- 펌프의 사용법
- 펌프의 유량 조절법1 = 펌프 컨트롤, 설계
- 펌프의 유량 조절법2 = 시스템 변경 ~ 추후 좀 더 자세한 포스팅은 따로
- 펌프의 사양 선정법
펌프의 사용법
안녕하세요, 1년차 신입으로
회사에 들어가 유동 관련 일을 맡게 되어
기본부터 정리하고 있습니다 ;ㅁ;
우선 실제 사양 선정 및 펌프 사용 + 시험을 하며 원하는 타겟에 맞게 조절하는 법을 공부 및 배우고 있습니다.
이전 포스팅에서 기본적인 내용들 포스팅 해두었습니다 :D
2023.02.08 - [정리, 공부/기계공학 & 시스템설계] - 펌프의 역할과 사용법 - 아래에서 위로 / 시스템곡선 / 펌프 성능곡선 [기계공학, 유체역학, 전기펌프]
펌프의 기본적인 내용들
- 펌프의 역할
- 펌프의 성능곡선
- 시스템곡선
- 펌프의 작동점
에 대한 기본은 위의 포스팅을 먼저 읽고 오시면 도움되겠습니다 b
이번 포스팅에서는
시스템 곡선과 성능곡선이 있는 건 알겠는데
이 곡선들, 시스템, 펌프의 조절을 어떻게 하는가
조절해서 우리가 원하는 타겟 유량/압력 등에 맞춰야 하잖아요? :D
+ 거기에 더해, 조절로 맞추기 어려우면
초기에 펌프 사양 선정 및 시스템 설계에서 손을 봐야겠죠?
해당 부분에 대해 집고 넘어가겠습니다 b
펌프의 유량 조절법1 = 펌프 컨트롤, 설계
펌프 조절
펌프 컨트롤
조금 더 나아가
펌프 성능곡선과 시스템곡선에 대해 검색하면
위와 같이 여러 커브가 나오는 그래프를 찾을 수 있습니다.
// 작동점, 펌프 성능곡선, 시스템 곡선이 나오는 내용은 위에 링크 걸어둔 이전 포스팅 참고 !
이전 포스팅에서 얘기한대로
그래프에서 까만 선의 경향이 펌프의 성능곡선입니다.
우하향, 수두(압력)가 줄어듦에 따라 유량이 증가하는 경향 곡선.
단, 이번 그래프에서는 해당 그래프가 위아래로 음.. 평행이동? 한 것을 볼 수 있습니다.
자세히 보니 임펠러 사이즈가 다름을 알 수 있는데
이 부분이 설계를 통한 펌프 성능곡선이 달라지는 것입니다.
보통의 회사들은 제품을 개발하는데 막대한 비용이 듭니다.
소량의 부품 재료들을 수급하고
소량을 제작 가공하고
소량을 조립하고 모든게 돈이지요
그렇기에 펌프의 설계를 달리해 기존에 없던 펌프를 새로 개발/제작하여 사양을 높히는 것은
왠만하면 건들기 쉽지 않은 방법입니다.
그럼에도.. + 펌프의 설계에 대핸 잘 모르지만 대강 예상해보기로는
임펠러의 사이즈
임펠러의 모양/종류
그리고, 임펠러를 감싸고
유체가 회전력을 얻어 나가며 팽창시켜 압력을 높히는 구조
그 구조(하우징, 달팽이관 같은 부분?)의 설계로도 사양이 달라질 것이라 예상됩니다.
2021.03.06 - [정리, 공부/기계공학 & 시스템설계] - 펌프의 원리(원심력, 임펠러, 벌루트), 캐비테이션
펌프의 원리(원심력, 임펠러, 벌루트), 캐비테이션
소제목 - 펌프의 원리 - 캐비테이션 펌프의 원리 임펠러, 액체가 흡입부(가운데)로 들어와 바깥으로 임펠러의 회전, 원심력에 의해 밀려나간다. 임펠러의 크기가 크거나 회전속도가 빠르면 유속
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다음으로 펌프의 컨트롤, 출력 조절입니다.
