펌프 교육 자료(Ampco Pump_Nahoo)

Ampco Pumps & NaHoo Eng.

PUMP Handbook

1. 소개- 펌프란? 펌프의 종류 2. 용어 해석 및 정의 – 이송제품의 데이터(점도,밀도,비중,온도,유체특성등) - 성능 데이터(유량, 압력, 캐비테이션, NPSH,Hammering) 3. 펌프의 선정 – 적용 가이드

4. 펌프의 사양 – 원심펌프/로터리 펌프(원리, 구조, 적용범위등)

5. 펌프의 재질 – 표면 재질 및 O-ring 재질

6. 펌프의 Sealing – 펌프의 씰 종류 및 선정 가이드

7. 펌프의 Sizing – 원심펌프/로터리 펌프

8. 펌프의 기타 사양 – Port 사양, Heating/cooling jacket, Casing W/drain, Clearance, Rectangular inlet, Relief Valve etc

9. 모터 – 동력, 상이율, 전압, 보호, Start 방법, Speed 제어 방법

10. CIP에 대하여

11. 국제 표준/기준 및 그 종류

12. 설치 가이드

13. 빈번한 문제 발생 및 원인/대책

목차

1.1 펌프란? “ 한 장소에서 다른 장소로 일정량의 유체나 가스를 이송하는 목적으로 사용되는 기계”

1.2 펌프의 종류/분류 : Positive displacement – 독립된 체적만큼 펌프 의 흡입에서 토출부로 이송되는 펌프 : Rotor Dynamic – 원심력에 의해 회전에너지가 운동에너지로 변환됨으로써 유체가 이송되는 펌프

1.소개 – 펌프란?

1.소개 – 펌프란?

* 펌프의 분류

-강점 : 진공형성 및 흡입력 좋음. 고압시 마모

-단점 : 접촉식/Rubber rotator의 마모문제. 넓은 설치공간 필요. 유지보수의 어려움. 맥동문제. 제품 파손 이송

-강점 : 비 접촉식/위생적임.

. Low Pulsation, 제품의 파손없이 이송

. 용이한 설치/유지보수 용이

- 단점 : 저점도 이송시 slip. 흡입력이 낮음

Ampco Centrifugal/Liquid Ling/Shear Blender

Ampco C.P/Lobe Pump

2. 용어의 정의/해석

2.1 제품/유체의 데이터

2.1.1. 점도 : 유체의 흐름에 대한 저항 정도의 측정치. 고 점도는 High Shearing 요구됨.

- 절대점도 : 동일 유체의 두 층 사이에서 한 유체의 흐름에 대한 저항 정도의 측정값.

1mPa.S=1cP(물 20도 기준의 1대기압상태) .

- 동점도 : 중력하에서 유체의 흐름에 대한 저항 정도의 측정치.

1mm²/s=1cSt(물 20도 기준의 1대기압 상태)

- 점도와 동점도의 상관 관계

cSt=cP/S.G. Or cP=cSt x S.G.

- 온도에 따른 점도 변화 : 온도는 점도에 중요한 변화 요인으로 온도 상승시 점도 하락.

(유체의 특성)

- 뉴턴 유체 : 일정한 온도에서 전단력이나 유동의 변화에 대해 점도가 항상 일정한 유체

(예), 물/맥주/우유/미네랄 오일/레진/시럽등)

* 전단력 :

- 물체 안의 어떤 면에 크기가 같고

방향이 서로 반대가 되도록 면을

따라 평행되게 작용하는 힘

- 비 뉴턴 유체 : 전단력의 변화에 대하여 점도가 변화하는 유체

- 비 뉴턴 유체의 형태 : 전단력의 변화에 대하여 다양한 형태로 점도가 변화함.

제품의 이송이 고려 요구.

- Psuedoplastic 유체 : 전단력 증가에 대해 점도가 감소. 하지만 초기 고 점도로 인해

펌핑시 초기 흐름이 어려움(펌프 가동의 어려움)=>펌프의 고속

회전 시 캐비테이션 발생 가능함. 펌프내로의 흡입이 어려움

(예). 혈액,검,로션,삼푸,치약,이스트,유상액등


- Dilatant 유체 : 전단력 증가에 따라 점도도 증가 => 펌프의 고속 회전시 문제 발생 또는

Lobe의 teeth가 많을 수록 문제 발생

(예) 점토 슬러리, Paper 코팅 -> Single Wing/Bi-wing이 적합

- Thixotropic 유체 : 전단 조건하에서 시간에 따라 점도가 감소. 전단력이 멈출시 점도가

원래의 값으로 복귀하는 유체. => 펌프 정지 시 점도가 증가

(예) 화장품 크림, 유제품 크림, 그리스, 안정제함유 요거트

- Anti-thisotropic 유체 : 전단 조건하에서 시간에 따라 점도가 증가. 전단이 정지시 점도가 원래의 값으로 복귀하는 유체 (예) 베나듐 5 산화물

- Rheomalactic 유체 : 전단 조건하에서 시간에 따라 점도가 증가하나 복귀 하지는

않는 유체. 유체의 구조가 파괴됨.

(예). 자연 고무 라텍스, 자연산 요거트


- Plastic 유체 : 유체가 흐르기 전에 고체와 같은 특성(구조)을 극복하기 위해

항복응력이 요구되는 유체

예) Barium X-ray Meal, 초코렛. 토마토 케첩

2.1.2 밀도 : 단위 용적당 질량 – kg/m³, lb/ft³. p로 표시

예) Ethyl 알코올 : 1m³당 789kg -> 밀도 ; 0.789kg/m³

2.1.3 비중량 : 단위 용적당 무게 – “r”로 표시. r=p x g

2.1.4 비중 : 물 밀도에 대한 유체의 밀도 율. 물의 S.G=1

예) Ethyl 알코올의 S.G = 789/1000 = 0.789

2.1.5 온도 : 펌프의 흡입구에서의 유체의 온도 -> 증기압/점도/밀도에 영향을 줌으로 인해 중요한 펌프

선정시 중요한 고려 사항임.

2.1.6 유체의 특성 : 배관 설계시 유체의 흐름 고려시 유체의 특성이 결정되어야 함. 유량과 유속의 관계는

배관의 크기에 따라 다름. 유량/유속 관계표 참조. Q=A x V. A=Q/V

- Laminar 흐름 : 수도 꼭지를 천천히 열었을 경우 흐름이 부드럽고 , 일정한 상태의 흐름. 펌프의

중앙에서 유속이 최대. 배관면에서 유속이 최저


- Turbulent 흐름 : 유속이 증가하도록 수도꼭지를 많이 열었을 경우 흐름이 일정치 않는 흐름. 파이프의 단면에서 불일정한 흐름. 고점도 또는 저점도에서 일반적으로 발생 - Transitional 흐름 : Laminar와 turbulent의 흐름이 공존. - 레이놀즈 상수 : 2300 이하 – Laminar 흐름. 2300~4000 : Transitional 흐름. 4000이상 : Turbulent * 유체의 흐름에 따라 압력 손실이 달라짐.

2.1.7 증기압 : 유체를 증기로 변화 시키는 (주어진 온도에서) 압력. Bar로 표기. 각 유체는 증기압과 온도

상관관계 존재. 펌프 선정/ NPSHa 체크시 중요한 요소임.

(물 기준시 증기압 Table)

2.1.8 고형물 포함 유체 : 고형물 포함 유체시 사이즈/마모성 등의 특성 중요->펌프 구조.회전속도.

씰 선정시 중요함.

