토목기사 요약/상하수도 공학/펌프장 시설

펌프장 계획

97, 01, 02, 17-1

분류식 하수도에서 오수펌프 설계기준: 계획 시간 최대 오수량
합류식에서 오수펌프 용량은 우천 시 계획오수량

참고 자료

KDS 61 10 00 :2019 하수도설계 일반사항 1.6.3 오수펌프장 계획

펌프의 명칭, 용도

96

저양정 펌프: 수원 물 또는 하수를 처리장으로 양수
고양정 펌프: 가압식 배수관로에 정수를 양수
가압 펌프: 배수시설 관내수압 높이는 데 쓰임.

펌프 대수 결정 기준

97, 99, 01, 02, 17-1

유지 관리에 편하도록 펌프 수는 줄이고 동일 용량의 펌프를 사용.
펌프 효율은 대용량일수록 좋다.
수량 적거나 수량변화가 큰 경우 경제적인 운전을 위해 용량이 다른 펌프를 설치하거나 동일 용량 펌프 회전수 제어
대수는 계획오수량, 계획우수량의 시간적 변동과 펌프 성능을 기준으로 정함.
표준 설치 대수는 계획 오수량, 계획 우수량에 대해 각각 2-6대를 표준으로 함.
빗물펌프는 예비기 미설치가 원칙. 필요한 경우는 설치 검토

참고 자료

환경부 (2011). 《하수도시설기준》. 308쪽.
KDS 61 45 00 :2017 펌프장시설 설계기준

펌프에서 물이 나오지 않는 원인

양정 확대
펌프 만수 부족
흡입, 토출밸브 폐쇄

펌프의 종류

축류펌프

축류 펌프(Axial flow pump)

형태가 작고 기초공사비가 적게 듦
간단한 구조

09

저양정.(5m 이하) 양정 변화 크면 적당하지 않다.(15-2)
구경 400mm 이상에 선정(15-2)
비교회전도가 다른 펌프에 비해 매우 크다.(1200-2000) (01, 09)

사류펌프(mixed flow pump)

비교적 적은 공간 차지.
임펠러의 원심력, 양력작용에 의해 작동.
임펠러 교환에 따라 특성 변함
수명 길다.
효율이 좋으나 최대구경이 1000mm 정도.
전양정 5-10m, 구경 300mm 이상에 사용.(원심사류펌프, 15-2)
수위변화 있는 곳에 적합(01)

원심력 펌프

원심력 펌프(Centrifugal pump)

하수도용 펌프 중 가장 널리 쓰이는 것: 원심력 펌프(95, 16-4)
일반적으로 효율 높다(16-4)
적은 유량을 가감하는 경우 소요동력이 적어도 운전에 지장 없음(16-4)
4m 이상 전양정, 80mm 이상 구경에 사용.(15-2)
공동현상 발생 적음(01)

스크류 펌프

스크류 펌프

1차 슬러지 양수 시 사용.
간단한 구조. 회전수 작음(01)

펌프의 관련식

펌프의 흡입구경

04 이거 그냥 연속방정식 단위 변환해준거임... 굳이 외우지 않아도 된다.

$D=146{\sqrt {\frac {Q}{v}}}$

D: 펌프 흡입구경(mm)

Q: 펌프 토출유량(m³/min)

v: 흡입구 유속(m/s)

축동력

♣♣♣00, 03, 04, 14-2, 18-2, 19-1 등등 / 수리학 13-2, 14-1, 14-3, 18-1, 19-3 / 실기 펌프준설 06-2, 10-2, 11-2

펌프의 축동력 P은 다음 식으로 구할 수 있다. Q를 양수량(m³/s), H를 전양정(m)(전양정은 실양정과 손실 수두의 합이다. H = h_a + h_L)

${\begin{aligned}P&=9.8{\frac {QH}{\eta }}\quad (kW)\\&=9.8{\frac {QH}{\eta }}\times 1.36\quad (HP)\quad (\because 1kW=1.36HP)\\\end{aligned}}$

η : 펌프 효율(모터 있으면 곱해줌)

9.8은 물의 단위중량 9.8kN/m³임. 실제로 넣고 계산해보면 동력 단위가 나온다.(미터법에 따른 프랑스, 독일 마력 사용)

비회전도

13-2

비회전도(비속도, 비교 회전도, N_s)란 임펠러가 1분당 1m³의 유량을 1m만큼 끌어올리는 데 필요한 회전수

N_s가 작으면 유량이 작은 고양정의 대형펌프이고, N_s가 크면 유량이 큰 저양정의 소형펌프이다. 소형 펌프일수록 펌프의 값이 저렴해진다.
N_s가 같으면 펌프의 대소에 관계없이 모두 같은 형식이 되며 특성도 대체로 같다.(00, 13)

♣♣99, 01, 05, 07, 12-3, 14-3, 18-1, 19-1, 19-2

$N_{s}=N\times {\frac {Q^{\frac {1}{2}}}{H^{\frac {3}{4}}}}$

N : 펌프의 회전수(rpm)
Q : 펌프 양수량(m³/min) 단위 조심!!
H : 전양정(m). 만약 n단 원심펌프라고 하면 H/n을 분모에 대입.(12-2, 18-1. 거의 안 나옴)

펌프의 특징

펌프 특성곡선

♣02, 06, 08, 09, 16-2, 16-4, 18-3, 19-3

펌프 양수량(토출 유량)과 양정, 효율, 동력의 관계를 나타낸 곡선.

그래프엔 안 나오는데 축동력은 유량 증가에 따라 같이 증가하게 그릴 수 있다.
비회전도가 큰 축류펌프는 축동력이 유량 증가에 따라 감소하는데 여기까진 몰라도 될 듯?

공동현상(cavitation)

방지책

01, 03, 06, 10, 12, 16-1

마찰 손실 작게
임펠러 속도 작게
흡입수두 작게(펌프 설치 위치 낮게). 흡입양정 표준 -5m까지
운전 중 펌프의 흡입측 밸브를 조절하면 공동현상(cavitation) 발생하므로 안 됨
흡입관 구경 크게

발생 조건

흡입 양정이 너무 크고^[1]^[2] 임펠러 회전 속도가 너무 빠르면 발생
펌프 흡수면 사이의 수직거리가 너무 길 때

펌프의 흡입관

00, 07, 12, 15-1

충분한 흡입수두를 가질 수 있게 한다.
흡입관은 가능하면 수평 설치를 피한다. 부득이한 경우는 가능한 짧게, 펌프를 향해 1/50 이상 경사로 한다.
흡입관에 공기 유입되지 않아야 함.
펌프 한 대에 하나의 흡입관

18-2

1.5-3.0m/s 표준유속

수격 작용 방지책

04, 13-1, 15-1, 19-1, 19-2

펌프에 플라이 휠 부착
토출관 쪽에 압력조절수조(surge tank) 설치
토출측 관로에 안전밸브, 공기밸브 설치

파쇄장치

14-2

파쇄장치에는 반드시 스크린 설치된 By pass관 설치
유지관리를 위해 유입, 유출쪽에 수문 또는 stoplog 설치
파쇄기는 2대 이상 원칙. 1대 설치하는 경우 By pass 수로 설치.

각주

↑ 이종형 외, <<상하수도 공학>>(4판), 구미서관. 338쪽
↑ 노재식 외, <<토목기사 - 상하수도공학>>(2016), 한솔아카데미. 371쪽

[1] 이종형 외, <<상하수도 공학>>(4판), 구미서관. 338쪽

[2] 노재식 외, <<토목기사 - 상하수도공학>>(2016), 한솔아카데미. 371쪽

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