플랜트 산업 전반에 유체이송을 위한 응용 분야에서 많은 사랑을 받는 원심펌프의 구성 요소와 선정 기준을 플랜트 인사이드에서 집중 조명합니다.
펌프의 개요
먼저 펌프의 개요를 살펴보겠습니다. 펌프는 유체 이송을 위한 장치의 총칭으로 써 용적형과 로터다이나믹으로 분류 됩니다. 분류에 대한 정의는 다음과 같습니다.
로터 다이내믹 펌프(Rotodynamic) : 원심펌프와 같이 임펠러(Impeller)라 불리는 회전 블레이드(Blade)를 통해 액체를 구동하는 방식으로 유체를 회전시키고 얻은 운동에너지를 압력으로 변환하여 유체를 이송합니다. 일단, 다단으로 분류됩니다.
용적형(Positive displacement) 펌프 : 챔임버 내로 흡입 후 가압하여 배출하는 방식으로 스크류, 피스톤, 베인 등이 있습니다.
원심 펌프의 장단점 - 2018.11.14 Update.
대용량의 유량을 이송할 수 있으며 마찰 손실이 적어 효율이 높고 동력 소모율이 낮습니다. 다만 낮은 압력을 요하는 곳에서는 사용상의 주의가 필요하며 압력 변화에 의한 유량 변동을 수반합니다.
용적형 펌프의 장단점 - 2018.11.14 Update.
높은 압력을 지속적으로 유지할 수 있으며 압력 변화에도 유량의 변동이 적습니다. 작은 유량에 적합합니다. 반면 대용량의 유량을 필요로 하는 Application에는 적합하지 않고 손실률이 높아서 효율이 떨어지는 단점이 있습니다.
펌프는 소형, 중형, 대형으로 구분됩니다.
소형
중형
대형
제품의 타입에 따른 분류
Single-Stage pump
Multi-Stage pump
Submersible pump
Axial & Mixed flow pump
Sealless & circulatory pump
적용분야
화학 공장
수처리 공장
발전소
정유공장
의약품회사
식품, 음료, 농업
광산, 제지
원심펌프란?
펌프의 분류 중에서 로터다이내믹에 속하며 영어로 Centrifugal pump로 호칭합니다. 직역하면 원심력펌프라 할 수 있습니다. 이러한 호칭에서 가늠할 수 있듯이 원심 펌프는 임펠러(Impeller)로 유체를 회전시키고 이를 통해 얻은 원심력에 의한 운동에너지를 이용해서 유체를 이송시키는 장치를 뜻합니다. 임펠러의 회전 에너지를 통해 가속과 압력을 받은 유체는 펌프 내부에서 케이싱의 출구(Outlet)를 통해 이동하게 됩니다. 예를 들어 저장 탱크의 유체를 다른 지역으로 펌핑해서 이송하거나 농업용수를 농수로에 공급하는 것을 예로 들 수 있습니다. 일반적인 환경에서 사용되는 원심 펌프는 물 같은 유체를 주로 이송하는 데 사용되지만 화학 공장이나 정유시설에 사용될 때는 염소와 같은 부식성 성분을 가지고 있는 유체의 응용 분야에도 사용됩니다. 이때 펌프의 재질은 내부식성이 있는 스테인리스 스틸 계열의 재질을 펌프 부품으로 적용하게 됩니다.
원심펌프의 일반적인 구조
원심펌프의 일반적인 기본 구조는 다음과 같은 부속품으로 이루어져 있습니다.
임펠러
바디
베어링
펌프 샤프트
실링 (그랜드패킹, 메카니칼씰)
임펠러는 샤프트를 통해 전달된 힘을 직접 전달받아 빠른 속도로 유체를 가속하고 펌프의 성능과 직결된 가장 중요한 부품입니다. 임펠러는 싱글(일단) 더블(다단), 그 이상으로 제작할 수 있습니다. 임펠러의 수량이 많아질수록 토출압력이 향상 됩니다. 단수가 증가할 때 문제점은 진동 또한 증가된다는 점 입니다. 바디는 부속품들의 몸체 역활을 합니다. 베어링은 샤프트의 축방힘을 견디며 회전축의 마찰력을 최소화해 임펠러의 회전시 효율을 증가시키고 빠르게 회전 할 수 있도록 합니다. 실은 스터프 박스에 장착되어 내부의 유체가 밖으로 유출되는 것을 방지하고 기밀을 유지할 수 있도록 합니다.
원심펌프의 선정기준
원심펌프를 선정할 때 고려해야 할 사항은 다음과 같습니다.
산업분류 : 화학공장, 일반산업 등 적용 분야를 확인합니다.
토출압력 : 펌핑하고자 하는 압력에 따라 펌프의 타입에 차이가 있습니다.(일단, 다단)
유체 : 물, 염소 등 성분을 확인해야 합니다. 이에 따라 펌프를 구성하는 부품의 재질을 선정해야 합니다.
유량 : 펌프의 크기를 결정하는 가장 중요한 요소입니다.
온도 : 유체의 온도를 말합니다.
그 외 펌프의 실링 타입을 그랜드패킹으로 할 것인지 메카니컬 실로 할 것인지를 결정해야 합니다. 일반적으로 Leak을 허용하는 응용분야에서는 그랜드패킹을 적용하며 누수를 허용하지 않을 경우는 메카니컬 실을 적용해야 합니다.
원심펌프의 프라이밍(Priming)
원심펌프를 Start-up 하는 과정에서 펌프 내부에 공기가 차 있다면 펌프의 기동에 문제가 발생합니다. 아래 그림처럼 펌프 케이싱의 상부 방향으로 홀이 있는데 이곳을 통해서 내부의 공기를 Vent 하는 것입니다. 충분한 Priming 이 되지않은 상태에서 펌프의 가동시 펌프 임펠러에 급작스런 충격이 가해질 수 있습니다.
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