소방설비기사 소방유체역학 · 펌프와 송풍기

Pump & Blower

펌프·송풍기는 유체에 에너지를 공급해 필요한 양정·유량을 만드는 기계예요. H-Q 곡선과 직렬·병렬 운전, 소요동력·비속도로 펌프를 선정해요. 수격과 캐비테이션은 배관·펌프 파손 위험이니 운전 조건과 함께 봐요. 성능곡선·운전점 시각화에서 직렬 병렬 차이가 보여요.

펌프의 역할과 분류

💡 펌프는 유체에 에너지를 공급하는 기계

①물을 높은 곳으로 올리거나 먼 곳으로 보내려면 에너지가 필요

②펌프는 기계적 에너지를 유체의 압력·속도 에너지로 변환

③소방에서는 소화펌프가 화재 현장까지 물을 공급하는 핵심 장비

펌프 분류

H-Q 성능곡선과 직렬·병렬 운전

운전 방식0 (단일)

💡 직렬 vs 병렬 운전

①직렬 운전: 같은 유량에서 양정(H)이 증가. 고층 건물 급수

②병렬 운전: 같은 양정에서 유량(Q)이 증가. 대면적 살수

③실제 증가량은 시스템 저항곡선과의 교점에서 결정

펌프 소요동력과 비속도

유량 Q2 m³/min

양정 H30 m

효율 η70%

펌프 소요동력

L = ρgQHη × 1000 [kW]

화면 단위: Q[m³/min], H[m], η[%]. ρ=1000 kg/m³, g=9.8. 식의 Q는 m³/s이므로 화면값÷60

비속도

N_s = N√QH^0.75

N = 회전수(rpm), Q = 유량(m³/min), H = 양정(m): 펌프 형식 선정 기준

수격현상과 캐비테이션

⚠️ 수격현상 (Water Hammer)

①밸브를 급히 닫으면 유체의 운동에너지가 압력파로 변환

②관 내부에 비정상적인 고압이 발생 → 배관 파손 위험

③방지: 서지 탱크, 플라이휠, 밸브 서서히 폐쇄

⚠️ 캐비테이션 (Cavitation)

①유속이 빨라지면 압력이 낮아져 포화증기압 이하로 하강

②액체가 기화 → 기포 생성 → 고압부에서 기포 붕괴

③충격파가 임펠러를 침식 → 소음·진동·성능 저하

유효흡입양정 (NPSH)

NPSH_a = P_a/(ρg) - h_s - h_f - P_v/(ρg)

P_a = 대기압, h_s = 흡입높이, h_f = 손실수두, P_v = 포화증기압

총정리

펌프 소요동력

L = ρgQHη × 1000 [kW]

소방펌프 용량 산정의 핵심 공식

비속도

N_s = N√QH^0.75

펌프 형식 선정: Ns 작으면 원심, 크면 축류

🎯 시험 포인트

①소요동력 L = ρgQH/η: 단위 환산 주의 (m³/s vs m³/min)

②비속도 Ns로 펌프 형식 결정 (원심 < 사류 < 축류)

③직렬 = 양정 증가, 병렬 = 유량 증가

④캐비테이션: 포화증기압 이하에서 기포 발생 → 임펠러 침식

⑤NPSH_a ≥ NPSH_r 이어야 캐비테이션 방지