아낌없이 주는 나무

1. 펌프의 분류

가. 원심펌프 (Centrifugal pump)

  ▣ 원심펌프는 Vane (Blade)이 달린 임펠러 (Impeller)가 밀폐된 케이싱 (Casing)내에서 회전함으로써 발생하는 원심력을

       이용하여 비압축성 유체를 이송하거나 압력을 높여 주는 회전기기이다.

  ▣ 원심펌프에서 유체를 이동시키는 원력력은 압력이다.

 <원심펌프의 원리>

   ① 유체는 Impeller 중심에서 강제로 유입된다.

   ② 베인 (Vane)을 따라 반지름 방향으로 흐르는 사이에 유체는 운동에너지를 얻는다.

   ③ 유체가 볼류트 (Volute)를 통과하는 사이에 운동에너지가 압력에너지로 변환된다.

  ▣ 축류 펌프는 다수 (보통 3~5)의 깃을 가진 회전차를 동력장치에 직접 연결하여 작은 용량으로 큰 유량을 수송할 수

       있게 설계된 펌프이다.

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다. 왕복펌프 (Reciprocating pump)

   ▣ 왕복펌프는 펌프를 구성하고 있는 피스톤 등의 왕복운동에 의해 실린더 내를 진공에 가까운 압력상태로 만들어 낮은

        곳에 있는 물을 흡입하고 여기에 압력을 가하여 필요한 거리로 수송하는 설비를 말한다.

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2. 펌프의 양정 및 동력

  ▣ 펌프의 전양정 = 흡입양정 + 토출양정 + 관내 마찰손실수도

    ⊙ 펌프의 실양정 = 흡입양정 + 토출양정

가. 펌프 양정의 구성

  ① Weisbach - Darcy의 마찰손실 공식​​

     여기서, △h : 배관의 마찰손실수두 (mAq),             f : 관의 마찰손실계수

                  L : 배관의 길이 (m) U : 유속 [m/sec]          D : 배관의 직경 [m] g : 중력가속도 (9.81 m/sec2)

      ∴ 압력손실수두 : P = γh 를 적용시키면​​

  ② 하젠 - 윌리암스의 식​

      여기서, △P : 마찰손실압력 (kgf / ㎠),        Q : 유량 (ℓ/min, lpm),           D : 관경 [㎜]

                   L : 배관의 길이 (linear 및 상당길이의 합),         C : 관벽의 조도에 의한 계수

  ③ 흐름에서의 미소손실 : 관이 휘어지거나 관의 중간에 엘보(elbow), 조인트 (joint), 밸브 (valve) 등과 같은 부속들을 사용

                  하여 관에서의 단면의 형태가 변화되는 곳에서 발생하는 손실을 미소손실이라고 한다. 미소손실에 의한 손실

                  수두 HL은 다음과 같다.​

          여기서, HL : 손실수두,        K : 미소손실수두계수,      U2/(2g) : 속도수두

​

나. 펌프 소요동력의 산출

  ▣ 힘(F)은 질량(m)에 가속도(g)가 가해진 값이며, 일(W)은 힘(F)에 거리 변화가 발생한 값과 같다.

       또한 동력은 일(W)을 시간으로 나눈 값과 같은 의미를 가진다.

       그러므로 유체를 수송하는 펌프의 동력값에 대해 살펴보면 다음과 같이 나타낼 수 있다.​

  ▣ 펌프의 효율이 η이고 축동력 전달계수를 K라고 하면 펌프의 동력값은 다음과 같다.​

     여기서, P : 동력(kW),          Q : 정격 토출량 (㎥/min),              H : 양정 (유체 이송 높이) [m]

                   η : 펌프의 효율,     K : 축동력 전달계수 (보통 1.1을 사용)

​

3. 펌프에서 발생하는 현상

가. 공동현상 (cavitation)

  ▣ 액체 속을 고속도로 움직이는 물체의 표면은 액체의 압력이 저하하는데, 이 때의 압력이 액체의 포화 증기압 보다 낮아

       진 범위에 증기가 발생하거나 액체 속에 녹아 있던 기체가 나와서 공동현상을 이룬다.

       이것은 수력터빈이나 선박용 프로펠러를 운전할 때 자주 발생하는 현상으로 압력 면에 발생하는 경우도 있지만,

       주로 날개의 등 부분에 발생한다. 발생한 기포는 압력이 높은 부분에 이루면 급격히 부서져 소음이나 진동의 원인이

       되며, 터빈이나 프로펠러의 효율을 떨어뜨린다.

  ① 발생원인

     ㉠ 펌프 임펠러 깃에서 물의 압력이 포화증기압 이하로 내려가면 증발하여 기포가 발생한다.

     ㉡ 펌프의 흡입측 낙차가 클 경우

     ㉢ 이송하는 유체가 고온일 경우

     ㉣ 펌프의 마찰손실이 클 경우

     ㉤ 임펠러 속도가 지나치게 클 경우

  ② 발생현상

     ㉠ 소음과 진동이 발생한다.

     ㉡ 펌프의 성능 (토출량, 양정, 효율)이 감소한다.

     ㉢ 임펠러 (Impeller)의 침식이 발생한다.

     ㉣ 심하면 양수불능상태가 된다.

  ③ 방지대책

     ㉠ 펌프 내에서 포화증기압 이하의 부분이 발생하지 않도록 조치한다.

     ㉡ 펌프의 설치위치는 가능한 낮게 한다.

     ㉢ 펌프의 회전수를 낮추고, 흡입 비속도를 크게 한다.

     ㉣ 펌프의 마찰손실을 작게 한다.

     ㉤ 펌프의 유량을 줄이고 양흡입펌프를 사용한다.

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나. 수격 작용 (Water hammering)

  ▣ 관 내를 흐르고 있는 물의 유속이 바뀌면 유체의 운동에너지가 압력에너지로 변하여 관내 압력이 상승하게 되어 배관

       과 펌프에 손상을 주는 현상으로 수격작용은 펌프의 운전중은 물론이고 펌프가 정지될 때도 발생할 수 있으므로 대용

       량인 펌프와 배관이 길어지는 경우에는 적절한 대비책이 있어야 한다.

  ① 발생원인

     ㉠ 정전 등으로 갑자기 펌프가 정지할 경우

     ㉡ 밸브를 급히 개폐할 경우

     ㉢ 펌프의 정상운전시 유체의 압력 변동이 있는 경우

  ② 발생현상

     ㉠ 압력상승에 의해 펌프, 밸브, 플랜지, 관로 등 여러 기기가 파손된다.

