수계소화설비 3

(펌프관련)

가압송수장치

개 요

⑴ 전동기 또는 내연기관에 따른 펌프를 이용하는 가압송수장치

(가장 일반적인 방식)

⑵ 장점

① 설치장소에 제약이 없다. ② 일정한 압력에 물을 방출할 수 있다.

⑶ 단점

① 전원공급 차단이나 펌프의 고장 등으로 미 작동될 우려가 있다.

② 설비가 복잡하다. ③ 저층부에 과압이 걸릴 수 있다.

⑷ 소요양정(옥내소화전의 경우)

H = H1 + H2 + H3 + 17〔m〕

여기서, H : 펌프에 필요한 양정

H1 : 낙차에 의한 손실수두

H2 : 배관에서의 마찰손실수두

H3 : 호스에서의 마찰손실수두

펌프방식

⑴ 구조물 또는 지형지물 등에 설치하여 자연낙차의 압력으로 급수하는 가압송수장치 ⑵ 장점

① 설비가 단순함(부대시설 적음) ② 작동에 대한 신뢰성 높음

⑶ 단점

① 고층부에서는 규정압력보다 낮다. ② 설치장소에 제약이 많다

⑷ 소요양정(옥내소화전의 경우)

H = H1 + H2 + 17〔m]

여기서, H : 고가수조에 필요한 낙차(수면이 아닌 흡수구로부터 가장 먼

방수구까지 의 높이)

H1 : 배관의 마찰손실수두

H2 : 호스의 마찰손실수두

고가수조방식

⑴ 소화용수와 공기를 채우고 일정압력 이상으로 가압하여 그 압력으로 급수하는 가압송수장치 ⑵ 장점 ① 작동에 대한 신뢰성이 펌프방식보다는 높다. ② 고가수조방식에 비해 설치장소에 제약이 없다. ⑶ 단점 ① 물을 방출하면서 시간이 지남에 따라 수압이 감소된다. ② 고가수조 방식과 함께 사용할 경우 Air Lock현상의 우려가 있다. ⑷ 소요압력(옥내소화전의 경우) P = P1 + P2 + P3 + 0.17〔Mpa〕 여기서, P : 압력수조에 필요한 공기압력 P1 : 낙차에 의한 손실압력 P2 : 배관에서의 마찰손실압력 P3 : 호스에서의 마찰손실압력

압력수조방식

⑴ 가압원인 압축공기 또는 불연성 고압기체를 이용하여 소방용수를 가압시키는

가압송수장치

⑵ 장점

① 화재초기에 신속한 대응이 가능함

② 유지관리가 용이하며 초기투자비가 저렴하다.

③ 동력이 없으므로 정전시 단수되지 않는다.

⑶ 단점

① 급수 압력 관리가 필요하다.

② 소방용수의 수질오염문제

가압수조방식

가압송수장치의 특성 비교

압력수조의 Air Lock현상

정의

① Air Lock이란 액체 취급설비에서 기계 내부 또는 관로에 부분적으로 공기가

차서 Air Pocket을 형성함으로써 유체기계가 제대로 작동할 수 없게 되거나

액체의 흐름에 방해가 되는 상태를 말하며 Air Bound라고도 한다.

② 소화설비에서는 압력수조를 가압송수장치로 사용하는 경우에 Air Lock현상이

일어날 수 있다.

⑴ 압력수조내의 압축공기가 토출관으로 유출되는 경우

① 압력수조와 고가수조가 연결되어 공동의 급수배관을 통하여 소화설비에

송수하는 경우 압력수조내의 잔류공기압이 고가수조의 낙차에 의한 수두압

보다 높을 경우에 발생한다.

② 즉, 압력수조의 소화수가 방출된 후 압력수조 내의 압축공기가 토출관으로

유출되므로 배관 내에 Air Lock이 발생한다.

③ Air Lock 발생조건 : H < 압력수조의 잔류공기(h)

⑵ 용입기체에 의한 경우

: Henry법칙에 의해 관내의 액체 속에 압력에 비례하는 양의 기체가 용입되어

용존산소 또는 용존 CO2 등으로 녹아 있다가 압력이 내려갈 때 이러한 용입

기체가 분리 되면서 기포로 환원되어 Air Pocket을 형성한다.

발생원인

→ 배관의 분리가 가장 신뢰도 높음

⑴ 압력수조내의 압축공기가 토출관으로 유출되는 경우

① 급기관은 탱크의 상부에 설치하고, 급수관과 토출관은 탱크의 하부에 설치

한다.

② 급수펌프의 압력을 에어컴프레셔의 압력보다 높게 Setting한다.