2. 2. 실행 데이터

2.2.1 유량 : 단위 시간당 통과한 유체의 질량/면적. L/hr, m³/hr, gallon/min, kg/hr, t/hr, lb/hr

2.2.2 압력 : 단위 면적에 가해지는 힘 : P=F/A, N/m², lb/in², kg/cm²


(압력의 종류 ) - 대기압 : 실제 대기압은 위치나 온도에 따라 다양 0.95~1.05 bar. 수평선의 대기압은 1.013bar - 게이지 압 : 대기압의 “0” 기준시 게이지상의 압력. 유체가 미치는 단위 면적당 힘의 측정값. barg/psig 표기 - 절대압 : 유체가 미치는 총 압력 값=대기압 + 게이지 압. bar a/psi a로 표기 - 진공 : 대기압 이하의 압력. 수은 단위로 측정된 대기압과 측정값과의 차이. 0 psia = 760mm Hg. 14.7 psia = 0mm hg. - 흡입 압력 : 유체가 펌프로 흡입시의 압력. 흡입 조건에 따라 다르며 운전시 펌프의 흡입구 최단 거리에서 측정. - 토출 압력 : 유체가 펌프로 토출시의 압력. 토출 조건에 따라 다르며 운전시 펌프의 토출구 최단 거리에서 측정 - 차압 : 흡입과 토출 압력의 차이값= 토출압 – 흡입압( 흡입압이 대기압보다 높을 경우), or 토출압 + 흡입압(흡입압이 대기압보다 낮을 경우) 펌프의 운전시 총 필요한 압력. 동력은 차압을 기준으로 선정됨.

* 응축수/농축라인 펌프 선정시 주의 (진공상태) : 총압력 = 토출압+흡입압


- 높이와 압력의 상관 관계 : 파이프의 형태에 상관 없이 압력 동일함. 수두(P) = h(m) x SG/10 bar임.

- 동일함 펌프도 비중에 따라 다른 압력을 생산함. 비중이 높을수록 높은 압력 생산

- Flooded Suction: 캐비테이션이 발생되지 않는 충분한 압으로 펌프에 도달하는 유체의 흐름

- 수두 : 유체 레벨의 차이

- 흡입 수두 : 펌프 흡입구 중앙과 유체 레벨의 높이 차이

- 토출 수두 : 펌프의 토출부 중앙과 유체 레벨의 높이 차이

- 총 수두 = 흡입수두 + 토출 수두

- 손실 수두 : 유체의 흐름시 마찰손실로 인해 펌프의 흡입/도출에서 발생되는 압력 손실

- 총 흡입 양정 : 흡입 수두-손실 수두

- 총 토출 양정 : 토출수두 + 손실 수두

- 총 양정 : 총 흡입양정와 토출 양정 차이

총 양정 H = Ht-(±Hs). 총 토출 양정 Ht= ht+hft+pt. 총 흡입양정 Hs=hs-hfs(±ps)

hs=흡입양정, ht=토출 양정, hfs=흡입내 압력 손실, hft=토출내 압력 손실,

ps=흡입 탱크내 양압 또는 진공. Pt= 토출부의 탱크내 압력


- 압력 손실 : 점도, 유속, 배관크기, 배관 조도, 길이에 따라 다름. 열교환기, 믹스, 필터 등은

제조사에 압력 손실 데이트 획득 필요함. 점도가 있을 경우 추가 손실고려 필요

우유 : 8m3/hr.

A-B : 13m. 1 off bend. 63.5mm dia

B-C : 20m. C : Seal Valve. C-E : 15m/51mm dia

B-E : 3 off bend. 51mm

D : non-return valve. E : Seal valve

E-F : 46m, 4 off bend 90 deg. 38mm F : Seat Valve

* Pressure drop :


2.2.3 캐비테이션 : 유체에 의해서 채워지는 펌프의 흡입구에서 원하지 않는 빈 공간. 펌프의 흡입구에서

절대 압력이 유체의 증기압보다 낮을 경우 발생. 최저압력인 흡입구에서 발생된

작은 기포가 유체에 따라 이동하여 고압(토출부)에서 폭파됨.

캐비테이션은 펌프의 성능저하 및 소음을 발생시키며, 기계적인 피해와 부식 및 침식

발생으로 펌프의 수명 저하. 발생조건 : NPSHa<NPSHr

* 고 점도시 충분한 흡입 및 안전한 운전을 위하여 고속회전을 자제하여야 함.

* 모든 펌프에서 다 발생가능 하며, 펌프의 운전 속도와 흡입 조건을 개선함으로

문제 해결이 가능함.

2.2.4 : NPSH : 펌프에 자연스럽게 액체가 유입되는데 필요한 흡입 양정

. NPSHr : 만족스러운 운전을 위해 펌프가 필요로 하는 NPSH값. 제조사에게 주어짐.

. 펌프 운전 조건 : NPSHa>NPSHr.

- 회전문에 비교시 NPSHa : 회전문에 가해 지는 외부적인 힘.

NPSHr : 회전문이 회전을 위해 필요로 하는 힘. NPSHa<NPSHr : 미작동


. NPSH = 유체표면에 대한 압력(대기압/진공) +/-흡입수두압 – 손실수두 – 증기압

예) NPSHa? If)NPSHr=3m. 만족 조건임

예) NPSHa? If NPSHr=3m 캐비테이션 발생

* 흡입 배관 조건 : 손실 수두 최소화 조건 가능한 크게, 가능한 짧게, 가능한 Tie/elbow 없이,

직선으로, air pocket제거, 온도 낮게유지

2.2.5 수충격 : 유속보다 수격 진동이 더 빠르게 일으나는 충격. 긴 배관에서 유속의 갑작스런 변화로

발생

-> 갑작스런 밸브의 on/off 변화. 펌프의 운전/중지. 밸브,유량계,필터등

설비의 저항, 배관의 단면적 변화, 유속의 방향 변화등, 안전밸브 설치

-> 결과 : 배관 내의 소음. 배관 손상, 펌프/밸브,설비 손상, 캐비테이션


* 수격파 방지 방법 - 올바른 유속의 흐름 유지

- Damper 설치 (CIP문제)

- 펌프의 스피드 조절(인버터 조절) : 천천히 가속 및 중지.

- 산업용에서는 압력 저장 탱크(damper기능), 압력 타워 등 설치함.

3. 펌프의 선정

* 적용 분야의 다양화/생산성 극대화/제품의 품질 향상으로 펌프 선정은 중요한 요소임.

3.1. 적용 가이드 – Ampco 펌프 기준

일반 조건 원심펌프 자흡식펌프 로터리/피스톤

펌프

제품/유체 조건

최대 점도 300cps 200cps 1000000cps

최대 유체 온도 140도 140도 200도

최소 유체 온도 -10도 -10도 -20도

마모성 유체 이송 부적합 적합 가능

공기/가스 함유 유체 이송 부적합 적합 가능

전단력 민감 제품 이송 가능 부적합 적합

부유 고형물 제품 이송 가능 부적합 적합

CIP 가능여부 적합 가능 적합

Dry 운전(냉각수 공급형경우) 적합 초기 Priming후

가능 적합

Draining 가능 여부 적합 적합 적합

제품 이송 조건

최대 이송 유량 - m³/hr 100 50 100

최대 토출 압력 - bar 10 4 12

흡입 Lift가능 여부(마중물 유입시)

가능 적합 가능

흡입 Lift가능 여부(dry시) 부적합 적합 가능

동력 전달 장치

Air 모터 부적합 부적합 부적합

디젤 엔진/Petrol엔진 부적합 부적합 부적합

전기 모터 적합 적합 적합

유압모터 부적합 부적합 가능

국제 기준 부합 여부

3-A 적합 가능 적합

EHEDG 적합 가능 적합

3. 펌프의 선정

3.2. 위생용 펌프 – Ampco 펌프 종류

- 적용 분야 : 음료, 유가공, 식품, 과자류, 제약분야, 시럽분야, 수질분야, 세제/화학분야등

- 펌프 종류별 사용 용도 파악 및 고려

Ampco

PUMPS

Centrifugal

AC+ Series

(Tri-clover)

L Series(Fristam)

KRZ

- Sea water

Marine pump

- Frame

mounting type

Rotary/CP

AL Series ZP Series

ZP1/2/3

Self-priming

SP Series

R series

Mixer

Dry Blender

Shear Blender

4. 펌프의 사양

4.1 원심 펌프

4.1.1. 식품, 우가공, 음료, 제약등의 위생 분야에 적합하도록 설계. 저점도에 적합. 비정량펌프(토출부

압력에 따라 유량이 달라짐)

4.1.2. 원리 : 유체가 임페라 eye로 유입되어 vanes의 회전에 따라 원주방향으로 이동.

원심력에 의해 유체가 임펠라 channel을 이탈하고 압력과 유속이 증가. 유체의

유속은 펌프 casing에서 압력으로 전환되고 토출부를 통해 유체 이송.

