펌프 임펠러 설계 변경

 

 

 

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펌프 임펠러 설계 변경

 

 

 

 

보통 펌프 임펠러라고 하면 오른쪽 또는 위쪽의 임펠러를 떠올릴 것이다.

 

이는 end-top 구조의 일반적인 centrifugal pump 에 사용되는 임펠러로써, 흡입 성능을 최대한 좋게 하기 위해 임펠러 eye (입구경) 을 최대한 크게 적용하는 것이 일반적이다.

 

하지만 왼쪽 아래의 임펠러의 경우, 흡입구가 작고, 임펠러 출구폭이 매우 좁음을 알 수 있다.

 

일반적인 임펠러는 모터에 전력이 공급되어 모터가 회전하기 시작하면 임펠러 흡입구를 통해 작동유체를 빨아들이고, 회전력에 의해 수직 방향으로 작동유체를 배출한다.

 

(작동유체로는 일반적인 물을 사용하는 경우도 있고, 점성이 있는 오일, 화학 성분이 포함된 chemical waste water 또는 암모니아 등이 될 수 있다.)

 

(이 때, 임펠러 형상과 임펠러 외경, 임펠러 출구 폭, 임펠러 출구 각도는 Ns 라는 비속도 값에 의해 변하게 되고, Ns = n x Q / H ^ (3/4) 의 수식과 같이, 회전수 (n) 과 유량 (Q) 를 곱한 값에 양정 (H) 의 3/4 승을 나눠주면 비속도 (Ns) 를 구할 수 있다.)

 

(일반적으로 유량이 작고 양정이 높으면 비속도가 작고, 임펠러의 외경은 크고, 임펠러의 출구폭은 작고, 임펠러 출구 각도는 회전 축 중심 방향과 거의 직각 방향인 경향을 보인다.

그리고 펌프 크기도 작은 경향을 보인다.

유량이 크고 양정이 낮을 수록 비속도도 커지고, 임펠러의 외경이 작아지고, 임펠러의 출구 폭이 커지며, 임펠러의 출구 각도가 회전 축 중심과 점점 비슷해지는 경향을 보인다.

펌프 크기도 점점 커진다.)

 

유량이 작고, 양정이 높은 경우 작은 펌프에 임펠러 출구 폭이 작고, 임펠러 외경은 커지다보니 주물 제작할 때 불량이 날 가능성이 커진다.

(작은 펌프에 출구폭이 작다 보니 고작 해봐야 임펠러 앞뒤 판의 두께가 너무 얇아지게 된다. 이 상태에서 고양정의 성능을 위해 임펠러의 외경을 키우게 되면, 주물 제작 시 임펠러 외곽 부분의 주물 형상이 제대로 제작되지 않을 가능성이 커진다.)

 

이런 불량으로 인한 시간, 비용을 줄이기 위해 다음과 같이 설계를 변경한다.

 

먼저, 임펠러는 앞뒤 판을 날개를 통해 연결된 형태로 날개는 앞뒤 판 내에서 시계 방향의 곡률을 가지고 작동유체가 통과할 수 있는 통로를 만들어 주게 된다.

 

이 때 앞뒤 판의 주물 불량을 줄이기 위해 통로를 줄여서 즉, 임펠러 날개 부분 이외에도 주물을 부어서 통로를 적게 만들게 되는 셈이다. (사진 참조)

 

이렇게 제작된 임펠러는 위 사진의 왼쪽 아래의 임펠러와 같은 형상이며, 옆의 임펠러와 비교하자면 임펠러 출구 부분의 형상에서 알 수 있듯이 통로의 크고 작음의 차이를 확연하게 느낄 수 있다.

 

 

 

 

이렇게 설계 변경을 통해 제작된 임펠러는 제작적인 측면에서는 우선 불량의 가능성을 줄이게 됨으로써 안정성을 확보했다.

 

그러나 성능적인 측면에서 보자면 작동유체의 통로가 작아짐으로 인해 HI code 에서 표기하고 있는 optimize 효율에 한참 못 미치는 성능을 보이고 있다.

 

또한, NPSH 성능도 아주 안좋아지는 특성을 보인다.

 

이런 점을고려해 전략적인 설계 방안을 채택해야 한다.

 

 

 

 

 

끝.