원심펌프의 종류와 동작원리

1. 원심 펌프 구조 및 동작방식

원심 펌프

원심 펌프는 유체에 작용하는 원심력을 사용하여 기계적 에너지를 유압 에너지로 바꾸는 유압 기계로 정의되며 회전을 사용하여 액체에 속도를 적용하는 기계이며 속도는 흐름으로 변환됩니다. 모든 원심 펌프는 펌프 작동을 가능하게 하는 기계 부품으로 구성됩니다.

 

 

 

원심펌프의 기계 어셈블리에는 베어링에 장착된 펌프의 샤프트, 펌프가 제어할 수 없을 정도로 누출되는 것을 방지하는 밀봉 메커니즘, 사용 중 펌프에 가해지는 하중과 응력을 처리하도록 설계된 구조적 구성 요소, 펌프를 원래 사양으로 되돌리고 되돌릴 수 있는 마모 표면이 포함됩니다.

 

 

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원심 펌프의 구성 요소

모든 펌프에는 다음과 같은 구성 요소가 있어야 합니다.

• 샤프트
• 임펠러
• 케이싱
• 흡입 파이프
• 딜리버리 파이프

 

 

 

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원심 펌프 샤프트

원심 펌프 샤프트는 임펠러와 함께 회전하는 펌프의 중앙 부분이며 동력을 얻기 위해 원동기에 연결됩니다. 

 

원심 펌프 임펠러

임펠러는 뒤로 구부러진 베인의 배열로 구성되어 전기 모터의 샤프트에 장착되며 방수 케이싱으로 둘러싸인 원심 펌프의 회전 부분으로 알려져 있습니다. 임펠러가 회전하여 액체에 속도를 전달합니다.

 

원심 펌프 케이싱

케이싱은 밀폐 된 임펠러를 둘러싼 통로이며 물이 케이싱을 떠나 전달 파이프로 전달되기 전에 출구에서 배출되는 물의 운동 에너지가 압력 에너지로 변경되는 방식으로 만들어지며 시스템을 보호하기 위해 덮개로 작동합니다.

 

케이싱은 임펠러에 의해 발생하는 속도를 안정적인 흐름으로 변환합니다. 원심 펌프에는 기본적으로 세 가지 유형의 케이싱, 즉 소용돌이 케이싱, 와류 케이싱 및 가이드 블레이드가 있는 케이싱이 있습니다.

 

나선형 케이싱

 

임펠러는 나선형 케이싱에 둘러쌓여 유동 면적을 연속적으로 증가시켜 물의 속도를 감소시키고 압력을 증가시킵니다.

 

 

 

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소용돌이 케이싱

 

이 케이싱은 케이싱과 임펠러 사이에 도입되는 원형 챔버입니다. 임펠러의 유체는 먼저 와류 챔버를 통과한 다음 볼류트 케이싱을 통과하며 속도 에너지가 압력으로 변경되어 볼류트 케이싱에 비해 효율이 좋습니다.

 

 

 

가이드 블레이드가 있는 케이싱

이 유형의 케이싱에는 임펠러를 둘러싼 블레이드가 있습니다. 이 블레이드는 임펠러의 물이 충격없이 가이드 베인을 통과하고 물이 통과하여 압력으로 떠나는 전달에 도달하는 증가하는 면적의 통로를 형성하는 방식으로 배열 및 설계되었습니다.

 

 

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스트레이너와 풋 밸브가 있는 흡입 파이프

흡입 파이프에는 두 개의 끝이 있는데 첫 번째 끝은 펌프의 입구에 연결되고 한쪽 끝은 섬프의 물에 담궈집니다. 흡입 파이프의 하단에는 풋 밸브가 장착되어 있으며 밸브는 단방향 유형이므로 위쪽으로만 열립니다. 알 수 없고 원치 않는 시체가 흡입 파이프에 들어가는 것을 방지하기 위해 파이프 끝에 스트레이너가 장착되어 있습니다.

 

 

 

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딜리버리 밸브

딜리버리 밸브에는 두 개의 끝이 있는데 한쪽 끝은 펌프의 배출구에 연결되고 다른 쪽 끝은 필요한 높이로 물을 공급합니다.

