파이프형 원심 펌프의 성능 특성에 관한 실험적 연구

Abstract

최근 비속도 [rpm, m3/min, m] 이하의 저유량, 고양정을 목표로 하는 저비속도 펌프에 대한 수요가 증가하고 있다. 현재 상용되는 저비속도 펌프의 대표적인 형태로는 용적형 펌프와 재생펌프가 있다. 용적형 펌프는 소형화가 어렵고 소음, 진동으로 인하여 고속화에 적합하지 못하며 재생펌프는 소형화, 고속화가 가능하지만 복잡한 내부유로와 누설유량으로 인해 효율이 낮다. 원심펌프의 경우 적은 누설과 높은 효율 특성을 가지나 운전영역의 비속도가 앞서 언급한 두 종류의 펌프에 비하여 상대적으로 높은 비속도에 위치하며 비속도가 낮아짐에 따라 효율이 급격히 저하된다. 또한 기존의 원심펌프의 설계법을 따를 시 유로 폭이 매우 좁아져 제작상 어려움이 뒤따르기 때문에 저비속도 펌프로는 적합하지 못하다. 따라서 본 연구의 목적은 소형화, 고속화 적합하며 원심펌프의 장점인 적은 누설과 고효율 특성을 지닌 새로운 형태의 저비속도 원심 임펠러를 설계하여 성능 및 운전 특성을 확인하는데 있다. 파이프형 원심임펠러의 특징으로는 파이프형 유로에 의한 강한 제트형 유동이 유로손실과 자오선방향 동압손실, 그리고 임펠러 출구에서의 믹싱손실을 매우 크게 야기하였다. 또한 저비속도 펌프의 운전에 있어서 원판마찰에 의한 손실은 가장 큰 비율을 차지하며 상당한 효율저하를 야기하였다. 그럼에도 불구하고 파이프형 원심펌프는 저비속도 영역에서 안정적 운전특성과 적절한 압력비 그리고 종래의 저비속도 펌프보다 향상된 효율을 나타내었다. 게다가 일반적인 원심 임펠러와 달리 단순한 드릴링 작업으로 제작이 가능하기 때문에 공정의 단순화, 제작비용의 절감, 제작시간의 단축이라는 이점이 더해져 현재의 저비속도 펌프에 대한 대체 가능성을 확인하였다.

Recently, demand for low specific speed pumps is increasing. The positive displacement pump and the regenerative pump are widely used in the range of low specific speed, [rpm, m3/min, m]. The positive displacement pump is not suitable for miniaturization and operation in high rotational speed. The regenerative pump has a problem with large leakage flow and low efficiency. While the centrifugal pumps has advantages of high efficiency, miniaturization and high rotational speed, efficiency drops sharply with decrease in specific speed. Therefore the purpose of this study is to design a new type of centrifugal pump that has advantages of centrifugal pumps in operation in low specific speed. The name of this new type of pump was called 'Pipe type centrifugal pump'. Because the flow path in impeller follows the inner surface of pipe. Due to the simple shape of impeller, the manufacturing process is simple and cost can be decreased. The results show that there is strong jet flow in pipe type centrifugal pump. This strong jet induces flow path loss, meridional dynamic pressure loss and mixing loss at the outlet of the impeller. Because of large disk friction, the efficiency was decreased in the range of low specific speed. Even though the loss and the low efficiency, 'Pipe type centrifugal pump' represents stable performance, affordable pressure ratio and efficiency better than that of other low specific speed pumps. Therefore, this type of centrifugal pumps can be applicable to the hydrogen recirculation system industry.