     ㉡ 압력강하에 의해 관로가 압괴하거나 수주분리가 생겨 재결합시에 발생하는 격심한 충격파에 의해 관로가 파손된다.

     ㉢ 소음과 진동의 원인이 된다.

     ㉣ 주기적인 압력변동 때문에 자동제어계 등 압력을 컨트롤하는 기기들이 난조를 일으킨다.

  ③ 방지대책

     ㉠ 관경을 굵게 하여 가능한 한 유속을 느리게 한다.

     ㉡ 펌프 회전축에 플라이휠(Flywheel)을 설치하여 펌프의 급속한 속도변화를 방지한다.

     ㉢ 펌프의 토출측에 조압수조(Surge tank) 또는 수격 방지기(water hammering cusion)를 설치한다.

     ㉣ 유량조절 밸브를 펌프 토출측 직후에 설치하고 적당한 밸브 제어를 한다.

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다. 맥동현상 (Surgeing)

  ▣ 펌프의 운전중에 압력계기의 눈금이 어떤 주기를 가지고 큰 진폭으로 흔들림과 동시에 토출량은 어떤 범위에서 주기적

       으로 변동이 발생하고 흡입 및 토출 배관의 주기적인 진동과 소음을 수반한다. 이를 맥동(Surging)현상이라 한다.

  ① 발생원인

     ㉠ 펌프의 H - Q 곡선이 오른쪽 상승부에서 운전 시

     ㉡ 펌프의 토출관로가 길고, 배관 중간에 수조 또는 기체가 존재 시

     ㉢ 수조 또는 기체상태가 잇는 부분의 하류측 밸브에서 토출량을 조절 시

  ② 발생현상

     ㉠ 흡입 및 토출 배관에 주기적인 진동과 소음이 발생한다.

     ㉡ 한번 발생하면 그 변동주기는 비교적 일정하고, 송출밸브로 송출량을 조작하여 인위적으로 운전상태를 바꾸지 않는

          한 이 상태가 지속된다.

  ③ 방지대책

     ㉠ 펌프의 H - Q 곡선에 오른쪽 하향구배 특성을 가진 펌프를 채용한다.

     ㉡ 회전차나 안내깃의 형상 치수를 바꾸어 그 특성을 변화시킨다.

     ㉢ 바이패스관을 사용하여 운전점이 펌프 H-Q 곡선의 오른쪽 하향구비 특성 범위 위치에 오도록 한다.

     ㉣ 배관 중간에 수조 또는 기체 상태인 부분이 존재하지 않도록 배관한다.

     ㉤ 유량조절밸브를 펌프 토출측 직후에 위치시킨다.

     ㉥ 불필요한 공기탱크나 잔류공기를 제어하고, 관로의 단면적, 유속, 저항 등을 바꾼다.

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소방설비에서 가장 중요하게 생각되는 소방펌프 (Fire water pump)와 관련하여, 펌프의 설계 및 선정시 중요하게 고려하여야 할 '수두 (Head)'에 대하여 알아 보자.

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'수두(Head)'의 개념을 잘 알고 있어야 화재가 발생했을 때, 소방 펌프가 기포 발생으로 인한 공동현상 (Cavitation) 없이 안전하게 작동될 수 있도록 펌프를 설계하거나 시설환경에 맞는 펌프를 선정할 수 있게 된다.

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1. 실제 흡입 수두 (NPSH : Net Positive Head Suction)

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실제 흡입 수두에 대하여 이야기 하기에 앞서 소방용수 펌프의 역할에 대해 알아 보면 펌프는 흡입측 수조의 물을 흡입하여 배관을 통하여 원하는 높이로 물을 상승시키게 된다.

즉, 펌프는 흡입측 수조의 물을 끌어 들일 때는 흡입측 배관내를 진공 상태나 대기압 보다 낮은 압력을 만들어 펌프로 들어 오게 하고 배출측 배관으로는 펌프의 회전날개 등으로 운동에너지를 발생시켜 물을 원하는 곳에 배출하게 한다. 펌프가 수조에서 물을 흡입할 때는 수조의 물이 받는 대기압과 흡입배관의 압력 차이에 의하여 펌프로 들어 오게 된다.

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즉, 수조 (Fire Water Storage Tank)의 수위가 펌프 (Fire Water Pump)의 수위 보다 낮은 경우 물이 자연적으로 상승하여 흡입되는 것이 아니라 펌프가 동작되는 순간에 배관 내에 압력이 대기압 보다 내려가면 이 때 외부의 대기압과 배관내의 압력의 차이로 인해 물이 배관을 통하여 펌프로 유입되게 된다.

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따라서 흡입배관 (Suction Line)을 통해 물이 정상적으로 상승하려면 물을 밀어 주는 역할을 하는 수면에 작용하는 대기압이 모든 압력 손실 (펌프나 배관에서 물을 흡입하는 방해 요소) 보다 커야만 한다.

2. 유효흡입수두 (NPSHav : Available Net Positive Suction Head)

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유효 흡입수두는 만약 배관이 진공 상태이고 펌프에 의한 압력 손실이 없다면 대기압에 의하여 물이 자연적으로 상승하여 펌프에 물이 흡입될 수 있는 높이를 말한다.

앞에서 물이 상승하여 펌프에 흡입되기 위해서는 대기압 > 모든 압력손실이라고 했는데

전체 압력 손실을 세분하면 다음과 같다.

① 물의 저장 탱크 수면에서 펌프 중심까지의 높이 차이에 의해 발생하는 수압 (수면에서

펌프 중심선까지 높이) : 이를 수두로 Hh [m]라 하자.

② 흡입배관에서 물의 흐름에 의한 모든 압력 손실 : 이를 수두로 Hf [m]라 하자.

③ 흡입측 배관내의 물의 포화증기압 : 배관 내의 압력은 흡입시 대기압 이하가 되므로

이 때 유체의 온도에 따라 포화증기압이 발생하며 (상온 20 ℃의 경우 비중이 1.0인

물의 포화 증기압은 수두로 0.238 [m]이다) - 이를 수두로 Hv [m]라 하자.

