아낌없이 주는 나무

Ⅰ. 옥내 소화전설비

▣ 옥내에 설치하여 화재발생시 소화전함까지 배관이 연결되어 있고 소화전함 내의 방수구로 부터 연결된 소방호스의

     말단에 노즐을 연결하여 물을 방수하는 설비

Ⅱ. 구성요소

  ① 수원    ② 가압송수장치    ③ 배관    ④ 송수구    ⑤ 방수구    ⑥ 옥내소화전함   ⑦ 제어반    ⑧ 전원    ⑨ 배선

​

※ 가압송수장치

   ㉠ 펌프      ㉡ 고가수조        ㉢ 압력수조       ㉣ 가압수조

​

1. 설치대상 (소방시설 설치 및 관리에 관한 법률 시행령 [별표 4])

【 각 설비별 수원의 양 (저수량) 】

1. 옥내소화전 설비

   ① 29층 이하

     Q = 2.6 N [㎥]

     Q = 130 ℓ/min × 20 min × N

     N : 가장 많이 설치된 층의 소화전 개수 (최대 2개)

   ② 30층 이상 49층 이하 또는 높이가 120 m 이상 200 m 미만인 건축물

     Q = 5.2 N [㎥]

     Q = 130 ℓ/min × 40 min × N

     N : 가장 많이 설치된 층의 소화전 개수 (최대 5개)

   ③ 50 층 이상 또는 높이가 200 m 이상인 건축물

     Q = 7.8 N [㎥]

     Q = 130 ℓ/min × 60 min × N

     N : 가장 많이 설치된 층의 소화전 개수 (최대 5개)

   여기서, Q : 수원의 양 [㎥]

     N : 가장 많이 설치된 층의 소화전 개수  (29층 이하 : 최대 2개, 30층 이상 : 최대 5개)

     2.6 : 130 ℓ/min (옥내소화전설비 규정방수량) × 20 min (소방대 출동시간)

     5.2 : 130 ℓ/min (옥내소화전설비 규정방수량) × 40 min

     7.8 : 130 ℓ/min (옥내소화전설비 규정방수량) × 60 min

​

2) 옥상 수원의 양 (저수량) 1)에서 산출된 유효수량 외에 유효수량의 1/3 이상을 옥상에 설치해야 한다.)

   ① 29층 이하

      Q = 2.6 N × 1/3 [㎥]

   ② 30층 이상 49층 이하 또는 높이가 120 m 이상 200 m 미만인 건축물

      Q = 5.2 N × 1/3 [㎥]

   ③ 50 층 이상이거나 높이가 200 m 이상인 건축물

      Q = 7.8 N × 1/3 [㎥]

   여기서, Q : 수원의 양 [㎥]

      N : 가장 많이 설치된 층의 소화전 개수  (29층 이하 : 최대 2개, 30층 이상 : 최대 5개)

      2.6 : 130 ℓ/min (옥내소화전설비 규정방수량) × 20 min (소방대 출동시간)

      5.2 : 130 ℓ/min (옥내소화전설비 규정방수량) × 40 min

      7.8 : 130 ℓ/min (옥내소화전설비 규정방수량) × 60 min

​

<옥내소화전설비 계통도 (시험출제)>

<주펌프 토출측 배관>

▣ 1 · 2차측 경계 : 체크밸브 / 개폐표시형 밸브

2. 옥외 소화전설비

   Q = 350 ℓ/min × 20 min × N

   N : 소화전 설치개수 (최대 2개)

3. 스프링클러설비

  가. 폐쇄형 헤드

     ① 29층 이하

         Q = 80 ℓ/min × 20 min × N

         N : 기준 개수 (각 층(세대)의 설치개수가 기준 개수보다 작을 경우 설치개수를 적용)

     ② 30층 이상 49층 이하

         Q = 80 ℓ/min × 40 min × N

         N : 기준 개수 (각 층(세대)의 설치개수가 기준 개수보다 작을 경우 설치개수를 적용)

     ③ 50층 이상

         Q = 80 ℓ/min × 60 min × N

         N : 기준 개수 (각 층(세대)의 설치개수가 기준 개수보다 작을 경우 설치개수를 적용)

  ※ 폐쇄형 헤드의 설치장소별 기준 개수

  ※ 문제에서 오리피스 구경 및 방사압력이 주어질 경우​

          위 식을 적용하여 유량을 구한 후 T와 N을 곱한다.

나. 개방형 헤드

  ① 30개 이하

      Q = 80 ℓ/min × 20 min × N

      N : 개방형 헤드의 설치 개수

  ② 30개 초과

      Q = 가압송수장치의 1분당 송수량 × N × 20 min × 10-3

      여기서, Q : 수원의 양 가압송수장치의 1분당 송수량

                   K : 유출계수 (15㎜ : 80, 20 ㎜ : 115)

                   P : 방수압력 [MPa] (0.1 ~ 1.2 MPa)

                   N : 개방형 헤드의 설치개수

4. 드렌처 설비

     Q = 80 ℓ/min × 20 min × N (최대 설치층의 헤드개수 (최대 방수구역 기준 (1개 회로))

​

5. 간이 스프링클러설비 (6~7년에 한번 출제)

   ① Q = 50 ℓ/min × 10 min × 2개

   ② 간이 스프링클러설비 설치대상인 근린생활시설 (바닥면적 합계 1,000 ㎡ 이상), 생활형 숙박시설, 복합건축물

   ③ 간이 스프링클러설비가 설치되는 특정소방대상물에 부설된 주차장에 표준반응형 스프링클러헤드를 사용할 경우

         : 80 ℓ/min 을 곱한다.

6. 화재조기진압용 스프링클러설비​

     여기서, Q : 수원의 양 [ℓ]

                  K : 상수 [ℓ/min/(MPa)1/2]

                  P : 헤드선단의 압력 [MPa]

7. 물분무소화설비

    Q = A × Q1 × T

     여기서, Q : 저수량 [ℓ]

                  A : 바닥면적 또는 표면적 [㎡]

                 Q1 : 표준방사량 (토출량) [ℓ/min · ㎡]

                 T : 시간 [min] (20 min)

  ※ 바닥면적 또는 표면적 ★

     ① 절연유 봉입변압기 : 바닥부분을 제외한 표면적을 적용한다. (앞면, 뒷면, 좌면, 우면, 윗면)

     ② 컨베이어벨트 : 벨트부분의 바닥면적을 적용한다.

     ③ 케이블트레이, 케이블덕트 : 투영된 바닥면적을 적용한다.

     ④ 차고, 주차장 : 최대 방수구역의 바닥면적을 적용한다.

