펌프의 종류와 용도

* 펌프의 종류와 용도

액체를 취급하는 펌프의 종류를 형식별로 대변하면 다음과 같으며 또한 이것은 구조에 따라 "입축", "횡축", "편흡입", "양흡입", "수평 분활형", "단.다단", "고정익", "가동익",  등으로 세분할 수 있다. 

                     

                           

1. 터보형 펌프 : 회전차의 작용에 의해 액체에 에너지를 주는 펌프이다.

   가. 작동원리에 따라

    -. 원심펌프 : 원심력에 의하여 액체에 압력 및 속도 에너지를 부여한다.

    -. 축류펌프 : 양력에 의하여 액체에 압력 및 속도 에너지를 부여한다.

    -. 사류펌프 : 원심력+양력에 의하여 액체에 압력 및 속도 에너지를 부여한다.

    -. 비교 회전도 (Specific Speed) : 터어보펌프 형식을 나타내는 대표치이다.

                                   

                      N : 회전수 ( rpm )

                      Q : 유량 (㎥/min ) - 양흡입 일때는Q/2를 대입

                      H : 양정 ( m ) - 다단일때는 단단양정을 대입

 

   나. 주축의 방향 에 따라 아래와 같이 분류된다. 

    -. 횡형펌프 (Horizontal Pump) : 주축이 수평으로 배열되어 있다. 

    -. 입형펌프 (Vertical Pump)   : 주축이 수직으로 배열되어 있다.

    -. 사형펌프 (Mixed Pump)      : 주축이 경사지게 배열되어 있다.

 

   다. 흡입 형식 에 따라 아래와 같이 분류된다. 

    -. 편흡입 펌프 (Single Suction Pump) - 한쪽으로 흡입한다.

    -. 양흡입 펌프 (Single Suction Pump) - 양쪽으로 흡입한다.

 

   라. 단수에 따라 아래와 같이 분류된다. 

    -. 다단펌프 (Multi Stage Pump)  - 회전차가 여러 개  

    -. 단단펌프 (Single Stage Pump) - 회전차가 한개

 

   마. 케이싱 형상 에 따라 아래와 같이 분류된다.

    -. 볼류트 펌프(Volute Pump) - 토출측에 나선형 케이싱, 안내깃 없ek.

    -. 터빈펌프(turbine pump)   - 안내깃을 가진다.

    -. 바렐형펌프(barrel type pump)  - 바렐을 가진펌프.

    ※.안내깃(diffuser): 회전차에서 생긴 속도 E 를 마찰없이 압력 E 로 

       변화시키는 작용(양액의 교통순경).  

    ※.바렐(BARREL): 고온,고압의 액체를 취급하는 PUMP(특히 발전소용 

       PUMP계통)에는 열팽창 및 압력에의한 인장으로부터 PUMP를 보호하기

       위하여 PUMP CASING 밖에 만들어주는 또하나의 보호 CASING (깡통

       모양 : BARREL).

    ※.RING SECTION PUMP: MULTI TURBINE PUMP의 각 단을 단면으로 볼때에는

       회전차의 윗부분이 단면으로 나타내어진다. 이런 단면을 가지는 

       PUMP를 R.S.P 라 한다.

       

  바. 특수구조인 터어보 PUMP

    * 수중모터펌프(SUBMERSIBLE MOTOR-PUMP)      

      PUMP & MOTOR를 수중에 넣어서 사용할수있도록 만들어진PUMP 이다.

    * 자흡식펌프(SELF PRIMING PUMP)

      별다른 만수장치(PRIMING EQUIPMENT)없이 PUMP 전체로 전원만 넣으면

      흡입이 되게끔 만들어진 펌프이다.

    * 인라인펌프(IN LINE PUMP)

      배관 사이에 설치되게끔 만들어진 PUMP 따라서 SIDE에서SIDE로

      흡토출을 한다. 보통 CLOSE-COUPLED 식으로 제작된다.