다단 임펠라는 원리 동일 : 고압(유량 불변)에 유리하나 CIP문제 발생

4.1.3 구조 - 임펠라(Shaft에 고정됨), Shaft, casing, back plate등=> 모터와 직접 취부방식

- 임펠라 : 개방형 임펠라(CIP구현). Semi-open, closed impeller 는 효율 좋으나

CIP문제. 최대 사이즈로 줄여서 사용함

- 펌프 Casing ; 유체의 이동 경로, 정밀 주조. 다양한 취부 방식. 360도 회전 취부 가능

4. 펌프의 사양

- Back Plate : 유체의 이송 경로 형성. 정밀 주조.

- 씰 : 메카니칼 씰로 누수 방지 기능. 6장에 자세한 설명

- 모터 커버/다리 : 커버->소음 방지. 모터 보호. 다리는 높이 조절기능. Balance 조정

- Shaft(축) : Taper shaft 사용. 모터와 연결 및 구동축

- 아답터(모터 프레임) : IEC Frame ; 모터와 펌프 연결

4.2. 자흡식 펌프

4.2.1 Ampco 자흡식 펌프는 air/gas 함유 제품 이송, CIP return, Suction Lift에 적합하도록 설계

Self-priming, Liquid Ring, Side Channel로 불려짐.

4.2.2. 원리 : 원심 펌프 원리와 동일하나 유체가 차 있을 경우 자흡 가능 <- 임펠라와 케이싱

사이의 적은 공차/side channel/impeller구조로 인해 자흡 가능.

원심펌프 + 로터리 펌프 원리가 혼합

4.2.3 구조

- 임펠라 : 정밀 주조. 한 개의 사이즈임.

4. 펌프의 사양

- 펌프 케이싱 : One channel과 Two channel 이 있음

- 씰 : 메카니칼 씰로 누수 방지 기능. 6장에 자세한 설명

- 모터 커버/다리 : 커버->소음 방지. 모터 보호. 다리는 높이 조절기능. Balance 조정

- Shaft(축) : Taper shaft 사용. 구동축임

- 아답터(모터 프레임) : IEC Frame ; 모터와 펌프 연결

* 펌프를 90도 회전하여 설치할 경우 Frame(casing)도 함께 회전하여야 함.

4.3. 로터리 펌프

4.3.1 로터리 펌프는 비 접촉식 임. 저점도~고점도에 적합. 정량 펌프

4.3.2. 원리 : 1. 로타의 회전에 의해 흡입구 공간 형성 및 진공 발생-> 용액 유입

2. 로타와 케이싱에 의한 chamber에 의해 용액이 토출부로 이송

3. Chamber의 크기가 줄어 들면서 압력 발생 및 용액 이송

4.3.3 Ampco Lobe/CP Pump Range

4. 펌프의 사양

4.3.4 펌프의 구조 : 전면 커버, 로터, 로터 볼트, 씰, Shaft, Casing, 기어 하우징, 커플링, 구동부

- 전면 커버 : 완벽한 CIP 구조 및 Profile.

- 로터 : Single wing, bi-lobe, bi-wing, tri-lobe, multi-gear lobe, multi-lobe rotor,

Spur gear rotor, helical lobe rotor

- 로터 볼트 : 로터를 Shaft에 고정시키는 볼트

: Single/bi-wing-> 입자가 큰 제품 이송.부셔지지 쉬운 제품이송(curd, Jam, curry등)

: Bi-lobe rotor -> 고압/고점도에서 고속 회전시 저맥동 운전 가능

: Tri-lobe rotor -> 안정적인 고속 회전 가능.

: Multi-lobe -> 정량이송 및 고 정밀.

: Spur gear -> 소량의 경화제등의 고정밀 이송/Dosing/Metering시

- 펌프 케이싱 : 제품이송의 Chamber 역할. Sealing Path 역할

- 씰 : 제품의 누수 방지 기능

- Shaft(연결부) : 펌프와 구동부의 연결

- 기어 하우징 : 기어+오일+베어링

- 커플링 : 펌프와 구동부의 축 연결 장치. Flexible, chain coupling 구조

- 구동부 : 감속기/변속기, Base, 모터커버,

5. 펌프의 재질

5.1. 주요 부품 : 접촉부와 비 접촉부

- 원심펌프/자흡식 펌프 : 접촉부 SS316- 임펠라, 케이싱, Shaft, 씰, O-ring :EPDM

비 접촉부 : SUS304 – 모터 커버, leg등.

- 로터리 펌프 : 접촉부 SUS316 – 로터/케이싱, 전면 커버, 씰, O-ring : EPDM

비 접촉부 SUS304 – Shaft,

* Option으로 기타 재질 가능. SUS316L외

5.2 Steel 표면 – 펌프의 조도를 향상 시키는 방법

- Rumbling : 모래나 steel 볼로 펌프의 주요 부품을 진동시켜 향상 시키는 방법

- Shotblasting : metal로 부품을 blasting하는 방법

- Electropolishing : 화학 제품에 침투시켜 전기를 이용하는 방법

- 버핑 : Grinding, brushing등을 통해 버핑하는 방법

- 표면조도 : Ra 표기. 표면의 거칠기 정도 표시. 주물 상태 : 1~1.4 um, 가공면 : 0.4~0.6um

5.3. Elastomers(고무 재질) : O-ring은 Soft Seal로서 유체의 성분(화학, 온도등)에 따라 선정되어야

하는 중요한 요소임.

- NBR : 가장 일반적이며 -40~100도에서 사용. 오존/빛에 의해 경화되는 단점

- EPDM : 위생 분야의 거의 모든 제품에 적합. 오존/빛에도 강함. -40~150도에서 사용.

유기화학 또는 비유기 화학 오일 이나 지방질에는 부적합.

- VITON(FPM) : 여타의 O-ring 재질의 부적합시 대용함. 화학/오존에 강함. -20~200도 사용

물, 스팀, 알카리액, 산성, 알콜등의 유체에는 부적합.

- PTFE(Teflon) : Encapsulated형태로 주로 사용. 오존에 강함. 모든 제품에 적합. -30~200도

탄성이 부족하고 압축하는 경함이 있음. 내화학/부식성

- Silicone(MVQ) : 오존, 알코올, 글리콜과 위생분야의 모든 제품에 적합. -50~230도

스팀, 미네랄 오일, 유기 용해제, 무기화학 산성에 약함

5. 펌프의 재질

- FEP : 오존에 강함. 200도까지 사용. PTFE 보다 탄성이 있음.

- Kalrez/Chemraz: 오존에 강함. 모든 제품에 적합. -20~250도 사용. 탄성 있음. 내화학/부식

유기화학 또는 비유기 화학 오일 이나 지방질에는 부적합.

- VITON(FPM) : 여타의 O-ring 재질의 부적합시 대용함. 화학/오존에 강함. -20~200도 사용

물, 스팀, 알카리액, 산성, 알콜등의 유체에는 부적합.

- PTFE(Teflon) : Encapsulated형태로 주로 사용. 오존에 강함. 모든 제품에 적합. -30~200도

탄성이 부족하고 압축하는 경함이 있음.

- Silicone(MVQ) : 오존, 알코올, 글리콜과 위생분야의 모든 제품에 적합. -50~230도

스팀, 미네랄 오일, 유기 용해제, 무기화학 산성에 약함

6. 펌프의 씰링

* “펌프의 생명은 씰링이다” : 펌프의 성공적인 적용은 유체에 따른 올바른 씰의 선택에 달려 있다.

유체의 사용 조건(점도, 온도, 고형물 포함 여부, 화학성등)을 고려하여 올바른 씰 선택 필요

- Seal 종류

. Mechanical Seal – Single External/internal seal, Flushed Mechanical Seal,

(6.2 참조) Double Mechanical seal .

. Lip Seal(6.3 참조)

. Packed Gland Seal(6.3 참조)

- Shaft 씰 선정시 고려 사항

. Shaft 직경과 회전 속도

. 제품 온도 : 재질에 대한 영향? 유막 유지에 대한 영향?

. 점도 : 씰 표면에 장애가 되는가? 씰의 회전에 방해가 되는가? 유막의 형성 및 유지 가능한가?

씰 표면에 달라 붙는가?

. 제품의 유형 : 제품이 전단, 엷거나 두꺼워지거나 balling현상 또는 탄화가 되는가?