③ 압력수조내에 소화수를 많이 채우고 압축공기의 압력을 감소시켜서 소화수

가 방출 되었을 때 수조내 잔류공기압을 적게 해주거나 없애준다.

⑵ 용입기체에 의한 경우

: 압력수조 내에서 공기실과 수실을 격벽으로 분리한다.

방지대책

물용 감압밸브

감압의 필요성

⑴ 수동식 소화설비의 사용압력 제한기준

① 하한 방수압 : 낮은 압력에서는 일정거리에서 소화수를 화점까지

도달시키기가 곤란하기 때문이다.

② 상한 방수압 : 소방대 1인당 반발력을 20〔kgf〕로 제한하고 있다.

⑵ Sprinkler의 사용압력 제한기준

① NFPA에서는 설비사용압력을 1.2〔Mpa〕를 초과하는 경우에는 초과

압력을 견딜 수 있는 설비구성 부품을 요구하고 있다.

② 또한, Extra Hazard의 일부에 한해 헤드 방수압을 1.2〔Mpa〕이하로

제한하고 있다.

③ 국내의 경우는 헤드 방수압만을 0.1 ~ 1.2〔Mpa〕로 제한하고 있다.

감압의 필요성

⑶ 압력이 높을 경우에 문제점

① 방수압력이 높으면 방수패턴이 왜곡된다.

② 입자경이 작아져서 화재에 대한 물의 침투능력이 저하된다.

③ 방수량이 많아 소화수를 조기에 소진시키게 된다.

④ 수손피해가 커질 우려가 있다.

감압밸브의 종류

⑴ 자력식 감압밸브

① 자력식은 다른 보조동력이 없이 감압밸브 단독으로 압력을 조절할

수 있는 것을 말한다.

② 제어계통이 단순하여 주로 소화설비에 사용되고 종류로는 파일롯트식,

직동식이 있다.

③ 직동식은 밸브의 출구 압력을 직접 밸브를 여닫는데 사용하는 형식이

고, pilot type은 별도의 pilot 밸브를 설치한 것으로 pilot를 본체 외부

에 설치한 것과 내부에 내장한 것의 두 가지가 있다.

⑵ 타력식 감압밸브

① 타력식은 감압밸브를 제어하기 위해 보조 동력이 필요하며 정밀한 제어

는 가능하지만 제어계통이 복잡한 단점이 있다.

② 종류로는 공기압식, 유압식, 전기식 등이 있다.

감압밸브 종류 특성

감압밸브의 원리(압력평형의 원리)

① 감압밸브 1차 부분으로 유체가 유입한다. ② 열린 밸브 2차 부분으로 유체가 유입된다. ③ 이 힘이 스프링압축보다 클 경우 다이아프램을 상승시키고 관안 의 유체는 관을 따라 2차로 이동 하게 된다. ④ 2차 부분의 압력이 설정치 보다 높을 경우 이 힘이 스프링의 압 력에 더해져서 밸브는 닫히게 된 다. ⑤ 이처럼 2차측의 압력을 감지하여 자동 개방되어 토출량과 동일한 유량을 2차측으로 보내 압력을 유지시킨다.

감압밸브의 직, 병렬 설치

감압밸브의 직, 병렬 설치

소방용 펌프의 특성

개 요

① Pump란 유체에 에너지를 주어 저압부에서 고압부로 유체를 송출하는

기계를 말함

② Pump의 분류

㉠ 형식별 : 터보형(비용적형), 용적형, 특수형

㉡ 구조별 : 축방향(횡축, 입축), 흡입방식(편흡입, 양흡입), 단수(단단,

다단), 날개구조(고정익, 가동익)

③ 소방용펌프는 일반적으로 비용적형펌프의 일종인 원심펌프를 주로

사용한다.

⑴ 비용적형 펌프의 특징

① 펌프의 토출량이 부하에 따라 변동되는 펌프(토출유량이 가변적인

펌프)이다.

② 소형이며 경량이다.

③ 맥동이 없이 연속송수가 가능하다.

④ 구조가 간단하고 취급이 용이하다.

⑵ 원심펌프의 정의

: Impeller(회전차)의 회전으로 유체에 회전운동을 주어 이때 발생하는

원심력에 의한 속도에너지를 압력에너지로 변환하는 방식의 펌프

원심펌프(Centrifugal Pump)

원심펌프(Centrifugal Pump)

소방펌프의 특성

원심펌프의 운전특성 (공급유량 곡선)

소화펌프의 성능기준

소화펌프의 성능기준

소화펌프의 선정기준

⑴ 정격 토출량

① 설치되는 소화설비의 수리계산에 의하여 요구되는 토출량을 결정한다.

