개념 한 쪽
펌프의 상사법칙은 회전수나 임펠러 지름이 변할 때 유량, 양정, 동력이 각각 몇 제곱에 비례하는지를 정한다. 비속도는 펌프의 형상을 가르는 값이며, 다단 펌프는 1단당 양정으로 계산한다. 운전에서는 병렬이 유량을, 직렬이 양정을 늘린다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기 회원용
가입 없이 오늘의 10문제 바로 풀기 →
출제기준 단원 「기본개념, 상사법칙, 비속도,펌프의 동작(직렬, 병렬) 및 특성곡선, 펌프 및 송풍기 종류」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 양정 계산 | 1 | 계기 압력차로 펌프의 전양정 구하기 |
| 펌프 효율 계산 | 1 | 소비 동력 대비 전효율 구하기 |
| 비교회전도 계산 | 1 | 양정·유량·회전수로 비속도 값 구하기 |
회전수만 바뀌는 상사에서는 유량이 회전수에 비례하고 양정이 회전수의 제곱에 비례하며 동력이 회전수의 세제곱에 비례한다. 회전수 비를 r이라 하면 유량은 r배, 양정은 r의 제곱배, 동력은 r의 세제곱배가 된다. 세 값이 서로 다른 지수를 갖는다는 점이 계산의 기준이다.
임펠러 지름이 바뀌는 상사에서는 유량이 지름의 세제곱, 양정이 지름의 제곱, 동력이 지름의 다섯제곱에 비례한다. 회전수를 그대로 두고 지름을 2배로 하면 유량은 8배, 양정은 4배, 동력은 32배가 된다. 효율은 설계가 같으면 변하지 않는다. 동력이 16배가 된다는 설명은 지수를 잘못 적용한 것이다.
비속도는 회전수와 유량의 제곱근을 곱한 값을 양정의 4분의 3제곱으로 나누어 구한다. 유량 단위는 세제곱미터 매분을 쓰는 것이 관례다. 양정 220m, 유량 0.025m³/s, 회전수 2900rpm인 4단 펌프는 1단당 양정 55m와 유량 1.5m³/min을 넣어 비속도가 약 176이 된다. 총 양정을 그대로 넣으면 값이 달라진다.
다단 펌프의 단수는 비속도 범위에서 역산한다. 회전수 3000rpm, 유량 4m³/min, 비속도 530~560인 다단 펌프에서 1단당 양정은 약 33m가 된다. 총 양정 100m를 33m로 나누면 3단이 적정하다. 2단은 양정이 부족하고 4단은 비속도 범위를 벗어난다.
운전 방식은 목적을 먼저 가른다. 병렬 운전은 송출량을 늘리고 양정은 거의 늘지 않으며, 직렬 운전은 양정을 높인다. 원심 펌프는 송출구 밸브를 잠근 상태에서 시동하고 서서히 여는 것이 일반적이고, 축류 펌프는 입출구 밸브를 연 상태에서 시동한다. 축류 펌프는 날개 각도를 조정해 송출량과 양정을 조절할 수 있다.
펌프가 물에 가해야 하는 수두는 높이차, 압력수두차, 손실수두를 합해 구한다. 흡입측 -3kPa, 100m 위 송출측 100kPa, 손실 14m이면 압력수두차 약 10.5m를 더해 총수두가 약 124.5m가 되고, 유량 0.025m³/s에서 동력은 약 30.5kW다. 흡입과 송출 관경이 같으면 속도수두는 상쇄된다.
소화펌프의 전동기 동력은 수동력을 효율로 나눈 뒤 전달계수를 곱해 구한다. 전양정 80m, 토출량 500L/min, 효율 65%, 전달계수 1.1이면 수동력 약 6.53kW를 0.65로 나눈 10.05kW에 1.1을 곱해 약 11kW가 된다. 리터 매분을 세제곱미터 매초로 바꾸는 단계가 먼저다.
펌프의 전효율은 수동력을 축동력으로 나눈 값이다. 송출압력 6.86MPa, 송출량 53L/min, 축동력 7.4kW이면 수동력은 약 6.06kW이고 효율은 약 81.9%가 된다. 압력을 파스칼로, 유량을 세제곱미터 매초로 바꾸지 않으면 효율이 크게 어긋난다.
학습목표: 원심펌프의 작동원리와 벌루트 펌프·터빈 펌프의 용도 및 특성을 설명할 수 있다.
원심 펌프는 임펠러(impeller)를 빠르게 회전시킬 때 일어나는 원심력을 이용 한 펌프로
펌프는 다단 벌류트 펌프로 전동기와 직결되거나 축이음으로 연결된 수평형 펌프를 공통 베드에 부착한 것으로서,
NCS 학습모듈 0502010107 수계소화설비 실시설계 · 2-1. 수계 소화 설비 수리계산
판단은 지수와 단위에서 갈린다. 회전수 비를 r이라 하면 유량은 r배, 양정은 r의 제곱배, 동력은 r의 세제곱배가 된다. 지름이 2배가 되면 유량 8배, 양정 4배, 동력 32배다. 4단 펌프의 비속도는 1단당 양정 55m와 유량 1.5m³/min으로 약 176이고, 총 양정 100m와 비속도 530~560에서는 3단이 적정하다. 전양정 80m와 500L/min, 효율 65%, 전달계수 1.1이면 전동기 동력은 약 11kW다.
펌프의 압력계가 출구쪽에서 440 kPa, 입구쪽에서 -30 kPa 을 나타내고 출구쪽 압력계는 입구쪽의 것보다 60cm 높은 곳에 설치되어 있으며, 흡입관과 송출관의 지름은 같다. 도중에 에너지 손실이 없고 펌프의 유량이 3m³/min일 때 펌프의 동력은 약 몇 kW 인가?
정답 ② · 펌프의 압력계 판독값과 유량으로 펌프 동력을 계산하는 문제이다. 관 지름이 같으므로 속도수두 차는 0이고, 에너지 손실이 없으므로 펌프가 부여하는 수두는 압력수두 차에 위치수두 차를 더한 값이다.
펌프 동력 P=ρgQH/η 공식을 사용하되, 효율 η=1로 가정하고 압력차와 위치수두를 합한 총수두 H를 계산한다.
정용적형 베인펌프에 있어서 회전속도가 1500 rpm 이고 송출압력 6.86 MPa, 송출량 53 L/min일 때 소비된 축동력 은 7.4 kW이다. 이 펌프의 전효율은 몇 % 인가?
정답 ④ · 베인펌프의 수동력과 축동력으로부터 전효율을 계산하는 문제이다. 전효율은 수동력을 축동력으로 나눈 값이며, 수동력은 송출압력과 유량의 곱으로 구한다.
펌프의 전효율은 수동력을 축동력으로 나눈 값으로, 수동력=압력×유량 공식을 사용하여 계산한다.
양정 220m, 유량 0.025m³ /s, 회전수 2900rpm인 4단 원심 펌프의 비교회전도(비속도)는 얼마인가?
정답 ① · 비교회전도(Ns)는 Ns = N × √Q / H^(3/4) 공식을 이용해 구합니다. 이때 4단 펌프이므로 1단당 양정 H = 220m / 4 = 55m를 적용해야 합니다.
비속도 계산 시 4단 펌프는 1단당 양정(55m)을 사용하고, 유량 단위를 m³/min으로 환산하여 공식에 대입한다.
소방설비기사(기계분야) 풀이 세트에서 이 개념의 문제 10개를 바로 풀어 보세요.