유막 형성?

. 고형물 표함 : 크기는? 마모성은? 밀도는? 씰의 회전에 방해가 되는가? 유막형성?

. 압력 : 씰 허용 압력 내인가? 동요가 심한가? Pike/spike 하지는 않는가? 캐비테이션은?

. 서비스 (CIP) : Flush는? 압력은? 온도는? 지속적인가? 용액의 정도는?

. 안전과 건강 : 유해물? 폭발위험성? 가연성은? 부식성은? 자극성은? 발암성은?

6.1 Mechanical 씰 – 가장 위생적인 씰로 일반적.

- 구성 요소

. 1차 씰 – 회전자/고정자로 구성. 유막을 형성 시키는 주용한 씰로 열의 발생 최소화 및 기계

적인 손상을 최소화하여야 함. 누수의 주요 요인이 되는 부분.

- 재질 : SiC/C, SiC/SiC, SiC/TC-> 원심/자흡식 펌프 일반적.

TC/TC, SiC/SiC, SiC/TC -> 로터리 펌프 일반적.

P vs V(Pressure vs Velocity) 값이 좋을 수록 긴 수명.

. 2차 씰 – 1차 씰과 닿는 부위 사이의 기계적인 스트레스 완화 및 씰링을 위해 제공.

- O-ring, Cups, Gaskets, Wedges등의 형태

. 고정자의 회전을 잡아주는 장치 : Flat, pin, press fit, clamps등

. 회전자 Ring drive : Spring, bellows, Physical positioning등

6. 펌프의 씰링

로터리 펌프 씰 구조

원심 펌프 씰 구조

- 메카니칼 씰 원리 : 1차 씰의 정밀한 씰 표면과 스프링의 미는 힘의 조합으로 씰의 누수 방지함.

- 메카니칼 씰의 위치 : Externally(외부) 또는 Internally(내부)에 설치

- External 메카니칼 씰 : 회전 부분(회전자)가 점액부와 닿지 않도록 설치되는 씰 구조.

위생적이나 Internal 씰 구조보다는 압력 허용치가 낮음.

6. 펌프의 씰링

- Internal 메카니칼 씰 : 회전부분이 유체에 접촉하도록 설치되는 구조. 압력에는 강하나

CIP에는 External 보다 취약

- Single 메카니칼 씰 : 가장 단순한 Shaft seal.

- Single Flushed 메카니칼 씰 : Single 메카니칼 씰(제품용) + Lip Seal(Flush액).

. Flush는 유체 방어벽의 제공하는 것 -> 고형화, 결정화 유체, 고온의

cooling 역할등

. Flush 용액은 유체에 따라 결정됨. Flushing압은 0.5bar 이하

• 싱글 전면 적재 디자인

• Dead Space를 제거하여 최고로 위생적

• 원심력으로 씰 주변의 이물 부착이 방지됨

• 단순 설치

• Extended Life by Solid Seal faces NO Inserts

• 유지,관리, 보수를 위한 쉬운 시스템

• 외부 장착의 Seal Spring으로 위생강화

• 물,우유,유크림, 주스, 주류,요거트,알코올등

다음과 같은 곳에 필요: •펌프가 건조와 상태에서 운행 •진공상태 •높은 온도 •마모되기 쉬운 상태 •점성이 강한 용액(설탕 등) •제품에서 공기를 빼야 할 경우

•동일한 싱글 씰 구성성분을 사용 •특별한 장치없이 개조가능 • 마모성, 세제, 카라멜, 쥬스농축액,젤라틴 잼, 라텍스, 페인트, 시럽, 치약, 이스트등

6. 펌프의 씰링

- Double 메카니칼 씰 – Single 메카니칼 씰(유체) + 메카니칼 씰(Flush액)

• 다음과 같은 곳에 사용:

• 펌프가 건조한 상태에서 운행할 때

• 진공 상태

• 높은 온도

• 마모되기 쉬운 상태

• 점성이 강한 용액 (설탕 등)

• 제품에 공기를 제거하기 위해

• 유독하거나 위험한 경우

• 똑같은 싱글 씰 구성성분 사용

• 특별한 장치 없이 개조 가능

• 마모성 슬러리, 초콜렛, 꿀, 위험 화학물,

PVC paste, 레진등

6. 펌프의 씰링

- LIP 씰/Teflon

• 교체를 위한 전면 이용이 쉽다

• 분해 청소에 가장 용이

• 쉬운 점검

• 유지관리 보수에 간단

• 교체시 경제적임

• 다용도의 Applicationn

• 이송 제품이 Oily할 경우 사용

• 고압에서 더 유리함.

- O-ring 씰

• 교체를 위한 전면 이용이 쉽다

• 분해 청소에 가장 용이

• 쉬운 점검

• 유지관리 보수에 간단

• 교체시 경제적임

• 다용도의 Application

• Viton, EPDM, Nitriderubber

• 재질 사용

• 초콜렛등

- Double Seal의 냉각수 공급 파이프 설치

* 냉각수 : 액체 -> 밑에서 위로 공급.

기체(스팀) -> 위에서 밑으로 공급

- Packed Gland 씰

* 간편, 저렴하나

산업용 씰임

6. 펌프의 씰링

- 메카니칼 씰 선정 절차

제품/duty 확인

씰 타입 선정

-제품이 결정화? -냉각이 필요한가? -펌프가 Dry 운전되는가? -멸균 barrier가 필요한가?

-위험물 제품인가? -마모성이 있는 제품인가? -점도가 높은가 -온도가 높은가? -멸균 barrier가 필요한가? -진공조건인가?

Single Flushed Seal 사용

Double Flushed Seal 사용

Single Seal 사용

SEAL 재질 선정

SEAL 표면 재질 선정 O-ring 재질 선정

-점도 확인 -온도 확인 -제품의 마모성 확인 -화학 성분 확인

-온도 확인 -화학 성분 확인

Yes

Yes

No

No

7. 펌프의 모델 선정

7.1 펌프의 올바른 선정을 위한 필수 자료

- 이송 제품의 데이터 : 제품 종류, 점도, 비중/밀도, 온도, 증기압, 고형물 포함여부(크기, %)

제품의 특성, 제품의 위험성 또는 독성, 결정화 여부, CIP 여부

- 제품의 수행 데이터 : 유량, 압력, 흡입 조건(Flooded 또는 Lift)

- 현장 서비스 데이터 : 전원/전압, 주파수, 방폭 여부, IP등급등

7. 2 동력 : 펌프 가동을 위해 필요한 에너지. W/kW로 표기

7.2.1. 수동력 : 펌프가 유체에 전달하는 에너지

7.2.2. 제 동력 : 모터에 의해 공급되어야 할 동력(펌프축에 입력된 동력)

7.2.3. 토오크 : 회전을 일으키는 데 요구되는 순간 힘. Nm/kfgm로 표기

7.2.4. 효율

- 수력 효율 : 수력손실(m) x 100%/총 양정(m). 수력 손실은 펌프의 흡입노즐에서 토출

노즐에서 마찰손실, 임페러, 안내깃, 케이싱, 송출 노출을 흐르는 와류 손실

임펄라 입구와 출구에서의 충돌손실

- 용적 효율 : 실제의 양수량+ 누설량의과 실제 양수량의 비.

= Q/(Q+q). Q=펌프 용량, q=누설량(임펠라 간격에 의한 누설량)

- 펌프 효율 : 수동력/제동력 x 100%

- 모터 효율 : 통산 95% ~ 99%임.


