0,, 2 Acid, Mine Water A, 8, 9, 0, Acid, Mixed Sulfuric+Nitric C, 3, 8, 9, 0,, 2 Acid, Muriatic (See Acid, Hydrochloric Acid, Naphthenic C, 5, 8, 9, 0, Acid, Nitric Conc. Boiling HNO3 6, 7, 0, 2 Acid, Nitric Dilute 5, 6, 7, 8, 9, 0, 2 Acid, Oxalic Cold C2H2O4. 2H2O 8, 9, 0,, 2 Acid, Oxalic Hot C2H2O4. 2H2O 0,, 2 Acid, Ortho-Phosphoric H3PO4 9, 0, Acid, Picric C6H3N3O7 8, 9, 0,, 2 Acid, Pyrogallic C6H6O3 8, 9, 0, Acid, Pyroligneous A, 8, 9. 0, Acid, Sulfuric >77% Cold H2SO4 C, 0,, 2 Acid, Sulfuric 65/93%>75F, 2 Acid, Sulfuric 65/93%<75F 0,, 2 Acid, Sulfuric 0-65% 0,, 2 Acid, Sulfuric <0% A, 0,, 2, 4 Acid, Sulfuric(Oleum) Fuming H2SO4+SO3 3, 0, Acid, Sulfurous H2SO3 A, 8, 9, 0, Acid, Tannic C4H0O9 A, 8, 9, 0,, 4 Acid, Tartaric Aqueous Sol. C4H6O6. H2O A, 8, 9, 0,, 4 Alcohols A, B Alum (See Aluminum Sulphate and Potash Alum) Aluminum Sulphate Aqueous Sol. AL2(SO4)3 0,, 2, 4 Ammonia, Aqua NH4OH C Ammonium Bicarbonate Aqueous Sol. NH4HCO3 C 2-25

26 2.4 펌프의재료 표 2 6 (Continued) Materials of Construction for Pumping Various Liquids Liquid Condition of Liquid Chemical Symbol Material Selection Ammonium Chloride Aqueous Sol. NH4Cl 9, 0,, 2, 4 Ammounium Nitrate Aqueous Sol. NH4NO3 C, 8, 9, 0,, 4 Ammounium Phosphate, Dibasic Aqueous Sol. (NH4)2HPO4 C, 8, 9, 0,, 4 Ammounium Sulfate Aqueous Sol. (NH4)2SO4 C, 8, 9, 0, Ammounium Sulfate With Sulfuric acid A, 9, 0,, 2 Aniline C6H7N B, C Aniline Hydrochloride Aqueous Sol. C6H5NH2HCl, 2 Asphalt Hot C, 5 Barium Chloride Aqueous Sol. BaCl2 C, 8, 9, 0, Barium Nitrate Aqueous Sol. Ba(NO3)2 C, 8, 9, 0, Beer A, 8 Beer Wort A, 8 Beet Juice A, 8 Beet Pulp A, B, 8, 9, 0, Benzene C6H6 Benzine (See Petroieum ether) Benzol (See Benzene) B, C Bichloride of Mercury Black Liquor Bleach Solutions (See Mercuric Chloride) (See Liquor, Pulp Mill) (See type) Blood A, B Boiler Feedwater (See Water, Boiler Feed) Brine, Calcium Chloride ph>8 CaCl2 C Brine, Calcium Chloride ph<8 A, 0,, 3, 4 Brine, Calcium & Magnesium Chlorides Aqueous Sol. A, 0,, 3, 4 Brine, Calcium & Sodium Chloride Aqueous Sol. A, 0,, 3, 4 Brine, Sodium Chloride Under 3% Salt, Cold NaCl A, C,

27 2.4 펌프의재료 표2 6 (Continued) Materials of Construction for Pumping Various Liquids Liquid Condition of Liquid Chemical Symbol Material Selection Brine, Sodium Chloride Over 3% Salt, Cold A, 8, 9, 0,, 3, 4 Brine, Sodium Chloride Over 3% Salt, Hot 9, 0,, 2, 4 Brine, Sea Water A, B, C Butane C4H0 B, C, 3 Calcium Bisulfite Paper Mill Ca(HSO3)2 9, 0, Calcium Chlorate Aqueous Sol. Ca(ClO3)22H2O 0,, 2 Calcium Hypochlorite Ca(OCl)2 C, 0,, 2 Calcium Magnesium Chloride (See Brines) Cane Juice A, B, 3 Carbon Bisulfide CS2 C Carbonate of Soda (See Soda Ash) Carbon Tetrachloride Anhydrous CCl4 B, C Carbon Tetrachloride Plus Water A, 8 Catsup A, 8, 9, 0, Caustic Potash Caustic Soda (See Potassium Hydroxide) (See Sodium Hydroxide) Cellulose Acetate 9, 0, Chlorate of Lime (See Calcium Chlorate) Chloride of Lime (See Calcium Hypochlorite Chlorine Water (Depending on conc.) 9, 0,, 2 Chlorobenzene C6H5Cl A, B, 8 Chloroform CHCl3 A, 8, 9, 0,, 4 Chrome Alum Aqueous Sol. CrK(SO4)2.2H2O 0,, 2 Condensate Copperas, Green Copper Ammonium Acetate Copper Chloride (Cupric) (See Water, Distilled) (See Ferrous Sulfate) Aqueous Sol. C, 8, 9, 0, Aqueous Sol. CuCl2,

28 2.4 펌프의재료 표 2 6 (Continued) Materials of Construction for Pumping Various Liquids Copper Nitrate Cu(NO3)2 8, 9, 0, Copper Sulfate, Blue Vitriol Creosote Liquid Condition of Liquid Chemical Symbol Material Selection Aqueous Sol. CuSO4 8, 9, 0,, 2 (See Oil, Creosote) Cresol, Meta C7H8O C, 5 (See Sodium Cyanide Cyanide and Potassium Cyanide) Cyanogen In Water (CN)2 Gas C Diphenyl C6H5. C6H5 C, 3 Enamel C Ethanol Ethylene Chloride (di-chloride) (See Alcohols) Cold C2H4Cl2 A, 8, 9, 0,, 4 Ferric Chloride Aqueous Sol. FeCl3, 2 Ferric Sulphate Aqueous Sol. Fe2(SO4)3 8, 9, 0,, 2 Ferrous Chloride Cold, Aqueous FeCl2, 2 Ferrous Sulphate (Green Copperas) Aqueous Sol. FeSo4 9, 0,, 2, 4 Formaldehyde CH2O A, 8, 9, 0, Fruit Juices A, 8, 9, 0,, 4 Furfural C5H4O2 A, C, 8, 9, 0, Gasoline B, C Glaubers Salt (See Sodium Sulfate) Glucose A, B Glue Hot B, C Glue Sizing A Glycerol (Glycerin) C3H8O3 A, B, C Green Liquor (See Liquor, Pulp Mill) Heptane C7H6 B, C Hydrogen Peroxide Aqueous Sol. H2O2 8, 9, 0, Hydrogen Sulfide Aqueous Sol. H2S 8, 9, 0, 2-28

29 2.4 펌프의재료 표 2 6 (Continued) Materials of Construction for Pumping Various Liquids Liquid Condition of Liquid Chemical Symbol Material Selection Hydrosulfite of Soda (See Sodium Hydrosulfite) Hyposulfite of Soda (See Sodium Thiosulfate) Kaolin Slip Suspension in Water C, 3 Kaolin Slip Suspension in Acid 0,, 2 Kerosene Lead Acetate (Sugar of Lead) (See Oil Kerosene) Lard Hot B, C Aqueous Sol. Pb(C2H3O2)2. 3H2O 9, 0,, 4 Lead Molten C, 3 Lime Water (Milk of Lime) Ca(OH)2 C Liquor-Pulp Mill:Black C, 3, 9, 0,, 2, Liquor-Pulp Mill:Green C, 3, 9, 0,, 2, Liquor-Pulp Mill:White C, 3, 9, 0,, 2, Liquor-Pulp Mill:Pink C, 3, 9, 0,, 2, Liquor-Pulp Mill:Sulfite 9, 0, Lithium Chloride Aqueous Sol. LiCl C Lye, Caustic (See Potassium & Sodium Hydroxide) Magnesium Chloride Aqueous Sol. MgCl2 0,, 2 Magnesium Sulfate (Epsom Salts) Aqueous Sol. MgSo4 C, 8, 9, 0, Manganese Chloride Aqueous Sol. MnCl2. 4H2O A, 8, 9, 0,, 2 Manganous Sulfate Aqueous Sol. MnSo4. 4H2O A, C, 8, 9, 0, Mash A, B, 8 Mercuric Chloride Very Dilute Aqueous Sol. HgCl2 9, 0,, 2 Mercuric Chloride Coml. Conc. Aqueous Sol. HgCl2, 2 Mercuric Sulfate In Sulfuric Acid HgSO4+H2SO4 0,, 2 Mercurous Sulfate In Sulfuric Adid Hg2SO4+H2SO4 0,, 2 Methyl Chloride CH3Cl C Methylene Chloride CH2Cl2 C,

30 2.4 펌프의재료 표 2 6 (Continued) Materials of Construction for Pumping Various Liquids Liquid Condition of Liquid Chemical Symbol Material Selection Milk 8 Milk of Lime Mine Water Miscella Molasses (See Lime Water) (See Acid, Mine Water) (20% Soyabean Oil & Solvent) C A, B Mustard A, 8, 9, 0,, 2 Naphtha Naphtha, Crude B, C B, C Nicotine Sulfate (C0H4N2)2H2SO4 0,, 2, 4 Nitre (See Potassium Nitrate) Nitre Cake (See Sodium Bisulphate) Nitro Ethane C2H5NO2 B, C Nitro Methane CH3NO2 B, C Oil, Coal Tar B, C, 8, 9, 0, Oil, Coconut A, B, C, 8, 9, 0,, 4 Oil, Creosote B, C Oil, Crude Cold B, C Oil, Crude Hot 3 Oil, Essential Oil, Fuel Oil, Kerosene A, B, C B, C B, C Oil. Linseed A, B, C, 8, 9, 0,, 4 Oil, Lubricating Oil, Mineral Oil, Olive B, C B, C B, C Oil, Palm A, B, C, 8, 9, 0,, 4 Oil, Quenching B, C 2-30

31 2.4 펌프의재료 표2 6 (Continued) Materials of Construction for Pumping Various Liquids Liquid Condition of Liquid Chemical Symbol Material Selection Oil, Rapeseed A, 8, 9, 0,, 4 Oil, Soya Bean A, B, C, 8, 9, 0,, 4 Oil, Turpentine B, C Paraffin Hot B, C Perhydrol Peroxide of Hydrogen Petroleum Ether (See Hydrogen Peroxide) (See Hydrogen Peroxide) B, C Phenol C6H6O Pink Liquor Photographic Developers Plating Solutions (See Liquor, Pulp Mill) (Varied and complicate, consult pump mfgrs.) 8, 9, 0, Potash Plant Liquor A, 8, 9, 0,, 3, 4 Potash Alum Potassium Bichromate Aqueous Sol. Al2(SO4)3K2SO4. 24H2O Aqueous Sol. K2Cr2O7 C Potassium Carbonate Aqueous Sol. K2CO3 C A, 9, 0,, 2, 3, Potassium Chlorate Aqueous Sol. KClO3 8, 9, 0,, 2 Potassium Chloride Aqueous Sol. KCl A, 8, 9, 0,, 4 Potassium Cyanide Aqueous Sol. KCN C Potassium Hydroxide Aqueous Sol. KOH C, 5, 8, 9, 0,, 3, 4, Potassium Nitrate Aqueous Sol. KNO3 C, 5, 8, 9, 0, Potassium Sulfate Aqueous Sol. K2SO4 A, 8, 9, 0, Propane C3H8 B, C, 3 Pyridine C5H5N C Pyridine Sulfate 0, 2 Rhidolene B Rosin (Colophony) Paper Mill C Sal Ammoniac (See Ammonium Chloride) 2-3

32 2.4 펌프의재료 표 2 6 (Continued) Materials of Construction for Pumping Various Liquids Liquid Condition of Liquid Chemical Symbol Material Selection Salt Lake Aqueous Sol. Na2SO4+impuritie A, 8, 9, 0,, 2 Salt Water Sea Water (See Brines) (See Brines) Sewage Shellac A, B, C A Silver Nitrate Aqueous Sol. AgNo3 8, 9, 0,, 2 Slop, Brewery A, B, C Slop, Distillers A, 8, 9, 0, Soap Liquor C Soda Ash Cold Na2CO3 C Soda Ash Hot 8, 9, 0,, 3, 4 Sodium Bicarbonate Aqueous Sol. NaHCO3 C, 8, 9, 0,, 3 Sodium Bisulfate Aqueous Sol. NaHSO4 0,, 2 Sodium Carbonate (See Soda Ash) Sodium Chlorate Aqueous Sol. NaClO3 8, 9, 0,, 2 Sodium Chloride (See Brines) Sodium Cyanide Aqueous Sol. NaCN C Sodium Hydroxide Aqueous Sol. NaOH C, 5, 8, 9, 0,, 3, 4, Sodium Hydrosulfite Aqueous Sol. Na2S2O4. 2H2O 8, 9, 0, Sodium Hypochlorite NaOCl 0,, 2 Sodium Hyposulfite Sodium Meta Silicate (See Sodium Thiosulfate) Sodium Nitrate Aqueous Sol. NaNO3 C, 5, 8, 9, 0, Sodium Phosphate: Monobasic Sodium Phosphate: Dibasic Sodium Phosphate: Tribasic Sodium Phosphate: Meta Aqueous Sol. NaH2PO4. H2O A, 8, 9, 0, Aqueous Sol. Na2HPO4. 7H2O A, C, 8, 9, 0, Aqueous Sol. Na3PO4. 2H2O C Aqueous Sol. Na4P4O2 A, 8, 9, 0, C 2-32

33 2.4 펌프의재료 표 2 6 (Continued) Materials of Construction for Pumping Various Liquids Liquid Condition of Liquid Chemical Symbol Material Selection Sodium Phosphate: Hexameta Aqueous Sol. (NaPO3)6 8, 9, 0, Sodium Plumbite Aqueous Sol. C Sodium Sulfate Aqueous Sol. Na2SO4 A, 8, 9, 0, Sodium Sulfide Aqueous Sol. Na2S C, 8, 9, 0, Sodium Sulfite Aqueous Sol. Na2SO3 A, 8, 9, 0, Sodium Thiosulfate Aqueous Sol. Na2S2O3. 5H2O 8, 9, 0, Stannic Chloride Aqueous Sol. SnCl4, 2 Stannous Chloride Aqueous Sol. SnCl2, 2 Starch (C6H0O5)x A, B Strontium Nitrate Aqueous Sol. Sr(NO3)2 C, 8 Sugar Aqueous Sol. A, 8, 9, 0,, 3 Sulfite Liquor (See Liquor, Pulp Mill) Sulfur In Water S A, C, 8, 9, 0, Sulfur Molten S C Sulfur Chloride Cold S2Cl2 C Syrup (See Sugar) Tallow Hot C Tanning Liquors A, 8, 9, 0,, 2, 4 Tar Hot C, 3 Tar & Ammonia In Water C Tetrachloride of Tin (See Stannic Chloride) Tetraethyl Lead Pb(C2H5)4 B, C Toluene(Toluol) C7H8 B, C Trichloroethylene C2HCl3 A, B, C, 8 Urine A, 8, 9, 0, Varnish A, B, C, 8, 4 Vegetable Juices A, 8, 9, 0,,

34 2.4 펌프의재료 표 2 6 (Continued) Materials of Construction for Pumping Various Liquids Vinegar A, 8, 9, 0,, 2 Vitriol, Blue Liquid Condition of Liquid Chemical Symbol Material Selection Vitriol, Green (See Copper Sulfate) (See Ferrous Sulfate) Vitriol, Oil of (See Acid, Sulfuric) Vitriol, White (See Zinc Sulfate) Water, Boiler Feed Not Evaporated ph>8.5 C High Makeup Not Evaporated ph<8.5 B Low Makeup Evaporated, any ph 4, 5, 8, 4 Water, Distilled High Purity A, 8 Water, Distilled Condensate A, B Water, Fresh Water, Mine Water, Salt & Sea (See Acid, Mine Water) (See Brines) B Whiskey A, 8 White Liquor (See Liquor, Pulp Mill) White Water Paper Mill A, B, C Wine A, 8 Wood Pulp(Stock) A, B, C Wood Vinegar Word (See Acid Pyroligneous) (See Beer Wort) Xylol(Xylene) C8H0 B, C, 8, 9, 0, Yeast A, B Zinc Chloride Aqueous Sol. ZnCl2 9, 0,, 2 Zinc Sulfate Aqueous Sol. ZnSO4 A, 9, 0, 2-34

35 2.5 펌프의운전 2.5. 펌프의기동 기동토크 펌프를기동할때는펌프의부하토크보다도원동기의가속토크가크게되지않으면전속까지가속시키는것이불가능하다. 따라서전속까지가속할수있는지를체크하기위해서는원동기의발생토크에대한펌프의부하토크의특성을파악하지않으면안된다. 펌프의부하토크는그림 2 29 와같이회전수의 2 승에비례해서증가하지만돌기시작할때는정지마찰에이겨내는토크를요한다. 이정지마찰토르크는베어링, 축붕합부의마찰저항에의한것이고, 정규운전토크의 0~30% 에상당하는상당히큰값이다. 이값은고속고양정펌프는작고, 저속저양정펌프는크게된다. 펌프의부하토크 Tp=Tw+Tf Tp: 부하토크 (kgf m) Tw: 수력토크 (kgf m) Tw = 974 L N Tf: 마찰토크 (kgf m) L: 축동력 (kw) N: 회전수 (min - ) 회전중의구름마찰토크 Tf 는수력토크 Tw에비하면무시할수있을정도로작기때문에통상최초회전을제외해서부하토크 Tp를다음식으로나타낸다. 수두 H 유량 Q 토출밸브개방및파이프라인이드레인된상태에서의기동 B ŋ H 그림 2 29 정압은없으며토출밸브를개방하였을때의기능 비속도가큰경우의펌프는대부분파이프라인이드레인된상태에서기동된다. 만일유량의급격한증가로인한캐비테이션의방지를하여야한다면, 토출밸브를교축시킴으로써가능한빨리토출압을형성시켜야한다. 이경우, 상당량의토출량을바이패스시켜바이패스라인을채우고저항에의해압을형성시켜기동하는방법또한가능하다. 펌프토크 % T 펌프속도 B 00 % n 동력 P 양정 H H P B ŋ 펌프토크 % T B 00 압이파이프에찰경우 25 압력파이프의배수시파이프의배수시 C 유량 Q C % n 펌프회전수 그림 2 30 토출측밸브의개방및파이프라인배수시 2-35

36 2.5 펌프의운전 토출밸브폐쇄기동 토출밸브를폐쇄하여원심펌프를기동하였을경우를그림 2 3 에나타내었다. 양정이비교적높은비율로서펌프가기동되는경우에, 펌프내부에서기포가발생하지않도록밸브를열어미니멈플로상태에서기동하여야한다. 이방법은밸브를폐쇄한상태에서의소요동력과토크가운전점에서보다작은경우에한하여적용가능하다. H 운점점에서펌프토크 양정 B ŋ % T 00 B 0 유량 Q H 펌프토크 그림 2 3 밸브폐쇄기동 0 펌프회전수 % n % Q 토출밸브반개기동 ( 그림 2 32) 사류펌프에서도체절축동력이규정의운전점의축동력보다약간높은정도에서원동기출력에여유가있다면토출밸브를닫아기동한다. 이경우의기동토크는그림 2 32 와같이 A B C D 로상승하고, Valve 를열어 G H 로도달한다. 전양정도이것에대응하여좌하의원점으로부터 H J 로상승하여밸브를열어 J K H 로저하한다. 원동기의출력에여유가없다면토출밸브를조금열어기동한다. 토출밸브가반개일때는가속중의양정이관로의실양정과같은양정 (H 점 ) 에도달할때까지는체절운전이지만, H 점으로부터송수가시작된다. 전양정의 H 점에대응하는가속중의토크는 C 점이다. 그림의우측의 0-R 은토출밸브가반개일때의관로의시스템커브를나타낸다. 0-R2 는동일한밸브전개일때의시스템커브이다. 밸브가반개일때의펌프의운전점은 K 점, 토크는 G 점이다. 따라서송수를개시하고부터전속까지의토크는 C 점으로부터 G 점에대응하는 E 점까지의곡선을찾는것이다. 그림의우측의토크곡선은 C 점에대응하는 F 점으로부터 G H 로이동해간다. 양정도동일하게 L K H 로이행해간다. 80 전 60 양 40 정 20 토 00 크 80 (%) A H 전양정 C J L D E 0 F R K 전양정 G H R 회전수 (%) 토출량 (%) 그림 2 32 밸브반개기동의기동토크곡선 ( 사류펌프의예 ) 2-36

37 2.5 펌프의운전 축류펌프의기동 ( 그림 2 33) 축류펌프는앞서도서술했듯이통상토출밸브를설치하지않기때문에, 가속중의양정이관로의실양정을상회하는속도에도달한부분으로부터는사류펌프의밸브반개의시동특성과동일하다. 가속중의토크는 C로부터 D 로양정은 H로부터 D에도달한다. 관로의시스템커브가밸브전개의 0-R2 만큼되기때문에그림의좌측의송수중의토크는 C점에대응하는 E로부터 G로상승하고양정은 H에대응하는 F로부터시스템커브에더해서 G까지상승한다. 전양정 토크 (%) A 회전수 (%) 전양정 H C J D 0 F E 전양정 그림 2 33 축류펌프의기동토크곡선 G 토출량 (%) R 시스템계통도에의한펌프의운전점결정 일반적인펌핑조건에서의운전점결정 ( 그림 2 34) 펌프의운전점은, 토출량을횡축, 수두를종축으로한좌표위에펌프의양정곡선과관로의저항곡선의교점으로서구해진다. 관로의저항곡선은흡수조수면으로부터토출조수면까지의고저차, 즉, 실양정과송수관계의손실수두의합으로서구해진다. 전양정 0 펌프양정곡선 Q 토출량 펌프운전점 관로저항곡선 전양정 (H) Vd2 잔류속도손실수두 2g 토출관로손실수두 (h2) 흡입관로손실수두 (h) 실양정 (Ha) P H ( ) Ha h h2 Vd2 2g 토출량 Q 그림 2 34 일반적인펌핑조건에서의운전점결정 2-37

38 2.5 펌프의운전 실양정이변화하는경우 ( 그림 2 35) 실양정 ( 토출수위 - 흡입수위 ) 의변화와밀폐탱크송수시의탱크내압력이변화하는경우관로저항곡선 R 은상하로평행이동하여 R 또는 R2 로되고, 운전점은 A 또는 A2 로된다 전양정 펌프특성곡선 관로저항곡선 토출량 그림 2 35 실양정이변하는경우 관로저항의변화 ( 그림 2 36) 경년변화등에의해관로저항이 R 로부터 R+r 로증가한경우, 운전점은 A 로부터 Ar 로변화하고, 토출량은감소한다. 전양정 펌프특성곡선 관로저항곡선 토출량 그림 2 36 관로저항이변하는경우 저항이다른직렬관로 ( 그림 2 37) 관로 R 의관로저항곡선과관로 R2 의관로저항곡선을동일토출량점으로합성한직렬합성관로저항곡선 R 과펌프양정곡선과의교점 A 가운전점으로되고, 그때의관로손실은 H+H2 로된다. 전양정 펌프특성곡선 Q R Ht=Ha+H+H2 0 R2 R H2 Ha H2 토출량 P R R2 그림 2 37 저항이다른직렬관로의경우 저항이다른분기관로 ( 그림 2 38) 관로 R 의관로저항곡선과관로 R2 의관로저항곡선을동일양정점으로가산한병렬합성관로저항곡선 R 과펌프양정곡선과의교점 A 가운전점으로되고, 그때의관로 R 과 R2 의유량은 Q 과 Q2 로된다. 전양정 펌프특성곡선 R Q Q2 Q=Q+Q2 A R2 R Q P R Q2 R2 0 토출량 그림 2 38 저항이다른분기관로의경우 2-38

39 2.5 펌프의운전 실양정, 저항이다른분기관로 ( 그림 2 39) 관로 R 과 R2 의관로저항곡선은각각의실양정 H 과 H2 의점에의해묘사되고, 동일양정점으로가산한병렬합성관로저항곡선 R 과펌프양정곡선과의교점 A 가운전점으로된다. 전양정 R2 A R R=R+R2 Ht H2 H Q2 Q Q=Q+Q2 Q2 Q P R Q R2 Q2 0 토출량 그림 2 39 실양정, 저항이다른분기관로의경우 실양정, 저항이다른관로도중으로부터의분기관로 ( 그림 2 40) 관로 R 과 R2 의병렬합성관로저항곡선 R+R2 를먼저구한다. 다음에 R+R2 와 R3 의직렬합성관로저항 R 을구하고, 펌프양정곡선과의교점 A 가운전점으로된다. 전양정 펌프양정곡선 R2 펌프양정곡선 A R R=R+R2+R3 R+R2 Q2 R2 Q2 Q Q3 Q2 R3 P R3 R Q 0 토출량 그림 2 40 실양정, 저항이다른관로도중으로부터의분기관로 2-39

40 3 대병렬운전합성양정곡선 2.5 펌프의운전 동일성능펌프의병렬운전 ( 그림 2 4) 병렬운전에서의펌프특성곡선의합성은토출량의방향에특성을가산하는것으로구해진다. 전양정 단독 A P+P P+P+P A2 A3 R 0 Q3 Q2 H2t H3t 2Q2 3Q3 토출량 그림 2 4 동일성능펌프의병렬운전 } R P P P 다른성능펌프의병렬운전 ( 그림2 42) 펌프특성곡선의합성은동일성능의병렬운전과같은영역이지만, 주의할점으로서관로저항이큰 R2의경우작은펌프 P은역지변이있을때는체절운전으로되지만, 역지변이없을때는역류상태로된다. 전양정 D R 양정곡선 합성양정곡선 P P2 P=P+P 관로저항곡선 Q P 토출량 Q A R } R P Q2 Q2 Q+Q2 그림 2 42 다른성능펌프의병렬운전 동일성능펌프의직렬운전 ( 그림 2 43) 직렬운전에서의펌프특성곡선의합성은, 양정의방향에특성을가산하는것으로구해진다. 2 대직렬운전합성양정곡선 전양정 0 단독 Q A A2 토출량 그림 2 43 동일성능펌프의직렬운전 H R 2H Q2 } R P P 2-40

41 2.5 펌프의운전 다른성능펌프의직렬운전 ( 그림 2 44) 펌프특성곡선의합성은동일성능의직렬운전과같은요령이고, 운전점은 A 점으로된다. P 과 P2 의운전점은 a 과 a2 로된다. 주의할점으로서운전점이 K 점보다아래에있도록하는관로저항 Rs 에는사용하지않는다. 전양정 P=P+P2 단독 P2 A R 0 P Q a2 a K R2 토출량 그림 2 44 다른성능펌프의직렬운전 } R P2 P 펌프의제어방법 밸브제어밸브제어의경우, 벨브의형식, 구경을도출량의제어범위에대해서적정하게선정하는것이중요하다. 장점으로는조작이간편하고설비비가싸다. 단점으로는동력비가비경제적이고, 밸브의진동소음, 특히하류측압력이낮으면캐비테이션의염려가있다. 전양정에비해관로손실이작은경우에적합하며, 소형, 중형펌프의일반적인토출량제어법이다 회전수제어양정의변동범위가큰경우적합하며, 장점으로는동일펌프를사용하여회전수를변경함으로써각각다른필요사양점에적합한운전을할수있으며, 동력비가절감된다. 단점으로는설비비가다소높게되고, 관련기기의스페이스가다소증가한다. Ń Q = Q N 2 H = Ń ( H N ) 3 Ĺ = Ń ( ) L N N, N : 회전속도 그림 2 45 회전수제어에의한제어 이때주의하여야할점은펌프의양정곡선과관로저항곡선이수평에가까운경우속도의증감에민감하게유량이변하므로제어가어렵다. 2-4

42 2.5 펌프의운전 축류펌프의베인각도변경에의한제어축류의경우임펠러의베인각도를조정하여유량양정곡선을변화시킬수있다. 특히넓은범위영역에있어서높은효율로사용할수있으며축동력이일정한운전도가능하다. 그러나베인의조작을위한조작기구가필요하고, 설계시에다소제약이생긴다. 효율양정 m 운전한계 % 익각 -2-9 익각 -2 익각정상위치익각정상위치 익각 +2 익각 +2 그림 2 46 익각조정에따른특성 바이패스에의한제어소요유량이급격히변화하여체절운전또는그에가까운지점에서운전이예상되는경우, 온도상승, 임펠러입구부의부분적역류에의한가진력으로진동및소음이발생할수있으며이를방지하기위해유량의일부를바이패스시키는방법이있다. 펌프를정지하지않고미소토출량으로펌프를보호할수있으나바이패스배관등의설비가필요하고, 바이패스유량만큼의동력손실을초래한다. 바이패스유량 (k ) H 유량m3 /min Q = Q-kH /2 H = H L = L k: 밸브배관저항으로정해지는계수 그림 2 47 바이패스에의한운전제어 임펠러의외경변경에의한제어배관의노화등에의한배관저항이증가하는임펠러의외경을증가시킴으로써소요유량에대응하여운전이가능한경우가있다. 또한장기간동안소요유량을변경하여사용하여야할경우소요수량에적합한임펠러를보유하여적절시기에교체사용함으로써대응할수있다. 단이때임펠러의교체를위한분해조립이필요하다. m D2 Q = Q 그림 2 48 임펠러의외경변경에의한제어 2-42 H = L ( ) D2 ( ) D2 ( ) m D2 H D2 D2 m+n L D2D2 : 임펠러외경 m, n: 정수

43 2.5 펌프의운전 펌프의흡입성능 펌프를수면보다높게설치하여물을흡상할수있는것은, 수면에대기압이작용해서수면을누르고있기때문이다. 이압력은수주로약 0m 에상당한다. 따라서어떤우수한흡입성능을가진펌프를이용해도대기압하에서는흡상높이를 0m 이상 ( 물의경우 ) 으로할수없다. 실제로는흡입배관중의마찰손실과속도헤드에의해, 이압력이일부사용되기때문에 0m 를흡상할수없다. 이높이이상으로물을흡상하면, 펌프는캐비테이션 (Cavitation) 이발생하여각종장해를생기게한다 캐비테이션캐비테이션은흐르는액체중에서기화에의해공동 (cavity) 이발생하는현상으로펌프임펠러의입구부에서국부적으로정압이양액의포화증기압까지내려가서, 증기의미세한기포가다수발생하는비등현상이다. 발생초기 ( 초생 ) 의캐비테이션은거의해가없다. 그러나흡입압이낮게되어캐비테이션이발달하면, 기포가임펠러유로를쓸모없게해서효율과전양정이저하하고마지막에는전양정이급저하해서양수불능으로된다. 또한기포가발생해서는압에의해파괴되기때문에펌프에소음과진동이생긴다. 이상태에서장시간운전하면기포의소멸시에발생하는충격압에의해임펠러와케이싱의표면이손상을받는다. 이러한캐비테이션은펌프에대해유해한현상으로발생하지않도록충분히검토하지않으면않된다 NPSH(Net Positive Suction Head, 유효흡입수두 ) NPSH 는 Net Positive Suction Head 의약자로펌프의흡입압력이캐비테이션에대해서안전한지를검토하는데일반적으로이용된다. Net 는 정미의 즉 포화증기압을공제한 이라는의미이며, Positive 는 정의 즉 절대압으로나타내어진 이라고하는의미이다. NPSH 에는펌프설비상이용가능하다고하는의미로서, Available NPSH(hsv) 와, 펌프가필요로한다고하는의미로서 Required NPSH(Hsv) 가있다. () Available NPSH ( 유효흡입헤드 ) Available NPSH 는임펠러의깃직전의기준면위에서, 액체가가진전압 ( 절대압 ) 이그액체의그온도에서포화증기압 ( 절대압 ) 보다얼마높은가를헤드 ( 수두 ) 의형태로나타낸것이다. 일반적으로는다음식으로표시된다. Ps Pv 2 Vs 2g NPSHav=hsv= ±hs ζ γ γ 여기서 hsv: 유효흡입수두 (m) Ps: 흡입면에작용하는압력 (kgf/ m2 abs) Pv: 사용온도에서액체의절대포화증기압 (kgf/ m2 abs) γ: 사용온도에서액체의단위체적당중량 (kgf/ m3 ) 여기서흡상일경우 ( ) 압입일경우 (+) 를사용 2 Vs ζ 2g : 흡입배관에서총손실헤드 (m) 주 ) 여기서말하는기준면은토출헤드, 흡입헤드등을계산할때, 위치헤드의기준으로되는수평면으로, 이것은임펠러의깃입구외주단을통과하는원의중심점을포함하는수평면으로서규정되어있다. 더구나다단펌프의경우는일단째의임펠러로하고, 입축양흡입형의경우는위쪽의임펠러로한다. ( 그림 2 49) 2-43

44 2.5 펌프의운전 (a) (b) 기준면 기준면 (c) (d) (e) (f) 기준면 기준면 기준면 그림 2 49 펌프의기준면 ) 흡입수면에대기압이작용하고있는경우통상의펌프는거의이것에해당한다. 2 Vs hsv=ha-hv+hs- ζ 2g Ha: 대기압 (m)( 주) Hv: 양액의포화증기압력 (m)( 주2) hs: 흡입실양정 (m) 펌프기준면이흡입수면보다위에있는경우는 (-), 펌프기준면이흡입수면보다아래에있는경우는 (+) 2 Vs ζ : 흡입관의손실수두 (m) 2g 실제로운전하고있는경우는, 펌프의흡입구에취부한압력계의읽음으로부터다음식에의해 hsv를구할수있다. hsv=hsg+hg+vs 2 /2g+Ha-Hv 여기서 hsg: 압력계의읽음 (m) 부압일때 (-), 정압일때 (+) hg: 압력계의경우, 압력계로부터임펠러입구의기준면까지의측정고차 (m) 압력계의방향이입구기준면보다도높은경우 (+), 압력계의방향이입구기준면보다도낮은경우 (-), 진공계의경우, 측정공으로부터임펠러입구의기준면까지의고차 (m) 측정공의방향이높은경우 (+), 측정공의방향이낮은경우 (-), Vs: 흡입구의계기취부부유속 (m/s) Ha: 대기압 (m) Hv: 양액의포화증기압력 (maq) 2-44

