펌프의 양정에 대한 개념 및 펌프 종류

1. 펌프란?

펌프란 원동기(전동기, 내연기관)로부터 기계에너지를 받아서 액체에 운동에너지와 압력에너지를 주어 액체의 위치를 바꾸어 주는 기계장치를 뜻하는데 흡체를 빨아들이는 흡입과 뱉어내는 토출을 수행한다.
흡입이 가능한 높이는 이론상 10.33m 이지만 관마찰 손실 및 포화증기 등 사유로 실제는 7m 정도이다.

2. 양정이란

양정은 펌프가 유체를 운송할 수 있는, 즉 토출 가능한 높이 또는 압력을 뜻한다. 보통 m단위를 쓰며 유체의 밀도가 낮을수록, 온도가 높을수록 양정은 높다. 양정은 흡입양정(suction head)과 토출양정(discharge head)로 구분되며 흡입양정과 토출양정을 합한 값이 실양정(actual head), 실양정에서 손실양정을 뺀값을 전양정(total head)라 부른다. 흡입양정은 액면에서부터 펌프 중간까지의 높이이며 대기압에서 이론상 10.33m까지 물을 흡입하는 것이 가능하다. 하지만 절대진공과 관마찰 손실, 포화증기 등을 고려한다면 실제의 흡입양정은 6~7m정도로 보아야 한다. 토출양정은 펌프가 최대로 올릴 수 있는 유체의 높이를 말하며 흡입양정과는 달리 한계가 없다. 펌프 설계시 고려해야 하는 양정은 결론적으로 전양정인데 손실양정을 고려한 흡입양정과 토출양정의 합이라 할 수 있겠다. 펌프의 양정은 액체의 포화증기압과 관련이 있는데 그 이유는 액체의 온도가 높을 수록 액체분자 사이의 인력이 작아져서 증기압력이 커지면 흡입이 잘 되지 않아 펌프의 모터 전력소비가 커지게 된다. 포화증기압이 높으면 펌프 입장에서는 흡입하는데 큰 부담이 되므로 펌프를 낮은 곳에 설치하거나 액체의 온도를 낮추는게 펌프를 운전에 도움이 된다.

3. 펌프의 종류

펌프는 구동방식에 따라 터보형, 용적형, 특수형으로 구분된다. 터보형은 임펠러(날개)를 회전시켜 얻는 원심력으로 액체에 운동에너지를 공급하는 타입이고 용적형은 기계 내에 용적을 변화시켜 피스톤을 구동시키는 형태이다. 그리고 특수형은 터보형과 용적형을 제외한 나머지 펌프 구동방식을 특수형이라 일컫는다.
터보형은 안내깃 유무에 따라 벌류트형과 터빈형으로 나뉘는데 벌류트형은 임펠러+스파이럴 케이싱으로 구성되어 있고 터빈형은 임펠러+안내깃+스파이럴 케이싱으로 구성된다. 벌류트형과 터빈형을 구분짓는 가장큰 차이는 안내깃의 유무라고 이해하면 된다. 여기서 안내깃은 임펠러 바깥둘레에 배치한 고정깃인데 임펠러에서 나오는 빠른 속도의 액체를 안내하면서 속도에너지를 압력에너지로 바꾸어주는 역할을 한다. 이외에 터보형은 임펠러 개수와 관련이 있는 단수에 따라 단단펌프(엠필러가 1개)와 다단펌프(임펠러가 여러개)로 나뉘며 흡입구 개수에 따라 편흡입 펌프(흡입구가 한쪽)와 양흡입 펌프(흡입구가 양쪽)로 나뉜다.
용적형은 왕복식과 회전식으로 구분되며 왕복식은 피스톤 펌프, 플런저 펌프, 다이아프램 펌프으로 나뉘고 회전식은 치차펌프, 베인펌프, 나사펌프, 캠펌프로 나뉜다. 피스톤 펌프와 플런저 펌프는 실린더 내 왕복운동으로 액체를 토출시키며 다이아프램 펌프는 전후 운동을 하여 액체를 이송시킨다. 치차펌프는 2개의 기어가 맞물려 회전하고 내부누설이 많은 편이며, 베인펌프는 날개가 여러개 붙어있는 편심펌프의 회전운동으로 토출시키는데 보통 유압펌프에 사용되며 송출압력의 맥동이 거의 없는 특징을 나타낸다. 나사펌프는 1~3개의 나사봉이 회전하는 구동펌프인데 소음 및 진동이 적고 축방향 하중이 발생한다.
특수형 펌프로는 대표적으로 제트펌프와 기포펌프가 있다. 제트펌프는 벤츄리관 원리로 동작하는 펌프인데 노즐(관이 급속히 좁아지는 부분)을 통해 고속분사를 하면 상대적으로 압력이 낮아져서 흡입작용이 일어나 액체를 빨아들여 이송시키게 된다. 벤츄리관 원리에는 베르누이 법칙이 적용되는데 이는 압력과 동압(속도), 그리고 높이의 에너지 합이 일정하게 유지되므로 속도가 급속히 증가하면
상대적으로 압력이 낮아져서 흡입작용이 생기는 것이다. 기포펌프는 양수관 하부에 압축공기를 송입하면 기포부력의 힘에 의해 양수가 되는 원리이다. 기포펌프는 이물질이 많이 포함되어 있는 액체이송에 적합하며 구조가 간단하고 고장이 적다.