② 모든 소화설비의 소요 토출량을 합하여 산정해야 하며, 향후 증설 가능성을

고려하여 적절한 여유를 둔다.

⑵ 펌프의 성능곡선

① 펌프의 성능곡선이 소화펌프의 성능기준인 체절점, 정격점, 최대점 등을

만족해야 한다.

② 가급적 펌프의 최대 효율인 지점이 정격 운전점이 되는 펌프를 선정한다.

③ 또한, 최대운전점이 최저층에서의 배관저항곡선보다 더 낮은 양정이어야 함.

⑶ 흡입양정(NPSH)

: NPSHav > 1.3 × NPSHre가 되는 펌프를 선정한다.

⑷ 펌프의 rpm 및 동력원

: 모터구동방식, 디젤엔진구동방식인지 등에 대한 고려를 한다.

⑸ 펌프의 설치장소 및 환경요구조건

: 설치장소의 크기, 저수조의 위치, 소음의 허용정도 등을 고려한다.

⑹ 배관의 최대허용압력

① 펌프의 체절압 + 흡입측 수두압력이 설비의 최대허용압력을 초과하지

않을 것

② NFPA 13에서 규정하는 스프링클러설비의 최대허용압력 : 175〔psig〕이하

⑺ 경제성

주펌프, 충압펌프(보조펌프), 예비펌프

개 요

⑴ 펌프를 가압송수장치로 사용할 경우 소화수를 가압송수하는 주펌프

(Main Pump)와 소화배관내의 소화수압력을 항상 일정하게 유지하기 위

한 충압펌프(Jockey Pump)로 구분하여 설치하여야 한다.

⑵ 주펌프와 충압펌프의 차이점

① 성능시험배관의 설치면제

② 순환배관의 설치면제

③ 개폐표시형 개폐밸브의 설치면제

④ 충압펌프는 자동으로 기동∘정지되어야 한다

⑤ 체절압력의 제한이 없으며 과부하점(150%유량)에서의 토출압력에

대한 제한 없음

주펌프와 충압펌프의 비교

예비펌프(Standby Pump)

① 주펌프의 고장, 수리 등에 대비하여 주펌프와 동등 이상의 성능을 가진

펌프를 추가로 설치하는 것

② 법적으로 예비 펌프를 설치하면, 옥상 수조를 면제할 수 있다.

수평 회전축/수직 회전축 펌프

수평회전축 펌프(횡축 펌프)

: 펌프의 회전축이 수원에 수평으로 설치된 펌프

⑴ 장점

① 평상시 펌프의 주요부분이 수원 밖에 있으므로 부식이 적다.

② 주요 부분에 대한 보수 및 점검이 쉽다.

③ 분해, 조립이 쉽다.

④ 횡축 전동기와의 연결이 쉽다.

⑤ 가격이 저렴하다.

⑵ 단점

① 설치공간이 크다.

② 흡입양정에 제한이 있다.

③ 수원보다 높게 설치된 경우에는 물올림 장치가 필요하다.

수직회전축 펌프(입축 펌프)

: 펌프의 회전축이 수원에 수직으로 설치된 펌프 ⑴ 설치구성도

① 성능시험배관에 오리피스를 설치하고 그 전후에 압력계를 설치하여 두 압력계

가 지시하는 압력의 차이로부터 유량을 산출한다.

② 수중펌프이므로 물올림장치는 필요 없으나 체절 운전시 온도상승을 방지하기

위한 순환배관을 위해 릴리프밸브를 설치한다.

⑵ 장점

① 설치공간이 작다.

② 임펠러가 수중에 있으므로, 공동현상의 우려가 없다.

③ 기동이 간단하며, 물올림장치가 필요없다.

④ 원동기 위치를 임의로 높게 할 수 있으므로, 침수 등에 대해 안전하다.

⑤ 횡축 펌프로는 양수가 불가능한 깊은 위치에서의 양수가 가능하다.

⑶ 단점

① 주요부분이 수중에 위치하여 부식되기 쉽다.

② 주요부분에 대한 점검이 어렵다.

③ 분해, 조립이 어렵다.

④ 전동기가 입축이며, 특수형이어야 한다.

⑤ 횡축 원동기를 사용할 경우에는 밸트 또는 베벨기어로 동력을 전달

하므로, 전달동력 손실이 크다.

⑥ 가격이 비교적 비싸다.

