게시판 > 질답게시판 > Pump Siphon과 퍼짐 현상

Stefano

15-08-28 16:12

그림이 나타나지 않아 설명만으로 상황을 정확히 이해하기는 어렵습니다.

Q1. 혹시 바다 해수면이 물을 품어내야하는 저수면보다 낮고 그 사이에 댐이 있어 처음에 펌프로 댐 위로 퍼올리고나면 Pump를 꺼도 Siphon 현상으로 물이 흘러가는 상황이 나타난다는 것입니까?

Q2. Siphon 배출관에 Air가 차있을때 Air를 배출하는 방법을 질문한 것입니까?

Q3. Pump 퍼짐현상이라는 것은 어떤 의미입니까?

갼 j2929415

15-08-31 09:00

Q1. 홈페이지 용량때문인지.. 사진업로드가 되질 않습니다. 사진은 메일로 드렸었습니다.
펌프에서 최고 높이(A) 까지 끌어올린다음 수평으로 흐르다가 B로 이동한 후, 해수면으로 떨어집니다. 펌프위치보다 해수면의 위치가 더 높습니다.

글자로 표현을 하자면,,,

(A)_________ (B)
l ㅣ
l ㅣ
l ~~~~ (해수면)
l
o (pump)

Q2. Air를 배출하는 방법은 Vacuum breaker로 알고 있습니다. 그 방법 말고 또다른 방법이 있는것인지요?

Q3. Pump 퍼짐 현상이라는것은 펌프 후단에 Vacuum 라인이 생겨서 후단의 압력이 낮아지게 되고 그러면 펌프는 많은 유량을 배출합니다. 많은 유량을 배출함으로써 Pump head는 낮아지고 (펌프곡선에서 벗어나게됨) 펌프가 제 힘을 내지못하는 상황을 말씀드린 것입니다.

스테파노 Stefano

15-08-31 11:11

(1) 상황진단
펌프보다 해수면의 높이가 더 높은데 일단 "A"위치까지 밀어올린후 "B"에서 해수면 위로 관이 채워져 흘러내릴 때 "Siphon"현상이 나는 것인데 가동후 처음에는 A점까지 밀어올리는 압력이 필요하지만 Siphon 현상으로 Pump의 배출압력이 떨어져 유량이 크게 증가함으로써 펌프의 모터의 정격출력용량을 초과하는 동력이 소요되는 현상으로 추정됩니다.

(2) 이의 해결방법으로
ⓘ Pump 배출관을 B 위치에서 대기중에 노출시켜((배출관끝을 해수면 위에 놓이도록)하여 물이 배출된 후 해수면에 물이 폭포처럼 떨어지게 하는 방법
② B~해수면 사이 관에 구멍을 공기 흡입을위한 구멍을 뚫어놓는 방법 (Vacuum Breaking Hole)
③ Pump ~ A (혹은 B) 중간에 Pumping 유량을 조절하기 위한 수동 밸브나 Orifice를 삽입하는 방법
④ Pump의 배출측에 자동유량조절 밸브를 달아두는 방법
⑤ Pump의 배출압력을 감지하여 Pump의 회전속도를 조절하는 방법
⑥ 초기 시동시에만 가동한는 A위치까지 물을 채우기 위한 저용량 Pump를 따로 두고 주용량 펌프는 펌프와 해수면 간의 Net Head차를 기준으로한 Pump로 나누어 설치하는 방법
⑦ Dam을 뚫어 별도의 배수펌핑관을 설치하는 방법

등 여러가지를 고려할 수 있을 것으로 보이는데

(3) 각 방법상의 특징을 살펴보면..

①~④의 방법은 동력절감효과가 없는 반면 ⑤~⑦의 방법은 동력 절감효과가 크기 때문에 권장되는 방법입니다.

①~②의 방법은 추가 비용이 무시되는 방법이나 이 방법을 사용했을 경우 다른 문제가 있는지만 검토해 보면 됩니다.

③~④의 방법은 배출유량을 조절함으로써 모터를 보호하는 방법입니다. Control Valve나 Orifice 설치위치라면 Pump~A(혹은 B)위치가 A(혹은 B)~해수면 위치보다 유리하고 관리도 쉬운편을 것입니다. 그러나 동력절감 효과가 거의 없고 추가 비용도 소요되므로 권장되지 않습니다.

이미 시설이 모두 되어 있는 상태라고 한다면 ⑤의 방법을 사용하면 되는데 이 경우에는 Pump 속도조절용 Inverter를 달아두는 방법입니다. Invert의 속도조절은 펌프의 배출압력을 감지하여 자동조절되도록 제어계를 꾸밀필요가 있습니다. 필자가 가장권장하는 방법이기는 하나 Pump 용량에 따라 Inverter의 비용이 만만치 않을 것 같아 염려되기도 합니다. 동력비감축이 유리한가 추가비용이 유리한가 간단히 비교해 보기위하여 추가비용을 Inverter 평균수명(년수)으로 나누어 봐서 이 값이 1년동력비보다 낮으면 이를 택함이 합리적이라고 봅니다.

⑦ 의 방법은 Dam이 이미 설치되어 있다면 가장 비용이 높은 방법이라서 Dam이 설치되기전 검토했어야 하는 방법입니다. ①의 방법과 같이 Pumping관의 끝을 대기중으로 노출시키되, 바닷물의 높이가 가장 높은 "사리" 시기의 해수면 높이보다 더 높은 위치가 되도록 해야 할 것입니다.

