급수펌프와 수격작용(양정·동력·상사법칙·공동현상·서징)
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16문항
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출제된 회차
급수 펌프 양정의 산정
가장 자주 함께 나온 논점 (1문항)
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2 쉬운 설명
급수펌프 = 물을 필요한 높이·압력까지 밀어 올리는 기계 · 시험은 양정 계산, 회전수와 상사법칙, 공동현상·서징·수격작용 구분을 묻는다
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펌프는 물을 최고 수전까지 밀어 올리는 높이, 관을 지나며 잃는 힘, 수전에서 물이 나오는 데 필요한 힘을 모두 이겨야 합니다.
양정과 동력 계산 순서
실양정(높이)+손실양정+필요압력수두=전양정
제22회 48번 숫자로 따라가 보면 30.0 + (30.0 × 0.4 = 12.0) + 7.0 = 49.0mAq이고, 1mAq가 0.01MPa이니 0.49MPa입니다.
9.8 × 유량(m³/s) × 전양정(m)→÷ 펌프효율→소요동력(kW)
제15회 68번 숫자로는 360ℓ/min = 0.006m³/s이므로 9.8 × 0.006 × 50 ÷ 0.7 ≈ 4.2kW입니다. 여유율을 곱하지 않으면 계산값이 그대로 소요동력입니다.
상사법칙 — 회전수를 바꾸면
| 회전수가 N배가 되면 | 배율 | 제28회 44번(1.2배) |
|---|---|---|
| 양수량 | N배 | 1.2배 |
| 전양정 | N의 제곱 | 1.44배 |
| 축동력 | N의 세제곱 | 1.728 ≒ 1.73배 |
펌프를 직렬로 이으면 밀어 올리는 높이(양정)가 늘고, 나란히 놓으면(병렬) 나오는 물의 양이 늘어납니다. 다만 직렬이어도 배관 저항 때문에 양정이 정확히 2배가 되지는 않습니다. 성능 곡선은 물을 얼마나 많이 퍼 올리는지(양수량)를 가로에 놓고, 양정·효율·동력이 어떻게 변하는지를 세로에 그린 그림입니다.
물레바퀴 같은 날개(임펠러) 둘레에 물길을 안내하는 깃(가이드 베인)이 붙어 있으면 터빈 펌프이고 디퓨저 펌프라고도 합니다. 날개를 여러 단 직렬로 이어 붙이면 더 높이 물을 올릴 수 있습니다. 기어·피스톤·플런저 펌프는 용적형입니다.
이상 현상 — 이름이 비슷한 세 가지
| 현상 | 무엇인가 |
|---|---|
| 공동현상(캐비테이션) | 펌프 흡입 쪽 압력이 증기압 아래로 떨어져 물속에 기포가 생김 · 소음·진동 |
| 수격작용 | 밸브·수전을 급히 열고 닫아 유속이 급변하며 "쾅" 충격 |
| 서징(맥동) | 외부에서 흔들지 않아도 유량과 압력이 규칙적으로 오르락내리락 |
물이 펌프로 빨려 들어오는 길에서 압력이 많이 떨어질수록 기포가 생기기 쉬우므로 흡입양정을 작게 하고 흡입배관의 마찰손실을 줄입니다. 뜨거운 물일수록 쉽게 끓어 빨아올리기 어려워 흡상높이가 낮아집니다. 펌프가 떨리고 시끄러워지는 원인은 회전차 불균형, 윤활유 부족, 기초 부실, 축 어긋남 같은 기계적 원인입니다.
이것만은 헷갈리지 말자
- 회전수 1.2배에서 양수량은 1.2배입니다. 1.73배는 양수량이 아니라 축동력의 배율입니다.
- 흡입양정을 작게 하면 공동현상 가능성은 작아지고, 수온이 높을수록 흡상높이는 낮아집니다.
- 직렬운전은 양정을, 병렬운전은 토출량을 늘립니다. 직렬로 토출량이 2배가 된다고 하면 틀립니다.
- 축동력을 구할 때 필요한 것은 양정·양수량·비중량·효율이고, 여유율은 전동기 출력을 정할 때 더합니다.
3 이 개념이 나온 기출문제
- 제28회 44번
- 제24회 39번
- 제23회 43번
- 제23회 44번
- 제22회 48번
- 제21회 43번
- 제20회 74번
- 제19회 46번
- 제19회 48번
- 제17회 43번
- 제17회 54번
- 제16회 56번
- 제16회 60번
- 제15회 66번
- 제15회 68번
- 제14회 66번
해설·법령 근거까지 가입 없이 보실 수 있습니다. 최신 5개년 문항은 여기 나오지 않습니다.