7.3.1 원심 펌프 선정(Ampco 모델 샘플) - 원심펌프의 선정은 주로 다음 5가지 요소에 의하여 결정. 1) 임펠라의 회전속도 2) 임펠라의 직경 및 날개 폭 3) 펌프 입구에서의 흡입 조건 4) 흡입 및 토출측의 배관 직경 5) 이송유체의 특성 7.3.2 임펠라의 회전속도(상이율_ - 회전속도를 2배(n1= 2n)로 하면, 유량 : 회전수의 제곱에 비례 Q1 = Q · n1/n (^2) 양정 : 회전수의 4제곱에 비례 H1 = H ·n1/n(^3) 소요동력 : 회전수의 8제곱에 비례 7.3. 3 임펠라의 직경 및 날개 폭 : 직경이 클수록 높은 양정, 폭이 넓은 수록 많은 유량. 펌프 성능〔m3/hr〕은 선택된 펌프 크기에 의존하며, 펌프 하우징 및 임펠라 폭은 펌프 정격 성능 범위에 적용됨


7.3 .4 흡입 조건 펌프는 충분한 양의 유체가 흡입구 까지 자연스럽게 흐를 수 있도록 설치 H1 H 전양정 : H = H1 - h 〔m〕 h 그림1. 자연 흡입식 * 펌프 설치시 주의 사항. - 흡입측 배관은 가능한 짧게 - 흡입측 배관은 가능한 크게 - 흡입측 배관은 가능한 한 배관 부속들은 설치하지 말 것 - 펌프입구는 최저 흡입 수면보다 가능한 한 낮게 위치 그림 2와 같이 강제 흡입식일 경우 7∼8m 이상의 흡상은 어떤 특별한 수단에 의하지 않고서는 불가능하며 자흡식 펌프 (Self-priming Pump)만이 가능. 즉 유체를 펌프까지 끌어 올리기 위해서 대기압이 작용하고 있는 수면에 대해 흡입 관내는 진공이 형성되게 된다. H H1 전양정 : H = H1 + h 〔m〕 h

그림2. 강제 흡입식


7.3.5. 캐비테이션 : - 온도에서 펌프내의 압력이 유체의 증발 압력보다 낮을 때 생기며, -> 성능을 저하, -> 진동이나 소음이 발생. -> 펌프의 케이싱이나 임펠라가 침식. * 방지 방법 - 펌프 입구 압력(흡입 유체의 표면 압력)은 가능한 한 높게. - 이송유체의 온도는 가능한 한 낮게 유지. => 최소 흡입수두를 NPSH(Net Positive Suction Head) 유효 흡입 수두.

위의 NPSH 곡선은 ISO 2548에 근거한다.

* 배관 설계 : 배관 크기 선정 -> 물의 경우 유속이 3m/sec 이하. -> 우유 정도의 유체일 경우 : 흡입 유속 1.5m/sec 이하로, 토출 유속은 2m/sec 이하. -> CIP할 경우는 최소한 1.5m/sec 이상

예) 우유 10,000 l/hr, 파이프 2“시 -> 관내 유속 1.5 m/sec, 100m 이송시 관내에 걸리는 압력 손실은 5.5mWG 정도


7.3.6 이송 유체의 특성 특별히 언급하지 않는 한 모든 성능곡선은 상온 20oC 의 물을 기준

이것은 이송하는 유체의 점도나 비중등이 물과 그다지 차이가 없는 경우는 펌프 임펠라의 직경이나 소요 동력 그리고 NPSH 값은 위 그림에 의해 바로 결정할 수가 있음

PC AC-216


예 제 유 량 : Q = 200gpm(45.0m3/hr )우유 비 중 : 1.03 점 도 : 1.5 cP 양 정 : H = 100ft(30 m WG) Ampco AC-PUMP의 MULT 성능곡선표

-> 모델 선정 : AC216 -> AC216의 성능 곡선에서 : 임펠라 직경 선정 및 동력 선정.

7. Pump Sizing


7.3.7 점성액의 제품 : 점성 제품의 경우 점도 보정 필요. -> 점성/비중이 높을 경우 유량/압력은 하락, 동력은 증가. -> 이송유체의 cP(centipoise)로 나타내나 실제로 펌프에서의 계산에는 동점성 계수인 cST(centistoke)가 사용. cP 동점성 계수 = ―――――――――― 비 중 아래의 그래프는 유량(Q) 양정(H) 그리고 동력(Kw) 등에 대한 보정 계수.


예 제 : 유 량 : Q = 200gpm(44) m3/hr 농축 사과쥬스 비 중 : 1.3 점 도 : 300 cP 양정(수두) : H = 100ft(30 m WG) - 동점성 계수 cST = 300/1.3 = 230 cST . - 그래프 A에서 유량 보정 계수는 Q = 1.1, 양정은 (H) = 1.06으로 보정시, Q1 = 44 x 1.10 = 48 m3/h H1 = 30 x 1.05 = 31.5 m WG => 보정에 의한 모델 선정 : AC+216, => AC+216 성능곡선 번호에서 임펠라 및 동력 선정. 60mm/P = 6.5 kW. -그래프 B 로 부터 동력보정계수 1.4 (Q = 45 m3/h) P1 = 6.5 x 1.4 = 9.1 kW => 비중에 대한 동력 보정. 1.3 P1 = 9.1 x 1.30 = 11.83 kW, 즉 사용 모타는 15 kW - 3600 rpm. 주의! ) 불확실한 점성유체에 대해 펌프를 선정할 경우는 점도 보정한 계산치 보다 15%정도 더 큰 모타를 선정 하는 것이 바람직. 예제) 하기의 적용 라인에 대한 적합한 펌프를 선정하고 캐비테이션의 가능성을 도출하라. - 우유, 5cp, 30m3/hr, 압력은?

7. Pump Sizing


예제) 하기의 적용 라인에 대한 적합한 펌프를 선정하고 캐비테이션의 가능성을 확인하라. - 우유, 5cp, 30m3/hr, 압력은?

토출 라인 : 5m 길이(76mm dia), tube + bends, valve and PHE(압력손실=1bar) 흡입 라인 : 0.1m head + bend수 * 총 양정은? = 총 토출양정 +/- 흡입 양정 = 2.7bar + 0.003bar = 2.7bar. * 토출 양정= 토출라인의 총 양정 + 열교환기 양정 + separator 양정 = 2m(tube 곡선) + 10m + 15m = 27m(2.7bar) * 흡입양정 = 흡입 수두 – 손실수두 = 0.1m – 0.4m(tube 곡선)= -0.03m. * 유효 흡입 양정(NPSHa) = 액체 표면 대기압 + 흡입 수두 – 손실 수두-증기압 = 10m + 0.1m – 0.4m(tube 곡선) = 9.7m 결론 : NPSHa>NPSHr * 당사 펌프 모델 선정 ->? * 동력 선정->?


7.3.8 원심 펌프의 유량 조정 방법 - Duty Point : 성능 곡선상에 무수한 Duty Point가 존재-유량/압력의 관계-> 프로세스의 변화에 따라 Duty Point도 달라짐.

- Duty Point 조정 방법 : 1) 임펠라의 사이즈 줄임 -> 유량과 양정이 모두 줄어듦 2) 토출부의 밸브 조정 -> 밸브를 잠금으로 토출부의 저항 증가로 양정 증가, 유량 감소 -> 흡입구에 설치되어선 안됨<- 캐비테이션 유발 3) 펌프의 속도 제어 : 펌프의 속도를 제어함으로 유량과 양정 모두 변화 * 상이율 : 회전수의 변화에 대해 유량은 2배, 압력은 4배, 동력은 8배의 변화를 일으킴.


7.3.9 원심 펌프의 연결 : - 직렬 연결 : 유량은 불변하나 펌프의 사이즈에 따라 압력은 증가함. - 사이즈가 다른 펌프 연결시 적은 NPSHr를 요구하는 펌프를 앞쪽에 설치 - 병렬 연결 : 압력은 불변하나 유량은 펌프의 사이즈에 따라 증가함 if) Q1<Q2, 1번 펌프의 토출 라인에 1번 펌프로 부터 2번 펌프로의 유체가 돌아가는 것을 방지하도록 Non-Return 밸브 설치함.