 

 

 

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2. 원심 펌프의 종류

 

1) 12V 펌프

12V 펌프는 최대 유량 330GPH로 12V DC를 작동하며 앨리게이터 클립, 배터리 케이블, 작동 시 간편한 켜기/끄기 스위치로 구성되어 있습니다.

 

펌핑되는 물의 가장 낮은 높이는 흡입 스트레이너로 1/8인치가 될 수 있으며 들어 올리는 물의 최대 높이는 40피트입니다. 출구와 입구 모두에 3/4인치 정원 호스 어댑터, 6피트 흡입 호스, 교체용 개스킷 및 추가 임펠러. 가볍기 때문에 휴대가 가능합니다. 

 

 

 

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2) 케미컬 펌프

케미컬 펌프는 부식성 물질에 내성이 있는 화학 물질을 펌핑하는 데 사용하도록 특별히 설계되어 페인트, 연료, 용제, 표백제 등과 같은 부식성 및 연마성 산업용 액체를 취급하는 데 적합합니다.

 

화학 물질과 모순되는 펌프는 부서지기 쉽거나 용해되거나 부풀어 오를 수 있으며 궁극적으로 누출되어 고장날 수 있습니다. 취급되는 유체의 농도 및 온도와 함께 화학 물질 이송 펌프의 재료에 특별한 고려가 필요합니다.

 

화학 물질 주입 펌프, 탱크 간 이송 또는 배럴 배출 펌프가 필요할 때마다 펌프를 테스트할 수 있습니다.

 

 

 

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3) 레이디얼 펌프

방사형 원심 펌프에서 유체는 흡입에 대해 90도 회전한 후 임펠러에서 나오며 유체는 수평 흡입 플랜지를 통해 들어가고 수직 유출 플랜지를 통해 나가며 배출은 펌프 샤프트에 수직입니다.

이 설계는 유량 제한이 있고 토출 압력을 높여야 할 때 일반적으로 사용됩니다.

 

방사형 설계는 저유량 및 고압 펌프이며 가스 및 석유 산업에서 사용되는 대부분의 펌프가 이 범주에 속합니다.

 

 

 

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4) 액시얼 펌프

축류 원심 펌프에서 유체는 샤프트와 평행하게 이동할 수 있으며 추진제의 작동과 동일합니다. 이 펌프의 가장 중요한 응용 분야는 유량이 크고 압력 헤드가 거의 없는 경우입니다. 예를 들어, 물 순환 펌프 및 탈수 펌프에서 일반적입니다.

 

 

 

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5) 혼합 펌프

혼합 흐름 원심 펌프에서 유체 흐름은 축 방향 및 반경 방향 특성을 모두 혼합합니다. 이는 방사형 펌프와 축방향 펌프의 절충안 이며 혼합 펌프는 훨씬 더 큰 유량으로 작동하며 수두가 적절하게 증가합니다.

 

 

6) 단일 흡입 펌프

단일 흡입 원심 펌프에서 유체의 흐름은 입구로 향하고 나머지 액체는 즉시 임펠러의 입구인 임펠러 아이로 흐릅니다. 물이 임펠러를 떠날 때까지 원심력에 의해 압력이 생성됩니다.

 

7) 이중 흡입 펌프

단일 흡입은 유속이 너무 높을 때 부적절하기 때문에 이중 흡입 원심 펌프가 사용됩니다. 펌프의 임펠러는 일반적인 경우의 단면과 비교하여 유체가 모든 면에서 들어가도록 설계되었습니다.

 

이중 흡입 펌프 설계에서도 단일 플랜지 배출 및 흡입만 있으며 차이점은 케이싱과 임펠러의 디자인에 있습니다.

 

 

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8) 단일 소용돌이꼴 펌프

단일 볼 류트 케이싱이있는 원심 펌프에서 흐름은 임펠러에서 배출되어 하나의 볼 류트로 들어가 임펠러 주위를 완전히 감습니다. 이 단일 볼류트 케이싱에는 유체 흐름을 펌프의 출구로 운반하는 하나의 절단수가 있습니다.