45 2.5 펌프의운전 Pv 2 +hs Ps +hs(ps) S 펌프의기준면 -hs Ps -hs(ps) V Pv 2 S 그림 2 50 횡축펌프의 NPSHav 입축펌프의경우, 임펠러가수면하에잠겨있고, 흡입관의손실수두 hl 0 인경우에는 hsv = Ha - Hv + hs hs: 흡입수면에서임펠러입구의기준면까지의깊이 (m) 2) 흡수조가밀폐흡입수면에압력이작용하고있는경우 ( 그림 2 50) 화학플랜트와발전소내에서종종볼수있는펌프흡입측에압력탱크를설치한경우에상당한다. hsv =(Pa-Pv)/γ+hs-hl Pa: 흡입수면에걸리는압력 (kgf/ m2 abs) Pv: 양액의포화증기압력 (kgf/ m2 abs) γ: 양액의비중량 밀도 (kgf/ m3 ) hs: 흡입실양정 (m) 펌프기준면이흡입수면보다위에있는경우는 ( ), 펌프기준면이흡입수면보다아래에있는경우는 (+) hl: 흡입관의손실수두 (m) 더구나, 흡수조안이그액의포화증기압과같은경우는 Pa =Pv 등으로 Available NPSH = hs -hl 으로된다. ( 주) 고도와대기압 ( 표2 7) 펌프가높은위치에거치되어있을때에는공기가희박하게되기때문에대기압값이감소한다. 대기압 : Ha(mAq) = 0.33( h) h: 고도 (m) ( 주2) 물의포화증기압력 ( 표2 8) 2-45

46 2.5 펌프의운전 표 2 7 고도와대기압 고도 (m) 대기압 (maq) 수온 ( ) 포화증기압 (maq) 표2 8 물의포화증기압력 (2) Required NPSH( 필요유효흡입헤드 ) Required NPSH 으로는펌프의어느운전상태에서캐비테이션이생기지않도록하기위해펌프로서필요한유효흡입헤드이다. 더욱이동일 pump 에서도회전수, 토출량등의운전상태에의해서도변화한다. 앞서서술하였듯이캐비테이션의정도가발달하면전양정이급저하하여양수불능으로된다. 펌프의시험규격 KS B 630 에서는 전양정이정상운전시의그것에대해 3% 저하했을때의 NPSH 의값을가지고, 그토출량에있어필요 NPSH(Req. NPSH) 로본다 라고정의하고있다. 펌프의설비계획을행할때 Required NPSH (Hsv) 의계산에많이이용되는식은아래의 2 가지이다. ) 토마의캐비테이션계수에의한방법유효흡입헤드를임펠러의최고효율점에서의헤드로나누어무차원수로나타낸것이토마의캐비테이션계수 б 이다. 토마는이를실험적으로유도하였으며 Hsv б= 이다. H 여기서 б: 토마의캐비테이션계수 H: 펌프의총양정 (m) 단, 다단펌프의경우 단에대하여서만고려한다. Hsv : 임펠러중심을기준으로한유효흡입수두 양흡입펌프의경우 Ns와 S를계산할때총유량의절반을사용한다. 토마의캐비테이션계수는비속도를 Ns 로하면 Ns 3/4 에비례하고, 일반적으로그림 2 5 과같은관계로된다. 이그림에서 Ns 로부터 б 값을구하고위식에서 Hsv 를알수있다 ,050,200,500,800 2,250 3, 안전영역 위험영역,050,200,350,450 2,250 3, 그림 2 5 Ns 에따른캐비테이션한계 2-46

47 2.5 펌프의운전 2) 흡입비속도 S 임펠러입구부근의형상이상사이고, 물의유입상태도상사로되게되면임펠러의외경치수와펌프양정이다르게되어도캐비테이션의발생점은동일하다라고하는생각으로부터유도되어진것으로다음식으로표현된다. S = N Q /2 /Hsv 3/4 여기서 Q: 펌프토출량 ( m3 /min) 양흡입의경우는 Q/2로한다. N: 펌프회전수 (min - ) Hsv:Required NPSH (m) 더욱이토마의캐비테이션계수б와 S간에는다음의관계가성립한다. б=(ns/s) 4/3 펌프의최고효율점의유량에서캐비테이션을일으키는한계의 S값 (3% 양정저하점 ) 은일반적으로펌프의형식에관계없이거의일정이고 Ns가작은범위 (Ns 약,000) S=,500 Ns가큰범위 (Ns 약,000) S=,200 이다. 토마의캐비테이션계수 б와흡입비속도 S는, 펌프의최고효율점에서 Req. NPSH Hsv을추정하기위해편리하다. 실제의펌프가설치현장에서캐비테이션을일으킬까? 어떨까를판정하기에는상기 2개의방법으로충분하다. 그러나이렇게계산하 Hsv는계산적인것이고, 실제의펌프설비를계획할때에는, Av. NPSH hsv를 Hsv에대 펌프의운전범위와캐비테이션펌프는일반적으로그계획점에서만운전되는것은아니다. 특별한용도의경우를제외한범위의토출량또는양정의폭으로운전된다. 임펠러입구부는일반적으로설계유량시에흐름과날개의각도를같게해서무충돌로유입하도록설계되어있다. 이를위해과대유량및부분유량시에는날개입구각도에대해, 흐름의각도가일치하지않는상태로유입한다. 따라서동일한흡상높이로운전하고있는펌프에서도계획점보다어긋난유량으로운전하면캐비테이션이발생하는것도있을수있다. ( 그림2 52) 이때문에펌프설비계획에있어서는계획점만아니라예상되는운전범위에대해캐비테이션발생의유무를검토할필요가있다. 최고효율점이외의유량에서의캐비테이션특성은펌프의설계에의해서도다르지만, 비속도에의해가장크게좌우된다. 그림2 52은대표적인원심류, 축류의 Required NPSH를최고효율점을 00으로해서백분율로표시된것이다. NPSH3% NPSH 00 3% 2.0 nq=250 rpm, m, m3 /sec 기준 Ns 임 nq=20 nq=80.0 캐비테이션발생영역 캐비테이션발생영역 Q.Q 그림 2 52 펌프의 NS 와 NPSHre 2-47

48 2.5 펌프의운전 캐비테이션침식임펠러의입구부에생긴기포가하류측의고압부에서눌러져부서져서소멸하고, 이때발생한충격파가대단히빠른속도로금속표면에충돌한다. 이것에의해물체내부에응력이발생하고, 그재료의반복탄성한도를넘는것에의해, 임펠러와케이싱의표면에손상을줄수있다. 캐비테이션에의한침식의발생기구는 ( 메카시즘은 ) 이러한물리적인것이라고말하여지고있다. 한편캐비테이션에의해물체표면을감싸서부식을방지하고있는부식생성물이파괴되어, 새로운금속면이노출하는것에의해부식이진행한다. 게다가캐비테이션발생하에서, 양액으로부터유리하는산소에의해부식이일어난다고하는화학적인설도있고, 아직캐비테이션은충분히해명되어있지않다. 실제의경우에는응력부식등도동시에발생하고있는것도있고부식의메카니즘은복잡하다. 단부식의정도가심한경우에는전술한물리적인파괴가주된원인이라고생각되어진다 캐비테이션의회피방법펌프에캐비테이션이발생하면각종장해를생기게한다. 이것을피하기위해펌프기장의흡입상태와운전범위를충분히파악하여펌프의선정, 설계를행하지않으면안된다. 아래에캐비테이션에대해서설비계획, 운전상의대책비교에그주의사항을들어본다. () 흡입양정은가능한한작게한다. 일반적으로양배수펌프등은홍수에비해펌프의설치면을대체적으로높게하지만, 캐비테이션발생방지를위해서는설치면을낮게해서가능한한 Available NPSH 를높게하는것이요망된다. (2) 흡입배관은반드시크게한다. 흡입배관이긴경우에는마찰손실수두가크게되기때문에배관경을반드시크게하고또한굽은관그외의부속물 (valve 류 ) 을작게해서흡입측의손실을가능한한작게한다. (3) 흡입측밸브에의한유량제어는행하지않는다. 흡입측의밸브를교축해서유량조절하는것은, 흡입측에큰수력손실을불러일으키게되므로절대적으로피해야한다. (4) 계획양정에필요이상의여유를주지않는다. 여유를무시하면실제의운전양정이낮게되기때문에계획점이상의유량에서운전하는것이되고, 캐비테이션발생의위험이증대된다. (5) 운전유량범위의검토계획점을벗어나면캐비테이션이쉽게생기기때문에, 이검토는소홀히할수없다. 가능한한계획유량부근에서운전하는것이요망된다. (6) 캐비테이션의침식에강한재료의사용여러조건이엄밀하게어떠한방법에의해서도캐비테이션발생이피해지지않을때에는피로강도가높은내캐비테이션성질재료를선정하지않으면안된다. 또한부식성액체인경우는더욱이내식성이있는재료를선택하지않으면안된다. 2-48

49 2.5 펌프의운전 펌프의운전에있어서검토할사항 제어상의제약사항펌프는항상정상적인운전범위안에서운전되어야한다. 펌프의제어범위제어방법을검토할때고려해야할제약사항은표 2 9 와같다. 제약의원인주대상제약을받는범위발생하는문제 캐비테이션 NPSH 에여유가없는펌프 과대토출량과소토출량 진동, 소음, 임펠러의침식 축동력과대 저비속도의펌프고비속도의펌프 과대토출량과소토출량 원동기의과부하 내부흐름의이상, 불안정중형이상의펌프일반과소토출량진동, 소음 수온상승 펌프일반 체절운전 ( 고양정의펌프일수록허용시간은짧다 ) 케이싱내에수증기를발생하여고장으로이어지는진동, 소음 효율저하축동력이큰펌프사양과동떨어진토출량 동력비의비경제, 펌프각부의수명의저하, 각부유속제한 정회전역류역지변이없는펌프송수계역류역류진동, 소음 표 2 9 펌프운전점의제약 대수제어에회전수제어와밸브제어를병용하는경우제어범위의결정방법에의해운전한수없는범위가생기기때문에, 관로저항곡선과펌프양정곡선의변화범위를그림위에서잘검토하는것이필요하다. 만족 2 대병렬운전 관로저항곡선 C=0 전양정 C=30 실양정이최저인때및 ( 관로가새롭고저항이작은경우 ) Ha max Ha min 정격유량 Qn 에대해과대유량으로되어과부하, 캐비테이션발생의문제가있는경우에는밸브를교축하는등의대책을취한다. Qx 유량 그림 2 53 병렬운전시스템커브 2-49

50 2.5 펌프의운전 계획시의주의사항운전불가능범위의크기에영향을미치는요소로서, 전항의펌프자체에대한제약조건외에다음에표시된항목도계획시에고려할필요가있다. ) 실양정의범위통상, 펌프정이나배수지의수위변동에따라, 실양정이변화한다. 따라서성능곡선상의유량양정지점이변경되며캐비테이션및시스템의조건에따라운전불가능의범위가발생할수있다. 2) 관로손실의경년변화관로는해가지남에따라저항이증대하기때문에여유를가지고설계하면, 처음사용때의관로저항이작은경우운전불가능범위가넓게된다. 펌프사양을결정할때에는통상최대실양정과더구나장래관로저항이증대한경우에도필요유량을확보할수있도록관로저항곡선을고려한다. 일반적으로제어범위를넓게하는것은가변속도장치의용량증대, 설비의가격상승을가져오기때문에중요한검토사항이다. 3) 제어성관로저항곡선이수평에가깝고, 펌프의 Q-H 곡선의구배도작은경우에는약간의회전수변화에도수량이크게변하고, 제어가어려운것에주의하지않으면않된다 미소유량에서의온도상승을고려한운전체절운전을장시간계속하면펌프의축동력은전부열로변하고, 이열은케이싱내의액온을높이게된다. 고압펌프는단시간에온도가급상승하기때문에이대로방치하면케이싱은열변형하여임펠러의섭동부에서접촉회전하여, 소착을일으킬염려가있다. 또한, 밸브를열더라도극소유량은임펠러및케이싱내의흐름의분리에의한유체가진력이크게되기때문에진동소음도현저하게크게되고, 양호한운전상태가어렵다. 부득이체절혹은극소유량운전을하는경우축동력의크기에따라 5~0 분이내로하는것이요망된다. 극소유량운전시온도상승값은 Δt = H ( 00 - ) 427C ηp 여기서 Δt: 온도상승치 ( ) H: 운전상태의전양정 (m) ηp: 운전상태의펌프효율 (%) C: 액의비열 ( kcal / kg ) 2-50

51 2.6 펌프형식의선정 2.6. 펌프형식의주분류와적용범위 각형식펌프의적용범위와주된용도를표 2 0 에나타낸다. 표 2 0 각형식펌프의적용범위와주용도 ( 수치는당사의대표적인범위를나타낸다 ) 펌프형식 케이싱형식 깃구조 양정범위 구경범위 주용도 원심펌프 볼류트 고 정 0 800m 40,000mm ( 횡축의경우 ) 상수도용취수 송배수펌프관개용양수펌프파이프라인용송유펌프일반산업용펌프소형범용펌프 디퓨져 m 32 50mm ( 횡축의경우 ) 일반산업용고압펌프심정호용펌프발전용보일러피드펌프 사류펌프 디퓨져 고 정 m 200 2,500mm 상수도용취수펌프하수도용우수 오수펌프하천배수펌프순환수펌프, 화력발전용펌프농업용배수펌프일반산업용펌프 축류펌프 디퓨져 고 정 6m 300 2,500mm 소형은횡축대형은입축 농업용양수펌프농업용배수펌프하천 항만배수펌프공업용순액펌프 가 동 8m 800 2,500mm 소형은횡축대형은입축 농업 하천 항만용대형배수펌프하수도용우수펌프 스크류펌프 반원통 고 정 8m mm 하수도용우수펌프 2-5

52 2.6 펌프형식의선정 펌프형식의선정 펌프형식은사용목적, 수량, 양정, 펌프설치레벨, 경제성, 제어방식, 양액의성상등의조건으로부터총합적으로검토할필요가있다. 따라서, 표준품으로서양산시판되고있는유량, 양정의범위외의대형펌프를선정함에있어서는총합적인엔지니어링을필요로하게된다. 펌프형식의분류와조합을표 2, 표 2 2 에나타낸다. 각형식의중간적인사양에대해서는, 어느형식을선정하는것이유리한가비교검토를요한다. 아래에대표적인예에대해서선정의목표를나타낸다. ) 펌프형식의선정주어진조건의양정만일경우는, 펌프의형식선정은표 2 3 에나타낸목표에따라서개략결정할수있다. 펌프장을계획하는경우에는, 그외의조건도고려해서, 표 2 4 에나타낸목표로검토한다. 또한, 구경 300mm 이하의소형펌프의경우는, 수량 양정 회전수등의조건에따라, 표준기종가운데사용목적에적합한것을선정하는것이경제적이다. 2) 축방향형식의선정펌프기장을계획함에있어, 입축펌프, 횡축펌프, 사축펌프어느것을선정할까는, 토목구조도전부포함해서설계의출발점에있어중대한문제이다. 500mm 이하의원심펌프는횡축형이양산되어있기때문에, 이범위는다른제약이없는한횡축펌프를사용하는것이경제적이다. 그러나대구경펌프와, 사류펌프, 축류펌프의경우에는흡입성능의관계와, 거치면적의문제부터입축형이사용되는것이많고, 특히입축사류펌프는용도가넓기때문에, 300 2,000mm 의범위로횡축볼류트펌프다음으로생산되고있다. 3) 상식과 2 상식입축펌프의경우, 원동기의지지상면과펌프의지지면이다른형식을 2 상식이라부르고, 동일한경우를 상식이라부르고있다. 일반적으로구경,200mm,500mm 이하의펌프는토목구조가간단한 상식을채용하는것이많다. 펌프의구경과용도에의해, 상식과 2 상식의중간적형식으로서, 상식상하토출형이있다.( 표 2 6) 4) 임펠러단수의선정임펠러단수는유량 전양정에의해, 저절로결정되기때문에선정의자유도는작다. 그러나일반적으로는임펠러단수가 2 단이상으로되면, 구조는복잡하게되고가격도높게된다. 농업양수등의전지관개펌프와상하수도펌프의경우, 흡입양정이높기때문에, 적용회전속도가작게되며다단펌프를채용하지않고서는되지않는경우가있지만, 이러한경우, 횡축형보다입축형또는압입형으로서단단펌프를적용가능한가, 검토해볼필요가있다. 스케일 모래등의고형물에의한마모가걱정될때, 및해수등부식액으로, 동체내의통로속도를높게하고싶지않을때는, 단당의양정을낮게하고, 임펠러주속을내리는의미로, 다단펌프를채용하는것은유효하다. 5) 대기운전의선정배수기장은, 운전조작의확실성을향상시기키위해대기운전방식을채용하는경우가있다. 대기운전방식으로는, 전속대기운전, 제어대기운전, 수면압하대기운전이있고, 기장의규모와흡입측 토출측의조건에따라방식을결정한다. 분류항목 임펠러 축방향 표 2 펌프형식의분류 원심, 사류, 축류횡축, 사축, 입축 ( 수중모타형포함 ) 펌프와원동기의지지상면일상식, 이상식 임펠러단수 단단, 다단 임펠러흡입구 편흡입, 양흡입 케이싱분할토출케이싱 윤절형, 축수직분할형, 상하 2개분할형볼류트, 디퓨져 축스러스트의평형 밸런스홀, 밸런스디스크, 형 식 2-52

53 2.6 펌프형식의선정 표 2 2 펌프형식과명칭 는수중모터펌프를나타낸다 기종 케이싱형식 축형식 흡입형식 단수 기명 익구조 원심펌프 디퓨져볼류트 입축횡축입축횡축 편흡입양흡입편흡입양흡입편흡입양흡입편흡입양흡입 단단다단단단다단단단다단단단다단단단다단단단다단단단다단단단다단 MB-V MT-V MB,MT EWV,EVP-W VID EHC,EVP,NPP(R) SVM,EHM,EH,STM NDV 고정 디퓨져 입축 단단다단 SDF-V SDF-V 고정가동고정 사류펌프 횡축 편흡입 단단 SDF-H 고정가동 볼류트 입축 편흡입 단단 고정가동 횡축 단단 고정 축류펌프 디퓨져 입축횡축 편흡입 단단단단 SAF-V SAF-V SAF-H 고정가동고정가동 스크류펌프 볼류트 횡축 - 단단 NSC 고정 2-53

54 2.6 펌프형식의선정 원심펌프 ( 터빈펌프 ) 사류펌프 표 2 3 양정에의한펌프의선정 횡축입축 단 단 0 50m 단 단 다 단 50m이상 다 단 2.5 5m 축류펌프 6m이하 8m이하 단 다 단 단 0 50m 50m 이상 4 60m 20m 이상 표 2 4 펌프형식과특징 펌프형식 볼류트펌프 사류펌프 축류펌프 펌프중량 대 중 소 설치면적 대 일반적으로와권보다작다 사류펌프와거의같다 펌프효율축동력 넓은수량범위에걸쳐효율이높다 소수량역의축동력이작다 와권에비해약간낮다 축동력이전수량범위에서거의일정 사류에비해약간낮다 체절축동력은정격의 2 배이상 흡입성능 좋다 약간열악 열악 운전가능범위 소수량으로부터대수량까지넓다. 와권펌프보다좁고축류펌프보다넓다. 설계점양정의약 40% 이하운전가능범위가좁다. 가격 대 중 소 일반적으로사용되는구경범위 사용예 통상구경,000mm이하가많다 구경 200 2,000 까지 ( 이상구경도가능함 ) 상수도 공업용수의송배수배수 취수등일반용및입펌프, 전지관개용펌프, 하축대구경펌프류, 화력발수 오수용펌프전용순환펌프등 구경 500 2,000 까지 ( 이상구경도가능함 ) 농업용수, 대형배수용펌프 2-54

55 2.6 펌프형식의선정 표 2 5 각축형식의특징 횡축형 입축형 수중모터형 장 점. 주요부분이수면위에있기때문에보수가용이. 2. 하중분포가균등하고, 단위면적당의기계하중이작다. 3. 크레인조상고가작다. 4. 분해시에원동기를움직일필요가없다. 5. 수중의베어링이적다. 또는수중베어링이없다. 6. 가격은원동기, 펌프모두일반적으로싸다.. 깃이수면하에있고, 캐비테이션염려가적다. 2. 고속회전을채용할수있다. 3. 설치면적이작다. 4. 호수동작이불필요하기때문에자동화가용이. 5. 원동기의설치위치를흡입홍수위보다도높게할수있다. 6. 횡축형이사용불가능할경우, 흡상양정이높은경우에는유리. 7. 방수구조가용이하고실외설치에도적합하다.. 거치면적이작고건옥구조가간단. 2. 호수작업, 캐비테이션의염려가없고자동화가용이 3. 전동기가수중에있고, 외부에소음의누출이적다. 4. 지상건옥이불필요하기때문에공원도로등의지하에설치가능 단 점. 설치면적이크다. 2. 호수동작이필요하기때문에자동화가복잡 3. 흡상양정에제한이있고, 수위가내려가면캐비테이션의위험이있다. 4. 흡입홍수위가높을때는원동기의보호가필요.. 주요부분이수면하에있어보수, 점검이불편 2. 크레인조상고가높다. 3. 기계하중이집중하여단위면적당의하중이크다. 4. 수중에베이링이있어보수에주의를요한다. 5. 일반적으로원동기 펌프가횡축보다도가격이높다.. 전동기의내용연수가육용전동기에비해일반적으로짧다. 2. 누전등의점검을위한정기적인보수가필요 3. 분해 점검할때는전동기 펌프와함께수중으로부터조상할필요가있다. 4. 채용가능한전동기용량에상한이있다. 표 2 6 상식과 2 상식의비교 장점단점 상식 토목구조가간단 상면에걸리는하중은펌프및물의중량만으로결정되기때문에단순. 설치공사가용이 대규모펌프는상위의높이가높고, 보수가불편 진동에대한안정성이나쁘다. 크레인조상고가크다. 2 상식 원동기상을홍수위보다위에설치하는것이용이 원동기를움직이지않고펌프의분해 점검이가능 ( 단, 기종 구조에의함 ) 토출관을원동기상면아래에수납가능하기때문에상면적을넓게이용하는것이가능 상위기기의높이가낮게되기때문에보수에편리. 또한진동에대한안정성이높다. 상에걸리는하중을분산한다. 토목구조가복잡 각상면에걸리는하중이복잡하다 설치공사가약간수고를요한다. 상면의부등침하등에대한고려가필요. 2-55

56 2.6 펌프형식의선정 각방식의개략비교를표 2 7 에나타낸다. 대기운전이유효한기장의조건대기운전방식을유효하게적용하기에는, 아래와같은조건을목표로해서채용검토를한다. 펌프토출량에대해흡입저유능력이작다. 단시간에유입량이크게변동한다. 흡입수위의변동폭을크게취한다. 2 전속대기운전펌프의적용상의유의사항전속대기운전펌프는운전원의조작없이흡입수위의상황에따라운전되기때문에, 계획시의사양결정이기장의배수능력과운전범위를결정하는것이된다. 따라서, 계획시에서아래와같은항목을충분검토하여적용할필요가있다. 배수정지시와배수시의흡입수위변동이상류시설에미치는영향 배수정지시와배수시의토출량변동이배수선에미치는영향 전동기구동의경우, 공운전시와실배수시의부하변동과전력공급 / 자가발전용량과의관계 배수운전 LWL 과기수혼합운전 LWL 의설정 기수혼합운전시의진동증대의검토 ( 펌프용량, 양정에의한다 ) 표 2 7 대기운전방식의개략비교 개요운전조작특징유의점 전속대기운전 제어대기운전 전수위전속대기운전펌프를이익각제어또는회전수제어에의용하는방식해토출량을 0 정격까지조정하고, 대기하는방식 특히조작을필요로하지않는다. 조작제어가불요 자동운전을행하기쉽다. 흡입측 / 토출측모두수위변동 / 유량변동이크다. 전동기구동의경우, 전력공급 / 자가발전량이증대가능성을가진다. 임펠러, 공기흡입관, 흡입벨마우스하단각각의설치레벨의검토 기수혼합운전시의진동증대의검토 수면압하대기운전 공운전가능형의펌프로서압축공기로펌프내를공운전상태로대기하는방식 흡입수위에의한익각제어또압축공기에의한펌프내의수는회전수제어가필요면콘트롤러와토출밸브의조작이필요 흡입측 / 토출측공히수위변동 / 유량변동을스무스하게할수있다. 흡입수위에의한조작제어가필요 흡입수위에의한자동제어로대응 제어가능범위의검토가필요 시동토크의저감이필요한초대형펌프등에서사용된다. 조작제어가어럽다 ( 흡입수위의변동이심한조건에서의제어는곤란 ) 2-56

57 2.6 펌프형식의선정 펌프의설치대수 펌프의설치대수는각각의용도와건설계획등에의해다르지만, 일반적으로는상수도, 하수도, 홍수시의배수펌프에서는아래의사항을고려해서결정된다. 초기의계획수량과장래의예상 최소수량과수요수량의시간적 계절적인변화 설비비, 유지관리비 수요수량에대한예비능력 설비의위험분산 제조한계와운송한계 설치면적 하중과기초지의내력 토목건축공사비, 그외 펌프의사양결정 펌프의전양정 펌프기준면 토출액면 H Ha hld /2g 2 υd 펌프토출구 토출액면 vd P2 P 흡입액면 P 흡입액면 그림 2 54 횡축펌프의전양정 그림 2 55 입축 ( 수중 ) 펌프의전양정 펌프가양수하기위해발생해야할압력 ( 전양정 ) 은다음식에의해구해진다. P2-P Vd 2 H= 0+Hα+ hl+ =Hs+ h d γ 2g H: 펌프전양정 (m) Hs: 흡입전양정 (m) h d : 토출전양정 (m) P 2 : 토출액면에가하는압력 (kgf/ cm2 ) P : 흡입액면에가하는압력 (kgf/ cm2 ) γ: 액체의비중량 ( 밀도 ) (kg/l) 흡입, 토출공대기압의경우 P2-P= 0 Hα: 실양정 (m) hl: 관로계의손실수두 (m) Hl=hls+ hld hls: 흡입관로손실수두 (m) hld: 토출관로손실수두 (m) 입축 ( 수중 ) 펌프의경우는토출관로손실만으로된다. Hl=hld υd 2 /2g: 잔유속도손실수두 (m) υd: 토출관단유출속도 ( m s ) Hα=Hαs+ hαd hαs: 흡입측실양정 (m) hαd: 토출측실양정 (m) 2-57

58 2.6 펌프형식의선정 실양정의설정 실양정은펌프의설치높이의여하에관계없이흡입 토출양수면사이의수위차에의해표현된다. 단, 토출관단이방류상태의경우, 토출높이는수면이아니고토출관의최고위치가된다. () (2) (3) (4) P2 흡입수조 P Ha 토출수조 Ha Ha Ha Ha Ha 흡입, 토출양수면에대해, 펌프의설치높이의여하에관계없이, 양수면사이의고저차를실양정으로한다. 토출관이사이폰을형성하면실양정은 Hα로된다. 사이폰이형성되지않는경우는실양정은 Hά 로된다. 토출관단이방류하는경우는도중의관로가사이폰을형성하기어렵기때문에 Hά 로된다. (Hα 는아님 ) 펌프회전수의계산 그림 2 56 각설치형식과실양정 펌프회전수의계산펌프규정의요항 ( 토출량, 전양정 ) 을얻기위해필요한회전수는다음의항목을고려해서결정된다. 흡입양정의허용한도, 캐비테이션이발생하지않는범위에서빠른회전수를취한다. 펌프형식과그 Ns의범위도설정한다. 원동기의표준회전수에맞춘다 흡입성능에의한회전수의결정 (N) 펌프설치조건과운전범위에서의캐비테이션을발생하지않는양회전수를정한다. 흡입성능에의한회전수는다음식에의해구해진다. Hsυ 3/4 N=S Q /2 N: 펌프회전수 (min - ) S : 운전점에서의흡입비속도 Hsυ: 유효흡입양정 (m) Q : 운전점에서의펌프토출량 ( m3 /min) 양흡입은 Q /2 로한다. 운전범위와흡입비속도 S 흡입성능은설계점 ( 요항점 ) 을넘으면급격하게저하한다. 유량의변화에대한 S 값의저하율은펌프형식 ( 펌프비속도 Ns) 에의해다르게되기때문에형식의선정에도주의를요한다. 그림 2 57 에대표적인펌프형식의 S-Q 곡선을나타낸다. 2-58

59 2.6 펌프형식의선정 최고효율점에서의 S 값은대략볼류트펌프 (Ns=50~600) S=.500 사류펌프 (Ns=900) S=.300 축류펌프 (Ns=,600) S=,200 2 유효흡입양정 (Hsυ) 유효흡입양정을구할때는흡입관의손실을운전점의수량에서산출하는것에유의. hsι =hsι (Q /Q) 2 S 500 볼류트펌프 (Ns=400) Q % S 500 사류펌프 (Ns=900) % Q 축류펌프 (Ns=600) S Q % 그림 2 57 유량 - 흡입비속도곡선 2-59

60 2.6 펌프형식의선정 펌프 Ns 와회전수 N2 펌프 Ns 와회전수와의관계는다음식에의해표현된다. N2 =Ns H 3/4 Q /2 N2 : 펌프회전수 (min - ) H : 펌프전양정 (m) Q : 펌프토출량 ( m3 /min) 양흡입은 Q/2 로한다 원동기회전수 (N3) 전동기의정격회전수유도전동기의정격회전수는다음식에의해구해진다. N3=N0(-S) N3: 정격회전수 (min - ) N0: 동기회전수 (min - ) 20f N0= P f: 주파수 (50Hz, 60Hz) P: 전동기의극수 S: 슬립 =~2% 표2 8에각극수에서의유도전동기의동기회전수를나타낸다. 극수 표 2 8 유도전동기의동기회전수 50Hz 3,000,500, 주 ) 모터출력에의해회전수는약간다르다. 60Hz 3,600,800, 내연기관의회전수 a디젤기관의회전수일반적으로 600~,800min - 의범위가사용된다이범위에서상기 전동기회전수에상당하는표준적인회전수의기관이있고, 소출력역은비교적고회전영역에서대출력은비교적저회전영역에서선정사용된다. 2-60

61 2.6 펌프형식의선정 펌프회전수 펌프회전수는다음의조건이성립하도록설정해야한다. N N2 N3 Np N: 흡입성능에의한회전수 N2: 펌프Ns에의한회전수 N3: 원동기회전수 Np: 펌프회전수원동기회전수와큰간격이있는경우는감속기를사용할필요가있다 원동기출력의계산원동기출력은, 우선펌프의축동력을구하고, 이것에전달효율, 여유율을고려해서결정한다. γ Q H Ps: 펌프축동력 Ps=K ηp ηg K: 계수 0.63(kW) 0.222(PS) γ: 물의비중량 ( 밀도 )=(kg/l) Q: 펌프토출량 ( m3 /min) H: 펌프전양정 (m) ηp: 펌프효율 ( 그림2 58) ηg: 전달효율 펌프의최고효율은, 비속도, 펌프형식및펌프의용량에의해다르다. 오수, 오니등의특수용도를빼고일반적인펌프의최고효율은용도별로다음과같이정해져있다. KS규격에서는다음의펌프형식에대해서효율을정하고있다. (a) 양흡입볼류트펌프 KS B638 (b) 소형볼류트펌프 KS B750 (C) 소형다단원심펌프 KS B7505 P=Ps (+α) P : 설계점에대한원동기출력 Ps: 설계점에서의펌프축동력 α: 설계점에서의여유율 볼류트펌프사류펌프축류펌프 엔진 0.2~ ~ ~0.2 P2=Ps2 (+α2) P2: 최대축동력에대한원동기출력 Ps2: 운전범위에서의최대펌프축동력 α2: 최대축동력에서의여유율 볼류트펌프사류펌프축류펌프 엔진 모터 모터 0.5~ ~ ~0.5 원동기정격출력은 P, P2 어느것이든지큰값을기본으로해서결정한다. 원동기가저압삼상농형전동기의경우는아래의 kw값가운데에서선택하는것이일반적이다.(ks C 4202) 축류펌프에서는, 최고전양정이계획의 20% 를넘는경우는, 최대축동력을기본으로원동기정격출력을결정하는것이좋다. 2-6

62 2.6 펌프형식의선정 KS B 7505 ( 소형다단원심펌프 ) KS B 750 ( 소형볼류트펌프 ) KS B 638 ( 양흡입볼류트펌프 ) A 효율최고효율치 B 효율규정토출량의효율 주, 효율의허용치는 KS B 630 에의함 ( 허용치 ( η)%:η 는보정효율 그림 2 58 KS 에의한펌프효율 2-62

63 3. 전동기의종류및특성 펌프구동용으로서채용되는원동기로서는일반적으로전동기, 내연기관 ( 가스터빈을포함 ) 및증기터빈이있다. 이들의선정에있어서는각원동기의특징을이해하는것외에펌프의용도에맞게설비의신뢰성의확보를제일로경제성, 조작제어성과유지관리의용이성및설치장소의물리적제약조건을고려할필요가있다. 전동기는사용하는전원의종류, 회전자의구조및외피의형식등에의해분류되고, 펌프구동용으로서가장많이사용되고있는원동기이다. 내연기관으로는디젤기관, 가솔린기관및가스기관과같은왕복동의용적식기관과터보형의가스터빈이있다. 소출력의펌프용으로서가솔린기관이사용되고있는것외, 일반적으로는디젤기관이비상시용펌프의원동기로서많이사용되고있다. 가스터빈에대해서는적용기종에제한이있지만, 냉각수가불필요한것과경량인것등의장점을가진형이적용의대상이된다. 또한대용량, 고양정의초대형펌프설비에서는육상디젤기관에의한대응에한계가있고, 가스터빈이채용되는경우가많다. 증기터빈은외연기관으로다른증기발생설비를필요로하기때문에화력발전소와화학공장등의공장설비에서증기발생원을가져용이하게증기의공급이가능한경우, 및특히방폭이필요한시설에한해사용되고있다. 신뢰성 ( 재해대책 ) 경제성 설비비 ( 원동기 ) 운전경비 부대설비 운전제어 유지관리 진동 소음 발열 건설 기초 용도예 표3 원동기의종류와비교전동기 디젤기관 재해시와송전경로의사고에의해정전되면운전이동력용전원이단절되도연료와냉각부를확보할수불가능있으면운전을계속할수있다. 보조기기, 조명용의중요설비의경우는비상용자가발전설비를설치하든가소용량의비상용자가발전설비가필요하다. 2계통수전을요한다. 특수사양의것을제외하면저가격이다. 단위출력당의가격은전동기에비해높다. 매전의경우기본요금으로인하여운전시간이짧은것은다소높은편에해당 연료및윤할유의비용이주이고, 사용빈도가작은경우는전동기에비해유리하다 수배전설비를필요로하고, 대용량은특고변전설비가연료유의저장, 냉각수와시동용공기등의보호, 공급필요하고높은가격이다. 비상용자가발전설비를설치을위해서각종보조기기를필요로한다. 하는경우는다시높은가격으로된다. 조작은단순하고신뢰도가높은자동화가가능하다. 관련보조기기가많고조작은약간복잡하다. 속도제어광범위한속도제어가가능하지만손실전력을회수할는비틀림진동에제한되어조정범위는좁지만, 동력손경우고가의장치가필요하다. 실은거의없다. 보기, 소배관등도조금간단하다. 동력측정도계기에의해쉽게행할수있다. 모두적다. 방음형식을채용하면더욱정숙한운전이가능하다. 입형펌프에는종축형을채용하는것으로, 스페이스를작게할수있고, 옥외형으로하면상부구조의생략도가능하다. 일반적으로사용된다, 상수도용펌프, 도시배수용펌프, 농지용양배수펌프, 산업용펌프등 정지중에도정기적으로보수운전을중심으로한관리가필요하다. 무부하운전은단시간으로제한된다. 한냉시에는동결방지대책이필요하다. 점검정비는거의현지에서한다. 기관의왕복운동에기인한진동과폭발연소음이있다. 배기계는소음기에의해대응되지만, 본체로부터의발생음은저주파이기때문에저감이어렵다. 환기에대해서충분한배려가필요하다. 진동 동하중을고려한견고한기초를필요로한다. 기관은긴몸체때문에설치면적이크다. 비상시용의하천배수펌프, 우수배수펌프, 농지용배수펌프, 상수도용펌프, 산업용펌프, 소화펌프등 3-