횡축 펌프, 입축 펌프 비교

소화펌프 주변배관의 구성방법

구조 원리

펌프 흡입측 배관

⑴ 배관

① 공기고임이 생기지 아니하는 구조로 하고 여과장치를 설치할 것

② 수조가 펌프보다 낮게 설치된 경우에는 각 펌프(충압펌프를 포함)

마다 수조로부터 별도로 설치할 것

③ NFPA 20 기준: 정격유량의 150〔%〕를 기준으로 유속이 4.5〔m/s〕

이하가 될 것

⑵ 부속류의 기준

① Foot valve

㉠ 흡입측 배관내의 물이 수조로 역류됨을 방지한다.(체크밸브의 기능)

㉡ 수조내의 이물질이 흡입배관 내로 유입됨을 방지한다.(여과 기능)

㉢ 여과망은 10 ~15〔mesh〕 정도가 적당하며, 부식에 강한 재질

② Vortex Plate

㉠ 펌프가 물을 흡입할 때, 와류(vortex)가 생기는 것을 방지하기 위해 설치

하는 판

㉡ NFPA의 설치기준

- 크기 : 흡입관 직경의 2배 이상

- 위치 : 수조바닥에서 최소 6〔in〕 이상, 흡입관 직경의 1/2 이상

㉢ Plate의 기능 : 물의 표면장력을 이용하여 공기가 아닌 물을 흡입한다.

㉣ Baffle의 기능 : 와류가 형성되지 않도록 물의 흡입을 분할한다.

③ 연성계

㉠ 수원의 수위가 펌프의 위치보다 낮은 경우에 설치하도록 규정(국내기준)

㉡ 흡입배관 내의 압력이 항상 대기압보다 낮으며, 이러한 부압을 측정하여

물의 흡입 상황을 파악하기 위한 목적으로 설치한다.

㉢ 스트레이너의 막힘 여부를 확인하기 위해 수조 위치에 관계없이 설치

④ 개폐밸브 : 공기고임을 방지하기 위하여 버터플라이 밸브의 사용을

금지

⑤ 레듀샤 : 공기고임을 방지하기 위하여 편심레듀샤로 설치

⑥ 스트레이너

㉠ 흡입측 배관의 이물질이 펌프 내부로 흡입되지 않도록 여과하는 장치

㉡ 스트레이너는 여과장치를 주기적으로 청소하지 않으면, 오히려 마찰

손실이 커지고 심할 경우 흡입관의 막힘을 유발할 수도 있다.

펌프의 토출측 배관

⑴ 배관

① 펌프의 토출압력이 전달되는 배관이므로, 토출측 배관의 부속류는 펌프의

최대작동 압력(체절압력)에 견딜 수 있어야 한다.

② NFPA 20 기준: 정격유량의 150〔%〕를 기준으로 유속이 6.2〔m/s〕 이하

③ 국내기준 : 토출측 주배관의 구경은 유속 4〔m/s〕 이하

⑵ 부속류의 기준

① 압력계

㉠ 눈금 범위 : 체절압력의 1.5배 이상 또는 정격압력의 2배 이상까지 측정 가능

㉡ 설치 위치 : 토출측 직근에 설치하여 펌프의 토출압력을 비교적 정확히 측정

할 수 있도록 할 것

㉢ 맥동압력에 의한 파손방지 : 압력계 내부에 오일을 채운 것을 사용

㉣ NFPA기중에서는 3.5〔in〕이상의 직경을 가진 것을 설치(육안 확인 용이)

② 체크 밸브

㉠ 펌프 토출측 개폐밸브 이전에 설치하여 평상시 펌프 측으로 물이 역류

되는 것을 방지하기 위해 설치하는 밸브

㉡ 주로 스모렌스키 체크밸브를 설치

③ 릴리프 밸브 및 순환배관

㉠ 릴리프 밸브를 설치하여 온도상승을 방지하는 방법 - 체절압력보다 낮은 압력에서 개방되어 물을 방출시키는 릴리프밸브를 설치 - 펌프 성능시험시 완전히 닫고 시험해야 하므로, 그 전단에 개폐밸브를 설치하여 번거로움을 피하는 경우도 있으나, 이는 필요없는 부속류를 추가하는 것이므로 바람직한 방법은 아니다.