뭐.. 자세한 성능 높히기에는
시그널 깔끔히 보내고 통신/전기회로적 측면에서..? 손실 줄이기도 있겠거니 하지만
일단 컨트롤, 출력값의 조절에 따라 펌프의 사양이 또 달라집니다.
기본적으로,
전기는 전압을 올리면 전류가 보통 따라 올라갑니다.
본래는 전류는 압력에 전압은 유량에 비례한다 알고 있지만
펌프의 전압 조절 = 출력 조절로 이어져 전반적으로 펌프 성능 곡선이 우상향하게 됩니다.
(평행이동?)
더 높은 압력에서 같은 유량을 뿜을 수 있고
같은 압력에서 더 높은 유량을 뿜어내게 되는 것입니다.
펌프 성능곡선에 집중하시면
펌프 회전 rpm, speed가 높아짐에 따라 성능곡선이 상승합니다.
출력에 따라 오른다 햇는데
그 말은 전류/전압의 컨트롤에서 전압/전류도 따라가기에
어찌되었든 출력(P = IV)에 비례하다 말한 것이고
펌프의 회전수 rpm은 가해지는 전압에 비례합니다.
예전에 대학원 시절, 펌프를 사용한 순환 쿨링시스템을 구축할 때 사용한 펌프입니다.
PMP-600을 사용했는데,
해당 펌프와 PMP-450은 회사에서 12V, 24V 사양을 제공해주었습니다.
위와 같이 전압 (~ 위에서 설명한 이유로 출력)에 따라 펌프의 성능곡선이 어느정도 평행이동 스럽게 이동하게 됩니다 :)
펌프의 출력 제어를 통해 성능곡선이 바뀌게 되는 것입니다.
PID, 뭐.. 인버터 등의 세세한 제어를 하게 된다면
저 펌프 성능곡선이 스르륵 위아래로 움직이는,, 그런 컨트롤을 하게 되는 것이지요
(영국 회사는 성능곡선 저리 다 사이트에 올려주는데 !)
(한국업체는 왜 바로 안주어요 ;ㅁ; 해줘ㅓㅓㅓㅓ)
그리고 위의 두가지 방법
펌프의 제어 + 펌프의 제 설계 (초기 사양 선정이나,, 회사/프로젝트의 버짓에 따라 선택할 수 있겠죠..)
로 펌프의 성능곡선이 바뀌면
시스템 곡선과 닿는 다른 작동점이 선택됨에 따라
펌프가 해당 시스템에서 토출하는 유량이 달라지고
해당 유량을 뿜어냄으로써 걸리는 압력이 달라집니다.
성능 곡선이 우상향하면 작동점도 우상향
성능 곡선이 좌하향하면 작동점도 좌하향하여 더 작은 유량을 내게 됩니다.
즉, 펌프의 제어에서 보면
펌프에 출력/전압을 줄여 펌프의 회전속도 rpm을 줄이면 시스템에 도는 유량이 줄게 됩니다.
펌프의 유량 조절법2 = 시스템 변경 ~ 추후 좀 더 자세한 포스팅은 따로
펌프 유량 조절을 위해
시스템 변경
즉, 펌프를 다는 제품의 사양선정 및 설계 변경을 하는 방법이 있습니다.
초기 개발단계에서 고려 해봄직한 내용입니다.
애초에 잘못된 설계와 사양선정이라면.. 이후에 수정하기가 너무 버겁죠 ;ㅁ;
이번 포스팅에서는 간단히 몇가지 방법만 제시하고 넘어갈까 합니다.
유동, 파이프라인 형성도 전기회로에 빗대어 설명하기가 좀 편한..? 어느정도 비스무리 맞아떨어지는 듯한데
그런 느낌으로 전류 전압 비례정도가 있고
전류 ~ 토크 / 전류 ~ 압력
전압 ~ rpm / 전압 ~ 유량
파이프라인이 병렬로 연결되면
전기회로에서 전압이 같아지고 저항에 따라 전류가 나뉘듯
압력은 같고 (이는 위의 비례 관계와는 정 반대라 음.. 이상하고 헷갈린달까 :p)
각 브렌치의 저항에 따라 흐르는 유량이 달라진다 볼 수 있겠습니다.