64 3.2 전동기 일상적으로운전되는펌프용원동기로서일반적으로는전동기쪽이유리하지만디젤기관에는원동기의단점을보완하는이점이있다. 이때문에예를들면하나의펌프를평상시는전동기로구동하고, 정전시에는디젤기관등의내연기관으로전환하는방식이취해지고있다. 일반적인선정에있어서는주로정전사고시를가정한후에결정된다 전동기의분류 () 전동기의종류전동기는, 전원종류에의해직류전동기와교류전동기로대별되고, 교류전동기는다시유도전동기, 동기전동기, 정류자전동기로구분된다 ( 표 3 2) 일반적으로펌프구동용으로서사용되는전동기는 3 상유도전동기와동기전동기이다. 유도전동기와동기전동기의특성비교를표 3 3 에나타낸다. 또한, 펌프구동용으로서는특히대용량을제외하면동기전동기보다가격이싸기때문에유도전동기의실적이많다. 유도전동기로는농형과권선형이있고양자의비교를표 3 4 에나타낸다. 전동기 교류전동기 직류전동기 표3 2 전동기의종류삼상유도전동기유도전동기단상유도전동기동기전동기정류자전동기 농형형유도전동기권선형유도전동기 기동전류 기동토크 효 율 표 3 3 전동기의종류 동기전동기 유도전동기 농형유도전동기와농형 % 거의같다. 권선형 % 시동권선을설치하는것은유도전동기와크다큰차이가없다. 유도전동기보다도좋다. 동기전동기보다약간나쁘다 역 율 00 %( 선행도가능 ) 지연역율로된다. 미 끄 럼 없 다 있다 ( 4 %) 여자창지 필 요 불필요 기 기 비 유도전동기보다고가 동기전동기보다저가 운 전 비 유도전동기보다저가 동기전동기보다고가 보 수 약간복잡 용 이 구조기동전류기동토크토크효율효율역율미끄럼기기비보수 기동방식 표 3 4 농형과권선형의특성비교 농형간단대 ( ) % 소 권선형과큰차이없다 권선형보다저가 간 단 직입또는감전압시동 권선형약간복잡소 (00 50 %) % 대 농형과큰차이없다 농형보다고가 약간복잡 2 차저항시동 ( 주 ) 토크효율은기동토크와기동전류와의비를백분율로표시한것이다. 3-2

65 3.2 전동기 (2) 전동기의보호냉각방식에의한분류 ) 외피에의한보호형식전동기의외피에의한보호형식은 KSC4002 에서보호형식기호의조합에의해분류하여표 3.5 에나타내었다. 2) 냉각방식에의한분류전동기의냉각방식은, KSC4002 에서냉각매체의종류통로, 열확산, 보내는방법을나타내는냉각방식기호의조합에의해분류하여표 3 6 에나타내었다. 3) 펌프구동용전동기의보호냉각방식전동기의보호및냉각방식에의한구조분류는 IP 와 IC 의각기초를조합하여표기되지만, 펌프구동용으로서통상사용되는호칭과그것에대응한보호냉각방식은방적보호형개방옥외형, 전폐외선형, 전폐공기냉각기부착형등이있다. 4) 전동기보호냉각방식의적용전동기가사용되는장소의주위조건과그것에적용되는전동기의보호냉각방식과의관계는표 3 0 대로이다. 표 3 5 보호형식기호 표 3 6 냉각방식기호 IP(X)XX(X) 보조기호 제 2 기호 : 물의침입에대한보호형식제 기호 : 인체및이물질에관한보호형식 ( 보조기호 ) ICXXX(XXX) 2 차냉각매체를사용하는경우의보조기호 냉각매체의보내는방면의형식냉각매체의통로및열방산의형식냉각매체의종류에의한형식 (3) 보호방식의종류전동기보호형식의기호는 IP 뒤에두자리의숫자로표시하며, 그숫자의의미는다음과같다. (IEC 34-5) ) 첫째자리숫자 ( 인체및고형이물질에관한보호형식 ) 인체를회전기내의회전부분또는도전부분에닿지않도록보호하고, 또한회전기의고형이물질의침입에대한보호등급으로 5 종류이다. 표 3 7 IP 뒤에두자리숫자중첫번째숫자의의미 숫자 Degree of protection 인체의접촉, 고형이물의침입에대하여특별히보호하지않는구조 Ø 50mm 이상의고형체가침입하지않도록한구조 Ø 2mm 이상의고형체가침입하지않도록한구조 Ø mm 이상의고형체가침입할수없는구조 ( 외부팬에의한공기주입구나 Drain hole 은제외 ) 먼지가들어갈수없는구조 ( 먼지의완전차폐는아니고정상운전을유지할정도 ) 3-3

66 3.2 전동기 2) 둘째자리숫자 ( 물의침입에대한보호형식 ) 표 3 8 IP 뒤에두자리숫자중두번째숫자의의미 숫자 Degree of protection 무보호형식수직으로떨어지는물방울침투방지구조수직에서 5 이내로떨어지는물방울침투방지구조수직선에서 60 이내로분무되는물보라 (Spray) 침투방지구조방향에관계없이끼얹는물의침투방지구조방향에관계없이분사되는물의침투방지구조 (Zet spary) 항해중파도시물의침투방지구조 ( 항해중물을뒤집어써도안전할것 ) 지정한수심및시간에침수하고, 가령물이침입하여도영향을받지않는구조수중에서정상운전할수있는구조 3) 일반적전동기보호형식 표 3 9 일반적전동기의보호형식 둘째자리첫째자리 IPS IP2S IP22S IP23S 4 5 IP44 IP54 IP45 IP55 전동기의침수시험상태에따라숫자뒤에 S( 정지시시험 ), M( 운전시시험 ) 의문자를붙이며, 아무문자도없는경우는양상황에서각각시험한다. 옥외형의경우에는 IP 와숫자사이에 W 자를삽입한다. 예 ) 전폐형 IP44, 전폐옥외형 IP44 보호형 IP23 or IP W23 선박용 IP55, IP56 3-4

67 3.2 전동기 표 3 0 주위조건과보호냉각방식의적용 구 주위조건 조 옥외 먼지 습기부식성가스 방적형 ( 보호형포함 ) 개방옥외형 전폐외선형 전폐공기냉각기부착형 ( 주 ) 가장바람직 바람직 바람직하지않음 ( 실내보통조건은생략 ) 전동기의특성 () 정격의종류 (KSC 4002) 정격으로는전동기에보정된사용한도를지시하고, 정격의종류는다음의 3 가지로구분된다. ) 연속정격 2) 단시간정격 3) 반복정격일반적으로펌프구동용전동기로서는, 단시간사용의것을제외하고, 연속정격의전동기를사용한다. 정격의종류, 정의, 표준치를표 3 에나타내었다. 표 3 시간정격의종류, 정의, 표준치 종류연속정격단시간정격반복정격등가정격 시간정격의정의 지정조건하에서연속사용할때, 그회전기에관한표준규격에정해져있는온도상승한도를초과하지않고, 기타의제한에는벗어나지않는정격을말한다. 냉상태에서시작하여지정한일정단시간지정조건하에서회전기를단시간사용할때그회전기에관한표준규격에정해져있는온도상승한도를초과하지않고, 기타의제한에벗어나지않는정격을말한다. 지정조건하에서회전기가 S3, S4, S5, S6, S7 또는 S8의사용에쓰여질경우그회전기에관한표준규격에정해져있는온도상승한도를초과하지않고기타의제한에는벗어나지않는정격을말한다. 특별한지정이없을경우에 주기의표준치는 0분간으로한다. 지정조건하에서회전기가 S3, S4, S5, S6, S7 또는 S8 의사용에쓰여질경우, 주문자와제조자의협의에따라서이사용과다른열적으로등가한연속사용또는단시간사용으로치환할수가있다. 이치환한사용에대한시험을했을때그회전기에관한표준규격에정해져있는온도상승한도를초과하지않고기타의제한에벗어나지않는정격을말하고, 등가연속정격, 또는등가단시간정격이라고한다. 표준치 연속 0분 30분 60분 90분 5%ED 5%ED 5%ED 5%ED 3-5

68 3.2 전동기 (2) 절연의종류와허용최고온도전동기내부에는절연물이사용되고, 이절연물이열에의해변화하여, 온도가높을수록절연성능이악화되어수명이짧게된다. 절연의종류, 구성재료, 허용최고온도및온도상승한도는표 3 2 에있고, 저압전동기에서는 E 종, B 종, F 종고압전동기로는 F 종이일반적이다. (3) 토크 (Torgue) 전동기의토크로서는시동토크, 전부하토크, 최대토크의세종류의토크가정의되어있다. 전동기의토크는부하의필요토크에대해서충분여유를가지도록고려할필요가있다. 그림 3 는보통농형유도전동기의토크와전류를정지상태로부터동기속도까지의곡선으로표시한것이다. 출력토크의관계는다음식으로표현된다. 출력 (kw)= 토크 (kgf m) 회전수 (min - )/974 표 3 2 절연의종류와구성재료 (KCS 4304) 절연의종류 Y 종 구성재료 예를들면목면, 면, 종이등의재료로구성되고, 바니스류를함침시키지않고또는유중에담그지않는것을말한다. (Y 종은전규격의 C 종 ) 허용최고온도 ( ) 90 일반호칭 ( ) A 종 예를들면목면, 면, 종이등의재료로구성되고, 바니스류를함침또는유중에담근것을말한다 E 종 B 종예를들면마이카, 석면, 유리섬유등의재료를접착재료와함께 이용해서구성된것을말한다. 예를들면마이카, 석면, 유리섬유등의재료를실리콘알키드수 F 종 지등의접착재료와함께이용해서구성된것을말한다. 예를들면마이카, 석면, 글래스섬유등의재료를실릴콘수지또 H 종 는동등한성질을가진재료를접착재료와함께이용한것을말한다. 고무상및고체상의실리콘수지또는동등의성질을 가진재료를단독으로이용한경우를포함. 예를들면생마이카, 석면, 섬유등을단독으로이용하여구성된 C 종 80초과 것, 또는접착재료와함께이용한것. 3-6

69 3.2 전동기 전류, 토크 동토크 시동전류 전류 토크 최대토크 ( 정동토크 ) 전부하전류 전부하토크 회전수 전부하회전수 동기회전수 그림 3 토크, 전류곡선 (4) 효율과역율 ) 효율효율은출력의입력에대한비율이고, 다음식으로표현된다. P 효율 (%)= P 00= 00 P 3 VIcosθ V: 정격전압 (V) I: 전동기전압 (A) cosθ: 전동기역율 P : 전동기출력 (W) P : 전동기입력 (W) 2) 역율유도전동기는커패시턴스가거의없고리액턴스가크기때문에전류의위상은전압의위상에대해서지연되고있다. 이위상차각도 θ가크게되면역율이악화하고무효전력이크게되어비경제적이다. 통상역율개선용콘덴서를이용해서계통의역율을개선하고있다. (5) 전류와기동계급 ) 무부하전류전동기를규정전압및규정주파수로부하를접속시키지않고운전했을때의전류이다. 더구나, 전동기의역율개선용콘텐서의용량은, 전동기정지시의자기여자현상에의한이상전압의발생및이것에수반하는전동기의소손을회피하기위해전동기의여자용량 (KVA) 이하로억제할필요가있다. 무부하전류를I로했을때일반적인역율개선용콘덴서의용량한계는다음과같다. 용량한계 = 3 전압 I 0.9(kVA) 2) 전부하전류전동기에부하를접속하여정격출력으로운전했을때, 전동기의고정자를흐르는 차전류이고, 3상유도전동기의전부하전류는다음식으로표현된다. 출력 (W) 전부하전류 (A)= 3 전압 (V) 효율 역률 3) 기동전류와기동계급시동전류치는소용량기로는정격출력 kw에대한기동입력 kva의비로서 KSC4202에의해표3 3의값이하로되어있다. 그이상의중용량기에는일반적으로정격전류에대해서기동전류는 % 정도로된다. 3-7

70 3.2 전동기 표 3 3 정격출력 kw 에대한기동입력 kva 의비 (K S C 4202) 정격출력 kw ~200 0 비고 ) 정격출력0.2kW및0.4kW는, 전폐형만으로한다. (6) 동기회전수와미끄럼 ) 동기회전수동기회전수 (min - )= 정격출력 kw에대한기동입력 kva의비 kva/kw 20 주파수 (Hz) 극수 3 2 2) 미끄럼동기속도 (min - )-회전수(min - ) 미끄럼 (%)= 00 동기속도 (min - ) (7) 전압및주파수변동의전동기특성에미치는영향전압및주파수가변화하면전동기의특성은변화한다. 전압변화및주파수변화의유도전동기에대한일반적인영향은표 3 4 와같다. 더구나, JEC37 에서는, 아래의전압및주파수의변화에대해서, 전동기가지장없이운전가능한것이라고규정되어있다. ) 전압변화정격주파수의원인으로전원전압이규격치의 ±0% 까지변화해도, 정격출력에서사용해서실용상지장이있어서는안된다. 2) 주파수변화졍격전압의원인으로전원주파수가정격치의 ±5% 까지변화해도정격출력에사용해서실용상지장이있어서는안된다. 3) 전압및주파수변화전원의전압및주파수가동시에변화하는경우는전압의변화가정격치의 ±0% 이내, 주파수의변화가정격치의 ±5% 이내이고, 그양변화백분율의절대치의합이 0% 이내일때는정격출력으로사용해서실용상지장이있어서는안된다. (8) 유도유도전동기특성의보정치에는표 3 5 에나타난유도를채용한다. 단, 규격또는사양서에서최저또는최고치를규정또는지정할경우는이유도는적용하지않는다 전동기의제어 () 전동기의기동방식 ) 권선형유도전동기권선형유도전동기는각상의 2차권선에슬립링을넣어직렬로외부저항을삽입하는것이가능하기때문에저항에의해전류를제한해큰토크로시동할수있다. 그림3 2는 2차저항기의저항치를파라메터로한경우의미끄럼-토크- 전류특성을나타낸것이다. 전동기토크의수하특성에의해미끄럼의감소와함께토크가감소하기때문에속도의증가에맞춰서저항을감소시켜, 거의일정한토크로시동할수있다. 예를들면, 부하토르크를 T으로하면전동기는그림중의 a,b,c, m점에따라서순차가속하는것이되고, 이곡선의 b,d,f, l점은 2차저항기의절환점이된다. 이차저항기 ( 급속저항기 ) 의절환방식에는한류방식과한시방식이있고, 펌프의경우에는 GD 2 가작기때문에큰플라이휠을사용하는경우를제외하고한시방식이일반적으로채용되고있다. 저항기로서는중용량전동기 ( 수백 kw)rk까지는금속저항기가채용되고, 그것이상의대용량에는액체저항기가채용되고있다. 3-8

71 3.2 전동기 표 3 4 전압및주파수변동이특성에미치는영향 기동및최대토크 동속 기도 % 미끄럼 전부하속도 효율역율 ( 전부하시 ) ( 전부하시 ) 전부하전류 기전 동류 전부하시의온도상승 최대과부하출력 전압변화 0% 전압 (+) 2% 변화하지않음 (-) 7% (+) % (+) (-) 0.3 (-) 7% (+) 0 2% (-) 3 4 (+) 2% 전압의함수 ( 전압 ) 2 일정 ( 전압 ) 2 ( 전압 ) ( 전압 ) 2 90% 전압 (-) 9% 변화하지않음 (+) 23% (-).5% (-) 0.2 (+) 0. (+) % (-) 0 2% (+) 6 7 (-) 9% 주파수변화 05% 주파수 (-) 0% (+) 5% 실용상변화없음 (+) 5 % (+) 근소 (+) 근소 (-) 근소 (-) 5 6 % (-) 근소 (-) 근소 주파수의함수 ( 주파수 ) ( 주파수 ) 2 ( 주파수 ) 95% 주파수 (+) % (-) 5% 실용상변화없음 (-) 5 % (-) 근소 (-) 근소 (+) 근소 (+) 5 6 % (+) 근소 (+) 근소 ( 주 ) (+) 증가, (-) 극 ( 예 ) 37kW 개방방적형 4극, 60Hz기의특성은 0% 전압에서는다음과같이변화한다. 시동토크 40.%40..2=70% 정동토크 94.%94..2=235% 전부하회전수,758rpm,758.0=,776rpm 효율 00% 부하 87.2%87.2+( )= % 역율 00% 부하 87.7% =87.4% 전부하전류 8.5A =7.9A 기동전류 34.6A34.6 (..2)= A 3-9

72 3.2 전동기 미끄럼 S 차전류 2 차저항 미끄럼 S 그림 3 2 권선형유도전동기의비례추이 표 3 5 유도전동기의유도 항 종 () 규약효율 (n)% (a) 출력 50kW( 또는 50kVA) 이하의유도전동기 (b) 출력 50kW( 또는 50kVA) 를넘는유도전동기 (2) 실측효율 (n)% 손실 ( 동기조상기의전손실 ) 부하시의역율 (pf%) 무부하전류미끄럼최대기동전류최소기동토크최대토크 류 유 + 0. ( 보정치 ) 도 (00 -n)% (00 -n)% (00 -n)% 단, 최소 0.7% - (00 -pf)% 단, 최소2%, 최대7% ( 보정치 ) ( 보정치 ) ( 보정치 ) - 0. ( 보정치 ) - 0. ( 보정치 ) ( 비고 ). n 및 pf 는보정치 2. 및 3 8 항의유도는, 실측치, 계산치 ( 원선도법그외 ) 의어느것에도적용한다. 3-0

73 3.2 전동기 2) 농형유도전동기의기동방식 a) 전전압기동 ( 직입기동 ) 전전압기동은기동토크가크기때문에펌프에기동시충격을주지만, 기동시간은짧다. 회로구성을그림 3 3 에나타낸다. 또한, 기동전류가크고, 기동전류를억제할경우는다음항아래에서술하는각종감전압기동을채용한다. b) 스타 - 델타기동기동할때, 고정자권선을스타 - 회로로되도록전원을접속하고, 충분히가속해서부터델타회로에절환하여기동을종료하는방식이다. 회로구성을그림 3 4 에나타낸다. 기동토크가전전압기동의 /3 로되기때문에비교적경부하의펌프에적용하고있다. 단, 델타회로로전환할때회전자측으로부터유기하는전압의위상의관계로부터, 단시간이지만큰전류가발생하는경우가있다. 이방식의경우, 전동기단자는 6 본으로되고, 펌프구동용으로서는작고, 중용량의저압전동기의기동방법으로서사용된다. 또한스타로부터델타로의변환시의러쉬전류의발생을억제하기위해저항을삽입한크로즈드 (closed) 방식을채용하는경우도있다. c) 리액터기동전동기의 차측에기동용리액터를삽입하여기동하고, 충분히가속해서부터기동용리액터를단락하는방식이다. 회로구성을그림 3 5 에나타낸다. 기동전류는리액터전압탭에비례하여, 기동토크는전압탭의제곱에비례하여감소한다. d) 콘돌퍼기동단권의기동변압기를이용하여기동하여, 다음에기동변압기의중성점을개방하여리액터로하고, 최후에이것을단락해서기동을완료하는방식이다. 회로구성을그림 3 6 에나타낸다. 기동전류는기동변압기의전압탭의제곱에비례하고, 기동토크도전압탭의제곱에비례하여감소한다. 따라서양호한기동특성이얻어지지만, 다른방식에비해약간설비비가높게되고받침스페이스도크게된다. 이상의각기동방식의기동전류와기동토크의관계를표 3 6 에나타낸다. 다시각표준탭의기동전류및기동토크의관계를표 3 7 에나타낸다. IM IM 그림 3 3 전전압기동 그림 3 4 스타 - 델타기동 IM 그림 3 5 리액터기동 IM 그림 3 6 콘돌퍼기동 3-

74 3.2 전동기 표 3 6 기동방식과기동토크및기동전류의관계 델타기동 ( 클로즈도방식 ) 리액터기동 콘돌러기동 V : 정격전압 V : 전동기인가전압 기동토크 T 3 V T ( ) V 2 V T ( ) 2 V 기동전류 I ( ) 3 V I ( ) V V I ( ) 2 V 주 ( ) 스타로부터델타로의변환시에순간적으로러쉬 (RUSH) 전류가발생한다. 표 3 7 전압탭과기동전류및기동토크 단자전압시동토크시동전류 전전압기동 델-타기동 (*) 리액터기동 보상기기동 (*2) 콘돌파기동 (*2) 80% 탭 % 탭 % 탭 % 탭 % 탭 % 탭 % 탭 % 탭 % 탭 주 ( ) 스타로부터델타로의변환시에순간적으로러쉬 (RUSH) 전류가발생한다. ( 2) 기동전류분에는상기값에기동변압기의여자전류분이수 %(2~5%) 가산된다. 3) 동기전동기의기동방식 a) 자기기동회전자가괴상자극또는기동권선을가지는동기전동기는자기기동이가능하다. 동기속도부근까지가속한후, 계자권선에직류여자를가해동기화한다. 펌프가필요로하는토크보다도전동기의인입토크가작은경우에는동기화하는것이불가능으로되기때문에주의가필요하다. b) 기동전동기에의한기동동기전동기에직결한기동전동기에의해기동하는것으로, 전자클러치를넣어동기전동기에결합된다. C) 저주파동기기동대용량동기전동기의기동에채용되는방식으로, 전동기용량에상응한자가발전설비로설치하여, 발전기의저주파운전의상태로동기전동기의시동과동기화를행하고, 그후발전기의주파수를서서히상승시켜정격속도까지가속하는방법이다. 최근에는, 동일한원리로정지형기기를사용하여시동하는방법도있다. 3-2

75 3.2 전동기 표 3 8 기동방법 기동법회로구성개요 전전압 ( 全電壓 ) 직입기동 FFB MC 전동기에 최초부터 전전압을 인가하여 기동 FFB 감전압기동 Y- 기동콘돌파기동리액터기동 차저항기동 R M M M M MC D M MC Y 결선으로운전하는전동기를기동시만 Y 로결선하여기동전류를직입기동시의 /3로줄인다. FFB MCR MC MC2 V 결선의단권변압기를사용해서전동기에인가전압을낮추어서기동 FFB FFB FFB MC MC2 전동기의 차측에리액터를넣어기동시의전동기의전압을리액터의전압강하분만큼낯추어서기동 FFB MC MC2 리액터기동의리액터대신저항기를넣은것 R R 특 결 징 점 전동기본래의큰가속토크가얻어지므로기동시간이짧다. 부하를연결한채로기동이가능. 값이싸다. 기동전류가크고이상전압강하의원인이된다. 기동전류에의한전압강하를경감시킬수있다. 감압기동가운데서는가장싸고손쉽게채용할수있다. 가속토크가작으므로부하를연결한채로기동할수없다. 기동한후운전으로전환될때전전압이인가되어전기적, 기계적쇼크가있다. 탭의선택에따라최대기동전류, 최소기동토크의조정이가능하며, 전동기의회전수가커짐에따라가속토크의증가가크다. 가격이가장비쌈. 가속토크가 Y- 기동과같이작다. 최대기동전류, 최소기동토크의조정이안된다. 탭절완에따라최대기동전류, 최소기동토크가조정가능전동기의호전수가높아짐에따라가속토크의증가가심하다. 콘돌파기동보다조금싸고느린기동이가능하다. 리액터 기동과 거의 같음 리액터기동보다가속 토크의증대가크다. 최소기동토크의감소가크다. 적용전동기의용량은 7.5KW 이하 기동전류 st 500~000% 33.3% % ( 탭 %) % ( 탭 %) % ( 탭 %) 제특성 기동토크 Tst 가속성 00% 이상 33.3% 가속토크최대기동시부하에가해지는쇼크가크다. 토크의증가적다. 정동토크적다 % ( 탭 %) 토크의증가가약간작음. 정동토크약간작음. 원할한가속 % ( 탭 %) 토크의증가가매우큼. 원할한가속 % ( 탭 %) 토크의증가가매우큼. 정동토크대원할한가속 적 용 전원용량이허용되는범위내에서는가장일반적인기동방법으로사용. 가능한한이방식의사용이가장유리 5.5KW 이상의전동기로무부하또는경부하로기동이가능한것, 강압기동에서는가장일반적임. 공작기, 크래셔 최대기동전류를특별히억제할수있는것대용량전동기, 펌프, 팬, 송풍기, 원심분리 팬, 송풍기, 펌프, 방직관계. CUSHION STARTER 용등의부하에적합 소용량전동기 (7.5KW 이하 ) 에한해서리액터기동용부하와동일적용 3-3

76 3.2 전동기 (2) 전동기의기동시간전동기의기동시간을구하는개략식은아래와같다. GD 2 N t = (s) 375 Ta Ta: 평균가속토크 (kgf m) GD 2 : 전동기GD 2 + 펌프GD 2 :(kg.m 2 ) N; 회전수 (min - ) 평균가속토크로는전동기토크와부하토크의차의평균치이다. (3) 속도제어방식각종전동기의속도제어방식의종류를표 3 9 에나타낸다. 이중에서펌프속도제어용으로서일반적으로사용되는속도제어방식은아래와같다. 표 3 9 속도제어방식의종류 직류전동기농형유도전동기권선형유도전동기동기전동기 전기자전압제어계자전류제어 차주파수제어 차전압제어 2차저항제어 2차여자제어 ( 정지세루비우스 ) 다이리스터제어 전압형인버터전류형인버터사이크로컨버터금속저항기액체저항기 )2 차저항제어종래부터사용되고있는속도제어방식에서, 권선형유도전동기의 2 차회로에저항을삽입하여, 그저항치를증감하는것에의해속도를변화는것이다. 장치가간단하고저가이지만, 2 차미끄럼전력이열로서저항중에소비되기때문에저속시에효율이나쁘고, 저속에서는속도변동이크게불안정으로된다. 그때문에속도제어범위가작은경우또는중소용량펌프에사용된다. 저항기로서는금속저항기와액체저항기가있다. 금속저항기는보수점검이용이하지만, 열이주위에확산되어실온상승의원인으로된다. 제어가단계적으로되는점이있고, 대용량에는적합하지않다. 액체저항기는연속제어가가능하고, 대용량에적용할수있다. 단, 구조적으로잔유저항이발생하는것을피할수없기때문에, 최고회전수는동기회전수의 95% 정도이다. 2) 셀비우스제어유도전동기의 2 차권선에외부로부터역기전압을인가하여속도제어를행하는것이 2 차여자방식의원리이다. 이방식은권선형유도전동기의 2 차출력을전력으로하여전원에로반환하기때문에효율이좋은운전이가능하게된다. 그림 3 7 에셀비우스장치의일반적인구성을나타낸다. 또한, 기동시는기동저항기를 2 차측에삽입해적정한속도까지가속한후셀비우스운전으로절환한다. 더구나, 셀비우스장치를사용하는경우는순간정전에의한전류실패시문제가있고, 그대책에특히주의가필요하다. 3-4

77 3.2 전동기 IM DCL SCR CT SR SR 제어회로 그림 3 7 세루비우스장치의구성 3) 차주파수제어유도전동기의동기회전수 N 은다음식과같이 차주파수 f 에비례한다. 20 f N= P P: 극수유도전동기의 차주파수를가변제어하는것에의해전동기회전수를제어하는것이 차주파수제어의원리이다. 이제어방식에는각종인버터가사용되고, 전류방식및사용소자에의해표 3 20과같이분류된다. 표 3 20 각종인버터의비교 분 류 사용되는주소자 시동토크 적용전동기용량 주특징 전류형인버터전압형인버터 다이리스터트랜지스터다이리스터 AC-DC-AC AC-DC-AC (DC-AC) AC-DC-AC kW 클래스이상 kW 클래스이하수백kW 클래스 다중화에의해대용량화가가능 제어성능이좋다 소용량기에최적 범용전동기와의조합에최적 출력전류는거의정현파 회로가약간복잡 출력전류가정현파에가깝다 kW 정도까지의중소용량기로또는, 전류형, 전압형전부인버터로적용가능하지만, 대용량기에는전류형인버터가적당하다. 더구나, 대표적인각종속도제어방식의특징비교를표 3 2 에나타낸다. 3-5

78 3.2 전동기 표 3 2 각종제어방식의비교 제어방식 2 차저항제어 VS 커플링 극수변환 차주파수제어전류형인버터전압형인버터 정지셀비우스 주전동기 권선형유도전동기 농형유도전동기 농형유도전동기 농형유도전동기 농형유도전동기동기전동기 권선형유도전동기 () 금속저항기 구성 (2) 액체저항기 부하 가격비 제어방법 제어범위 실선 : 자동제어가없는속도토크특성 저 가 저 가 권선형유도전동기의 2 차 다이리스터에의해, 여자 저항치를조정하여속도제 코일에주어지는여자전류 어한다. 제어기의조작에 를조정하여속도제어한 는수동핸들식, 전동식의 다. 2 가지종류가있다. 가동 속도제어장치는액체저항 기일때만취부한다. 토크 저가전동기권선의결선법, 사용권선을절환하여, 극수변환한다. 약간고가가변주파수다이리스터인버터에의해출력주파수, 및전압을제어해서속도제어한다. : 2~ : 5 토크 : 0 토크 2-4 속토크 : 0 : 0 : 2~ : 3 토크토크저항대 (%) (%) 저항소감토크특성 회전수 약간고가좌와동일 약간고가다이리스타인버터의점호각을조정하여 ( 직류역전압을인가하여속도제어한다. 2 차출력을다이리스터인버터에의해전원주파의교류로변환한다. 미끄럼미끄럼미끄럼회전수회전수이하 특징. 장치가간단하여손쉽게사용할수있다 차전력을전부 2 차저항으로열로서방출하기때문에효율이나쁘다. 3. 제어범위가좁다. 광범위한무단계속도제어가가능 2. 양호한속도제어가가능 3. 제동토크를발생하지않는다. 단, 나선전류브레이크가있다. 4. 나선전류손실때문에총합효율이나쁘다. 5. 축방향길이가약간길게된다.. 장치가간단하고견고하다. 2. 각속도에서의운전효율이좋다. 3. 제어가단계적으로되어, 속도비의선정이한정된다.. 상용전원주파수에관계없이광범위한무단계제어가가능. 2. 모든속도영역에서고효율의운전이가능 상한운전이가능하다.. 상용전원주파수에관계없이광범위한무단계제어가가능 2. 모든속도영역에서고효율의운전이가능 3. 다수전동기의전속운전에적합 4. 재생제동과가역운전을요하는부하에는적합하지않다.. 무단계속도제어가가능 2. 고정도의속도제어가가능 3. 모든속도영역에서고효율이다. 4. 복수대의일괄제어가가능 5. 모터를제외하면정지기기로보수가용이 6. 제동토크를발생하지않는다. 7. 기동저항기가필요 8. 역율이나쁘다. 9. 속도범위가좁게됨에따라, 장치는소형으로된다. 3-6

79 3.2 전동기 (4) 전동기의검토 ) 전기적검토 부하속도 토크특성일정속도 구동토크운전속도 부하특성 트크특성 정출력전토크 다단 가변속도 저감토크 우단 부하토크변동 변동토크 부하 GD 2 운전특성 연속 단시간 정격부하출력동기부하출력최대출력 / 최대토크 정격출력전압 고빈도기동 / 정지기타 220/440/3300/6600/ 기타 50Hz 상 수 3 상 / 단상 60Hz 기타 주파수 단일속도 속도 / 극수 다단속도 ( 극수변환 ) 무단속도 보통농형심구농형 2차단락형속도제어용 농형권선형 회전자구조 기동방법 직입기동 Y-Δ기동콘돌파기동리액터기동 연속또는등가연속 저항기동 단시간또는등가단시간반복사용 (%ED) 정 격 기계적 제 동 역상회생 직류 일반용 외국규격규격외특성 특 성 보통농형 B종 F종 토크특성 온도상스 / 절연 특수농형고기동토크특수용도 전기적전동기사양결정 3-7

80 3.2 전동기 2) 기계적검토 저온 40 습기수적 환 경 방폭성방식성 가스분진 40 이상 000M이하 주위온도표고 외피보호방식 개방형 방적보호형 000M 이상 전폐형 전폐외선 내선외선 자기통풍타력통풍 통풍 통풍냉각 방식 옥외방수방폭 종 2종기타안전증 가스냉각식수냉식유냉식공기냉각식 축수방식 내환경 레이디얼하중 스러스트하중 耐壓內壓분진탄광 벨트 키치수 윤활 직결기어 표준양축 축단 동력전달 테이퍼 장단축단가공 설 치 수평형수직형 나사가공 플랜지형 중공축 기타 표준 리드선지정 리드인입구의형식단자의방향 단 치 자 수 KS NEMA JIS JEM 저소음표준 소 음 IEC BS HICO S STD 보통 정밀도 CTR S STD 진동지정공작정도 기 타 도장접지단자부속품 예비품 기계적전동기사양결정 명판회전방향 3-8

81 3.2 전동기 3) 배전계획과전동기정격전압의선정전동기의전압선정은아래점을검토하는것외에, 배전설비를포함한전체의경제비교를행해결정할필요가있다. 시동시의전압강화와시동방식 2 전체의설치스페이스 3 보수성, 유지관리의용이성 전압 저압 출력 (kw) 2극 4극이상 3,000V급 6,000V급 ,000V 급 주 ) 비교적경제적인출력범위이다. 어느정도경제성을무시하면기술적으로가능한범위이다. 그림 3 8 전압계급에대한제작범위 3-9

82 4. 동력전달장치의선정 펌프와원동기는가능한한직결하는것이요망되지만, 양자의회전수와회전축의방향이다를경우에는, V 벨트와기어를이용한변속장치에의해동력을전달한다. 중 소형펌프의, 회전수는, 중속으로부터고속의범위이기때문에, 보수관리가용이하고거치면적이작고경제적인원동기직결구동으로한다. 중 대형인저양정의펌프의회전수는일반적으로저속이지만, 저속의원동기를직결합에의해서보다고속원동기와기어감속기를조합시킨편이경제적이다. 입축펌프를디젤기관또는가스터빈으로구동하는경우는, 펌프회전수에맞는변속과회전축방향의변환을베벨기어감속기에의해행한다. 또한각기기간의동력전달로는, 펌프및원동기의설치형식, 종류등에의해, 사용조건, 목적에적합한유체축이음, 클러치장치, 중간축장치등의각종축이음을사용한다. 차측축이음 전동기 엔진 2 차측원심클러치 차측축이음 전동기 그림 4 원동기직결구동 그림 4 2 원동기및엔진구동 V 벨트전동기 그림 4 3 전동기구동, 벨트연 차측축이음감속기 2차측축이음 2 차측원심클러치 차측축이음감속기 2차측축이음 전동기 엔진또는가스터빈 그림 4 4 전동기구동, 기어감속기설치 그림 4 5 엔진구동, 기어감속기및클러치설치 4-