이상의 압력 손실을 표준대기압의 수두를 10.332 [m] 라고 하고 앞의 식에 적용하면

다음과 같다.​

위 식에서 좌변은 표준 대기압에서 압력 손실 부분을 모두 공제하고 물이 대기압에 의해 펌프 속으로 유입되는 순간 물이 상승할 수 있는 높이 즉 수두로서 유효한 흡입양정이 된다.

따라서 표준대기압 (10.332 [m]) - (Hh+Hf+Hv)를 "유효 흡입 수두 (Available Net Positive Suction Head)"라 하며 일반적으로 NPSHav라고 표기한다.

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그런데 수조가 펌프 보다 위쪽에 있는 경우에는 Hh 수두 만큼 대기압 보다 에너지를 더 받게 되므로 이 경우 유효 흡입 수두는 대기압 (10.332 [m]) + Hh - Hf - Hv 가 된다.

따라서 NPSHav는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, NPSHav : 유효 흡입 양정 [m]

                     Hh : 펌프의 흡입 양정 [m]

                          ▷ 펌프가 수조 보다 높을 때 : - Hh

                          ▷ 펌프가 수조 보다 낮을 때 : +Hh

                     Hf : 흡입 배관의 총 손실수두 [m]

                     Hv : 유체의 포화 증기압 환산수두 [m]

NPSHav 에서 Hh는 수면과 펌프 위치와의 관계, Hf는 배관의 재질, 길이, 관경과의 관계, Hv는 유체의 온도에 따라 변화되므로 이는 결국 펌프시설 설계시 건물의 펌프 시스템 설치 조건에 따라 결정된다.

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즉, 유효 흡입수두 (NPSHav)란 펌프의 특성과는 관계없이 펌프를 설치하는 주변 조건 및 관경에 따라 결정되는 값이다. 일반적으로 펌프의 특성곡선상 토출량의 과부하점이 정격 용량의 150 % 이므로 Hf 는 정격 유량의 150 % 유량일 때 압력 손실을 적용한다.

또한 수온에 따른 물의 포화증기압은 다음과 같다.

※ 포화증기압 : 물은 표준대기압의 100℃에서 증발하게 되는데 100 ℃ 이하에서도 물속

의 공기가 일부 증발하는데 이때 증발하는 공기가 배관내에 공기압력으로 작용을

하여 이 공기압력이 물의 흐름을 방해하는 요인가 된다.

위 그림에서 흡수면에 대기압이 작용할 때 A Pipe는 배관에 접속되어 있지 않으므로 대기압에서 그 유체의 온도에 의한 포화증기압을 뺀 높이 까지 수위가 올라간다. (마찰손실 무시)

B Pipe는 대기압에서 유체의 온도에 따른 포화증기압력, 손실수두, 속도수두, 실흡입 양정을 뺀 빗금친 부분 만큼 수위가 올라간다. 따라서 B Pipe의 빗금친 부분이 펌프의 흡입구에 물이 가지고 있는 흡입양정이며 이에 흡입관의 속도수두를 더한 것이 펌프가 이용할 수 있는 유효 흡입양정 (NPSHav)이 된다.

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3. 필요 흡입 수두 (NPSHre : Net Positive Suction Head Required)

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펌프에서 임펠러 (Impeller) 입구까지 유입된 유체는 임펠러에서 가압되기 직전에 일시적으로 압력 강하가 발생하는데 이에 해당하는 수두를 NPSHre 라고 한다.

임펠러 (Impeller)에 의해 흡입된 물은 원심력에 의해 운동에너지를 얻게 되나 펌프 케이싱 (Casing)에 부딪히는 순간 속도에너지를 잃으면서 에너지 보존 법칙에 따라 속도에너지가 압력에너지로 변하여 배관에 압력을 가하게 된다.

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이 때 흡입된 물의 NPSHav 가 너무 낮으면 유체에 남아 있는 유효 에너지가 작다는 뜻으로 임펠러 (Impeller) 내부는 압력이 떨어져 낮은 압력에 의하여 물이 국부적으로 포화증기압 이하로 되어 임펠러의 일부의 일부분에서 물이 증발하게 된다.

물이 증발하게 되면 기포가 발생하고 이 기포로 인해 물이 정상적으로 토출되지 못하여 증발된 기포가 파괴되면서 캐비테이션 (Cavitation)이 발생하게 된다.

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따라서 펌프 흡입구에서는 포화 증기압 이상으로 압력이 유지되어야 케비테이션 (Cavitation)이 발생하지 않는다. 케이테이션을 방지하기 위해서는 임펠러 (Impeller)에 흡입된 물의 NPSHav 가 펌프에 의해 형성되는 진공도 (펌프의 능력)보다 커야 한다.

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펌프에 의해 배관내 형성되는 진공도는 이를 수두로 Hp [m]라 하면

표준 대기압 Ha - (Hh + Hf + Hv) > Hp 가 되어야 한다.

이 때 Hp는 펌프의 특성에 따라 펌프가 가지게 되는 고유한 값인 펌프가 가지는 NPSH 로서 이를 "필요 흡입수두 (Required Net Positive Suction Head)"라 하며 NPSHre로 표기한다. 이 때 NPSHre 는 펌프 제작사에서 펌프를 출시할 때 펌프가 가지는 고유한 특성에 따른 성능사항이므로 펌프를 설치하는 위치 및 현장 조건과는 관계없는 수치이다. 펌프 제작사의 카탈로그 (Catalog)에는 NPSHre 수치가 기재되어 있다.

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필요 흡입수두의 적용예를 보면 만약 NPSHre 가 6 [m]라고 하면 이것이 의미하는 것은 표준 대기압 10.332 [m] - 6 [m] = 4.332 [m] 가 되므로 펌프의 진공도 능력이 지하 4.332 [m] 에 까지는 물을 흡입할 수 있는 능력이 있다는 것을 의미한다.

따라서 어느 경우에서든지 NPSHav > NPSHre 가 되어야 캐비테이션 (Cavitation) 발생 없이 펌프가 정상적으로 작동할 수가 있다.

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결국 NPSHre 는 펌프 제작사에 의해 결정되는 흡입수두로서 동일한 사양의 펌프라 하더라도 제작사에 따라 달라질 수가 있다. NPSHre 는 실험에 의하여 구하는 방법과 계산에 의하여 구하는 방법이 있으며 실험에 의한 측정치가 보다 더 정확하다.

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4. 펌프 설계시 NPSH의 적용

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토출량과 양정 및 NPSH 의 관계는 다음 그래프와 같이 나타낼 수 있다.