(2) 이의 해결방법으로
ⓘ Pump  배출관을 B 위치에서 대기중에 노출시켜((배출관끝을 해수면 위에 놓이도록)하여 물이 배출된 후 해수면에 물이 폭포처럼 떨어지게 하는 방법    
② B~해수면 사이 관에 구멍을 공기 흡입을위한 구멍을 뚫어놓는 방법 (Vacuum Breaking Hole)
③ Pump ~ A (혹은 B) 중간에 Pumping 유량을 조절하기 위한 수동 밸브나 Orifice를 삽입하는 방법
④ Pump의 배출측에 자동유량조절 밸브를 달아두는 방법 
⑤ Pump의 배출압력을 감지하여 Pump의 회전속도를 조절하는 방법
⑥ 초기 시동시에만 가동한는 A위치까지 물을 채우기 위한 저용량 Pump를 따로 두고 주용량 펌프는 펌프와 해수면 간의 Net Head차를 기준으로한 Pump로  나누어 설치하는 방법
⑦ Dam을 뚫어 별도의 배수펌핑관을 설치하는 방법

등 여러가지를 고려할 수 있을 것으로 보이는데

(3) 각 방법상의 특징을 살펴보면..

①~④의 방법은 동력절감효과가 없는 반면 ⑤~⑦의 방법은 동력 절감효과가 크기 때문에 권장되는 방법입니다.

①~②의 방법은 추가 비용이 무시되는 방법이나 이 방법을 사용했을 경우 다른 문제가 있는지만 검토해 보면 됩니다.

③~④의 방법은 배출유량을 조절함으로써 모터를 보호하는 방법입니다.  Control Valve나 Orifice  설치위치라면 Pump~A(혹은 B)위치가  A(혹은 B)~해수면 위치보다 유리하고 관리도 쉬운편을 것입니다. 그러나 동력절감 효과가 거의 없고 추가 비용도 소요되므로 권장되지 않습니다.

이미 시설이  모두 되어 있는 상태라고 한다면 ⑤의 방법을 사용하면 되는데 이 경우에는 Pump 속도조절용  Inverter를 달아두는 방법입니다.  Invert의 속도조절은 펌프의 배출압력을 감지하여 자동조절되도록 제어계를 꾸밀필요가 있습니다.  필자가 가장권장하는 방법이기는 하나 Pump 용량에 따라 Inverter의 비용이 만만치 않을 것 같아 염려되기도 합니다.  동력비감축이 유리한가 추가비용이 유리한가 간단히 비교해 보기위하여 추가비용을 Inverter 평균수명(년수)으로 나누어 봐서 이 값이 1년동력비보다 낮으면 이를 택함이 합리적이라고 봅니다.

⑦ 의 방법은 Dam이 이미 설치되어 있다면 가장 비용이 높은 방법이라서 Dam이 설치되기전 검토했어야 하는 방법입니다.   ①의 방법과 같이 Pumping관의 끝을 대기중으로 노출시키되,  바닷물의 높이가 가장 높은 "사리" 시기의 해수면 높이보다 더 높은 위치가 되도록 해야 할 것입니다.

갼 j2929415

15-08-31 11:31

답변에 진심으로 감사드립니다.

1. 반복 질문이긴 한데.. 원글의 2번질문인.. Orifice를 설치하는 경우에는 Orifice sizing을 위하여 Height 만 고려하면 되는것인지요?

2. 답변 내용에 오리피스 설치위치가 펌프에서 A가 유리하다고 하셨는데, 어떤측면에서 유리한 것인지 알고 싶습니다. (관리측면 이외에도)

스테파노 Stefano

15-08-31 12:51

(1) Orifice를 삽입하겠다는 의도는 1) 불필요한 추가 유량을 제한하기 위한 목적 2) 배출관에 인위적으로 압력을 더 가하도록 하여 배관에 채워져 있는 공기를 "배출"하기 위한 목적중의 하나인데 추가 질문에서의 1, 2은 이중 어느 목정으로 하기 위한 것인지 먼저 궁금합니다.

(2) 이중..
1)의 목적으로 설치된다고 한다면..Orifice 전후의 압력차를 나타낼 때 Pump 모터가 과부하가 되지 않는 유량인 조건에 맞는 Orifice의 Hydraulic 계산을 해야 할 것이고,
2)의 목적으로 Orifice를 삽입하는 경우라면.. Pump 배출관중 B~해수면 사이 배관에서 Siphon에 의해 걸리는 음압까지도 Pump가 더 밀어주어야 하는데 그리하자면 배출구 말단에 Orifice를 달아 놓아야 한다는 이야기 인데,

이중 2)의 목적으로 위치를 선전하는 것은 불필요한 동력까지도 Pump가 부담해야 하기 때문에 Non-sense라고 보기 때문에 고려Discharge Pipe 말단에 달아두는 것은 (Orifice야 별 관리할 것도 없지만) 관리도 어렵고 에너지 손실도 늘어나기 때문에 적당하지 않은 것이고,

1)의 목적으로 설치한다면 Pump ~ A 혹은 B의 위치에 Orifice를 설치하면 된다는 설명이었습니다. 이 경우 Orifice의 압력차는 Siphon 효과가 고려된 압력차가 되어야 하고 Siphon관에서의 평균밀도, 압력손실, 등이 정확히 계산되어야 효과를 발할 터인데 Orifice 후단 ~해수면 간의 배관에서 공기-물 혼합물의 평균 밀도를 구하는 것이 어렵고, 이 밀도가 (계절에 따라)계속 유지 될 수 있느냐을 보자아기도 어렵고, 설령 정확한 계산을 하더라도 Two-Phase Flow가 되기 때문에 조건이 많이 흔들릴 요소가 많아서 Orifice를 설치한다는 것은 (에너지 손실이 늘어나기 때문에 더더욱) 적당한 방법이 아닐 것입니다.