전기회로에서 병렬의 총 저항을 구하듯
유동시스템에도 저항개념을 집어넣어 총 저항을 구해 총 시스템의 압력, 총 유동을 예상해볼 수도 있습니다.
요건..! 내용이 좀 많아지니 따로 포스팅할 것이고
위의 식, 내용을 이해한다면 음.. 경향성을 파악해봄직한? 얘기를 그냥 말로 이번엔 쓱쓱 적어놓고 넘어가겠습니다
- 파이프 시스템에 직렬로 연결이 늘어나면 총 시스템 압력이 증가하고 시스템 곡선은 기울기가 가파르게 위로 올라갑니다.
- 파이프 시스템에 병렬로 연결이 늘어나면 총 시스템 압력이 감소하고 반대의 곡선 변화가 생기죠
- 내경이 작아지면 차압이 늚으로 시스템 요구 압력이 늘고
- 작은 내경의 파이프 라인이 길어지면 시스템 요구 압력이 늘고
- 내경의 변화가 많은 구간이 생기면 시스템 요구 압력이 늘고
- 곡관이 많아지면 시스템 요구 압력이 늘고
- 곡관의 각도나 유연성에 따라서도 시스템 요구 압력의 늘음 정도가 달라집니다.
2021.07.12 - [정리, 공부/기계공학 & 시스템설계] - 곡관, 관형에 따른 수두손실 + 엘보/T관/밸브 사용 시 수두손실
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펌프의 사양 선정법
펌프의 사양을 선정하는 것은,
펌프는 시스템 요구 압력과 유량을 정해야 풀어나갈 수 있습니다.
그렇기에 우선
1. 시스템의 ,, 발열량이나 필요 윤활량을 계산/해석/시뮬레이션 하여 유량을 계산합니다.
(요건 추후 자세히, 발열량은 크게 제 레벨에서 적을 내용이 없지만, 윤활은 좀 공부가 필요하여 :D)
2. 시스템의 냉각수라인이 설계되었다면, 해당 시스템에 위의 유량을 돌려주었을 때 걸리는 차압, 해당 시스템을 뚫고 지나가 끝까지 도달하는데 요구되는 압력을 구합니다. (이는 보통.. 해석/시뮬레이션을 통해 구해야 할 것 같아요, 계산으론.. 너무 빡세고 부정확하죠)
// 전기차 전기모터 냉각 관련 궁금하시다면
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3.
위의 요구 유량과 압력이 작동점이 되는 것이 좋습니다.
같은 압력에서 높은 유량을 준다면 발열량을 잡는 측면에서 도움 되겠지만
오버스펙이면 비용이.. 비용이.. 원가절감해야.. 원가절감.. ;ㅁ;
(펌프의 추가 개발이 아닌, 양산제품 개발되어있는 제품에서 선정이 가능하다면 약간의 오버스펙은 기쁨이죠 :D)
아무튼, 요구 유량과 압력을 지나가거나 위로 올라가는 펌프 성능곡선을 갖는 펌프를 선정하면 됩니다.
마치며
긴 글 읽고 이해하시느라 고생하셨습니다 b
이해가 안된다면 여러번 읽어보시길 바랍니다 !
(새로운걸 공부하는데 바로 이해되면 그게 천재죠 :p)
펌프 선정을 정리하자면
==>
1번에서 시스템 요구 유량 파악
2번에서 시스템 요구 압력 파악으로 대강 시스템곡선의 한 점을 찍은 것
3번에서 한 점을 지나거나 아래로 두는 펌프 성능곡선을 판단
즉 ! 이런식으로 펌프 사양을 선택할 때도
시스템 곡선 + 작동점 + 펌프 성능곡선을 파악하고 활용하게 됩니다.
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