​

※ 표준방사량 (토출량)

8. 미분무 소화설비

  ① 수원의 양

      Q = N × D × T × S + V

       여기서, Q : 수원의 양 [㎥]

                    N : 방호구역 (방수구역)내 헤드의 개수

                    D : 설계유량 [㎥/min]

                    T : 설계방수시간 [min]

                    S : 안전율 (1.2 이상)

                    V : 배관의 총 체적 [㎥]

  ② 폐쇄형 미분무헤드의 최고 주위 온도

        Ta = 0.9 Tm - 27.3 ℃

         여기서, Ta : 설치장소의 평상시 최고 주위 온도 [℃]

                      Tm : 헤드의 표시온도 [℃]

9. 포소화설비 포소화약제의 저장량 ★★★

 가. 고정포방출구 방식

    ① 고정포 방출구에 필요한 양

        Q① = A · Q1 · T · S

         여기서, Q① : 포소화약제의 양 [ℓ]

                       A : 탱크의 액표면적 [㎡]

                      Q1 : 단위포소화수용액의 양 (방출률) [ℓ/min · ㎡]

                      T : 방출시간 [min]

                      S : 포소화약제의 사용농도 [%]

    ② 보조포 소화전에 필요한 양

         Q② = N · S · 8,000 ℓ

          여기서, Q② : 포소화약제의 양 [ℓ]

                       N : 호스접결구의 수 (최대 3개)

                       S : 포소화약제의 사용농도 [%]

    ③ 배관보정량 (송액관에 필요한 포소화약제의 양) : 내경 75 ㎜ 초과시 적용

        Q③ = A · L · S · 1,000 ℓ/㎥

        여기서, Q③ : 배관보정량 [ℓ]

                      A : 배관의 단면적 [㎡]

                      L : 배관의 길이 [m]

                      S : 포소화약제의 사용농도 [%]

 나. 옥내포 소화전방식 (호스릴방식)

    Q = N · S · 6,000 ℓ (바닥면적 200 ㎡ 미만은 75%를 적용)

      여기서, Q : 포소화약제의 양 [ℓ]

                   N : 호스접결구의 수 (최대 5개)

                   S : 포소화약제의 사용농도 [%]

 다. 포헤드 방식

    Q = A × Q1 × T × S

    여기서, Q : 포소화약제의 양 [ℓ]

                 A : 바닥면적 [㎡]

                Q1 : 방사량 [ℓ/min · ㎡]

                 T : 방출시간 [min] (10 min)

                 S : 포소화약제의 사용농도 [%]

※ 포헤드의 특정소방대상물별 및 포소화약제에 따른 방사량

라. 포워터 스프링클러 방식

     Q = 헤드 개수 × 75 ℓ/min × 10 min × 사용농도 [%]

마. 압축공기포 소화설비

     Q = A × Q1 × T

      여기서, Q : 수원의 양 [ℓ]

                   A : 바닥면적 [㎡]

                   Q1 : 설계방출밀도 [ℓ/min · ㎡]

                   T : 방사시간 [min] (10 min)

※ 압축공기포 소화설비의 설계방출밀도

10. 소화용수설비 (소화수조 또는 저수조)의 저수량​

※ 기준 면적

  ① 흡수관 투입구 수

  ② 채수구 (문제에서 설치할 경우)

  ③ 가압송수장치의 수량

2. 옥내 소화전의 수원

 가. 수원의 양 (저수량)

   ① 29층 이하

       Q = 2.6 N

   ② 30층 이상 49층 이하 또는 높이가 120 m 이상 200 m 미만인 건축물

        Q = 5.2 N

   ③ 50층 이상 또는 높이가 200 m 이상인 건축물

        Q = 7.8 N

       여기서, Q : 수원의 양 [㎥]

                    N : 가장 많이 설치된 층의 소화전 개수  (29층 이하 : 최대 2개, 30층 이상 : 최대 5개)

                    2.6 : 130 ℓ/min (옥내소화전설비 규정방수량) × 20 min (소방대 출동시간)

                    5.2 : 130 ℓ/min (옥내소화전설비 규정방수량) × 40 min

                    7.8 : 130 ℓ/min (옥내소화전설비 규정방수량) × 60 min

나. 옥상수원의 양 (저수량) 가.에서 산출된 유효수량 외에 유효수량의 1/3 이상을 옥상에 설치해야 한다.

   ① 29층 이하

        Q = 2.6 N × 1/3

   ② 30층 이상 49층 이하 또는 높이가 120 m 이상 200 m 미만인 건축물

        Q = 5.2 N × ⅓

   ③ 50층 이상 또는 높이가 200 m 이상인 건축물

        Q = 7.8 N × ⅓

        여기서, Q : 수원의 양 [㎥]

                     N : 가장 많이 설치된 층의 소화전 개수 (29층 이하 : 최대 2개, 30층 이상 : 최대 5개)

                     2.6 : 130 ℓ/min (옥내소화전설비 규정방수량) × 20 min (소방대 출동시간)

                     5.2 : 130 ℓ/min (옥내소화전설비 규정방수량) × 40 min

                     7.8 : 130 ℓ/min (옥내소화전설비 규정방수량) × 60 min

[참고] 소화설비의 유효수량

   ▣ 옥내소화전용 펌프의 후드밸브와 일반급수용 펌프 후드밸브 사이의 수량

         ※후드 (foot) 밸브 : 수원이 펌프 보다 낮은 위치에 있을 경우 설치하는 밸브 여과 기능 + 역류 방지기능

[참고] 후드 밸브의 점검 요령

  ① 흡수관을 끌어 올리거나 철사고리 등으로 후드밸브를 작동시켜 이물질의 부착, 막힘 등이 있는가를 확인한다.

  ② 송수펌프의 물올림 컵밸브를 개방하여 물이 계속 방출하는 것을 확인한 후 물올림장치의 개폐밸브를 폐쇄하고

       물올림 컵 물의 감소 여부를 확인한다.

  ※ 가압송수장치

    ① 고가수조     ② 압력수조      ③ 펌프       ④ 가압수조

  ※ 고가수조 : 구조물 또는 지형지물 등에 설치하여 자연낙차의 압력으로 급수하는 수조

​

【 각 설비별 가압송수장치 (전양정) - 펌프방식】

가. 옥내 소화전설비

    H = h1 + h2 + h3 + 17

   여기서, H : 전양정 [m]

                h1 : 소방호스의 마찰손실수두 [m]

                h2 : 배관 및 관부속품의 마찰손실수두 [m]

                h3 : 실양정 (흡입양정+토출양정) [m]

                17 : 옥내소화전설비 규정방수압력의 환산수두 [m] (0.17MPa → 약 17m)

 나. 옥외 소화전설비

      H = h1 + h2 + h3 + 25

     여기서, H : 전양정 [m]

                  h1 : 소방호스의 마찰손실수두 [m]

                  h2 : 배관 및 관부속품의 마찰손실수두 [m]

                  h3 : 실양정 (흡입양정+토출양정) [m]

                  25 : 옥내소화전설비 규정방수압력의 환산수두 [m] (0.25MPa → 약 25m)

 다. 스프링클러설비

     H = h1 + h2 + 10

     여기서, H : 전양정 [m]

                  h1 : 배관 및 관부속품의 마찰손실수두 [m]

                  h2 : 실양정 (흡입양정+토출양정) [m]

                  10 : 옥내소화전설비 규정방수압력의 환산수두 [m] (0.1MPa → 약 10m)

 라. 포소화설비

   H = h1 + h2 + h3 + h4

   여기서, H : 전양정 [m]

                h1 : 방출구의 설계압력환산수두 또는 노즐선단의 방사압력 환산수두 [m]

                h2 : 배관 및 관부속품의 마찰손실수두 [m]

                h3 : 낙차[m]

                h4 : 소방호스의 마찰손실수두 [m]

3. 옥내소화전의 가압송수장치

 가. 고가수조방식

   ▣ 특정소방대상물의 옥상 또는 높은 지점에 수조를 설치하여 각 설비의 방수구에서 규정방수압력 및 규정방수량을 얻는

        방식

       H = h1 + h2 +17

       여기서, H : 필요한 낙차 [m]

                    h1 : 소방호스의 마찰손실수두 [m]

                    h2 : 배관 및 관부속품의 마찰손실수두 [m]

                    17 : 옥내소화전설비 규정방수압력의 환산수두 [m] (0.17 MPa → 약 17m)

