유체의 흐름 과정에서 흐름 저항으로 인해 일부 기계적 에너지가 손실됩니다. 따라서 유체를 한 곳에서 다른 곳으로 이동시키기 위해서는 총 비에너지가 낮은 곳에서 총 비에너지가 높은 곳으로 유체를 이동시키거나 단순히 흐름 저항을 극복하기 위해 유체에 기계적 에너지를 제공해야 합니다. 액체를 운반하는데 사용되는 기계를 펌프(Pump)라고 합니다. 펌프는 구조적 특성과 작동 원리에 따라 주로 세 가지 범주로 분류됩니다.
I. 베인-형 펌프: 이 펌프는 회전하는 베인이 유체에 작용하여 액체의 기계적 에너지를 증가시키는 방식으로 작동합니다. 예로는 다양한 원심 펌프, 와류 펌프, 축류 펌프 등이 있습니다.
II 용적형 펌프: 이 펌프는 피스톤의 왕복 운동이나 로터의 회전 운동을 활용하여 작업 챔버의 부피를 변경하고 액체를 압축하며 액체에 작업을 수행하여 액체의 기계적 에너지를 증가시킵니다. 예로는 왕복동 펌프, 기어 펌프, 스크류 펌프 등이 있습니다.
III 제트 펌프: 작동 유체에서 생성된 고속 제트를-이용하여 유체를 토출하고 운동량 교환을 통해 토출되는 유체의 에너지를 증가시키는 방식으로 작동합니다.
단순한 구조, 제조 용이성, 안정적인 흐름, 강력한 적응성 및 편리한 작동으로 인해 원심 펌프는 화학 생산에 널리 사용됩니다. 따라서 이번 글에서는 원심펌프 소개에 중점을 두고자 한다.
원심 펌프의 작동 원리
원심 펌프가 작동 중일 때 고속 회전 임펠러를 사용하여 액체가 에너지를 획득하고 관성 원심력의 영향으로 압력 잠재력을 높일 수 있습니다. 원심 펌프가 작동을 시작하기 전에 캐비테이션 발생을 방지하기 위해 펌프 본체와 입구 파이프라인에 액체 매체를 채워야 합니다.
임펠러가 빠르게 회전하면 블레이드가 매체를 빠르게 회전시킵니다. 회전 매체는 원심력의 작용으로 임펠러 밖으로 던져집니다. 펌프 내부의 물을 배출한 후 임펠러 중앙에 진공 영역이 형성됩니다. 동시에 지속적으로 액체를 흡입하고, 흡입된-액체에 일정 에너지를 지속적으로 부여한 후 액체를 배출합니다. 따라서 원심 펌프는 이러한 방식으로 지속적으로 작동합니다.
원심펌프의 구조
원심펌프에는 다양한 종류가 있습니다. 다양한 유형의 펌프의 구조는 다르지만 주요 구성 요소는 기본적으로 동일합니다.
원심 펌프의 주요 구성 요소로는 임펠러, 펌프 샤프트, 펌프 케이싱, 펌프 베이스, 포장 상자(밀봉 장치), 밀봉 링, 베어링 하우징 등이 있습니다.
1. 임펠러
임펠러는 원심 펌프의 작동 구성 요소입니다. 고속으로 회전하고 액체에 작업을 수행하여 액체를 펌핑합니다. 원심 펌프의 중요한 부분입니다.
임펠러는 일반적으로 허브, 블레이드 및 커버 플레이트로 구성됩니다. 임펠러의 덮개판은 전면 덮개판과 후면 덮개판으로 구분됩니다. 임펠러 입구측 덮개판을 전면 덮개판, 반대편 덮개판을 후면 덮개판이라 합니다.
원심 펌프가 시동되면 펌프 샤프트가 임펠러를 구동하여 함께 고속으로 회전합니다. 이렇게 하면 블레이드 사이에 미리 채워진-액체가 회전하게 됩니다. 관성 원심력의 작용으로 액체는 임펠러의 중심에서 주변으로 반경 방향으로 이동합니다.
임펠러를 통과하는 흐름 과정에서 액체는 정압이 증가하고 유속이 증가하면서 에너지를 얻습니다. 액체가 임펠러를 떠나 펌프 케이싱으로 들어가면 케이싱 내부의 유동 채널이 점차 확장되면서 속도가 느려집니다. 운동 에너지의 일부는 정압 에너지로 변환되어 최종적으로 배출 파이프라인으로 접선 방향으로 흐릅니다.
