펌프의 유량 및 회전수 변화에 따른 H-Q, L-Q, η-Q 특성분석

Analysis of H-Q, L-Q, and η-Q Characteristics of a Centrifugal Pump According to Changes in Flow Rate and Rotational Speed

원심펌프는 고대부터 간단한 형태로 사용되어 왔으나, Tordon, Papin 등에 의해 체계적인 연구가 시작되었음 에도 불구하고 실용화에는 어려움을 겪었다. 이는 당시 기술 수준의 한계로 인해 낮은 양정과 적합한 동력원 부재, 그리고 낮은 효율의 동력 전달 장치 등의 문제가 해결되지 못했기 때문이다. 19세기 초 Euler의 이론 발표 이후, 원심펌프의 설계 기반이 마련되었고, 임펠러 형상의 개선과 와류실 도입 등을 통해 효율이 향상되었 다. 특히 19세기 말 이후 전력 이용과 기계 가공 기술의 발전은 원심펌프의 대량 생산과 다양한 산업 분야로의 확산을 가능하게 하였다. 원심펌프는 현대 산업에서 유체 수송의 핵심 장치로 자리매김하며, 다양한 산업 분야에서 폭넓게 활용되고 있다. 본 연구는 원심펌프의 운전 조건 변화에 따른 성능 특성을 심층적으로 분석하고, 최적 운전 조건을 도출하여 원심펌프의 효율을 향상시키는 데 기여하고자 한다. 특히, 회전수와 유량 변화가 펌프 성능에 미치는 영향을 중점적으로 분석하며, 무차원 분석을 통해 펌프의 일반적인 특성을 파악하고자 하고 연구목표는 다음과 같다 회전수와 유량 변화에 따른 H-Q, L-Q, η-Q 특성을 실험적으로 분석하고, 이를 통해 펌프의 성능 변화를 정량적으 로 평가하여 무차원 분석을 통해 펌프의 최적 운전 조건을 도출하고, 이를 바탕으로 펌프의 효율을 극대화할 수 있는 방안을 제시한다. 본 연구에서는 정격 유량 0.7 m3/min, 양정 8 m, 회전수 1750 rpm의 원심펌프를 대상으로 실험을 수행하고, H-Q, L-Q, η-Q 곡선을 분석하였다. 그 결과, 유량과 회전수 변화에 따라 펌프의 성능이 크게 변화하는 것을 확인하였으며, 무차원 분석을 통해 최적 운전 조건을 도출하였다. 본 연구 결과는 원심펌프 설계 및 운전 최적화에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.