가변 속도는 펌프를 위한 마법의 해결책입니까? 2부 중 2부

Jul 13, 2023

저자의 참고 사항: Pumps & Systems 2021년 5월호에 실린 이 시리즈의 1부에서 친화력 법칙을 사용할 때 변화를 수두의 경우 4배, 동력의 경우 8배로 생각할 수도 있다고 잘못 언급했습니다. . 이러한 진술은 속도가 두 배(또는 절반)로 증가하는 경우에만 적용됩니다. 온라인 버전은 수정되었으며 Pumpsandsystems.com/author/jim-elsey에서 찾을 수 있습니다.

펌프 곡선의 모양(기하학)은 거의 전적으로 임펠러의 물리적 모양, 유동 경로 각도 변화, 직경 비율(전체에서 눈까지), 베인 중첩, 베인 각도 및 베인 수의 함수입니다. 이 모든 것들은 본질적으로 임펠러의 비속도(Ns)입니다.

펌프는 성능 곡선이 시스템 곡선과 교차하는 곳에서 작동하거나 반대로 시스템 곡선이 펌프가 곡선에서 작동하는 위치를 나타냅니다. 펌프 곡선은 일반적으로 (기울기/모양에 따라) "평평함" 또는 "상승"으로 설명되며 때로는 "가파르게 상승"하기도 합니다.

플랫 펌프 곡선은 특징적으로 시스템 수두의 작은 변화에 대해 유량의 큰 변화를 가져오고, 가파른(상승) 펌프 곡선 모양은 시스템 수두의 큰 변화에 대해 유량의 작은 변화를 가져옵니다. 앞서 언급한 이러한 특성은 시스템 곡선과 함께 표시될 때 에너지 절약 노력에 큰 이점을 주거나 희석시키는 역할을 합니다.

시스템 곡선은 전체 설계 유량 범위에 대한 시스템의 모든 제한 사항, 고도 변화의 합계 및 총 마찰을 나타냅니다. 시스템 저항 곡선은 정적 수두, 압력 수두, 마찰 수두 및 속도 수두의 네 가지 수두 요소로 구성됩니다. 미미한 효과로 인해 속도 수두를 무시할 수 있습니다.

정적 수두는 펌프에 의해 액체가 이동하는 데 필요한 수직 거리입니다. 일반적으로 양의 정적 수두에 관심을 두지만 음수(예, 내리막 펌핑)일 수도 있으며 이러한 경우 펌프 곡선과 교차하는 시스템 마찰 곡선이 오른쪽으로 더 이동하기 때문에 문제가 될 수 있습니다.

압력 수두는 액체를 보일러나 반응기와 같은 용기로 이동시키기 위해 펌프가 극복해야 하는 압력입니다. 흐름에 대한 저항을 극복하는 데 필요한 평방 인치당 파운드(psi) 단위의 압력은 단순히 수두로 변환됩니다. 마지막으로 중요한 것은 마찰 헤드입니다. 마찰 헤드는 유량에 따라 변하고 액체 속도의 제곱에 따라 달라집니다(Darcy-Weisbach 공식 참조). 또는 간단히 말하면, 유량이 증가함에 따라 마찰이 기하급수적으로 증가합니다.

여러 가지 계산 및 설계 절차에 따라 시스템 곡선이 실제로는 정적 개체가 아닙니다. 레벨은 프로세스와 압력(해당하는 경우)에 따라 변경되며, 제어 밸브의 위치가 변경되면 마찰 구성 요소도 변경됩니다. 또한 시스템 구성 요소와 배관은 노후화, 오염 및 부식으로 인해 더욱 수축됩니다.

시스템 곡선의 최종 형태는 가변 주파수 드라이브(VFD) 통합 가능성과 결정에 큰 영향을 미칩니다. 시스템 곡선은 일반적으로 "마찰 지배" 또는 "정적 수두 지배"로 분류되지만 두 가지를 조합할 수도 있습니다.

VFD는 펌프 곡선이 상승하는 모양을 갖고 시스템 곡선이 마찰이 지배적인 경우에 잘 작동합니다. 시스템 곡선(정적 수두 지배)이 더 평평하고 펌프 곡선이 더 평평할수록 VFD 시스템의 효율성은 떨어집니다. 일반적으로 펌프 곡선이 가파를수록 에너지 절약 가능성은 높아지지만 정확성을 위해서는 분석이 필요합니다. 곡선이 평평하다고 해서 투자 수익이 효과가 없다는 의미는 아닙니다.

VFD에 적합/적용 가능한 세 가지 주요 시스템 범주는 다음과 같습니다.

시스템 곡선이 마찰이 지배적인 경우 속도를 줄이면 출력, 유량 및 수두도 감소하므로 펌프 작동 지점(시스템 곡선을 따름)이 펌프의 최고 효율점(BEP) 기울기를 따르게 됩니다. 곡선이 평평한 경우(정적 수두 지배), 속도가 감소함에 따라 펌프는 BEP 및 허용 작동 범위(AOR)를 빠르게 벗어납니다. 곡선의 왼쪽에서 MCSF(최소 연속 안정 흐름)에 접근할 수도 있습니다. 곡선의 오른쪽 경계는 주어진 작은 작동 범위에서 빠르게 접근됩니다.