원심 펌프의 기본 사항 – 기계에 대해 알아보기

원심 펌프는 산업 분야에서 일반적으로 다양한 특성의 액체를 한 장소에서 다른 장소로 운반 하는데 사용됩니다. 이는 원심 펌프 내부에 위치한 회전 펌프 휠 또는 여러 개의 날개(vane)가 달린 임펠러(Impeller)를 사용하여 동작합니다. 휠은 볼류트(volute) 혹은 디퓨져(diffuser) 스타일인 펌프 하우징 내부에서 작용하여 파이프를 통해 액체를 원하는 위치로 이동 시키는데 필요한 힘을 생성합니다.

원심 펌프 구성 요소

이 장비 유형에는 다음 구성 요소가 포함됩니다.

• Motor
• Transmission/coupling
• Pump (Seal, Impeller, Volute)
• Shaft
• Bearings
• Valves
• Piping

원심 펌프 구성 

대부분의 원심 펌프 구성은 AC 비동기 모터, 커플링(coupling) 및 로터(rotor)에 약 2-6개의 날개(vane)가 있는 펌프 구성을 사용하여 운영됩니다. 펌프 자체는 씰(seal), 임펠러(impeller), 볼류트(volute)/디퓨져(Diffuser), 축(Shaft) 및 베어링(bearing)으로 구성되며 밸브(valves)와 배관(piping)도 고려해야 할  펌프의 구성 요소입니다. 각 구성 요소의 자체 고장 매커니즘을 아래에서 살펴보겠습니다.

AC 비동기 모터 

기존에 알려진 모터의 전기적 결함이 AC 비동기 모터에 적용 될 수 있으며 모든 원심 펌프에서 모터의 결함이 발생 할 위험이 있습니다. 여기에는 금이 가거나 파손된 로터 바(특히 모터가 자주 시동 및 정지하는 경우), 베어링 홈(VFD에서 실행되는 경우) 및 AC 모터와 관련된 기타 전기적 문제가 포함됩니다.

베어링 결함은 모든 모터의 일반적인 고장 형태이기도 합니다. 적절한 정렬, 윤활 및 진동 수준을 ISO 권장 수준 미만으로 유지하는 것이 전기 모터 수명을 최대로 유지하는 핵심입니다. 허용 오차에 맞춰 레이저 정렬 장치를 이용하여 정렬을 하고, 초음파 윤활 기술을 사용하여 윤활하고, 진동 분석을 사용하여 불균형(unbalance) 또는 구조적 공명(structural resonance)과 같은 진동 이상을 감지하는 것이 좋습니다. 

커플링/트랜스 미션

커플링/트랜스미션은 원심 펌프의 또 다른 중요한 구성 요소입니다. 커플링은 산업용 펌프에서 가장 일반적이므로 모터에서 펌프로 회전 에너지를 전달하기 위해 커플링에 의존하는 장비에 더 중점을 둬야합니다.

 

산업 분야에는 다음과 같은 여러 유형의 커플링이 있습니다.

• Disc pack
• Flexible Gear)
• Grid
• Bellows
• Elastomeric

 각각의 방식은 모두 장점과 단점이 존재합니다. 부하 기능, 오정렬 공차 및 지속적인 유지 보수는 올바른 응용 분야에 적합한 커플링을 결정할 때 고려되는 주요 요소 중 일부입니다.

스트로브 라이트를 사용하여 커플링을 육안으로 검사하면 현장에서 사용되는 많은 커플링에서 마모나 손상을 쉽게 찾을 수 있습니다. 커플링에서 레이저 정렬을 수행할 때 커플링 설치 안내서에 “명시된” 공차가 아닌 표준 공차에 정렬하는 것이 좋습니다.  커플링이 오정렬을 처리 할 수 있다고 해서 베어링과 씰이 처리할 수 있다는 의미는 아닙니다. 일부 커플링은 윤활이 필요하거나 우리가 알고 있어야 하는 기타 지속적인 유지 관리 요구 사항이 있습니다. OEM에서 제공하는 설치/유지 보수 안내서를 검토하십시오.

또한 벨트 마모, 오정렬 및 과도한 장력의 위험이 있는 벨트 구동 펌프도 볼 수 있습니다. 레이저 정렬 도구를 사용하고 벨트에 적절한 장력을 가하면 벨트 수명이 길어지고 도르래, 베어링 및 씰의 마모가 줄어듭니다.