※ 각 설비별 방수압 · 방수량

다. 펌프방식 ★★★

   ▣ 펌프의 가압에 의하여 각 설비의 방수구에서 규정방수압력 및 규정방수량을 얻는 방식

      H = h1 + h2 + h3 +17

     여기서, H : 전양정 [m]

                  h1 : 소방호스의 마찰 손실수두 [m]

                  h2 : 배관 및 관부속품의 마찰손실수두 [m]

                  h3 : 실양정 (흡입양정 + 토출양정) [m]

                  17 : 옥내소화전설비 규정방수압력의 환산수두 [m] (0.17 MPa → 약 17 m)

   ▣ 실양정 : 흡입양정 [m] + 토출양정 [m]

   ▣ 펌프 송수불능의 원인

      ⊙ 스트레이너의 막힘 (흡입배관)

      ⊙ 토출압력 불충분

      ⊙ 유효흡입양정 (NPSH)의 부족

[참고] 옥내소화전설비 전양정 계산시 알아 두어야 할 사항

 가. 소방호스의 마찰손실수두 (h1)

   ▣ 소방호스의 마찰손실수두 = 호스의 길이 × 호스의 개수 × 100m당 호스의 마찰손실 수두

 나. 배관 및 관부속품의 마찰손실수두 (h2)

다. 실양정 (h3)

  ▣ 후드밸브로 부터 최상층 옥내소화전 호스접결구 (앵글밸브)까지의 수직거리

       ∴ 실양정 = 흡입양정 + 토출양정

【펌프의 직·병렬 운전】

                     ① 펌프의 직렬운전                                       ② 펌프의 병렬운전

                         ㉠ 토출량 : Q                                                 ㉠ 토출량 : 2Q

                         ㉡ 양정 : 2H                                                   ㉡ 양정 : H

【 펌프의 분류】

라. 가압수조방식

   ▣ 가압원인 압축공기 또는 불연성 고압기체 (N2 등)에 의하여 각 설비의 방수구에서 규정 방수압력 및 규정방수량을

        얻는 방식

마. 감압장치의 종류 (자주 나옴, 3가지 쓰시오)

  ① 감압밸브 방식 : 배관 도중에 감압밸브를 설치하여 감압하는 방식

  ② 고가수조방식 : 건물의 옥상에 고가수조를 설치하고 저층부에 대하여 0.7 MPa를 초과하지 않는 범위 내에서

                                가압송수펌프 없이 자연낙차를 이용하여 사용하는 방식

  ③ 전용배관방식 : 설비의 시스템(system)을 고층부와 저층부로 분리한 후 주배관 및 펌프 등을 각각 별도로 구분하여

                               설치하는 방식

  ④ 중계펌프 (Booster pump) 방식 : 건물의 중간층에 중계펌프 (Booster pump) 및 중간 수조를 별도로 설치하는 방식

  ⑤ 감압용 오리피스 방식 : 호스접결구인 앵글밸브의 인입구측에 오리피스를 설치하는 방식 (가장 많이 사용됨)

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Ⅰ. 옥내 소화전설비

  ▣ 옥내에 설치하여 화재발생시 소화전함까지 배관이 연결되어 있고 소화전함 내의 방수구로 부터 연결된 소방호스의

       말단에 노즐을 연결하여 물을 방수하는 설비

Ⅱ. 구성요소

  ① 수원 ② 가압송수장치 ③ 배관 ④ 송수구 ⑤ 방수구 ⑥ 옥내소화전함  ⑦ 제어반  ⑧ 전원  ⑨ 배선

​

 ※ 가압송수장치

  ㉠ 펌프     ㉡ 고가수조     ㉢ 압력수조    ㉣ 가압수조

​

1. 설치대상 (소방시설 설치 및 관리에 관한 법률 시행령 [별표 4])

【 각 설비별 수원의 양 (저수량) 】

1. 옥내소화전 설비

  ① 29층 이하

       Q = 2.6 N [㎥]

       Q = 130 ℓ/min × 20 min × N

          N : 가장 많이 설치된 층의 소화전 개수 (최대 2개)

  ② 30층 이상 49층 이하 또는 높이가 120 m 이상 200 m 미만인 건축물

       Q = 5.2 N [㎥]

       Q = 130 ℓ/min × 40 min × N

         N : 가장 많이 설치된 층의 소화전 개수 (최대 5개)

  ③ 50 층 이상 또는 높이가 200 m 이상인 건축물

        Q = 7.8 N [㎥]

        Q = 130 ℓ/min × 60 min × N

           N : 가장 많이 설치된 층의 소화전 개수 (최대 5개)

      여기서, Q : 수원의 양 [㎥]

                   N : 가장 많이 설치된 층의 소화전 개수

                         (29층 이하 : 최대 2개, 30층 이상 : 최대 5개)

                  2.6 : 130 ℓ/min (옥내소화전설비 규정방수량) × 20 min (소방대 출동시간)

                  5.2 : 130 ℓ/min (옥내소화전설비 규정방수량) × 40 min

                  7.8 : 130 ℓ/min (옥내소화전설비 규정방수량) × 60 min

​

   2) 옥상 수원의 양 (저수량) 1)에서 산출된 유효수량 외에 유효수량의 1/3 이상을 옥상에 설치해야 한다.)

      ① 29층 이하

           Q = 2.6 N × 1/3 [㎥]

      ② 30층 이상 49층 이하 또는 높이가 120 m 이상 200 m 미만인 건축물

           Q = 5.2 N × 1/3 [㎥]

      ③ 50 층 이상이거나 높이가 200 m 이상인 건축물

           Q = 7.8 N × 1/3 [㎥]

           여기서, Q : 수원의 양 [㎥]

                        N : 가장 많이 설치된 층의 소화전 개수

                              (29층 이하 : 최대 2개, 30층 이상 : 최대 5개)

                        2.6 : 130 ℓ/min (옥내소화전설비 규정방수량) × 20 min (소방대 출동시간)

                        5.2 : 130 ℓ/min (옥내소화전설비 규정방수량) × 40 min

                        7.8 : 130 ℓ/min (옥내소화전설비 규정방수량) × 60 min

  2. 옥외 소화전설비

       Q = 350 ℓ/min × 20 min × N

       N : 소화전 설치개수 (최대 2개)

  3. 스프링클러설비

    가. 폐쇄형 헤드

       ① 29층 이하

            Q = 80 ℓ/min × 20 min × N

             N : 기준 개수 (각 층(세대)의 설치개수가 기준 개수보다 작을 경우 설치개수를 적용)

       ② 30층 이상 49층 이하

            Q = 80 ℓ/min × 40 min × N

             N : 기준 개수 (각 층(세대)의 설치개수가 기준 개수보다 작을 경우 설치개수를 적용)

       ③ 50층 이상

             Q = 80 ℓ/min × 60 min × N

              N : 기준 개수 (각 층(세대)의 설치개수가 기준 개수보다 작을 경우 설치개수를 적용)

  ※ 폐쇄형 헤드의 설치장소별 기준 개수

   ※ 문제에서 오리피스 구경 및 방사압력이 주어질 경우​

       위 식을 적용하여 유량을 구한 후 T와 N을 곱한다.

