seegongsik

공조냉동기계기사 실기 · 펌프 양정과 동력 계산

Pump Head and Power

펌프가 실제로 내는 유량과 양정은, 유량이 늘수록 양정이 내려가는 펌프 성능곡선과 실양정에 유량의 제곱에 비례하는 마찰 손실을 더한 배관 저항 곡선이 만나는 운전점에서 정해진다. 축동력은 L = ρgQH ÷ η 로 구하고, 운전점이 펌프 효율이 가장 높은 점 근처에 있어야 같은 일을 적은 동력으로 한다. 밸브를 조이면 배관 저항 곡선이 가팔라져 운전점이 왼쪽 위로 옮겨 가고, 밀폐 회로는 실양정이 없어 저항 곡선이 원점에서 출발한다. 그림은 펌프 곡선 · 배관 저항 곡선 · 효율 곡선(점선)과 운전점이고, 실양정과 배관 저항 계수 슬라이더로 운전점과 오른쪽의 유량 · 양정 · 효율 · 축동력이 바뀐다(펌프 곡선과 효율 곡선은 설명용 값).

실양정과 배관 저항 바꾸기

10 m
5 m/(m³/min)²
💡 지금 값
①운전점: 유량 2.00 m³/min(0.0333 m³/s), 양정 30.0 m
②수동력 ρgQH = 9.80 kW, 효율 75 % 로 나눈 축동력 13.07 kW
③실양정을 올리거나 배관 저항을 키우면 운전점이 왼쪽 위로 가서 유량이 줄어든다
④밸브로 유량을 오래 줄여 쓰면 남는 양정을 밸브에서 버리게 되므로, 회전수를 낮추는 쪽이 동력을 덜 쓴다

계산식

축동력
L = ρ g Q H1000 η
L 은 kW, Q 는 m³/s(m³/min 이면 60 으로 나눈다), H 는 전양정 m 다. 전동기는 여유율을 곱해 이보다 크게 고른다
전양정
H = Ha + hf + V22g
Ha 는 실양정, hf 는 직관 · 국부 · 기기 손실의 합, 마지막 항은 토출 속도 수두다. 밀폐 회로는 Ha 가 0 이다
유효 흡입 수두
NPSHa = Paρg - hs - hfs - Pvρg
hs 는 흡상 높이(수면이 펌프보다 높으면 빼지 않고 더한다), hfs 는 흡입관 손실, Pv 는 그 수온의 증기압이다. NPSHa 가 제조사 곡선의 필요 흡입 수두 NPSHr 보다 커야 캐비테이션이 없다

성능곡선으로 읽는 것

📏 회전수 · 직렬과 병렬 · 캐비테이션
①같은 펌프의 회전수를 바꾸면 유량은 N 에, 양정은 N² 에, 축동력은 N³ 에 비례한다
②같은 펌프 둘을 직렬로 이으면 같은 유량에서 양정이 두 배, 병렬로 이으면 같은 양정에서 유량이 두 배인 합성 곡선이 되지만, 실제 운전점은 배관 곡선과 만나는 자리라 두 배가 되지 않는다
③흡입 쪽 압력이 그 수온의 증기압보다 낮아지면 기포가 생겼다 터지며 소음 · 진동 · 날개 깎임이 생기는데, 이것이 캐비테이션이다
④NPSHa 를 키우려면 펌프를 수면 가까이 낮게 두고, 흡입관을 굵고 짧게 해 손실을 줄인다

시험 포인트와 기출 유형

🎯 시험 포인트
①운전점 = 펌프 곡선과 배관 저항 곡선의 교점
②L = ρgQH ÷ (1000η), Q 는 m³/s
③상사 법칙 Q ∝ N, H ∝ N², L ∝ N³
④NPSHa = 대기압 수두 − 흡상 높이 − 흡입 손실 − 증기압 수두, NPSHa > NPSHr
📝 대표 기출유형
①[기출유형] 유량 1.2 m³/min, 전양정 25 m, 효율 70 % 인 펌프의 축동력은? (답: 1000 × 9.8 × 0.02 × 25 ÷ (1000 × 0.7) = 7.0 kW)
②[기출유형] 같은 펌프의 회전수를 20 % 낮추면 축동력은? (답: 0.8³ = 0.512 배, 약 51 %)
③[기출유형] 대기압 수두 10.33 m, 흡상 높이 3 m, 흡입관 손실 1 m, 증기압 수두 0.24 m 일 때 NPSHa 는? (답: 10.33 − 3 − 1 − 0.24 = 6.09 m)
← 이전
열원장비 용량 선정
다음 →
송풍기 정압과 동력 계산

마지막 수정