펌프 효율 곡선 - peompeu hyoyul gogseon

1. 펌프 성능 곡선

펌프 성능 곡선이란 펌프의 해당 rpm에서의 유량, 양정, 효율, 동력, NPSHr 등의 상관관계를 나타낸 곡선이다.

위의 펌프성능곡선은 일정한 RPM을 갖는 원심펌프의 성능곡선이다.

보통 펌프 성능곡선은 유량과 양정의 관계를 나타낸 H-Q곡선이며, 성능곡선, NPSHr 곡선, BHP 곡선으로 구성되어 있다.

그 전에 Pump Normal Flow는 정상상태에서 운전되는 조건에서의 유량이다.

Rated Flow는 최대의 부하 상태에서 최악의 운전조건에서도 이송해야 하는 유량이다.

1.1 H-Q 곡선

펌프의 성능은 보통 양정(Head)로 나타낸다. Curve에는 Pump Rted Flow 지점이 보통 표시되어 있다.

이송해야 하는 유량이 많을 수록 같은 rpm에서 낼 수 있는 head가 감소하는 형태이다. 

위 곡선에서 임펠러의 직경에 따라 같은 유량에서 낼 수 있는 양정이 달라진다.

1.2 성능곡선 (Efficiency Curve)

BEP는 해당 펌프가 최고 효율을 낼 수 있는 지점이다. 

펌프 선정시에는 Pump Rated Flow가 보통 bep의 80~110%범위 내에 들어오도록 선정해야 한다.

BEP 근처에서 효율이 높으므로 가동에 필요한 파워가 줄어들게된다.

1.3 NPSHr Curve

필요흡입양정은 유량에 따라 증가하는 양상을 보인다. 

NPSHr은 설계시 계산되는 값이므로, 사용조건에 부합하는 NPSHa값을

엔지니어가 구하고 일정 Margin이상을 확보해야 한다.

보통 NPSHa>1.3NPSHr이라고 한다.

1.4 Power Curve

BHP(Brake Horse Power)의 곡선을 의미한다. 구동에 필요한 동력을 의미하는 것이다.

1.5 펌프의 최소유량

펌프에는 MCSF, MCTF로 2가지 최소유량이 있다. 성능곡선에 MCSF 곡선이

임펠라 직경에 따라 보통 표현된다. 펌프 최소유량이라 하면 보통

펌프의 케비테이션을 예방하면서 이송 가능한 최소의 유량을 의미한다.

MCSF (Minimum Continous Stable Flow)는 vibration limit을 초과하지 않는 범위에서

운전 가능한 펌프의 최소유량을 의미한다.

MCTF(Minimum Continous Thermal Flow)는 펌프 유체의 온도 증가로 인해 펌프가 손상되지

않는 범위에서 운전 가능한 최소 유량을 의미한다.

위 그래프에서 보면 MCSF>MCTF임을 확인할 수 있다. 따라서 MCSF를 고려해 제작된다.

1.6 펌프의 END Of Curve

end of curve는 펌프가 문제 없이 운전될 수 있는 끝점을 의미한다. 

end of curve를 초과할시 진동등의 문제가 발생한다. 

아래 그림은 허용가동범위와 제작가동범위를 나타낸 것이다.

출처 : 네이버 블로그 PR 마스터의 공정설계

​

Title : [기계][공정] Pump의 Performance Curve  (펌프 성능 곡선)

1. Introduction

Pump 견적서(Vendor Quotation)를 접수하면 각 펌프마다 Pump의 Performance Curve (펌프 성능 곡선)가 포함되어 있습니다. 오늘은 이 Performance Curve에 포함된 Information에 대해 포스팅 하려고 합니다. 물론 펌프 외에 Compressor도 Performance Curve가 있고, Pump와 유사한 형태를 가집니다.