    * CLOSE-COUPLED PUMP

      펌프 모타가 COUPLING 없이 동일축으로 운전되는  PUMP 이다.

    * 논클로그펌프(NON-COLGGING PUMP)

      양액중의 고형물이 회전자 내부에 박히지 않도록 설계된 펌프 회전차의

      출구폭은 입구폭보다 크거나같다.

 

   2. 용적형 펌프 : 일정한 공간을 이용하여 PUMPING 하는 형식이다.

    -. 왕복PUMP : 왕복운동에 의해 양액을 압송한다.

    -. 회전PUMP : 회전운동에 의해 양액을 압송한다. (점성액에 좋다)

    가. 왕복펌프

      * PISTON PUMP : 일반 가정용 손펌프와같은 원리의 펌프이다.

      * PLUNGER PUMP : PLUNGER를 이용하여 고압을 얻을수 있기 때문에

        수압 시험용에 많이 쓰인다.

      * DIAPHRAGM PUMP : 고무막(또는 테프론)을 상하로 운동시켜 PUMP작용을

        시키는 PUMP 이다.

      * 윙 PUMP : 핸들을 좌우로 움직여 두개의 방으로 나누어져있는 펌프내 

        의 용적을 교대로 날개에의해 PUMPING 한다.

 

    나. 회전펌프

       * 기어펌프 : 기어의 맞물림을 이용해 흡토출을 하는펌프다.(내치차펌프,

         외치차펌프).

       * 나사펌프 : 나사못을 정,역 회전시킬 때 나사의 접한부분이 전진,

         후진 하는 것을 이용한 펌프,고점도액 및 식품공업에 많이 쓰인다. 

         1엽,2엽,3엽이 있다.

       * 편심펌프(VANE PUMP) : 로터리 펌프등이 있다.

 

   3. 특수형 : 제트펌프, 기포펌프, 수압펌프, 와류펌프 등이 있다.

      가. 와류펌프(VORTEX-PUMP): CASING과 회전차 사이에 압력실을 형성하여

          그곳에서 와류(VORTEX)가 생기게 한다. 이때의 와류가 양액과 

          부닥쳐 토출이 되게끔 설계된 펌프,회전차,깃과 양액의 고형물이 

          접하지않고 토출이 되는 NON-CLOGGING TYPE 이기 때문에 고형물이 

          함유된 액체를 PUMPING하는 경우에 아주 좋다. 

 

 펌프의 종류 와 구조

 1. 펌프란 ? 

  원동기로부터 기계적 에너지를 받아  이 에너지를 액체에 주어  낮은 곳에서     높은 곳으로 액체를 올리거나, 액체에 압력을 가하여 멀리 보내는 데 사용

  물이 가지고 있는 위치에너지를 기계적 에너지로 변환시키는 수차와는 반대의    기능을 가진 기계 로서,  물 또는 기름과 같은 액체를 주로 취급하지만, 때로는    고형물이 섞인 액체, 각종 화공약품 등의 액체를 취급 

 

                         - 펌프와 수차의 비교 -

 

  가. 펌프의 종류 

    1) 작동 원리와 구조를 기준으로 한 분류

    2) 작용하는 부하에 따른 분류

      가) 터보형 펌프(비 용적형)

       ○ 작용하는 부하에 따라 날개의 1회전에 대하여 배출량이 일정하지 않음

       ○ 날개차의 형상에 따른 분류

         - 원심식 : 액체가 날개차의 중심에서 유입되어 반지름 방향으로 유출

         - 경사류식 : 날개차의 경사 방향으로 유입되어 경사 방향으로 유출

         - 축류식 : 날개차의 축방향으로 유입되어 축방향으로 유출

        ○전동기와 직결할 수 있어서 고속 회전이 가능하고, 경량, 소형, 구조가 간단하고 취급하기가 쉽다.