 나. 개방형 헤드

   ① 30개 이하

       Q = 80 ℓ/min × 20 min × N

       N : 개방형 헤드의 설치 개수

  ② 30개 초과

        Q = 가압송수장치의 1분당 송수량 × N × 20 min × 10-3

        여기서, Q : 수원의 양 가압송수장치의 1분당 송수량

                     K : 유출계수 (15㎜ : 80, 20 ㎜ : 115)

                     P : 방수압력 [MPa] (0.1 ~ 1.2 MPa)

                     N : 개방형 헤드의 설치개수

 4. 드렌처 설비

      Q = 80 ℓ/min × 20 min × N (최대 설치층의 헤드개수 (최대 방수구역 기준 (1개 회로))

​

5. 간이 스프링클러설비 (6~7년에 한번 출제)

   ① Q = 50 ℓ/min × 10 min × 2개

   ② 간이 스프링클러설비 설치대상인 근린생활시설 (바닥면적 합계 1,000 ㎡ 이상), 생활형 숙박시설, 복합건축물

   ③ 간이 스프링클러설비가 설치되는 특정소방대상물에 부설된 주차장에 표준반응형 스프링클러헤드를 사용할 경우 :

           80 ℓ/min 을 곱한다.

6. 화재조기진압용 스프링클러설비

      여기서, Q : 수원의 양 [ℓ]

                   K : 상수 [ℓ/min/(MPa)1/2]

                   P : 헤드선단의 압력 [MPa]

7. 물분무소화설비

       Q = A × Q1 × T

       여기서, Q : 저수량 [ℓ]

                    A : 바닥면적 또는 표면적 [㎡]

                   Q1 : 표준방사량 (토출량) [ℓ/min · ㎡]

                    T : 시간 [min] (20 min)

  ※ 바닥면적 또는 표면적 ★

     ① 절연유 봉입변압기 : 바닥부분을 제외한 표면적을 적용한다. (앞면, 뒷면, 좌면, 우면, 윗면)

     ② 컨베이어벨트 : 벨트부분의 바닥면적을 적용한다.

     ③ 케이블트레이, 케이블덕트 : 투영된 바닥면적을 적용한다.

     ④ 차고, 주차장 : 최대 방수구역의 바닥면적을 적용한다.

​

※ 표준방사량 (토출량)

8. 미분무 소화설비

  ① 수원의 양

      Q = N × D × T × S + V

      여기서, Q : 수원의 양 [㎥]

                   N : 방호구역 (방수구역)내 헤드의 개수

                   D : 설계유량 [㎥/min]

                   T : 설계방수시간 [min]

                   S : 안전율 (1.2 이상)

                   V : 배관의 총 체적 [㎥]

   ② 폐쇄형 미분무헤드의 최고 주위 온도

        Ta = 0.9 Tm - 27.3 ℃

        여기서, Ta : 설치장소의 평상시 최고 주위 온도 [℃]

                     Tm : 헤드의 표시온도 [℃]

9. 포소화설비 포소화약제의 저장량 ★★★

  가. 고정포방출구 방식

    ① 고정포 방출구에 필요한 양

         Q① = A · Q1 · T · S

         여기서, Q① : 포소화약제의 양 [ℓ]

                      A : 탱크의 액표면적 [㎡]

                     Q1 : 단위포소화수용액의 양 (방출률) [ℓ/min · ㎡]

                      T : 방출시간 [min]

                      S : 포소화약제의 사용농도 [%]

    ② 보조포 소화전에 필요한 양

           Q② = N · S · 8,000 ℓ

            여기서, Q② : 포소화약제의 양 [ℓ]

                          N : 호스접결구의 수 (최대 3개)

                          S : 포소화약제의 사용농도 [%]

   ③ 배관보정량 (송액관에 필요한 포소화약제의 양) : 내경 75 ㎜ 초과시 적용

        Q③ = A · L · S · 1,000 ℓ/㎥

         여기서, Q③ : 배관보정량 [ℓ]

                      A : 배관의 단면적 [㎡]

                      L : 배관의 길이 [m]

                      S : 포소화약제의 사용농도 [%]

 나. 옥내포 소화전방식 (호스릴방식)

      Q = N · S · 6,000 ℓ (바닥면적 200 ㎡ 미만은 75%를 적용)

       여기서, Q : 포소화약제의 양 [ℓ]

                    N : 호스접결구의 수 (최대 5개)

                    S : 포소화약제의 사용농도 [%]

 다. 포헤드 방식

      Q = A × Q1 × T × S

      여기서, Q : 포소화약제의 양 [ℓ]

                   A : 바닥면적 [㎡]

                  Q1 : 방사량 [ℓ/min · ㎡]

                   T : 방출시간 [min] (10 min)

                   S : 포소화약제의 사용농도 [%]

※ 포헤드의 특정소방대상물별 및 포소화약제에 따른 방사량

 라. 포워터 스프링클러 방식

       Q = 헤드 개수 × 75 ℓ/min × 10 min × 사용농도 [%]

 마. 압축공기포 소화설비

      Q = A × Q1 × T

      여기서, Q : 수원의 양 [ℓ]

                   A : 바닥면적 [㎡]

                  Q1 : 설계방출밀도 [ℓ/min · ㎡]

                  T : 방사시간 [min] (10 min)

 ※ 압축공기포 소화설비의 설계방출밀도

 10. 소화용수설비 (소화수조 또는 저수조)의 저수량​

※ 기준 면적

 ① 흡수관 투입구 수

 ② 채수구 (문제에서 설치할 경우)

 ③ 가압송수장치의 수량

2. 옥내 소화전의 수원

 가. 수원의 양 (저수량)

   ① 29층 이하

       Q = 2.6 N

   ② 30층 이상 49층 이하 또는 높이가 120 m 이상 200 m 미만인 건축물

       Q = 5.2 N

   ③ 50층 이상 또는 높이가 200 m 이상인 건축물

       Q = 7.8 N

      여기서, Q : 수원의 양 [㎥]

                   N : 가장 많이 설치된 층의 소화전 개수

                        (29층 이하 : 최대 2개, 30층 이상 : 최대 5개)

                  2.6 : 130 ℓ/min (옥내소화전설비 규정방수량) × 20 min (소방대 출동시간)

                  5.2 : 130 ℓ/min (옥내소화전설비 규정방수량) × 40 min

                  7.8 : 130 ℓ/min (옥내소화전설비 규정방수량) × 60 min

 나. 옥상수원의 양 (저수량) 가.에서 산출된 유효수량 외에 유효수량의 1/3 이상을 옥상에 설치해야 한다.

   ① 29층 이하

       Q = 2.6 N × 1/3

   ② 30층 이상 49층 이하 또는 높이가 120 m 이상 200 m 미만인 건축물

         Q = 5.2 N × ⅓

   ③ 50층 이상 또는 높이가 200 m 이상인 건축물

        Q = 7.8 N × ⅓

     여기서, Q : 수원의 양 [㎥]

                  N : 가장 많이 설치된 층의 소화전 개수

                        (29층 이하 : 최대 2개, 30층 이상 : 최대 5개)

                 2.6 : 130 ℓ/min (옥내소화전설비 규정방수량) × 20 min (소방대 출동시간)

                 5.2 : 130 ℓ/min (옥내소화전설비 규정방수량) × 40 min

                 7.8 : 130 ℓ/min (옥내소화전설비 규정방수량) × 60 min

[참고] 소화설비의 유효수량

  ▣ 옥내소화전용 펌프의 후드밸브와 일반급수용 펌프 후드밸브 사이의 수량

    ※후드 (foot) 밸브 : 수원이 펌프 보다 낮은 위치에 있을 경우 설치하는 밸브

                                    여과 기능 + 역류 방지기능

[참고] 후드 밸브의 점검 요령

  ① 흡수관을 끌어 올리거나 철사고리 등으로 후드밸브를 작동시켜 이물질의 부착, 막힘 등이 있는가를 확인한다.

