개념 한 쪽
펌프는 종류에 따라 구조와 운전특성이 달라 설계·운전 시 주의사항을 달리 고려해야 한다.
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출제기준 단원 「펌프의 종류 및 특성」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 유압펌프 축동력 계산 | 1 | 압력과 유량을 주고 유압 펌프의 동력을 계산하게 함 |
| PS 단위 펌프 소요동력 계산 | 1 | P×Q/(4500η) 공식을 적용하여 PS 단위 동력을 구하게 함 |
| 베인펌프 특징 판정 | 1 | 베인펌프의 장단점과 고압 발생 가능 여부를 가려내게 함 |
축류펌프는 유체가 펌프 내부를 축 방향으로 통과하도록 설계되어 구조가 단순하고 소형화하기 용이하다는 장점을 지닌다. 축류형은 대유량·저양정 조건에 적합하며 가동익을 적용하면 효율을 개선할 수 있다. 그러나 설계 유량의 약 절반 이하로 유량이 급감하면 흐름이 불안정해져 진동과 소음, 캐비테이션 발생으로 안정적 운전이 어렵다는 단점이 있다.
베인펌프는 로터와 베인이 회전하면서 유체를 이송하는 구조로 구조가 단순하고 정비가 쉽고 유동이 비교적 안정적이어서 압력 변동이 적다는 장점이 있다. 반면 내부 틈새로 인한 누설이 발생하므로 매우 높은 압력을 만들기에는 한계가 있어 주로 중압 용도로 분류된다. 플런저계 열의 펌프는 베인형과 달리 고압 발생이 가능하다는 점에서 사용 용도가 구분된다는 점을 기억해야 한다.
원심펌프는 임펠러의 회전에 의해 유체에 원심력을 주어 속도를 증가시키고, 와실(스파이럴 케이싱 또는 디퓨저)에서 속도 에너지를 압력 에너지로 전환하는 방식이다. 와실의 핵심 역할은 유로에서 유속을 감소시켜 압력을 상승시키는 것이며 이를 통해 송출측 압력과 유량 특성이 결정된다는 점을 이해해야 한다.
펌프의 효율은 용적 효율, 기계 효율 및 총효율로 구분한다. 이론상 토출량에 대한 실제 토출량의 비는 내부 누설을 반영한 용적 효율을 의미한다. 기계 효율은 마찰 등 기계적 손실을 고려한 비율이고 총효율은 전체 에너지 변환 효율을 나타낸다. 유압 펌프의 축동력은 압력과 유량의 곱에 비례하고 효율에 반비례하므로 동력 산정 시 이 관계를 명확히 파악해야 한다.
펌프 운전 중 밸브를 갑자기 닫는 등으로 관내 압력이 급격히 변하면 충격파가 발생하는데 이를 수격작용이라고 한다. 수격작용은 관로나 설비에 손상을 줄 수 있어 운전·설계 시 급폐쇄 방지 대책을 마련해야 한다.
1) 유압 펌프 동력 계산 예시: 배출측 압력을 7.84 MPa로 하고 유량을 3×10⁴ cm³/min으로 주었을 때 유량을 L/min으로 환산하면 30 L/min이 된다. 유압 펌프 동력 공식 P(kW) = p(MPa) × Q(L/min) / 60 을 적용하면 P = 7.84 × 30 / 60 = 3.92 kW 정도가 된다.
2) PS 단위 계산 예시: 작동압력이 80 kgf/cm²이고 배출유량이 50 L/min이며 효율이 0.85인 레디얼 피스톤 펌프의 소요동력은 L = P×Q / (4500×η) 공식을 사용하여 L = (80×50) / (4500×0.85) ≈ 1.046 PS로 계산된다. 문제 문맥에 따라 단위 해석의 차이가 있으니 수식과 단위 계수를 일관되게 적용해야 한다.
유압펌프(oil Pump)의 소요 축동력 산정에 관련된 설명으로 올바른 것은?
정답 ② · 유압펌프의 소요 축동력 산정에서 올바른 설명을 고르는 문제이다. 펌프의 축동력은 L = P x Q / η (P: 송출 압력, Q: 송출량, η: 펌프 효율)로 계산된다.
유압 펌프의 축동력은 압력과 유량의 곱에 효율을 나눈 값으로, 압력과 유량에 비례한다.
펌프의 압력이 80kgf/cm², 토출량이 50(ℓ/min)인 레디얼 피스톤 펌프의 소요동력(PS)은? (단, 펌프 효율은 0.85 이다)
정답 ① · 펌프의 소요 동력(축동력)은 토출 유량과 압력에 비례하며 펌프의 효율과 역수 관계를 갖습니다. 계산식은 L = (P × Q) / (4500 × η) PS (단, P: kgf/cm², Q: L/min)를 사용합니다.
펌프 소요 동력(L)은 압력(P)과 토출량(Q)의 곱을 4500과 효율(η)의 곱으로 나눈 값인 L=PQ/(4500η)로 계산한다.
베인펌프의 특징에 해당하지 않는 것은?
정답 ③ · 베인펌프의 특징에 해당하지 않는 것을 고르는 문제이다. 베인펌프는 구조가 비교적 단순하여 고장이 적고 보수가 용이하며, 송출 압력의 맥동이 적고 유동력에 비해 형상치수가 작은 소형 경량의 특징을 가진다.
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