펌프

펌프는 유체(액체 또는 기체)를 기계적인 작용에 의해 이동시키는 장치로서 일반적으로 전기 에너지에서 수압 에너지로 변환된다.^[1]펌프는 액체를 이동하기 위해 사용하는 방법에 따라 직접 리프트, 변위 및 중력 펌프 등 세 가지 주요 그룹으로 분류할 수 있다.^[2]

펌프는 어떤 메커니즘(일반적으로 왕복 또는 회전)에 의해 작동하며, 유체를 움직이는 기계적 작업을 수행하기 위해 에너지를 소비한다.펌프는 수동 운전, 전기, 엔진 또는 풍력을 포함한 많은 에너지원을 통해 작동하며 의료 애플리케이션에 사용되는 현미경에서 대규모 산업용 펌프에 이르기까지 다양한 크기로 제공된다.

기계식 펌프는 유정, 수족관 여과, 수냉 및 연료 주입을 위한 자동차 산업, 오일 및 천연 가스 펌프 또는 냉각 타워와 기타 난방, 환기 및 공기 조절의 구성요소를 작동하기 위한 에너지 산업에서 우물, 수족관 필터링, 연못 필터링 및 양극화 등의 다양한 용도에 사용된다.시스템들의료 산업에서 펌프는 의학을 개발하고 제조하는 과정에서 생화학적 공정에 사용되며, 특히 인공심장과 음경 보형물을 신체 부위에 인공적으로 대체하는 용도로 사용된다.

케이스에 회전 임펠러가 1개만 들어 있을 때는 1단 펌프라고 한다.케이스에 2개 이상의 회전 임펠러가 들어 있을 경우, 2단 또는 다단 펌프라고 한다.

생물학에서, 많은 다른 종류의 화학 펌프와 생물역학 펌프가 진화했다; 생체모방은 때때로 새로운 유형의 기계 펌프를 개발하는 데 사용된다.

종류들

기계식 펌프는 펌핑 중인 유체에 잠기거나 유체 외부에 배치할 수 있다.

펌프는 포지티브 변위 펌프, 임펄스 펌프, 속도 펌프, 중력 펌프, 증기 펌프 및 발리스 펌프로 분류할 수 있다.펌프에는 양변위, 원심 및 축류펌프의 세 가지 기본 유형이 있다.원심펌프에서는 유체의 흐름 방향이 임펠러 위로 흐를 때 90도씩 바뀌는 반면 축류펌프에서는 흐름 방향이 변하지 않는다.^[3]

포지티브 변위 펌프

포지티브 변위^[4] 펌프는 일정한 양을 가둬놓고 토출 파이프에 볼륨을 가둔 강제(변위)로 액체를 움직인다.

일부 포지티브 변위 펌프는 흡인측에서 팽창된 캐비티를 사용하고 배출측에서 감소되는 캐비티를 사용한다.흡인면의 충치가 팽창하면서 액체가 펌프로 흘러 들어가고, 충치가 무너지면서 액체가 배출 밖으로 흘러나온다.볼륨은 각 작동 사이클을 통해 일정하게 유지된다.

포지티브 변위 펌프 거동 및 안전

포지티브 변위 펌프는 원심력과 달리 이론적으로 일정한 속도(rpm)에서 어떤 방전압력이라도 동일한 흐름을 생성할 수 있다.따라서 포지티브 변위 펌프는 일정한 유량 기계다.그러나 압력이 증가함에 따라 내부 누설이 약간 증가하면 진정으로 일정한 유속을 막을 수 있다.

양변위 펌프는 원심 펌프와 같은 차단 헤드가 없기 때문에 펌프의 배출 측에 있는 폐쇄 밸브에 대해 작동하지 않아야 한다.폐쇄된 방전 밸브에 대해 작동되는 양의 변위 펌프는 계속 유량을 발생시키고 방전 라인의 압력이 증가하여 라인이 터지거나 펌프가 심하게 손상되거나 둘 다 손상된다.

따라서 포지티브 변위 펌프의 배출 측에 있는 릴리프 또는 안전 밸브가 필요하다.릴리프 밸브는 내부 또는 외부일 수 있다.펌프 제조업체는 일반적으로 내부 릴리프 또는 안전 밸브를 공급할 수 있는 옵션을 가지고 있다.내부 밸브는 보통 안전 예방 차원에서만 사용된다.흡입 라인 또는 공급 탱크에 리턴 라인이 있는 방전 라인의 외부 릴리프 밸브는 인간과 장비의 안전성을 향상시킨다.

포지티브 변위 유형

포지티브 변위 펌프는 유체를 이동시키는 데 사용되는 메커니즘에 따라 추가로 분류할 수 있다.

• 회전식 포지티브 변위: 내부 또는 외부 기어 펌프, 나사 펌프, 로브 펌프, 셔틀 블록, 플렉시블 베인 또는 슬라이딩 베인, 원주 피스톤, 플렉시블 임펠러, 헬리컬 비틀린 루트(예: 웬델콜벤 펌프) 또는 액체 링 펌프
• 왕복식 포지티브 변위: 피스톤 펌프, 플런저 펌프 또는 다이어프램 펌프
• 선형형 포지티브 변위: 로프펌프 및 체인펌프

로터리 포지티브 변위 펌프

이 펌프들은 액체를 포착하고 끌어당기는 진공을 만드는 회전 메커니즘을 사용하여 액체를 이동시킨다.^[5]

장점:회전식 펌프는 점도가 증가함에 따라 유량이 높은 점성이 높은 유체를 처리할 수 있기 때문에 매우^[6] 효율적이다.^[7]

단점:펌프의 특성은 회전하는 펌프와 바깥쪽 가장자리 사이에 매우 가까운 간격이 필요하므로 천천히 일정한 속도로 회전한다.회전식 펌프를 고속으로 작동하면 액체가 침식을 일으켜 결국 액체가 통과할 수 있는 간극이 확대돼 효율이 떨어진다.

로터리 포지티브 변위 펌프는 다음과 같은 5가지 주요 유형으로 구분된다.