㉡ 순환배관을 설치하여 온도상승을 방지하는 방법 - 펌프의 기동시에 항상 일정량의 물을 배출시키는 방법 - 이 방식은 반드시 순환배관의 가장 높은 부분이 소화수조의 수면보다 높게 설치 되어야 물이 배출된다. (순환배관이 낮으면 펌프가 정지된 상태 에서도 물이 배출되기 때문)

㉢ NFPA기준의 Circulation relief valve

- 체크밸브 이전에 설치할 것

- 체절압력미만에서 작동할 것

- 릴리프밸브의 배수는 배관에 고정하지 말고, 물의 흐름이 보이도록 할 것

- 릴리프 밸브의 규격

∙ 모터펌프는 토출량 2,500〔gpm〕 이하의 경우에는 20〔A〕, 5,000〔gpm〕이하

는 25〔A〕릴리프밸브를 사용할 것

∙ 엔진펌프는 rpm의 변동에 따라 토출량과 양정이 변하므로, 토출량이 충분

히 큰 릴리프를 설치할 것

9,500lpm 19,000lpm

㉠ 개폐밸브~유량계~유량조절밸브의 순으로 설치

㉡ 개폐밸브 : O&Y 밸브로 설치

㉢ 유량계

- 펌프 정격유량의 175〔%〕이상 측정 가능할 것

- 나사형 또는 오리피스형으로 설치할 것

㉣ 유량조절밸브 : 글로브 밸브가 적합

㉤ 직관부 : 각 밸브와 유량계 사이에는 충분한 길이의 직관부를 둘 것(8D, 5D)

㉥ 배수 고려 : 성능시험시, 많은 물이 방출되므로 배수를 고려하여 설치할 것

④ 성능시험배관

㉠ 펌프의 자동 기동 및 정지 기능

㉡ 압력 변동에 대한 완충 작용

㉢ 압력 변동에 따른 설비의 보호

⑤ 압력챔버

㉠ 후트 밸브의 고장 또는 누수 등에 의한 펌프의 공회전 방지를

위해 설치

㉡ 펌프가 수원의 수위보다 높은 경우 설치

㉢ 물올림 장치의 기준

- 탱크의 유효 수량은 100〔ℓ〕 이상일 것

- 구경 15〔㎜〕 이상의 급수배관에 의해 탱크로 물이 계속 공급

되도록 할 것

- 물올림 장치는 전용의 탱크를 설치할 것

⑥ 물올림장치(Priming Water)

※ 펌프의 흡입측 고려사항 → 공동현상 방지가 주목적

① 여과기능 고려

② 공기고임방지 고려

③ 응력완화 고려 등

※ 펌프의 토출측 고려사항 → 규정방사압과 규정방사량 충족(만족)

① 체절압 고려

② 기동방식 고려

③ 역류방지 고려

④ 성능 Test 고려

펌프흡입측 배관의 고려사항

개 요

펌프 흡입측에서 고려하여야 할 것으로는

- 흡입관에서의 선회류와 공기고임 현상

- 수조에서 선회류에 의한 펌프 성능의 변화와

흡입관으로 공기가 흡입되어

소음, 진동발생 두 가지로 대별됨

흡입측 배관

흡입수조

1) Vortex Plate를 설치(NFPA)

① 흡입시 선회류에 의한 기포형성을 방지할 수 있도록 설치

② 설치방법

- 흡입배관 말단에 엘보 설치

- 사각 Vortex Plate를 연결

- 크기 : 최소 흡입 배관구경의 2배 이상

- 위치 : 최소 6in이상 또는 흡입관 직경의 1/2 D이상 바닥에서 이격

③ 별도의 스트레이나 설치를 하지 않음이 특징임

④ 수직펌프의 경우 임펠러를 수조 한가운데 놓지 말고 가능한한 벽쪽에

가깝게 설치

⑤ Vortex Plate 설치를 할 경우 일반펌프와 차이가 나는 점

2 Entrance elbow and square steel vortex plate

with dimensions at least twice the diameter of the

suction pipe. Distance above the bottom of tank is

one-half the diameter of the suction pipe with minimum of 6 in. (152 mm).

Aboveground suction tank

Hose valve manifold with hose valves

Relief valve (if required)

(2) 와류방지턱 설치(효성에바라)

① 도수로는 흡수조를 향해서 빠른유속, 심한 유속변화가 없게 최대

0.9 - 1.2 M/Sec이하

② 와류방지턱과 흡입관과의 거리는 작게(넓을수록 소용돌이가 발생)

③ 흡입관 끝에는 벨마우스를 달고 충분한 이격

온도상승방지장치

펌프온도상승 방지장치

NFC의 소화펌프 설치기준에 따르면 소화펌프는 한번 기동되면 수

동으로 정지시킬 때까지 계속 작동되어야만하며 부득이 자동정지

장치에 의해 정지될 때에는 체절압력 에서 최소한 10분 동안 운전

된 후에 정지되어야 한다. 소화펌프가 체절상태에서 계속 운전되면

마찰열에 과열하여 펌프에 손상을 미치게 한다.