임펠러는 구조적 형태에 따라 다음 세 가지 유형으로 분류됩니다.
(1) 폐쇄형 임펠러는 양쪽에 덮개판이 있습니다. 덮개판 사이에는 4~6개의 날이 있습니다. 폐쇄형 임펠러는 효율이 높으며 가장 널리 사용되는 유형입니다. 고체 입자나 섬유질이 없는 깨끗한 액체를 운반하는 데 적합합니다.
(2) 개방형-형 임펠러는 블레이드 양쪽에 덮개판이 없습니다. 다량의 부유 물질을 함유한 액체를 운반하는 데 적합합니다. 그러나 그 효율은 상대적으로 낮고 이송되는 액체의 압력은 높지 않습니다.
(3) 세미-개방형 임펠러는 후면 덮개판만 있습니다. 침전되기 쉬운 액체나 고형 부유 물질을 포함하는 액체를 운반하는 데 적합합니다. 그 효율성은 개방형 임펠러와 폐쇄형 임펠러 사이에 있습니다.
2. 펌프 샤프트
원심펌프의 펌프축의 주요 기능은 동력을 전달하고 임펠러를 지지하여 임펠러가 작동 위치를 유지하고 정상적으로 작동하도록 하는 것입니다. 샤프트의 한쪽 끝은 커플링을 통해 모터 샤프트에 연결되고, 다른 쪽 끝은 회전 운동을 위해 임펠러를 지지합니다. 샤프트에는 베어링 및 축 씰과 같은 구성 요소가 장착되어 있습니다.
펌프 샤프트의 일반적인 재료는 탄소강과 스테인레스강입니다.
임펠러와 샤프트는 키로 연결됩니다. 이 연결방식은 토크만 전달할 수 있고 임펠러의 축방향 위치를 고정할 수 없기 때문에 펌프에서는 임펠러의 축방향 위치를 고정하기 위해 축방향 슬리브와 잠금 너트를 사용합니다.
임펠러가 잠금 너트 및 샤프트 슬리브와 함께 축 방향으로 배치된 후 잠금 너트가 풀리는 것을 방지하려면 펌프가 역전되는 것을 방지해야 합니다. 특히 새로 설치된 펌프나 분해 및 수리를 거친 펌프의 경우 규정에 따라 회전 방향 점검을 실시하여 지정된 방향과 일치하는지 확인해야 합니다.
3. 슬리브
샤프트 슬리브의 기능은 펌프 샤프트를 보호하여 패킹과 펌프 샤프트 사이의 마찰을 패킹과 샤프트 슬리브 사이의 마찰로 변환하는 것입니다. 따라서 샤프트 슬리브는 원심 펌프에서 마모되기 쉬운-구성 요소입니다.
샤프트 슬리브의 표면에도 침탄, 질화, 크롬 도금, 스프레이 등의 처리가 가능합니다. 표면 거칠기 요구 사항은 일반적으로 Ra3.2μm - Ra0.8μm에 도달해야 합니다. 이는 마찰 계수를 줄이고 서비스 수명을 늘릴 수 있습니다.
4. 베어링
베어링은 로터의 무게와 하중을 지지하는 역할을 합니다. 원심펌프에는 구름베어링이 주로 사용된다. 베어링의 외부 링은 베어링 하우징 구멍이 있는 베이스 샤프트 시스템에 있고, 내부 링은 회전 샤프트가 있는 베이스 구멍 시스템에 있습니다. 일치하는 카테고리의 국가 표준에는 권장 값이 있으며 특정 상황에 따라 선택할 수 있습니다. 베어링은 일반적으로 그리스와 윤활유로 윤활됩니다.
5. 필러 박스
펌프 샤프트가 펌프 케이싱에서 돌출되면 샤프트와 케이싱 사이에 틈이 생깁니다. 단-흡입 원심 펌프에서 이 부분에 샤프트 밀봉 장치를 사용하지 않으면 펌프 케이스 내부의 고압-수가 대량으로 누출됩니다. 포장 상자는 일반적으로 사용되는 샤프트 밀봉 장치 중 하나입니다. 포장 상자는 샤프트 씰링 슬리브, 패킹, 워터 씰 파이프, 워터 씰 링 및 패킹 커버의 다섯 가지 구성 요소로 구성됩니다.