1)의 목적이라면 현재 설치되어 있는 Discharge Valve를 Throttling 된 상태로 운전하는 방법을 고려하여도 될 것입니다.

(3) 따라서 결론적으로는..
Orifice를 달아야 할 정도로 잘 흘러가는 경우라면 (압력차가 크지 않은 경우라면) Pump 선정시 Head는 모자라도 유량이 큰 펌프를 선정하고 부족한 Head는 별도 시동전용 Pump로 충당하거나

이미 Pump가 설치되어 있는 상태라고 한다면 Inverter로 유량 및 Head를 조절하여 모터가 무리가 되는 조건을 스스로 찾아서 운전되도록 제어계를 구축하는 것이 해결방법이 될 것으로 필자는 보고 있습니다.

(1) Orifice를 삽입하겠다는 의도는 1) 불필요한 추가 유량을 제한하기 위한 목적 2) 배출관에 인위적으로 압력을 더 가하도록 하여 배관에 채워져 있는 공기를 "배출"하기 위한 목적중의 하나인데 추가 질문에서의 1, 2은 이중 어느 목정으로 하기 위한 것인지 먼저 궁금합니다.

(2) 이중.. 
1)의 목적으로 설치된다고 한다면..Orifice 전후의 압력차를 나타낼 때 Pump 모터가 과부하가 되지 않는 유량인 조건에 맞는 Orifice의 Hydraulic 계산을 해야 할 것이고, 
2)의 목적으로 Orifice를 삽입하는 경우라면.. Pump 배출관중 B~해수면 사이 배관에서 Siphon에 의해 걸리는 음압까지도 Pump가 더 밀어주어야 하는데 그리하자면 배출구 말단에 Orifice를 달아 놓아야 한다는 이야기 인데,

이중 2)의 목적으로 위치를 선전하는 것은 불필요한 동력까지도 Pump가 부담해야 하기 때문에 Non-sense라고 보기 때문에 고려Discharge Pipe 말단에 달아두는 것은 (Orifice야 별 관리할 것도 없지만) 관리도 어렵고 에너지 손실도 늘어나기 때문에 적당하지 않은 것이고,

1)의 목적으로 설치한다면 Pump ~ A 혹은 B의 위치에 Orifice를 설치하면 된다는 설명이었습니다.  이 경우 Orifice의 압력차는 Siphon 효과가 고려된 압력차가 되어야 하고 Siphon관에서의 평균밀도,  압력손실, 등이 정확히 계산되어야 효과를 발할 터인데 Orifice 후단 ~해수면 간의 배관에서 공기-물 혼합물의 평균 밀도를 구하는 것이 어렵고, 이 밀도가 (계절에 따라)계속 유지 될 수 있느냐을 보자아기도 어렵고, 설령 정확한 계산을 하더라도 Two-Phase Flow가 되기 때문에 조건이 많이 흔들릴 요소가 많아서 Orifice를 설치한다는 것은 (에너지 손실이 늘어나기 때문에 더더욱) 적당한 방법이 아닐 것입니다.

1)의 목적이라면 현재 설치되어 있는 Discharge Valve를 Throttling 된 상태로 운전하는 방법을 고려하여도 될 것입니다.

(3) 따라서 결론적으로는..
Orifice를 달아야 할 정도로 잘 흘러가는 경우라면 (압력차가 크지 않은 경우라면) Pump 선정시 Head는 모자라도  유량이 큰 펌프를 선정하고 부족한 Head는 별도 시동전용 Pump로 충당하거나

이미 Pump가 설치되어 있는 상태라고 한다면 Inverter로 유량 및 Head를 조절하여 모터가 무리가 되는 조건을 스스로 찾아서 운전되도록 제어계를 구축하는 것이 해결방법이 될 것으로 필자는 보고 있습니다.

갼 j2929415

15-09-01 09:46

우선 RO 를 설치하게 된 것은 다른 제시 방법이 대부분 불가능한 상황이고 불필요한 추가 비용을 줄이고자 오리피스를 설치하였습니다. 또한 불필요한 유량을 줄이고자 하는 목적이 아니라 펌프 후단이 음압이 걸리므로 자연스레 유량이 증가하면서 펌프곡선에서 우측으로 이동하여 펌프 head가 모자라게 되었습니다.

1. 이런 상황에서 오리피스 설치위치 와 sizing을 어떻게 해야되느냐 를 질문드린 것입니다.

답변주신 내용대로 보자면 1,2번 목적 둘다 맞는 것 같습니다. 유량을 줄일려고도 하며 오리피스를 달아 B 위치의 압력을 음압이 안걸리게 하는 것이 목적이니까요..