따라서 체절상태에서는 물의 일부를 펌프 밖으로 배출하여 펌프를

보호하여야 한다. 이 설비가 펌프온도상승 방지장치이며 한국과 미

국에서는 순환 릴리프밸브를 사용, 일본에서는 순환배관을 사용한

다.

순환 릴리프밸브

순환배관

펌프 체절운전 시 펌프의 온도상승을 방지하기 위하여 펌프가 가동되면 펌프 토출량 의 3～4%(최대 40ℓpm)가 오리피스를 통하여 배출되도록 한 것이 순환배관이다. 아래의 공식은 일본의 순환배관 설치기준이다.

NPSH (Net Positive Suction Head)

양정(Head)

⑴ 개념

: 양정은 수두라고도 하며, 펌프가 흡입 또는 토출하는 압력을 상승

시킬 수 있는 물의 높이로 표시한 것이다.

⑵ 전양정(Total Head)

: 펌프의 작동에 의해 물이 흐를 때 유체에 주어지는 에너지로서,

토출되는 유체의 에너지에 흡입되는 유체 에너지를 감안한 것이다.

원심펌프의 송수가능 조건

① 여기서, 모든 저항력의 합은

∙ f : 흡입측 마찰손실압력 ∙ V : 흡입 배관내에서의 포화증기압

∙ h : 흡입관 높이에 의한 낙차압력

∙ P : 펌프 구동에 의해 발생되는 펌프 내부의 진공도

② 물의 송수조건을 식으로 표현하면 → Pa - (Ph + Pf + PV ) ≥ NP

③ 이 식을 수두로 표현하면,

-

NPSH(Net Positive Suction Head)

⑴ 개념

① 펌프 흡입측 배관에서 공동현상을 일으키지 않고 흡입 가능한 압력을 수두로

표시한 값을 말한다.

② 펌프가 설치되는 환경조건에 따라 정해지는 압력(NPSHav) 및 펌프차체의

내부조건에서 정해지는 압력(NPSHre)의 2가지를 고려해야 한다.

⑵ 유효흡입양정(NPSHav)

① 펌프의 설치조건에 따라 결정되는 펌프에 가해지는 흡입양정을 말한다.

펌프의 특성과는 무관하다.

② 유효흡입양정 계산식

③ 여기에서의 압력은 베르누이 방정식과 달리, 모두 절대압을 대입해야 한다.

(NPSH는 진공으로부터의 주변배관의 설계에 따라 그 값이 달라진다)

④ 영향인자

㉠ 흡수면의 대기압(Pa)

㉡ 흡수면과 펌프 위치와의 관계(Hh)

㉢ 배관의 재질, 관경, 길이(Hf)

㉣ 액체의 온도, 액질(Hv)

필요흡입양정(NPSHre)

① 펌프 회전에 의해 만들 수 있는 펌프 내부의 진공도를 말하며, 펌프의 고유

특성으로 사전에 결정된다.

② 펌프 흡입측 배관의 설치위치, 환경조건과 는 무관하다.

③ 필요흡입양정 계산식

④ 영향인자

㉠ 배관오염 등으로 압력손실 증가(H)

㉡ 회전수의 변화(N)

㉢ 설계온도보다 수온상승시 증발(T)

펌프 설계시 고려할 사항

① H-Q 곡선에서 토출량이 증가하면, NPSHav는 감소되고 (Hf가 증가되기 때문),

NPSHre는 증가된다.

② 그림에서와 같이 펌프를 사용할 수 있는 범위는 NPSHav ≥ NPSHre 인 빗금친

영역이다.

③ NPSHav ≤ NPSHre 인 경우에는 펌프 내부로 물이 흡입되지 못해 공동현상이

발생하게 되므로, 사용이 불가능해진다.

④ 실제 설계의 경우에는 30〔%〕 정도의 여유를 두어 NPSHav ≥ 1.3 × NPSHre 이

되도록 한다.

㉠ 경년에 따른 배관 노후화로 인한 마찰손실의 증대 고려

㉡ 배관의 노후화 등에 따른 누수의 고려

㉢ 경년에 따른 펌프의 성능저하 고려

펌프의 흡입조건 개선을 위한 대책

① NPSHav의 증대

㉠ Pa의 증가 : 압력수조를 사용하여 대기압보다 높은 압력을 수면에 가한다.

㉡ Hh 의 감소

- 수직터빈식 펌프 : 임펠러가 수중에 있어서 Hh = 0이 되게 한다.

- 수조를 펌프보다 높게 한다 : Hh가 (-)가 된다.