• 기어 펌프 – 한 쌍의 기어 주위에 액체를 밀어 넣는 간단한 유형의 회전 펌프.
• 스크류 펌프 – 이 펌프의 내부 형태는 일반적으로 액체를 펌핑하기 위해 서로 마주보는 나사 두 개입니다.
• 로터리 베인 펌프
• 스크롤 압축기와 유사한 할로우 디스크 펌프(편심 디스크 펌프 또는 할로우 로터리 디스크 펌프라고도 함)는 원통형 로터를 원형 하우징에 감싸고 있다.로터가 궤도를 돌고 어느 정도 회전할 때 로터와 케이스 사이에 오일을 가두어 오일을 펌프를 통해 끌어낸다.석유 유래 제품처럼 점성이 높은 액체에 사용되며 최대 290psi의 고압도 지원할 수 있다.^{[8][9][10][11][12][13][14]}
• 진동 펌프 또는 진동 펌프는 동일한 작동 원리를 가진 선형 압축기와 유사하다.다이오드를 통해 전자석이 AC 전류에 연결된 스프링식 피스톤을 사용하여 작동한다.스프링이 장착된 피스톤은 유일하게 움직이는 부품으로 전자석의 중앙에 위치한다.AC 전류의 양극 사이클 동안 다이오드는 에너지가 전자석을 통과할 수 있도록 해 피스톤을 뒤로 움직이는 자기장을 생성해 스프링을 압축하고 흡입을 발생시킨다.AC 전류의 음극 사이클 동안 다이오드는 전자석으로 가는 전류의 흐름을 차단하여 스프링이 압축을 풀게 하고 피스톤을 앞으로 이동시키고 유체를 펌핑하여 왕복 펌프처럼 압력을 발생시킨다.저렴한 가격 때문에 저렴한 에스프레소 기계에 널리 쓰인다.그러나 진동펌프는 대량의 열을 발생시키기 때문에 1분 이상 운전할 수 없다.선형 압축기는 작동 유체(흔히 냉매)에 의해 냉각될 수 있기 때문에 이러한 문제가 없다.^[15][16]

포지티브 변위 펌프 왕복

왕복 펌프는 하나 이상의 진동 피스톤, 플런저 또는 막(다이아프라그)을 사용하여 유체를 이동시키는 반면 밸브는 유체의 움직임을 원하는 방향으로 제한한다.흡착이 일어나려면 먼저 펌프가 플런저를 바깥쪽으로 당겨 챔버의 압력을 줄여야 한다.플런저가 뒤로 밀면 챔버 압력이 증가하며 플런저의 내부 압력이 방출 밸브를 열고 일정한 유량 및 압력 상승으로 공급 파이프에 오일을 방출한다.

이 범주의 펌프는 하나의 실린더가 있는 심플렉스부터 경우에 따라 쿼드(4) 실린더 또는 그 이상까지 다양하다.많은 왕복형 펌프는 이중(2) 또는 삼중(3) 실린더다.그것들은 피스톤 운동과 다른 방향의 방전 중 한 방향의 흡입으로 단일 작용하거나 양쪽 방향의 흡입과 방전으로 이중 작용을 할 수 있다.펌프는 수동으로, 공기 또는 증기로 또는 엔진에 의해 구동되는 벨트로 구동될 수 있다.이러한 유형의 펌프는 증기 추진 초기인 19세기에 보일러 급수 펌프로서 광범위하게 사용되었다.현재 왕복 펌프는 일반적으로 콘크리트와 중유와 같은 점성이 높은 유체를 펌핑하며, 높은 저항에 대해 낮은 유량을 요구하는 특수 용도에 사용된다.왕복식 손 펌프는 우물에서 물을 퍼내는 데 널리 사용되었다.인플레이션을 위한 일반 자전거 펌프와 풋 펌프는 왕복 작용을 사용한다.

이러한 포지티브 변위 펌프는 흡인측에는 팽창된 공동이 있고 배출측에는 감소하는 공동이 있다.흡인면의 캐비티가 팽창하면서 액체가 펌프로 흘러 들어가고, 충치가 붕괴되면서 액체가 방출 밖으로 흘러나온다.각 작동 사이클마다 부피는 일정하며 펌프의 체적 효율은 밸브의 정기적인 유지 및 검사를 통해 달성될 수 있다.^[17]

일반적인 왕복 펌프는 다음과 같다.

• 플런저 펌프 – 왕복 플런저가 1개 또는 2개의 개방 밸브를 통해 오일을 밀어내고 돌아오는 길에 흡입에 의해 닫힌다.
• 다이어프램 펌프 – 플런저가 펌프 실린더의 다이어프램을 구부리는 데 사용되는 유압 오일을 가압하는 플런저 펌프와 유사하다.다이어프램 밸브는 위험하고 독성 있는 액체를 펌프하는 데 사용된다.
• 피스톤은 변위 펌프를 펌핑한다 – 대개 소량의 액체나 젤을 수동으로 펌핑하기 위한 간단한 장치. 흔한 손비누 디스펜서는 그런 펌프다.
• 레이디얼 피스톤 펌프 - 피스톤이 레이디얼 방향으로 연장되는 유압 펌프의 한 형태.

다양한 포지티브 변위 펌프

양변위 원리는 다음과 같은 펌프에 적용된다.

• 로터리 로브 펌프
• 프로그레시브 캐비티 펌프
• 로터리 기어 펌프
• 피스톤펌프
• 다이어프램 펌프
• 나사펌프
• 기어펌프
• 유압펌프
• 로터리 베인 펌프
• 근막 펌프
• 로프펌프
• 플렉시블 임펠러 펌프

기어펌프

이것은 회전식 양변위 펌프의 가장 간단한 형태다.이 기어는 밀접하게 장착된 케이스에서 회전하는 두 개의 중간 기어로 구성된다.치아 공간은 액체를 가두어 바깥쪽 주변부 주위에 힘을 준다.치아가 중앙에서 촘촘히 맞물리기 때문에 이 액체는 메싱된 부분에 다시 흐르지 않는다.기어 펌프는 자동차 엔진 오일 펌프와 다양한 유압 파워 팩에서 광범위하게 사용된다.