7. 4. 로터리 펌프 선정(Ampco 모델 기준) 로터리 펌프의 선정은 제조업체의 성능 곡선을 기준으로 선정됨. - 펌프의 회전 속도 결정 : 좌측의 유량축에서 이송 유량을 기준으로 연결선 작성. 우측의 압력 곡선과 점도곡선과의 교차점을 기준으로 가상의 그래프 작성. => 유량의 연결선과 가상의 그래프 교차점에서 하단의 펌프 회전 속도 결정 - 동력 : 좌측의 유량축에서 이송 유량을 기준으로 하는 연결선과 점선의 압력과의 교차점에서 상단의 동력 결정(물 기준-점도 비 보정) * 예) 유량 : 물 50L/min, 압력 : 3 bar의 펌프 모델은? 1) 용적기준으로 300rpm 수준의 모델 선정(점도에 따라 다름) = 50L / 300rpm = 0.16L. 모델은 ZL120 또는 ZL115 2) ZL120의 성능 곡선에서 - 펌프의 회전 속도 결정 : 50L의 유량선과 압력/점도 교차점의 가상 그래프와의 교차지점의 회전수 -> 약 320rpm. - 펌프의 동력 선정 : 50L의 유랑선과 3bar의 압력 교차점에서 동력 -> 0.75kW

7. 4. Pump sizing (lobe pump) - Low viscosity :50L/min, Comparison

7. Pump Sizing - Lobe

7. 4. Pump sizing (CP Pump) - Low viscosity :50L/min, Comparison

7. Pump Sizing - CP


* 점성 제품의 펌프 선정 : 비 점성 제품의 선정과 동일 방법 but 동력 보정 필요 참고) 점도에 따른 RPM table에 의해 용적 산출 모델 선정 가능함. - 점성 제품의 동력 계산 <- 점도에 따른 동력 보정 계수 고려 * 점도 계수 그래프

예) 압력 5kg, 모델 : AL22, 회전속도=350rpm. 점도 : 3000cps일 경우 동력은? 동력 계산 식 =(2 x p + V) x n x C / 1000 p=압력, V=점도 보정 계수, n=펌프 회전수, C=회전당 펌프의 용적양 = (2x5 + 6.2) x 350 x 0.62/1000= 3.51kW


* 예제) 하기의 적용 라인에 적합한 모델 및 사양을 선정하라 - Sugar Syrup, 9m3/hr, 80cP. SG:1.29. 압력은 미 통보됨

토출 라인 : 10m 길이(51mm dia), tube + 90도 bend x 1EA, butterfly valve x 1EA. 저장 탱크 높이 8m, 탱크내 압력 : 1bar 흡입 라인 : 3m(51mm dia) + 90도 bend x 2EA, non-return valve x 1EA * 총 양정은? = 총 토출양정 +/- 흡입 양정 = 21m-0.6m = 20.4m. * 토출 양정= 탱크 높이+ 배관 손실 수두 + 탱크내 압력 = 8mx1.29(SG) + 1.4m + 10m = 21m. * 흡입양정 = 흡입 수두 – 손실수두 = 2mx1.29(SG) - 2m = 0.6m * 유효 흡입 양정(NPSHa) = 액체 표면 대기압 + 흡입 수두 – 손실 수두-증기압 = 10m + 2.6m –2m=10.6m 결론 : NPSHa>NPSHr * 당사 펌프 모델 선정/회전수 ->? * 동력 선정->? 예제) 2. 초코렛. 5m3/hr, 5bar, 5000cps에 대한 적용 라인의 모델, 사양/동력 선정하라 예제) 3. 치즈, 10m3/hr, 8 bar, 100000cps에 대한 적용 라인의 모델, 사양/동력? ㈜ 치즈의 Bridge 현상 발생. 예제) 4. 자연 치즈(Curd), 7m3/hr, 3bar, 50cps시 모델, 사양/동력? ㈜ Curid-> Shear Sensitive 제품임

8. 펌프의 기타 사양

8.1 기타 사양 : 취부 방식, 보온/냉각 Jacket, 압력 보호 밸브 등 8.1.1 취부 방식 : Clamp, IDF Male, DIN Male, SMS Male, RJT male, BS Male, DS male, KS/JIS/DIN Flange, Rectangular Inlet 8.1.2 보온/냉각 Jacket : 온도에 민감한 제품의 보온 또는 펌프내의 열을 냉각 시키기 위한 수단. 예) 시럽, 초콜렛, 젤라틴, 잼, 레진. 물-> 하단에서 상단으로. 스팀 -> 상단에서 하단으로 공급

8.1.3 Drain 취부 케이싱 : 펌프의 잔유물의 제거(동파 장지)를 위하여 펌프 케이싱에 Drain port 설치

8.1.4 로터리 펌프 간격(Clearance) : 로터와 로터, 로터와 케이싱, 로터와 전면 커버와의 접촉 방지를 위한 간격

* 압력 영향 : 펌프 토출부 고압, 흡입부 저압으로 인해 축의 휨 현상 발생 - side 간격>radial간격

8. 펌프의 기타 사양

* 온도 영향 : 온도 변화로 팽창과 수축 발생으로 기어하우징, 로터 케이싱과 축의 이동으로 로터가 전.후로 이동 결과 초래-> 간격이 변경;150도 기준

8.1.5 사각 형태 흡입구 : 고점도의 제품 유입시 흡입 조건 개선을 위한 사각 형태 흡입구. 일반적으로 Hopper에 직접 취부/수직 설치 예) 치즈 라인. 잼 등

8.1.6 펌프 압력 보호 장치 : 순간적인 압 상승으로 Deflection 발생에 대해 압력 경감 장치

9. 모터

9. 1 AC 모터의 일반 구조

9.2 출력 동력 : 모터 동력 보다 손실로 인해 일반적으로 낮음 : 모터의 효율 * 모터의 실제 출력 동력

9.3 모터 실 회전수 : 모터의 슬립에 의해 원 명목 회전수 보다 낮음. * 극수에 따른 명목 회전수와 실제 회전수 * 감속기 제조사 및 그에 따른 감속 비율(4pole 기준) - 삼양 감속기 : 5:1, 7:1(남강), 10:1, 15:1, 20:1, 30:1, 45:1, 60:1

9.4 모터 냉각 : 모터 냉각은 IC로 분류됨. 일반적으로 외부 냉각팬 장착인 IC411(TEFV)

9. 모터

9.5 보호 : 모터 보호 등급은 IP로 분류. 방진과 방수에 대항 등급. IP54 : 5는 분진 등급. 4는 방수 등급

등급 첫 수자 두번째 숫자

외부 침입 및 접촉에 대한 방진 등급 방수 등급

IP44 공구, 철사 또는 두께1mm이상의 외부 도구의 움직임에 의한 접촉에 대한 방진

모든 방향에서 모터에 물 분사 시 악영향을 끼치지 않아야 함

IP54

Enclosure내에서 움직이는 것에 대한 완벽한 방진. 유해한 분진 퇴적에 대한 방진. 분진의 침투가 완벽하게 예방되지는 않으나 기계의 운전을 방해하는 분진이 유입되어서는 안됨.

모든 방향에서 모터에 물 분사 시 악영향을 끼치지 않아야 함

IP55 모든 방향에서 모터에 노즐로 물 분사 시 악영향을 끼치지 않아야 함

IP56 고압분사기에 대한 모터 보호

IP66 완벽한 분진 침투 방지 모든 방향에서 모터에 노즐로 물 분사 시 악영향을 끼치지 않아야 함

9.6 모터 가동 방법 1) 주 전력선의 직접 연결 방식(D.O.L) : 기동 전류가 허용 전류보다 5~8배 높음. 펌프의 관성 순간이 낮음으로 저점도 제품 이송의 원심/ 자흡식에 주로 이용. 높은 기동 전류의 지속성이 낮음으로 고 기동전류는 무시될 수 있음. 2) Star/Delta(Y/∆) : 높은 기동 전류가 오래 지속될 수 있는 고 점도 제품 이송시 적합. 모터 가동시 Y/∆로 기동 전류로 제한하고 모터가 Y로 가동되어 ∆로 변함으로 전류가 제한됨

3) Soft 기동 : 기동과 동시에 기동 전류를 제한함. 점차적으로 가속함. 에너지 절약에 최선 주파수 인버터 모터로 가능.