2. Pump Performance Curve

Vendor로부터 Pump 견적서/Vendor print를 접수하게 되면 Pump마다 Performance Curve가 꼭 포함되어 있는데요. 이를 바탕으로 각 Discipline에서 견적서/Vendor print를 검토하면서 Performance Curve도 함께 검토하게 됩니다.

Performance Curve란 펌프의 해당 rpm에서의 유량(Flowrate), 양정(Head), 효율(Efficiency), 동력(Power), NPSHr 등의 상관관계를 나타낸 곡선입니다.

위 Sample Performance Curve는 일정한 회전수(rpm)를 가지는 Centrifugal Pump(원심펌프)의 성능곡선으로, 유량(Flowrate-Q)와 양정(Head-H)의 관계를 나타낸 H-Q Curve, Efficiency Curve, NPSHr curve, BHP Curve로 보통 구성되어 있습니다.

① H-Q Curve

Pump Performance는 보통 Head(양정)로 나타냅니다. Curve에 pump rated flow 지점이 보통 표시되어 있습니다. 유량(Q)가 증가할수록 펌프가 낼 수 있는 Head는 감소하게 됩니다. 이송해야 하는 유체의 유량이 많을수록 같은 rpm(회전수)에서 낼수 있는 Head가 감소하겠지요. 이 때 위 curve에서 볼 수 있듯이, impeller diameter에 따라 같은 flowrate에서 낼 수 있는 Head Curve가 달라지게 됩니다. Vendor는 해당하는 Pump에 장착 가능한 minimum/maximum impeller dia.를 지정하여 minimum과 maximum에서의 curve도 보통 함께 표현하여 min.~max. 사이에서 적절한 impeller diameter를 선정하게 됩니다.

펌프 선정 후 추후 펌프에 흐르는 유체의 flowrate가 바뀐다든지 할 경우를 대비하여, 해당 펌프의 impeller dia.의 범위를 지정하게 되는데요. 예를 들어, impeller diameter가 커질 수록 같은 Head에서 흐를 수 있는 flowrate가 커지므로, 만약 펌프의 flowrate가 커져야 할 경우 impeller diameter를 늘려 Design 변경에 대처할 수 있게 됩니다.

* Shut off Head : 그래프 왼쪽에서 볼 수 있듯이, flowrate가 0일 때(pump discharge valve를 close했을 때), 발생하는 Head는 최대가 되는데, 이 때의 Head를 말합니다. Project마다 기준이 조금 다르지만, 보통 Differential Head의 1.2~1.25배 이내여야 합니다.

* Pump Hydraulics 상 Curve는 아래 그림과 같이 Flowrate에 관계없이 일정한 Head를 나타내는 모양의 곡선입니다. (빨간색 곡선)

* Centrifugal Compressor의 Performance Curve도 Centrifugal Pump와 같은 모양을 가집니다. Steam Turbine driver인 경우는 RPM이 변하는 것과 같은 이치이며, 그래프의 y축이 Discharge 압력으로 표기되면 Suction 압력을 빼야 하고, Compressor에서는 Polytropic Head라고 표기되는 경우도 있습니다. 이는 Compressor의 목적은 Gas의 압력을 올리는 것인데, 실제는 압력과 온도를 동시에 올리기 때문에 붙여진 명칭이라고 합니다. Polytropic Head는 Pump의 Differential Head와 개념이 동일합니다.

② Efficiency Curve 

말그대로 Pump의 효율을 나타낸 곡선으로 BEP는 Best Efficiency Point, 즉, 해당 펌프가 최고 효율을 낼 수 있는 지점입니다. 펌프 선정 시에는 Pump rated flow가 보통 BEP의 80~110% 범위 내에 들어오도록 선정되어야 한다고 합니다. (by API 610, 11th edition, section 6.1.12) BEP 근처에 오도록 펌프가 선정이 되어야 효율이 높으므로 펌프를 가동하는데 필요한 Power가 줄어들게 됩니다.