나사펌프

나사 펌프란 보다 복잡한 유형의 회전 펌프로, 한 나사는 시계 방향으로 회전하고 다른 나사는 시계 반대 방향으로 회전하는 것과 같은 두 개 또는 세 개의 나사를 사용한다.나사는 평행축에 장착되어 있으며, 평행축은 기어가 맞물려서 축이 함께 회전하고 모든 것이 제자리에 유지된다.나사는 샤프트를 켜고 펌프를 통해 오일을 구동한다.다른 형태의 회전식 펌프와 마찬가지로, 움직이는 부품과 펌프 케이스 사이의 간극은 최소화된다.

진행 중인 캐비티 펌프

대형 입자로 오염된 하수슬러지 등 어려운 물질을 펌핑하는 데 널리 사용되는 이 펌프는 너비의 약 10배인 헬리컬 로터로 구성돼 있다.이것은 일반적으로 직경 x의 중심핵으로 시각화할 수 있지만, 실제로는 단일 주물에서 제조되지만 두께의 절반 x 주위에 곡선 나선형 상처를 가지고 있다.이 샤프트는 벽 두께의 무거운 고무 슬리브 안에 들어맞는다. 샤프트가 회전하면서 로터가 점차적으로 고무 슬리브 위로 액체를 밀어올린다.그러한 펌프는 낮은 부피에서 매우 높은 압력을 발생시킬 수 있다.

루트형 펌프

이것을 발명한 루트 형제들의 이름을 따서 명명된 이 로브 펌프는 긴 나선형 로터 사이에 끼인 액체를 90° 수직일 때 서로 맞물리며 흡입 지점과 배출 지점 모두에서 삼각형 모양의 밀봉선 구성 내에서 회전한다.이 설계는 부피가 같고 소용돌이가 없는 연속적인 흐름을 생성한다.낮은 맥동률에서 작동할 수 있으며, 일부 애플리케이션에 필요한 부드러운 성능을 제공한다.

응용 프로그램에는 다음이 포함된다.

• 고용량 산업용 공기 압축기.
• 뿌리는 내연기관에서 과급한다.
• 민방위 사이렌 브랜드, 연방신호회사의 Thunderbolt.

근막 펌프

근위축 펌프는 포지티브 변위 펌프의 일종이다.원형 펌프 케이스 내부에 장착된 플렉시블 튜브 안에 유체가 들어 있다(선형 퍼리스탈 펌프가 만들어졌지만).로터에 부착된 다수의 롤러, 신발 또는 와이퍼가 플렉시블 튜브를 압축한다.로터가 회전할 때 압축된 튜브 부분이 닫히거나 막힘으로써 유체가 튜브를 통과하도록 한다.또한 캠이 통과한 후 튜브가 자연 상태로 열리면 펌프로 오일을 흡입(회수)한다.이 과정은 페리스탈시스라고 불리며 위장관과 같은 많은 생물학적 시스템에서 사용된다.

플런저 펌프스

플런저 펌프는 포지티브 변위 펌프에 대한 응답이다.

이들은 왕복 플런저가 있는 실린더로 구성된다.흡입 및 배출 밸브는 실린더 헤드에 장착된다.흡입 행정에서는 플런저가 수축하고 흡입 밸브가 열리면서 오일이 실린더로 흡입된다.전방 스트로크에서는 플런저가 액체를 방출 밸브 밖으로 밀어낸다.효율성 및 일반적인 문제:플런저 펌프에 실린더가 하나만 있는 경우, 플런저가 중간 위치를 통과할 때 최대 유량과 플런저가 끝 위치에 있을 때 유량이 0으로 변동한다.배관 시스템에서 유체가 가속되면 많은 에너지가 낭비된다.진동과 물망치는 심각한 문제일 수 있다.일반적으로, 두 개 이상의 실린더가 서로 상이하게 작동하지 않음으로써 문제를 보상한다.

트리플렉스형 플런저 펌프

트리플렉스 플런저 펌프는 3개의 플런저를 사용하여 단일 왕복 플런저 펌프의 맥동을 감소시킨다.펌프 출구에 맥동감쇠기를 추가하면 펌프 리플 또는 펌프 변환기의 리플 그래프를 더욱 매끄럽게 할 수 있다.고압 유체와 플런저의 동적 관계는 일반적으로 고품질 플런저 씰이 필요하다.플런저 수가 많은 플런저 펌프는 유량이 증가하거나 맥동 댐퍼가 없는 유속이 부드러워지는 장점이 있다.움직이는 부품과 크랭크축 하중의 증가는 하나의 단점이다.

세차장치는 이러한 트리플렉스 스타일의 플런저 펌프(아마도 맥동 댐퍼가 없을 것이다)를 사용하는 경우가 많다.1968년 윌리엄 브뤼게만은 3중 펌프의 크기를 줄이고 수명을 늘려 세차장이 발자국이 작은 장비를 사용할 수 있도록 했다.내구성이 뛰어난 고압 씰, 저압 씰 및 오일 씰, 경화된 크랭크축, 경화된 커넥팅 로드, 두꺼운 세라믹 플런저 및 무거운 듀티 볼 및 롤러 베어링은 트리플렉스 펌프에서 신뢰성을 향상시킨다.트리플렉스 펌프는 현재 전세계 수많은 시장에 있다.