2. 보통 설계초기에는 이런경우 어떻게 설계를 해야되는건지 간단히 조언 부탁드립니다.

스테파노 Stefano

15-09-01 12:29

(0) Orifice를 이미 추가하였군요. 펌프 후단에 음압이 걸린다고 설명하고 있는데 음압이 걸리는 곳은 배출관의 가장 높은곳 즉 A~B에서 진공이 걸린다는 이야기 이겠지요. 배관경과 Orifice 구경 빛 설치위치가 어디인지 소개바랍니다.

설치된 Orifice를 기준으로 Hydraulic을 점검해 봐야 하겠지만 앞선 답글에서 이미설명 했듯이 한번 설치한 Orifice 의 구경은 운전중 조절할 수 없기 때문에 Sizing이 중요하지만 걸리는 진공도가 일정하지 않을 수가 있어서 정확히 Sizing 하기가 어려울 것으로 봅니다. 진공이 걸린다고 해도 물이 완전히 채우지지 않기 때문이기도 하고 한번 걸린 진공도도 물속에 용해되어 있는 공기로 인하여 오래 가동하다보면 진공도가 유지되지도 않을 수도 있기 때문에 불안정한 것인데

문제는 Orifice라기보다 그정도의 진공도에도 민감하게 반응하는 펌프에 있는 것으로 봅니다.

(1) 배수펌프와 같은 펌프는 대체로 Head가 낮은 반면유량이 대단히 큰 경우가 많은데 유량이 크기 때문에 그에 적합한 펌프을 선정해야 할 것입니다. 종합해서 아래의 3가지로 요약해보면 모두 펌프 성능곡선과 관련된 사항이 됩니다. 특히 3)의 경우에는 Motor의 설계여유치에 관련되어 있습니다. 이들은 모두 설계시에 반영했어야 할 사항들입니다.

1) 초기 운전시 저유량에서 최고 Head를 발할 수 있어야 하고
2) 대용량에서 저 NPSH를 요구하는 형태의 펌프를 선정 (양면흡입식 Pump 선정 등)하고
3) Head가 낮아져 유량이 크게 증가했을 때 필요한 동력이 Motor의 정격 출력을 초과하지 않도록 Motor의 용량여유가 있어야 하겠습니다.

(2) Siphon 현상은 Pump Discharge Tip이 해수면 아래로 잠겨있기 때문이기 때문에 벌어지는 일이라서 설계단계 혹은 시공직전이라고 한다면 앞선 두번째 답글의 ⑦처럼 Dam을 관통하되 최고 해수면 위로 Pipe 끝이 놓이도록 하는 방법이 가장 비용이 적게 들고 운전비도 적게 들기 때문에 이 방법을 취해야 할 것입니다.

(0) Orifice를 이미 추가하였군요.  펌프 후단에 음압이 걸린다고 설명하고 있는데 음압이 걸리는 곳은 배출관의 가장 높은곳 즉 A~B에서 진공이 걸린다는 이야기 이겠지요.   배관경과 Orifice 구경 빛 설치위치가 어디인지 소개바랍니다.

설치된 Orifice를 기준으로 Hydraulic을 점검해 봐야 하겠지만 앞선 답글에서 이미설명 했듯이  한번 설치한 Orifice 의 구경은 운전중 조절할 수 없기 때문에 Sizing이 중요하지만 걸리는 진공도가 일정하지 않을 수가 있어서 정확히 Sizing 하기가 어려울 것으로 봅니다.  진공이 걸린다고 해도 물이 완전히 채우지지 않기 때문이기도 하고 한번 걸린 진공도도 물속에 용해되어 있는 공기로 인하여 오래 가동하다보면 진공도가 유지되지도 않을 수도 있기 때문에 불안정한 것인데

문제는 Orifice라기보다 그정도의 진공도에도 민감하게 반응하는 펌프에 있는 것으로 봅니다.

(1) 배수펌프와 같은 펌프는 대체로 Head가 낮은 반면유량이 대단히 큰 경우가 많은데 유량이 크기 때문에 그에 적합한 펌프을 선정해야 할 것입니다.  종합해서 아래의 3가지로 요약해보면 모두 펌프 성능곡선과 관련된 사항이 됩니다. 특히 3)의 경우에는 Motor의 설계여유치에 관련되어 있습니다.   이들은 모두 설계시에 반영했어야 할 사항들입니다.

1) 초기 운전시 저유량에서 최고 Head를 발할 수 있어야 하고 
2) 대용량에서 저 NPSH를 요구하는 형태의 펌프를 선정 (양면흡입식 Pump 선정 등)하고
3) Head가 낮아져 유량이 크게 증가했을 때 필요한 동력이 Motor의 정격 출력을 초과하지 않도록 Motor의 용량여유가 있어야 하겠습니다.

(2) Siphon 현상은 Pump Discharge Tip이 해수면 아래로 잠겨있기 때문이기 때문에 벌어지는 일이라서 설계단계 혹은 시공직전이라고 한다면 앞선  두번째 답글의 ⑦처럼 Dam을 관통하되 최고 해수면 위로 Pipe 끝이 놓이도록 하는 방법이 가장 비용이 적게 들고 운전비도 적게 들기 때문에 이 방법을 취해야 할 것입니다.