  ① 토출량이 증가하면 NPSHav는 감소하나 반면에 NPSHre는 증가한다.

  ② 캐비테이션 (Cavitation)을 방지하고 펌프를 사용할 수 있는 최소 범위는 NPSHav ≥ NPSHre 영역이다.

  ③ 펌프 설계시 NPSHav 는 NPSHre 에 대하여 130% 이상 여유율을 두어야 한다.

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따라서 NPSHav ≥ NPSHre × 1.3 을 적용한다.

지금까지 NPSH, NPSHav, NPSHre 에 대하여 알아 보았는데 이들 요소를 잘못 계산하였을 때 펌프유량이 제대로 나오지 않게 되며 최악의 경우 펌프나 펌프 부속품들이 부서지거나 깨지는 상황도 발생할 수 있으니 유의하시길 바랍니다.

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   ⊙ 게이트 밸브 : 직선판이 유량을 열고 닫는 것으로 대표적인 개폐(on-off)밸브이다.

  ⊙ 볼밸브 (ball valve) : 볼 밸브는 열고 닫는 기능이 편리하며 핸들을 90도 회전시켜 개폐가 가능하며 유체가 흐르는

               관의 내경과 같은 크기의 내부 포트를 가지기 때문에 압력손실이 낮은 장점도 있으나 밸브를 조금씩 열어 유량을

               조절하는 용도로는 적합하지 않다.

  ⊙ 체크밸브 (check valve) : 유체가 한쪽 방향으로만 흐르게 하는 밸브다. 펌프, 컨트롤 밸브 등이 정지되는 상황이 발생했

            을 때 유체의 역류를 막아 펌프, 컨트롤밸브, 유량계 등의 장치를 보호하는 역할을 한다. 워터해머와 같은 갑작스러

            운 압력상승과 소음을 막아줄 수 있는 체크 밸브는 오직 배관내의 유체에 의해 작동하기 때문에 어떠한 외부 구동

            력도 필요로 하지 않다. 스윙형, 리프트형, 디스크형 등 체크 밸브가 있다.

⊙ 다이어 프램 밸브 : 특수 용액을 다루는 분야에서 주로 사용되며 내부의 다이어프램에 의해 운송 유체가 외부로 누출되

               지 않기 때문에 오염이 없는 큰 특징이 있다. 특히 초 순수, 심하게 오염되거나 매우 점성이 높은 액체, 부식성 액

               체 등에 적합하며 바이오 의약품, 식료품, 식품 및 전력, 화학, 전기 도금 등의 산업에 사용된다.

   ⊙ 감압밸브 : 유체 압력이 사용 목적에 비해 너무 높을 경우 자동적으로 압력이 감소되어 감압 시키고 감소된 압력이

                         일정하게 유지되게 하는 장치

   ⊙ 니들밸브(Needle valve)란 스템(Stem)이 유로를 막는 정도에 따라 유량이 조절되거나 유체나 기체의 흐름을 개폐하는

                    수동형 밸브를 말한다.

  ⊙ 안전밸브 : 안전밸브는 기기나 배관의 압력이 일정한 압력을 넘었을 경우에 자동적으로 작동하며, 안전밸브의 종류는

                        대별해서 스프링 식과 레버식이 있으며, 화학설비에서는 스프링 식이 많이 사용되고 있다. 안전밸브에서는

                        보일러 내부압력이 최고 사용압력에 도달했을 경우, 자동적으로 작동해서 증기를 뿜어내어 압력의 상승을

                        방지하는 밸브를 말한다.

  ▣ 펌프의 종류 : 원심펌프, 사류 펌프, 축류 펌프, 마찰 펌프

   ※ 안내깃이 없는 볼류트 펌프와 안내깃이 있는 터빈펌프가 있다.

   ⊙ 축류 펌프 (axial flow pump) : 임펠러가 프로펠러형이고 물의 흐름이 축방향인 펌프로서 저양정 (보통 10 m 이하) 대유

                                   량에 쓰인다.

  ⊙ 사류 펌프 (mixed flow pump) : 축류 펌프와 구조가 거의 같으나 임펠러 모양이 유체가 축방향과 경사지게 흐르도록

               하며 저양정 대유량에 쓰인다. 

  ⊙ 마찰펌프 (friction pump) : 둘레에 많은 홈을 가진 임펠러를 고속 회전시켜 케이싱 벽과의 마찰에너지에 의해 압력이

               생겨 송수하는 펌프로서 대표적인 것으로는 와류 펌프 (vortex pump), 일명 웨스코 (westco rotary pump)가 있다.

               구조가 간단하고 구경에 비해 고양정이나 토출량이 적고 효율이 낮다. 운전 및 보수가 쉬워 주택의 소형 우물용,

               보일러 급수펌프 등에 적합하다.

6. 조름 밸브라고 하며 밸브 판을 회전시켜 유량을 조절하는 밸브는 ? [15-2]

   ① 감압 밸브          ② 앵글 밸브         ③ 나비형 밸브            ④ 슬루스 밸브

​

7. 밸브의 종류와 용도를 짝지어 놓은 것 중 잘못된 것은 ? [20-3]

  ① 글로브 밸브 - 주로 교축용으로 사용한다.            ② 슬루스 밸브 - 전개, 전폐용으로 사용한다.

  ③ 나비형 밸브 - 차단용으로 많이 사용한다.            ④ 플랩 밸브 - 스톱 · 역지 밸브로 사용한다.

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[해설] 나비형 밸브는 유량 조절 밸브이여, 완전한 기밀이 필요한 차단용으로는 곤란하다.

​

[정답]    1. ④        2. ④      3. ①          4. ①      5. ④        6. ③           7. ③

​

8. 안전 밸브의 디스크 형상에 영향을 주는 인자가 아닌 것은 ? [07-4]

  ① 양력과 반동력        ② 배압         ③ 열응력            ④ 플러터링

​

[해설] 플러터 (flutter) : 플러터는 비행기 날개와 같은 구조물에서 풍하중에 의해 유도되는 공력 불안정 현상이다. 플러터

               현상은 다리와 같은 거대한 구조물을 파괴할 만한 큰 진동을 유발할 수 있지만 플러터 현상을 이용하면 충분한

               양의 전기 에너지를 얻는 것도 가능할 것이다.