수명이 짧은 트리플렉스 펌프는 가정용 사용자에게는 흔한 일이다.주택압력세탁기를 1년에 10시간 사용하는 사람은 재구축 사이에 100시간 지속되는 펌프에 만족할 수 있다.품질 스펙트럼의 다른 쪽 끝의 산업용 등급 또는 연속 듀티 트리플렉스 펌프는 연간 2,080시간 동안 작동할 수 있다.^[18]

석유 및 가스 시추 산업은 시추 머드 펌프라는 대형 세미 트레일러 이송 트리플렉스 펌프를 사용하여 시추 머드를 펌핑하는데, 이 펌프는 시추 비트를 냉각시키고 절단된 것을 다시 표면으로 운반한다.^[19]드릴러는 프래킹이라고 불리는 추출 과정에서 물과 용제를 셰일 깊숙한 곳에 주입하기 위해 트리플렉스 또는 5중주플렉스 펌프를 사용한다.^[20]

압축 공기식 이중 다이아프램 펌프

양변위 펌프의 현대적 적용 중 하나는 압축 공기 구동 이중 다엽 펌프다.압축 공기로 구동되는 이 펌프는 설계상 본질적으로 안전하지만, 모든 제조업체는 산업 규정을 준수하기 위해 ATEX 인증 모델을 제공한다.이러한 펌프는 비교적 저렴하며, 붕대에서 물을 퍼내는 것에서부터 안전한 저장소에서 염산을 펌핑하는 것까지 다양한 작업을 수행할 수 있다(펌프 제조 방법에 따라 - 엘라스토머 / 차체 구조).이러한 이중 다엽 펌프는 전단 민감성 매체 운반에 이상적인 완만한 펌핑 프로세스를 통해 점성 유체와 연마재를 처리할 수 있다.^[21]

로프펌프

1000년 전 중국에서 체인펌프로 고안된 이 펌프는 매우 단순한 재료로 만들 수 있다: 로프, 바퀴, PVC 파이프는 간단한 로프펌프를 만들기에 충분하다.로프펌프 효율성은 풀뿌리 단체에서 연구해 왔으며, 이를 만들고 운영하는 기법이 지속적으로 개선되고 있다.^[22]

임펄스 펌프스

임펄스 펌프는 가스(보통 공기)에 의해 생성되는 압력을 사용한다.어떤 임펄스 펌프에서는 액체(보통 물)에 갇힌 가스가 방출되어 펌프 어딘가에 축적되어 액체의 일부를 위로 밀어 올릴 수 있는 압력을 생성한다.

기존 임펄스 펌프에는 다음이 포함된다.

• 유압 램 펌프 – 저두 수분의 운동 에너지를 공기 버블 유압 어큐뮬레이터에 임시로 저장한 후 물을 더 높은 머리로 이동시키는 데 사용한다.
• 펄스 펌프 – 천연 자원으로 구동되며 운동에너지만 사용 가능.
• 에어리프트 펌프 – 파이프에 삽입된 공기로 작동하여 거품이 위로 이동할 때 물을 위로 밀어 올린다.

기체 축적과 방출 사이클 대신 탄화수소를 연소시켜 압력을 발생시킬 수 있다.그러한 연소 구동 펌프는 연소 이벤트에서 발생하는 임펄스를 작동 막을 통해 펌프 유체로 직접 전달한다.이러한 직접 전송을 허용하려면 펌프는 거의 전적으로 엘라스토머(예: 실리콘 고무)로 만들어져야 한다.따라서 연소는 막이 팽창하게 하여 인접한 펌핑 챔버에서 액을 펌핑한다.최초의 연소 구동식 소프트 펌프는 ETH 취리히에 의해 개발되었다.^[23]

유압램펌프

수력 램은 수력 발전으로 구동되는 수력 펌프다.^[24]

비교적 낮은 압력과 높은 유량으로 물을 흡수하고, 높은 유압헤드와 낮은 유량으로 물을 출력한다.이 장치는 워터 해머 효과를 이용하여 펌프를 물이 시작된 지점보다 높은 지점까지 동력을 공급하는 입력수의 일부를 상승시키는 압력을 개발한다.

유압 램은 때때로 저두 수력의 원천이 있는 외딴 지역에서 사용되기도 하며, 수원보다 고도가 높은 목적지까지 물을 퍼올릴 필요가 있다.이런 상황에서는 흐르는 물의 운동 에너지 이외에는 외부 동력원을 필요로 하지 않기 때문에 램은 종종 유용하다.

속도펌프

회전역학펌프(또는 동적펌프)는 유속을 증가시켜 운동에너지를 유체에 추가하는 일종의 속도펌프다.이러한 에너지 증가는 유량이 펌프에서 배출 파이프로 빠져나가기 전 또는 유량이 감소할 때 잠재적 에너지(압력)의 이득으로 전환된다.이러한 운동에너지의 압력으로의 전환은 열역학 제1법칙에 의해, 또는 보다 구체적으로 베르누이의 원리에 의해 설명된다.

동적 펌프는 속도 이득이 달성되는 수단에 따라 추가로 세분될 수 있다.^[25]

이러한 유형의 펌프는 다음과 같은 여러 특성을 갖는다.

1. 연속 에너지
2. 운동 에너지 증가를 위한 추가 에너지의 전환(속도 증가)
3. 증가된 속도(동력 에너지)를 압력 헤드의 증가로 변환

동적 및 포지티브 변위 펌프의 실질적인 차이는 닫힌 밸브 조건에서 펌프가 작동하는 방법이다.포지티브 변위 펌프는 물리적으로 오일을 교체하므로 포지티브 변위 펌프의 다운스트림 밸브를 닫으면 지속적인 압력이 증가하여 파이프라인 또는 펌프의 기계적 고장을 유발할 수 있다.동적 펌프는 폐쇄된 밸브 조건에서 안전하게 작동할 수 있다는 점에서 차이가 있다(단기간).

방사유량펌프

이러한 펌프를 원심 펌프라고도 한다.액체가 축이나 중심을 따라 들어가 임펠러에 의해 가속되어 축에 직각으로 빠져나가는 것(반경)이 그 예로서 진공청소기를 구현하는 데 흔히 사용되는 원심 팬이다.또 다른 종류의 방사형 유동 펌프는 소용돌이 펌프다.그 안에 있는 액체는 작업 바퀴 주위에서 접선 방향으로 움직인다.모터의 기계적 에너지에서 흐름의 잠재적 에너지로의 변환은 펌프의 작동 채널에서 임펠러에 의해 흥분되는 여러 개의 회전을 통해 이루어진다.일반적으로 방사형 유량 펌프는 축류 또는 혼합 유량 펌프보다 높은 압력과 낮은 유량으로 작동한다.