4 체크리스트 + 암기팁
암기팁 양수량은 1제곱, 양정은 2제곱, 축동력은 3제곱으로 회전수의 배율을 곱한다.
암기팁 수격 = 밸브를 급하게 닫을 때 "쾅"(압력 급변) / 공동 = 펌프 흡입 쪽 기포
함정 주의 회전수를 올릴 때 축동력의 배율(세제곱)을 양수량의 배율로 쓴 설명, 직렬운전으로 토출량이 2배가 된다는 설명, 수온이 높을수록 흡상높이가 높아진다는 설명이 틀린 보기다.
- 성능 곡선·상사법칙: 성능 곡선은 가로축에 양수량, 세로축에 전양정·효율·축동력을 나타낸다. 회전수 N 변화 시 양수량 ∝ N, 전양정 ∝ N², 축동력 ∝ N³ (제28회 44번: 1.2배 → 1.2배·1.44배·1.728 ≒ 1.73배). 흡입양정을 작게 하면 공동현상 가능성은 작아지고, 흡상높이는 수온이 높을수록 낮아진다. 비속도는 대유량·저양정일수록 값이 커진다.
- 터빈 펌프: 임펠러 주위에 가이드 베인(안내깃)을 둔 원심펌프(디퓨저 펌프)로, 임펠러를 직렬로 여러 단 두면 고양정을 얻고 양정은 회전수의 제곱에 비례한다. 기어·피스톤·플런저 펌프는 용적형(임펠러 없음), 워싱턴 펌프는 증기로 구동하는 왕복동식, 볼류트 펌프는 원심식이다.
- 운전 방식: 동일 성능 펌프 2대를 직렬운전하면 양정은 커지지만 배관계 저항 때문에 1대 운전의 2배는 되지 않는다(토출량이 2배가 되는 것은 병렬운전). 서징은 유량·압력이 주기적으로 변동하는 현상이며 물의 온도가 낮을수록 커진다는 관계로 설명되지 않는다. 축동력 산정에는 양정·양수량·비중량·효율이 필요하고 여유율은 전동기 출력을 정할 때 더한다.
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- 양정·동력 계산: 전양정 = 실양정 + 손실양정 + 필요압력수두(제23회 44번: 저수조 수위가 펌프보다 5m 높아 실양정 50 − 5 = 45, 45 + 10 + 7 = 62m). 제22회 48번: 30.0 + 12.0 + 7.0 = 49.0mAq → 0.49MPa. 축동력 P(kW) = 9.8 × Q(m³/s) × H(m) ÷ η, 제15회 68번: 9.8 × 0.006 × 50 ÷ 0.7 ≈ 4.2kW(여유율을 곱하지 않으면 그대로 소요동력).
- 공동현상: 펌프 흡입 쪽 압력이 물의 증기압 아래로 떨어져 기포가 생기는 현상이다. 흡입양정을 작게 하고 흡입배관의 마찰손실을 줄여 유효흡입수두(NPSHa)를 확보하면 막는다. 국가건설기준 KDS 31 25 10 4.5.3(4)는 캐비테이션이 발생하지 않도록 흡입 측 양정이 유효흡입수두(NPSHa) 이하가 되도록 한다. 서징(서어징·맥동)은 외부 강제력 없이 유량·압력이 주기적으로 변동하는 현상이다.
- 수격작용과 진동·소음: 유속이 빠르고 변동이 클수록·밸브를 급히 닫을수록·상용압력이 높을수록 일어나기 쉽고, 밸브를 서서히 조작하고 유속을 낮추며 에어챔버를 두어 방지한다(KDS 31 25 25 1.6(5)). 펌프 진동·소음은 회전차 불균형·윤활 불량·기초 부실·축선 어긋남 같은 기계적 원인이며 3상 전압의 불균형은 전기적 문제라 거리가 멀다.
5 예제 — 이 개념, 실제로 이렇게 나왔습니다
제28회 공동주택관리실무 44번펌프에 관한 설명으로 옳은 것은?옳은 것 고르기해설 보기 →제24회 공동주택관리실무 39번다음에서 설명하고 있는 펌프는?해설 보기 →제23회 공동주택관리실무 43번펌프에 관한 설명으로 옳은 것은?옳은 것 고르기해설 보기 →6 이론 근거 — 정의가 곧 정답입니다항목 3개 · 눌러서 펼치기눌러서 닫기
급수 펌프 양정의 산정
전양정은 펌프가 물에 주어야 하는 전체 에너지를 수두(m)로 나타낸 값이며 실양정, 배관·부속의 손실양정, 수전 최소 필요 압력(필요압력수두)의 합이다. 실양정은 흡수면에서 토출수면까지의 수직거리(최고 수전까지의 높이)이고, 흡입측 수위가 펌프보다 높으면 그만큼 실양정이 줄어든다. mAq는 물기둥 높이 m 단위이다. 펌프효율은 물에 전달된 동력을 축에 넣은 동력으로 나눈 비율이고, 축동력은 P(kW) = 9.8 × Q(m³/s) × H(m) ÷ η 이며 여유율을 곱하지 않으면 계산값이 그대로 소요동력이다. 축동력을 산정하려면 양정·양수량과 함께 물의 비중량과 펌프의 효율이 필요하고, 여유율은 전동기 출력을 정할 때 축동력에 더하는 값이다.