        ○ 케이싱 내에서 날개차의 회전에 의해서 액체에 압력 및 운동에너지를  공급하여  액체를 배출

      나) 용적형 펌프(positive displacement type)

        ○ 작용하는 부하에 따라 날개의 1회전에 대하여 배출량이 일정함

        ○ 왕복식 : 실린더 내에서 피스톤 또는 플런저를 왕복 운동

        ○ 회전식 : 밀폐된 케이싱 내에서 회전자를 회전시켜 일정한 용적의

                   액체를 흡입하여 배출하는 방식, 소유량, 고양정(유압 펌프 등)이 필요한 곳에 적합

 

  나. 펌프의 양정

     1) 흡입관(suction pipe) : 펌프 장치로서, 낮은 곳에 있는 물을 빨아올리는 관

     2) 배출관(delivery pipe) : 빨아올린 물을 높은 곳의 물 탱크로 보내는 관

     3) 양정(lift head) : 보통 펌프에 의해 얻을 수 있는 위치 수두

       - 흡입 실양정(actual suction head) : 펌프축 중심에서 흡입 수면까지의 수직

         거리(Hs)       

       - 배출 실양정(actual delivery head) : 펌프축 중심에서 배출 수면까지의 수직 거리(Hd)

     4) 실양정(actual head) : 흡입 수면에서 배출 수면까지의 수직 거리(Ha)

        = 흡입 실양정(Hs) + 배출 실양정(Hd)

     5) 전양정(total head) : 펌프가 물에 가해 주어야 할 수두

        - 전양정 H : 흡입 양정과 배출 양정의 합

        - Δh : 흡입관, 배출관 내에서의 여러 가지 손실 수두의 합

     6) 흡입 양정(suction head) : 흡입 실양정에 흡입관에서의 손실 수두의 합

     7) 배출 양정(delivery head) : 배출 실양정에 배출관에서의 손실 수두의 합

 

 

 

2. 원심펌프 

  가. 원심 펌프의 특징(centrifugal pump)

      1) 밀폐된 케이싱(casing) 내에서 고속으로 회전하는 날개차에 의해서 물에 회전 운동을 일으키고, 이 때 발생하는 원심력에 의해서 물을 날개차의 중심부에서 바깥쪽으로 유동시키면서 물의 압력을 증가시킴으로써 양수하는 펌프 

      2) 물이 흡입관을 지나 다수의 날개를 가진 날개차의 중심부에 들어가며,  날개를  지나는 동안에 원심력의 작용으로 양력 및 운동에너지를 받는다(이 운동에너지는  안내 날개를 지나 와류실을 통과하는 사이에 압력에  너지로 변환) 

      3) 보통 수 m에서 1000m까지의 넓은 범위의 양정에 이용 

      4) 구조가 간단하고 취급이 쉬우므로 일반적으로 가장 많이 사용 

      5) 물 이외에 온수, 점성 액체, 가열된 기름과 토사를 포함한 진흙물 및 고형물이  혼합된 액체 등에 폭넓게 사용

 

  

 

 나. 양수원리

      1) A, B, C의 각 물통을 관으로 연결한 다음, 물통 C에 물을 넣으면 각 물통의 수면은 동일한 수평면 x-x'가 된다.                          

      2) 이 때 물통  A속에는 직선 날개를, 물통 B속에는 곡선 날개를 설치한 다음 고속으로 회전시키면 두물통의 물은 회전하게 되며, 원심력에 의하여 수면은 곡면이 된다.                               

      3) 그 결과 날개차의 중심부의 수압은 낮아지고, 중심부에서 멀어질수록 높아진다.  

      4) 따라서 물통 B의 적당한 위치에 배출관을 설치하면 물통 C안에 있는 물은 수면에 작용하는 대기압력에 의해서 물통 B의 날개차 중심으로 보내어지며, 다시 벽면에서 가압되어 물은 배출관으로 나가게 된다.