갼 j2929415

15-09-01 15:28

1. 다시 기본적인 것부터 질문드리자면 siphon 현상에 대해 정확히 알고 싶습니다. 위에 답변주신 것에서.. Siphon 현상은 pump discharge tip 이 해수면 아래로 잠겨있어야 한다는 것인데.. 정확하게 이해가 되지 않습니다. 제가 질문드린 상황에서는 최종적으로 배출되는 끝단은 해수면 위입니다. 액체가 B point에서 배출구까지 떨어지면서 그 구간이 꽉차게 될것이고, 공기 유입이 차단된 후에 음압이 걸려 사이폰 현상이 발생한다고 이해하고 있습니다.

2. Dam을 뚫어 별도의 배수펌핑관을 설치하는 방법 이라고 언급하셨는데 정확히 어떤 방법인지 이해가 되질 않습니다.

너무 많은 질문을 드리는 것 같습니다. 감사합니다.

스테파노 Stefano

15-09-02 10:22

(1) 질문과 응답 마당이 다시 원점으로 복귀하였습니다.
원래의 질문에서 "Siphon" 현상이 B~해수면 구간에서 나타나고 Pumping관 끝이 해수면에 잠겨있는 상황이 아니었었나요?

ⓐ<최종적으로 배출되는 끝단은 해수면 위..>이고 관 끝이 A~B 수평관 끝이라고 하면 Siphon 현상은 나타나지 않습니다.
ⓑ<최종적으로 배출되는 끝단은 해수면 위..>이고 관 끝이 B~해수면 쪽으로 내려뻗은 관끝에 있고 해수면 위에 놓여있지만 관경이 비교적 커서 관끝으로 공기가 쉽게 흘러들어갈 수 있다면 이 경우에도 Siphon 현상은 나타나지 않습니다.
ⓒ<최종적으로 배출되는 끝단은 해수면 위..>이고 관 끝이 B~해수면 쪽으로 내려뻗은 관끝에 있고 해수면 위에 놓여있지만 관경이 작고 길어서 액이 흐를때 공기가 역류되지 않는 상황이라고 할때 Siphon 현상이 나타나게 될 것입니다.

위의 상황중에서 ⓒ에 해당하는 경우입니까? 대체로 B~해수면 쪽으로 내려뻗은 관의 길이가 짧거나 관경이 큰 경우라면 ⓒ에 의한 Siphon 현상은 무시할 수 있기 때문에 나타나지 않는다고 봐도 됩니다.

(2) 바로 앞선 추가질문에서 2항은 펌프출구~A 까지(즉 Dam 둑의 높이까지) 높일 필요없이 Dam을 뚫어 관을 설치해 두고 관 끝을 최고해수면 바로 위에 설치하는 방법입니다.

갼 j2929415

15-09-02 11:54

너무 애매모호하게 질문을 드린것 같습니다. 위의 그림은 해수면 위에서 떨어지는것을 표현한 것입니다. 사실 해수면과 관련해서는 손쉬운 설명을 드리고자 한것인데, 오히려 해결방법이 달라지는 것같습니다. 이 부분 죄송합니다.

현재 저희 프로젝트에서는 2가지 경우가 있습니다. 둘다 위에서 탱크로 떨어지며 탱크가 가득차지는 않기 때문에 관끝은 잠기지 않습니다. b, c 의 경우만 해당될 것입니다.
또한 일자로 떨어지는 것이 아니라 파이프의 꺾임이 두번 정도 있습니다. 쉽게 보면,
ㄱ
ㄱ
ㄱ 이렇게 꺾입니다.

경우1. 드레인 시스템
위와 비슷한상황이고 탱크로 연결됩니다. 탱크의 위에서 떨어지기 때문에 큰 틀에서는 비슷하게 보입니다.
관경은 6인치이고 높이는 3m 정도입니다. 사이펀현상이 일어날지 잘 모르겠으며, 지금 B point까지 올리는 헤드가 아슬아슬합니다. 오리피스를 설치하면 펌프로 최고 높이까지 올릴수 있을지도 문제입니다. 또한 오리피스 설치 위치도 확정하지못하고있습니다.

경우2. 플레어 시스템

역시나 위와 비슷하지만 목적은 헤드가 많이 남아서 유량이 커지고 펌프곡선을 벗어납니다. 그래서 오리피스를 설치하여 펌프곡선 range 안에 들어 왔습니다. 관경은 4인치 높이는 12m 입니다. 오리피스는 펌프에서 A 사이에 설치하였습니다.

업계특성상, 주신 해결방안에서 오리피스, hole, vent line 정도 밖에는 설치가 어려울 것 같습니다.

1. 위에서말씀주신 관경과 height의 기준은 어느정도일까요?(사이펀 현상에 근거하여)
2. 꺾임 이 있을 때도 사이펀 현상이 일어날까요?
3. 불필요한 유량을 줄이는 목적일때 오리피스는 왜 pump 에서 A, B까지 사이에 설치해야될까요?
4. 드레인 시스템 경우에도 오리피스를 펌프에서 A,B 사이에 설치해야될까요

Stefano

15-09-02 13:04

(0) 바닷물과는 전연 관계없었군요 !..! Dam에 구멍을 똟는 일은 벌어지지 않을 것이고 이는 Tank에 구멍을 뚤는일로 간단해 졌고 대형 Concrete 관이 아니기 때문에 작은 물 Pipe에 밸브나 Orifice를 붙이는 일로 간단해졌습니다. 그런데 그동안 너무 멀리 돌아왔다는 것이 허무하다는 생각입니다.