 

정유 공장에 있는 대부분의 원심 펌프는 단일 볼류트 유형입니다.

 

 

 

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9) 트래시 펌프

트래시  펌프는 휴대용 펌프이며 일반적으로 탈수 응용 분야에 사용되며 진흙, 나뭇가지, 나뭇잎, 모래 및 슬러지와 같은 부드럽고 단단한 고형물을 포함하는 많은 양의 물을 펌핑할 계획입니다.

대부분의 트래시  펌프는 다른 펌프보다 배출구가 더 크고 임펠러 베인이 더 깊은 대형 휴대용 원심 펌프이며 다른 원심 펌프를 막을 수 있는 일부 부유 입자가 있는 물질을 처리할 수 있으며 분당 수백 갤런에서 수천 갤런을 더 잘 이동할 수 있습니다.

 

펌프에 들어가는 물질은 쓰레기 펌프에 접지되지 않으며 큰 배출구, 펌프 하우징 및 깊은 임펠러 정맥을 갖도록 설계되었습니다. 펌프는 주철, 강철, 알루미늄 및 스테인리스강으로 만들 수 있으며 대부분에는 롤 케이지가 있습니다.

 

세미 트래시  펌프는 개구부가 더 작은 쓰레기 펌프 유형이며  큰 고형물 또는 높은 고체 농도를 처리하도록 생각되지 않았습니다. 결과적으로 일반 트래시 펌프는 고형물이 함유된 슬러리 또는 물을 엄격하게 펌핑해야 하는 용도에 더 적합합니다.

 

 

 

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10) 수직 펌프

수직펌프는  수직 축 또는 혼합 흐름 원심 펌프로, 가이드 베인을 처리하기 위해 고정식 보울과 회전 임펠러의 단계를 포함하며 물 펌핑 수준이 소용돌이꼴 원심 펌프 한계 미만일 때마다 사용됩니다. 

 

수직 펌프는 비용이 많이 들고 개조 및 장착이 더 복잡하며 압력 헤드의 설계는 주로 임펠러의 길이와 회전 속도에 따라 달라지며 하나의 임펠러로 설계된 압력 헤드는 적합하지 않습니다.

 

다양한 유형의 수직 펌프는 다음과 같습니다.

• 인라인 펌프
• 배럴 펌프
• 수직 컬럼 펌프
• 수중 펌프
• 딮웰 펌프
• 캔 펌프

 

다소 유사한 유형의 펌프는 수직 합계, 수직 터빈, 프로세스 및 산업용 펌프입니다.

 

 

 

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11) 웰펌프

웰펌프는 웰시스템의 핵심으로 물을 위쪽으로 펌핑하여 가정 또는 지정된 수도 시스템으로 보냅니다. 제트 펌프와 수중 펌프는 오늘날 가장 많이 사용되는 펌프입니다.

두 펌프 모두 물을 위로 올리기 위해 원심력에 의존하며 임펠러라고도 하는 회전 로터는 물을 웰 케이싱을 통해 위로 밀어 분배 시스템으로 밀어 넣는 진공을 생성합니다.  웰시스템에 필요한 적절한 우물 펌프의 유형은 각 가정에 필요한 물의 양과 우물의 깊이에 따라 달라야 합니다.

 

제트 펌프는 지면 위에 배치되고 흡입 파이프를 통해 지면에서 물을 들어 올려 임펠러로 진공을 생성합니다. 임펠러는 작은 노즐을 통해 물을 구동하고  제트 펌프가 물을 펌핑할 때 먼저 흐르는 물로 프라이밍해야 합니다.

 

얕은 웰 제트 펌프는 깊이가 25피트인 우물에서 사용되는 반면, 깊은 우물 제트 펌프는 일반적으로 150피트의 깊이를 커버합니다. 수중 웰펌프는 훨씬 더 넓은 범위의 깊이를 가지며 25피트의 얕은 우물과 400피트의 깊은 우물에서 사용할 수 있습니다.