⒍蜗壳
볼류트는 임펠러 출구에서 다음 단계 임펠러 입구 또는 펌프 출구 파이프까지 단면적이 점차 증가하는 나선형- 모양의 흐름 채널입니다. 흐름 채널은 점차 확장되고 출구는 디퓨저 튜브 형태입니다. 액체가 임펠러 밖으로 흘러나온 후에는 유속이 원활하게 감소되어 운동 에너지의 상당 부분이 정압 에너지로 변환됩니다.
볼류트의 장점은 제작이 쉽고, 효율영역이 넓으며, 임펠러를 가공한 후에도 펌프의 효율이 거의 변하지 않는다는 점입니다.
단점은 볼류트 모양이 비대칭이라는 것입니다. 단일 볼류트를 사용하는 경우 로터에 방사상으로 작용하는 압력이 균일하지 않아 샤프트가 구부러질 수 있습니다. 따라서 다단-단 펌프에서는 첫 번째 섹션과 마지막 섹션만 볼류트를 사용하고 중간 섹션은 가이드 휠 장치를 채택합니다.
볼류트의 재질은 일반적으로 주철입니다. 부식 방지 펌프의 볼류트는 스테인레스 스틸 또는 플라스틱, 유리 섬유 등과 같은 기타 부식 방지 재료로 만들어집니다.- 다단 펌프의 경우 고압으로 인해 재료 강도 요구 사항이 더 높으며 볼류트는 일반적으로 주강으로 만들어집니다.
⒎ 구동 휠
가이드 휠은 앞쪽의 바깥쪽 가장자리를 감싸는 전방 가이드 베인이 있는 고정 디스크입니다. 이러한 가이드 베인은 일련의 디퓨저- 모양의 흐름 채널을 형성합니다. 뒷면에는 액체를 다음 단계 임펠러의 입구로 보내는 역 가이드 베인이 있습니다. 액체가 임펠러에서 분출된 후 가이드 휠로 원활하게 흐르고 전방 가이드 베인을 따라 계속해서 바깥쪽으로 흐르면서 속도가 점차 감소하고 대부분의 운동 에너지가 정압 에너지로 변환됩니다.
임펠러와 가이드 베인 사이의 반경 방향 일측 간극은 약 1mm입니다. 클리어런스가 너무 크면 효율성이 감소합니다. 너무 작으면 진동과 소음이 발생합니다. 볼류트에 비해 가이드 휠이 있는 분할 다{3}}단 원심 펌프의 펌프 케이싱은 제조가 더 쉽고 에너지 변환 효율이 더 높습니다. 그러나 설치 및 유지 관리가 볼류트보다 어렵습니다.
16. 씰링 링
내부 누출을 줄이고 펌프 케이싱을 보호하기 위해 임펠러 입구에 해당하는 쉘에 교체 가능한 밀봉 링이 설치됩니다. 씰링 링의 내부 구멍과 임펠러의 외부 원 사이의 반경방향 클리어런스는 일반적으로 0.1~0.2mm입니다. 실링 링이 마모되면 레이디얼 클리어런스가 증가하여 펌프의 토출량이 감소하고 효율이 저하됩니다. 밀봉 간격이 지정된 값을 초과하면 적시에 교체해야 합니다.
밀봉 링의 구조적 형태는 세 가지 유형이 있습니다.
플랫-링형으로 구조가 간단하고 제작이 용이하지만 밀봉효과가 좋지 않습니다.
직각형 -실링 링은 액체 누출이 90도 채널을 통과하도록 하여 플랫-링형에 비해 밀봉 효과가 더 좋습니다. 널리 사용됩니다.
미로 씰 링은 밀봉 효과가 좋지만 구조가 복잡하고 제조가 어렵습니다. 따라서 원심 펌프에는 거의 사용되지 않습니다.
원심 펌프의 작동 과정
펌프를 시동하기 전에 먼저 이송할 유체를 펌프에 채우십시오.
2. 펌프가 시동되면 펌프 샤프트가 임펠러를 구동하여 고속으로 회전하여 원심력을 생성합니다. 이 힘에 의해 액체는 임펠러 중앙에서 임펠러 주변으로 던져지고 압력이 증가하며 매우 빠른 속도(15-25m/s)로 펌프 케이싱으로 흘러 들어갑니다.