83 4.2 커플링의배치예 전동기 차측축이음 전동기 차측축이음 그림 4 6 입축펌프전동기직결구동 ( 상식 ) 그림 4 7 입축펌프전동기직결구동 (2 상식 ) 감속기 차측축이음 엔진 감속기 차측축이음 0 차측유체이음 엔진 2 차측축이음 2 차측축이음 그림 4 8 입축펌프의엔진구동기어감속기설치 그림 4 9 입축펌프의엔진구동유체축이음설치 4-2

84 4.3 동력전달용축이음의구조및기능 표 4. 축이음의구조및기능 (/2) 분류명칭구조 목적기능 kw 500 (PS) min - 전달가능동력 ( 주 ) kw,000 (PS) min - kw,500 (PS) min - 고 정 플랜지형고정축이음 횡축펌프용고정축이음 제한없음 축 이 음 스패이서부착플랜지형고정축이음 입축펌프용고정축이음 제한없음 플 렉 시 플랜지형플렉시블축이음 설치오차의흡수 진동의흡수 500kW (450PS),000kW (9,000PS) 400kW (400PS) 블 축 이 음 기어형축이음 설치오차의흡수 60,000kW (50,000PS) 50,000kW (45,000PS) 23,000kW (2,000PS) 주 ) 전달가능동력상단은전동기또는가스터번구동의경우, 하단 ( ) 내는디젤기관구동의경우를나타낸다. 비고 대경축, 대토크용에사용된다. 중간스페이서로펌프축의세운방향위치를조정한다. 구조간단하고가장일반적 축의중심내기를충분히행하지않으면고무부시의마모가빨라진다. 소형이기때문에대용량에적합하고고속고하중의전달이가능하다 기어의윤할이필요 4-3

85 4.3 동력전달용축이음의구조및기능 표 4. 축이음의구조및기능 (2/2) 분류명칭구조 목적기능 kw 500 (PS) min - 전달가능동력 ( 주 ) kw,000 (PS) min - 플렉시블축이음 성형고무축이음 설치오차의흡수 진동의흡수 400kW (350PS) 800kW (700PS) 유 니 스페이서형유니버셜축이음 설치오차의흡수 편각, 축방향변위의흡수,000kW (9,000PS) 22,000kW (8,000PS) 버 셜 축 플로팅샤프트형자재축이음 설치오차의흡수,000kW (9,000PS) 22,000kW (8,000PS) 이 편각, 편심축방향변위의흡수 음 주 ) 전달가능동력상단은전동기또는가스터빈구동의경우, 하단 ( ) 내는디젤기관구동의경우를나타낸다. kw,500 (PS) min ,000kW (27,000PS) 33,000kW (27,000PS) 비고 다각형으로형성된탄성력의고무를좌우의플랜에교대로볼트로취부한구조 박판을적층한플렉시블엘리멘트를양단에붙인구조 횡축, 입축용으로기기간이가까운경우에사용한다. 박판을적층한플렉시블엘리멘트를양단에붙인구조 입축, 횡축용이있고기기간이떨어져있고, 큰편심을허용하는경우에사용한다. 4-4

86 5. 밸브및배관 5.. 밸브의종류밸브의용도에는차단, 유량제어및역류방지등이있지만일반적으로펌프용으로서사용되고있는밸브류를표 5 에밸브의선정기준을표 5 2 에나타낸다. 표 5 밸브의용도, 작동방식 밸브형식 차단 용도작동방식유량제어역류방지자중수동전동 유압 게이트밸브 ( 슬루스밸브 ) 펌프용밸브 접형밸브 ( 버터플라이밸브 ) 역지밸브 ( 체크밸브 ) 플랩밸브 ( 역류방지밸브 ) 로토밸브 ( 콘밸브 ) 푸트밸브 2 비고 유량제어용의밸브는아니나소구경 (50mm 정도이하 ) 의것이면사용가 2 펌프만수용으로서사용 5-

87 5. 밸브및배관 5..2 밸브의선정기준 ( 표 5.2) 표 5.2 밸브의선정기준 (/3) 슬 루 스 밸 브 버터 플라이 벨브 밸브형식공통사항외나사식내나사식밸브공통사항수밀형 구조 밸브몸체를밸브동내에상하로이동해서개폐를행하는방식의밸브 밸브몸체이동용의밸브봉나사부가밸브상자의바깥에있어밸브봉자체가 밸브몸체와함께이동하는형식 밸브몸체를축으로고정하고, 축의회전에의해개폐를행하는방식의밸브 고무코팅동체동체내면에고무시트를설치하고밸브디스크외주를경질크롬도금한것 고무코팅밸브디스크에에고무를취부하는것 전개시의압력손실이작다 유체의차단성이좋다. 원칙적으로전개사용이좋다. 슬루스밸브, 로터리밸브보다도소형, 경량이다. 개폐시간이짧다. 수밀성은슬루스밸브와거의동일 구조간단 특징 결점 적용범위 반개시배면에 와류가생겨침식과진동을일 중저양정의펌프으키기쉽다토출밸브 개폐시간이길다 관로의연락 차단 나사부의마모 부식에대해우수하다. 밸브몸체이동용의벨브봉나사부가벨브상자의내부에 외나사식에비해있어밸브봉자체는높이가낮다. 상하로움직이지않는형식 개도를약 20% 까지폐쇄하지않 으면교축효과가생기지않는다 높이가크다 높이가내나사식에비해크다. 나사부가유체와접촉하고있기때문 에마모 부식되기쉽다. 유량조정용 슬루스밸브, 로 펌프토출밸브터리밸브에비해 배수, 오수용으전개시의압력손실로는횡형을사용이크다. 한다. 고무의취부가복잡하다 용 유량조절에는부적당 부식성유체 개폐빈도가많은것 전동식의경우 개폐빈도가적은것 청수 일반적으로 980kPa(0kgf/ cm2 ) 이하에사용한다. 동체고무에비해고압까지사용가능 비수밀형 ( 메탈밸브시트 ) 동체밸브몸체측에스텐레스제시트를설치한구조 구조간단 수밀에대해서는기대할수없음 유량 압력조정용 5-2

88 5. 밸브및배관 버터플라이밸브 밸브형식빗치형로토벨브역지밸브공통사항 표 5 2 밸브의선정기준 (2/3) 구조 일반적으로버터플 구조는고무를입라이밸브에비해캐비힌동체 < 자형밸브몸테이션특성이좋다체에빗치형상의 유량조정이우수하돌기를설치한것다 원추대상의밸브몸체의가운데에관로와동일형상의유로를설치한것을밸브동체의가운데에상하회전시켜개폐를행하는방식의밸브 흐름을한방향만가능하도록한밸브로밸브동작은스윙식이많다 특징결점적용범위 찌꺼기가많은유체에는부적당 압력손실이비교적크다 전개시에완전한원통형유로로되어압력손실이작다 전폐시에는완전밀폐가가능 개폐시간을짧게하는것이가능 다른밸브에비해 버터플라이밸브보고가이다. 다조작력은작다. 수격방지작용으로서유효 다른밸브보다소구경을선정하는것이가능 압력손실이비교 차압에의해자적크다. 완전수밀동적으로개폐한다. 은곤란 유량 압력조정용 펌프토출밸브 차단, 유량조정용 긴급폐쇄밸브로서도사용 고압의것에사용가능 펌프정지시의양수의역류방지 역지 스윙식 역지밸브 소구경 (50 mm이하 ) 은스윙식과다른리프트식을사용한다. 구조가간단 펌프비상정지직후의폐쇄시의충격이있다. 스윙식은구경 500 mm이하는 매밸브디스크, 600 mm이상은 2 매밸브디스크로분할 밸브 스윙식급폐역지밸브 밸브축에코일스프링을취부한구조의것 밸브시트를급경사시킨구조의것 밸브축으로부터암을내어카운터웨이트를취부한구조의것 밸브를급폐시켜밸브의폐쇄지연에의한압력상승을방지 밸브폐쇄시실양정의약 2배의압력상승은피할수없다. 고압에사용가능 밸브의자중을크게하는것만으로급폐효과를보는경우도있다. 5-3

89 5. 밸브및배관 표 5 2 밸브의선정기준 (3/3) 역 지 밸브형식리프트식급폐역지밸브 바이패스완폐식역지밸브 주밸브완폐식역지밸브 구조 리프트식밸브디스 스윙식과동일크가항상스프링에의 수직배관에사용된다. 해눌러져있는것 스윙식역지밸브에바이패스밸브를설치한것으로대쉬포트를붙여바이패스밸브를완폐한것 스윙식역지밸브의주밸브에대쉬포트를붙여완폐동작으로한것 특징결점적용범위 역류개시시는주밸브만앞서폐쇄하지만, 대쉬포트에의해바이패스밸브가폐쇄속도를조정하면서주밸브보다늦게폐쇄한다. 역류가시작하면대쉬포트의움직임에의해주밸브가완폐쇄하여충격을방지 스윙식과같다. 스윙식보다압력손실이크다 수평배관은구경에의한제한을받는다. 완폐밸브의작동확인은역류를일으키지않으면행하지않는다. 바이패스밸브가폐쇄되기때문에비교적찌꺼기가많은유체는부적당 완폐밸브의작동확인은역류를일으키지않으면행하지않는다. 실양정이높은구경 300 mm이하에사용된다. 청수용 역류시의수격방지용 일반적으로실양정이약 0m~75m 에사용 일반적으로실양정이약 ~20m 에사용한다 밸 브 자밸브완폐식역지밸브 플랩 밸브 푸트밸브 스윙식역지밸브의자밸브에대쉬포트를취부하여완폐동작으로한것 관축수직단면에대해약 5 의경사각을가진밸브동체에밸브축으로취부 되어구경에의해따라매판으로부터수매로분할되어있다. 펌프흡입구에설치하는일종의역지밸브로하부에스트레이너를부속하고있다. 역류개시시는주밸브만앞서폐쇄하고, 자밸브는대쉬포 트에의해폐쇄속도를조절하면서주밸브보다늦게폐쇄한다. 역지방지의역할을한다. 역지밸브보다도 압력의손실이작다 상동 역압에대해수밀성은없다. 펌프기동시의호 흡입수조내에있수용으로사용한다. 기때문에점검제거가어렵다. 일반적으로실양정이약 ~40m 에사용 저양정 대용량의펌프의토출관단에취부된다. 플랩밸브통과류는.5m/s 정도로한다. 중소형펌프의호수용 5-4

90 5. 밸브및배관 펌프의토출측은흡입측에비해일반적으로압력이높고, 펌프의정지시의역류를방지하는방법을필요에따라서구하지않으면안된다.( 표 5 3) 역지밸브를설치하는방법 표 5 3 역류방지방법의분류 역류방지방법 역류방지방법 용도 역지밸브를펌프토출 측에설치하여역류를 방지한다. 역지밸브의구경은통상펌프토출밸브와같은구경으로한다. 실양정이높은펌프의경우는완폐식혹은자폐식 ( 소구경의경우 ) 으로해서수격작용에의한압력상승을피한다. 소구경 (300 mm이하 ) 의펌프로후트밸브를가지는경우에도역지밸브를병용하는것이많다. 이경우에는흡입측에공기뽑기를설치해둔다. 일반적으로중소형펌프에널리이용된다. 토출밸브를자동폐쇄하는방법 펌프의동력차단과동시에유압, 직류전원중추등으로자동폐쇄 일정시한후에역류를저지하는방법 관로가긴고양정펌프는수격작용을방지하기때문에폐쇄시간에는주의를 요한다. 밸브로서는슬루스밸브, 로토밸브, 버터플라이밸브가사용된다. 저양점의배수펌프 ( 플랩밸브가설치되지않을시 ) 수격작용을고려한경우의고양정펌프 플랩밸브에의한방법 토출관단에설치하여역류방지 역지밸브보다도압력손실이작다 역압에대해수밀성은별로없다. 저양정, 고용량배수펌프일반 사이폰파괴에의한방법 토출관의일부를토출측최고수위보다도높은위치에배관하고, 펌프정지시에배관정부에설치한진공파괴밸브로부터공기를도입하여사이폰을파괴하여역류를방지한다. 공기도입관의크기는일반적으로펌프구경의 /5~/6 으로취한다. 배관정부와흡입수위와의수위차가큰경우는유입풍속 ( 통상 50m/s 이하로한다.) 이과대하게되지않도록주의한다. 배관의역류수량에의해펌프가허용의역전속도를넘지않도록고려한다. 사이폰배관을형성하는펌프일반 송수관내의물만의역류를허용하는방법 토출관단을공중방류하든지, 토출수조에관문을설치해일정량의역류를허용하는방법 관로에역류방지장치를필요로하지않기때문에신뢰성이높다. 양수효율, 펌프역회전, 송수재개시의송수관의공기빼기등에난점이있다. 5-5

91 5. 밸브및배관 밸브의조작방법의비교를표 5 4 에나타낸다. 표 5 4 밸브의구동방법 구동방법 수동 특징 핸들을인력에의해움직여개폐시킨다. 구경이크면기어에의해작동시킨다. 필요기기가격적용 기어 가장저가자동조작과원격조작이필요없는것조작빈도가적은밸브 ( 예 : 압입운전펌프용흡입차단밸브 ) 중소구경또는저압밸브로조작력이작은것 전동 일정속도에의한개폐조작의동작이원할 수동조작과겸용이가능 가장경제적 토크리미트장치 모터제어판 비교적저가 자동조작과원격조작이필요한곳. 대구경또는고압밸브로조작력이큰것 유압 개폐속도가임의로얻어진다. 급폐, 급개가가능 유압공급장치, 콘트롤러, 제어밸브가필요 비교적저가 정전시의긴급폐쇄와워터햄머압력상승제어를필요로하는것 전동 유압 전동식, 유압식의각각장점을활용하는것이가능 전동, 유압양측의기기가필요 고가 역지밸브와토출밸브의기능을겸용하는경우에사용한다. 공기압 급폐, 급개가가능 유압보다조작력이작다 압축공기콘트롤러, 제어판. 비교적고가 주로조절밸브, 대구경으로는부적당. 자동제어계에넣어서사용되는것이많다 5-6

92 5. 밸브및배관 5.4. 흡입배관흡입관에서의편류나압력손실은, 펌프성능이나진동 이상음의원인이되기때문에, 설계 시공시다음의사항에충분히유의할필요가있다. 배관의손실수두를작게한다. 2 공기고임이생기지않는배관레이아웃으로한다. 흡입배관에공기고임이생기면흐름을방해하고, 양정저하, 진동의원인이된다. 검토항목 : a 흡입관로가긴경우에는, 펌프를향해서 /50~/200 의상구배로한다. ( 그림 5 ) /50~/200 상구배 공기고임 양호 불량 그림 5 펌프의흡입관 b 관경이변화하는부분은, 편락관을사용한다. ( 그림 5 2) 공기고임 공기고임 불량 불량 양호 양호 그림 5 2 펌프흡입관 양호 c 대형슬루스밸브를설치하는경우에는, 횡형설치가바람직하다 ( 그림 5 3) d 공기완전차단이음매로한다. e 흡상식의경우에는, 흡입헤드관에서여러대의펌프로흡입하는것은피하는것이좋다. 흡입관에공기고임이발생하는경우에는, 공기고임부분에서시동시, 운전시에진공펌프로써흡기한다. ( 그림 5 4) 5-7

93 5. 밸브및배관 공기고임의부분 양호 불량 그림 5 3 흡입측슬루스밸브의취부 진공펌프로 그림 5 4 공기고임을만드는흡입관 f 압입식으로, 흡입헤드관에서여러대의펌프로흡입하는경우에는, 흡입헤드관상단에공빼기밸브를준비하거나, 헤드관상단에서의편심흡입분기관으로한다. 3 편류, 선회류가생기는배관을피한다. 편류, 선회류의원인은주로곡부에있고, 펌프성능의불안정, 진동, 이상음의원인이된다. 검토항목 : a 가능한한곡부의수가적은레이아웃으로한다. b 펌프흡입구에곡관을직접접속하는것은피하고, 단관혹은편락관을삽입한다. 곡관을직접접속하는경우엔, 관내유속을느리게하고, 곡율반경이큰것을선택한다. ( 그림 5 5) 스페이스에제약이있을경우엔, 정류판부착특수곡관을채용한다. 양호불량그림 5 5 펌프의흡입관 4 푸트밸브를사용하는경우, 취부후, 이물등이끼어서, 본래의기능을발휘하지못하는경우가있으므로, 점검이쉬운취부방법으로한다. 5-8

94 5. 밸브및배관 토출배관 토출관로의손실수두가적정하게되도록유속및관경을정하고, 펌프와의사이에는확대이경관을준비한다. 2 공기고임장소에는배기밸브를준비한다. 공기고임은토출측에대해서도유수통로를저해하고, 관로저항을증가시키며, 펌프토출량의감소의원인이되고, 토출출구에서물을간헐적으로분출시키기도하며, 유해한작용을한다. 3 토출관로가사이폰상태로되는경우에는, 사이폰최정부의흡입수위에서의높이는펌프의최대양정이하로할필요가있다. 사이폰은펌프시동시, 물이배관최정부를넘어서흐르는것에의해형성된다. 상기조건을만족할수없는경우에는, 사이폰을형성하기위해흡기장치를필요로한다. 4 배관도중에유량계를설치하는경우에는, 유량계의종류, 형식에의해정해진제조건을만족하도록설치한다. 자동제어를사용하는경우에는, 특히적정배치에유의하고, 소기의성능이발휘될수있도록한다 그외주의사항 ) 펌프또유량계, 제어밸브의분해 점검이용이하도록, 펌프전후에분해용이음매 ( 루즈플랜지등 ) 를설치한다. 이음매의종류는, 용도, 사용압력등에적절한것을선정하여야한다. 이음매를채용하는경우에는, 내압에의한관축방향의추력을충분히받을수있는배관지지 ( 공볼트를붙이는등 ) 를고려할필요가있다. 2) 파이프의분활방법이반입 취부상지장이없을것. 3) 파이프의레이아웃및펌프의위치관계에의해서진동, 소음의원인이되는맥동이발생하는경우도있으므로주의를요한다 주요관이음주요한관이음을분류하면, 플랜지이음, 용접이음, 나사삽입이음, 유니언이음, 신축이음등이있다. a. 일체형 b. 맞대기용접형 c. 맞대기형 d. 소켓형 c-. 삽입용접형 c-2. 삽입용접형 a. 평행나사형 b. 테이퍼나사형 d. 나사삽입형 e. 소켓용접형 그림 5 6 각종의파이프이음 5-9

95 5. 밸브및배관 분해점검용등으로루즈플랜지등의관이음을설치하는경우에는, 관내압력에의한축방향의반력을발생하기때문에, 필히스테이볼트를준비해서반력을지지한다. 스테이볼트는최대한짧게한다. 부득이하게긴볼트를사용하는경우에는, 반력에대한응력뿐만아니라, 신장도검토할필요가있다 플랙시블조인트 ( 가요성관 ) 펌프장의토목 건축구조물과매설배관의부등침하대책용으로굽힘이음을설치하나, 스테이볼트를장치할수없는경우엔, 내압의반력을이음의양측에지지할필요가있다. 토목구조물측은, 벽등에지지하는것이비교적용이하나, 매설배관측은지지물이없는경우가많다. 배관레이아웃여하로큰스러스트블럭이필요로하고, 항타작업까지발생한다. 따라서가요성이음의바로하류측에는, 밴드를설치해서, 직부와흙의마찰력으로상기반력을지지하는방법이좋다. 특히, 복수의토출관을실외에집합시킨경우에는주의한다. ( 그림 5 7) () 플랜지이음 (2) 용접이음 (3) 유니온이음 표 5 5 관이음의종류와특징 이음의종류사용관재사용범위장점단점 a 일체형플랜지 b 맞대기용접형플랜지 c삽입용접형플랜지 d나사삽입형플랜지 a 맞대기용접형이음 b 소켓용접이음 강관 2 주철관 3 합성수지관 4 라이닝관 강관 2 동관및동합금강 3 그외용접가능한금속관 강관 2 동관및동합금관 재질이주조품혹은단조품 2 고압중 대구경관 통상 50A 를넘는고온 고압관 2 중 대구경고압관 통상 50A 이하의고온고압배관 2 중 대구경저압관 통상 50A 이하의배관 통상 50A 를넘는배관 통상 50A 이하의배관 통상 50A 이하의배관의분해용 플랜지면의정밀도가높은것을기대할수있다. 현장에서의치수조정이불가능하다. 용접에 의한 열 플랜지 제작공정이 변형이 가스켓 많고판플랜지보다 좌에 영향이 적 도비싸다. 다. 용접에의한열변형이가스켓좌에영향을미치기어렵다. 용접이 불가능 시공상대구경의것 한 재료에는 ( 도 에서는부적절하다. 금관, 라이닝관등 ) 적당하다. 2소구경배관시공은간단하다. 이음부의강도 이음부분의 방식처 가모재와같은 치 ( 도장등이곤란 ) 정도이다. 2유량에의한손 실수두가작다. 중심내기가용 맞댐용접과비교해 이하다. 서비싸다. 2고압에서사용 가능하다. 분해및취부가용이하다. 용접에의한열변형으로가스켓좌에영향을미치기쉽고고압에서는다소누출이쉽다. 고온 고압배관에서는부적절하다. 5-0

96 5. 밸브및배관 표 5 6 신축이음 굽힘이음의종류와특징 () 벨로우즈형 (2) 섭 동 형 (3) 회전형 (4) 그 외 종류 a금속벨로우즈형 플랜지 고무링 벨로우즈 b 고무벨로우즈형 ( 러버익스팬션 ) c 빅톨릭형 d 클로져형 e 슬리브형 벨로우즈 볼트 f 메카니컬형 푸쉬링고무링 g 볼죠인트 고무링 고무링 중간링크 고무링 볼트너트 h 루즈플랜지 ( 분해용으로사용한다.) 적용구경특징 50~2,000mm 50~2,400mm 25~2,400mm 80~2,400mm 40~2,000mm 75~2,400mm 20~750mm 00~3,000mm 신축량 2 휨각도 3 편심량 4 허용온도 5 내압 6 회전성 신축량 2 휨각도 3 편심량 4 허용온도 5 내압 6 회전성 신축량 2 휨각도 3 편심량 4 허용온도 5 내압 6 회전성 신축량 2 휨각도 3 편심량 4 허용온도 5 내압 6 회전성 신축량 2 휨각도 3 편심량 4 허용온도 5 내압 6 회전성 신축량 2 휨각도 3 편심량 4 허용온도 5 내압 6 회전성 신축량 2 휨각도 3 편심량 4 허용온도 5 내압 6 회전성 신축량 2 휨각도 3 편심량 4 허용온도 5 내압 6 회전성 최고 50mm 약 5 이하 50mm 이하 ( 특수약 300mm 이하 ) 최고 200~350 20kgf/ cm2이하없음 산당 20~50mm 0 이하 산당 0~30mm 정도 ( 산수를증가시키면크게가능하다 ) 최고 70~00 ( 내열성고무 ) 7.5kgf/ cm2없음 ±.5~0mm ( 구경에의해달라진다.) 0 4 ~2 ( 편심측의파이프의휨각도를나타낸다.) 거의없음 -20~+80 소구경은최고 250kgf/ cm2, 대구경은 5kgf/ cm2있음 ( 단, 스테이볼트를붙이면없음 ) ±00~260mm 5 이음 개소에서는없고, 2 개소에사용되면큼. 상온 0~7.5kgf/ cm2있음 ±30~0mm ~2.5 ( 편심측파이프의휨각도를나타낸다. 구경이작을수록휨각도는커진다.) 거의없음 -20~+0 0~70kgf/ cm2있음약 20mm 5 25 ( 내압 3.5kgf/ cm2에서새지않음 ) 없음상온 7.5~60kgf/ cm2있음없음최고 5 혹은 30 없음 00 30~60kgf/ cm2있음 ±5~0mm ~2 거의없음 60 (NBR 을고려한다 ) 최고 0kgf/ cm2있음 ( 단, 스테이볼트를붙이면없음 ) 5-

97 5. 밸브및배관 가요성이음 반력 가요성이음 반력 넘어진다 나쁜예 혹은 좋은예 그림 5 7 가요성이음의사용방법 메카니컬이음덕타일주철관의표준메카니컬이음은, 매설관등에널리사용되고있는경제적인이음이지만, 내압에의한이음부분이빠질위험성이있다. 특수압륜을사용하면어느정도의반력은지지가능하다. 펌프장의실내배관등, 비교적좁은범위에서밴드나합류부가많고, 진동을동반하며, 또한가공배관이많은경우에는경비는비싸지만플랜지이음을사용하는것이안전하다. 5-2

98 5. 밸브및배관 5.6. 배관설치시고려사항 ) 압력맥동수도용의배수펌프등에는, 토출관이강관의경우가많다. 그경우, 배관의레이아웃에따라서펌프의토출압력의맥동과토출관이공진하는경우가있으므로, 주의할필요가있다. 주철관의경우에는관의벽두께가두껍기때문에거의문제가되지않는다. 2) 대구경관의강성구경 2,000mm 를넘는배관에서는강관으로사용하는것이많으나, 소구경과비교해서상대적으로벽두께가얇고관의강성이작아져관내액체의중량을견디거나, 지지하지못하는경우가있을수있다. 그경우에는다소배관벽을두껍게하여도지지할수없는경우가있으므로적당한보강재를준비한다. 3) 매설강관의부식지하수위가높은장소에매설강관이토목구조물의벽을관통하는부분에서는, 벽의철근이관통하는강관과접촉하지않게시공한다. 또, 적당한도장, 피복을실시한다. 4) 매설시의부력관을콘크리트나지하에매설하는경우에는, 부설시에부력을받으므로, 부상하지않게관을고정할필요가있다. 5) 관구경의급변급축소나압력손실이큰급확대는, 흐름의혼란에의해소음을발생시키는경우가있으므로, 주의를요한다 플랜지용가스켓표 5 7 에나타난것과같은종류를주로사용한다. 종래사용되어온석면제가스켓은사용압력, 온도, 경제성면에서선택되었으나, 발암성이문제가되어, 현재에는거의사용되지않는다. 석면가스켓의대체품으로각종의재료의것이개발되고있으나, 응력완화특성이석면가스켓보다도약한것이많고, 고압하 (0kgf/ cm2이상 ) 에서의사용에주의할필요가있다. 표 5 7 일반적으로사용되고있는가스켓재료의종류및특징 종류고무시트석면시트대체석면시트 PTFE 시트 PTFE 시트 O-링 형상치수재질특징 두께 3~5mm 두께.5~3mm 두께 ~3mm 두께 ~3mm 두께 0.~3mm 끈형태의것도있음단면직경은원주길이에의해변한다. 천연고무 합성고무 석면 합성섬유고무계바인다 PTFE ( 충재 ) PTFE 미세섬유천연고무합성고무 최고사용압력 0kgf/ cm2사용압력에면포입과면포무가있다. 최고사용온도 (70 ) 상수도, 공업용수, 일반우수배수최고사용압력 0kgf/ cm2 ( 사용압력에따라면포삽입형과면포무삽입형이있다.) 최고사용온도 20 냉수 해수에도사용가최고사용압력 35kgf/ cm2최고사용온도 500 최고사용압력 30kgf/ cm2사용온도 -50~+250 최고사용압력 20kgf/ cm2사용온도 -00~+00 최고사용압력 20kgf/ cm2사용온도 -200~+200 최고사용온도 20 고압, 기름등 5-3

99 6. 펌프장의구조 펌프설비의배치는, 입지조건이나흡입수로 ( 관로 ), 흡입조, 토출수로 ( 관로 ) 등의장외의제조건, 토목구조, 건축구조등, 총합적인관점에서의검토가필요하다. 6.. 펌프장설비의계획 설계에관한유의사항 사용목적에맞게펌프성능이충분히발휘될수있도록수력학 수리학적제조건이만족되도록하는것. 2 일상의운전관리, 보수점검, 분해조립수리등이용이할것. 3 미관, 주위환경에대한영향을고려한다. 4 증설계획이있는경우에는미래의공사를고려한것이어야함 펌프장내기구배치구성의검토항목 주기의배치와동력전달방식 흡입성능 ( 캐비테이션의회피 ) 의확보 흡수조형상 수위와소용돌이 ( 수중소용돌이 ) 의회피 일상의운전관리스페이스의확보 기기분해, 재조립의고려 2 기기 자재반출입구 3 주기분해조립및반출입을목적으로하는공간 평면스페이스 4 일상보수관리통로, 점검용맨홀 ( 흡수조, 토출수조, 지하수조등 ), 계단 5 배전반실, 감시조작, 이의타지역판넬외주기기, 보조기기의케이블부설경로, 방법 6 흡입, 토출주배관 ( 밸브의배치를포함한다 ) 과지지대 스러스트의발생유무와스러스트대책 침하대책 열팽창흡수용신축관의요부 취부오차흡수용신축관 ( 플랜지포함 ) 취부개소의적절 7 보조기기설비와소배관 8 장내배수설비와배수구 9 공조 환기설비 특히엔진구동혹은자가발전설비의경우에는검토필요 0 조명 소화설비, 청수공급설비, 냉각탑 저유급유설비 ( 기관연료, 윤활유, 유압원장치 ) 배관부설경로 방법 ( 핏트 마루부설 ) 2 분해, 점검용크레인설비 천정크레인설비용의후크필요여부 크레인의용량 기구취부상의크레인의접근, 권상공간의확보 크레인주행부윗부분의장해물 ( 조명, 배기관 ) 의유무 3 제진설비, 게이트, 각락 4 관리원실, 창고 5 계기류 ( 유량계, 수위계 ) 유량계종류와직관정류부분의확보 6-

100 6. 펌프장의구조 6.2. 펌프장의바닥 ) 펌프의취부높이는, 흡입성능의면에서문제가없다하면, 지상의높이보다도 00~300mm, 그렇지않으면흡입측고수위보다높게하고, 장내바닥면은자연배수가가능하도록한다. 2) 원동기바닥면및전기실바닥면은, 원칙으로지상면보다도 00~300mm, 특히홍수시주위의수위가높아지는경우에, 원동기 배전반을보호가능한위치까지높게하는것이요망된다. 3) 운전수위및흡입성능으로인해펌프의흡입양정에제한이있는경우에는, 펌프바닥면을낮추거나, 입축혹은수중모터펌프를채용한다. 펌프바닥면이지반면보다낮고, 홍수 우수등에의한침수가염려되는경우에는, 기장반입구및환기구, 창문의위치를침수에대해서안전한높이에설계하거나, 방수구조로한다. 4) 펌프바닥면이지반면혹은흡입수위보다낮고, 자연배수가불가능한경우에는, 장내배수조를설치하여배수펌프에의해실외로배출한다. 또, 입축펌프의경우에는, 수밀구조의베이스채용이필요하다. 5) 이층이상의구조가되는펌프설비에서는, 회전차계전체의위험속도의검토에따라중간축의축수지지스팬을결정하고, 건실구조에반영되는것이요망된다 기기의반입구, 분해, 조립용바닥및보수관리통로 ) 기기반입구는, 반입도로, 주변에의소음, 타시설에의영향, 장내의주펌프와의관련에의해결정한다. 2) 건실반입구부는, 반입마루와분해, 조립마루를겸용가능한스페이스로하는것이경제적이다 3) 반입구의크기는, 펌프및원동기등이용이하게나갔다들어올수있는높이와폭으로한다. 특히대형펌프는차량에서반입이가능한크기로하는것이요망된다. 4) 반입바닥면의강도는, 펌프적제상태의차량의총중량에대해견디어낼수있도록한다. 5) 전기실로의배전반의반입, 지하층으로의밸브, 펌프류의반입개구부및토출수조로의플랩밸브의반입로확보와반입방법에대해서검토해두도록한다. 6) 보수관리통로는, 일상의운전관리, 점검, 보수가안전하고용이하게할수있는것을고려하고, 일반적으로는.5m 이상으로한다. 최소한으로도 m 를확보해야만한다 토목구조, 건축구조와의관계 ) 흡입수조는공기가고이는부분이생기지않는형태로할것. 공기가고이는부분이생기는경우는, 상당한공기빼기대책을세운다. 2) 흡입 토출관벽관통공, 취부공, 반입구는건실의들보 기둥을피하도록한다. 3) 바닥하중의종류 ( 정하중, 동하중, 단시간하중등 ) 방향을토목구조 건실구조의설계시에명확히한다. 특히기기설치바닥부에도, 분해 조립 반입후에가해지는하중과, 설치를위해특히후크에가해지는하중도고려해서넣는다. 4) 천정폐새형의토출수조, 지하수조에는, 상당한공기빼기기구를준비한다. 6-2

101 6. 펌프장의구조 펌프실의배치는, 대지면적, 지형, 펌프설비, 부대기기의반입, 설치및운전조작, 보수관리등의기능면등을종합적으로검토해서결정한다 횡축볼류트펌프의배치 ( 표 6 에일반적인예를표시하였다.) 표 6 횡축볼류트펌프의배치 직선형 구조도 적요 횡폭은좁지만장방향은제일긴배치. 배관은마루위혹은마루아래배관으로한다. 마루위배관의경우에는, 운전관리용통로가필요하다. 평행형 배관 duct 혹은마루아래에주관을수납해서통로면적을넓게할수있다. 펌프흡입배관의펌프직전에 90 곡관이접속되기때문에편류의영향을받기쉽다. 이경우, 롱엘보우혹은직관부에, 필요에따라서정류판을준비하여, 편류를가능한한완화하도록한다. 지그재그형 대수가많은경우, 설치면적을작게하기에유리. 기동제어기기, 현장반등의설치면적이과소한경우가있는데, 케이블포설경로를포함한검토가필요. 펌프의회전방향은, 역방향이되기때문에, 예비품에배려가필요. 대칭형 펌프설치대수가 2 대뿐인경우, 흡입조를작게할수있다. 사 형 직선형과평행형의중간적인배치이다. 토출헤더관으로의흐름을원활히한다. 대용량 대구경펌프설비로, 건실길이를짧게할수있는경우에채용되는경우가있음. 6-3

102 6. 펌프장의구조 횡축축류 사류펌프의배치 그림 6 횡축축류, 사류펌프의배치 평행형으로늘어놓는것이일반적이며, 널리채용되고있다. 2 흡입구는, 하부흡입이표준적이다. 3 흡입수로조건에의해서는특별형으로경사흡입도있다 입축축류 사류펌프의배치 (a) 직선형 (b) 사형 토출헤드관으로의흐 ( 름을원활히한다. ) (c) 지그재그형 ( ) 펌프구경에비례해서전동기가커지는경우, 설치면적을작게한다. (d) 트리형 전동기, 디젤기관구동의펌프가동일펌프장에설치된경우 그림 6 2 입축축류 사류펌프의배치 ) 직선형으로늘어놓는것이일반적이며, 널리채용되고있다. 2) 사형은, 토출헤드관으로의흐름이원활히된다.. 3) 지그재그형은, 펌프구경에비례해서전동기가커지는경우, 설치면적을작게할수있는이점이있다. 다만, 펌프설치위치보다흡입수조에서의배벽간격이커지는경우에는, 와류방지대책의검토가필요. 4) 트리형은, 상류설치의펌프의경우물의흐름이어지럽기때문에, 와류방지대책의검토가필요. 6-4