 

  다. 구조

 

    1) 날개차(impeller) 

 

     

                                                    

               밀폐형                              개방형

                                              

      가) 밀폐된 케이싱 내에서 고속으로 회전함으로써 물의 흡입과 가압의

          두가지 기능을 동시에 함

      나) 종류 : 펌프의 용도나 취급하는 액체에 따라서 밀폐형과 개방형으로 구분 

        ○ 밀폐형 : 날개의 양쪽에 원형 측판(shroud)이 있는 것

        ○ 개방형 : 날개의 양쪽에 원형 측판(shroud)이 없는 것

      다) 날개차의 재료 : 주조와 가공이다용이하며, 표면이 매끄럽고 녹이 슬지 않는 청동을 주로 사용 고속 회전을 필요로 하거나 고온의 액체를 취급하는 경우에는 크롬 합금강이나 스테인리스강과 같은 내열 합금을  사용

      라) 바닷물을 사용하는 곳에는 전해 작용이 일어나므로 주철을 사용

      마) 내식성을 필요로 할 때에는 플라스틱 재료를 사용

      바) 한쪽 흡입형 원심 펌프에서는 날개차의 회전으로 날개차의 흡입 쪽과  배출 쪽  사이에 압력차가 생기며 이 압력차는 날개차와 주축을 축방향의 흡입 쪽으로 이동시키려는 추력이 생긴다. 

      사) 이 추력은 물이 날개차의 축 방향으로 들어와서 반지름 방향으로 나가면서, 방향  전환에 따른 반작용 등으로 날개차의 양쪽에 작용하는 압력이 서로 다르기 때문에 날개차가 흡입 쪽으로 밀리는 것이다.

      아) 이 추력을 그대로 두면 날개차 흡입 쪽의 마멸이 심하고, 또 날개차의 적당한 위치를 유지하지 못하며, 가이드 베인과의 연결 부분이 어긋나게 됨으로써 펌프 의 운전에 나쁜 영향을 주므로, 이것을 방지하기 위 하여 다음과 같은 방법을 사용한다.

        ○ 평형 구멍을 이용하는 방법

        ○ 평형 원판을 이용하는 방법

        ○ 2개의 날개차를 이용하는 방법

    2) 와류실(vortex chamber) 

      가)날개차로부터 흘러나오는 물을 모아 배출구 쪽으로 보내는 부분으로 서, 유로의 단면적을 배출구 쪽으로 갈수록 점차 확대하여 물의 속도에너 지를 압력에너지로 변환시키는 역할

      나)일반적으로 와류실내의 평균유속을 일정하게 하기 위해서 단면적을 변화시키든가  다단펌프의 경우와 같이 구조를 간단히 하기 위해 동일 단면적의 원형으로 한다

    3) 안내 날개(guide vane, diffuser vane) 

      가) 역할 : 날개차 주위에 설치되어 날개차로부터 흘러나오는 물을 와류실로 유도하는 동시에, 물의 속도에너지를 압력에너지로 변환시키는 기능

      나) 안내 날개는 일반적으로 고정되어 있으나, 유량의 증감에 따라 안내날개의 설치 각도를 변환시킬 수 있는 가동식이 있다. 

            

    

    4) 패   킹 

      가) 사용 목적

        원심 펌프에서는 케이싱 내에서 날개차가 회전하기 때문에 축이 케이싱을 관통 하며 축과 케이싱의 틈새를 통해 흡입 쪽에서는 공기가 펌프 내에 침입하기 쉽고, 배출쪽 에서는 펌프 내의 압력수가 밖으로 새는 것을 방지하기 위하여 사용

      나) 글랜드 패킹

        글랜드 패킹은 펌프 몸체의 패킹 박스(packing box)내의 패킹 누르개로 축방향  으로 압축하여 패킹을 반지름 방향으로 확대시키면서 밀착 글랜드 패킹으로는 새는 것을 완전히 막을 수 없기 때문에 매커니컬실(mechanical seal)을 사용  (이것은 회전면과 고정면을 축에 대하여 직각이 되도록 서로 마주 보게 하여 카본(carbon) 등을 매개체로 접촉시켜 스프링으로 누른다) 

                  

                            - 스터핑 박스 -

      다) 매커니컬 실의 사용 예

      

 

 라. 안내 날개의 유무에 따른 분류

  

         

    

                        - 볼류트 펌프-

   1) 볼류트 펌프(volute pump)

    가) 날개차의 바깥둘레에 안내 날개가 없어, 물을 날개차에서 직접 와류실로         유도하는 형식

    나) 날개차 1 단이 발생하는 양정이 낮은 곳에 사용

    다) 효율이 좋은 편이며, 양수량의 변화에 따른  효율 감소율이 작다.