3. 蜗형 펌프 케이싱에서는 유로가 계속 확장되면서 액체의 유속이 느려지고 운동에너지의 대부분이 압력에너지로 변환됩니다. 마지막으로, 액체는 상대적으로 높은 정압으로 배출 포트에서 흘러나와 배출 파이프라인으로 들어갑니다.
4. 펌프 내부의 액체가 배출된 후 임펠러 중앙에 진공이 형성됩니다. 액체의 표면압(대기압)과 펌프 내부의 압력(부압)의 압력차에 의해 액체는 흡입관을 통해 펌프 내부로 유입되어 액체가 배출된 위치를 채웁니다.
원심 펌프의 분류
원심펌프 제품은 일반적으로 구조적 특성에 따라 분류됩니다. 분류방법은 작동압력에 따른 분류, 작동하는 임펠러의 수에 따른 분류, 임펠러가 물을 흡수하는 방식 등 6가지 등 다양한 분류방법이 있습니다.
⒈ 업무압력에 따라:
저-압력 펌프: 압력은 수주 100미터보다 낮습니다.
중압-펌프: 압력 범위는 수주 100~650미터입니다.
고압-압력 펌프: 압력은 수주 650미터보다 높습니다.
2. 작동하는 임펠러의 수에 따라:
단일{0}}단 펌프: 펌프 샤프트에 임펠러가 하나만 있는 펌프를 말합니다.
다{0}}단계 펌프: 이 유형의 펌프에는 샤프트에 2개 이상의 임펠러가 있습니다. 이 경우, 펌프의 전체 양정은 n개의 임펠러 각각에 의해 생성된 양정의 합입니다.
3. 임펠러의 취수 방식에 따라 :
단일-물 흡입 펌프-흡수 펌프: 단일-흡입 펌프라고도 하며 임펠러에 물 흡입 포트가 하나만 있음을 의미합니다.
양방향 흡입 펌프: 이중-흡입 펌프라고도 알려져 있으며 임펠러 양쪽에 흡입구가 있습니다. 그 유량은 단일-흡입 펌프의 유량의 두 배입니다. 대략적으로 두 개의 단일-흡입 펌프 임펠러가 서로-대면-배치된 것으로 간주할 수 있습니다.
4. 펌프 샤프트의 위치에 따라:
수평 펌프: 펌프 샤프트가 수평 위치에 있습니다.
수직 펌프: 펌프 샤프트가 수직 위치에 있습니다.
5. 펌프 케이싱 조인트의 형태에 따라:
수평 분할 펌프 : 축을 통과하는 수평면에 조인트 이음매가 열린 펌프입니다.
수직형 조인트 표면 펌프 : 조인트 표면이 축선에 수직인 펌프를 말합니다.
6. 임펠러에서 나오는 물을 토출실 방향으로 유도하는 방법:
케이싱 펌프: 물이 임펠러를 빠져나간 후 나선형 모양의 펌프 케이싱으로 직접 들어갑니다.
가이드베인펌프(Guide Vane Pump) : 물이 임펠러를 빠져나와 임펠러 외부에 설치된 가이드베인으로 유입되어 다음 단계로 진행되거나 출구관으로 유입된다.
⒎ 이송되는 다양한 매체에 따라 원심 펌프는 워터 펌프, 오일 펌프, 부식-방지 펌프 등으로 분류될 수 있습니다.
캐비테이션 및 증기 잠금
침식 현상
원심펌프의 작동원리로부터 블레이드 사이의 액체가 고속회전하는 임펠러에서 토출된 후, 임펠러 입구 부근에 저압- 영역이 형성됨을 알 수 있다. 임펠러 입구의 압력이 작동 온도에서 이송된 액체의 포화 증기압 pV와 같거나 낮을 때, 이 영역의 액체는 기화되어 기포를 형성합니다. 기포가 액체와 함께 고압 영역으로 이동하면 압력으로 인해 급속히 응축됩니다.