103 6. 펌프장의구조 수중모타펌프의설치방식 ( 그림 6 3) 수중모타펌프설비는, 취부면적을작게하고, 건실구조를간단히할수있으며, 한편으로취부, 분리등이용이하다는이점을가지고있다. (a) 조하형 (b) 정치형 (c) 탈착형 (d) 토출관조하형 ( 상위로의토출 ) ( 상아래토출 ) 그림 6 3 수중모타펌프의설치방식 밸브의배치와형식 )2 상식에밸브류가원동기마루밑에설치된경우에는, 천정크레인으로직접분해가가능하도록반입구, 밸브취부위치를고려한다. 2) 펌프의보수 점검을위해서지수의목적으로흡입측에밸브를설치하는경우에는, 손실수두가적은슬루스밸브가일반적으로채용된다. 지수용으로서버터플라이밸브를채용하는경우에는전개에서도물의소용돌이가발생하므로, 펌프에서떨어진위치에취부할필요가있다. 3) 슬루스밸브를흡입측에설치하는경우에는, 밸브의그랜드부로부터공기흡입의염려가없음을확인한다. 또, 밸브동체상부의공동부의공기고임을피하기위해서횡치형의채용이필요한지검토한다. ( 단, 큰공간을필요로한다. ) 4) 버터플라이밸브에대해서는밸브전개시, 밸브몸체가플랜지면보다돌출하게되는데, 밸브전후의기기 밸브몸체와간섭하지않도록한다. 특히단면간의버터플라이밸브를채용한경우에는, 전후의역지밸브, 편락관과의위치관계에유의하고, 필요에따라서는단관을설치한다. 5) 밸브는그종류, 구조, 구경, 하중등에의해취부자세에제한이있다. 슬루스밸브의횡치설치의경우, 일반적으로구경 600mm 이상에대해서는사이드롤러부착형밸브체를채용한다. 구경 600mm 이상의역지밸브를수직배치 ( 상향흐름 ) 로취부하는것은, 일반적으로피하지않으면안된다. 6) 중요한밸브 ( 유량혹은압력조절밸브등 ) 은, 전후의배관을분해하지않고분리가능한분해용조인트를준비하는것이요망된다. 7) 밸브의구동부, 역지밸브의바이패스밸브등과인접기기와의관련수치를확인한후에, 검작 ( 핸들의위치, 높이등 ), 보수에필요한스페이스를고려한다. 8) 역지밸브와다른밸브, 예를들어슬루스밸브를동일관로상에, 상전후로설치하는경우에는, 상류측에역지밸브를가져오는것이좋다. 하류측에역지밸브를둔경우, 상류측의밸브에의흐름의요동에의해, 역지밸브몸체가요동하고, 진동 소음의원인이되는수가있다. 9) 역지밸브는, 배관계 펌프의시동정지방식을고려하여, 워터햄머, 슬래밍방지상에적절한형식을선정한다. 0) 기장계획시에, 보수 점검, 증설공사의유무, 기장의중요도 ( 예를들어송수를정지할수없는등 ) 를고려하고, 필요에따라서, 기기분해용밸브를추가한다. 6-5

104 6. 펌프장의구조 표 6 2 입축축류 사류펌프의설치방식 구조도 (a) 상위로토출시 적요 보통실내, 실외에서도넓게사용된다. 원동기의취부높이가높기때문에, 펌프계의진동에대한안전성검토가필요하다. 상 식 (b) 상아래로토출시 실내설치의취수 송수용으로채용되는경우가많다. 매설관깊이에맞추기위해서토출관이노출되지않는다. 원동기의취부높이가높아지기때문에, 펌프계의진동에대한검토가필요 반 2 상식 2 상식 (c) (d) 특히내연기관구동의것에많이채용된다. 원동기를침수로부터보호가능하다. 2상식과비교해토목구조가간단. 펌프의마루아래 L치수를짧게할수있다. HWL이펌프마루보다높은경우에는, 수밀구조의펌프베이스의채용이필요 내연기관구동의경우, 비틀림진동의검토를행해적절한커플링형식을선정하는것이필요. 특히대구경 대용량의경우, 토목구조상편리하다. 토목구조상에는복잡하지만, 원동기및감속기와펌프를 2개의층 ( 마루 ) 에분담가능하고, 하중, 진동에대해서우수하다. 흡수위가낮아서펌프설치마루를낮추고싶을경우에채용. 흡수위가높아서원동기를침수로부터보호하는경우에채용. 6-6

105 6. 펌프장의구조 6.4. 흡입수조의형상비교 표 6 3 흡입수조가나쁜예, 좋은예 (/2) 나쁜예 좋은예 ( 선회류가생긴다.) ( 후벽이너무넓다 ) ( 표류가생긴다.) ( 선회류가생긴다.) ( 약간좋다 ) ( 다른펌프에의한장해 ) 분할벽이있다면더욱좋다 ( 선회류가생긴다.) ( 분할벽을붙인다.) 6-7

106 6. 펌프장의구조 표 6 3 흡입수조의나쁜예, 좋은예 (2/2) 나쁜예 좋은예 45 이하 ( 급류에의한수면의혼란 ) ( 공기의유입 ) ( 공기고임 ) ( 또는공기빼기관을설치하고공기고임을제거한다 ) 6-8

107 6. 펌프장의구조 흡입수조에발생할수있는소용돌이의종류 수조내에흐름의치우침이있으면소용돌이와선회류가발생한다. (a) 단속소용돌이 (b) 연속소용돌이 그림 6 4 공기흡입소용돌이 그림 6 5 동심소용돌이 그림 6 6 수중소용돌이 공기흡입소용돌이요철소용돌이가성장해선단이펌프흡입구까지도달한소용돌이단속적으로공기흡입량이적은것은성능에영향이없지만, 연속적으로흡입하게되면성능저하와진동 소음의원인으로된다. 2 동심소용돌이수위가펌프흡입구까지내려가면흡입관중심과소용돌이가중심으로되어다량의공기를흡입한다. 펌프의성능은현저하게저하하여양수불능상태가된다. 3 선회류흡입수조의편류, 소용돌이, 임펠러의회전에의해발생하여, 임펠러로의균등한유입을혼란시키고펌프의토출량, 양정, 축동력에직접영향이있다.( 펌프와동일회전방향은양정, 축동력모두감소하고역방향은증가한다.) 더우기입축펌프는임펠러와불평형력이생겨진동의원인으로되는것도있다. 결과원인 양수량저하양정저하양정증가소음, 진동을수반하는임펠러회전의언밸런스 공기흡입소용돌이정방향선회류역방향선회류공기흡입소용돌이, 수중소용돌이, 선회류 표 6.4 소용돌이, 선회류에의한펌프의영향 6-9

108 6. 펌프장의구조 흡입수조의대표치수예 본절에서는흡입수조설계의참고자료로서각종대표치수예를열거해둔다. 이들자료는흡입수조만으로시점을정해수치를결정하고있기때문에실제로는다른구속조건에의해이기준치수를만족할수없는경우가있다. 그때는조건에대한대책 ( 와류방지벽등 ) 을고려하면좋다. 입축펌프및입축흡입관 ( 그림 6 7, 표 6 5) 저면간격C C치수를크게하면저면으로의수중소용돌이는없게되지만공기흡입소용돌이가돌아와서수조용적도증가한다. 또한너무작더라도흐름이빠르게되어펌프성능에영향을준다. 펌프구경d의.0d, 벨마우스지름 D0 의 0.75D0정도가적당하다. 더구나피트의아래에슬러지가모일염려가있는경우는 C치수에그에상당하는여유를가한다. 몰수심S S치수는공기흡입소용돌이를기준으로결정되는값이지만과대유량에서운전이있을경우캐비테이션의한계를검토한후에결정할필요가있다. 배벽간격 B B치수는작게하면공기흡입소용돌이는회피할수있다. 너무가까우면후벽으로부터수중소용돌이가발생한다. 또한흡입손실도증가한다. 표 6 5 호칭경과각기준치수값 ( 입축펌프 ) B D B2/2 B2/2 B2 d B2/2 S V C B3 그림 6 7 펌프의흡입조 펌프구경 mm 벨마우스구경 ( mm ) ~ ~ ~ , ,00 800, ,450,000,650,200,800,350 2,000,500 2,200,650 2,400,800 2,600 2,000 2,800 저면간격 C mm ( 표준 ) ,000,00,200,300,400 수심 S mm ( 표준 ) ,000,200,300,500,600 2,000 2,300 2,400 2,600 2,800 3,000 배벽간격 B mm ( 표준 ) ,000,00,300,500,650,800,950 2,00 주 ) 피트의아래에진흙이쌓일염려가있는경우에는저면간격치수에상당하는여유를가할것. 위의치수는개퍅치이며유속등을고려하여상세결정한다. 6-0

109 6. 펌프장의구조 일반적으로.0~.d 정도가적당하지만간격이넓은경우는선회류방지의격리벽을설치한다. 수중소용돌이의발생은벨마우스주위의흐름이관계된다. 즉벨마우스와배벽반격 B 과측벽간격 B2 와의비 B/B2 의영향이크다. 수중소용돌이에대한벨마우스의적정위치는 C 치수에의해다르지만, 표준적인 C 치수에대해서는 B/B2 = 0.5 정도가적당하다. 흡입관상호의간격 B3 는 3.0d 이상이표준이다. 2 경사흡입관, 수평흡입관경사또는수평흡입관의경우는그몰수깊이를, 크게취할필요가있다.( 그림 6 8, 그림 6 9) S.5d S2 2.5d d d θ 30 C.5d~.0d (a) 그림 6 8 경사흡입밸마우스 D=.43~.33d (b) C2.25d 그림 6 9 수평밸마우스 와류방지벽흡입수조의형상이어떤구속조건 ( 예를들어토지수용조건, 건옥조건, 기기배치조건등 ) 으로부터이상적형상, 여러치수가얻어진경우에공기흡입소용돌이, 수중소용돌이, 선회류를막기위해와류방지벽을설치한다. 와류방지벽에는각각특징이있고, 그용도로형에따라다르기때문에목적을명확하게해서적정히사용하는것이대단히중요하다. 토출수조는펌프토출수의맥동과, 기장본체의진동이토출통관에전달되는것을막고, 제방의안전성을확보하기위해설치되어있다. 또한토출관로말단의속도수두는그대로에너지손실이되기때문에관로말단에확대관을설치하여유속을느리게한다. 토출수조의상단의높이는, 펌프동시시동시의최고상승수위에대해서안전한높이로하고, 또한펌프급시동시의물의과도현상, 이상홍수등과관련배수통문, 통관이횡단하는제방 ( 계획제방 ) 의높이이상으로한다. 6-

110 6. 펌프장의구조. 주로수중소용돌이방지 표 6 6 와류방지벽의형태, 특징및용도 (/3) No. () 형특징용도 () 흡입관과배벽의사이의공 간이클때의, 흡입관하류의선 회류를 방지하고, 선회류에 따 르는소용돌이의발생을방지한 다. 단, 이와류방지벽을설치해 도 배벽거리가 너무크면 공기 흡입소용돌이를 발생하는 경우 가있다. 흡입관하류의선회류와소용돌이의방지 배벽과의간격이작고수중소용돌이가발생할때의선회류를방지한다. 흡입관직하의선회류와수중소용돌이의방지 (2) (), (2) 의복합형선회방지에우수한성능을가진다. ()+(2). (3) 저면간격이크고수중소용돌이가발생할때의선회류를방지한다. 흡입관직하의선회류와수중소용돌이의방지. (4) (5) 저면부근으로부터흡입구로향하는흐름의정류와흡입관직하의와류의국소적집중을방지한다. 펌프주위의선회류의방지효과는작다. 흡입관직하의수중소용돌이방지. 6-2

111 6. 펌프장의구조 2. 주로공기흡입소용돌이방지 표 6 6 와류방지벽의형태, 특징및용도 (2/3) No. 형 특 징 용 도 (6) 선회류, 몰수깊이부족에의해발생하는흡입관하류의공기흡입소용돌이를방지한다. 단, 선회류의방지는불가능. 흡입관하류의공기흡입소용돌이의방지. (7) 각종조건에의해수면에소용돌이의발생이예상되는경우, 판, 또는다공질의소용돌이방지판으로소용돌이를방지한다. 수면의공기흡입소용돌이의방지. (8) 표면유속을억제하고, 공기흡입소용돌이의원인이되는후류소용돌이를억제한다. 펌프주위의선회류방지의효과도있지만취부위치가적정하지않으면판의후류의난류가펌프흡입흐름에영향을주어, 펌프의성능이떨어지는것도있다. 흡입관하류의공기흡입소용돌이의방지펌프주위의수면파방지. 측벽측의수면부근에도흐름을만드는것으로공기흡입소용돌이를단절한다. 공기흡입소용돌이의방지. (9) (0) 플로트식 (8) 의개량형. 수위에의해전벽 ( 플로트식 ) 을상하시켜적당한위치에조정시킨다. (8) 과동일. 플로트슬라이더구 6-3

112 6. 펌프장의구조 3. 복합형소용돌이방지 ( 수중소용돌이와공기흡입소용돌이방지 ) No. 표6 6 와류방지벽의형태, 특징및용도 (3/3) 형특징용도 (), (6) 의복합형. 선회류와공기흡입소용돌이의방지를행한다. 흡입관하류의공기흡입소용돌이방지및수중소용돌이방지. () (2) 후벽이넓은경우에발생하는공기흡입소용돌이를, 흡입관후부의흐름을어지럽히는것으로단절한다. 수위변화가크고펌프주위에선회류가있을때에사용한다. 공기흡입소용돌이방지. 수중소용돌이방지. (3) 펌프의주위의선회류방지와수면과흡입구를연결하는긴소용돌이의도중을파이프에의해분단한다. 공기흡입소용돌이방지. 수중소용돌이방지. 6-4

113 6. 펌프장의구조 시험목적수중소용돌이의발생 공기흡입소용돌이의발생 스크린상류까지포함한광역의유동상태 표면파, 조파저항 표 6 7 모형시험상사칙 유속일치 Vm=Vp Qp 상사식비고흡입벨마우스부근의선회류에기인 Qm Lm = ( ) 2 중간유속일치 Lm Vm= 해서, 유속일치가경험적으로채용되고있다. 수면부근의중력과관성력의영향 ( 프라우드수일치 ) 과수중부의흐름의영향 ( 유속일치 ) 을같이받기때문에중간의값을채용하고있다. 자유표면을가지는유동상태에는, 중력과관성력의영향이크기때문에프라우드수와일치시킨다. 여기서 Vm: 모형의유속 Vp: 실펌프의유속 Qm: 모형의유량 Qp: 실펌프의유량 Lm/Lp: 모형비 Lp ( ) 0.2 Lp Qm Lm =( ) 2.2 Qp Lp 프라우드수일치 Lm Vm= Qm Qp ( ) 0.5 =( ) 2.5 Lp Lm Lp Vp Vp 경사각 θ 는반사파가인접한펌프토출관단에직접향하지않는각도로하여 2 대의펌프토출관단간의중앙부부근으로향하도록한다. 더욱이토출수조내의수심과의관련으로유속이빠르게되는경우에는경사각 (θ) 을크게한다. 좋지않은반사파 양호 θ 사이폰배관과진공펌프에의한만수를필요로하는경우, 토출관단 ( 또는플랩밸브 ) 을 LWL보다 200mm이상수몰시킨다. 토출통문 통관 B V L.W.L L 수조저경사 θ L2 L2 L2 L B D L.5D B 2.5D L2 2.5D θ 20 L 20 m /s 잔유유속에의한에너지손실과수류에의한토출벽으로의충격을작게하기위해, 토출관단에끝이넓어지는관을설치한다. 토출수조내에설치되는플랩밸브의반입설치에대한작업성과보수관리면에서필요한경우, 각락과점검용사닥다리를설치한다. 그림 6 0 토출통문의예 ( 토출통문 통관이토출조의중앙부에있는경우 ) 6-5

114 6. 펌프장의구조 경사각 θ 는 2 ~5 로하여수조바닥은수평으로하지만, 토출수조내의수심과관련하여유속이빠르게되는경우에는경사각 (θ) 를크게한다. V 2 수조바닥수평 토출통문 통관 L L 2 L B B L L.5D L 2 2.5D θ=.2~5 B 2.5D B 3D V 2 0.3~0.5 m s최대유량에대해서 그림 6 토출수조의예 ( 토출통문 통관이토출조의측방에있는경우 ) 6-6

115 7. 수격 7.. 수격현상 관로에서, 유속이급격하게변화하고, 이것에의해관내의압력이과도적으로변동하는현상을수격현상 ( 워터해머 ) 라하고, 주로다음과같은경우에생긴다. 펌프기동시 2 펌프정지시 ( 동력소실시 ) 3 밸브개폐시또한, 유속변화는펌프의기동 정지외속도제어와밸브제어에의해서도생기기때문에, 운전제어와관련지워생각하면, 표 7 와같이된다. 수격현상에의한압력상승과압력저하의크기는주로유속의변화 ( 펌프의기동 정지의방법, 회전수변화의정도, 밸브개폐시간 ) 와관로길이에의해결정되고, 관로의상태, 펌프특성, 구동기의종류등에의해다르지만, 일반적으로는정전에의해펌프가급정지하는경우수격현상이, 가장문제시되는경우가많다 수격작용에의한허용압력 수격현상에의한압력변동의허용범위는, 통상다음과같다. 압력상승 : 기기 관로의최고허용압력 2 압력저하 : 수분리현상을허용하지않는경우는계산상부압을 -6m 정도로한다. ( 수주분리현상이발생하는 - 0m 에대해서계산오차를고려해서 -6m 로하고있다.) 단, 부압에대해서는, 대구경강관의경우에는찌그러짐에대한문제를고려할필요가있다. 표 7 운전제어와수격현상의관련 수격현상의내용 ( 원인, 대책등을포함 ) 운전시동운전중보통정지트립 셀비우스장치등의순간정전대책 ( 재시동 ) 가변속펌프의속도변화율 밸브개폐에대한통상시동 정지 가변속펌프를저속으로유지하고, 밸브개 속도제어관련의수격현상 밸브개폐에따른수격현상 역지밸브관련수격현상 펌프의트립시밸브의폐쇄역지밸브없는경우 ( 전동유압로타리밸브 ) 역지밸브의슬래밍 ( 급폐역지밸브 ) 바이패스완폐역지밸브관로중의공기가관로중의미소공기정체영향을주는입축펌프의공기빼기불량수격현상공기밸브수주분리현상이따르는수격현상플라이휠그외서지탱크에어챔버 제속도제어 어밸브제어 7-

116 7. 수격 7..3 수격작용에의한피해 압력상승에의해관로혹은펌프, 밸브등의기기가파손한다. 2 압력저하에의해, 관로가파손된다. 3 펌프토출측에역류방지밸브등역류대책이없는경우, 역류 역전에의해펌프 구동기에기계적사고가발생한다. 4 수주분리현상혹은공기밸브가동작해서생긴압력변동은, 압력의상승 하강의움직임이심하고, 압력이허용되어도배관 기기가진동하는소음이되어나타나는경우가있다 펌프송수계에생기는수격현상 ) 역지밸브가없는경우 ( 그림 7 참조 ) 제 단계 ( 정전 정류 - 펌프작용범위 ) 펌프동력이급히소실하면, 펌프는, 그중의물을포함한펌프자신및구동기의회전부의관성에의해회전을계속하지만, 그에너지는, 양수에소비되기때문에, 펌프의회전수는급속하게저하한다. 이것에의해펌프의토출량이급변하고, 관로내의유속을유지하려하는수류의관성작용과함께펌프직후의압력이저하한다. 이때의압력저하의크기는, 회전부의관성효과 (GD 2 ) 와, 관로내의수류의관성작용에의해결정된다. 펌프가더욱감속하고, 펌프직후의압력이다시계속내려가면, 펌프는정회전하고있으면서양수불능으로되고, 수류는정지한다. 펌프직후의급격한유량변화의결과로서토출관로내에는, 정상압이하의수격파 ( 압력파 ) 가생긴다. 2 제 2 단계 ( 정전 역류 - 펌프제동범위 ) 수류의정지후, 역류가시작되고, 정회전하는펌프가수류의저항이되어, 펌프직후의압력은상승하기시작한다. 제 단계에서발생한압력저하파가, 토출조에서반사하고, 압력상승파가되어펌프직후의압력에가해져, 상승을계속한다. 펌프의회전수는, 역류에의한제동작용에의해한층급속하게저하하고, 결국펌프는정지한다. 3 제 3 단계 ( 역전 역류 - 수차작용범위 ) 정지한펌프는, 역류에의해, 수차상태로되어역전을시작한다. 역류량의증가와함께펌프의역전도가속되어, 결국은무부하의수차로서일정한무구속속도의안정상태에도달한다. 이안정상태에서의역전속도와역류량은, 펌프의 Ns, 관로의손실수두 (H f ) 에따라변하지만, 일반볼류트펌프는, 역전속도가규정속도의 0~30%, 역 관내수두의흡입조수위에대한비 (%) 최고압력선동수구배최저압력선관로종단 중점 토출조 규정회전수 압력 유량에대한비 (%) 관로중점의압력 펌프압력 펌프유량 펌프제동범위펌프작용범위 펌프회전수 수차작용범위 동력소실후의경과시간 (S) 그림 7 동력차단후의과도현상 ( 토출측에역지밸브가없는경우 ) 7-2

117 7. 수격 2) 역지밸브가있는경우 ( 그림 7 2 참조 ) 역지밸브가있으면, 제 2 단계의역류개시와거의동시에역지밸브가닫히기때문에, 역류는거의생기지않는다. 펌프는토출관로와차단된물의가운데에서회전을계속하지만, 관성력을잃어얼마안있어정지한다. 제 단계에서의압력저하에의해생긴압력저하파가토출조에서반사해압력상승파로서역지밸브의 2 차측에도달할때에는, 통상역지밸브가폐쇄해있기때문에, 역지밸브의 2 차측에서급격한압력상승이생긴다. 이때의압력상승치는, 관로계의손실수두 (Hf) 에도의하지만, 정상상태로부터저하한정도만큼압력이상승한다. 실제로는, 역지밸브의밸브몸체가폐쇄하기에시간이걸리기때문에역류개시후에폐쇄하는것이많고, 역류를급격하게차단하기위해서생긴압력상승분이더하여진다. 역지밸브의폐쇄가늦어지면, 상당히큰역류량으로되며역지밸브가닫히면, 압력상승은현저하게증대한다. 역지밸브의폐쇄후는, 압력은관로의길이, 지름, 관재질에의해결정되는일정주기로상승과저하를반복하면서감쇄하고, 결국, 정상상태로된다. 역류방지밸브를설치한경우의수격에의한압력상승을허용치내에잡아두기위해역지밸브를완폐식역지밸브로하고, 다른유압구동의제어밸브를설치, 인위적으로역류량을제어해서압력상승을완화시키는경우가있다. 제 단계에서의압력저하는, 관로와펌프의특성에의해결정되기때문에, 제어밸브의목적은, 주로제 2 단계이후의역류의현저한증대를방지하고, 또한압력상승을억제하면서완만하게역류를그치게하는것이다. 관내수두의흡입조수위에대한비 (%) 최고압력선동수구배최저압력선관로종단 중점 토출조 규정의회전수 압력 유량에대한비 (%) 밸브 2 차측압력 펌프유량 펌프회전수 동력소실후의경과시간 (S) 그림 7 2 동력차단후의과도현상 ( 토출측에역지밸브가있는경우 ) 3) 토출밸브폐쇄후에펌프를정지하는경우 ( 보통정지 )( 그림 7 3 참조 ) 토출측에제어밸브를설치하고, 펌프정지전에이토출밸브를폐쇄하면, 수류가차단되어유량이변화하고, 수류의관성작용으로압력이저하해압력파를생기게한다. 이압력저하파는토출조에서반사하고, 압력상승파로되어돌아온다. 펌프의송수관이짧은경우는, 압력상승파가토출밸브까지돌아오기까지의시간이짧기때문에, 이사이의토출밸브의개도변화량이작고, 압력상승치도작다. 송수관이대단히긴경우와, 토출밸브의폐쇄속도가대단히빠른경우에는, 토출밸브폐쇄후에압력상승파가돌아오기때문에큰압력상승이발생하고때로는배관계에문제가될정도의압력상승을초래하는것도있다. 7-3

118 7. 수격 관내 60 수 40 두의 20 흡입 00 조 80 수위 60 에 40 대한 20 비 0 (%) -20 최고압력선동수구배최저압력선관로종단 중점 토출조 200 규정밸브 2차측압력 50 의회 00 전수펌프유량 50 밸브개도압펌프회전수력 0 유 -50 량에 -00 대한 -50 비 (%) 밸브폐쇄개시후의경과시간 ( s ) 그림 7 3 동력차단후의과도현상 ( 토출측에밸브가폐쇄된경우 ) 7..5 수격현상의해석 이전에는도식해법에의존한수격해석은, 현재아래와같은장점을가진특성곡선법에의한컴퓨터해석이주류를이루고있다. 파동에대해서성립하는편미분방정식의일반적인수치해석에의해, 기초방정식의미소항을생략하지않은, 컴퓨터해석에적합한차분방정식이유도되어있다. 2 파동의전반의불연속성을충실하게취급하고있기때문에계산결과의정도가높다. 3 수두손실, 관로의구배의영향등을용이하게프로그램에넣어둘수있다. 4 복잡한관로계, 혹은수주분리와같은특수한문제의적용이용이하다. ) 기초식과특성곡선법관로내의비정상시의운동방정식및연속방정식이, 수격현상의기초식으로서유도되어있다. H V V fv V g + +V + χ t χ 2D =0 α 2 V H H +V +Vsinα+ g χ χ t =0 H: 기준선으로부터의정수압 V: 유속 (m/s) χ: 거리 (m) t : 시간 (s) a: 압력파의전달속도 (m/s) g: 중력가속도 (m/s 2 ) D: 관내경 (m) f : 마찰계수 α: 관로의기준선에대한경사각도이런기초방정식으로부터, 이하와같은 C + ( 하류로향하는파 ) 와 C - ( 상류로향하는파 ) 의 2 조의상미분방정식이유도된다. 7-4

119 7. 수격 g dh dv g fv V () + + Vsinα+ =0 α dt dt α 2D dχ = V+a (2) dt g dh dv g fv V Vsin α+ = 0 (3) α dt dt α 2D dχ = V - a dt (4) C + 여기서의 C + 와 C - 의최초식 () 과 (3) 은, 각조의 2 번째의식 (2) 와 (4) 가만족되어있는경우만성립한다. 이방정식을차분방정식에변환해서컴퓨터를이용해서푼다. 그림 5 56 의 χ-t 격자에서, A 점과 B 점의압력, 유량에의해시간 t 후의 P 점의압력, 유량은, C + 특성식과 C - 특성식을연립시키는것에의해구해진다. C - t+3t t+2t t 상류단하류단 χ χ χ=at t+t t C - t t C + C - C + 그림 7 4 x-t 격자와특성선 관로를분할한각계산점전체에대해서이계산을반복해가는것에의해, 관로전체의상태가계산된다. 2) 경계조건수격현상을해석하는것에는, 관로내의조건식외에펌프, 밸브등의기기의동작상태를나타내는조건식 ( 경계조건 ) 이필요하다. 펌프및전동기의회전부분의관성의방정식은다음과같다. dω GD 2 dn M=I = dt 375 dt 여기서, M: 펌프의토크 (kgf m) I : 펌프 전동기의회전부의관성 2 차모멘트 ω: 회전부의각속도 GD 2 : 관성효과계수 (kg m2 ) N: 회전수 (min - ) 회전수가시시각각변화해갈때각회전수에대한펌프특성 ( 압력, 유량, 토크의함수 ) 이필요하다. 이것은정회전정류, 정회전역류, 역회전역류의영역에걸친전반특성을나타내는것이고, 다음의관계가있다. H : f (Q, N) M: f2 (Q, N) 이런펌프특성은근사식또는테이블로처리된다. 7-5

120 7. 수격 3) 간이계산도표실제의복잡한관로계를정확하게또는신속하게해석하는경우는컴퓨터를이용한특성곡선법에의한해석이최적이지만, 비교적단순한관로에대해서최저압력 최고압력이어떤가를검토하는경우에는간이계산도표를이용하면편리하다. 동력소실에의한펌프급정지시의수격현상의계산도표를그림7 5~7 7에나타낸다. 이계산도표는송수관로계의펌프급정지시에서의수격현상을해석하는경우에사용가능하고 펌프직후의압력저하 2 송수관로의중간점의압력저하 ( L지점 ) 3 송수관로의 3 2 L지점의압력저하 4 4역류개시시각에대해서나타내고있다. 또한송수관로의저항 (hpl= Hl / H0 ), 0%, 30%, 60% 에대해서나타내고있다. 4) 간이계산도표에의한수격계산 펌프의요항 Q0 : 펌프의수량 (m 3 / min) H0 : 펌프의양정 (m) Ha : 실양정 (m) Hl : 관로손실 (m) N0 : 펌프의회전수 (min - ) ηp : 펌프의효율 P0 : 펌프의축동력 (kw) γ: 유체의비중량 [ 밀도 ] (kg /l) 2 펌프의축동력과축토크의계산펌프의축동력 0.63 γ Q0 H0 P0 = (kw) 펌프의축토크 ηp Po M0 = 974 (kgf m) No 3 펌프계의관성계수의계산 K = 375 M0 GD 2 N0 GD 2 : 관성효과계수주 : 도식계산의편의상, K 값의계수를 87.5 로하고, 상기값의 /2 의값으로서취급하고있는서적이있기때문에주의할필요가있다. 7-6

121 7. 수격 송수관로저항 : 0% ρ= H (%) ρ= H (%) k μ 그림7 5 펌프직후의최저압력 H (%) ρ=0.5 송수관로저항 : 0% 2ρ= H (%) k μ 그림7 6 /2 L 지점의최저압력 7-7

122 7. 수격 ρ=0.5 송수관로저항 : 0% H (%) ρ= H (%) k μ 그림7 7 3/4 L 지점의최저압력 송수관로저항 : 30% H (%) ρ=0.5 2ρ= H (%) k μ 그림 7 8 펌프직후의최저압력 7-8

123 7. 수격 H (%) ρ=0.5 송수관로저항 : 30% 2ρ= H (%) k μ 그림7 9 /2 L지점의최저압력 ρ=0.5 송수관로저항 : 30% H (%) ρ= H (%) k μ 그림7 0 3/4 지점의최저압력 7-9

124 7. 수격 송수관로저항 : 60% ρ= H (%) ρ= H (%) k μ 그림7 펌프직후의최저압력 송수관로저항 : 60% H (%) ρ= ρ= H (%) k μ 그림 7 2 /2 L 지점의최저압력 7-0

125 7. 수격 송수관로저항 : 60% 2ρ=0.5 2ρ= H (%) H (%) k μ 그림 7 3 3/4 지점의최저압력 ρ= kp μ 그림 7 4 펌프의역류개시시기 7-

126 7. 수격 ρ= kp μ 그림 7 5 펌프의최대역전시기 ρ= kp μ 그림 7 6 펌프의최대역전시기 7-2

127 7. 수격 ρ= kp μ 그림 7 7 펌프최대역전시기 개략검토의경우의 GD 2 은그림 7 8, 그림 7 9( 펌프 ) 및그림 7 20~ 그림 7 2( 전동기 ) 에의해구해진다 4 송수관로내의정상시의유속계산 υn= Q π 4 D 2 (m/s) D : 송수관로의구경 (m) Q : 송수관로의유량 (m 3 /s) 송수관로의구경이배관내에서다른경우에는등가구경에의해구한다. L D 2 = L/D 2 +L2/D2 2 +L3/D3 2 + L=L+L2+L3+ 관로전장 L, L2, L3 각관로의관장 D, D2, D3 각관로의구경 5압력파의전파속도의계산,425 α= D kγ /2 ( + t ) E s kγ: 액체의체적탄성계수 (kgf/m 2 ) 7-3

128 7. 수격 Es: 송수관로의종탄성계수 (kgf/m 2 ) t: 송수관로의두께 (m) 대표적인관종의 Kγ/E s 는다음과같다. Kγ 강관 0.0 E s Kγ 덕타일주철관 E s Kγ 주철관 E s Kγ 흄관 0.03 E s 더구나송수관로의재질등이도중에변경되는경우에는등가전파속도를구하지않으면안된다. GD 2 (kgf m 2 ) N s =350 N s =280 N s =400 N s =40 N s = 펌프단수 N s =50 N s = H0 N 구경 mm 그림 7 8 양흡입볼류트펌프의 GD 2 그림 7 9 다단펌프의 GD 2 ( 개략 ) 7-4

129 7. 수격 KV 급 KV 급 GD 2 (kgf m2 ) 전동기출력 (KW) 그림 7 20 농형전동기출력 GD 2 선도 GD 2 (kgf m2 ) GD 2 (kgf m2 ) 전동기출력 (KW) 그림 7 2 권선형전동기출력 -GD 2 선도 GD 2 (kgf m2 ) 등가전파속도 L α= L/α +L2/α2 +L3/α3+ α,α2,α3 각관로의전파속도 6 송수로관로정수의계산 αυ0 2ρ= gh0 7 압력파의일회왕복시간의계산 2L μ= α 송수관로가도중재질이다른경우등가시간은다음식으로부터구한다. μ=2 (s) Li αi 8K μ값의계산 3과7로부터구한K μ를구한다. 9송수관로의저항비의계산 Hl hpl= 00% H0 7-5

130 7. 수격 이저항비로부터적용선도를선택이때에가장가까운저항비의그래프를선정한다. 만일송수관로의저항이 2개의저항비의그래프의중간에상당하는경우에는전후의그래프로부터수치를읽어보간법에의해, 중간의저항비의압력저하를구한다. 0 상기까지의계산을기초로하여다음 3개의파라메터로부터압력저하를구한다. a 송수관로의저항비 hpl bk μ값 K μ c 송수관로의정수 2ρ 압력변화는펌프직후와중간점 /2L및 3/4L지점에각각나누어져선도에주어져있기때문에각그림으로부터저하압력비 h 를구한다. 2 저하압력의절대치전항에서구한저하압력비 h 로부터실제로발생한압력 H 는다음과같이구해진다. H=h H 0 동일한수순으로송수관로의각점, 즉펌프직후, 중간점, 및 3/4 L지점의압력을구한다. 3 송수관로에압력변화의기입 a 송수관로의종단면의작성다음에전항에서구한압력변화를송수관로의종단도에기입해서송수관로전장에걸친압력변화와송수관로의관계를조사한다. b 최저압력선의작성송수관로의종단도에저하압력을펌프직후, 중간점 /2L, 3/4L지점마다에기입하여, 이런저하압력을스무스한곡선으로결합하면최저압력선이구해진다. c 최고압력선의작업압력상승은수격의방지방법에따라다르지만, 근사적으로는 2 에서구한최저압력선을토출수조의수위의기준에동일지점에서저하하고있는압력분 (-H) 만큼플러스측으로상방에가산하는것에의해구해진다. 그림7 22은송수관로의종단도에최저압력선과최고압력선을기입한것이다. 최고압력선 HL +H +H½L +H¾L 토출수조 WL H0 -H 송수관로 B HV -H½L 최저압력선 -H¾L C WL A 7..6 수격작용의방지책 그림 7 22 송수관로도에의압력변화기입 수격현상의발생에의해, 압력변동이허용치를넘을것이예상되는경우에, 대책을취할필요가있다. 대책으로서는표 7 2 에나타내었으며, 각송수설비및수격현상에대해서적합한방법을선택한다. 7-6