    라) 양정은 60 m에서 100 m 정도까지 이용되며,양수량은 3∼300㎥/min 정도

    마) 주로 상수도, 공업용수의 취수, 송수 및 농업용수의 양·배수 등에 사용     

 

     - 터 빈 펌 프 -

               

                                      

 

   2) 터빈 펌프(turbine pump)

     가) 날개차 둘레에 안내 날개를 가진 원심 펌프로서, 안내 날개는 날개차 출구에서의 물의 흐름을 감속시켜 속도에너지를 압력에너지로 변환

     나) 안내 날개는 고정되어 있어서 회전하지 않는다.

     다) 벌류트 펌프에 비해서 기계 효율이 좋을 뿐 아니라, 더 높은 양정을

         얻을 수 있다.

     라) 높은 양정과 높은 압력이 필요할 때에는 1축에 여러 개의 날개차를

         배열하여 설치한 다단 터빈 펌프(multistage turbine pump)를 사용

      마) 저속 회전 펌프 : 광산, 상수도, 일반 산업용으로 사용

      바) 고속 회전 펌프 : 화력 발전소의 보일러용 급수 펌프로 사용 

 

   3) 벌류트 펌프와 터빈 펌프의 특징 비교                                      

  마. 흡입구에 따른 분류 

   1) 한쪽 흡입형(single suction)

      펌프 날개차의 한쪽에서만 물을 흡입하는 형식으로, 배출량이 양정에 비하여 비교적 적은 경우에 사용

    2) 양쪽 흡입형(double suction)

        

       

                        - 양쪽 흡입형 -

       펌프 날개차가 양쪽으로 대칭이 되어 물을 흡입하는 형식으로, 주로 배출량이 많은 경우에 사용. 날개차의 치수가 동일한 경우에는 한쪽 흡입형과 양정은 같지만, 유량은 2배가 된다.

 

 3. 왕복펌프(reciprocating pump) 

  가. 왕복 펌프의 특징

    1) 흡입 밸브와 배출 밸브를 장치한 실린더 안쪽을 피스톤(piston), 플런저(plunger) 또는 버킷(bucket)을 왕복 운동시켜서 물을 흡입하고, 여기에 압력을 가하여 배출 하는 펌프(일반적으로 배출량은 적지만 높은 압력을 필요로 할 때에 사용)

    2) 피스톤이나 플런저의 배출량만큼의 물을 간헐적으로 끌어 올리는 특징이있으며, 반드시 흡입 밸브와 배출 밸브가 필요

    3) 같은 유량을 내는 원심 펌프에 비하여 대형이고, 배출 압력은 원심 펌프와 같이 회전수에 제한을 받지 않으며, 유량은 적어도 되지만 양정이 원심펌프로서는 미칠수 없을 정도의 고압을 요구하는 경우에는 왕복 펌프가 적합

    4) 배출 압력이 커서 피스톤 로드로써는 감당할 수 없는 경우에는 피스톤 대신에 플런저를 사용 

 

  나. 종류

    1) 버킷 펌프

 

   

                          - 버킷 펌프 -

 

     가) 가정용 수동 펌프로 가장 많이 사용되는 형식으로서, 버킷의 중앙부에 구멍을 뚫어 여기에 직접 밸브를 설치

     나) 실린더의 윗부분이 개방되어 있는 것을 흡입 펌프(suction pump)라 하며, 또 윗부분을 밀폐하여 버킷 로드에 패킹을 한 것을 압출 펌프(forcepump)라 하는데, 이것은 실린더보다 높은 곳에 양수할 수 있다. 