  ② 송수펌프의 물올림 컵밸브를 개방하여 물이 계속 방출하는 것을 확인한 후 물올림장치의 개폐밸브를 폐쇄하고 물올림

       컵 물의 감소 여부를 확인한다.

   ※ 가압송수장치

       ① 고가수조    ② 압력수조     ③ 펌프    ④ 가압수조

   ※ 고가수조 : 구조물 또는 지형지물 등에 설치하여 자연낙차의 압력으로 급수하는 수조

​

【 각 설비별 가압송수장치 (전양정) - 펌프방식】

 가. 옥내 소화전설비

       H = h1 + h2 + h3 + 17

       여기서, H : 전양정 [m]

                    h1 : 소방호스의 마찰손실수두 [m]

                    h2 : 배관 및 관부속품의 마찰손실수두 [m]

                    h3 : 실양정 (흡입양정+토출양정) [m]

                   17 : 옥내소화전설비 규정방수압력의 환산수두 [m] (0.17MPa → 약 17m)

 나. 옥외 소화전설비

      H = h1 + h2 + h3 + 25

       여기서, H : 전양정 [m]

                    h1 : 소방호스의 마찰손실수두 [m]

                    h2 : 배관 및 관부속품의 마찰손실수두 [m]

                    h3 : 실양정 (흡입양정+토출양정) [m]

                    25 : 옥내소화전설비 규정방수압력의 환산수두 [m] (0.25MPa → 약 25m)

 다. 스프링클러설비

      H = h1 + h2 + 10

      여기서, H : 전양정 [m]

                   h1 : 배관 및 관부속품의 마찰손실수두 [m]

                   h2 : 실양정 (흡입양정+토출양정) [m]

                   10 : 옥내소화전설비 규정방수압력의 환산수두 [m] (0.1MPa → 약 10m)

 라. 포소화설비

     H = h1 + h2 + h3 + h4

     여기서, H : 전양정 [m]

                  h1 : 방출구의 설계압력환산수두 또는 노즐선단의 방사압력 환산수두 [m]

                  h2 : 배관 및 관부속품의 마찰손실수두 [m]

                  h3 : 낙차[m]

                  h4 : 소방호스의 마찰손실수두 [m]

3. 옥내소화전의 가압송수장치

 가. 고가수조방식

   ▣ 특정소방대상물의 옥상 또는 높은 지점에 수조를 설치하여 각 설비의 방수구에서 규정방수압력 및 규정방수량을

        얻는 방식

      H = h1 + h2 +17

      여기서, H : 필요한 낙차 [m]

                   h1 : 소방호스의 마찰손실수두 [m]

                   h2 : 배관 및 관부속품의 마찰손실수두 [m]

                   17 : 옥내소화전설비 규정방수압력의 환산수두 [m] (0.17 MPa → 약 17m)

※ 각 설비별 방수압 · 방수량

 ※ 압력수조에 설치해야 할 부속품

  ① 수위계     ② 급수관     ③ 배수관     ④ 급기관     ⑤ 압력계   ⑥ 안전장치  ⑦ 자동식 공기압축기   ⑧ 맨홀

나. 압력수조방식

  ▣ 탱크의 1/3은 자동식 공기압축기로 압축공기를 2/3는 급수펌프로 물을 가압시켜 각 설비의 방수구에서 규정방수압력

       및 규정방수량을 얻는 방식

    P = P1 + P2 +P3 +0.17

      여기서, P : 필요한 압력 [MPa]

                   P1 : 소방호스의 마찰손실수두압 [MPa]

                   P2 : 배관 및 관부속품의 마찰손실수두압 [MPa]

                   P3 : 낙차의 환산수두압 [MPa]

                   0.17 : 옥내소화전설비 규정방수압력 (0.17 [MPa])

다. 펌프방식 ★★★

  ▣ 펌프의 가압에 의하여 각 설비의 방수구에서 규정방수압력 및 규정방수량을 얻는 방식

       H = h1 + h2 + h3 +17

        여기서, H : 전양정 [m]

                    h1 : 소방호스의 마찰 손실수두 [m]

                    h2 : 배관 및 관부속품의 마찰손실수두 [m]

                    h3 : 실양정 (흡입양정 + 토출양정) [m]

                    17 : 옥내소화전설비 규정방수압력의 환산수두 [m] (0.17 MPa → 약 17 m)

   ▣ 실양정 : 흡입양정 [m] + 토출양정 [m]

   ▣ 펌프 송수불능의 원인

     ⊙ 스트레이너의 막힘 (흡입배관)

     ⊙ 토출압력 불충분

     ⊙ 유효흡입양정 (NPSH)의 부족

[참고] 옥내소화전설비 전양정 계산시 알아 두어야 할 사항

 가. 소방호스의 마찰손실수두 (h1)

   ▣ 소방호스의 마찰손실수두 = 호스의 길이 × 호스의 개수 × 100m당 호스의 마찰손실수두

 나. 배관 및 관부속품의 마찰손실수두 (h2)

 다. 실양정 (h3)

   ▣ 후드밸브로 부터 최상층 옥내소화전 호스접결구 (앵글밸브)까지의 수직거리

        ∴ 실양정 = 흡입양정 + 토출양정

【펌프의 직·병렬 운전】

  ① 펌프의 직렬운전                                                  ② 펌프의 병렬운전

     ㉠ 토출량 : Q                                                           ㉠ 토출량 : 2Q

     ㉡ 양정 : 2H                                                             ㉡ 양정 : H

  【 펌프의 분류】

라. 가압수조방식

  ▣ 가압원인 압축공기 또는 불연성 고압기체 (N2 등)에 의하여 각 설비의 방수구에서 규정 방수압력 및 규정방수량을

       얻는 방식

마. 감압장치의 종류 (자주 나옴, 3가지 쓰시오)

  ① 감압밸브 방식 : 배관 도중에 감압밸브를 설치하여 감압하는 방식

  ② 고가수조방식 : 건물의 옥상에 고가수조를 설치하고 저층부에 대하여 0.7 MPa를 초과하지 않는 범위 내에서 가압송수

                               펌프 없이 자연낙차를 이용하여 사용하는 방식

  ③ 전용배관방식 : 설비의 시스템(system)을 고층부와 저층부로 분리한 후 주배관 및 펌프 등을 각각 별도로 구분하여

                                설치하는 방식

  ④ 중계펌프 (Booster pump) 방식 : 건물의 중간층에 중계펌프 (Booster pump) 및 중간 수조를 별도로 설치하는 방식

  ⑤ 감압용 오리피스 방식 : 호스접결구인 앵글밸브의 인입구측에 오리피스를 설치하는 방식 (가장 많이 사용됨)

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1. 벌류트 펌프

  ▣ 다음 기계 장치의 명칭을 쓰시오.

  ※ 볼류트(Volute) : 세크롤이라고도 한다. 이오니아 식 오더의 주두에 쓰이는 회오리형의 장식. 코린트 식 주두의 회오리

                 장식 부분과 그외의 회오리형 장식도 때때로 볼류트라 부른다.

2. 다단 벌류트 펌프

  ▣ 다음 기계 장치의 명칭을 쓰시오.

  ▣ 명칭 : 다단 벌류트 펌프

    ※ 다단 벌류트 펌프는 날개차가 여러개 있는 다단 원심 펌프이다.

​

3. 다단 원심 펌프 구조

  ▣ 다음 부품 ㉮, ㉯, ㉰, ㉱, ㉲의 명칭을 쓰시오.