131 7. 수격 표 7 2 수격작용의방지책 (/3) 방지책플라이휠 ( 펌프회전부의관성효과를증가한다 ). 별치식플라이휘일장치와커플링겸용형이있다. 유니버셜서지탱크 원웨이서지탱크 효과와특징 () 펌프회전수의저하율을작게해서유속의감소정도를내리는것에의해압력저하를완화한다. (2) 압력상승의방지에도효과가있다. (3) 설비가간단하고, 보수관리도용이하다. (4) 신뢰성이높다. () 송수관내압력이저하하면, 연락관을통해서물을보급하고, 송수관내압력의저하를경감한다. (2) 압력상승에대해서도유효하다. (3) 구조가간단하고, 밸브의동작등이따르지않기때문에, 신뢰성이높다. (4) 일반적으로토목구조물인것이많다. () 송수관내압력이서지탱크수위보다저하하면, 연락관의역지밸브를열어물이보급되며, 송수관내의압력저하를경감한다. (2) 압력상승의경감에도효과가있다. (3) 수위를동수구배보다낮게하기때문에, 유니버셜서지탱크보다탱크높이를낮게할수있다. (4) 일반적으로토목구조물인것이많다. 주의점 () 입축펌프, 수중펌프에큰플라이휠은장착이어렵다. 수중펌프의경우는, 형식에따라취부불가. (2) 별치식플라이휠장치의경우에는, 펌프설치면적이크게된다. (3) 관로가대단히긴경우에는효과가없다. (4) 큰플라이휠을붙인송수계에서는, 통상의펌프정지시에서도토출밸브를전개하여펌프를정지하는편이좋은경우가있다. () 설치지점 ( 지반고에관계 ) 에제약이있다. (2) 높이는, 동수구배이상을필요로하고, 압력상승시및펌프시동시의업서지가생겨도위험하지않은것이필요하다. (3) 하수의경우, 취기발생의문제있다. (4) 한냉지에서는동결대책의검토가필요하다. () 설치지점 ( 지반고에관계 ) 에제약이있다. (2) 관로형상에따라서, 관로도중의복수개소에설치할필요가있다.( 그림 5.90 참조 ) (3) 부대설비로서, 역지밸브, 급수장치, 오버플로우관이필요하게된다. (4) 역지밸브가있기때문에, 하수에는적합하지않다. (5) 한냉지에서는, 동결대책의검토가필요하다. 7-7

132 7. 수격 표 7 2 수격작용의방지책 (2/3) 방지책 에어챔버 ( 압력공기조, 서지베셀 ) 액면제어장치를가진것 ( 대용량에적용 ) 과, 고무대를내장하고있는것 ( 소용량에적용 ) 이있다. 공기밸브 송수관의구경증대 송수관의부설레벨의변경 자폐식역지밸브 ( 급폐식역지밸브 ) 역지밸브의밸브몸체를급폐시키는방법으로서, 스프링식, 밸브좌경사식이있다. 효과와특징 () 송수관내압력이저하하면, 연락관을통해서압력수를보급하는것에의해, 펌프가서서히정지하는것과 동일한효과로되기때문에, 송수관내의압력저하를경감한다. (2) 압력저하가시작하면동시에동작하기때문에, 관로전체에걸친압력저하의경감에효과가있다. 통상펌프장의직후에 기설치하는것만으로충분하다. (3) 연락관의돌아오는측의손실을적당하게좁히는것에의해, 압력상승을억제한다. (4) 서지탱크에비해, 부지면적도작고, 탱크높이도낮게하는것이가능하다. (5) 강판제탱크이고, 제작이용이하다. () 관내압력이저하하여부압으로되면공기밸브에의해공기가관내에들어와큰부압발생을방지한다. (2) 수도용의규격품이있고, 저가이고간편하다. 정상송수시의유속을내리는것에의해, 수격발생시의유량변화율이작게되고, 압력저하가경감된다. 관로의볼록부등에서부압이큰부분에 대해서, 관로부설레벨을내리는것에의해, 관로에대한압력저하가경감할수있다. () 펌프토출측의역지밸브가폐쇄지연되면충격음을수반하고, 큰압력상승을생기게하기때문에, 스프링등의힘으로폐쇄지연을작게한다. (2) 압력상승은, 실양정의약 2 배로된다. 주의점 () 고무대를내장하고있지않은자유표면형의에어챔버는, 동수구배변동에의한에어챔버내의수위변화및장기간에서의압축공기의물로의용해에의한수위상승에대해, 공기를보급하거나빼기를하기위한액면제어장치가필요하게된다. 이때문에, 전원이필요하다. (2) 소용량의에어챔버는, 고무부를내장하고, 압축공기와물을분리하여용해를방지하는것도있다. (3) 필요에따라사수대책을취한다. () 관내에들어온공기가, 토출수조로부터의실양정에의해송수관내에역류가생겨, 공기가관외로배출된다. 따라서공기밸브가폐쇄할때에역류가급격하게닫혀지는것에의해큰압력상승이생긴다. 압력상승치는, 수주분리의재결합시보다크게되는것도있다. (2) 상수에서는, 찌꺼기의혼입방지등관리방법을검토할필요가있다. (3) 하수등, 막힘이염려되는경우에는적용할수없다. 매설깊이가깊게되는등, 현실적으로는곤란한경우가많다. () 효과는단지폐쇄지연에의해생기는이상압력을방지하는것에국한되며, 수주분리에대한효과는없다. (2) 대구경의밸브에서는밸브판을복수매로해서 매당의밸브관성력을작게하여폐쇄지연을적게할필요가있다. 7-8

133 7. 수격 표 7 2 수격작용의방지책 (3/3) 방지책바이패스완폐식역지밸브자밸브완폐식역지밸브 유압구동밸브 토출밸브의폐쇄방식을두가지다른스피드로한다. 안전밸브 릴리프 (surge supressors) 바이패스역지밸브 ( 흡입측집합관과토출측집합관사이에역지밸브를붙인바이패스관을설치한다.) 효과와 특징 () 주밸브는급폐하지만, 바이패스밸브를천천히폐쇄하는것에의해, 물을 흡입측으로역류시켜토출관로측의압력상승을경감시킨다. (2) 바이패스밸브의폐쇄시간의목표는, 압력파의왕복시간의 5~6 배로한다. () 동력소실후, 유압등의구동장치에의해로타리밸브, 버터플라이밸브를 폐쇄해서, 역지밸브의역할을겸한다. (2) 역류를생기지않도록급폐시킨경우와, 역류를생기게하여천천히폐쇄해서압력상승을경감시키는경우가있다. (3) 대용량 고양정펌프의토출밸브에적합하다. () 밸브를중간개도까지는빨리폐쇄하고, 유량이크게변화하는소개도부분을천천히폐쇄하는것에의해, 유량변화율을작게하고, 압력저하를경감시킨다. (2) 전동밸브의경우는통상소개도부분을폐쇄와정지를반복하는것에의해, 천천히폐쇄시킨다. () 설정압력이상으로되면밸브를열고, 물을빼서압력상승을방지한다. () 동력소실검지시직류구동등에의해밸브를열고, 물을빼서압력상승을방지한다. () 증압펌프장의흡입측관로의압력상승을바이패스역지밸브에의해토출측에물을빼는것에의해, 경감한다. 주의점 () 역류시에, 펌프, 전동기가역전하는것이있다. (2) 완폐식역지밸브에는주밸브완폐식도있지만, 수격대책으로는적당하지않다. 구동력으로서 유압원등의 장치가 필요하다. () 밸브구동부내부에중간개도리미트스위치를요한다. (2) 중간개도의설정치및폐쇄 정지의타이밍은계산에의해구한다. 동작지연에의해, 충분한효과가얻어지지않는경우가있다. 동작지연에의해, 충분한효과가얻어지지않는경우가있다. 흡입측관로의압력상승과토출측관로의압력저하의타이밍에의해충분한효과가나타나지않기때문에충분한검토를요한다. 7-9

134 7. 수격 7..7 수주분리현상 수격현상발생시에최저압력이포화증기압까지저하하면공동이생긴다. 이현상을, 수주분리현상이라부르고, 토출조측으로부터의실양정에의한역류에서공동이소멸할때 ( 수주의재결합 ) 에대단히높은압력이발생하는것이있다. 통상은수주분리현상을피하도록, 필요에따라서대책을취하고있지만, 예를들면화력발전소의순환수펌프계통등과같이, 수주분리를피할수없는경우도있다. 수주분리를허용할때에는, 사전의해석을행해다음에유의하는것이필요하다. 압력상승치가, 기기 관로의허용압력을상회하지않을것. 2 포화증기압에의해관로가파손될염려가없을것. 3 기기 배관의서포트 ( 지지 ) 가견고할것. 압력이허용되더라도, 수주분리가따르는수격현상에서는압력변동이상하로심하기때문에기기 배관의진동에의해소음이발생하는경우가있다 그외수격현상 ) 펌프체절시동시의공기정체에의한수격현상펌프체절시동의경우에토출밸브전의배관중의공기정체에의한이상압력상승이발생할위험성이있다. 공기정체의용량에의해압력상승치가변하며최악의경우펌프체절압력의약 8 배이상의압력이발생한다. 이러한압력상승을피하기위해서는설계시공에대한충분한검토가필요하다. 2) 역지밸브의슬래밍시압력상승스윙식역지밸브가, 펌프정지시에크게충격음을내며닫히는현상을역지밸브의슬래밍이라한다. 역지밸브폐쇄시에대소의슬래밍을일으킨다. 특히, 병열운전시의펌프 대가트립하는경우와토출측에에어챔버를설치한펌프가트립한경우에격한슬래밍이생겨큰압력상승이발생하고따라서그크기를예측하는것이안전대책상중요하다. 슬래밍발생시의압력상승의크기는, 밸브의형태동력손실후역지밸브에서의유속변화율 (dv/dt) 에의해결정된다 수격현상의검토에필요한자료 수격해석을정확히행하기위해서는, 정확한기본조건, 경계조건, 운전조건등의데이타가필요하다. 송수시스템의사양송수계통도, 관로종단도, 액질, 온도, 계획 ( 최대 ) 송수량, 표고 2송수관로사양관의재질, 내경, 살두께, 길이, 저항계수, 허용압력 3펌프의사양형식, 토출량, 전양정, 회전수, 축동력, GD 2 ( 펌프및원동기 ), 병열운전대수, 운전조작조건 4밸브의사양종류, 구경, 폐쇄속도, 조작조건, 저항특성 5수조의사양, 설치위치흡입수조 ( 수위 ~HWL, LWL) 토출수조 ( 수위 ~HWL, LWL, 수중방류 or 대기방류 ) 서지탱크 ( 수위, 치수, 연결관의형태 ) 에어챔버 ( 수위, 용량, 치수, 연결관의형태 ) 공기밸브 ( 규격, 사이즈 ) 7-20

135 8. 기초 직접지반의위에만드는직접기초와기초지반에충분한지지력이없는경우에채용하는항기초가있다. 어느쪽이든기기만을지반에서직접지지하는것이다. 기초의중량에대한개략적표준으로서, 펌프 전동기의경우, 기계총중량의 3~5 배, 디젤기관의경우 4~6 배가일반적으로추장된다. 디젤기관의기초의크기는경험상대강하기로결정한다. 기초의폭 > 3 기관대마루의폭기초의길이 > 2 기관의전장기초의두께 > 5 실린다경 2) 스라브상의기초지반상에건조된토목건축구조물의스라브상에건조하는기초로펌프설비의기초는대부분이방식이다. 기기를스라브위에설치하는경우에는, 기기중량이나수력스러스트를토목 건축구조물로지지할필요가있는경우는말할것도없지만, 디젤기관등, 가진력이큰기기의진동대책, 스라브와기기의체결방법등에유의하는것이중요하다. () 자중 기기의제품중량에윤활유의중량등을가산한운전시의중량이연직하방에작용하나, 펌프에관해서는흡입수 위위의부분펌프케이싱내의물의중량을가할필요가있다. 스라브상의기초의경우에는기기의기초콘크리트의중량 ( 비중량은 2.4ton/m 3 로추정됨 ) 을가산할필요가있다. 기초에작용하는운전하중으로는, 하기에나타낸것과같은계수를곱한다. 기 기 계수 펌프 전동기 감속기등.2 디젤기관 (6기통이상 ).3 디젤기관 (5기통이하 ).5 배관서포트.2 (2) 전달토크 전동기나디젤기관이동력을전달하는경우에는하기의토크가기초에작용한다. P(kW) P(PS) T=975 =762 N(min N(min - ) (kgf m) - ) 큰마력의디젤기관등은저회전수의경우가많고, 이값이커지므로주의를요한다. (3) 펌프의축추력펌프를운전하면, 임펠러의흡입측과토출측의사이에압력차가발생한다. 거의대부분펌프형식에서는펌프자체로반력을지지하고있으나 2 상식이상의입축펌프에서는스러스트축수의위치여하로축추력을기초하중으로고려할필요가있다. (4) 압력압력에의해생기는힘을기초로지지할필요가있는것은, 하기의경우이다. 펌프의토출압력의반력 스테이볼트가없는신축이음이나가요성관의양측 입력수조혹은압입력이있는수조에접촉하는배관이관통하는벽 입축사류펌프의설치바닥보다도흡입수위측이높은경우의펌프의기초볼트부분 8-

136 8. 기초 그림 8. 기초에걸리는하중 γ 유입관 F = Q υ (kgf) g 유출관 γ F 2 =- Q υ2 (kgf) g γ: 비중량 밀도 (kg/m 3 ) Q : 유량 (m 3 /s) υ: 유속 (m/s) (5) 물의관성력흐름방향이변화하는경우에는위에표시하는힘이작용한다. (6) 플랩밸브나역지밸브폐쇄시의충격력이힘은극히단시간작용하는것으로, 다음에나타내는것이다. 수격작용에의한단시간작용하는힘은, 수격대책의방법에의해큰폭으로변하는것으로하기의값이구조상문제가되는경우에는다른대책을세울필요가있다. 플랩밸브의수평동하중 W= 실양정압력 (kgf/cm 2 ) 밸브구경면적 (cm 2 ) 2 (kgf) 스윙역지밸브의수평동하중 W= 밸브폐쇄후의밸브전후의차압 (kgf/cm 2 ) 밸브구경면적 (cm 2 ) 2 (kgf) 또는 W= 수격발생시의밸브전후의최대차압 (kgf/cm 2 ) 밸브구경면적 (cm 2 ) 2 (kgf) (7) 풍하중 지진하중외건축기초법에이것들의값이결정되어있으므로, 필요한경우에는참조할것. () 콘크리트기기의기초로이용하는것은, 보통콘크리트를기본사양으로해서설계기준강도 (Fc) 는 50kgf/cm 2 이상 240kgf/ cm2까지규정되어있으나, 통상 20kgf/ cm2정도의것을사용한다. 시멘트는포틀렌드시멘트 ( 보통, 조강, 초조강 ) 고로시멘트 (A종, B종 ) 등을이용하나, 알카리반응대책으로저알카리포틀랜드시멘트도사용된다. 골재의최대치수는 20~25mm로한다. 기기의기초콘크리트로는, 레미콘을사용하는경우가많아서, 하기와같은사양으로연습개시부터.5시간이내에가능한 KS마크표시지정공장에발주한다. ( 표준품 ) 또, 콘크리트는타종한후부터상당한강도를발휘하기까지의양생이매우중요함에따라, 충격이나하중을가하면건조가어려우니고려한다. 호칭강도 : 20kgf/cm 2 슬럼프 : 8~2cm 시멘트의종류 : 포틀렌드시멘트 ( 보통, 조강, 초조강 ) 고로시멘트 (A종, B종 ) 등조골재의최대치수 : 20~25mm 단면이큰워커빌리티가얻어지는경우에는 40mm 염화물함유량의한도 : 0.3kg/ m3이하 8-2

137 8. 기초 (2) 배근의개념사용하는철근은 철근콘크리트용봉강 (KS D 3504) 철근콘크리트용재생봉강 및 용접금망 (KS D 3527) 에서선정하여사용. (SD 295, SDR 295, SD 345 등 ) 스라브상의기기의기초에압축하중만을받는것은, 콘크리트의벌어짐을막기위해서 200~300mm 간극의격자상으로 D3 정도의배근을넣으면충분하다. 펌프, 감속기나디젤기관의기초는, 상기벌어짐방지의외에기초볼트부분이스라브에충분히고정될수있도록배려할필요가있다. 다시말해서, 기초볼트가직접슬라브에고정된기초콘크리트를매개로스라브와체결된경우에는, 기초내부의배근이기초볼트가받는인발력을충분히스라브에전달하지않으면안된다. 배근은이형철근을사용해, 정착 이음의최소길이는, SD 30, SDR 30 의경우후크없이 25D (D 는철근의호경 ), 후크부착의경우 20D 필요하다. 그러나, 상기정착 이음길이가확보불가능한경우도많고, 철근동사나매설쇠물과의용접에의해, 강도를확보한다. 또, 철근콘크리트의보강두께는철근경의.5 배이상필요하다. (3) 횡축펌프설치와콘크리트조성비 ( 그림 8 2) 몰타르 화장몰타르 패드 2 차콘크리트 기초볼트공충진콘크리트 설치공법과재료의조성비 명 칭 조성 ( 용적비 ) 경화기간 비 고 2 차콘크리트 시멘트 : 모레 2: 자갈 4 7 일이상 필요에의한조강콘크리트를사용하여일수를짧게할수있다. 패 드 무수축시멘트 : 시멘트 0.8: 모래 2 일 많은펌프의경우이공법은생략하고라이너는직접 2 차콘크리트와베이스간에박아넣는다. 기초볼트공, 충진콘크리트 시멘트 : 모래.5: 자갈 3 7 일이상 필요에의한조강콘크리트를사용하여일수를짧게할수있다. 몰타르 시멘트 : 모래 2 2 일 화장몰타르 그림 8 2 횡축펌프설치와콘크리트조성비 8-3

138 8. 기초 기초볼트의형식으로는, 기초의조건에의해 볼트와콘크리트와의결착력만에의한것 ( 그림8 3 a). 그다지사용되지않는다. 2에콘크리트의압축강도를병용한것 ( 그림8 3 b). 3앵커플레이트를사용한것 ( 그림8 3 c). 으로분류되나, 일반적으로 2가많이사용된다. 기초볼트의설계기준은다음식에의해서도좋다. 의경우 p=p/π l p : 단위결착력 (kgf/cm 2 ) P : 결착력 (kgf) : 볼트직경 (cm) l: 볼트길이 ( 매설부 ) (cm) 재료, 볼트가단단히붙여진상태에서의인장력을 kgf, 볼트재의사용최대응력을,800 kgf/cm 2 π 2 이되면 T=, ( 철사의곡저면적을외경면적의 0.7배로해서 ) P=T로해서, 상기계산식에의해, l=35 d/p가된다. 콘크리트의경우, p=4~2kgf/cm 2 가되나, p=4kgf/cm 2 로하면, l=22.5 d가된다. 이것에넛트의높이, 체부좌의높이를더하면기초볼트의전장 L은대략, L=25~30 d가필요하다. KS에규정되있는기초볼트 (KS B 06) 는형상에서 L형과 J형의 2종류가있고, 회전기계에사용되는기초볼트및기초볼트용구멍의표준치수를표 8 에나타낸다. 또이형철근에나사가공한기초볼트도많이이용되기에표8 2에나타낸다. 그외에, 최근잘사용되고있는것으로폴리에스테르수지계의충진재로콘크리트바닥등에뚫은구멍에이경철근이나전나사볼트를고정시킨케미컬볼트가있다. ( 그림8 4) 이것은, 레진 경화제와골제가들어간유리용기 ( 캅셀 ) 를구멍에삽입하고, 기초볼트를드릴에장착해, 유리용기를삽입하면용기덮개가파괴되고내용물이교반되어 30분에서 시간정도에초기경화하고, 7 시간이상후에완전히경화한다. dø L l S H 그림 8 3 기초볼트형식 8-4

139 8. 기초 표 8 기초볼트, 구멍표준치수표 ,000 ( 회전기계에사용하는경우 ) l S L H , ( 단위 : mm) 중량 (kgf) 표 8 2 이형봉강기초볼트의허용인발력 ( 단위 : mm) 호칭 기초볼트 L 기초구멍 фd 설계부착력 ( 장기 ) kgf {kn} M { 5.5} 760{ 7.4} M { 6.7} 930{ 9.} M ,290{2.6},760{7.2} M ,920{8.8} 2,630{25.7} M ,050{20.} 2,760{27.0} M ,720{26.6} 3,680{36.0} M ,90{4.0} 5,750{56.3} M ,460{63.3} 8,900{87.2} 8-5

140 8. 기초 d L L ΦD ( 볼트타입전 ) ( 볼트타입후 ) 그림 8 4 케미칼볼트 콘크리트와수지의접착력은메이커실험치에의하면 60kgf/ cm2이상확보가가능하며, 하기의타입깊이를확보하면볼트의허용응력에대응한인발에견디지만, 안전율을고려하여표 8 3의값으로설계한다. π 2,600=π(.2~.3 ) 60 L 4 L=5.3~5.55 (mm) : 볼트호칭경 (mm) L : 볼트의타입깊이 (mm) ( 뚫은구멍경은.2~.3 ) 표 8 3 케미칼형볼트의허용인발력 ( 단위 : mm) 호칭 기초볼트 L фd 기초구멍 L 설계부착력 ( 장기 ) kgf {kn} M0 M2 M6 M20 M22 M24 M30 M { 3.72} 570{ 5.58},000{ 9.80},700{6.6 } 2,300{22.5 } 3,00{30.4 } 5,000{49.0 } 7,400{72.5 } 8-6

141 8. 기초 입축사류펌프의경우의기초하중의실례를그림 8 5 에나타낸다. 이중바닥식의경우에서도, 펌프의축추력을지지하는스라스트축수를펌프자체에설치하는경우에는, 원동기바닥에스라스트하중은작용하지않는다. 역지밸브및대부분의밸브에서는중량이외의하중을받침대로지지할수없으므로플랜지에의한접합된배관계전체에흐름방향의수평력을지지할필요가있다. 상식 2상식스라스트는펌프지탱 2상식스라스트는감속기혹은모터지탱 상부바닥에걸리는하중 W=.2 Wd W=.2 (Wr+Wt+Wd) 펌프바닥에걸리는하중 W=.2 (Wp+Wr+Ww+Wd) W2=.2 (Wp+Wr+Ww) W2=.2 (Wp+Ww) Wp: 회전부를제한펌프중량 Wr: 펌프의회전부의중량 Wd: 감속기 모타및각각의가대의중량 Ww: 펌프내물의중량 F t : 펌프스러스트 Wu: π D 2 h 0 3 ( 흡입최고수위가펌프설치면보다hm 높은경우만 ) 4 이때 D (m), h (m), Wu (kgf) 이다. 상식의경우, 펌프의위에취부하는치차감속기나전동기의수직하중은별도가산. W3~W5등에관해서는 8 2항을참조. W W3 W5 d2 d W4 W2 D 그림 8 5 입축사류펌프의기초하중 8-7

142 9. 펌프장의보조기기 주펌프설비를정상적으로운전하기위해불가결한것이고, 주펌프나원동기의형식에따라여러가지보조기계설비가필요하다. 보조기계설비에는, 그목적용도에서이하의것이있다. 만수설비 급수설비 ) 진공펌프임펠러의위치가흡수면보다높게설치된펌프를사용하기위해서는, 펌프동체및흡수관내를만수로하지안으면안된다. 그와같은물을위해서진공펌프는, 총공기량의배출에요하는시간에의해선정된다. 진공펌프는, 일반적으로수봉식진공펌프가사용되고, 그특성곡선은총축에최대진동도 P(m), 횡축에최대공기량 Q ( m3 /min, 표준대기압 20 상태에대해서 ) 를취하면근사적으로직선으로볼수있다. ( 그림 9 ) 진공도 m 풍량 m 3 /min 그림 9 진공펌프의특성곡선 2) 진공펌프의마중물시간 T = L A Q T: 마중물시간 (min) A: 관의단면적 ( m2 ) Q: 최대공기량 ( m3 /min) L: 상당관길이 (m) 3) 진공펌프의용량일반적으로대형펌프의마중물시간은 3~5 분이내로하고,,500mm 이상의대구경펌프나배기량이많은설비에관해서는 5~0 분이내로한다. 용량의결정에관해서는자가발전설비가과대하지않게검토한다. 9-

143 9. 펌프장의보조기기 ) 봉수펌프펌프의용량은주펌프의형식, 설치대수에따라필요수량을계산하고, 설치조건 ( 흡상혹은압입등 ) 을검토한후결정한다. 사용수는, 상온청수가좋다. 봉수량대형펌프의그랜드봉수량 q /min 대충계산해다음식으로구해진다. q = 0. q: 봉수량 ( /min) : 펌프대수 : 스리브외경 (mm) 30(Pe /N) /3 Pe: 원동기의소요출력 (PS) N: 펌프회전수단, 실제흐르는양은팩킹의신구, 조임새의가감등에따라다르다. 2소요압력소배관계통의손실을더해, 주펌프의접속부가 0.5~정도되도록계획한다. 2) 윤활수펌프입축펌프의수윤활수중베어링에윤활용의청수를주입하기위해사용된다. 소요수량 ( 보호관있는경우 ) q2=0.25 q2: 주수량 ( /min) 펌프대수스리브외경 (mm)( 스리브외경은전기, 봉수펌프의항참조 ) 냉각수나펌프축수윤활수로서상수나 2 차처리수가이용불가능한경우에는, 이물질나모래를가능한제거해야한다. 원수수질과용도에따라하기와같은사항에주의할필요가있다. ( ㄱ ) 펌프축수의윤활이나축봉수용에사용되는경우에는, 모래나실트분의혼입이접동부의마모에큰영향을가하므로, 각각의혼입이극히작은것이좋다. 입경이 0.5mm 정도이하의입자를제거하는것에는여과기를사용하거나침전소를설치할필요가있으므로, 모래나실트분이많은원수의사용은피하는것이좋다. 가는모래나실트분은사이클론세퍼레이터나스트레이너로의제거는불가능하다고생각하는것이좋다. ( ㄴ ) 배수기장등, 강우초기에다량의쓰레기가한번에밀어닥치는경우에는, 원수취수구에넷트식의제진기기의도입이가장유리하고, 최근대규모배수기장에사용되고있다. ( ㄷ ) 모래, 실트분이나큰쓰레기를제거한후에는, 각각의용도에따라요구되는범위의쓰레기를제거한다. 일단의쓰레기의혼입에대하여서는, Y 형, U 형등의스트레이너를사용하나, 어느정도의쓰레기를연속적으로제거하기에는, 단식혹은복식의대형바켓트스트레이너가필요하다. 더구나다량의쓰레기를제거하는경우나, 생력화하고싶은경우에는, 오토스트레이너를사용한다. 각종스트레이너내부에는쓰레기등은보착하기위해서망 펀칭메탈이나웨지와이어의 ( 엘레멘트 ) 가장비되어있고, 망목의조밀함은 25.4mm 의길이에목의수 ( 메시 ) 로표시한다. 엘레멘트의유효과면적은구경면적의수배이고, 저항을적게하는것과함께목이막힌경우에압력으로금속망이파손되지않게적정의보강을세운다. 또, 표준적인금속망의메시와선경은표 9 에나타낸다. 9-2

144 9. 펌프장의보조기기 표 9. 평직금강의메시와선경 mm mm % 메시 선경 목의열림 공극율 주 상기선경은대표적인값을나타낸것이다. (a) 펌프축수, 치차감속기의윤활유계통 00~20메시 (b) 각종압유장치 60~00메시 (c) 고무축수용윤활수계통 40~50메시 (d) 그랜드봉수계통 40~50메시 (e) 쿨러용냉각수계통 6~20메시 Y 형스트레이너, U 형스트레이너구조가간단해배관내에삽입가능하다. ( 그림 9 2, 그림 9 3) 2 복식스트레이너절환코크에의한편측의엘테멘트에유체를통과하면서다른방향의엘레멘트의청소가가능하다. ( 그림 9 4) 3 오토크린식스트레이너외부의핸들은회전하는것에의해내부엘레멘트를취출하지않고청소가가능하다. 9-3

145 9. 펌프장의보조기기 그림 9 2 Y 형스트레이너 그림 9 3 U 형스트레이너 그림 9 4 복식스트레이너 그림 9 5 오토크린스트레이너 9-4

146 0. 기기의도장 도장은기기의방청, 방식, 미관부여및유지등과설비의식별, 위험의표시를위하여실시한다. 도장수명은표면처리의정도에따라크게좌우된다. 도장작업중에도, 표면처리는가장중요하다. 표 0 표면처리의종류 정도 방법을나타낸다. S.S.P.C SIS 표면처리의정도 SP-5 SP-8 SP-0 SP-6 Sa3 Sa2 /2 BSa2 /2 Sa2 흑피, 그외의온갖부착물은완전히제거한다. 흑피, 와그외의온갖부착물은대부분완전히제거한다. (95%) 표 0 표면처리의종류 정도와방법 기초조사의방법 ( 작업수순 ) 주철강판철골류 대량으로유지가부착된경우에는용제로세정한다. 2 주형사를스케일러로제거한다. 3 흑연, 러스트, 그외의부착믈은쇼트블라스트혹은센트블라스트로제거한다. 대량으로유지가부착되어있는경우에는, 용제혹은증기혹은알칼리로세정한다. 2 용접시의스파트, 슬러그등을스케일러혹은고속공기정으로제거한다. 3 흑피, 러스트, 그외의부착물은센드브러스트, 산세등으로제거한다.( 소면적에서표면의평평한것은샌더로제거해도좋다.) SP-3 SP-7 SP-2 St3 CSt3 St2 CSt2 고착흑피이외를제거하고극소한러스트가있어도천으로문질러부착되지않는정도 고착흑피이외를제거하고, 극소한러스트층은있어도좋다. 흑연, 주형사, 절삭유유지, 마킹오프제, 더스트, 떠있는흑피, 부유러스트는제거한다. 유지, 그외의부착물을용제혹은박리제로제거한다. 2 주형사를스케일러및와이어브러시로제거한다. 3 흑연, 러스트등은전기샌더혹은에어샌더로제거한다. 4 이중케렌 A 의경우, 일절의부착물은용제로세정후압축공기를흡부하거나, 혹은와에스로씻어건조한다. 유지, 그외의부착물을용제혹은박리제로제거한다. 2 주형사를스케일러및와이어브러시로제거한다. 3 흑연, 러스트등은와이어브러시로제거한다. 유지, 그외의부착믈은용제혹은박리제혹은증기로제거한다. 2용접시의스파트, 슬러그, 등은스케일러혹은고속공기정으로제거한다. 3흑피, 청등온은전기센더혹은에어센더로제거한다. 4이종케렌 A의경우, 일절의부착물은용제로세정후, 압축공기로흡부하거나, 혹은와에스로씻어건조한다. 유지, 그외의부착물은용제혹은박리제로제거한다. 2흑피, 러스트등을와이어브라시로제거한다. 여기서말하는흑피는, 강판에대한밀스케일, 주조품에대한흑연을지칭함. SSPC:STEEL STRUCTURES PAINTING COUNCIL ( 미국 ) SIS:SVENSK STANDARD SIS ( 스웨덴 ) 0-

147 0. 기기의도장 ) 도장계의용도각종도장계의공정 용도를, 표 0 2 에나타내었으나, 사용환경이나액질등에의해, 도료나도장회수를변경하여야한다. 스테인레스제품, 비철금속, 도장품은, 통상도장하지않는다. 콘크리트매설배관은도장하지않는경우도있으나, 콘크리트와의부착성이좋은징그리치프라이머나타르에폭시수지도료는콘크리트매설부분도도장하는경우가많다. 표 0.2 도장계의용도 도장계공정도료용도 프탈산수지계 표면처리하도 상도 징크크로메이드러스트방지코팅 ~2 회프탈산수지도료 2~3 회 일반의대기부 주펌프, 부속기기, 보조기기, 장내주배관, 주밸브등의외면감속기, 원동기의외면 페놀수지계 표면처리하도 상도 징크크로메이드러스트방지코팅 ~2 회페놀수지도료 2~3 회 경미한화학물포함공기 ( 오수처리장등 ) 주펌프, 부속기기, 보조기기, 장내주배관, 주밸브등의외면감속기, 원동기의외면 에폭시수지계 표면처리하도상도 징크리치프라이머 회에폭시수지도료 2~3 회 화학물포함공기및장기방식 주펌프, 부속기기, 장내주배관, 주밸브의외면감속기, 원동기의외면도이것에준한다. 염화고무계 표면처리하도상도 징크리치프라이머 회염화고무계도료 2~3 회 바다인접지역 주펌프, 부속기기, 장내주배관, 주밸브의외면감속기, 원동기의외면도이것에준한다. 타르에폭시수지계 표면처리하도상도 타르에폭시수지도료 회타르에폭시수지도료 ~2 회 수중부, 접수부 주펌프, 밸브, 보조기기류의내면부입축펌프의양수관내외면 주배관내면및접수 에폭시수지계에서두꺼운막두께를요하는경우에는 후막형에폭시수지도료 가사용된다. (80~20μ/ 회 ) 상수용으로는, 타르에폭시에대해서, 수도용에폭시수지도료 0-2

148 0. 기기의도장 2) 도막두께도막두께와조기열화율의관계를, 그림 0 에나타내었으며, 25μm 이하에서는, 어떤결함이있는가를표시하고있다. 강재의내용년수와도막의관계에관해서는, 그림 0 2 의영국에서의실험예가있다. 파선에의해보이듯이하도는소재표면의조도를완전하게균일한정도의것이되도록하려면, 최저, 40 미크론은필요하다. 표면온도가큰경우에는, 그것에대한막두께를크게해야만한다. 강재의도장의경우에는, 보호막으로 75~00μ(3~4 회칠 ) 도막두께가필요하나, 이것들은노출조건에의해현저히좌우된다. 예를들어부식이현저한조건의경우에는, 당연히큰막두께가필요로한다. 일반적으로필요한막두께를환경별로나타내면, 표 0 3 과같다. 조기노화율 (%) 막두께 (μm) 그림 0 도막두께와조기열화율의관계 조기열화율 (%) 해퐁 주 : 그림중의점은각각종류가다른도료를같은두께로시험, ~2 매의평균을나타낸것이다. 여기서내용연수는평면부분에대한발청면적이 0.5% 가된소위, 최적도장교체시기까지의경과년수의의미다. 공업지대 막두께 (μm) 그림 0 2 강재의내용년수와막두께의관계 표 0 3 환경에적절한도막두께 2 3 조건 조금약한부식조건통상의공장지대강한부식조건 필요막두께 75μ 25μ 250μ 도장회수 2~3 회 3~4 회 5~6 회 0-3