- 흡입배관의 낙차를 가급적 작게 배관 설계한다.

㉢ Hf 의 감소

- 흡입측 배관길이를 가급적 짧게 설계한다.

- 굴곡부나 불필요한 배관부속을 설치하지 않는다.

- 흡입측에는 버터플라이 밸브를 설치하지 않는다.

- 배관경을 크게 한다.

㉣ Hv 의 감소 : 임펠러의 회전속도를 줄인다.

② HPSHre의 감소

㉠ 펌프의 선정시, NPSHre가 충분히 작은 모델을 선정한다.

㉡ 양흡입 펌프로 설계한다.

공동현상(Cavitation)

개요

⑴ 정의

: 펌프 흡입측 배관내의 압력이 국부적으로 포화증기압 이하로 내려

가 물이 증발하여 기포가 생기는 현상을 말한다.

⑵ 수중에서 기체가 발생하는 이유

① 물은 대기압에서는 100〔℃〕에서 기화되지만, 대기압보다 낮은

압력에서는 100〔℃〕 보다 낮은 온도에서도 기화된다.

② 원심식 펌프 흡입측 부분은 물의 흡입을 위해 대기압보다 낮은

압력이 형성된다.

③ 즉, 흡입측의 좁은 유로로의 고속유입(속도수두 증대)이나 배관 내

의 요철(마찰증대) 등으로 인해 압력이 저하되어 주위 온도의 포화

증기압 이하로 낮아져 물이 증발된다.

⑶ 영향

① 살수밀도 저하 ② 소음, 진동의 발생

③ 양정곡선과 효율곡선의 저하 ④ 임펠러(깃)의 침식(erosion)

⑤ 관정현상(Crown Corrosion) ⑥ 펌프의 성능 저하(심할 경우 양수불능 발생)

Cavitation의 발생한계

⑴ NPSH에 의하여 발생여부를 구분한다.

① NPSHav > NPSHre : 발생 안함

② NPSHav = NPSHre : 발생한계

③ NPSHav < NPSHre : 발생

④ 즉, NPSHav의 감소 또는 큰 NPSHre가 Cavitation의

주 원인이 된다

토마의 캐비테이션계수

-

흡입비속도

Cavitation의 주요원인

⑴ NPSHav 의 저하

① 큰 낙차수두(Hh) : 수조와 펌프의 사이의 높이차가 클 경우에 발생

② 큰 마찰손실(Hf)

㉠ 흡입배관의 길이가 긴 경우 ㉡ 굴곡부나 불필요한 배관부속 등이 많은 경우

㉢ 흡입측 개폐밸브로 버터플라이 밸브를 설치한 경우

㉣ 흡입배관경이 작은 경우

③ 큰 포화증기압 손실(Hv)

㉠ 임펠러의 회전속도가 큰 경우 ㉡ 유체의 온도가 고온인 경우

⑵ 큰 NPSHre

: 펌프의 선정시, NPSH의 고려가 되지 않아 NPSHav보다 큰 NPSHre를 가진 펌프

를 설치한 경우

Cavitation의 방지대책

⑴ NPSHav를 크게 한다.

① Pa의 증가 : 압력수조를 사용하여 대기압보다 높은 압력을 수면에 가한다.

② Hh의 감소

㉠ 수직터빈식 펌프 : 임펠러가 수중에 있어서 Hh = 0이 되게 한다

㉡ 수조를 펌프보다 높게 한다 : Hh가 (-)가 된다.

㉢ 흡입배관의 낙차를 가급적 작게 배관을 설계 한다.

③ Hf의 감소

㉠ 흡입측 배관길이를 가급적 짧게 설계한다.

㉡ 굴곡부나 불필요한 배관부속을 설치하지 않는다.

㉢ 흡입측에는 버터플라이 밸브를 설치하지 않는다.

㉣ 배관경을 크게 한다.

④ Hv의 감소 : 임펠러의 회전속도를 줄인다.

⑵ NPSHre를 작게 한다.

① 펌프의 선정시, NPSHre가 충분히 작은 모델을 선정한다.

② 양흡입 펌프로 설계한다.

⑶ 흡입배관 내에 물을 채움

① 후트밸브를 설치하여 흡입배관 내의 물이 수조 내부로

역류되는 것을 방지한다.

② 물올림 장치를 설치하여 후트밸브의 고장 등으로 흡입

배관 내에 물이 없어지는 것을 방지한다.

수격현상(Water Hammering)

정 의

① 배관내를 흐르는 유체의 유속이 급변하면 유체의 운동에너지가 압력

에너지로 전환되어 순간적으로 큰 압력변화가 발생한다.