그러다 보니 문제의 해결방법도 전혀 다른 방향에서 검토되어야 할 사항입니다.

이제 시스템이 2개로 늘어났습니다. 그러나 경우 1의 설명도 애매하고 경우 2의 경우에도 설명이 충분하지 않습니다.

(1) 경우1 (역질문입니다).
①Pump에서 A지점까지 올가간 후 내려오면서 무슨 이유로 다시 내려와야 하나요.

②6" 액의 펌핑관 가장 높은 곳이 3m라고하면 이곳의 높이가 3m인지 B위치가 3m인지 배출관 끝의 높이가 3m인지 짐작할 수가 없습니다. 펌프에서 A까지의 높이 그리고 B의 높이, 그리고 배출관 끝의 높이에 관하여 시스템을 보충설명하고 왜 그런 형태의 배관이 되었는지 보충해 주세요.

③펌프에서 탱크로 직접배관하고 탱크에 바로 유입되도록 되지 않는 이유는 무엇이지요?

④ Pump 시동시 초기 Head가 B Point까지 올리기가 아슬아슬 하다는 뜻은 용량은 무시하더라도 Head만 나와줬으면 되겟다는 뜻인지?

⑤ Orifice를 설치하여 Pump의 최대 Head를 올릴 수 있을 경우 "유량"은 문제되지 않나요? Head는 올릴 수 있다지만 그렇다고 정상가동 시 Orifice를 빼고 운전할 수는 없지 않나요? 아니면 Orifice를 Bypass 시키는 별도의 관을 둔다는 뜻인지?

⑥ Orifice를 둘 생각이라면, Pump의 Discharge Valve를 Throttling 하면서 운전하여도 되는데 굳이 Orifice를 고집하는 이유는 무엇입니까? 혹시 Client의 주장에 의해서입니까?

(2) 경우2 (역질문입니다.)
①여기에서도 흡입탱크 액면높이( 펌프위치), A점, B점, 및 배출관 끝의 위치(높이)를 설명해 주세요.

② <헤드가 많이 남아서 유량이 커지고 펌프곡선을 벗어난다>고 적고 있는데 펌프가 만들어내는 성능 곡선을 벗어날 수는 없습니다. 이는 <Head는 여유가 있는데 유량이 너무 늘어나 Pump 모터 정격출력을 넘어섰다>는 의미이겠지요?

③ 여기서도 Orifice를 둘 생각이라면, Pump의 Discharge Valve를 Throttling 하면서 운전하여도 되는데 굳이 Orifice를 고집하는 이유는 무엇입니까?

(3) 바로 이전의 1,2,3에 대한 답변입니다.
A1: 아래로 흐르고 있는 관에서 Siphon 현상이 일어나는 기준은 Horizontal Flow에서는 나타나지 않지만 Vertical Two Phase Flow 상으로 흐르면서 공기의 흐름이 정지되어 있고 액만 벽을 타고 흐르는 Annular Flow 상태가 아니면 모두 Siphon 현상이 나타날 것입니다. (Vertical Flow에서 액이 Siphon 현상을 나타내려면 중력과 압력차 및 배관의 압력차가 밸런스를 유지해야 하기 때문입니다. 관경이 크다면 Annular Flow로 될 가능성이 더 높겠지요. )

A2: 꺾임이 있는 경우 Horizontal 관은 흐름 Type에 관계없이 Siphon 현상은 나타나지 않고 Vertical 상황에서 A1에 설명한 경우에 해당할 경우에는 반드시 Siphon 현상이 나타날 것입니다. Siphon 현상은 중력장이 작용되는 계에서 시스템 내의 수두의 차이에 의해 발생하는 압력의 차에 기인하는 현상이기 때문입니다.

A3: Orifice를 배출관 끝에 부착하는 경우 Siphon 현상에 의한 Head 차에 의한 압력감소를 오히려 승압해 주어야 하기 때문에 동력이 더 필요하기 때문이지요. 불필요한 동력을 낭비할 필요가 없겠지요.

(0) 바닷물과는 전연 관계없었군요 !..!  Dam에 구멍을 똟는 일은 벌어지지 않을 것이고 이는 Tank에 구멍을 뚤는일로 간단해 졌고 대형 Concrete 관이 아니기 때문에 작은 물 Pipe에 밸브나 Orifice를 붙이는 일로 간단해졌습니다.  그런데 그동안 너무 멀리 돌아왔다는 것이 허무하다는 생각입니다.

그러다 보니 문제의 해결방법도 전혀 다른 방향에서 검토되어야 할 사항입니다.

이제 시스템이 2개로 늘어났습니다.   그러나 경우 1의 설명도 애매하고 경우 2의 경우에도 설명이 충분하지 않습니다.

(1) 경우1 (역질문입니다).   
①Pump에서 A지점까지 올가간 후 내려오면서 무슨 이유로 다시 내려와야 하나요.

