다시 준비 시간입니다, 1부

고온 펌프 응용 분야에 관한 2022년 6월 칼럼에서 저는 열이 재료의 특성이라고 여러 번 언급/암시했습니다. 관찰력이 있고 지식이 풍부한 독자는 이 노련한 엔지니어에게 열은 기술적으로는 재산이 아니며 단순히 전환 중인 에너지일 뿐임을 상기시켰습니다. 열은 프로세스/경로 기능입니다. 증기 터빈과 증기 테이블에 대한 나의 수년간의 경험을 상기시켜 주어야 하므로 Richard Mollier 씨에게 사과드립니다. 더 깊이 이해하고 싶은 호기심이 있는 분들은 열, 엔탈피, 엔트로피의 정의를 찾아보시기 바랍니다.

저는 현장 문제를 해결해 달라는 펌프 사용자의 요청을 자주 받습니다. 대부분의 경우 근본 원인은 펌프의 흡입측에 있습니다. 저는 순흡입수두(NPSH), 심각한 침수 및 자흡식 펌프를 포함한 기타 일반적인 현장 문제에 관해 수많은 펌프 시스템(흡입측) 관련 칼럼을 작성했습니다. 최근 문제에 자극을 받아 저는 자체 프라이밍 문제를 더 자세히 조사하는 데 더 많은 시간을 투자하기로 결정했습니다.

프라이밍됨

누군가가 펌프가 프라이밍되었다고 말하는 것은 무엇을 의미합니까? 간단한 정의는 펌프와 관련 흡입 라인이 모두 액체로 가득 차 있다는 것입니다. 또한 흡입 시스템에는 공기, 증기 또는 기타 가스가 프라이밍 프로세스에 의해 제거되었으므로 이러한 증기 및 비응축성 가스가 상당량 존재하지 않습니다. 기술적으로 자체 프라이밍 펌프는 프라이밍 챔버가 가득 차 있지만 케이싱과 흡입 라인이 가득 차 있지 않은 경우 "프라이밍"된 것으로 간주되지만 완전히 프라이밍되지는 않습니다.

원심 펌프는 다양한 방법으로 프라이밍할 수 있으며 진화를 달성하기 위한 내부 방법과 외부 방법이 모두 있습니다. 이번 칼럼에서는 내부 방식인 자흡식 펌프에 대해 집중적으로 살펴보겠습니다.

모든 펌프가 동일하게 생성되지는 않습니다

자흡식 범주의 원심 펌프에 대해서만 다루겠습니다. 먼저 용적형(PD) 펌프에 대한 몇 가지 일반적인 설명을 하겠습니다. 기본적으로 모든 용적형 펌프는 원칙적으로 자체 프라이밍 방식으로 설계되었습니다. 결과적으로 펌프가 건식으로 작동되는 경우를 제외하고 프라이밍 문제는 해당 세계에서 널리 퍼지지 않습니다. 물론 PD 펌프에는 프라이밍 문제가 있을 수 있지만 원심 펌프 문제에 비하면 그 규모는 미미합니다.

단순화된 예로, PD 펌프 시스템의 경우 흡입 소스와 펌프 사이의 압력 차이는 흡입 라인과 펌프를 통해 공기, 증기, 가스 및 액체의 다상 유체 조합을 이동할 만큼 충분히 강합니다. PD 펌프에는 이중상 유체를 처리할 수 있는 기능이 있는 반면, 대부분의 원심 펌프는 그렇지 않습니다. 내 진술은 시스템이 적절하게 설계되었고 흡입 라인에 유입 누출이 없으며 펌프 상태가 양호하다고 가정합니다.

원심 분리 장치의 경우, 펌프 자체로는 흡입 파이프를 따라 그리고 펌프를 통해 모든 공기, 증기 및 가스를 이동시키는 데 필요한 에너지 양을 극복할 수 없습니다.

이전 칼럼에서 언급했듯이 원심 펌프는 압축기가 아닙니다. 이 문제를 단순화하는 방법은 물이 공기보다 밀도가 약 800배 더 높다는 것입니다. 결과적으로 펌프는 액체와 반대로 공기를 이동시키기 위해 800배 더 힘들거나 더 오래 작동해야 합니다. (해수면에서 68F의 물은 공기보다 밀도가 784배 더 높습니다.)

원심 펌프는 액체를 펌프로 빨아들이지 않습니다.

흡입 리프트는 단순히 펌핑될 액체의 최대 레벨이 펌프 임펠러의 중심선 아래에 물리적으로 있다는 것을 의미합니다. 대부분의 원심 펌프는 먼저 프라이밍된 경우 흡입 리프트로 작동할 수 있습니다.

도시 신화 및 구어체 표현과는 달리 원심 펌프는 낮은 높이에서 펌프 높이까지 액체를 "흡입"할 수 없습니다. 나는 작동 중인 펌프가 임펠러 눈 근처에 작은 차압(아마도 약간의 진공?)을 생성한다는 점을 인정합니다. 어느 정도는 액체가 (고체에 비해) 상당한 인장 강도를 갖지 않는다는 점도 이해해야 합니다. 따라서 임펠러는 액체를 붙잡거나 당길 수 없습니다. 일부 외부 에너지원은 펌프와 협력하여 실제로 액체를 펌프 안으로 밀어넣거나 빨아들이는 것이 아니라 작동해야 합니다. 개방형 시스템에서 필요한 외부 에너지는 일반적으로 주변 대기압에 의해 공급됩니다. 우리는 대기압에 의존하고 있기 때문에 이용 가능한 에너지의 양이 지나치게 풍부하지도 일정하지도 않다는 점을 이해하는 것이 중요합니다. 대기압은 기압(날씨)에 따라 변하며, 더 중요하게는 해발 고도에 따라 변합니다. 현장이 해수면보다 낮기 때문에 대기압이 절대 평방 인치당 14.7파운드(psia)보다 높은 경우는 드뭅니다(두 가지 유명한 사례는 캘리포니아의 데스 밸리와 이스라엘/요르단 국경의 사해입니다).