 

수중 웰 펌프는 수위 바로 아래 웰 깊숙이 잠겨 있고 에너지의 대부분은 제트 웰 펌프와 같이 위에서 물을 빨아들이는 것과 달리 물을 위로 밀어 올리는 데 사용됩니다.

 

유정 깊이의 내구성, 효율성 및 다양성으로 인해 대부분의 현대식 웰 시스템은 다른 펌프보다 수중 펌프를 사용합니다.

 

 

 

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왕복 펌프와 원심 펌프의 차이점

• 원심 펌프는 일반적으로 왕복 펌프보다 더 간단하게 구성되며 원심 펌프에는 더 적은 부품이 있습니다.
• 원심 펌프는 주어진 배출에 대해 추가 중량을 가지고 있고 왕복 펌프는 특정 명시된 배출에 대해 펌프보다 무게가 적습니다..
• 원심 펌프는 큰 배출에 적합하지만 작은 수두를 가지고 있고 왕복 펌프는 높은 헤드로 더 적은 배출을 위해 반대의 작업을 수행합니다..
• 원심 펌프는 무거운 기초와 더 많은 바닥 공간이 필요한 반면 왕복 펌프는 가볍고 단순한 기초로 더 적은 바닥 공간을 필요로 합니다.
• 원심 펌프는 왕복 펌프에 비해 찢어짐과 마모가 적고 더러운 물을 처리할 수 있습니다.
• 원심 펌프의 공급은 연속적이며 프라이밍이 필요하고 왕복 펌프의 전달은 맥동하며 프라이밍이 필요하지 않습니다..
• 원심 펌프는 효율이 낮고 더 높게 작동할 수 있고 왕복 펌프는 효율이 높고 더 빠른 속도로 작동할 수 없습니다..
• 원심 펌프는 왕복 펌프에 비해 유지 보수 비용이 적게 듭니다.

 

 

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3. 원심 펌프의 응용 및 이점

원심 펌프의 응용

원심 펌프의 응용 분야는 다음과 같습니다.

• 원심 펌프는 많은 건물에서 물 공급을 펌핑하는 데 사용됩니다. 
• 원심 펌프는 부스터 및 가정용 물 공급에 사용됩니다.
• 원심 펌프는 슬러리 및 하수를 펌핑하는 데 유용하도록 설계되었습니다.
• 원심 펌프는 화재 방지 시스템 및 냉난방 응용 분야에도 사용됩니다.
• 음료 산업에서는 생수, 주스 및 기타 음료를 이송하는 데 사용됩니다.
• 유제품 산업에서 원심 펌프는 버터밀크, 우유 및 향이 첨가된 우유와 같은 유제품을 이송하는 데 사용됩니다.
• 많은 산업(제조, 산업, 화학, 식품 생산, 제약 및 항공 우주)에서 냉매 및 극저온을 위해 펌프를 사용합니다.
• 석유 에너지에서는 발전소 및 정유 공장에서 사용하는 원유, 진흙 및 슬러리를 펌핑합니다.
• 예를 들어 폐수, 식수, 수영장 물 및 보일러 물과 같은 물을 처리하기 위해 정확한 양의 액체를 펌핑할 수 있는 정량 펌프로 사용할 수 있습니다.
• 또한 유체 계량이 필요한 공정 응용 분야, 극도로 높은 압력이 필요한 경우 또는 펌프 유형의 씰리스 특성이 유리한 경우에도 사용됩니다.
• 제약 및 화장품 산업에서는 유당, 포도당 및 기타 약물 및 중간 점도의 퍼스널 케어 제품을 옮기는 데 사용됩니다.
• 순환 펌프는 환기, 난방 및 공조에 사용됩니다.
• 마그네틱 드라이브 펌프는 화학 물질과 탄화수소가 있는 곳에 사용되며 누출이 허용되지 않습니다.
• 극저온 원심 펌프는 액체 천연 가스 및 냉각수에 사용됩니다.

 

 

 

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원심 펌프의 장점

원심 펌프의 이점은 다음과 같습니다.