축류펌프

이를 모든 유체 펌프라고도 한다.액체를 축방향으로 이동시키기 위해 액체를 바깥쪽으로 또는 안쪽으로 밀어 넣는다.그들은 방사형 유동(센터리포르갈) 펌프보다 훨씬 낮은 압력과 높은 유량으로 작동한다.축류 펌프는 특별한 예방조치 없이 속도까지 가동할 수 없다.낮은 유량에서 이 파이프와 관련된 총 헤드 상승과 높은 토크는 출발 토크가 파이프 시스템의 전체 액체 질량에 대한 가속도 함수가 되어야 함을 의미한다.시스템에 많은 양의 오일이 있는 경우 펌프를 천천히 가속하십시오.^[26]

혼합 유량 펌프는 방사형 펌프와 축류 펌프 사이의 절충 역할을 한다.유체는 방사상 가속과 양력을 모두 경험하며, 축 방향에서 0~90도 사이에 임펠러를 배출한다.그 결과 혼합 유량 펌프는 축류 펌프보다 높은 압력으로 작동하며 방사형 유량 펌프보다 높은 방출을 제공한다.흐름의 출구 각도는 방사형 및 혼합 흐름과 관련된 압력 머리-배출 특성을 지시한다.

재생 터빈 펌프

드래그, 마찰, 액체링 펌프, 주변장치, 측면 채널, 트랙션, 난류 또는 소용돌이 펌프라고도 알려진 재생 터빈 펌프는 일반적으로 4-20bar(4.1–20.4kg_f/cm²; 58–290psi)의 높은 머리 압력에서 작동하는 회전역학 펌프 종류다.^[27]

그 펌프에는 여러 개의 베인이나 노를 가진 임펠러가 있고, 이 베인은 충치에서 회전한다.흡입 포트와 압력 포트는 공동의 둘레에 위치하며 스트립퍼라는 장벽에 의해 격리되어 팁 채널(날개 사이의 오일)만 재순환할 수 있으며, 압력 포트를 통해 사이드 채널의 모든 오일(날개 외부의 캐비티 내 오일)을 강제한다.재생 터빈 펌프에서 유체가 베인에서 측면 채널로, 그리고 다음 베인으로 반복적으로 나선형으로 흐를 때 운동 에너지가 주변부에 전달되기 때문에 ^[27]각 나선형에서 압력이 재생 블로워와 유사한 방식으로 형성된다.^[28][29][30]

재생 터빈 펌프는 증기가 잠길 수 없으므로 휘발성, 고온 또는 극저온 유체 수송에 일반적으로 적용된다.그러나 일반적으로 공차가 단단하기 때문에 고체나 입자에 취약하여 방해나 급속한 마모를 일으키기 쉽다.효율은 일반적으로 낮으며, 압력 및 전력 소비는 흐름과 함께 감소한다.또한, 펌핑 방향은 스핀의 방향을 반대로 하여 역전될 수 있다.^[30][28][31]

에듀록터제트펌프

이것은 저압을 만들기 위해 종종 증기의 제트기를 사용한다.이 저기압은 액체를 빨아들여 그것을 더 높은 압력 영역으로 밀어낸다.

중력 펌프스

중력 펌프에는 시폰과 헤론의 분수가 포함된다.유압 램은 중력 펌프라고도 불린다. 중력 펌프에서 물은 중력에 의해 상승된다. 중력 펌프라고 불린다.

증기 펌프스

증기 펌프는 오랜 시간 동안 주로 역사적 관심사였다.이 펌프에는 증기 엔진에 의해 구동되는 모든 유형의 펌프와 토마스 세이버리 또는 펄스계 증기 펌프와 같은 피스톤 없는 펌프도 포함된다.

최근 개발도상국의 소주택자 관개에서 사용할 저전력 태양열 증기 펌프에 대한 관심이 다시 높아지고 있다.이전에 소형 증기 엔진은 증기 엔진의 크기가 감소함에 따라 비효율성이 증가하기 때문에 사용할 수 없었다.그러나 대체 엔진 구성과 결합된 현대적인 엔지니어링 재료의 사용은 이러한 유형의 시스템이 이제 비용 효율적인 기회가 되었다는 것을 의미했다.

무균 펌프

무균 펌핑은 다양한 바이오의약품 및 엔지니어링 시스템에서 유체 수송을 보조한다.용기가 없는 펌핑 시스템에서는 흐름 방향을 조절할 수 있는 밸브(또는 물리적 막힘)가 없다.그러나, 용액 없는 시스템의 유체 펌핑 효율이 밸브가 있는 것보다 반드시 낮은 것은 아니다.사실, 자연과 공학에 있는 많은 유체 역학 시스템은 그 안에서 작용하는 유체를 운반하기 위해 용기가 없는 펌핑에 의존한다.예를 들어 심혈관 계통의 혈액순환은 심장의 판막이 고장나더라도 어느 정도 유지된다.한편 배아 척추동물의 심장은 분간할 수 있는 챔버와 판막이 발달하기 훨씬 전에 혈액을 펌프질하기 시작한다.마이크로유체학에서는 무발효 임피던스 펌프가 제작되었으며, 특히 민감한 바이오유체 취급에 적합할 것으로 예상된다.압전 변환기 원리로 작동하는 잉크젯 프린터도 용액 없는 펌핑을 사용한다.펌프실은 그 방향의 흐름 임피던스 감소로 인해 인쇄 제트를 통해 비우고 모세관 작용으로 재충전된다.