​

9. 전동밸브가 개폐 도중에 멈추었다. 고장 원인이 될 수 있다고 생각되는 것을 고려하여 점검해야 할 항목이 아닌 것은 ?

        [07-4]

   ① 스템(stem) 나사부의 윤활유 부족 또는 부적절                 ② 밸브 시트 (seat)면의 손상

   ③ 스템 나사부의 움직임 불량                                               ④ 밸브 내부의 구동부에 이물질에 의한 동적 방해

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10. 고압 증기 압력 제어 밸브의 동작시 방출되는 유체가 스프링에 직접 접촉될 때 스프링의 온도 상승으로 인한 탄성계수

       의 변화로 설정 압력이 점진적으로 변하는 현상은 무엇인가 ? [09-4]

   ① blow down            ② crawl            ③ hunting              ④ back pressure

​

[해설]    ㉠ blow down : 보일러 물을 빼는 장치                 ㉡ back pressure : 배압

             ㉢ 크롤 (crawl) : 압력방출밸브의 동작시 방출되는 유체가 스프링에 접촉될 때 스프링의 온도상승으로 탄성계수가

                                       변화되어 설정압력이 점진적으로 변하는 현상을 말하며 스프링의 온도상승은 압력방출밸브의

                                       설정압력을 감소시킨다.

​

11. 제어 밸브의 포지셔너를 점검하고자 한다. 다음 중 내용이 잘못된 것은 ? [06, 13-4]

   ① nozzle flapper 부위에서 VENT 가 발생되면 nozzle flapper를 교체한다.

   ② feedback bar 와 캠 사이에 링크된 부분이 원활한지 점검한다.

   ③ 포지셔너 내부 캠 위치를 변경 설치하면 밸브의 제어 기능을 변경할 수 있다.

   ④ Zero 와 range adjustment 를 조정 후 반드시 잠금 장치를 조여서 drift를 방지한다.

​

12. 다음 중 고압 증기 안전 밸브에서 심머링 (simmering) 현상이 발생할 경우 조치 요령은 ? [10-4]

   ① 상부 조정 링의 상향 조정              ② 상부 조정 링의 하향 조정

   ③ 하부 조정 링의 상향 조정               ④ 하부 조정 링의 하향 조정

​

[해설] ㉠ 상부 링 : 심머링 조정 ㉡ 하부 링 : 충격 완화

   ▣ 심머링 (simmering) : 계통압력의 완만한 증가로 안전밸브 열림 초기에 극히 짧은 시간동안 디스크가 조금 들린

                                          상태에서 머무는 현상

     ⊙ simmer는 요리에서 물의 끓는 점 보다 조금 낮은 온도에서 요리하는 것으로 심머링은 물을 가볍게 끓이고 온도를

                          낮추어 물이 자그마한 거품만 나오도록 하는 것이다.

​

13. 일반적인 밸브에 관한 사항으로 옳은 것은 ? [20-4]

   ① 밸브를 열도 닫을 때는 최대한 빠르게 실시한다.

   ② 이종 금속으로 제작된 밸브는 핸들이 정지할 때까지 완전히 회전시킨다.

   ③ 밸브를 전개할 때는 핸들이 정지할 때까지 완전히 회전시킨다.

   ④ 일반적인 수동밸브는 '좌회전 닫기', 우회전 열기'로 만들어져 있다.

​

[해설] 밸브의 걔폐시 천천히 실시해야 하고, 밸브를 전개할 때는 핸들이 정지하기 전에 여유를 두고 회전시켜야 하며,

           일반적인 밸브는 '우회전 닫기', '좌회전 열기'로 형태이다.

​

[정답]    8. ②     9. ②     10. ②     11. ①     12. ①     13. ②

​

14. 안지름이 750 ㎜ 인 원형관에 양정이 50 m, 유량 50 ㎥/min 의 물을 수송하려 한다.  여기에 필요한 펌프의 수동력은

      약 몇 PS인가 ? [단, 물의 비중량은 1,000 ㎏f/㎥이다. [20-3]

   ① 325               ② 555                ③ 780                    ④ 800​

15. 펌프의 효율식 중 옳은 것은 ? [16-2]

   ① 수력 효율 = 수동력 / 축동력                                             ② 기계효율 = (축동력 - 기계손실) / 축동력

   ③ 체적 효율 = 펌프의 실제 양정 / 이론 양정 (깃수 유한)     ④ 펌프의 전효율 = 펌프의 실제 유량 / 임펠러를 지나는 유량

​

[해설] 펌프의 효율식

[정답] 21. ① 22. ① 23. ① 24. ④ 25. ④

​

26. 펌프 운전에서 캐비테이션(cavitation) 발생 없이 안전하게 운전되고 있는가를 나타내는 척도로 사용되는 것은 ?

       [14-4, 18-1]

   ① HP (Horse power)         ② NS (Nonspecific speed)        ③ NPSH (Net Positive Suction Head)

   ④ MAPI (Machinery and Allied Products institute)

​

[해설] 케비테이션은 액체의 압력이 포화 증기압 이하로 될 때 발생한다. 펌프 내에서의 압력 강하는 흡입부 플랜지와 최저

           압력점 사이에서 발생하는데, 이는 흡입부 플랜지와 임펠러 깃 입구 사이에서의 속도 증가, 마찰과 와류 때문이다.

           압력강하에 의한 캐비테이션 발생여부를 판단하기 위해서는 펌프의 흡입 조건에 따라 정해지는 유효 흡입수도

           (NPSHav)와 흡입능력을 나타내는 필요 흡입수도 (NPSHre)의 계산이 필요하다.

​

27. 공기의 유량과 압력을 이용한 장치 중 송풍기의 사용압력을 올바르게 나타낸 것은 ?  [17-2, 20-4]

   ① 0.1 ㎏f/㎠ 이하        ② 0.1~ ㎏f/㎠           ③ 1~10 ㎏f/㎠            ④ 10 ㎏f/㎠ 이상

​

[해설] 10 kPa (0.1 ㎏f/㎠ ) 이상 100 kPa 미만인 것은 송풍기 (blower), 10 kPa 미만의 것은 팬 (fan), 100 kPa 이상의 압력

           을 발생시키는 것은 압축기이다.