펌프 구성 요소

펌프에는 샤프트, 베어링, 임펠러 및 펌프 하우징이 포합됩니다. 베어링 배열은 펌프 스타일, 부하 및 전송 유형에 따라 달라집니다. 축 방향 하중을 처리하기 위해 펌프의 커플 쪽에 롤러 베어링 1개와 배면을 맞대고 있는 2개의 앵귤러 컨택트 베어링이있는것이 일반적입니다.

펌프 마모, 캐비테이션(cavitation) 및 베어링 마모(wear)는  설비 유형에서 “펌프”구성 요소의 가장 일반적인 고장 형태입니다. 적절한 윤활은 긴 베어링 수명을 유지하는 키입니다. 대부분의 펌프에는 육안으로 검사하는데 사용할 수 있는 사이트 글라스가 존재합니다. 사이트 글라스를 깨끗하게 유지하는 것이 중요합니다. 사이트 글라스가 가장 높은 확률로 바로 “얼룩”이 생기는 경향이 있습니다.

진동 분석은 앞에서 언급한 대부분의 결함을 감지할 수 있습니다. 베인 패스 주파수는 [베인의 갯수 x RPM]에 존재합니다. 높은 1x 베인 패스 진동은 펌프의 높은 부하를 표시합니다. 또한 0-120 KCPM의 진동 판독 값을 가져오고 캐비테이션을 나타내는 가속도 스펙트럼에서 상승된 노이즈 플로어(noise floor)를 관찰하는 것이 좋습니다. 캐비테이션이 의심되는 경우 실시간 데이터를 보면서 밸브를 조작하고 변화를 확인할 수 있습니다. 두 베어링 위치에서 삼 축 모두에서 진동 판독 값을 측정하고 엔벨로프(envelope) 기술을 적용하면 조기 결함 발견에 도움이 됩니다.

원심 펌프와 배관

배관은 원심 펌프의 전체 수명에 영향을 미칠 수 있습니다. 이것이 펌프 상단에 출력 배관이 없고 단순히 액체가 상단에서 분출되도록 허용하는 경우 “헤드 압력(head pressure)”을 계산하는 것이 중요한 이유입니다. 액체가 도달하는 높이는 펌프의 헤드 입니다. 이것은 HP,펌프 로터 직경 및 속도의 함수로 계산할 수 있습니다. 펌프를 효율적이고 안정적으로 작동하려면 적절한 헤드 압력을 갖는 것이 필요합니다. 배관의 굽힘 높이와 개수/가도는 펌프 헤드에 영향을 미치므로 올바른 작동을 위해 염두에 두어야 합니다. 공명에 들어가지 않도록 파이프 행거를 엇갈리게 배치하는 것도 좋은 방법입니다.

밸브

밸브는 펌프로 들어오거나 나가는 흐름을 제한하거나 차단합니다. 밸브를 제대로 작동하지 않으면 펌프가 매우 빠르고 심각하게 손상될 수 있습니다. 밸브는 또한 산업 환경에서 작동하는 펌프에서 발생할 수 있는 유지 보수 또는 문제를 살펴볼 때 고려해야 할 구성 요소입니다. 부적절한 밸브 제어는 단 시간에 펌프에 상당한 손상을 일으킬 수 있습니다.

원심 펌프 작동

이 형태의 펌프에서 또 다른 중요한 요소는 작동과 관련이 있습니다. 산업 시설에서 펌핑 시스템에 중복성(redundancy)을 갖는 것은 꽤 흔한 일이며, 여기에서 “기본 장치와 보조” 장치가 한번에 하나씩 실행 됩니다. 이러한 유형의 펌프는 임의로 작동하는 것이 좋습니다. 오랜 기간 동안 정지 상태로 두면 장치가 계속 작동하는 경우에는 발생 하지 않을 문제가 발생합니다. 이러한 펌프를 일정에 따라 사용하고 진동 분석을 사용하여 모니터링 하는 것이 매우 중요합니다. 그렇지 않으면 아무도 모르게 백업이 손상될 수 있으므로 처음부터 중복성을 갖는 것의 가장 큰 이점이 제거됩니다.

산업계에는 더 많은 유형의 펌프와 구성이 있지만 원심 펌프 유형은 매우 일반적으로 많이 사용되며 이제 원심 펌프의 작동, 문제 해결 및 유지 관리에 대해 더 잘 이해 할 수 있는 글이 되었으면 합니다.