  ㉮ 플링거   ㉯ 흡입 케이싱    ㉰ 임펠러     ㉱ 스테이지 케이싱    ㉲ 토출케이싱

  ※ 오른쪽 그림은 다단 원심 펌프의 내부 구조를 나타낸 것이다.

  ※ 플링거 (Flinger) : 던지는 사람, 투수 (동의어) 슬링거 (Slinger) : 축과 함께 회전함으로써 그 원심(速心) 작용에 의하여

                                   윤활유의 누설 또는 이물(異物)의 침입을 방지하는 회전 링을 말한다.

​

4. 터빈 펌프

  ▣ 다음 펌프 ㉮의 명칭과 부품 ㉯, ㉰의 명칭을 쓰시오.

  ㉮ 터빈 펌프        ㉯ 안내깃 (가이드 베인)             ㉰ 임펠러

  ※ 터빈 펌프는 원심 펌프의 일종이다.

  ※ 원심펌프

      ⊙ 볼류트 펌프 (volute pump) : 임펠러 둘레에 안내깃이 없이 스파이럴 케이싱이 있다.

                                                        양정 15 m 이하의 저양정 펌프이다.

      ⊙ 터빈 펌프 (Turbine pump) : 임펠러와 스파이럴 케이싱 사이에 안내깃이 있는 펌프로서 디퓨져 펌프 (diffuser pump)

                                                       라고도 한다. 양정 20 m 이상의 고양정 펌프다.

5. 스크루 펌프

  ▣ 다음 요소의 명칭을 쓰시오.

  ① 명칭 : 스크루 펌프

  ※ 스크루 펌프는 나사 펌프라고도 한다.

  ※ 스크류 펌프 : 워터 스크류라고도 하며 하나 이상의 스크류를 사용하여 스크류 축을 따라 유체 또는 액체를 이동시키는

                            PD (Positive Displacement) 펌프이다. 가장 단순한 형태로 단일 스크류가 원통형 케비티에서 회전하여

                            스크류의 스핀들을 따라 재료를 이동한다.

  ※ 스핀들 (spindle) : 공작 기계에서, 공작물 또는 연장을 회전시키기 위한 축, 굴대

  ※ 캐비티 (Cavity) : (어떤 물체 속의) 구멍[빈 부분], (치아에 생긴) 구멍, 와동​​

​

6. 양흡입 펌프

  ▣ 다음 펌프의 명칭과 흡입 구경을 ㉮, ㉯ 중 선택하시오.

  ① 명칭 : 양 흡입 펌프

  ② 흡입 구경 : ㉯

  ※ 한개의 흡입 배관으로 유체가 흡입되나 ㉯에 양흡입으로 되면서 펌핑되어 ㉮로 토출된다.

  ※ 편흡입 펌프와 양흡입형 펌프

  ⊙ 흡입구가 한쪽에만 있는 펌프를 편흡입형 (Single suction) 펌프라고 하고, 흡입구를 양쪽에 설치하여 흡입량을 많게

       한 펌프를 양흡입형 (Double suction) 펌프라 한다.

7. 외접 기어 펌프

  ▣ 다음 펌프의 명칭을 쓰시오.

  ① 명칭 : 외접 기어 펌프

  ※ 기어 펌프에는 불평형형과 평형형이 있다.

  ※ 펌핑 과정

8. 트로코이드 펌프

  ▣ 다음 펌프의 명칭을 쓰고 모양에 대한 특징과 배출량에 대한 특징을 1가지씩 쓰시오.

  ① 명칭 : 트로코이드 펌프

  ② 모양 특징 : 안쪽 로터의 잇수가 바깥쪽 로터 보다 1개 작다.

  ③ 배출량 특징 : 바깥쪽 로터의 모양에 따라 배출량이 결정된다.

  ※ 트로코이드 펌프는 내접 기어 펌프의 한 종류이다.

  ※ 트로코이드 펌프 (Trochoid pump) : 트로코이드 곡선 (Trochoid curve)의 원리에 의하여 제작된 한쌍의 치차가 내접

             구름운동을 하면서 일정한 공간을 형성하며 흡입 및 토출을 반복하는 펌프이다.

             외접치차 (Outer rotor) 보다 기어 잇수가 하나 작은 내접치차 (Inner rotor)는 외접치차와 서로 일정한 거리 만큼

             편심되어 회전하여 내 · 외접치차간에 항상 일정한 공간이 형성되고 연속적으로 공간이 크고 작아짐을 반복운동에

             따라 유체를 강제적으로 흡입 및 토출하는 펌프이다.

  ※ 트로코이드 곡선 (Trochoid Curve) : 트로코이드(trochoid) 곡선은 원이 굴러가면서 원과 연결된 한 점이 그리는

      자취이다.

      아래 그림에서 선홍색 원은 고정 되어 있고 파란색 직선은 녹색 원에 고정 되어 있다.

       때 녹색 원이 선홍색 원 위를 굴러갈 때 파란색 직선의 한쪽 끝 부분이 그리는 자취가 빨간색 곡선이 된다.

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【 참고 】 공식 정리

​

가. 플랜지 볼트에 작용하는 힘​

여기서, F : 플랜지에 작용하는 힘 [N]

             γ : 물의 비중량 (9,800 [N/㎥]

             Q : 유량 [㎥/s]

              A1 : 소방호스의 단면적 [㎡] = π/4·d2 [㎡]

              A2 : 노즐의 단면적 [㎡] = π/4·d2 [㎡]

               g : 중력 가속도 (9.8 [m/s2])

▣ 단면적 부분 계산식)​

▣ 또 다른 계산식​

여기서, F : 플랜지에 작용하는 힘 [N]

             P : 압력 [Pa = N/㎡]

              A1 : 소방호스의 단면적 [㎡] = π/4·d2 [㎡]

              Q : 유량 [㎥/s]

              v1 : 소방호스의 유속 [m/s]

              v2 : 노즐의 유속 [m/s]

나. 노즐에 걸리는 반발력 (운동량에 따른 반발력)​

여기서, F : 노즐에 걸리는 반발력 (운동량에 따른 반발력) [N]

             ρ : 물의 밀도 (1,000 [N·s2/m4])

             Q : 유량 [㎥/s]

              v : 유속 [m/s]

              v1 : 소방호스의 유속 [m/s]

              v2 : 노즐의 유속 [m/s]

다. 노즐을 수평으로 유지하기 위한 힘​

여기서, F : 노즐을 수평으로 유지하기 위한 힘 [N]

              ρ : 물의 밀도 (1,000 [N·s2/m4])

              Q : 유량 [㎥/s]

              v2 : 노즐의 유속 [m/s]

라. 노즐에 작용하는 반동력​

여기서, R : 노즐에 작용하는 반동력 [N]

             P : 방수압력 [MPa]

             D : 노즐 구경 [㎜]

​

【노즐에 걸리는 반발력】 (운동량에 따른 반발력)

가. 노즐에 걸리는 반발력 (운동량에 따른 반발력)​

여기서, F : 노즐에 걸리는 반발력 (운동량에 따른 반발력) [N]

             ρ : 물의 밀도 (1,000 [N·s2/m4])

             Q : 유량 [㎥/s]

              v : 유속 [m/s]

              v1 : 소방호스의 유속 [m/s]

               v2 : 노즐의 유속 [m/s]

나. 유량​

여기서, Q : 유량 (방수량) [㎥/s]

             A : 단면적 [㎡] = π/4·d2 [㎡]

             v : 유속 [m/s]

             d : 관의 내경 [m]

다. 유량​

여기서, Q : 유량 [ℓ/min]

             d : 관의 내경 [㎜]

             P : 압력 [MPa = MN/㎡]

​

1. 옥외 소화전 1개를 개방하여 피토게이지로 방수압을 측정한 결과 0.6 [MPa]이었다.