펌프 수리

펌프 수리 기록 및 평균 고장 시간(MTBF)을 검토하는 것은 책임 있는 펌프 사용자 및 양심적인 펌프 사용자에게 매우 중요하다.이러한 사실에 비추어 2006년 펌프 사용자 핸드북의 서문은 "펌프 고장" 통계를 암시한다.편의를 위해 이러한 고장 통계는 MTBF(이 경우 고장 전 설치 수명)로 번역되는 경우가 많다.^[32]

2005년 초, 루이지애나 주 배턴 루즈에서 존 크레인사의 현장 운영 담당 수석 엔지니어인 고든 벅은 원심 펌프에 대한 의미 있는 신뢰성 데이터를 얻기 위해 다수의 정유 및 화학 공장의 수리 기록을 검사했다.15,000개에 가까운 펌프를 보유한 총 15개의 운영 공장이 조사에 포함되었다.이 공장들 중 가장 작은 공장들은 약 100개의 펌프를 가지고 있었다; 몇몇 공장들은 2000년 이상이었다.모든 시설은 미국에 위치해 있었다.또, 「신규」로 간주되는 것은, 다른 것은 「갱신」으로, 다른 것은 「설립」으로 한다.이 공장들 중 많은, 전부는 아니지만, 존 크레인과의 제휴를 맺고 있었다.일부의 경우, 제휴 계약에는 프로그램의 다양한 측면을 조정하기 위해 존 크레인(John Crane Inc.) 기술자나 엔지니어를 현장에 두는 것이 포함되었다.

그러나 모든 공장이 정유공장인 것은 아니며 다른 곳에서도 다른 결과가 나타난다.화학 공장에서 펌프는 화학 공격이 수명을 제한하기 때문에 역사적으로 "버림" 품목이었다.최근 몇 년 사이 사정이 나아졌지만, "구" DIN과 ASME 규격의 스터핑 박스에 있는 다소 제한된 공간은 맞는 씰의 종류에 제한을 두고 있다.펌프 사용자가 씰 챔버를 업그레이드하지 않는 한, 펌프는 더 작고 단순한 버전만 수용할 수 있다.이 업그레이드 없이 화학 설비의 수명은 일반적으로 정유 공장 값의 약 50-60%이다.

계획되지 않은 유지보수는 종종 가장 중요한 소유 비용 중 하나이며, 기계적 밀봉과 베어링의 고장은 주요 원인 중 하나이다.초기에는 비용이 더 많이 들지만 수리하는 사이에 훨씬 오래 지속되는 펌프를 선택할 때의 잠재적 가치를 기억하십시오.더 나은 펌프의 MTBF는 업그레이드되지 않은 펌프의 MTBF보다 1년에서 4년 더 길 수 있다.공표된 펌프 고장의 평균 값은 미화 2600달러에서 미화 12,000달러 사이라는 점을 고려하십시오.이것은 잃어버린 기회비용을 포함하지 않는다.펌프 화재는 1000회 고장당 1회 발생한다.펌프 고장이 적다는 것은 파괴적인 펌프 화재가 적다는 것을 의미한다.

지적한 바와 같이, 실제 2002년 보고서에 근거한 전형적인 펌프 고장은 평균 5,000달러의 비용이 든다.여기에는 재료, 부품, 인건비 및 간접비가 포함된다.펌프의 MTBF를 12개월에서 18개월로 연장하면 연간 1,667달러를 절약할 수 있으며, 이는 원심 펌프 신뢰도를 업그레이드하는 비용보다 더 클 수 있다.^[32][1][33]

적용들

펌프는 다양한 목적으로 사회 곳곳에서 사용된다.초기 적용에는 물을 퍼올리기 위해 풍차나 물차를 사용하는 것이 포함된다.오늘날 이 펌프는 관개, 급수, 가솔린 공급, 에어컨 시스템, 냉장(보통 압축기라고 함), 화학적 이동, 하수 이동, 홍수 조절, 해양 서비스 등에 사용된다.

용도가 매우 다양하기 때문에 펌프는 모양과 크기가 매우 크고 작으며, 가스 취급에서 액체 취급에 이르기까지, 고압에서 저압으로, 그리고 부피에서 저압으로 다양하다.

펌프 프라이밍

일반적으로 액체 펌프는 단순히 공기를 끌어낼 수 없다.펌프와 펌핑 메커니즘을 둘러싼 내부 본체의 공급 라인은 먼저 펌핑이 필요한 액체로 채워야 한다.운전자는 펌핑을 시작하기 위해 시스템에 액체를 주입해야 한다.이것을 펌프 프라이밍이라고 한다.프라임 손실은 보통 펌프로 공기를 섭취하기 때문이다.액체용 펌프의 간극과 변위 비율은 얇은지 또는 점성이 더 강한지 여부에 관계없이 압축성 때문에 보통 공기를 대체할 수 없다.대부분의 속도(회전역학) 펌프(예: 원심 펌프)가 이에 해당한다.이러한 펌프의 경우 펌프의 위치는 항상 흡입 지점보다 낮아야 하며 그렇지 않을 경우 흡입 라인과 펌프 케이스에서 모든 공기가 제거될 때까지 펌프를 수동으로 채우거나 보조 펌프를 사용해야 한다.

그러나 포지티브 변위 펌프는 펌프의 구동 부품과 케이스 또는 하우징 사이에 충분히 밀폐되어 있어 자체 냉각이라고 설명할 수 있다.이러한 펌프는 프리밍 펌프로서도 사용될 수 있다. 즉, 사람이 취한 조치 대신에 다른 펌프의 필요를 충족시키기 위해 펌프 역할을 할 수 있다.

공공 급수로서의 펌프

한때 세계적으로 흔했던 펌프의 한 종류는 손으로 작동하는 워터 펌프, 즉 '피처 펌프'였다.그것은 물 공급에 파이프를 연결하기 전 며칠 동안 공동의 우물 위에 설치되었다.

영국의 일부 섬에서는 흔히 교구 펌프라고 불렸다.비록 그러한 공동체 펌프들이 더 이상 흔하지 않지만, 사람들은 여전히 지역적 관심사가 논의되는 장소나 포럼을 설명하기 위해 교구 펌프라는 표현을 사용했다.^[37]

투수펌프에서 나오는 물은 토양에서 직접 뽑아내기 때문에 오염되기 쉽다.만약 그러한 물이 여과되고 정화되지 않는다면, 그것을 섭취하면 위장병이나 다른 수인성 질병으로 이어질 수 있다.악명 높은 사건은 1854년 브로드 스트리트 콜레라 발병이다.당시 콜레라가 어떻게 전염되었는지는 알려지지 않았지만 의사 존 스노우는 오염된 물을 의심했고 그가 의심하는 공중 펌프의 손잡이를 제거했다. 그리고 나서 발병은 가라앉았다.