149 0. 기기의도장 3) 도료의환경적합성펌프설비에사용되는도료의도막성질과환경에의적부를표 0 4 에나타낸다. 표 0.4 도료의도막성능 환경적합성일람표 비교 항목 형식 내 후 성 도막의성능환경 내 수 성 내 산 성 내알칼리성 내 열 성 일반외부 해퐁노출부 결로건조 고온부 프 탈 산 수 지 계 도 료 80 페 놀 수 지 계 도 료 80 염 화 고 무 계 도 료 80 타 르 에 폭 시 수 지 도 료 70 에폭시 노부 출용 00 수지계도료 침부 수용 00 평가는상대적인것으로, 다음의기준에따른다. : 매우좋다. : 좋다. : 그저그렇다. : 열악하다. : 매우열악하다. 내열온도는, 비교적장기간의내용온도를나타낸다. 0-4

150 . 소음 소음이라는것은 마음에들지않는소리 의총칭으로없는쪽이나은소리이다. 따라서소음은인간의주관적인것으로감각량이다. 이감각을계량하는것은곤란하며우리가규정하는소음은소리의크기를규정하는것이다. 인간의감각은자극에대해서대칭비례한다고말하여진다. 소음 진동등의크기를표시하는경우도대수가이용된다. () 소리의세기소리의진행방향에수직한단위면적을단위시간에통과하는소리의에너지의총량이라하고단위는 W/ m2으로표시한다. 소리의세기의레벨 = 0 log0i/i0(db) I : 소리의세기 Io : 기준량 (0-2 W/ m2 ) (2) 음압음파는공기의농담의파이다. 공기의농담은압력의변화로대기의경우대기압으로부터의압력변화를음압이라부르고, 보통그크기의실효치를이용한다. 소리의세기와음압 ( 실효치 ) 의사이에는다음과같은관계가있다. I = p 2 / ρc I = 소리의세기 (W/ m2 ) p = 음압 (Pa) ρc= 공기의고유음향저항 ρ= 공기의밀도 ( kg / m3 ) c = 공기중의음속 (m/s) (3) 음압레벨음압레벨은물리적인소리의강약의정도를대수로표시한것으로다음과같다음압레벨 Lp = 20 log0p/p0 (db) 0 log0i/i0 (db) P0, I 0 는기준량 P0= (Pa) I 0= 0-5 (W/ m2 ) (4) 음향파워레벨단위시간에음원으로부터반사되는음파의전에너지를음향출력이라하고 P(W) 로표시한다. 음원의중심으로부터 r(m) 떨어진점의소리의세기를 I(W/ m2 ) 라하면, 자유공간 ( 구면음장 ) 에서는다음식으로나타낸다. I = P/4πr(W/ m2 ) 음향파워레벨은음향출력 P(W) 와기준음향출력 P0(W) 에대하는비의대수를취해다음식으로표시된다. 음향파워레벨 LW = 0 log0p/p0 (db) P0 = 0-2 (W) (5) 음향파워레벨과음압레벨의관계 Lp = LW-20log0r- ( 자유공간 ) Lp = LW-20log0r-8 ( 반자유공간 ) 여기서 r은음파중심으로부터의거리 (m) 을나타낸다. -

151 . 소음 (6) 옥타브소리의주파수간격을표현하는언어이다. 귀로소리를들은감각이주파수의 2배의소리를 옥타브라고감지하는것에의해주파수대역을옥타브단위로구분한다. 옥타브는 f(hz) 에서 f2(hz) 까지주파수가변화하는폭을말한다. 소음을검토하는경우, 통상 /옥타브밴드가사용되어중심주파수는 63, 25, 250, 500, k, 2k, 4k, 8kHz의 8밴드로표시한다. 또날카로운탁월한주파수를가진소음원에대해서는 /3옥타브밴드에의해검토하는경우도있다. /3옥타브밴드는 f2 = 2 /3 f 의주파수비를가진 2개의주파수간격을표시한다. 또한각밴드마다음압레벨을표시한그림을스펙트럼이라고한다. (7) 상대레벨음압레벨으로부터옥타브밴드음압레벨을구하는것에사용하는보정치를나타낸다. 예를들면, 음압레벨 90dB의 500Hz에서의상대음압레벨이-20dB이라면 500Hz옥타브밴드음압레벨은 90-20= 70dB이된다. (8) 소음레벨주파수보정회로 A특성 ( 음압레벨을인간의청감특성과합하여보정한특성 ) 의소음계로측정했을때지시읽기라고정의하고, 감각적인음의크기레벨을나타낸다. (9) 암소음대상으로하는소리가없는경우에그위치에있어서의소리를암소음이라고한다. (0) 암소음보정대상으로하는소음과그이외의소음이있을때대상소음이단독으로있을때의레벨을구하는방법대상음 La =0 log0(0 L/0-0 L2/0 ){db(a)} L: 대상음과암소음이동시에발생할때소음레벨 ( 펌프운전음 ){db(a)} L2: 암소음만있을때의소음레벨 ( 펌프정지시 ){db(a)} 펌프로부터발생하는소음은유체소음과기계소음으로나뉜다. 유체소음이라는것은 임펠러로부터유출한후류와케이싱설 ( 혀 ) 내부의간섭에의한회전소음으로그주파수는날개매수 Z 와회전수 N(S - ) 의적 Z N 및그고주파이다. 이성분은맥동현상을일으키는성분과같다. 2 날개유로간이나케이싱내부의흐름의산란에의한와류소음으로광대역에랜덤하게분포하는스펙트럼을가진다. 또케비테이션이나스톨현상등에의해펌프가진동 소음을발생하는경우가있으나, 이것은펌프의계획 설계상피해야할문제이다. 기계소음으로서는 임펠러, 축, 축이음등의부조합에따른진동에기초한소음, 2 축수부의회전에따르는소음이다. 다음의펌프의소음의실측례에대해나타낸다. () 횡축양흡입볼류트펌프펌프의사양점부근에서운전한경우소음레벨은그림 처럼현지설치상태에따라측정환경 ( 측정음향 ) 이제각각이나소음레벨과전동기출력간상관관계를확인하여, 그추정에참고한다. 그림 2 는상태레벨을표시하였으며, 동일형식의펌프에대하여각각유사한경향을나타내고있다. 그림 3, 그림 4 는,600 kw전동기구동으로기장내소음및소음스펙트럼을보여준다. (2) 입축사류펌프입축의경우펌프부는수중에들어가기때문에펌프기장내에서는전동기또는엔진이나감속기에의한소음이된다. 그림 3 과그림 4 는,600KW 전동기구동으로기장내소음및소음레벨을표시한다. (3) 입축볼류트사류펌프펌프본체가지하, 전동기가 층부분에있는측정예를그림 5, 6 에보여준다. 층의소음은전동기만의소음이다. 또소음스펙트럼의비교에서전동기측과펌프측에서는확실한차이가있다는것이판명된다. -2

152 . 소음 소음레벨 db(a) 전동기출력 kw 그림 양흡입볼류트펌프의소음. 상대레벨 db 토출구경500mm 500mm 500mm 350mm 400mm 250mm ( 상대레벨 )=( 밴드음압레벨 )-(Overall 음압레벨 ) / 옥타브밴드중심주파수 Hz 그림 2 양흡입볼류트펌프의소음상대스펙트럼 그림 3 입축사류펌프의소음 -3

153 . 소음 음압레벨 db 음압레벨 db 그림 4 입축사류펌프의소음예그림 5 입축사류펌프의소음예 펌프로부터 m의소음전동기로부터 m의소음 / 옥타브밴드중심주파수 Hz 특특성성 그림 6 입축볼류트사류펌프의소음예 (4) 수중모터펌프수중에서발생하는소음이수중으로부터공기중에전파될쯤수면에서반사되기때문에크게감소한다. 그림 6 8 과그림 6 9 에측정례를보여준다. 지상의소음은토출배관으로부터방사되는유체음이지배적이다. 소음스펙트럼에서도펌프의 Z.N 주파수의 차와 2 차가현저하다. 또, 피트상에건옥이있는경우, 수중펌프의운전에의해핏트내물에전해진압력파가핏트을진동시키고건물벽으로전파한다. -4

154 . 소음 그림 7 수중모타펌프의소음예 소음레밸 db /3 옥타브밴드중심주파수 Hz.8m 3 /min min - 55kw 그림 8 수중모타펌프의소음예 특특성성 그결과고체전파에의해건물벽면으로부터소음이발생하기때문에주의가필요하다. 전동기소음은그구조 ( 예를들면전폐내랭형, 방적보호형, 전폐외선형의순으로소음은크게된다.) 극수나출력에의해서소음치가달라진다. 전동기에서발생하는소음의종류는다음의 3 가지로크게분류된다. 통풍소음 ( 팬음, 닥트음등 ) 2 기계소음 ( 회전자의언밸런스에의한진동음이나축수부음등 ) 3 전자소음 ( 고정자회전자의고주파자속상호간의간격에의한진동음 ) 전동기소음은통상무부하운전시의수치로나타나기때문에실부하와무부하의소음차를고려할필요가있다. 소음에대해서는일반적으로무부하시의소음치 +5dB(A) 를실부하시소음치로하고있다. -5

155 2. 진동 한개의점이시간의경과와함께또는특정상태를반복하는것을진동이라한다. () 조화진동 ( 단현진동 ) 변위 x가시간 t에대한정현또는여현관계의상태로변화하는것이므로다음식으로나타내어진다. x = Amcos (ωt+ф) x = Amsin (ωt+ф) Am: 진동 ( 변위최대치 ) ω: 각속도 ф: 초기위상변위x가 2π/ω에대해서동일한상태로되돌아가므로주기T=2π/ω(S) 가된다. (2) 진폭 ( 변위 ) 진폭Am 은변위의최대치를표시한다. 진폭의크기는 2Am 이고, 이것을전진폭 ( 혹은 peak to peak) 이라한다. 전진폭에대하여Am은편진폭을말하며, 단위는 μm=/000m로표시한다. (3) 진동속도 (V) 단위시간당변화량을표시한다. 단위는cm /s혹은mm /s로표시한다. dx d = Am sin(ωt+ø) dt dt { } =Am ωcos(ωt+ø) 진동속도의최대치 ( 피크치 )V는, V=Am ω이다. (4) 진동가속도단위시간당속도변화량표시 d2x d = Am ωcos(ωt+ø) dt 2 dt =-Am ω 2 sin(ωt+ø) 진동가속도의최대치 ( 피크치 )A는, A=Am ω 2 이다. 진폭, 진동속도, 진동가속도의관계는진폭이최대일때진동속도는 0이다.( 그림2 ) 또한진폭이주파수와관련일정하면진동속도는주파수에비례하여증가하고, 진동가속도는주파수의 2승에비례하여증가한다. 2-

156 2. 진동 Am 진폭 ( 변위 ) χ=am sin wt Am w 진동속도 V=Am wcos wt -Am w 2 진동가속도 A=-Am w 2 sin wt (5) 진동가속도레벨 (VAL) 진동가속도의크기를나타내며, 다음과같이표시한다. VAL = 20 log0arms/a0 (db) Arms : 진동가속도의실효치 Arms = Am ω 2 ( 단진동의경우 ) 2 A0: 기준진동가속도 (0-5m s2) 그림 2 진폭 속도 진동가속도의관계 (6) 진동레벨 VL (db) 진동가속도레벨에인간의감각보정을더한것이다. VL = VAL + : 감각보정량진동레벨의주파수범위는 ~90Hz이고진동규제법에규제되는공해진동레벨은지면에수직한방향의진동레벨을말한다. 2-2

157 2. 진동 진동의발생원은하기와같은여러가지가있으나, 주기성이있는진동에관해서는, 설계단계에서건축 토목구조물이나기기의고유진동수와공진하지않도록고려해둘필요가있다. 입축사류펌프등에서마루아래치수가긴것은, 바닥아래부분의고유진동수에서도충분히주의하고, 공진하지않도록한다. ) 펌프에의한진동 회전체의부조합펌프만이아니라감속기나유체이음등회전체는, 부조합에의한진동을필히동반한다. 2 압력맥동펌프의회전수 : N, 베인매수 : Z 라하면, ZN 의주파수로압력맥동발생이그것에의해진동한다. 이경우에펌프자체는물론, 그것에연결된배관에서도공진하는경우가있고, 특히강관으로배관하는경우에는주의를요한다. 2) 디젤기관에의한진동 주로하기의주파수의진동이발생하나, 대형펌프구동용으로사용하는중저속의기관에서는 /2 차와 차가마루와공진할가능성이높다. /2 차 (N/2/60 Hz) 차 (N/60 Hz) 3 차 (3N/60 Hz): 6 기관 4 차 (4N/60 Hz): 8 기관여기서 N 은기관회전수 (min - ) 바닥이상기주파수에서공진하지않도록설계하나, 수천 PS 의대형기관을사용하는경우에는기관의바로아래에토목구조의기초까지연속한벽이나기둥을배치, 강성을높여야한다. 또, 중소형의경우에는방진마루반상에기관을설치해바닥에대한진동을경감하고, 또공진주파수를변화시키는방식을채용하는것도유효하다 진동수가회전수와일치하는경우 이경우주된원인은직결불완전, 설치부연약, 회전체의불평형, 공진현상, 축수불량을들수있다. () 직결불완전에의한진동 ( 표 2 ) (2) 설치부연약에의한진동 ( 표 2 2) (3) 회전체의불평형에의한진동 ( 표 2 3) (4) 공진현상 ( 입축펌프에발생 )( 표 2 4) (5) 축수불량에의한진동 ( 표 2 5) (6) 그외원인에의한진동 ( 표 2 6) 2-3

158 2. 진동 표 2 직결불완전에의한진동 원 인 발견법 발생조건 특징등 대 책 A. 직결불량취부불량. 축이음부에서축심확인을한다. 2. 건물이나펌프의기초콘트리트등에균열이없는지조사한다. 3. 취부지반부등침하, 지진충격등에의한불안이없는지조사한다. 축심의재조정 B. 정지시는직결이양호하지만, 운전하면축심이틀림. 펌프토출측에신축이음등이있어펌프를운전하면그곳이크게움직이는것은없는가? 2. 토출관을지지하는콘트리트에틈이생기지는않는가? 3. 펌프를운전하면상반이움직이지는않는가? 4. 펌프를운전하면그랜드에서다량의물이분출하지않는가? 또는반대로공기를흡입하지않는가? 5. 펌프정지직후에축심틀림은없는가? ( 고온액의경우 ). 축이음구조변경 2. 신축이음등움직이는이음에스테이볼트등을달아움직임이펌프가축에영향을주지않도록한다. 3. 주배관을콘크리트로둘러싸서움직이지않게한다. C. 플랜지형플랙시블축이음고무에서의불균일또는고무에서의과도한접촉압력. 축이음볼트의고무외경이균일한지조사한다. 2. 축이음볼트고무부분이너무두꺼워서축단수에삽입이어렵다. 3. 축이음의볼트고무가너무길어축단수에삽입후넛트를잠그면고무가압축해서그삽입상태가불완전하게된다. 축이음의고무치수가적정한것을사용한다. 표 2 2 취부부연약에의한진동 원 인 발견법 발생조건 특징등 대 책 A. 기초연약에의한공진. 진폭은축수등축주위보다작지만, 기초상에상당한진동이전해져그것이기둥이나, 들보부근에서급격히감쇠된다. 2. 기초에도펌프회전수와일치한주파수진동이있다. 3. 펌프를정지하고있어도주위의펌프류를운전하면정지하고있는펌프에상당한진동이전해진다.. 기초보강 2. 펌프회전균형을한층더좋게한다. B. 상반이약하기때문에생기는진동. 진폭은축수등축주위보다작지만상반에상당한진동이전해진다. 2. 상반진동주파수가펌프의회전속도와일치한다. 3. 기초진동은많지않다.. 상반보강 2. 상반내부에몰타르를채운다. 3. 펌프회전균형을한층더좋게한다. C. 기초볼트가느슨해져있다. 또, 기초볼트가유효하게고정하지못한다.. 축수부등의축주위보다작지만상반에도상당한진동이전해진다. 2. 기초볼트부근의기초균열이있다.. 기초볼트를좀더조은다. 2. 기초콘크리트보강 3. 기초볼트추가 2-4

159 2. 진동 원인 A. 축의굴곡 B. 회전체불균형중량 표 2 3 회전체의불균형에의한진동 발견법 발생조건 특징등. 축이음볼트위치의조합을하나씩비켜놓으면진폭치가천천히줄어가고, 장소에따라진동치가큰폭으로저하한다. 2. 고정축이음의경우이음조합면에얇은라이너를넣어직결하면진폭치가변하며삽입하는장소에따라, 진폭치가큰폭으로저하한다.. 진동이취부당초에발생한다. 또는회전체부품 ( 주로임펠러 ) 교환기에발생했다. 2. 축이음볼트일부에추를달면진폭치가변해가고, 부착한장소에의한진폭치가큰폭으로저하한다. ( 마모의경우 ) 대 책. 상기조작에의해진동의가장작은상태를찾아이것이허용치이내이면그상태에서고정한다. 회전체균형의재조정을한다. C. 주로임펠러의마모또는파손에의한불균형발생 D. 임펠러에이물이막힘에의한불균형발생. 진동이서서히크게된다.( 마모 ) 또는갑자기크게된다.( 파손 ) 2. 상기 B2 와같은모양의현상이발생한다.. 펌프진동이갑자기크게되는경우, 또는펌프내부에서소음이발생한다. 2. 토출한압력이저하하고, 호출한수량이감소한다. 3. 전류계, 전력계의지침이이상하게흔들린다.. 임펠러균형의재조정 ( 마모 ) 2. 임펠러의교체 ( 파손 ). 상부케이싱또는맨홀에서내부를점검한다. 2. 이물을제거하다. 3. 임펠러의파손여부를조사한 E. 축수의이상마모에의해축편심운동 ( 특히입축수중축수의경우 ). 윤활수가청정한지조사한다. 2. 윤활수량이정상인지조사한다. 3. 축이음볼트를빼어연결을끊고전동기만을운전할때는진동이발생하지않는다. 4. 펌프를정지하는도중에상당히회전수가저하할때진동이발생한다.. 펌프를분해할때축수를교환한다. 2. 축수마모의원인을조사한다. 2-5

160 2. 진동 표 2 4 공진현상에의한진동 원 인 발견법 발생조건 특징등 대 책 A. 펌프고정부 ( 케이싱그, 상반등을포함한것 ) 의고유진동수와회전수의공진현상 B. 전동기점검대손잡이나제자등의공진현상. 타격법에의해고유진동수를측정하면그것이회전수와일치한다. 2. 전동기만을운동해도펌프쪽에진동이발생한다. 3. 전동기만을운전하고그것을정지하는경우전원을끄고나서부터조금지났을때급격히진동이감소한다. 4. 기초볼트또는전동기부착볼트등을조금느슨하게하면진폭이감소하는경우가많다.. 손잡이나제자등을제거하면진동이멈춘다. 2. 제자가걸려있는방향과진동의크기등에서방향성을검토한다. 3. 손잡이가움직이지않도록손잡이에목편등을설치하면진동이멈춘다.. 전동기대를보강또는연약하게하고펌프고정부의고유진동수를변하게한다. 2. 기초가약한경우는기초를보강한다. 3. 펌프와기초와의사이에방진고무등을넣어고유진동수를변하게한다. 4. 기초볼트나전동기부착볼트등의개수를증가하고, 고유진동수를증가시킨다.. 손잡이와전동기점검대와의사이에흡진고무판등을삽입한다. 2. 제자와펌프와의연결은끊고, 제자만을자립형으로한다. C. 회전수가회전체의위험속도에가깝다.. 수중축수가부분적으로이상마모한경우에발생 ( 일반적으로이것을피해서설계하기때문에이런사태는거의발생하지않는다.). 수중축수를교환한다. 2. 축을두껍게한다. 3. 회전체균형을좋게한다. ( 회전수가위험속도에가까운경우에는균형을취하는것은거의효과가나타나지않는다.) 표 2 5 축수불량에의한진동 원 인 발견법 발생조건 특징등 대 책 A. 축수발청등에의한손상발생. 축수내기름또는그리스상태가변화하지않았는지조사한다. 2. 종래보다운전시발열이많다. 3. 기름또는그리스중에찌꺼기, 스케일등이섞여있다. 4. 축수부에이상음이발생한다.. 축수교환 2. 기름또는그리스교환 3. 물이나찌꺼기침입을방지하는구조물채용 2-6

161 2. 진동 표 2 6 그외원인에의한진동 원 인 발견법 발생조건 특징등 대 책 A. 원동기에서전해지는진동때문에펌프도진동한다. B. 펌프축수내부의섭동부일부분에닫는다. ( 축이다소휘어져있는경우에발생한다.). 원동기진동이펌프진동보다도크다. 2. 원동기축수온도가비정상적으로높다.. 펌프를손으로돌리면일회전에한번씩뻑뻑하게된다. 2. 소형펌프에서는전류계지침이이상하게흔들린다. 원동기점검 보수 축수내부를점검하고그접촉부를제거한다. C. 라이너링과임펠러섭동부와간극이불균일. 섭동부가 2 면이상있는경우일어나기쉽다.. 섭동부간극을균일하게한다. 2. 섭동부구조를일면으로한다 진동수가회전수 R (R 은정수 ) 과일치되는경우의진동 ( 표 2 7) 표 2 7 진동수가회전수정수배와일치하는경우의진동 원 인 발견법 발생조건 특징등 대 책 A. 압력맥동에의한진동. 송수관또는펌프케이싱이 ZN(Z 와바퀴개수 N 은회전수 ) 의주파수에서진동한다. 2. 펌프케이싱의혀부와임펠러외경과의간격이비교적작다. 3. 고속회전펌프에서는소음에동반되는일이많다. 4. 안내깃개수가임펠러의베인개수와동수인지또는 그양자에공약수가있을때 { 후자의경우는 Z 시 (Z 임펠러깃의개수와안내깃개수의최소공배수 ) 의주파수에서진동한다.) 단, 이런것은실험적인것으로실제제품은아니다. 5. 다단펌프에서각단임펠러의깃과혀부분의관계위치가모든단에서동일. 혀부분을잘라내어임펠러와의간극을크게한다. 2. 케이싱또는송수관을보강한다. 3. 안내깃의내경을그라인딩하여간극을크게한다. B. 구르는축수, 발청등에의한손상의발생. 펌프가 PN(P 와구름베어링의볼또는롤러의수, N 은회전수 ) 와일치한주파수로진동한다. 2. 구름축수에발청한다. 3. 운전시에축수부의발열이많다. 4. 축수내의기름또는그리스가열화되었다. 5. 축수부에서이상음이발생하는경우가많다.. 축수교환 2. 기름또는그리스의교환 3. 물이나찌꺼기침입을방지하는구조를채용 2-7

162 2. 진동 그외의규칙성이있는진동 ( 표 2 8) 원 A. 축진동 인 ( 특히디젤기관구동의경우또는장축펌프 ) B. 스라스트축수에스라스트가움직이지않는다. 표 2 8 그외규칙성이있는진동 발견법 발생조건 특징등대책. 축계비틀림진동수를측정한구동기의토크변동주. 축의두께를바꾸거나파수회전수또는회전수 R(R은 2,3,4등의정수 ) 와길일치하는경우이를바꾼다. 2. 축계에비틀림진동의 2. 기어커플링이어떤회전수에서이상음을발생하나조금회전속도가증가하면소리가없어진다.. 횡축양흡입볼류트펌프에보여진다. 2. 일반적으로소음이따르고, 진동보다오히려소음이심하다. 3. 저속도로돌리면 펄떡펄떡 하는규칙적인소리가난다. 4. 축수구조가예하중이작용하지않은구조로되어있다. 5. 스라스트축수의간극이크다. C. 카르만소용돌이에의한. 펌프흡입관주위에물의흐름이있다. 진동이관의고유진동수 2. 펌프흡입관이비교적길다. 와일치해서진동한다. 3. 흡입핏트형태, 흡입관위치가적절하지않다. 4. 카르만소용돌이에의한진동수 (Hz) 의기준 V f=k D 여기서 K= 계수 0.5~0.2 D= 흐름에직교하는방해물의폭 (m, 일반적으로원통관에서는직경 ) V= 유속 (m/s) D. 서징에의한소음진동. 일반적으로규칙적소음을동반한진동 2. 토출측압력계의지침이크게움직인다. 3. 펌프성능이산형특성이되어있고, 토출측송수관에공기의모임이있는경우잘발생한다 ( 특성곡선과비교할필요가있다 ) 완. 축의두께를바꾸든지길이를바꾼다. 2. 축계에뒤틀림진동의완충제를삽입한다. 카르만소용돌이와의공진을피한다. 2. 파이프서포트를견고히한다 3. 파이프고유진동수를바꾼다. 서징이발생하지않는펌프계로한다. E. 오일휘프에의한진동. 일반적으로는회전수가 3.000min - 이상에서발생한다. 축수구조를바꾸는등의대 2. 진동수가회전수 /2이거나, 그근방이다. 책을필요로한다. 3. 특히축수부에서진동이그외부분에비교해상당히심하다. 2-8

163 2. 진동 진동수가불규칙한진동 ( 표 2 9) B. 케비테이션에의한진동 E. 그랜드패킹의과다조임에의한진동 F. 공기흡입에의한진동 표 2 9 진동수가불규칙한진동 원 인 발견법 발생조건 특징등 대 책 A. 부분유량운전에의한. 흡입측및토출측압력을측정하고거기에서구한운. 펌프의토출한수량을 진동 전수량이어느정도인지조사한다. 규정수량의반이증 하에서는상당히진동이크게된다. 이현상은대형펌 가시키는장치를바꾼다. 프중에서회전수가높은펌프에현저하다. 2. 토출하는측밸브류가 2. 양흡입볼류트펌프의규정수량의반이하에서현저하게축이 axial방향으로운동할경우, 그결과베어링등의진동이증대한다.. 흡입측및토출측압력을측정하고이것에서구한운전수량에서케비테이션이발생하는지어떤지를검사한다. 2. 흡입측진공도가이상하게높지않은지를조사한다. 3. 일반적으로상당한소음을동반하지만흡입측압력이대기압이하일때는케이싱코크로부터소량공기를흡입하면소음이감소한다. 4. 토출측밸브를잠궈보면소음이급격히감소하고진폭도작게된다. 5. 토출측압력계의지침이이상하게흔들린다. 전개해있는지조사한다. 3. 바이패스장치를설치하고토출한수량일부를. 토출측밸브를잠그고운전한다. 2. 흡입핏트수위를높게한다. 3. 흡입배관을두껍게한다. ( 흡입관로가긴경우 ) C. 토출측밸브류의진동. 토출측밸브가전개되어있는지조사 ( 밸브가반개일. 밸브의반개운전이필요 경우여기서진동이발생하고, 관로를통하여펌프에 한경우는밸브를콘크리 진동이전해지는경우가있다. 트로감든지, 밸브진동이 2. 토출측밸브를전개하면진동이준다. 펌프에전해지지않도록 3. 토출측밸브에다리가있는경우그설치상태가 한다. 좋은지조사한다. 2. 대구경밸브에서는진동 이발생하지않도록구조 밸브를고른다. D. 펌프의내부에고정부분. 전류계의지침이이상하게흔들린다. 분해및정비 과회전부의접촉또는 2. 금속음을동반하는진동이있다. 내부섭동부의파손 3. 축수에발열이있는경우가많다. 4. 고온액용펌프의기동시발생할가능성이높다.. 소형펌프에서발생한다. 2. 그랜드부에발열이있다. 그랜드볼트를느슨하게한다.. 에어를뺀다. 2. 에어고임을만들지않는배관계로한다. 2-9

164 3 설치 펌프장구조공사의종류를대별하면 기초공사 2 설치공사 3 배관공사 4 전기공사 5 도장. 피복공사로나눌수있다. 또이것공사에부대하여 6 가설공사 7 보기설치공사 8 가대등의강제품설치공사등이있다. () 설치요령 ) 전동기및펌프설치개소의건물기준선에서거리, 고저를실측하고펌프, 전동기, 밸브, 토출관, 벽관통부, 기초볼트홀위치를조합확인하면서먹줄을친다. 2) 기초볼트를매달은상태에서묵심에기초한기기를설치한다. 3) 펌프설치높이 ( 축심또는, 펌프, 플랜지 ) 를정한다. 4) 펌프및전동기의수평, 펌프와전동기의틀린부분을찾아테이퍼라이너로조정해심출 ( 일차심출 ) 을행한다. 5) 평라이너의레벨은 0.mm/m 를기준으로레벨을맞춘다. 6) 기초볼트용홀은압축공기등으로청소하고물로습윤한다. 물은충분히흡수시킨후여분의수분을제거한다. 7) 앵커그라우트를행해양생한다. 8) 기초볼트를가체결한다. 9) 각부테이퍼라이너가잘듣는지가볍게햄머링으로확인한다. 0) 설치기준에따라심출 (2 차심출 ) 과기초볼트를좀더조인다. ) 테이퍼라이너를점용접한다. 2) 펌프에주배관을설치후, 중심확인을행한다. 3) 상반이다소덮이는정도로, 기초와의격간을몰타르등으로그라우팅하고양생한다. 4) 필요에따라화장몰타르사상을행한다. 3-

165 3 설치 (2) 설치순서 ( 그림 3.) 기초대축조 기준선의설정 ( 묵출 ) 평면중심선의묵출 높이묵출 설치기초의점검 기초볼트홀의점검 기초면깍기 펌프가설치 라이너부착 펌프심출 ( 일차심출 ) 기초볼트의고정 상반심출 커플링심출 앵커그라우트 양생 볼트의제거 펌프심출 (2 차심출 ) 라이너의점용접 최종심출 기초볼트재체결 배관설치 심출확인 보기설치 몰타르완성 그림 3 횡축펌프설치순서 3-2

166 3 설치 () 펌프부설치요령 ) 펌프기초가도면처럼정확히만들어졌는지확인한다. 2) 전동기및펌프설치개소의건물기준선에서거리, 고저를실측하고펌프, 전동기, 밸브, 토출관벽관통부, 기초볼트공의위치를조합확인하면서심출및묵타를행한다. 3) 펌프일차심출용팩커또는가라이너를설치한다. 4) 펌프베이스를묵심으로일치시켜가설치한다. 5) 테이퍼라이너또는심으로조성하여펌프베이스 ( 솔프레이트 ) 의일차심출을행한다. 6) 평라이너전부는 0.mm/m 를기준으로레벨을조정한다. 7) 앵커그라우트를행한다. 8) 본패드라이너를설치한다. 9) 펌프본체를펌프베이스 ( 솔프레이트 ) 위에둔볼트로체결한다. 0) 그랜드에부착한심출치구로주축에고정한다. ) 테이퍼라이너또는심으로조정하여펌프의센터링을행한다 (2 차심출 ) 2) 기초볼트를체결한다. 3) 각부라이너의고정상황을가볍게햄머링해서확인한다 4) 라이너를점용접으로고정한다. 5) 펌프베이스 ( 솔프레트 ) 하면및주위를콘크리트또는몰타르로고정하고그라우팅을행한다. 6) 필요에따라기초주위를화장몰타르로완성한다. (2) 감속기, 전동기부설치요령아래는 2 상식이상의경우이고, 일상식의경우는펌프상부에설치, 심출을행한다. ) 감속기, 전동기가대설치위치에팩커또는임시라이너를설치한다. 2) 가대를팩커또는임시라이너상에설치한다. 3) 가대상에감속기. 전동기를설치하고볼트로고정한다. 4) 가대중심과설치중심을합치시킨다. 5) 테이퍼라이너또는심으로조정하고가대와감속기전동기의일차심출을행한다. 6) 기초볼트를고정한다. 7) 본라이너를설치한다. 8) 테이퍼라이너또는심으로조정하고펌프와의 2 차심출을행한다. 9) 라이너를점용접으로고정한다. 0) 감속기, 전동기가대의하면및주위를콘크리트또는몰타르로고정하여그라우팅을행한다. (3) 엔진부설치요령 ) 엔진설치위치에팩커또는가라이너를설치한다. 2) 엔진을팩커또는가라이너상에설치한다. 3) 엔진중심과설치중심을조합한다. 4) 테이퍼라이너또는심으로조정하여엔진의일차심출을행한다. 5) 기초볼트의고정 6) 본라이너를설치한다. 7) 데이퍼라이너또는심으로조정하여감속기와의 2 차심출을행한다. 8) 디플렉션을확인한다. 9) 라이너를점용접으로고정한다. 0) 엔진의하면및주위콘크리트는몰타르로고정하고그라우팅한다. 3-3

167 3 설치 (4) 입축펌프 ( 펌프부 ) 의설치공법과콘크리트조성비콘크리트조성비는그림 8.2 을참조 ) 설치공법 ( 그림 3.2, 그림 3.) 2) 라이너의구성 ( 그림 3.4) 3) 라이너, 팩커의위치 ( 그림 3.5) 펌프베이스 ( 솔플레이트 ) 가라이너 그림 3 2 라이너에의한방법 조정라이너 ( 심 ) 팩커 몰타르 펌프베이스 ( 솔플레이트 ) 그림 3 3 팩커에의한방법 펌프베이스 ( 솔플레이트 ) 테이퍼라이너 플라트라이너 그림 3 4 라이너의구성 가라이너 ( 혹은팩커 ) 펌프베이스 ( 솔플레이트 ) 기초볼트 그림 3 5 라이너, 팩커의위치 3-4

168 3 설치 (5) 입축펌프설치순서 ( 그림 3 6) 기초대축조 기준선의선정 ( 묵출 ) 설치기초의점검 팩커또는임시라이너의설치 기초볼트의고정 앵커그라우트 본패드라이너의설치 펌프의설치 평면중심선의묵출 높이의묵출 기초볼트홀의점검 기초면의깍기 펌프베이스 ( 솔플레이트 ) 의설치. 심출 ( 일차심출 ) 팩커또는임시라이너상에설치한다. 본체를펌프베이스 ( 솔플레이트 ) 상에두고, 볼트를체결한다. 펌프 2 차심출 라이너의점용접 주배관의접속 심출재확인 소배관의접속 그라우팅 화장몰타르 팩커또는가라이너의설치 가대및감속기. 전동기의설치일차심출 기초볼트의고정 본라이너의설치 2차심출 ( 펌프와함께 ) 라이너의점용접 소배관의접속 그라우팅 감속기 전동기 감속기. 전동기가대의설치위치에팩커또는가라이너설치 팩커또는가라이너상에가설치 감속기. 전동기를가대에볼트로조음 심출 그림 3 6 입축펌프설치순서 팩커또는가라이너의설치 엔진의설치. 일차심출 기초볼트의고정 본라이너의설치 2 차심출 ( 감속기외 ) 디플렉션의확인 라이너의점용접 소배관의접속 그라우팅 엔진 엔진의설치위치에팩커또는가라이너설치 팩커또는가라이너상에설치 심출 3-5

169 3 설치 () 펌프축단수의심출기준 ( 그림 3 7) 중심흔들림 측정을위해다이얼게이지를사용 엔진 ( 전동기 ) 다이얼게이지 감속기 ( 펌프 ) 위 기준치 ( 설치시 ) a+a :0.05mm이내 2 아래 a a 면흔들림 감속기 ( 전동기 ) 펌프 다이얼게이지 b-b :0.mm 이내 b b 그림 3 7 중심내기의기준 ( 기준치보다큰값이허용되는경우가있다, 이때는별도지시치에의한다.) 3-6