​

28. 다음 중 송풍기의 흡입 방법에 의한 분류에 포함되지 않는 것은 ? [11-4, 17-4]

   ① 편 흡입형         ② 풍로 흡입형           ③ 흡입관 취부형             ④ 실내 대기 흡입형

​

[해설] 송풍기의 흡입 방법에 의한 분류 : 실내 대기 흡입형, 흡입관 취부형, 풍로 흡입형

​

29. 송풍기의 구성 부분이 아닌 것은 ? [16-4]

   ① 케이싱       ② 피스톤           ③ 임펠러           ④ 축 베어링

​

[해설] 송풍기 (Blower) 의 일반적 주요 구성부분은 케이싱, 임펠러, 축 베어링, 커플링, 베드 및 풍량 제어 장치 등으로 되어

           있다.

​

30. 송풍기의 풍량을 조절하는 방법으로 옳지 않은 것은 ? [18-4]

   ① 가변 피치에 의한 조절                               ② 송풍기의 회전수를 변화시키는 방법

   ③ 송풍기 축의 축 방향의 신장 조절               ④ 흡입구 댐퍼에 의한 조절

​

31. 고온 가스를 취급하는 송풍기 베어링 설치 방법을 연결한 것 중 맞는 것은 ? [15-4]

   ① 전동기측 베어링 - 고정, 반 전동기측 - 신장              ② 전동기측 베어링 - 고정, 반 전동기측 - 고정

   ③ 전동기측 베어링 - 고정, 반 전동기측 - 신축              ④ 전동기측 베어링 - 신축, 반 전동기측 - 신축

​

[해설] 전동기측 베어링은 고정하고, 반 전동기측 베어링은 신장되도록 한다.

​

32. 송풍기의 운전 중 점검사항에 관한 내용으로 잘못된 것은 ? [20-3]

  ① 운전 온도는 70 ℃ 이하로 한다.                               ② 댐퍼의 전폐 상태를 점검한다.

  ③ 베어링의 진동 및 윤활유의 적정 여부를 점검한다. ④ 베어링의 온도는 주위 공기 온도 보다 40 ℃ 이상 높지 않게 한다.

​

[해설] 댐퍼는 운전 전 점검사항이다.

​

[정답]   26. ③    27. ②    28. ①    29. ②    30. ③    31. ①    32. ②

​

33. 송풍기 기동 후의 점검 사항으로 잘못된 것은 ? [06-4, 10-4, 16-2, 19-4]

   ① 윤활유의 적정 여부 점검                                  ② 임펠러의 이상 유무 점검

   ③ 베어링의 온도가 급상승하는지 유무 점검        ④ 미끄럼 베어링의 오일링 회전의 정상 유무 점검

​

[해설] 임펠러의 이상 유무 점검은 기동전 점검사항이다.

​

34. 다음 중 송풍기의 베어링이 이상 발열로 온도가 높아지는 원인에 해당되지 않는 것은 ?  [06-4]

   ① V-Belt 의 장력이 너무 센 경우            ② 윤활유의 양이 너무 많거나 적은 경우

   ③ V-belt 가 마모된 경우                         ④ 오일 실을 잘못 조립하였을 경우

​

[해설] V-belt가 마모되면 속도비가 떨어진다.

​

35. 송풍기에 진동이 많이 발생하는 원인이 아닌 것은 ? [09-4]

  ① 임펠러의 불균형     ② 기초 볼트의 이완       ③ 임펠러 이물질 부착          ④ 송풍기 벨트 이완

​

[해설] 벨트가 이완되면 효율이 저하된다.

​

36. 송풍기를 설치한 곳의 기초 지반이 연약할 때 가장 큰 영향을 미치는 고장 발생의 현상은 ? [12-4, 15-2]

   ① 진동 발생이 크다.                         ② 댐퍼 조절이 나빠진다.

   ③ 풍량과 풍압이 작아진다.               ④ 시동시 과부하가 발생한다.

​

[해설] 기초 지반이 연약하면 진동이 발생한다.

​

37. 원심형 통풍기 중 베인 방향이 후향이고, 효율이 가능 높은 것은 ?

   ① 터보 팬        ②왕복 팬           ③ 실로코 팬              ④ 플레이트 팬

​

[해설] 터보 팬 (turbo fan)은 후향 베인이고, 압력은 350~500 ㎜Hg이며 효율이 가장 좋다.

​

38. 풍량의 변화에 대한 축동력의 변화가 가장 큰 송풍기는 어느 것인가 ? [13-4]

   ① 터보 팬      ② 레이디얼 팬        ③ 다익 팬       ④ 에어포일 팬

​

[해설] 원심형 통풍기의 특징 : 베인 (vane) - 베인은 화살의 깃, 통풍기는 날개 깃을 말함

[정답]    33. ②    34. ③    35. ④    36. ①    37. ①     38. ①

​

39. 다음 그림에서 나타낸 축류 송풍기의 특성으로 잘못된 것은 ? [14-4]

특징 및 감속 원리

   ㉠ 효율이 높다.                     ㉡ 충격에 강하고 수명이 길다.              ㉢ 소형 경량으로 감속비가 크다.

   ㉣ 운전이 원활하고 소음이 작다.

66. 전동기의 회전이 고르지 못할 때의 원인은 다음 중 어느 것인가 ? [08-4]

   ① 코일의 절연물이 열화되었거나 배선이 손상되었을 때

   ② 전압의 변동이 있거나 기계적 과부하가 발생되었을 때

   ③ 리드선 및 접속부가 손상 되었거나 서머 릴레이가 작동되었을 대

   ④ 단선 되었거나 냉각이 불량할 때

​

[해설] 모터가 고르지 못한 회전 고장 원인과 대책

​

67. 광범위하고 높은 정밀도의 속도 제어가 요구되는 장소에 적합한 전동기의 종류로 맞는 것은 ? [11-4]

   ① 유도 전동기        ② 동기 전동기      ③ 정류자 전동기        ④ 직류 전동기

​

[정답]   62. ③       63. ②      64. ④        65. ①     66. ②          67. ④

​

68. 다음 중 무단 변속기에 관한 설명으로 잘못된 것은 ? [18-4]

   ① 체인식 무단 변속기의 일반적인 점검 주기는 1,000 ~ 1,500 시간이다.

   ② 체인식 무단 변속기의 변속 조작은 회전중이 아니면 할 수 없다.

   ③ 벨트식 무단 변속기는 유욕식이 아니므로 윤활 불량을 일으키기 쉽다.