현대식 수동식 공동체 펌프는 자원 부족 환경에서 안전한 물 공급을 위한 가장 지속 가능한 저비용 옵션으로 간주되며, 개발도상국의 시골지역에서도 그러하다.핸드 펌프는 오염되지 않은 지하수에 대한 접근을 더 깊게 하고 또한 오염된 양동이로부터 수원을 보호함으로써 우물의 안전성을 향상시킨다.아프리데프 펌프와 같은 펌프는 제작과 설치가 저렴하고, 간단한 부품으로 유지관리가 용이하도록 설계되었다.그러나 아프리카의 일부 지역에서 이러한 유형의 펌프를 위한 예비 부품의 부족은 이러한 지역에 대한 효용성을 감소시켰다.

다중 효소 펌핑 응용 프로그램 밀봉

3상이라고도 하는 다상 펌핑 애플리케이션은 석유 시추 활동 증가로 인해 증가하였다.또한 다중 효소 생산의 경제성은 보다 단순하고 소규모의 현장 설치, 장비 비용 절감 및 생산률 향상으로 이어지기 때문에 업스트림 운영에도 매력적이다.본질적으로 다중효소 펌프는 하나의 장비로 모든 유체 스트림 특성을 수용할 수 있으며, 이는 발자국이 더 작다.종종, 두 개의 작은 다중 효소 펌프가 단지 하나의 거대한 펌프보다 직렬로 설치된다.

미드스트림 및 업스트림 운영의 경우 다중효소 펌프는 육지 또는 해안에 위치할 수 있으며 단일 또는 복수의 웰헤드에 연결할 수 있다.기본적으로 다중효소 펌프는 유정에서 생성된 미처리 유류를 하류 공정이나 수집 시설로 운반하는 데 사용된다.이것은 펌프가 100% 가스에서 100% 액체까지의 흐름(웰 스트림)과 그 사이에 상상할 수 있는 모든 조합을 처리할 수 있다는 것을 의미한다.유량 흐름에는 모래와 흙과 같은 연마재도 포함될 수 있다.다중 효소 펌프는 변화하거나 변동하는 공정 조건에서 작동하도록 설계된다.또한 다중효소 펌핑은 운영자들이 가능한 경우 가스의 플레어링과 탱크의 배출을 최소화하기 위해 노력함에 따라 온실가스의 배출을 제거하는 데 도움이 된다.^[38]

다중 효소 펌프의 유형 및 기능

헬리코-축(중심)

기계식 실 2개가 필요한 단일 샤프트가 있는 회전역학 펌프, 이 펌프는 개방형 축 임펠러를 사용한다.흔히 포세이돈 펌프라고 하는데 축압기와 원심펌프의 교차점이라고 할 수 있다.

트윈 스크루(양극-변위)

트윈 스크루 펌프는 펌핑된 액체를 움직이는 두 개의 중간 나사로 구성된다.트윈 스크루 펌프는 펌핑 조건이 높은 가스 부피 분율과 변동하는 흡입 조건을 포함할 때 종종 사용된다.2개의 샤프트를 씰링하려면 4개의 기계 씰이 필요하다.

진행성 캐비티(양극-변위)

펌핑 적용이 원심펌프에 적합하지 않을 때는 진행형 캐비티 펌프를 대신 사용한다.^[39]프로그레시브 캐비티 펌프는 일반적으로 얕은 우물이나 표면에서 사용되는 단일 나사형이다.이 펌프는 주로 펌핑된 액에 모래와 흙과 같은 상당량의 고형물이 포함될 수 있는 표면 용도에 사용된다.액체의 점도가 증가함에 따라 프로그레시브 캐비티 펌프의 체적 효율과 기계적 효율이 증가한다.^[39]

전기 잠수정(센터포르갈)

이 펌프는 기본적으로 다단계 원심 펌프로서 인공 양력을 위한 방법으로 오일 웰 용도에 널리 사용된다.이 펌프들은 보통 펌핑된 액체가 주로 액체일 때 지정된다.

완충 탱크 A 완충 탱크는 슬러그 유량이 발생할 경우 펌프 흡입 노즐의 업스트림에서 설치되는 경우가 많다.완충 탱크는 액체 슬러그의 에너지를 깨고 들어오는 흐름의 어떤 변동도 부드럽게 하며 모래 덫 역할을 한다.

이름에서 알 수 있듯이 다중 효소 펌프와 그 기계적 씰은 프로세스 유체 구성의 변화, 온도 변화, 높은/낮은 작동 압력 및 연마/영로성 매체에 대한 노출과 같은 서비스 조건에서 큰 변화를 겪을 수 있다.당면 과제는 씰 수명을 극대화하고 전반적인 효과를 보장할 수 있는 적절한 기계적 씰 배치 및 지지 시스템을 선택하는 것이다.^[38][40][41]

사양

펌프는 일반적으로 마력, 체적 유량, 배출구 압력(또는 머리 미터) 및 흡입구 흡입구(또는 미터)에 의해 정격된다.머리는 펌프가 대기압에서 물기둥을 올리거나 내릴 수 있는 피트 또는 미터 수로 단순화할 수 있다.

초기 설계 관점에서 엔지니어는 유량과 헤드의 특정 조합에 가장 적합한 펌프 유형을 식별하기 위해 특정 속도라는 수량을 사용하는 경우가 많다.

펌핑파워

유체에 전달되는 전력은 단위 부피당 유체의 에너지를 증가시킨다.따라서 출력관계는 펌프 메커니즘의 기계적 에너지와 펌프 내의 유체 소자의 변환 사이에 있다.일반적으로 이것은 Navier라고 알려진 일련의 동시 미분 방정식에 의해 관리된다.-스토크 방정식.그러나 베르누이의 방정식으로 알려진 유체의 다른 에너지와 관련된 보다 단순한 방정식을 사용할 수 있다.따라서 펌프에 필요한 전력 P는 다음과 같다.