②6" 액의 펌핑관 가장 높은 곳이 3m라고하면  이곳의 높이가 3m인지 B위치가 3m인지 배출관  끝의 높이가 3m인지 짐작할 수가 없습니다. 펌프에서 A까지의 높이 그리고 B의 높이, 그리고 배출관 끝의 높이에 관하여 시스템을 보충설명하고 왜 그런 형태의 배관이 되었는지 보충해 주세요.

③펌프에서 탱크로 직접배관하고 탱크에 바로 유입되도록 되지 않는 이유는 무엇이지요?

④ Pump 시동시 초기 Head가 B Point까지 올리기가 아슬아슬 하다는 뜻은 용량은 무시하더라도 Head만 나와줬으면 되겟다는 뜻인지?

⑤ Orifice를 설치하여 Pump의 최대 Head를 올릴 수 있을 경우 "유량"은 문제되지 않나요?  Head는 올릴 수 있다지만 그렇다고 정상가동 시 Orifice를 빼고 운전할 수는 없지 않나요? 아니면 Orifice를 Bypass 시키는 별도의 관을 둔다는 뜻인지? 
 
⑥ Orifice를 둘 생각이라면,  Pump의 Discharge Valve를 Throttling 하면서 운전하여도 되는데 굳이 Orifice를 고집하는 이유는 무엇입니까?  혹시 Client의 주장에 의해서입니까?

(2) 경우2 (역질문입니다.) 
①여기에서도 흡입탱크 액면높이( 펌프위치), A점, B점, 및 배출관 끝의 위치(높이)를 설명해 주세요.

② <헤드가 많이 남아서 유량이 커지고 펌프곡선을 벗어난다>고 적고 있는데 펌프가 만들어내는 성능 곡선을 벗어날 수는 없습니다.  이는 <Head는 여유가 있는데 유량이 너무 늘어나 Pump 모터 정격출력을 넘어섰다>는 의미이겠지요?

③ 여기서도 Orifice를 둘 생각이라면,  Pump의 Discharge Valve를 Throttling 하면서 운전하여도 되는데 굳이 Orifice를 고집하는 이유는 무엇입니까?

(3) 바로 이전의 1,2,3에 대한 답변입니다.
A1:  아래로 흐르고 있는 관에서 Siphon 현상이 일어나는 기준은 Horizontal Flow에서는 나타나지 않지만  Vertical Two Phase Flow 상으로 흐르면서 공기의 흐름이 정지되어 있고 액만 벽을 타고 흐르는 Annular Flow 상태가 아니면 모두 Siphon  현상이 나타날 것입니다.  (Vertical Flow에서 액이 Siphon 현상을 나타내려면 중력과 압력차 및 배관의 압력차가 밸런스를 유지해야 하기 때문입니다.  관경이 크다면 Annular Flow로 될 가능성이 더 높겠지요. )

A2: 꺾임이 있는 경우 Horizontal 관은 흐름 Type에 관계없이 Siphon 현상은 나타나지 않고 Vertical 상황에서 A1에 설명한 경우에 해당할 경우에는 반드시 Siphon 현상이 나타날 것입니다.   Siphon 현상은 중력장이 작용되는 계에서 시스템 내의 수두의 차이에 의해 발생하는 압력의 차에 기인하는 현상이기 때문입니다.

A3: Orifice를 배출관 끝에 부착하는 경우 Siphon 현상에 의한 Head 차에 의한 압력감소를 오히려 승압해 주어야 하기 때문에 동력이 더 필요하기 때문이지요.   불필요한 동력을 낭비할 필요가 없겠지요.

갼 j2929415

15-09-02 13:50

그에 따른 공부도 되어서 허무한 것은 아닌것 같습니다^^ 우선 제가 설명을 잘못드린것 같아 고쳐서 설명드리도록하겠습니다.

경우 1. 프로젝트 특성상 대부분 제작이 완료가 되어 있고 또한 파이핑을 마음대로 구성할 수도 없으며, 꽤 먼거리에 있어 상황에 맞게 파이핑을 구성했으며, 지금 변경도 불가능합니다. History는 저도 잘모르지만, 왜 그렇게 설치를 했느냐 라고 물어보시면 저는 이유는 모르겠으나 이미 제작이 되어 현재대로 진행해야 되어서 해결방법을 여쭤보는 것입니다 라고 대답할것 같습니다. 제 사견으로는 구조물을 피해서 설치하려고 그런것 같습니다.
높이가 3m 라는 것은 B 에서 탱크 노즐까지 3m 라는 것입니다. 또한 지금 펌프용량에서 우리가 원하는 유량만큼만 탱크로 보내면 문제가 없습니다. 그런데 최고높이까지 가는 펌프헤드는 있는데 마진이 거의 없습니다. 그리고 탱크까지 가게되면 사이펀 현상에 따라 펌프헤드gain 으로 유량이 증가하게 되어 정격출력을 넘어섭니다. 그러나 오리피스를 넣으려니 마진이 없으므로 오리피스가 설치가 어려운것 같습니다. 여기서 해결책은 밸브로 조절하는 것이 맞는 것 같습니다. Bypass 도 아닙니다.
밸브를 throttling 하는 것은 operator 가 최대한 손이 가지 않게하기 위해 orifice로 하는 것을 원하지 않나 봅니다. 또한 ball valve가 설치되어 throttling 이 가능할지 의문입니다. 즉 globe valve를 새로 추가해야되겟지요..

경우 2.