 

    2) 피스톤 펌프 

 

         

   

                           - 피스톤 펌프 - 

      가) 피스톤을 실린더 내에서 왕복운동을 시켜서 물을 흡입 및 배출하는 것 으로 왕복 펌프 중에서도 일반적으로 양수량이 많으며, 압력이 낮은 경우에 사용

     

    3) 플런저 펌프 

       피스톤 대신에 플런저를 사용한 펌프로서, 양수량은 적지만, 압력이 높은곳에 사용 

             

                        - 플런저 펌프 -

  

  4) 다이어프램 펌프 

    

         

      

                       - 다이아 프램 펌프 -

       고무 또는 테플론 등의 다이어프램을 상하로 운동시켜 펌프의 작용을 하게 하는 펌프 주로 가솔린 기관의 연료 펌프에 사용되며, 진흙이나 모래가 섞인 물 등에도 마멸 및 막힘이 없으므로 흔히 사용

 

4. 회전펌프(rotary pump)

  가. 회전펌프의 특징 

    1) 밀폐된 케이싱 내에서 회전자(rotor)의 회전에 의해 일정량의 액체를 저압의 흡입 쪽에서 고압의 배출 쪽으로 연속적으로 밀어 내는 펌프

    2) 프라이밍, 공기실 및 흡입 밸브와 배출 밸브를 필요로 하지 않으며, 왕복펌프와 같이 적은 유량과 고압의 양정을 필요로 하는 경우에 적합 

    3) 연속적으로 유체를 배출하므로, 왕복 펌프와 같이 배출량이 맥동하는 일은 거의 없다.

    4) 구조가 간단하고 취급이 용이하며, 액체에 공급되는 에너지가 주로 정압력이기 때문에 기름이나 점도가 비교적 높은 액체를 압송하는 데에 적합 

 

  

 

  나. 기어펌프 

            

   

                              - 기어펌프 -

    1) 외접 기어 펌프(external gear pump)

       유체는 맞물려 돌아가는 기어와 케이싱 사이를 통하여 배출되며, 한쪽 기어는 전동기에 연결되어 회전하고(원동기어), 다른 쪽 기어는 원동기어에 의하여 회전 (종동기어) 

    2) 내접 기어 펌프(internal gear pump)

 

              

 

     

       안쪽 기어가 바깥쪽 기어의 한 곳에서 맞물리고, 반달 모양의 내부실 (seal)로 분리되어 있으며, 전동기 등에 의해 안쪽 기어를 구동

    3) 로브 펌프

 

       작동 원리는 외접 기어 펌프와 같으나, 연속적 으로 접촉하여 회전하므로 소음이 적으며, 기어 펌프보다 1 회전당의 배출량은 많으나, 기어의 잇수가 적으므로 배출량의 변동이 다소 크다.

    4) 트로코이드 펌프

       안쪽 로터가 전동기에 의해서 회전하면 바깥쪽 로터도 따라서 회전하며, 안쪽 로터의 잇수가 바깥쪽 로터보다 1개가 적으므로, 바깥쪽 로터 의  모양에 따라 배출량이 결정

    

  다. 베인 펌프(vane pump)   

                              

    1) 구조가 간단하고 성능이 좋아 많은 양의 기름을 수송하는 데에 적합

    2) 구조는 원통형 케이싱 안에 편심된 로터가 들어 있으며, 로터에는 홈이있고, 그 홈속에는 판 모양의 베인이 삽입되어 베인 사이에 자유로이 유체가 출입

    3) 로터의 회전에 의한 원심력의 작용으로 베인은 케이싱의 내벽과 밀착된 상태가 되므로 기밀을 유지

    4) 로터를 회전시키면 로터와 케이싱 사이의 공간에 의해서 흡입 및 배출