원심펌프 상사법칙과 비속도 및 공동현상

한 줄 정의

원심펌프 상사법칙은 기하학적으로 닮은 펌프의 회전수와 지름에 따른 비례 관계다.

비속도는 펌프 형식을 나타내는 무차원 지표이다.

운전 판단에는 공동현상과 NPSH 비교도 함께 필요하다.

구성과 에너지 흐름

원심펌프는 임펠러가 원심력으로 에너지를 주고, 볼류트가 압력으로 바꾼다.

유체는 흡입구에서 축방향으로 들어와 임펠러에서 가속된다.

볼류트와 안내깃은 속도에너지를 압력에너지로 되돌린다.

볼류트형은 안내깃이 없어 상대적으로 양정이 낮은 곳에 쓰인다.

상사법칙 관계식

지름을 그대로 두고 회전수만 바꾸면 지수는 이렇게 정해진다.

유량은 회전수에 비례하고, 양정은 회전수의 제곱, 동력은 세제곱에 비례한다.

이 지수는 두 운전점이 기하학적으로 상사이고 효율이 같을 때만 성립한다.

계산 예제

회전수가 1450에서 1160으로 줄면 회전수 비는 0.8이다.

지름이 같으면 유량은 0.10에서 0.08 m³/s로, 0.8배가 된다.

동력은 0.8의 세제곱이므로 15 kW에서 7.68 kW가 된다.

회전수 20% 감소에 동력이 절반 가까이 줄어드는 것은 세제곱 관계 때문이다.

헷갈리는 점

앞 문제의 정답은 7.68 kW다.

가장 흔한 실수는 회전수만 바꾼 경우와 지름까지 바꾼 경우를 섞는 것이다.

회전수만 바꾸면 Q∝N, H∝N², P∝N³을 쓴다.

지름까지 바꾸면 Q∝ND³, H∝N²D², P∝ρN³D⁵을 쓴다.

공동현상은 기포 붕괴가, 서징은 맥동이 원인이다. 두 현상은 따로 쓴다.

정리

정리하면 지름이 일정할 때 유량 1승, 양정 2승, 동력 3승이다.

비속도는 낮으면 반경류, 높으면 축류형이다.

공동현상은 국부 압력이 증기압 이하로 떨어져 기포가 생기고, 그 기포가 터지며 침식을 일으킨다.