급수펌프의 양정·축동력과 상사법칙·병렬운전
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펌프 상사법칙
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2 쉬운 설명
펌프 상사법칙 = 회전수가 N배가 되면 양수량은 N배, 양정은 N²배, 축동력은 N³배
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펌프를 조금 더 빨리 돌리면 물의 양은 그만큼만 늘지만, 물을 밀어 올리는 높이는 제곱으로, 필요한 힘은 세제곱으로 늘어납니다. 그래서 회전수를 조금만 올려도 동력은 훨씬 많이 듭니다.
회전수를 바꾸면
| 무엇이 | 회전수와의 관계 | 회전수를 2배로 하면 |
|---|---|---|
| 양수량 | 비례 (1제곱) | 2배 |
| 양정 | 제곱에 비례 | 4배 |
| 축동력 | 세제곱에 비례 | 8배 |
양수량을 10 % 늘렸더니
양수량 10 % 증가 → 회전수 1.1배→양정 1.1² = 1.21 → 21 % 증가→축동력 1.1³ = 1.331 → 약 33 % 증가
실양정과 전양정
| 실양정 | 전양정 |
|---|---|
| 흡입양정 + 토출양정 (높이만 따진다) | 실양정 + 마찰손실수두 + 속도수두 (+ 압력수두) |
펌프 두 대를 나란히(병렬) 돌리면
합성곡선 = 같은 양정에서 유량 2배→배관계 저항곡선과 만나는 점이 운전점→유량·양정 모두 늘지만 유량은 2배에 못 미침
수도꼭지를 하나 더 달아도 관이 좁으면 물이 생각만큼 늘지 않는 것과 같습니다. 직렬은 양정을, 병렬은 유량을 늘립니다.
이것만은 헷갈리지 말자
- 양정은 회전수에 반비례하지 않고 제곱에 비례합니다. 회전수를 2배로 하면 축동력은 4배가 아니라 8배입니다.
- 실양정에는 배관 손실수두를 넣지 않습니다. 손실수두를 더한 것이 전양정입니다.
- 볼류트 펌프는 원심식이라 터보형입니다. 피스톤·플런저·다이어프램·기어 펌프는 모두 용적형입니다.
- 서징(양정·유량이 오르내리며 진동·소음이 나는 현상)은 배관 안 공기가 원인이라 불필요한 잔류 공기를 빼 주면 막습니다.
3 이 개념이 나온 기출문제
- 제28회 67번
- 제27회 64번
- 제26회 62번
- 제25회 77번
- 제24회 61번
- 제24회 66번
- 제23회 76번
- 제23회 80번
- 제22회 63번
- 제21회 104번
- 제19회 101번
- 제17회 114번
- 제14회 107번
해설·법령 근거까지 가입 없이 보실 수 있습니다. 최신 5개년 문항은 여기 나오지 않습니다.
4 체크리스트 + 암기팁
암기팁 상사법칙 「유량 1제곱 · 양정 2제곱 · 동력 3제곱」 — 2배면 2·4·8.
암기팁 직렬은 양정(높이)을, 병렬은 유량(양)을 — 그러나 「딱 2배」는 없다. 몫은 배관이 정한다.
암기팁 실양정 + 손실수두 = 전양정.
- 상사법칙: Q ∝ N, H ∝ N², L ∝ N³. 양수량이 10 % 늘면 회전수 1.1배이므로 양정 1.1² = 1.21배(21 % 증가), 축동력 1.1³ = 1.331배(약 33 % 증가). 양정과 축동력의 증가율이 뒤바뀐 보기를 조심한다.
- 송풍기도 같은 규칙이다(풍량 1제곱 · 전압 2제곱 · 축동력 3제곱). 송풍기 축동력은 풍량과 전압의 곱을 효율로 나눈다. 풍량 1,200m³/h ÷ 3,600 = 0.3333m³/s, 처음 축동력 = 0.3333 × 300Pa ÷ 0.5 = 200W = 0.2kW 이고, 500rpm에서 1,000rpm으로 두 배가 되면 축동력은 여덟 배이므로 0.2kW × 8 = 1.6kW 가 된다.