③ NPSHr Curve

NPSHr Curve는 유량에 따라 증가하는 양상을 보입니다. NPSHr은 Vendor가 계산식으로 구해오는 값으로, 공정 엔지니어가 Pump Hydraulics시 계산한 NPSHa 값과 Vendor가 제공한 NPSHr 값을 비교하여 일정 Margin이상을 확보해야 합니다.

이 Margin은 Project마다 다르므로, 해당 Project의 specification을 확인해야 하며 보통 NPSHa > 1.3 x NPSHr 이라고 이야기 합니다.

④ Power Curve

Power Curve는 BHP(Brake Horse Power)의 curve를 의미하며, 위 그래프에서는 표현되지 않았지만 NPSHr Curve와 유사하게 유량에 따라 증가하는 양상을 보입니다.

c.f) Rated BHP를 기준으로 Motor Nameplate Power를 선정하는 것이 보통인데 (by API 610, 11th edition, Table 12), Project마다 어떤 경우에는 BEP의 120%에 해당하는 BHP를 cover할 수 있도록 Motor Nameplate Power를 선정하라고 하는 경우도 있다고 합니다.

⑤ Pump의 Minimum Flow

Pump에는 MCSF, MCTF로 2가지 종류의 minimum flow가 있는데요. Performance Curve에 MCSF Curve가 impeller diameter에 따라 보통 표현됩니다. Pump minimum flow라 하면 보통 Pump의 cavitation을 예방하면서 이송 가능한 최소의 유량을 말합니다.

MCSF(Minimum Continuous Stable Flow)는 vibration limit을 초과하지 않는 범위에서 운전 가능한 펌프의 최소 유량을 의미,

MCTF(Minimum Continuous Thermal Flow)는 펌프 유체의 온도 증가로 인해 펌프가 손상되지 않는 범위에서 운전 가능한 최소 유량을 의미합니다.

아래 그림에서 보듯이, MCSF > MCTF입니다. 이 값들은 Vendor로부터 주어지고, MCSF가 더 크므로 보통 MCSF를 더 중요하게 고려하며 pump minimum flow line sizing도 이 값으로 고려하게 됩니다.

Pump가 minimum flow 이하로 운전될 경우 다음과 같은 문제가 발생하게 되므로, turndown이나 기타 고려시 minimum flow 이상의 유량을 항상 고려해야 합니다.

- 유체 온도가 내부 마찰 및 교반에 의해 상승하여 부분적으로 vaporizing되고, 증발한 유체가 갑자기 식을 경우 증기 공간을 액체가 갑자기 채우면서 초음파 충격을 만들어 내므로 펌프 파손 우려가 있음. (Cavitation)

- 유체 흐름 없이 펌프가 가동되므로 Mechanical Seal, Gland Packing 등의 밀봉용 Elastomer가 변질되거나 손상될 우려가 있음.

⑥ Pump의 End of Curve

End of Curve는 펌프가 문제 없이 운전될 수 있는 끝점을 말합니다. End of Curve를 초과할 경우 vibration 등의 문제가 발생하게 됩니다.

아래 그림은 Pump의 Preferred operating rage 및 Allowable operating range를 나타낸 그림으로, pump의 vibration limit에 따라 그 범위가 결정됩니다.

3. Conclusion

이상 Centrifugal Pump의 Performance curve에 대해 알아보았습니다. Pump 견적서/Vendor Print 검토 시 Performance curve를 읽는 법을 잘 몰라 단순히 견적서 내 값만 비교해 보았었는데, 이제부터는 Performance curve도 함께 보며 검토할 수 있을 것 같습니다!

[출처]

Google 

스끼다시님 블로그 http://dohyuni1018.blog.me/80039926492 

​

[[ 이 게시글은 Engineering 업계에 입문한 지 얼마 되지 않은 Real '초짜' 엔지니어가 작성하였기에 오류가 있을 수 있으며, 혹여나 틀린 내용이 있다면 주저하지 마시고 Comment 주시면 바로 Feedback하도록 하겠습니다. :-) ]]