   ④ 마찰 바퀴식 무단 변속기의 변속 조작은 반드시 정지 중에 해야 한다.

​

[해설] 무단 변속기의 변속 조작은 반드시 운전 중에 해야 한다.

​

69. 단상 유도 전동기에서 과열되는 원인으로 옳지 않은 것은 ? [20-3]

   ① 냉각 불충분       ② 빈번한 기동          ③ 서머 릴레이 작동        ④ 과부하(overload) 운전

​

[해설] 전동기의 과열 원인

   ㉠ 3상 중 1상의 접촉 불량          ㉡ 베어링 부위에 그리스 과다 충진          ㉢ 과부하 운전

   ㉣ 빈번한 기동, 정지                   ㉤ 냉각 불충분

​

70. 전동기 과열의 원인과 가장 거리가 먼 것은 ? [19-2]

  ① 단선         ② 과부하 운전           ③ 빈번한 기동 및 정지          ④ 베어링 부에서의 발열

​

[해설] 단상 전동기일 경우 단선은 기동 불능 상태이다.

​

71. 단상 유도 전동기에서 무부하에서 기동하지만 부하를 걸면 과열되는 원인으로 옳지 않은 것은 ? [13-4]

   ① 과부하 (overload)          ② 전압 강하         ③ 단락 장치의 고장          ④ 회전자 코일 단선

​

72. 3상 유도 전동기의 과열의 직접 원인이 아닌 것은 ? [15-2]

   ① 빈번한 기동을 하고 있다.                           ② 과부하 운전을 하고 있다.

   ③ 전원 3상 중 1상이 단락되어 있다.              ④ 배선용 차단기 (NFB)가 작동하고 있다.

​

73. 전동기가 회전 중 진동현상을 보이고 있다. 그 원인으로 잘못된 것은 ?  [07, 10-4, 16-2]

   ① 냉각 불충분        ② 베어링의 손상        ③ 커플링, 풀리의 이완         ④ 로터와 스테이터의 접촉

​

[해설] 진동현상의 원인 : 베어링의 손상, 커플링, 풀리 등의 마모, 냉각 팬, 날개 바퀴의 느슨해짐, 로터와 스테이터의 접촉

​

74. 3상 유도전동기에서 1상이 단선될 경우 나타나는 고장현상으로 잘못된 것은 ? [15-4]

   ① 슬립 증가       ② 부하전류가 증가     ③ 토크가 현저히 감소         ④ 언벨런스에 의한 진동 증가

​

[해설] 언밸런스는 질량 불평형을 말하며, 단선과는 관계없다.

​

[정답]    68. ④        69. ③      70. ①       71. ④         72. ④        73. ①          74. ④

​

75. 전동기의 결함에 따른 원인으로 적합하지 않은 것은 ? [14-2]

   ① 기동 불능일 때 : 퓨즈의 단락                  ② 전동기의 과열시 : 과부하

   ③ 저속으로 회전시 : 축받이의 고착            ④ 회전이 원활하지 못할 때 : 회전자 동봉의 움직임

​

76. 3상 유도 전동기 내의 코일과 철심 사이에 완전 절연하기 위해 사용되는 것은 ? [18-2]

   ① 바니스          ② 유리             ③ 애나멜               ④ 절연 종이

​

[해설] 절연 재료로 유리, 에나멜, 마이카 등을 사용하며, 코일과 철심 사이에 완전 절연하기 위해서는 절연 종이를

           사용한다.

​

77. 전동기의 기동 불능 현상에 대한 원인이 아닌 것은 ? [09-4, 19-1]

   ① 단선       ② 기계적 과부하         ③ 서머 릴레이 작동             ④ 코일 절연물의 열화

​

[해설] 전동기의 기동 불능 고장원인 : 퓨즈 용단, 서머 릴레이, 노퓨즈 브레이크 등의 작동,  단선, 기계적 과부하, 전기기기

          종류의 고장, 운전 조작 잘못

​

78. 다음은 크레인의 전동기 고장 원인과 대책에 관한 설명이다. 잘못된 것은 ? [12-4]

   ① 전동기의 고장은 접전부와 회전자가 대부분이다.

   ② 접전부의 고장 원인은 절연 불양에 의한 것이 대부분이다.

   ③ 시동 시간이 길 때에는 부하를 줄여야 한다.

   ④ 시동이 되지 않을 때는 전압을 바꿔 보고 회로의 불량을 검사한다.

​

[해설] 시동이 안될 때는 전류를 바꿔 보고 회로의 불량을 검사한다.

​

[정답]    75. ③      76. ④      77. ④       78. ④

​

#체크밸브 #플랩밸브 #스윙체크밸브 #게이트밸브 #슬루스밸브 #케이싱 #수격현상

#캐비테이션 #임펠러 #피키 #터보팬 #송풍기 #축류식압축기 #왕복압축기 #실린더

#사이클로이드 #감속기 #전동기 #직류전동기 #절연물

  ※ 소방에서는

    ① 배관내의 물의 정압이 포화증기압 보다 낮아지면 기포가 발생하는 현상

    ② 유효흡입수두 (NPSHav) < 필요흡입수두 (NPSHre)

  ※ 유효흡입수두 = 대기압 - 포화증기압 수두 - 배관손실수두 ± 낙차 수두

                         H = Ho - Hv - Hf ± Hh

나. 발생원인

  ① 펌프보다 수원이 낮아 흡입수두가 클 때

  ② 펌프의 임펠러 회전수가 클 때

    ※ 회전수가 빨라지면 기포가 많이 발생한다. 유속이 빨라지면 압력이 낮아져 기포발생

  ③ 펌프의 흡입관경이 작을 때

  ④ 흡입배관의 유속이 빠를 때

  ⑤ 흡입측 배관의 마찰손실이 클 때

  ⑥ 수온이 높을 때

​

다. 방지대책

  ① 펌프의 설치 위치를 가급적 낮게 한다.

  ② 회전차를 수중에 완전히 잠기게 한다.

  ③ 흡입관경을 크게 한다.

  ④ 펌프의 회전수를 낮춘다.

  ⑤ 2대 이상의 펌프를 사용한다.

  ⑥ 양 흡입 펌프를 사용한다. (양 쪽에 펌프를 설치하여 물을 흡입한다)

  ⑦ 배관을 공동현상(케비테이션)에 강한 재질을 선택한다.

  ⑧ 흡입관의 깊이를 가능한 작게 한다.