9. 모터

9.7 위험 지역용 모터 - ZONES : “극단” 에서 “드문 지역”으로 구분. Zones으로 구분 - Zone 0 : 폭발성 가스 및 공기가 오랜 기간 동안 지속되는 지역 – 모터 사용 불가 - Zone 1 : 폭발성 가스 및 공기가 일반 가동시 발생될 수 있는 지역 - Zone 2 : 폭발성 가스 및 공기가 일반 가동시 발생될 수 있으나 짧은 기간 동안 지속되는 지역 * 위험 지역내에서 장비의 안전한 사용을 위해 가스 혼입물의 발화 온도와 함께 가스 그룹과 온도 분류를 알아야 함. 온도 등급 가스/증기의 발화 온도 전기 장비의 최대 허용 온도

T1 450도 이상 450도

T2 300~450도 300도

T3 200~300도 200도

T4 135~200도 135도

T5 100~135도 100도

T6 85~100도 85도

- 내압 방폭 – EEX d 와 EEX de : Zone1외 사용되는 모터 등급으로 내부 폭발이 외부 폭발 인자에 전달되어서는 안됨. 내압 폭발에 의한 손실없이 enclosure가 견되어야함. 모터 외부 Enclosure의 온도는 작동 중에 설치 지역내 폭발 인자의 발화 온도보다 낮아야 함. - 안전 강화 등급 – EEX e : 주위 발화온도에 도달할 수 있는 서비스 지역내 arcs나 스파크의 발생이 일어나지 않도록 설계되어진 모터 등급. - Non-sparking 등급 : Zone2에 사용되며, TEFV 모터의 기준과 유사하나 아크, 스파크등 발생하지 않도록 특별한 주위를 요구하는 모터 등급

Group I 메탄 가스 민감한 석탄 광산용 기기

Group II 광산 이외의 잠재 폭발 산업용 기기

IIA Group II는 여건에 정도에 따라 단계가 분류되며, IIC가 가장 높은 등급

상위 등급의 모터는 하위 등급에서는 사용 가능하다.

9. 모터

위험 지역 모터 분류 요약표

9.8. 고 효율 모터 : 모터에서 CO2의 억제를 에너지 효율 향상을 위해 사용. 일반적인 모터는 전기 에너지 효율이 65%.

9.9. 회전수 제어 : 모터의 효과적인 회전 수 제어는 비용절감 및 에너지 절약을 위해 주요한 방법 - 극수 변환 : 극수 변환 모터를 사용 4/6, 6/8 - 전압 변환 : . 전압을 변화하여 제어하는 방법이나 일반 모터는 불가 - 주파수 변환기 : 주파수를 변환하여 속도를 제어함-> 냉각을 고려해야함

10. 세척 방법 및 가이드(CIP)

10.1 세척 이란 ? – 하기의 4가지를 의미함. - 물리적 세척 : 육안 검사 등으로 표면의 오염물 제거 - 화학적 세척 : 미각, 후각으로만 감지할 수 있는 잔여물과 육안으로 판별 가능한 잔여물 제거 - 박테리아 세척 : 모든 병원성 및 기타 박테리아를 없애는 는 소독제를 사용하는 세척 - 박멸 : 모든 미생물의 완전 박멸 * CIP의 절차 1. 냉수, 정수로 초기 세정(rinse) : 10~15분 -> 유체의 잔여물 제거 2. 일반적으로 2.5% 가성소다(NaoH)의 용제, 알카리 용제로 세정 : 70~95도 사이에서 20~30분 정도 -> fat이나 프로테인 같은 유기물 제거 3. 정수로 중간 세정 : 5~10분 -> 잔여 세제물 제거 4. 산성제로 세정 : 일반적으로 2.5%의 초산염(HNO3). 10~15분 -> 프로테인, 미네랄, 석회등 제거 5. 정수로 최종 세정 : 10~15분. 모든 세정제 제거 * CIP동안 세정제의 농도는 일정하게 유지하는 것이 중요함. 농도 증가는 펌프나 부품에 손상을 일으키고 농도의 감소는 세정의 효과를 감소시킴. * CIP시 고려할 사항 1. CIP에 설치된 펌프나 설비의 온도 변화에 따른 열 수축/팽창 고려 2. 섬유질, 씨앗, 과육등 알갱이 함유 제품은 독립적으로 세심하게 이루어져야 함. 일반적으로 상기의 제품은 CIP사간을 증가하거나 압력 또는 유속을 더욱 빠르게 해야함. 3. CIP세제나 CIP의 고온 증가는 신체 상해를 일으킬 수 있음. CIP후에 박테리아가 기생할 수 있는 민감한 제품의 경우 SIP를 하기도 함. SIP는 온수, 화학제, 증기로 수행되고, 유가공에서 일반적으로 145도로 이루어짐. * CIP supply 펌프 선정 시 고려 사항 - 배관 내의 유속은 최소 1.5m/sec이상으로 설계 - 일반적으로 이송 제품 유량의 약 1.5~2배로 설계됨 - CIP ball에서 요구되는 압력/유량에 대한 사양을 확인할 필요도 있음 - Turbine type의 CIP ball의 경우 더 많은 압력을 요구함. - CIP액의 농도가 강할 경우는 씰 재질에 대한 고려가 요구됨

11. 국제 규격 및 가이드

11.1 국제 규격 종류(위생분야) : CE, 3-A, FDA/USDA, EN10204.3.1. B, EN10204.2.2 EHEDG - CE : 안전 및 위험에 대한 적합성 평가 규정 및 인증서. EU지역에서만 사용 - 3-A : 구조/설계 및 재질의 유가공 적용에 대한 적합성 평가 규정 및 인증서 - FDA : 재질에 대한 적합성 규정 - USDA : 생명 공학에 대한 규정 - EN10204.3.1 B : 재질 이력 추적 인증서 - EN10204.2.2. : 적합성 인증서 - EHEDG : 세척/세정에 대한 적합성 평가 규정 및 인증서

12. 배관 설치 가이드

12.2. 배관 설계 : 모든 배관은 지지대가 설치되어야 함. 펌프에 부하를 주어서는 안됨. 하기의 사항이 고려되어야 함. - NPSHa/압력 손실을 최소화 하도록 흡입 배관은 직선으로 짧게 설치할 것 - 흡입/토출 배관에서 bend, tee등 가능한 펌프에서 멀리 설치할 것. Bend는 가능한 긴 R을 가진 것 사용 할 것. - 흡입/토출에 가능한 Isolating 밸브를 사용할 것 - air가 차는 것을 방지하도록 배관을 수평으로 설치(Air Pocket에 방지책요구-air는 압축성) 12. 3 로터리 펌프 Base 설치 : 펌프의 진동, 부하, 충격을 흡수할 수 있도록 펌프의 Base를 단단하게 고정해야 함. -> Base bolt을 콘크리트에 고정하는 방법이 가장 좋다.

12.1 시스템 설계 : 올바른 펌프의 운전을 위하여서는 설치가 중요함. 또한 시스템 설계시 하기의 사항이 고려되어야 함. - NHSHa가 NPSHr 보다 높아야 함 -> 캐비테이션 방지 및 펌프의 부드러운 운전 조건. - 병렬로 로터리 펌프를 동일 흡입라인에 설치하지 않아야 함 ->진동이나 캐비테이션 방지 - 너트/볼트등 단단한 물체가 흡입구를 막지 않도록 할것. 또한 갑작스런 밸브 조작에 대한 보호 장치로서 압력 조정 밸브, 압력 스위치 및 전류 조정 장치 사용 권고. - 진단을 위하여 흡입과 토출부에 압력계를 설치 - 동일 공급 라인을 사용하는 두개의 펌프가 설치될 경우 조정 밸브 설치 - 씰에 냉각수 공급시 또는 보온/냉각 자켓 사용용 배관 설치 필요 - 로터리 펌프 경우 온도 변화/충격에 따른 급 정지하지 않도록 급격한 온도 변화에 대한 방지책 요구

12. 배관 설치 가이드

12.4 Coupling Alignment : 뒤틀림등에 의한 펌프에 손상을 방지하기 위해 펌프와 모터의 Alignment가 정확하게 이루어져야함

12.5 자흡식 펌프에 대한 고려 사항 - 배관 설계 : 자흡식 펌프의 토출 배관 설계시 펌프의 정확한 운전을 위하여 최소한 하기의 사항은 지켜져야 함.