    호스구경이 65 [㎜]이고 노즐구경이 20 [㎜]일 경우 노즐에 걸리는 반발력 [N]을 구하시오. [5점] ★★★★★

※ 노즐에 걸리는 반발력 (운동량에 따른 반발력]

      F = ρ · Q (v1 -v2) [N]

위 식을 적용할 때 유량은 지문에서 피토게이지로 측정한 압력이 주어졌으므로 다음 식을 이용하여 유량을 구한다.​

유량, 유속을 산정식에 대입하여 문제를 풀면

작용하는 힘 F =  ρ · Q (v1 -v2) [N]

                       = 1,000 [kg/㎥] × 0.01 [㎥/s] × (31.83-3.013) [m/s] = 288.17 [N]

※ 구경 (d) 값이 주어지지 않은 경우

   ⊙ 옥내 소화전 : d = 13 [㎜]

   ⊙ 옥외 소화전 : d = 19 [㎜]

​

2. 내경이 65 [㎜] 인 소방호스에 내경이 36[㎜]인 노즐이 부착되어 있다. 대기 중에 0.02 [㎥/s]의 방수량으로 방사할 경우

    노즐에 걸리는 반발력 [N]을 구하시오. [5점]  ★★★★★

노즐 반발력 F = ρ · Q (v1 -v2) [N]

                       = 1,000 [㎏/㎥] × 0.02 [㎥/s] × (19.648 - 6.027)[m/s] = 272.42 [N]

【노즐에 걸리는 반발력】 (운동량에 따른 반발력)

가. 노즐에 걸리는 반발력 (운동량에 따른 반발력)​

여기서, F : 노즐에 걸리는 반발력 (운동량에 따른 반발력) [N]

             ρ : 물의 밀도 (1,000 [N·s2/m4])

             Q : 유량 [㎥/s]

              v : 유속 [m/s]

              v1 : 소방호스의 유속 [m/s]

              v2 : 노즐의 유속 [m/s]

나. 유량​

여기서, Q : 유량 (방수량) [㎥/s]

             A : 단면적 [㎡] = π/4·d2 [㎡]

              v : 유속 [m/s]

              d : 관의 내경 [m]

​

3. 지름이 10 [㎝]인 소방용 호스에 노즐구경이 3 [㎝]인 노즐 팁이 부착되어 있다.  3 [㎥/min]의 방수량으로 대기 중에 방사

    할 경우 다음 각 물음에 답하시오. (단, 유동에는 마찰이 없는 것으로 본다) [6점] ★★★★★

 가. 소방용 호스의 평균 유속 [m/s]을 구하시오.

 나. 소방용 호스에 부착된 노즐의 평균 유속 [m/s]을 구하시오.

 다. 소방용 호스에 부착된 플랜지 볼트에 작용하는 힘[N]을 구하시오.

[풀이]

가. 소방용 호스의 평균 유속 [m/s]을 구하시오.​

나. 소방용 호스에 부착된 노즐의 평균 유속 [m/s]을 구하시오.​

다. 소방용 호스에 부착된 플랜지 볼트에 작용하는 힘[N]을 구하시오.​

※ 앞쪽 계산 먼저하고 난 후 Ans × 뒷 쪽 분수 계산을 한다.

[해설] 플랜지 볼트에 작용하는 힘

① 플랜지 볼트에 작용하는 힘​

여기서, F : 플랜지에 작용하는 힘 [N]

             γ : 물의 비중량 (9,800 [N/㎥]

              Q : 유량 [㎥/s]

             A1 : 소방호스의 단면적 [㎡] = π/4·d2 [㎡]

             A2 : 노즐의 단면적 [㎡] = π/4·d2 [㎡]

              g : 중력 가속도 (9.8 [m/s2])

② 유량 · 유속​

여기서, Q : 유량 (방수량) [㎥/s]

             A : 단면적 [㎡] = π/4·d2 [㎡]

             v : 유속 [m/s]

             d : 관의 내경 [m]

​

4. 옥내소화전설비의 노즐선단 방수압력이 0.3 [MPa]일 때 작용하는 반동력 [N]을 구하시오. [4점] ★★★​

※ 노즐 구경이 주어지지 않은 경우

   ⊙ 옥내소화전 노즐구경 : 13 [㎜]

   ⊙ 옥외소화전 노즐구경 : 19 [㎜]

[해설] 노즐에 작용하는 반동력

    반동력 F = 1.57 P · D2 [N]

여기서, R : 노즐에 작용하는 반동력 [N]

             P : 방수압력 [MPa]

             D : 노즐 구경 [㎜]

​

5. 소방시설의 가압 송수장치에서 주로 사용하는 펌프로 볼류트 펌프와 터빈 펌프가 있다.

     이들 펌프의 특징을 비교하여 다음 표의 빈칸에 유·무, 대·소, 고·저 등으로 작성하시오.  [6점] ★★★★★

[해설] 소방용 펌프

소방용 펌프는 원심펌프를 사용하며 원심펌프에는 볼류트 펌프와 터빈 펌프가 있다.

  원심펌프 - 볼류트 펌프 : 임펠러의 날개(안내깃)가 없으며 고유량, 저양정(압력)에 사용

                 - 터빈 펌프 : 임펠러의 날개(안내깃)가 있으며 저유량, 고양정(압력)에 사용

​

6. 펌프 2대를 병렬로 운전할 때와 펌프 1대를 운전할 때를 비교하여 그래프로 나타내시오.  [4점] ★★★★★

[해설] 펌프의 직렬 · 병렬 운전

7. 펌프에서 NPSH란 무엇인지 간단히 쓰고, 공동현상 (Cavitation)의 발생 한계 조건을 쓰시오. [5점] ★★★★

  가. NPSH : 물의 높이로 표시된 실제 흡입양정을 말하며, 펌프가 공동현상을 일으키지 않고 흡입가능한 압력을 물의

                     높이로 표시한 것

  나. 공동현상의 발생 한계 조건

    ① 공동현상의 발생한계 : NPSHav = NPSHre

    ② 공동현상이 발생하지 않음 : NPSHav > NPSHre

    ③ 펌프설계시 여유 : NPSHav ≥ NPSHre × 1.3

        ※ 여유율 30 % 를 둔다.

​

[해설] NPSH (흡입양정] (Net Positive Suction Head)

가. NPSH : 물의 높이로 표시된 실제 흡입 양정을 말하며 펌프가 공동현상을 일으키지 아니하고 흡입 가능한 압력을

                   물의 높이로 표시한 것

나. 펌프의 송수 조건

  (대기압 - 저항력의 합) ≥ 펌프에 의해 형성되는 진공 능력 (절대압)

  ※ 저항력 : 수면 (평상시 수면이 아닌 소요된 시간동안 물을 사용한 이후의 수면)으로 부터 펌프 임펠러 중심까지 흡입

                    과정에서의 저항력

     ① 흡입관 높이에 따른 낙차 압력

     ② 펌프 흡입측 마찰 손실 압력

     ③ 흡입관 내부에서의 포화증기압

​

다. NPSHav (유효흡입양정) = NPAHav =available

  ① 펌프의 설치조건에 따라 결정되는 펌프로 가해지는 흡입측으로 부터의 양정

  ② NPSHav (유효흡입양정)은 펌프 주변 배관의 설계에 따라 그 값이 달라진다.