​

라. 공동현상에 의한 파생되는 현상

  ① 소음과 진동이 발생한다.

  ② 임펠러(회전차), 배관, 배관 부속 등에 응력이 발생해 기계적 손상을 초래한다.

  ③ 토출량과 양정이 감소되며, 전체적으로 펌프의 효율이 감소한다.

​

2. 수격현상 (Water hammering)

가. 정의

  ▣ 펌프에서의 수격현상은 갑작스런 속도의 변화에 따른 힘의 차로 펌프와 주변 시스템에 순간적으로 큰 힘이 작용하여

       변형, 손상 또는 파손의 원인이 되는 현상

​

나. 발생원인

  ① 펌프를 급격하게 가동시키거나 급격히 정지할 때 (플랜저에서 물의 압력이 커지기 때문에 압력차에 의하여 물이 배관

       을 때리는 현상)

  ② 밸브를 급하게 잠그거나 열 때

  ③ 터빈의 출력 변화가 심할 때

    ※ 위와 같은 상황에서는 물의 유속차가 발생하여 이것이 바로 압축파로 전환되어 충격파가 배관이나 그 부속품을 파손

         시키는 현상이 발생한다.

​

다. 방지대책

  ① 유속의 차이가 크지 않게 한다.

  ② 관구경을 크게 하면 유속이 낮아진다.

  ③ 유량을 감소시켜 유속을 감소시킨다.

  ④ 펌프의 송출구 가까이에 밸브를 설치하고 개폐속도를 낮춘다.

  ⑤ 펌프에 플라이 휠을 설치하여 속도가 급격히 변하는 것을 막는다.

  ⑥ 수격 방지기나 에어 챔버를 설치하여 완충작용으로 수격현상을 방지한다.

  ⑦ 조압수조에 의한 완충작용으로 적절한 압력을 유지한다.

  ⑧ 압력 릴리스 밸브, 스몰레스크 체크밸브 등을 설치한다.

​

3. 맥동현상 (Surging)

가. 정의

  ▣ 펌프를 운전할 때 송출압력과 송출유량이 주기적으로 변동하여 펌프 입구나 출구에 설치된 진공계나 압력계의 지침이

       심하게 흔들리는 현상

​

나. 발생원인

  ① 펌프의 특성곡선이 우상향 곡선일 경우 운전점이 그 정상부에 위치할 때

  ② 배관 도중에 수조가 있을 때

  ③ 배관 중에 기체 상태의 부분이 있는 경우

  ④ 유량 조절밸브가 배관 수조의 위치 후단에 있을 경우

​

다. 방지대책

  ① 펌프 성능곡선이 우하향 구배를 갖는 특성의 펌프를 사용한다.

  ② 회전차나 안내날개 형성 지수를 바꾸어 펌프의 성능특성을 변화시킨다.

  ③ 바이패스관을 사용하여 운전점이 펌프의 HP곡선이 우하향 구배 특성 범위 내에 있게 한다.

  ④ 배관중간에 수조나 기체 상태인 부분이 존재하지 않도록 배관한다.

  ⑤ 유량조절밸브를 펌프 토출측 직후에 위치한다.

  ⑥ 관로내의 잔류 공기를 제거하고 관로의 단면적, 유속, 저항 등을 바꾼다.

​

【 출제 예상 문제 】

​

1. 펌프의 공동현상을 방지하기 위한 방법으로 틀린 것은 ? ④

   ① 펌프의 설치위치를 수원보다 낮게 한다.

   ② 펌프의 흡입측을 가압한다.

   ③ 펌프의 흡입관경을 크게 한다.

   ④ 펌프의 회전수를 크게 한다.

​

2. 물의 압력파에 의한 수격작용을 방지하기 위한 방법 중 적합하지 않은 것은 ? ①

   ① 관로 내의 관경을 수축시킨다.

   ② 관로내의 유체의 유속을 낮게 한다.

   ③ 수격방지기를 설치한다.

   ④ 펌프의 속도가 급격히 변화하는 것을 방지한다.

​

3. 다음의 ㉠, ㉡ 에 알맞은 것은 ?

   ㉠ 운동에너지    ㉡ 수격작용

4. 다음은 펌프에서의 공동현상에 대한 일반적인 설명이다. 다음 항목 중에서 옳바르게 설명한 것을 모두 고르시오.

   ㉠ 액체의 온도가 높아지면 공동현상이 일어나기 쉽다.

   ㉡ 흡입양정을 작게 하는 것은 공동현상 방지에 효과가 있다. (낙차에 의한 손실을 작게 함으로써 공동현상 방지)

   ㉢ 공동현상은 유체 내의 국소압력이 포화증기압 이상일 때 나타난다. (유체의 국소압력이 포화증기압 보다 낮아 질 때

        나타난다)

​

5. 수격작용에 대한 설명으로 맞는 것은 ?

  ④ 흐르는 물을 갑자기 정지시킬 때 수압이 급격히 변화하는 현상을 말한다.

​

6. 펌프의 흡입양정이 클 때 발생할 수 있는 현상은 ? 공동현상

​

7. 펌프를 운전중에 펌프 입구와 출구에 설치된 진공계와 압력계의 지침이 크게 흔들리고 동시에 토출유량이 변하는 현상

     으로 송출압력과 송출유량 사이에 주기적인 변동이 일어 나는 현상은 ? 서징 (맥동) 현상

​

8. 온도가 T인 유체가 정압이 P인 상태로 관속을 흐를 때 공동현상이 발생하는 현상으로 가장 적절한 것은 ? 단, 유체 온도

     t에 해당하는 포화증기압을 Ps라고 한다.

  ③ 유체내의 압력 P < Pv (포화 증기압)

    ⊙ 유체내의 압력이 포화증기압 보다 작아질 때

​

9. 다음 중 대표적인 펌프의 이상현상에 해당되지 않는 것은 ? ④

  ① 공동현상   ② 수격작용   ③ 맥동 현상   ④ 진공현상

​

10. 펌프에서 공동현상이 발생할 때 나타나는 현상이 아닌 것은 ? ③

  ① 소음과 진동 발생                  ② 양정곡선이 저하된다.

  ③ 효율곡선이 증가한다.           ④펌프 깃의 침식 현상

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※ 공동현상이 발생하면 소음과 진동이 발생하고 관의 부식을 촉진한다. 또한 펌프의 성능이 저하된다.

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