이 경우는 오리피스를 넣고 문제없이 마무리는 하였습니다. 헤드가 여유가 있으니까 오리피스를 넣고 유량 조절을 하여 곡선 범위로 들어오고 (즉 출력을 넘어서지않음) 승인받았습니다.
1. 펌프가 0m 위치에 잇다고 보고 A ~B 구간이 대략 15m 위치 이며, 최종 탱크의 노즐 위치는 3m 라고 보시면 됩니다.
2. 네 맞습니다.
3. 경우 1과 같습니다.

지식이 부족해서 정확한 표현을 쓰지못하는 것같습니다. 양해부탁드립니다.

갼 j2929415

15-09-02 14:54

고민해본결과,

경우 1 은 쉽게 생각하면 펌프 마진이 없습니다.
즉 펌프에서 A까지 오리피스를 설치하게 되면 최고높이까지 올리기가 힘들어집니다. 그래서 밸브로 조절을 하는 것이 가장 합당해 보이며 A에서 B사이에 오리피스를 설치해도 유량은 조절할 수 있으니 가능은 하지만 펌프 출력이 증가하게 되어 크게 보면 전력의 손실은 있지만 가동은된다고 봅니다.

경우2는 펌프 마진이 여유가 있으니,
밸브 조절이 가장좋겠지만 밸브가 없다면 오리피스를 펌프에서 A까지 설치한뒤 유량을 조절하면 될것같습니다.

오리피스에대한 사이징은 복잡한 이론이 발생할 수는 있겠지만 노말하게 B에서 tank까지의 height만 고려하여 계산하는 수밖에는 없지 않나 생각됩니다.

밸브가 제일 좋지만 오리피스로 하게 될경우는 이렇게 정리를 하면 될것 같습니다.

잘못된 것이 있따면 지적 부탁드립니다.

Stefano

15-09-03 17:01

(1) 경우1에서는
Pump Motor의 용량부족으로 인하여 모터정격출력에 해당하는 유량만 흘러갈 수 있도록 조절해야 할 것입니다. 따라서 Orifice 전후의 압력 손실과 (Siphon 효과를 제외한) Net 양정및 배관압력손실을 더한 Head에 용량을 곱한후 펌프 효율로 나눈 동력이 모터 정격출력보다 크지 않도록 유량을 낮추어 운전해야 하겠지요.

(2)경우2에서는 모터 용량에 여유가 있다고 하면 최고배출 압력에서도 펌핑할 수 있는 유량이 자동적으로 정해져 운전될 수 있을 것이므로 간단히 Motor에 흐르는 전류를 보고 Valve 개폐를 (단한번만) 조절해 두고 운전하거나 Orifice를 설치할 필요없이 B점 위치에서 Tank에 흘러가도록 하향 배관을 철거하거나 B위치에서 Siphon 효과를 방지하기 위한 Hole을 뚫어도 간단히 해결할 수 있을 것으로 봅니다.

Orifice의 이론이나 Sizing 자체는 전혀 복잡한 것이 아니고 다만 Siphon 효과를 방지할 수 있는 유량을 알아내는 것이 어렵다는 것이라서 Orifice Sizing 이전에 Valve를 사용하여 Throttling 운전하면서 찾아내야 한다는 점이 중요한 것이지요.

갼 j2929415

15-09-04 11:49

감사합니다. 정말 많은 공부가 되었습니다.

경우 2에서는 지금 배관변경도 어려우며, hole 을 뚫으면 closed drain 이라 safety 측면에서 문제가 생깁니다. 다른 공사에서 꼭 참고하겠습니다.

그리고 제일 마지막 문장은 이해를 하였으나 의문은, Valve를 쓰로틀링 하여 운전점을 찾아내 오리피스 사이징을 한다고 하셨는데 쓰로틀링 할수 있는 밸브가 있다면 구지 오리피스 사이징을 해야 할 필요없이 그 밸브로 그냥 사용하는 것이 더 낫지 않나 생각해봅니다. 볼 밸브 뿐이기 때문에 사실상 밸브로 쓰로틀링 하는건 어렵기 때문입니다.

만약 오퍼레이터의 일을 줄이고자 한다면 가능하긴 할것입니다.

스테파노 Stefano

15-09-04 19:34

(1) 한사람은 Pump 모터 암페아를 보고 있고 다른 한사람은 Ball Valve를 조절하면서 서로 연락하여 모터의 정격 출력을 넘지 않도록 조정해 두고 그다음에는 핸들을 뽑아두고 손대지 못하도록 "팻말"을 붙여놓으면 됩니다.

(2) 아니면 Ball Valve Stem에 Butterfly Valve에 흔히 쓰이는 열림각도 조절용 핸들("가위(?)" 달린 핸들)을 부착하여 한번 조정해 두고 고리와 열쇠로 채워두면 됩니다.

위의 (1)의 방법은 일반 Centrifugal Pump의 배출 Valve가 완전히 열렸을 때, 유량 과다로 Motor가 과열되거나 과전류로 Thermal Relay에 의한 Magnet Switch Trip이 잦은 경우에 흔히 사용되는 방법이기도 합니다. Gate Valve의 경우라고 하여도 Motor Amp.를 보면서 조절해 두고 체인과 열쇠로 묶어두거나 Valve 핸들을 빼두는 방법이 쓰이지요.