170 4 유지 보수및관리 펌프기장의보수관리는안정된운전을확보함에있어빠뜨릴수없는중요한작업이다. 일상점검과함께, 정기점검및분해점검을행하고사고방지를도모하지않으면안된다. 여기서는보수에관한기본적사항및그구체적인점검항목, 판단기준, 고장진단에대해서논한다. 기본적항목으로서는 보수관리에서는그기장에맡는점검, 부품교환등최적한빈도간격을고려한정비기준을작성하고, 계획적이며안전하고적절한작업이될수있도록한다. 2 일보 ( 일지 ), 월보등을작성하고기기의점검정비등의내용을기입하고보통기기상태를파악해둔다. 3 설비마다분류한기기대장을작성하고, 점검, 정비및수리, 고장이력을기록정리하고필요할때에바로활용할수있도록해둔다 4 분해용특수공구, 기구는정리하고, 예비품, 소모품등은항상적당량보관하며, 필요할때바로사용할수있도록한다. () 일상점검일상점검에의하여이상개소가조기발견이되고사고를방지하는것과함께, 부품을조기수배를할수있다. 또만일의사고발생때에는원인구명수단으로서도움이될수있다. 일상점검은운전전, 운전중에관찰점검을중심으로촉각, 청각을활용하며, 이상이발견될경우, 필요에대응하여계측기에의한측정을행하고결과는전부운전일보에기입해둔다. (2) 정기점검 개월 ~6 개월점검의경우에는기기의간단한분해청소, 유지류의보충, 볼트재체결등이포함된다. 년이상의점검인경우에는기기분해점검, 정비가주체로하여마모부품의교환, 유지류의교환등을위해일정기간기기를정지하기때문에정확한계획을세워둘필요가있다. 이들점검결과는보고서에정리보관과함께, 각기기의대장에도내용을기입해둘필요가있다. 이상의일상점검및정기점검에관한각기기의일반적인점검항목과주기에대해표 4.~4.4 에표시한다. 점검주기 ( 기간 ) 에대해서는사용환경 ( 수질, 온도, 습도등 ) 및운전상황 ( 시간및주기 ) 에의해달라지기때문에주의를요한다. 또특히용도별로점검내용, 주기가규정되어있는경우가있기때문에그경우는별도규정에의해실시한다. 4-

171 4 유지 보수및관리 표 4 펌프의정기점검항목 점검기간 점검항목 비 고 매 일 개월마다 6 개월마다 ~4 년마다 () 외관점검 (2) 진동, 이상음의유무 (3) 축수온도 (4) 윤활유압 (5) 그랜드부발열 (6) 그랜드패킹에서누수량 (7) 압력계지침 () 축수의그리스, 윤활유의량점검, 보충 (2) 그랜드패킹의마모 (3) 압력계의지침 () 고정부분체결볼트의재체결 (2) 플로우릴레이, 압력스위치, 온도스위치등보호장치의동작확인 () 축수의그리스, 윤활유의교환 (2) 그랜드패킹의교환 (3) 분해점검정비 ( 주 ). 매일점검은년간 2,000Hr 이상연속운전시실시한다. 2. 분해점검정비의기간은운전빈도의대소에의해결정한다. 실온 + 40 이하인가 4.2 () 항참조 실부분의유출점검 회전섭동부의마모, 접액부의부식상황을체크한다. 표 4 2 수중모타펌프의정기점검항목 점검기간 매 일 개월마다 년마다 2~3 년마다 점검항목 () 진동, 이상음의유무 (2) 운전상태 (3) 전류치 () 절연저항의측정 (2) 도통측정 () 온도검지기, 침수검지기등보호장치의상태확인 (2) 외관점검 () 분해점검정비 ( 주 ). 매일점검은년간 2,000Hr 이상연속운전시실시한다. 2. 분해점검정비의기간은운전빈도의대소에의해결정한다. 비 유량, 압력의급격한변화가없는지확인, 정기적으로측정치를기록, 관리. 절연저항치의저하를체크한다. U-V, V-W, W-U, 온도검지기는도통있음온도검지기권선간은도통없다. 도통이있는지확인한다. 펌프를인양하여손상개소가없는지확인한다. 소모품 ( 메카니칼실, 베어링등 ) 의교환마모, 변형, 부식, 노화등의확인을하고보수한다. 고 4-2

172 4 유지 보수및관리 표 4 3 전동밸브정기점검항목 점검기간점검항목비고 매 일 6 개월마다 년마다 3~6 년마다 () 외관점검 () 장기정지시에는수동. 전동으로개폐동작을확인한다. 수동-전동의절환장치도확인한다. (2) 밸브봉의나사부에있는먼지, 더러움을제거하고방청제를바른다. () 개폐기구부의그리스, 윤활유의량, 점검 (2) 그랜드패킹의점검 (3) 리미트스위치. 토크스위치등보호장치의동작확인 () 개폐기구 ( 기어헤드 ) 의분해. 점검 (2) 그리스, 윤활유의교환 (3) 밸브본체의분해 ( 주 ). 매일점검은년간 2,000Hr 이상연속운전시실시한다. 2. 분해점검정비의기간은운전빈도의대소에의해결정한다. 방청제 : 그리스 2 황화몰리브덴 표 4 4 전동기의정기점검항목 점검기간 매 일 개월마다 6 개월마다 점검항목 비 고 () 외관점검 (2) 진동이상음유무 (3) 축수온도 실온 +40 이하인가 (4) 프레임온도 (5) 스립링, 브러시홀더주변의오염제거 () 브러시의상하동작, 길이, 누르는압력의확인 누르는압력은 50~200kgf/ cm2 () 축수의그리스, 윤활유의량점검. 보충 (2) 권선의절연저항 ( 메가옴 ) 의측정 (3) 플로우릴레이, 압력스위치, 온도스위치등 일반적으로 600V이하는 MΩ 600V를넘는것은 3MΩ 보호장치의동작확인 년마다 () 축수그리스, 윤활유의교환 ( 주 ). 매일점검은년간 2,000Hr이상연속운전시실시한다. 2. 분해점검정비의기간은운전빈도의대소에의해결정한다. 4-3

173 4 유지 보수및관리 점검결과의판단은다음에드는각항목에대해서허용치를고려하고허용치를넘는것에대해서는설비납입메이커에상세조사를의뢰하고최종적인판단을내리는것이필요하다. 일상점검에서행하는펌프축붕부에서누수량, 윤활유지량, 축수온도, 및정기적인분해점검을행할때진동, 섭동부의마모량에대해판단기준이되는허용치에대해서술한다. () 펌프축봉부의누수량축봉부에그랜드패킹을사용할때는패킹, 스리브간의섭동열을제거할정도로누수되게하여운전한다최소누수량은아래의식으로나타내는정도이다. 유량조정밸브를조정하여물방울이적하하는상태 (20cc/min 정도 ) 는부적절히조정된것이다. q=0.5d q: 최소젖음량 (cc/min) d: 스리브경 (mm) ( 단스리브경여하에관계없이최소누수량을 20cc/min 으로한다. 또, 참고로서축수, 축봉부의주수압및량에대해표 4.5 에나타낸다. 주수부 수중축수 축봉부 보호관설치라이너링유보호관설치라이너링무보호관무 냉각실설치베어링케이스 표 4 5 축수, 축봉부의주수압및량 주수압 kgf/ cm2 ~2 ~2 0.2H ~2( 기동시만 ) ~2 주수량 l/min 0.d 0.25d 0.06d.2 비고 d: 스리브경 (mm) d: 스리브경 (mm) H; 전양정 (m) d: 스리브경 (mm) 주수량은베어링케이스 개당 (2) 윤활유지류축수나치차에사용되는윤활유지는어느정도의기간사용가능한지에대해서는윤활유지의수명에영향을주는인자가많기때문에정량적으로적당치를나타내는것은상당히어렵다. 단, 일상점검으로서, 그리스에대해서는축수온도의확인, 윤활유에대해서는기름온도, 유면의레벨및기름의오염등을확인할필요가있다. 통상은연속운전펌프에대하여그리스, 기름은 년을표준사용가능기간으로하고있다. 표 4 6 축수용그리스수명계산예 (# 6220 깊은홈볼베어링의경우 ) 축수외륜온도 회전수 min -,000,800 레이디얼하중 kgf 500,000 기본동정격하중 kgf 9,600 그리스수명 h 22,490 3,400 2,30,

174 4 유지 보수및관리 (3) 축수온도축수온도는표면에서측정했을때실온 +40 이하 ( 단최고 75 이하 ) 이지않으면안된다. KS 의허용치를표 4.7 에나타낸다. 온도는각기기에설치된온도계에서확인해야만하나간편법으로서손의촉감에의해개략치를알수있다. 참고하기위해표 4.8 에나타낸다. 일반적으로는손으로만질수있을정도라면동절기를제하고안전하다고생각할수있다. 표 4 7 축수허용고온및허용온도상승 자연냉각식보통윤활유자연냉각식내열성윤활유수냉식강제윤활식보통윤활유표면온도 허용상승온도 ( 주위온도 40 이하의경우, 단, 허용최고온도를상회해서는안된다.) 축수표면에서의경우 느낌약간따뜻하다따뜻하다 메탈온도계감온부를투입측정한경우 협정에의한다. - 표 4 8 표면온도와촉감의관계례 적요온기를느끼는정도따끈따끈한온기를느낀다. 허용최고온도 메탈온도계감온축수표면에서의부를투입측정경우한경우 배유온도 약간뜨겁다뜨겁다상당히뜨겁다상당히뜨겁다 가만히대고있으면손바닥이빨갛게된다. 3~4 초손을대고있을수있다 손가락하나로 3초정도대고있을수있다. 손가락하나로 초정도대고있을수있다. (4) 진동진동의기준치는현지에서의시운전시에측정한데이터를기본으로하고정기적으로측정을행하여, 기준치에서변화상태를관찰하는것이중요하다. 펌프진동의원인으로서는, 유체적원인 : 압력변동, 공기의혼입, 케비테이션, 워터해머등 2 기계적원인 : 공진, 비틀림진동, 회전체의마모및부식, 이물부착, 지반침하에의한중심의어긋남등이생각되어진다. 유체적원인및기계적원인중공진, 비틀림진동등은일반적으로설계단계에서고려해야하고운전개시후진동의원인으로서는상기이외기계적원인이주이다. 이들원인으로발생하는진동은서서히증가해가고파괴등중대사고로연결되는문제가있기때문에진동이증대하는경향이있을때는측정주기를짧게해서특별히감시하는것이필요하다. 운전초기단계에서는볼트의완화도생각되어진다. 급격히진동이증가하는경우에는축수의손상, 이물의혼입, 이물의충돌에의한회전부품의손상등이생각되어지므로점검주기에관계없이분해점검의필요가있다. 진동의목표치를그림 4. 에나타내었다. 4-5

175 4 유지 보수및관리 A: 목표 B: 허용 ( 보수가요망된다 ) C: 운전불가 횡축 B 입축 B 전진폭 ( 000 mm ) 회전수 (min - ) 그림 4 펌프의진동판정기준 (5) 펌프섭동부의마모량섭동부의마모는성능저하, 이상진동, 축수부의발열등운전에지장을초래하기때문에, 분해점검시에진행상황을잘체크하고차기분해시까지허용치를넘을것으로판단되는경우는, 조기에부품교환을행한다. 섭동부의마모에대한영향은 임펠러와라이너링의마모성능저하나이상한진동이발생한다. 2축스리브의마모축봉부에서공기의흡입, 진동, 낙수및축수부의발열의원인이된다. 3 축수의마모기준치이상이되면, 진동발생이나발열등을동반한다. 4 임펠러의마모, 부식마모나부식이급격할때는그것이케비테이션에의한것인지, 그외의원인에의한것인지충분히조사할필요가있다. 케비테이션에의한경우는펌프가진동하고소음을동반하므로일상점검에서알수있는것이많다. 펌프각부의마모한계치를표4 9에나타낸다. 4-6

176 4 유지 보수및관리 표 4 9 섭동부의마모한계치 부품명 임펠러와케이싱라이너 교체목표 C의치가당초설계치의 3배정도로한다. C 해케이싱라이너 임펠러 설 이값이상이되어도성능저하가실용상지장이없는범위면사용해도좋다. 임펠러와라이너링 C 의치가당초설계치의 3 배정도로한다. 임펠러 라이너링 이값이상이되어도성능저하가실용상지장이없는범위면사용해도좋다. d 0.03 정도의마모까지로한다. 단, 상한치는 3~4 mm로한다. 스리브 Ød 패킹에해당하는경우에국부적으로들어간마모부분이되고, 그흠이한쪽측면에서이값이상일때는교환한다. 샤프트와축수메탈 ( 또는고무축수 ) C 의치가당초설계치의 2~3 배정도로한다. 스리브 축수메탈 ( 또는고무축수 ) C 특히큰진동이없으면이값에서다소크더라도사용할수있다. 롤링베어링그랜드패킹메카니칼실오일실 6개월 ~년연속운전으로약년연속운전으로약년 이상음, 진동, 발열등이있는경우는운전시간에관계없이조사측정하고이상이있으면교환한다. 취급액, 회전수, 축봉부압력등에의해다르다 취급액, 회전수, 축봉부압력등에의해다르다 취급액, 충봉부압력등에의해다르다 4-7

177 4 유지 보수및관리 소모품이라는것은, 일반적으로이하의것을말한다. 사용하고있으면감소또는노화하기때문에, 정기적으로보충, 교환을요하는것 ( 유지류 ) 2 마모하는것 ( 섭동부품 ) 3 분해시에손상되기쉽고교환을요하는것 ( 패킹류 ) 소모품사이의시판성이있는것은보관량을최소한으로하고형번호를소모품리스트에기재해두고, 그필요시보충하는것이좋다.( 유지류 ) 소모부품중에서도입수시간이걸리는것, 또그부품이손상한경우운전이되지않는것은예비품으로준비하는것이요구된다.( 섭동부품, 소형밸브류 ), 펌프예비품을표 4 0 에나타낸다. 또, 펌프를구동하는원동기에대해말하면권선형전동기의소모품인브러시관계의부품, 엔진, 가스터빈점화프라그, 연료, 윤활유계통의휠터류는필요예비품으로서보관해두는것이요구된다. 품명임펠러임펠러링라이너링 표 4 0 펌프예비품 적요부식, 마모를일으키기쉬운취급액의경우에준비한다. 임펠러의예비가있을때는임펠러에부착되어있어도좋으나, 복수대의예비를가질때는호환성을고려해서어느호기에도부착가능하게임펠러링단품으로보관해도좋다. 임펠러링이있는것은임펠러링과조로해서예비품으로한다. 임펠러링이없을때는내경에절삭대를남긴것을예비로서보관하고, 교환시임펠러의섭동면을실측해서현합가공한다. 주 축 회전체의유수면이부식, 마모를일으키기쉬운취급액의경우는임펠러, 스리브, 축수등을교환하는빈도가높고, 이들부품이접촉하는주축의표면이상하는일이많으므로예비로한 회전체일식 미리수리일정을정한정기수리의경우와달리, 복구를빨리해야할경우를고려해서예비품을회전체일식으로보관하는것이가능하다 축수 축수메탈롤링축수고무축수세라믹축수 스리브메카니칼실그랜드패킹 O 링가스켓류 연속운전되지않은펌프에서도예측불허의사태를고려해서작더라도 대분의예비품을가지는것이요구된다. 펌프를분해하면재사용할수없는경우가많으므로필요대수분을미리준비해둔다. 예비품을장기간보관하는경우는보관장소로서직사일광이닿지않고급격한온도변화가없는비교적시원하고건조한장소, 소위냉암소가요망된다. 부품에대한주의사항으로는 베어링류 : 시판품은구입한그대로의상태로보관한다 ( 개봉은엄금 ) 2O 링, 고무패킹 : 접어굽히거나당기거나하면그것에응력이걸려노화를빨리하기때문에펴서보관할것 ( 장기보관은피한다.) 3 전기부품 ( 릴레이, 스위치류 ) : 습기는극단적으로좋지않기때문에습기있는곳에서는건조제를일정기간교환하는등특별한주의가필요하다. 4 기계부품 ( 섭동부품등 ) : 전기품과같이습기는좋지않다. 기계가공면에는방청제를도포해서유지등으로밀폐한다. 4-8

178 4 유지 보수및관리 펌프설비에대한보수관리를생각할때펌프의적절한점검시기및부품교환시기를결정하는것위에펌프의고장진단은이후보다더중요성이증대되고있다고생각되어진다. () 고장감시방법펌프에는다양한구조및크기가있어고장감시도대상펌프에가장적당한방법으로행하는것을요한다. 일반적으로는표4 과같은것이있다. 표 4 고장감시방법 [ 고장분류 ] 기계적고장 ( 기능적 ) 유체적고장 ( 성능적 ) [ 고장현상 ] [ 고장감시방법 ] 공진언밸런스미스얼라인먼트축수의마모회전체의접촉회전체의부식실링부에서의누출케비테이션서어징소용돌이의흡입유체적공진 진동 ( 진폭, 진동속도, 진동가속도 ) 음향 ( 소음, AE신호 ) 온도 ( 축수, 케이싱 ) 토출압력 / 유량유면 ( 축수 ) 누수 / 누유전류진동음향토출압력 / 유량전류 (2) 고장진단방법표 4. 감시방법중에가장일반적으로이용되는진동에의해고장진단방법을이하에나타냈다. 계산치 ( 예 : 진폭 ) 에의한진단가장일반적인방법으로각펌프에대해설정된제한치 ( 문턱치 ) 를넘는경우, 이상으로진단한다. 2 진동스펙트럼에의한진단주파수분석을행하고이진동스펙트럼의특징에의한고장요인을추정한다. 이경우, 정상시스펙트럼이이미알려져있으면고장시의진단이용이하게된다. 또, 주파수대역마다제한치를설정하고그레벨에대해감시를행하는것이다. 3 진동트렌드에의한진단진동을시계열로측정하고그결과에서진동변화경향을추정하고이상을조기검지한다. 4 진동벡터에의한진단주로회전체의언밸런스진동을해석하는것에적합하고회전수성분의위상변화에의해이상을진단한다. (3) 펌프잔여수명진단고장진단을펌프설비예방보전이라생각하면남은수명진단은더욱더일보진행한예지보전이다적절한남은수명진단을행하기위해서는이후고장메카니즘및재료의노화메카니즘등을해명해갈필요가있다. 간이적으로는과거의운전상황이나점검이력등을참고로해서펌프본체및각부품의수명을판단하는것이요구된다. 4-9

179 4.6. 펌프 고 장 만수하지않을때 시동되지않을때 물이나오지않을때 규정수량이나오지않을때 시작할때나오는물이곧나오지않게된다 과부하 축수가뜨겁게된다 그랜드부가뜨겁게된다 펌프가진동한다 4 유지 보수및관리 표4 2 펌프고장원인과그대책원인 그랜드부로부터공기를빨아들이고있다. 토출밸브로부터공기를빨아들이고있다진공펌프의상태가나쁠때흡기용전자밸브의상태가나쁠때시동조건이성립되지않다보호회로가작동하고있다원동기가고장나있다 펌프. 흡입관의만수가불충분 흡입. 토출밸브가닫혀있다. 스트레이너나흡입관이막혀있다임펠러에이물질이쌓여있다. 회전방향이반대이다. 공기가유입된다. 수위저하에의한몰수깊이의부족임펠러에이물질이쌓여있다라이나링이마찰하고있다펌프. 흡입관의만수가불충분 공기가유입된다. 회전속도가너무빠르다규정수량, 규정양정에서의회전회전체와케이싱의접촉 흙탕물. 그외의이물질의혼입 그랜드패킹의과다죄임. 구리스의과다주입. 급유부족윤활유의노화축심의고장축수의손상 그랜드패킹의과다죄임 그랜드봉수압력의과대 ( 봉수압에의해패킹이죄여서움직이지않는다 ) 그랜드봉수. 냉각수량의부족임펠러의일부가막혀있다임펠러가파손되어있다토출시수량의과소펌프와원동기의축심의불일치축수의손상 공기의혼입. 캐비테이션 4-0 대 책 그랜드패킹을교환한다또는좀더죈다. 그랜드봉수량을늘인다. 토출밸브을죈다. 수리또는교환한다. 수리또는교환한다. 각조건을확인한다각보호장치를확인한다수리한다전동기. 엔진등의항목을참조다시흡수한다. 흡입관이음. 펌프그랜드부터의공기유출흡입을조사한다. 전부열게한다청소한다이물질을제거한다전동기의배선을수정한다흡입관이음. 펌프그랜드부터공기유출흡입을조사한다흡입관을늘리고몰수깊이를충분히한다이물질을제거한다메이커에수리한다다시흡수한다흡수관프랜지를조사한다. 펌프. 그랜드패킹에의봉수를충분히한다원동기를조정하고규정회전속도에토출밸브의여는정도를조정한다메이커에수리한다흡입핏트를청소한다. 이물질유입방지대책을한다적당한죄임의가감을한다적당한양으로한다교환한다축심을고친다수리또는교환한다한번. 그랜드를느슨하게해서서서히조으고물이밖으로유출하게한다 봉수압을내린다 봉수압을조금올린다. 이물질을제거한다교환한다규정수량부근에서사용한다축심을고친다교환한다흡입수위, 흡입관의개선. 규정수량부근에서사용한다

180 4 유지 보수및관리 전동기 ( 표 4 3) 고 장 회전하지않는다 역회전한다 저속도로회전증속하지않는다 휴즈가끊어졌다 전동기전체가뜨겁게된다 축수가뜨겁게된다 진동이크다 전류과대 전류가불안정 절연저하 전연음이안난다윙윙소리가나나회전안한다 표4 3 전동기의고장원과대책 원 인 대 책 정전접속전선의단선개폐기의접촉불량기동기, 제어기의접촉불량일차권선의단선전압저하기동기의접속간이다르다전선하나의단선고정자와회전자의접촉고정자권선의단선 전력회사에연락한다전선을교환한다재조정한다재조정한다메이커에수리한다전기회사에연락, 부하동력을줄인다배선을수정한다배선을수정한다메이커에수리한다메이커에수리한다 권선형에서는슬리브링과브러시의접수리또는교환한다 촉불량 과부하축수의소손 ( 타서손상 ) 전선의접속간차이 2 차권선의일상단선기동기의접촉불량슬리브링과브러시의접속불량휴즈의용량부족과부하슬리브링과브러시의단락저항기의단락저항을뽑는시기가빠르다과부하전압저하, 불평행냉각공기의통로가막힘급유불량축수의손상진동윤활유의열화축심의불일치축수의손상회전체의언바란스고정자와회전자의접속또는틈간의불균일흠상전압강하에의한과전류 브러시의접촉불량 2 차단락장치의접촉불량케이블의결함파손, 전동기축소손 규정의부하까지내린다 수리또는교환한다배선을수정한다메이커에수리한다재조정한다수리또는교환한다규정의것으로교환한다규정의부하까지내린다재조정한다재조정한다적정속도로저항을뽑는다규정부하까지내린다전력회사에연락한다이물질을제거한다유면계를보고적량으로한다수리또는교환한다원인을제거한다교환한다심을고친다수리또는교환한다메이커에수리한다메이커에수리한다각상의도통을조사한다 다른부하에의한영향이어떤가조사하고, 이상이없으면전력회사에연락한다수리또는교환한다수리또는교환한다수리또는교환한다 4-

181 4 유지 보수및관리 수중모터 ( 표 4 4) 표 4 4 수중모터의고장원인과그대책 고장전류과대전류가불안정절연저하 원인흠상펌프에모래가유입됨에따른과전류전압강하에의한과전류 펌프또는전동기축수소손수중케이블의파손, 전동기소손 대책각상의도통을조사한다펌프를올려서분해. 청소 다른부하에의한영향이있는가조사. 이상이없으면전력회사에연락 수리또는교환한다수리또는교환한다 4-2

182 4.6.4 전동밸브구동부 ( 표 4 5) 4 유지 보수및관리 고 장 전동기가시동되지않음 개폐동작도중전동기가정지함 리미트스위치에의한전동기의정지가되지않음 토크스위치가작동하여도전동기가정지되지않음 현장개도계가돌지않음 원방개도계가돌지않음 시동중에스템의급격한움직임 전원이끊어짐 표 4 5 전동밸브구동부의고장원인과그대책 원 인 전원개폐기의고장서멀릴레이의고장수동핸들의나비볼트가불충분하게체결됨리미트스위치의작동토크스위치의작동 전압저하전동기의고장토크밸브측나사부의닳음스위치밸브에이물의끼임작동토크스위치의설정치가낮다리미트스위치의작동서멀릴레이의작동개도계의지시불량역상운전전자개폐기의고장리미트스위치의설정불량셋팅로드가반환되지않음리미트스위치의치차파손역상운전 토크스위치가마이크로스위치형인경우, 플런저의녹부착 지시샤프트와기어카플링의스크류가이완됨전달기어의스크류가이완축에녹이부착됨배선의부정확발신기와기어축의스크류가이완됨전원불량발신기의고장스템너트혹은록크너트가충분히조여지지않음 전압을조사한다. 수리혹은교환한다. 수리혹은교환한다. 밸브를열어이물을제거한다. 설정치를재조정한다. 재조정한다. 수리혹은교환한다. 재조정한다. 배선을수정한다. 수리혹은교환한다. 재조정한다. 재조정한다. 리미트스위치를교환한다. 배선을수정한다. 토크스위치를교환한다. 수리한다. 대 수리혹은교환한다. 수리혹은교환한다. 체결은완전하게한다. 재조정한다. 원인의제거 수리한다. 수리한다. 배선을수정한다. 수정한다. 전압을조정한다. 수리하거나교환한다. 록크너트를조인다. 책 4-3

183 5 기초데이터 [ 는국제단위계 (SI)] [kg] 단위에대하여힘의단위인 kgf(= 킬로그램중 ) 과, 질량 ( 물질의많음 ) 의단위인 kg 은어느쪽도, kg 에대해서오해하기쉽지만 ( 주 ), 단위로서모두나눈다. 따라서양자는종래부터공존해왔고금후에도계속공존할것이다. 단, 힘의단위인 kgf 는결국폐지되고, 공업계, 일상생활에서도뉴톤 N 만이힘의단위로서사용되고있다. 질량의단위인 kg 은장래도기본단위로서공업계, 일상생활에도사용될것이다. ( 주 ) 과거의힘의단위를 kg 으로, 기록한시대가있다. [ 중량 ] 에대해 [ 중량 ] 이란말은힘 ( 물질에작용하는지구인력 = 중력 ) 의의미로사용되는경우와, 질량 ( 물질의양 ) 의의미로사용되는경우가있다. 전자의의미에서는단위는 [kgf] 또는 [N], 후자의의미로서는단위는 [kg] 이된다. () 길이의환산표 m cm 미터 센티미터 mm 밀리미터 in( ) 인치 ft( ) 피트 척 yd 야드 (2) 면적의환산표 () m2 평방미터 cm2 평방센티미터 in 2 평방인치 ( 주 ) 표중의수치, 예를들면 은 를나타낸다 ft 2 평방피트 평 ( 보 )

184 5 기초데이터 면적의환산표 (2) m2 평방미터 a 아르 ha 헥토아르 (3) 체적의환산표 m3 입방메타 d m3, (l) 입방데시메타 in 3 입방인치 ( 주 ) 표중의수치, 예를들어 는 를나타낸다 ft 3 입방피트 영 gal 영갤론 미 gal 미갤론 (4) 질량의환산표 kg 킬로그램 메트릭톤 t 영톤 미톤 gr 그레인 lb 파운드 kg 킬로그램 kgf s 2 /m 킬로그램중초 2 승 메터 ( 주 ) 표중의수치, 예를들어 는 를나타낸다 5-2

185 5 기초데이터 (5) 유량의환산표 l/s 리터 / 초 m3 /d 입방메터 / 일 m3 /h 입방메터 / 시 m3 /min 입방메터 / 분 m3 /s 입방메터 / 초 cfs (ft 3 /s) 입방피트 / 초 (6) 힘의환산표 N kgf 킬로그램중 (7) 압력의환산표 MPa Pa bar kgf/ cm2킬로그램중 평방센티미터 psi (lbf/in 2 ) 파운드중 / 평방인치 atm 표준대기압 mm 수은주 mm m 수주 m Pa=N/ m2, mbar ( 밀리바 )=hpa( 헥토파스칼 ) ( 주 ) 표중의수치, 예를들어 는 를나타낸다 MPa 메가파스칼 N/mm 2 뉴우톤 / 평방미리미터 kgf/mm 2 킬로그램중 / 평방미리미터

186 5 기초데이터 (9) 일, 에너지및열량의환산표 J kgf m 킬로그램중미터 ft lbf kw h kcal 킬로칼로리 J=N m ( 주 ) 표중의수치, 예를들어 는 를나타낸다 (0) 동력의환산표 kw PS 불마력 HP 영마력 kgf m/s 킬로그램중미터 / 초 ft lbf/s 피트파운드중 / 초 kcal/s 킬로칼로리 / 초 BTU/s BTU/ 초 W=J/s ( 주 ) 표중의수치, 예를들어 는 를나타낸다 () 점도의환산표 Pa s 파스칼초 mpa s 미리파스칼초 P 포이즈 cp 센티포이즈 ( 주 ) 표중의수치, 예를들어 는 를나타낸다 kgf s/ m2킬로그램중 / 평방미터 (2) 동점도의환산표 m2 /s 평방미터 / 초 m m2 /s 평방미리미터 / 초 St ( cm2 /s) 스토크스 cst 센티스토크스

187 5 기초데이터 (3) 온도치와온도의환산식켈빈 (K) = 섭씨도 ( ) 섭씨도 ( ) = 켈빈 (K) =5/9 [ 화씨온도 ( ) -32] 화씨온도 ( ) =9/5 섭씨도 ( ) + 32 =9/5 캘빈 (K) (4) 온도간격혹은온도차로서의온도의환산표 K (5) 비열. 비열용량의환산표 J/(g K) 주울 / 그램 켈빈 4.86 섭씨도 cal/(g ) 칼로리 / 그램 화씨도.8 ( 주 ) 온도치 ( 온도 ) 로서의 온도 와온도차로서의 온도 의구별에주의할것 kcal/(kg ) 킬로칼로리 / 킬로그램 (9) SI 의단위기호의접두어 단위에곱해지는배수 접두어의명칭 기가메가킬로헥토테카데시센티밀리마이크로나노피코 접두어의기호 G M k h da d c m μ n p (6) 열용량의환산표 kj/k 4.86 (7) 열전도율의환산표 W/(m K).628 kcal/ 킬로칼로리 / kcal/(h m ) 킬로칼로리 / 시 미터 (8) 열전달계수의환산표 W/( m2 K) 와트 / 평방미터 켈빈.628 kcal/( m2 h ) 킬로칼로리 / 평방미터 시

188 5 기초데이터 () 물의물리적성질밀도 ρ g/ cm 증기압 P MPa 비열 Cp J/(g K) 점도 μ mpa s 동점도 υ=μ/ρ cm2 /s 열전도율 Ko W/(m K) 온도전도도 a=ko/cpρ cm2 /s 프란틀수 Pr=υ/α 온도 t MPa=0.2kgf/ cm2 5-6

189 5 기초데이터 (2) 금속재료의밀도와탄성계수와열전도율 명 칭 주 철 (GC) 주 강 및 강 판 (SC, SB) 8-8 스 테 인 리 스 강 3 C r 스 테 인 리 스 강 청 동 (BC) 황 동 봉 (BsBM) 아 연 (An) 알 미 늄 (Al) 크 롬 (Cr) 니 켈 (Ni) 수 은 (Hg) 납 (Pb) 주 석 (Sn) 텅 스 텐 (W) 밀도 g/ cm2 7.2~ ~ ~ ~ 종탄성계수 GPa 78~30 75~20 95~ ~20 80~90 70~00 80~30 62~74 200~220 0~7 45~55 ( 주 ) GPa= kgf/ mm2 ( 주 2) W(m K)=0.8600kcal/(h m ) ( 주 3) 열처리방법, 종류등에의해값이바뀌기때문에개략치이다. 횡탄성계수 GPa 28~38 70~84 28~30 27~38 40 정도 23~27 76~ 정도 8 정도 열전도율 W/(m K) 23~4 27~45 25~33 2~5 35 정도 60 정도 (3) 유체의밀도 명 칭 공 기 액 체 산 소 가 솔 린 경 유 중 유 윤 활 유 식 물 성 기 름 동 물 성 기 름 물 해 수 0 % 식 염 수 20 % 식 염 수 밀도 g/ cm (0,760mmHg) ~ ~ ~ 정도 0.9~ ~

190 5 기초데이터 (4) 기체의정압비열용량 J/(g K) (6) 여러고체의선팽창계수 (0~00 사이의평균치 ) 기 체 공 기 ( 건 ) 산 소 질 소 수 소 이 산 화 탄 소 메 탄 산화질소 ( N O) 이산화황 (SO 2 ) 온도 ~72 5 Cp 명 칭 고 무 에 보 나 이 트 콘 크 리 트 슬 래 트 유 리 화 강 암 목 재 ( 섬유에직각 ) 벽 돌 건 축 용 석 재 대 리 석 도 기 a ~ ~ ~ ~ ~ (5) 금속의선팽창계수 (0~00 사이의평균치 ) (7) 액체의체팽창계수 ( 상온에서 ) 명 칭 a 0-4 명 칭 β 0-4 아 연 납 백 합 금 알 미 늄 주 물 주 석 알 미 늄 판 황 동 봉 은 황 동 주 물 동금 니 켈 동 철 안 티 몬 강 주 철 백 금 8-8 스텐인레스강 3Cr 스테인레스강 0.263~ ~ ~0. 에 테 르 펜 탄 클 로 로 포 픔 벤 젠 사 염 화 탄 소 메 탄 놀 알 콜 초 산 석 유 테 레 빈 유 아 닐 린 파 라 핀 유 올 리 브 유 석 탄 타 르 유 산 글 리 세 린 물 수 은 (8) 기체의체팽창계수 기체에대해서일율적으로 273 이다 5-8

191 5 기초데이터 (9) 주물의길이가주형의길이에서축소율 (%) 주조재료 축소율 % 주조재료 축소율 % 아 연 알 루 미 늄 알 루 미 늄청동 안 티 몬 황 동 주 석 ( 사형 ) 주 석 ( 칠드 ) 청동 + 0% 아연.60.7~ ~ 납 청 연 + 0.2% 주석 백 합 금 용 강 주 철 칠 드 주 철 가 단 주 철 주 강 품. 0.3~ ~ ~2.0 (0) 각종공업점도의관계도 ( 그림5 ) ( 주 ) 밀도값은, 동일온도에서점도의값을읽은것이다엥글러도 점도 (Cp) 동점도 = 밀도 (kg/l) 센티스토우크스 레드우드에드머럴티세이볼트루트엥글러도레드우드스텐다드세이볼트유니버셜엥글러초 엥글러초, 레드우드에드머럴티, 세이볼트유니버셜, 휴로그림 5 각종공업점도의관계식 5-9