기포가 응축되는 순간 국부적인 진공이 형성됩니다. 주변의 액체는 이전에 기포가 차지했던 공간을 향해 고속으로 돌진하여 충격과 진동을 일으키고 상당한 충격력을 발생시킵니다. 특히 기포의 응축점이 블레이드 표면 근처에 있을 때 수많은 액체 입자가 높은 주파수와 압력으로 블레이드에 충돌합니다. 동시에 기포에는 금속 재료에 화학적 부식 효과가 있는 소량의 산소 및 기타 물질이 포함될 수도 있습니다. 지속적인 충격과 화학적 부식이 복합적으로 작용하면 블레이드 표면이 손상되어 반점과 균열이 형성되어 블레이드가 조기 손상될 수 있습니다. 이 현상을 원심 펌프에서는 캐비테이션이라고 합니다.
가스 결합 현상
원심펌프를 기동할 때 펌프 내부에 공기가 있으면 공기의 밀도가 낮기 때문에 회전 후 발생하는 원심력이 작습니다. 결과적으로 임펠러 중앙 부분에 형성된 낮은 압력은 액체를 흡입하기에 부족합니다. 원심펌프를 작동시켜도 이송작업을 완료할 수 없습니다. 이러한 현상을 "에어락"이라고 합니다.
이는 원심 펌프에 자체 프라이밍 기능이 없음을 나타냅니다.- 따라서 원심펌프를 기동하기 전에 이송할 액체를 채워야 합니다. 물론, 원심펌프의 흡입구가 이송액의 액면보다 아래에 위치하게 되면 자동으로 액이 펌프 안으로 유입됩니다. 이것은 특별한 경우입니다. 원심펌프의 흡입배관에는 기동전에 채워져 있던 액체가 펌프 밖으로 흘러나오는 것을 방지하기 위한 하부밸브가 장착되어 있습니다. 필터 스크린은 액체 속의 고체 물질이 흡입되어 펌프 하우징의 파이프라인과 배출 파이프를 막는 것을 방지할 수 있습니다. 토출관에 설치된 조절밸브는 펌프의 기동, 정지, 유량의 조절에 사용됩니다.
캐비테이션 및 증기폐쇄의 다양한 원인에 대한 관점에서:
에어 바인딩은 펌프 본체 내부에 공기가 존재함을 의미합니다. 이는 일반적으로 펌프가 시동될 때 발생합니다. 주요 증상은 펌프 본체 내부의 공기가 완전히 제거되지 않은 것입니다. 캐비테이션은 액체가 특정 온도에서 기화 압력에 도달함으로써 발생합니다. 이는 운송 매체 및 작업 조건과 밀접한 관련이 있음을 알 수 있습니다.
Air Lock 현상의 발생을 방지하기 위해 다음과 같은 방법을 사용할 수 있습니다.
1. 시작하기 전에 껍질에 액체를 채우십시오. 쉘이 단단히 밀봉되었는지 확인하십시오. 급수 밸브와 샤워 헤드가 새지 않아야 합니다. 밀봉 성능이 좋아야합니다.
2. 원심 펌프의 흡입 배관에는 시동 전에 펌핑 된 액체가 펌프로 역류하는 것을 방지하기 위해 하단 밸브가 장착되어 있습니다. 필터 스크린은 액체의 고체 입자가 흡입되는 것을 방지할 수 있습니다. 배출 파이프라인에는 펌프를 시작 및 중지하고 유속을 조절하는 데 사용되는 조절 밸브가 장착되어 있습니다.
3. 원심 펌프의 흡입구를 액체를 이송해야 하는 액체 레벨 아래에 놓습니다. 액체가 자동으로 펌프로 흘러 들어갑니다.
캐비테이션 발생 원인과 해결방안
캐비테이션의 주요 원인은 다음과 같습니다.
1. 입구 파이프라인의 저항이 너무 높거나 파이프라인이 너무 얇습니다.
2. 운반되는 매체의 온도가 너무 높습니다.
3. 과도한 유량, 즉 출구 밸브가 너무 넓게 열려 있습니다.
4. 설치 높이가 너무 높아 펌프의 흡입 용량에 영향을 미칩니다.
5. 펌프 선정, 펌프 재질 선정 등 선정 문제
해결책:
1. 원활한 흐름을 보장하기 위해 입구 파이프라인에서 이물질을 제거하거나 파이프라인 직경을 늘리십시오.
2. 이송 매체의 온도를 낮추십시오.
3. 설치 높이를 줄이십시오.
4. 펌프를 교체하거나 캐비테이션에 강한 재료를 사용하는 등 펌프의 특정 구성 요소를 개선합니다.