​

라. NPSHre (필요흡입양정)

  ① 펌프기동에 필요한 흡입측 양정을 말하며 펌프회전에 의해 만들 수 있는 펌프 내부의 진공도에 의해 결정

  ② 펌프 제작시 결정되는 고유값 (설계시 변하지 않음)

  ③ NPSHre 가 클수록 펌프의 흡입능력은 저하

마. 공동현상의 발생 한계 조건

   ① 공동현상의 발생한계 : NPSHav = NPSHre

   ② 공동현상이 발생하지 않음 : NPSHav > NPSHre

   ③ 펌프설계시 여유 : NPSHav ≥ NPSHre × 1.3

​

8. 다음 조건을 참조하여 펌프의 유효흡입양정(NPSH)을 구하시오. [4점] ★★★★★

[조건]

  ⊙ 소화수조의 수증기압은 0.0022[MPa], 대기압은 0.1[MPa], 흡입배관의 마찰 손실 수두는 2 [m] 이다.

  ⊙ 흡상일 때 후드밸브에서 펌프까지의 수직거리가 3.8[m] 이다.

[풀이] NPSH = 10.496 - 3.8 - 2 - 0.224 = 4.172 ≒ 4.17 [m]

[해설]

  ⊙ 정압방식 (압입) : NPSH = 대 + 거 - 마 - 수 [m]

                                                대 : 대기압, 거 : 수직거리, 마 : 마찰손실, 수 : 수증기압

  ⊙ 부압방식 (흡입) : NPSH = 대 - 거 - 마 - 수 [m]

[해설] 흡입 NPSH (수면이 펌프 보다 낮을 경우)

    NPSH = Ha - Hh - Hf - Hv [m]

여기서, MPSH : 유효 흡입 양정 [m]

             Ha : 대기압 환산 수두 [m]

             Hh : 낙차 압력 환산 수두 [m] (흡입 : -, 압입 : +)

             Hf : 마찰 손실 압력 수두 [m]

             Hv : 포화증기압 환산수두 [m]

[참고] 압입 NPSH (수면이 펌프 보다 높은 경우)

     NPSH = Ha + Hh - Hf - Hv [m]

여기서, MPSH : 유효 흡입 양정 [m]

              Ha : 대기압 환산 수두 [m]

              Hh : 낙차 압력 환산 수두 [m] (흡입 : -, 압입 : +)

              Hf : 마찰 손실 압력 수두 [m]

              Hv : 포화증기압 환산수두 [m]

​

9. 다음은 어느 수계 소화설비에서 송수펌프의 계통을 나타내고 있다. 다음 그림과 조건을 참조하여 펌프의 유효흡입양정

     (NPSH)을 구하시오 [4점] ★★★★★

[조건]

   ⊙ 20 [℃]에서의 수증기압은 0.001[MPa]이다.

   ⊙ 펌프의 시동 최대 송수량은 2,400 [ℓ/min] 이다.

   ⊙ 펌프 흡입 배관에서의 마찰 손실은 0.002 [MPa](최대 송수시)이다. (단, 설계기준 온도는 20[℃]이며, 대기압은

         0.1[MPa], 물의 밀도는 1 [gf/㎤]로 하며 펌프 운전시 배관에서의 속도수두는 무시한다.)

[풀이]

   NPSH = Ha - Hh - Hf - Hv [m]

              = 10.196 - 4.2 - 0.203 - 0.101 = 5.692 ≒ 5.69 [m]​

[해설] 흡입 NPSH (수면이 펌프보다 낮을 경우)

     NPSH = Ha - Hh - Hf - Hv [m]

여기서, MPSH : 유효 흡입 양정 [m]

             Ha : 대기압 환산 수두 [m]

             Hh : 낙차 압력 환산 수두 [m] (흡입 : -, 압입 : +)

             Hf : 마찰 손실 압력 수두 [m]

             Hv : 포화증기압 환산수두 [m]

※ 압력단위 환산

10. 다음 그림을 참조하여 해발 1,000[m] 에 설치된 펌프의 유효흡입양정 [NPSH]을 구하시오. [4점] ★★★★★

[조건] ⊙ 배관의 마찰손실수두는 0.5 [m] 이다.

          ⊙ 해발 0 [m]에서의 대기압은 0.0132[MPa]이다.

          ⊙ 해발 1,000 [m] 에서의 대기압은 0.0918[MPa]이다.

          ⊙ 물의 증기압은 0.0023 [MPa]이다.

[풀이] NPSH = Ha - Hh - Hf - Hv [m]

                     = 9.36 - 4 - 0.5 - 0.235 = 4.627 ≒ 4.63 [m]​

[해설] 흡입 NPSH (수면이 펌프보다 낮을 경우)

          NPSH = Ha - Hh - Hf - Hv [m]

여기서, MPSH : 유효 흡입 양정 [m]

             Ha : 대기압 환산 수두 [m]

             Hh : 낙차 압력 환산 수두 [m] (흡입 : -, 압입 : +)

             Hf : 마찰 손실 압력 수두 [m]

             Hv : 포화증기압 환산수두 [m]

※ 압력단위 환산

11. 다음 그림과 조건을 참조하여 펌프의 유효흡입양정 (NPSH)을 구하시오. [4점]  ★★★★★

[조건]

  ⊙ 설계기준온도는 25 [℃] 이다.

  ⊙ 25[℃] 에서의 수증기압은 70 [㎜Hg]이다.

  ⊙ 펌프 흡입배관에서의 마찰손실수두는 0.3 [m] 이다.

[풀이]

▣ 유효흡입양정 NPSH = Ha - Hh - Hf - Hv [m]

                                      = 10.332 + 0.8 - 0.3 - 0.952 = 9.882 ≒ 9.88 [m]​

[해설] 압입 NPSH (수면이 펌프보다 높을 경우)

   NPSH = Ha + Hh - Hf - Hv [m]

여기서, MPSH : 유효 흡입 양정 [m]

             Ha : 대기압 환산 수두 [m]

             Hh : 낙차 압력 환산 수두 [m] (흡입 : -, 압입 : +)

             Hf : 마찰 손실 압력 수두 [m]

             Hv : 포화증기압 환산수두 [m]

※ 압력단위 환산

12. 펌프 흡입구에 설치된 연성계가 320[㎜Hg]일 때 이론 유효흡입수두는 몇 [m]인가? (단, 대기압은 760 [㎜Hg]이다) [4점]

        ★★★★★

[풀이] 부압방식일 때 펌프의 흡입측에 진공계 또는 연성계를 설치한다.

           진공계와 연성계의 압력은 수직거리수두, 마찰손실수두, 수증기압 수두를 모두 합한 값이 된다.

   NPSHav = Ha - (Hh + Hf + Hv) [m]

                  = 10.332 - 4.35 = 5.982 ≒ 5.92 [m]​

[해설] 흡입 NPSH (수면이 펌프보다 낮을 경우)

▣ 연성계는 부압방식(수면이 펌프보다 낮은 위치에 있는 경우)일 경우에 설치되므로 흡입 NPSH를 적용하며 연성계 압력

     에는 수직거리수두, 마찰손실수두, 포화증기압수두가 모두 포함된 값이다.

   NPSH = Ha - 연성계압력수두 (Hh + Hf + Hv ) [m]

여기서, MPSH : 유효 흡입 양정 [m]

             Ha : 대기압 환산 수두 [m]

             Hh : 낙차 압력 환산 수두 [m]

             Hf : 마찰 손실 압력 수두 [m]

             Hv : 포화증기압 환산수두 [m]

​

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