13. 빈번한 문제 및 조치 사항

13.1 일반 사항 : 이송 유체의 부적절한 조절, 운전 조건 변경등에 의해 문제 발생. 문제 해결을 위해 가능한 많은 정보를 입수해야 함. - 원래의 이송 조건 재 확인. - 문제 없는 운전 이후 프로세스의 변경여부<-압, 온도, 점도등 - 시스템이 정기적인 정비가 수행되었는가? - 신규 또는 수리 부품이 빠지지는 않았는가? - 펌프 내부의 외관과 상태는 어떠한가? - 문제가 발생되기 전까지 펌프가 얼마나 운전되었는가? - 펌프의 소음 또는 진동등의 변화가 있었는가? 13.2 일반적인 문제 : 유량의 감소. 흡입력 감소. 토출압력 감소. 소음/진동 증가. 모터 과부하. 급속한 펌프의 마모. 씰 누수등 - 유량의 감소 <- 회전 방향? 과도한 토출 압력, 점도의 변화에 의함. 로터리 펌프 : 점도가 감소하면 유량 감소. 원심펌프 : 점도가 증가하면 유량 감소 - 흡입력 감소 : Low NPSHa <- 흡입 배관내 과도한 압력 손실. 점도 증가. 과도한 펌프 회전수. <- 흡입 배관내 air/gas 함유시. - 토출 압력 감소 : 유량 손실에 의함, 토출부의 압력 증가/손실수두 증가 - 소음 및 진동 : 캐비테이션 현상임 <- 토출 압의 헌팅. - 과도한 동력 소모 : 베어링 문제. 부품의 접촉. 고점도. 로터리 펌프 : 토출부 과도한 압력문제. 원심펌프 : 토출부의 저압력으로 대 유량 - 과도한 마모성 : 유체의 화학적 부식성, 베어링 문제, 적합하지 않는 펌프 사이즈( 캐비테이션, 고온 또는 고압등) - 씰 누수 : 다양한 문제가 존재함.


13.3 Q & A : 빈번한 문제 및 해결 방법 Q : 펌프의 소음 문제 : A : 1) 원심펌프 - 기계 : 파손, 접촉(고압, impeller간격 잘못 조정, 역회전등), bearing불량, 진동, 시스템 : cavitation, 유속 변화(elbow, diaphram 등), 유량, hammering, 전기적 소음 : 모터 소음, 주관적인 소음, 공명현상등 ==> 수리 및 교체. 시스템 수정. outlet valve로 쉽게 확인 가능함. A : 2) 로터리 펌프 : 접촉(이물잘, 고압, valve를 close하고 운전, allingment문제, 고온시, 제품의 결 정화등), 진동, cavitation, 고압 및 고회전(big pump)의 맥동 ==> 수리 및 교체, allignment 수정, damper 설치, 시스템 수정, lobe type 변경, 펌프 사이즈 변경으로 회전속도 감속. Q : 누수 문제 : A: 1)Hard seal 파손/누수 - 원심펌프 - dry running, , 고온, 이물질에 의한 접촉시 파손, 역회전시 파손 ==> 씰 교체 및 double 씰로 변경. - 로터리 펌프 - 제품액의 결정화(IWI), 진동에 의한 파손, 제품의 particle에 의한 파손, 제품의 고형화로 인한 파손, 이물질에 의한 접촉시 파손, 고압으로 인한 open시 누수, 씰 자체 불량... ==> 씰 교체 및 type 변경(double seal, lip seal, spring을 강하게), A: 2) Soft seal에 의한 누수 : O-ring 불량(bur, 찢김등), 경화, 화학적인 부식등 ==> 교체 및 재질 변경. Q : 용량이 적게 나오는 문제? A : 1) 원심펌프 - Low NPSHa(진공,압력손실등), 배관에 air pocket, vapour pressure 발생, 설계상보다 배관내 높은 압력.적은 impeller size, 불안정한 전압, inverter에 의한 조정, 배관내의 높은 압력, Flowmeter의 비 정확도. ==> 시스템 변경, 펌프 사이즈 변경등. A: 2) 로터리 펌프 - 낮은 점도- back slip 발생(압력이 설계보다 높음, 점도가 설계보다 낮음), Low NPSHa(고점도, air pocket, 압력손실, 진공등), 넓은 간격(고온용), 밸브 닫힘, Q : CIP가 안됨(원심펌프) A : 설계보다 압력손실 과다, CIP ball의 용량이 큼. 펌프 사이즈 잘못 선정, 용량이 적게 나오는 문제와 동일. Q : 자흡력이 떨어지고 탱크에 액이 찬다 (자흡식 펌프) A : Low NPSHa(진공, 압력손실), 넓은 간격, CIP ball의 처리 용량을 잘못 알려줌, 배관의 압력 손실이 큼, 탱크를 몇대 연결하므로 air pocket발생(진공발생) Q : UHT라인의 PHE의 pin hole로 인한 살균우유와 미살균우유의 혼입문제 A : booster 펌프의 끝단 압력이 feed pump의 초기 압력보다 크면 문제가 해결됨. Q : Feed pump + booster pump을 사용했는데 feed pump만 사용시 보다 유량이 적게 나온다면? A : Flowmeter의 용량을 넘어섬 -> 유량계 check. Q : 동일한 마력의 여타 브랜드 제품과 사용시 보다 용량이 적다? A : 내부의 설계 구조에 따라 성능이 다름. 모터의 종류에 따라 회전수가 다름등.


Q : 이송해야 할 제품이 너무 부수어 진다? (커드, 유자, 딸기잼등)? A : 배관에 걸리는 압력 너무 높을 경우 배관내에서 파손, rotor 형상이 잘못되어 있을 경우 (펌프내에서 파손) => 배관수정, sinlge wing교체, vertical로 교체 Q : 제약 분야에서 소음이 심하다면? A : 유량 적고, 양정이 높다. 설계보다 양정이 낮음으로 유량이 많음->빠른 유속=> 유속변화

(diaphram, elbow등)로 소음발생 => 임펠라 교체로 해결 가능 Q : 제약분야에서 seal이 빨리 깨진다면? A : 증류수 경우 고온으로 사용(90도)인해 seal 표면의 증기 발생=> 씰이 빨리 깨짐, SiC/SiC 동일 재질로 인해 빨리 깨짐 => SiC/TC로 교체 Q : 증류수 라인에 double seal 사용은? A : 냉각용으로 사용? -> 냉각수부분에서 미생물 존재 가능..==> single seal이 안전함. Q : CIP 사용시 펌프의 용량과 return 펌프의 용량 선정 방법은? A : CIP 펌프는 액 이송보다 50% 이상 설계, 배관과 유속관계로 선정가능, CIP ball 용량을 보고 가

능, return 펌프는 CIP보다 20% 이상 크게 설계함. Q : Double seal 사용 분야는? A : Double seal 사용의 경우 - 고온, sugar/syrup, 액의 결정화, particle 존재, 위험물질 (에탄올등), 고점도(물엿등), 진공 존재시(농축기라인) Q : 냉각수는 어떤것? A : 지하수(철분이 덜 포함된), 기름, 용제, 채종유, 톨루엔.... Q : Heating jacket은 언제? A : 시럽, 물엿등 온도에 민감한 제품, 온도가 낮을시 점도가 상승.... 배관이 이중 jacket경우 일반적으로 사용, 외부에 펌프 설치시 사용. Q : relief valve는 언제 사용하는가? A : 압력의 일정한 유지, 시스템의 오작동으로 인한 압력증가시 시스템 보호, 점도 증가로 압력 증가시 시스템 보호 Q : 농축기 라인시 진공 걸리는 펌프 사용시 주의사항 A : 냉각수 공급형, 진공보호 및 dry running시 씰보호. Q : 펌프에서 열이 발생한다면? A : 기계/시스템/전기적 요인. Full/장시간 가동. 주위/제품온도의 전이. 전압에 의한 영향. 베어링

파손. 모터 코일 파손. 모터 냉각 불량, 과부하-고점도, 과대한 임펠라, 과용량등. Q/A: 압력게이지가 자주 Hunting을 함 ? => 압력 게이지 내부에 air차 있음-Vent을 달아야함. Q/A : 쌀 이송시 문제 발생됨? 무게운 particle이 들어 있을 경우 이송이 안됨 ?=> rotor와 rotor사

이에 걸리는 문제 발생, single wing 사용, vertical로 사용.

Q/A : 딸기쨈 이송시 파손이 됨 : 샤니 CS Korea - cooler 통과후 점도 상승-> 압력 증가-> 파이프 배관에서의 제품 적체-> 딸기잼 파손 : 시스템/배관 변경

Q/A : 거품이 너무 많이 발생함. => 속도를 줄여야함. 소염제 사용...

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펌프 교육 자료(Ampco Pump_Nahoo)