- 축동력 L = ρgQH ÷ η. 30 m³/h = 30 ÷ 3,600 = 0.00833 m³/s, 수동력 = 1,000 × 9.8 × 0.00833 × 50 ≒ 4,083 W, 축동력 = 4,083 ÷ 0.6 ≒ 6,806 W ≒ 6.8 kW. 다른 식은 L[kW] = Q[m³/min] × H[m] ÷ (6.12 × η).
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- 양정: 실양정 = 흡입양정 + 토출양정. 마찰손실수두·속도수두·압력수두는 전양정을 구할 때 더하는 요소라 실양정에는 들어가지 않는다.
- 분류·운전: 터보형은 원심(볼류트·터빈)·사류·축류, 용적형은 왕복식(피스톤·플런저·다이어프램)과 회전식(기어). 펌프의 회전수를 변화시켜 양수량을 조절하는 것을 변속운전방식이라 하고, 직렬 = 양정 ↑ · 병렬 = 유량 ↑ 이다. 병렬은 딱 2배가 되지 않고 증가폭은 배관계 저항조건이 정한다.
- 공동현상·서징: 공동현상은 흡입양정을 낮추면 막을 수 있다. 관로에 고인 공기가 서징을 일으키는 원인이므로 불필요한 잔류 공기를 제거해서 막는다. 성능곡선은 양수량을 가로축으로 양정·효율·축동력의 변화를 나타내며, 관경·유속·비체적의 관계가 아니다.
5 예제 — 이 개념, 실제로 이렇게 나왔습니다
제28회 공동주택시설개론 67번급수설비에서 사용되는 펌프 중 구조상 터보형 펌프에 해당하는 것은?해설 보기 →제27회 공동주택시설개론 64번급수펌프의 회전수를 증가시켜 양수량을 10 % 증가시켰을 때, 펌프의 양정과 축동력의 변화로 옳은 것은?옳은 것 고르기해설 보기 →제26회 공동주택시설개론 62번급수설비의 펌프에 관한 내용으로 옳은 것은?옳은 것 고르기해설 보기 →6 이론 근거 — 정의가 곧 정답입니다항목 3개 · 눌러서 펼치기눌러서 닫기
양정과 축동력
실양정은 흡입 수면에서 토출 수면까지의 수직 높이로, 흡입양정과 토출양정의 합이다. 전양정은 실양정에 배관 마찰손실수두·속도수두 등을 더해 펌프가 실제로 내야 하는 양정이다. 축동력은 펌프를 돌리기 위해 축에 공급해야 하는 동력으로, 수동력(ρgQH)을 펌프 효율로 나눈 값이다.
출처: 기출 해설의 이론·기준 근거 종합 · 이 개념 기출 12문항 중 12문항의 근거상사법칙
같은 펌프에서 양수량은 회전수에 비례하고, 양정은 회전수의 제곱에, 축동력은 회전수의 세제곱에 비례한다. Q₂/Q₁ = N₂/N₁, H₂/H₁ = (N₂/N₁)², L₂/L₁ = (N₂/N₁)³ (Q 양수량, H 양정, L 축동력, N 회전수). 송풍기도 풍량은 회전수에, 전압은 회전수의 제곱에, 축동력은 회전수의 세제곱에 비례한다.
출처: 기출 해설의 이론·기준 근거 종합 · 이 개념 기출 12문항 중 12문항의 근거펌프의 분류와 연결운전
펌프는 터보형(원심·사류·축류)과 용적형(왕복식: 피스톤·플런저·다이어프램 / 회전식: 기어·베인·나사)으로 나눈다. 볼류트 펌프는 임펠러 둘레에 안내날개 없이 소용돌이 모양 케이싱만 둔 원심펌프로 터보형이다. 동일 펌프의 직렬운전은 양정을, 병렬운전은 유량을 늘린다. 병렬 합성곡선은 같은 양정에서 유량을 더한 곡선이며, 운전점은 배관계 저항곡선과의 교점으로 정해져 실제 증가량은 2배보다 작다. 펌프 특성곡선은 양수량에 대한 전양정·효율·축동력의 변화를 나타낸다.
출처: 기출 해설의 이론·기준 근거 종합 · 이 개념 기출 12문항 중 12문항의 근거