출처: 기출 해설의 이론·기준 근거 종합 · 이 개념 기출 16문항 중 16문항의 근거펌프의 분류와 상사법칙
터빈 펌프는 임펠러 주위에 가이드 베인(안내깃)을 두어 물의 속도에너지를 압력에너지로 바꾸는 원심펌프(디퓨저 펌프)이며 임펠러를 다단 직렬로 배치하면 고양정을 얻는다. 볼류트 펌프는 원심식이고, 기어·피스톤·플런저 펌프는 용적형이며, 워싱턴 펌프는 증기로 피스톤을 직접 움직이는 왕복동식 펌프이다. 상사법칙은 같은 펌프의 회전수가 바뀔 때 양수량은 회전수에, 양정은 회전수의 제곱에, 축동력은 회전수의 세제곱에 비례한다는 법칙이다. 성능 곡선은 양수량을 가로축으로 하고 세로축에 전양정·효율·축동력을 나타낸다. 비속도는 펌프의 형식을 결정하는 척도로 쓰이며 대유량·저양정일수록 값이 커진다. 직렬운전은 펌프를 연달아 이어 양정을 높이는 운전이고 병렬운전은 펌프를 나란히 이어 토출량을 늘리는 운전이며, 동일 성능의 펌프 2대를 직렬운전해도 배관계 저항이 함께 커져 양정이 1대의 2배가 되지는 않는다. 흡상높이는 펌프가 수면보다 높은 위치에서 물을 빨아올릴 수 있는 높이로, 수온이 높을수록 물의 증기압이 커져 낮아진다.
출처: 기출 해설의 이론·기준 근거 종합 · 이 개념 기출 16문항 중 16문항의 근거공동현상·서징·수격작용과 진동·소음
공동현상(캐비테이션)은 펌프 흡입 쪽 압력이 물의 증기압 아래로 떨어져 물속에 기포가 생기고, 이 기포가 터지며 소음·진동·성능 저하를 일으키는 현상이다. 흡입양정을 작게 하거나 흡입배관의 마찰손실을 줄여 유효흡입수두(NPSHa)를 확보하면 막을 수 있으며, 국가건설기준 KDS 31 25 10 4.5.3(4)는 펌프 선정 시 캐비테이션이 발생하지 않도록 흡입 측 양정이 유효흡입수두(NPSHa) 이하가 되도록 한다. 서징(서어징·맥동)은 펌프·송풍기 운전 중 외부 강제력 없이 유량과 압력이 주기적으로 변동하는 현상이며 펌프 성능곡선의 우상향 구간에서 나타나고 소음·진동의 원인이 된다. 수격작용은 배관 내 유속이 급격히 변할 때 압력이 크게 오르내려 충격음과 진동이 생기는 현상으로, 유속이 빠르고 변동이 크거나 밸브를 급히 닫을 때, 상용압력이 높을 때 일어나기 쉽고, 밸브를 서서히 조작하고 유속을 낮추며 에어챔버를 두어 방지한다. 국가건설기준 KDS 31 25 25 1.6(5)는 급수·급탕설비의 배관에서 워터해머흡수기나 급격히 닫히는 체크밸브 등을 선정하거나 관내 유속을 낮게 유지하도록 배관 지름을 선정하도록 한다. 캐비테이션·수격작용·베이퍼 로크·결로는 서징과 별개의 현상이다. 펌프의 진동·소음은 회전차 불균형, 윤활 불량, 기초 부실, 축선 어긋남 같은 기계적 원인이 일으키며, 국가건설기준 KCS 31 30 15 3.2.1(1)·(2)는 원심펌프를 기초 위에 수평 또는 수직으로 고정하고 기초볼트의 조임을 균일하게 하며 펌프와 모터의 직결 주축을 정확하게 직선이 되도록 조정하도록 한다.
출처: 기출 해설의 이론·기준 근거 종합 · 이 개념 기출 16문항 중 16문항의 근거