• 펌프의 마찰이 감소합니다.
• 펌프를 차단하는 마그네틱 커플 링은 과부하되지 않으며 손상되지 않습니다.
• 내식성 – 펌프를 통해 가공업체와 제조업체는 다른 펌프를 빠르게 부식시킬 수 있는 유체를 포함하여 다양한 유형의 유체를 이송할 수 있습니다. 펌프는 매우 잘 사용하더라도 긴 서비스 수명을 제공할 수 있습니다. 펌프는 부식성 물질을 견딜 수 있습니다.
• 에너지 효율 - 원심 화학 펌프는 다른 모든 펌핑 기술에 비해 에너지 효율이 높으며 효율성은 각 장치의 수명 기간 동안 또는 단기적으로 비용을 절감합니다.
• 원활한 흐름 - 원심 화학 펌프는 다른 펌프가 펄스 흐름을 생성할 수 있을 때 펄스를 방지합니다.
• 입증된 신뢰성 - 원심 화학 펌프는 신뢰성이 중요할 때 최고의 선택입니다. 펌프는 지정된 펌프가 극한 조건에서 작동할 수 있을 만큼 충분히 내구성이 있는지 확인하기 위해 구조, 설계 및 기능에 대해 평가해야 합니다.
• 낮은 유지 보수 - 긴 수명으로 인해 일부 펌프는 자주 정기적으로 유지 관리해야 할 수 있으며, 이로 인해 운영 비용이 많이 들 수 있습니다. 그러나 원심 화학 펌프는 일상적인 유지 보수 요구 사항이 적습니다.
• 크기 다양성 - 원심 화학 펌프는 다양한 크기로 제공됩니다.
• 응용 프로그램의 다양성 - 동일한 펌프 구성이 모든 응용 분야에 적합하지 않습니다. 원심 화학 펌프를 사용하면 다양한 용도에 맞는 솔루션을 제공하기 위해 다양한 구성이 있습니다.
• 모터에서 열 전달이 없습니다 – 에어 갭은 펌프 챔버를 모터에서 분리하여 열 장벽을 제공합니다.
• 드라이브 씰이 없어 누출 위험이 없습니다. 이는 위험한 액체를 유출 없이 효율적으로 펌핑할 수 있음을 의미합니다. 드라이브 씰을 제거하는 것은 누출, 마모, 마찰 손실 및 소음을 제거하는 방법이며 펌프 드라이브에서 유체를 분리합니다.

 

 

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원심 펌프의 단점

원심 펌프의 몇 가지 단점은 다음과 같습니다.

• 캐비테이션 - 선택한 펌프에 대한 시스템의 순 포지티브 흡입 헤드가 너무 낮을 때 발생할 수 있습니다.
• 임펠러의 과도한 마모 -  때때로 부유 물질에 의해 악화될 수 있습니다.
• 유체 특성으로 인해 펌프 내부에서 부식이 발생할 수 있습니다.
• 라인의 서지 또는 백 서지가 발생할 수 있습니다. 
• 낮은 유량으로 인해 펌프의 과열이 발생할 수 있습니다.
• 프라임 부족 - 제대로 작동하려면 원심 펌프를 펌핑해야 하는 유체로 채워야 합니다. 펌프 케이싱이 가스 또는 증기로 채워지면 펌프 임펠러가 가스 결합되어 펌핑을 전혀 멈출 수 있습니다.
• 철 입자가 포함된 액체는 원심 자기 구동 펌프를 사용할 때 문제가 될 수 있으며 임펠러 자석에 입자가 모인 결과이며 시간이 지남에 따라 펌프가 작동을 멈출 수 있습니다. 일부 에너지는 커플 링에서 손실될 수 있으며 약간의 자기 저항 때문에 발생되며 예기치 않게 무거운 하중이 발생하면 커플링이 미끄러질 수 있습니다.
• 원심 펌프는 흡입 대신 회전을 사용하여 물을 이동시키므로 흡입력이 거의 또는 전혀 없으며 원심 펌프가 물이나 다른 액체를 이동시키기 전에 프라이밍되거나 수중에 있어야 한다는 것을 증명합니다.
• 원심 펌프는 사용 중 너무 많은 전력을 소비할 수 있습니다.