${\displaystyle P={\frac {\Delta pQ}{\eta }}}$

여기서 Δp는 입구와 출구 사이의 총 압력 변화(Pa 단위)와 Q 단위이며, 유체의 부피 유량은 m³/s 단위로 주어진다.총 압력은 중력, 정압 및 운동 에너지 성분을 가질 수 있다. 즉, 에너지는 유체의 중력 전위 에너지 변화(상향 또는 하향), 속도 변화 또는 정압 변화 사이에 분포한다.η는 펌프 효율이며, 펌프 곡선의 형태와 같은 제조자의 정보에 의해 제공될 수 있으며, 일반적으로 유체 역학 시뮬레이션(즉, Navier에 대한 솔루션)에서 도출된다.–특정 펌프 기하학용 스톡스) 또는 테스트에 의한 스톡스.펌프의 효율은 펌프의 구성 및 작동 조건(회전 속도, 유체 밀도, 점성 등)에 따라 달라진다.

${\displaystyle \Delta P={(v_{2}^{2}^{2}-v_{1}^{2} \{2} \}이상 \delta zg+{\Delta p_{\mathrm}}}}}}이상 \rho }}}}}}}}$

전형적인 "펌핑" 구성의 경우, 작업이 유체에 전달되므로 양성이 된다.펌프에 작업을 전달하는 유체(즉, 터빈)의 경우 작업은 음성이 된다.펌프를 구동하는 데 필요한 전력은 출력 전력을 펌프 효율로 나누어 결정한다.더욱이 이 정의는 사이펀과 같이 움직이는 부품이 없는 펌프를 포함한다.

효율성

펌프 효율은 펌프를 구동하기 위해 공급되는 전원과 비교하여 펌프에 의해 유체에 전달되는 전원의 비율로 정의된다.이 값은 특정 펌프에 대해 고정되지 않으며, 효율은 방전 기능이며, 따라서 작동 헤드의 기능이기도 하다.원심 펌프의 경우, 효율은 작동 범위(피크 효율 또는 BEP(최상 효율 포인트))를 통과하는 지점까지의 유량에 따라 증가하다가 유량이 더 증가함에 따라 감소하는 경향이 있다.이와 같은 펌프 성능 데이터는 보통 펌프 선택 전에 제조업체가 제공한다.펌프 효율성은 마모로 인해 시간이 지남에 따라 감소하는 경향이 있다(예: 임펠러의 크기가 감소함에 따라 간극 증가).

시스템에 원심 펌프가 포함되어 있을 때 중요한 설계 문제는 헤드 손실 흐름 특성을 펌프와 일치시켜 최대 효율 지점 또는 그 지점에서 작동하도록 하는 것이다.

펌프 효율성은 중요한 측면이며 펌프는 정기적으로 시험해야 한다.열역학 펌프 테스트는 한 가지 방법이다.

최소 유량 보호

대부분의 대형 펌프는 과열, 임펠러 마모, 진동, 씰 고장, 구동축 손상 또는 성능 저하에 의해 펌프가 손상될 수 있는 최소 유량 요건을 갖추고 있다.^[42]최소 유량 보호 시스템은 펌프가 최소 유량 이하로 작동되지 않도록 보장한다.이 시스템은 펌프가 폐쇄되거나 정지된 경우에도 즉, 배출선이 완전히 닫혀 있는 경우에도 펌프를 보호한다.^[43]

가장 간단한 최소 유량 시스템은 펌프 배출 라인에서 흡입 라인으로 돌아가는 파이프다.이 라인에는 펌프의 최소 유량이 통과할 수 있도록 크기의 오리피스 플레이트가 장착되어 있다.^[44]이 배치는 펌프를 통과하는 흐름이 최소 유량을 초과해도 유체를 재활용하기 때문에 낭비가 심하지만 최소 유량이 유지되도록 보장한다.

보다 정교하지만 비용이 더 많이 드는 시스템(도표 참조)은 펌프 배출구의 유량 측정 장치(FE)로 구성되며, 이 장치는 재순환 라인의 유량 조절 밸브(FCV)를 작동시키는 유량 제어기(FIC)로 신호를 제공한다.측정된 흐름이 최소 유량을 초과하면 FCV가 닫힌다.측정된 유량이 최소 유량 이하로 떨어지면 FCV가 열려 최소 유량을 유지한다.^[42]

유체가 재활용될 때 펌프의 운동 에너지는 유체의 온도를 증가시킨다.많은 펌프에서 이 추가된 열 에너지는 배관을 통해 방출된다.그러나 송유관 펌프와 같은 대형 산업용 펌프의 경우, 재활용 라인에 재활용 쿨러가 제공되어 유체를 정상적인 흡입 온도로 냉각시킨다.^[45]또는 재활용된 액체를 정유공장, 오일 터미널 또는 연안 설비의 수출 냉각기 업스트림으로 반환할 수 있다.

참조

추가 읽기

• 오스트레일리아 펌프 제조업체 협회.오스트레일리아 펌프 기술 핸드북, 제3판.캔버라:오스트레일리아 펌프 제조업체 협회, 1987.ISBN 0-7316-7043-4.
• 힉스, 타일러 G, 그리고 테오도르 W. 에드워즈.펌프 애플리케이션 엔지니어링.맥그로우 힐 북 컴퍼니 1971.ISBN 0-07-028741-4
• Karassik, Igor, ed. (2007). Pump Handbook (4 ed.). McGraw Hill. ISBN 9780071460446.
• 로빈스, L. B. "홈메이드 수압 시스템"1919년 2월, Popular Science, 83-84페이지.주택소유자가 전기를 사용하지 않는 가압 가정용수 시스템을 쉽게 구축할 수 있는 방법에 관한 기사.

위키미디어 커먼즈에는 펌프스와 관련된 미디어가 있다.