② 이러한 압력상승의 결과로써 충격파가 발생하는 것을 수격현상이라

한다.

③ 영 향

㉠ 소음∘진동∘충격의 발생

㉡ 배관∘밸브의 진동→누수∘손상 발생→설비의 열화 및 기능저하

발생원인

① 펌프의 급정지 ② 밸브의 급격한 폐쇄

③ 수격은 유체의 정지시에 발생되는 것으로서, 펌프의 급격한 기동이나 밸브의

급격한 개방으로 발생되는 것은 아니다.

수격작용의 충격파

방지대책

-

⑴ 부압∘수주분리의 발생 방지

① 유속을 느리게 한다. (배관경을 크게 한다.)

② 펌프에 Flywheel를 설치한다.

③ Air Chamber를 설치한다.

④ Surge Tank를 설치한다.

⑤ 공기밸브를 설치한다.

⑥ 자동수압조절밸브를 설치한다.

⑵ 압력상승의 방지

① 릴리프밸브를 설치한다.

② 헤머리스체크밸브를 사용한다.

⑶ 수격압의 흡수 : 수격흡수장치(Water Hammer Cushion)를 설치한다.

⑷ NFPA 기준

① 모든 소방기기의 개폐조작은 최소 5초 이상 소요시키도록 규정하고

있다.

② 레버형 버터플라이 밸브는 급격한 폐쇄를 일으킬 우려가 높으므로,

기어식 버터플라이 밸브를 사용해야 한다.

맥동현상(Surging)

정 의

① 펌프의 운전중에 압력계의 눈금이 어떤 주기를 가지고 큰 진폭으로 흔들리

면서, 토출량도 일정 범위 내에서 주기적 변동이 생기는 현상을 말한다.

② 이는 관로의 저항을 이겨내며 압송되는 유체흐름에 자체진동이 발생하는

현상으로 자체진동의 발생조건은 저항특성 및 유체기계의 압송특성에 의하

여 정해진다.

발생조건

: 다음 조건을 모두 만족할 경우에 발생한다.

① 펌프의 H-Q곡선이 우상특성일 경우

(C-P구간)(산형곡선의 산형부에서 운전시)

② 배관 중에 수조나 공기탱크가 있을 때

③ 유량조절밸브가 탱크 뒤쪽에 있을 때

④ 배관도중에 공기고임 발생 부분

⑤ 토출량이 Q1 이하의 범위에서 운전할 경우

발생시 문제점

① 맥동현상은 한번 발생되면 인위적인 토출량 조절 이전에는 이 상태가 지속된다.

② 토출량이 계속 변하므로, 안정된 물 공급이 되지 못한다.

(규정 방수압, 유량공급불능)

③ 흡입 및 토출배관에 주기적인 진동과 소음을 발생시킨다.

④ 장시간 서어징 상태를 유지하게 되면, 설비가 파손될 수 있다.

방지대책

⑴ 펌 프

① 유량조절밸브의 위치를 펌프 토출측 직후로 한다.

② 배관중 공기고임 부분 제거

③ 배관중에 수조 또는 기체상태의 부분이 존재하지 않도록 한다.

-

④ H-Q곡선이 우하특성을 가진 펌프를 채용한다.

⑤ By-pass배관을 사용하여 운전점이 우하특성 범위내에 있도록 한다.

⑵ 송풍기

① 방풍

㉠ 토출측 밸브 개방→여분의 풍량을 대기로 방출→필요한 풍량만 송풍

하는 방법

㉡ 장점 : 풍량의 감소가 없다.

㉢ 단점 : 공기가 손실되어 비경제적이며 위험하다.

② By-pass

㉠ 여분의 풍량을 송풍기 흡입측으로 Feed-Back하여 순환하는 방법이다.

㉡ 항상 서어징범위 밖에서 안정된 운전을 할 수 있다.(가장 많이 사용)

③ 흡입조임

: 흡입댐퍼 또는 Vane을 조임→압력곡선이 우하특성이 되게 함→서어징

한계가 좁아진다.

비속도(Specific speed), 상사법칙

비속도(Specific speed)

개념

① 최적성능시험(호율이 최대인 지점)에서의 펌프의 토출량, 양정 및 회전수를

하나의 수치로 표현한 추상적인 개념을 말한다.

② 정격 유량과 양정이 동일한 펌프이더라도 펌프의 고유특성이 다를 수 있으며,

이러한 펌프의 고유특성을 구분하기 위해 도입된 개념이 비속도이다.

③ 펌프의 비속도는 물리적으로 실제 속도는 아니며, 기하학적으로 상사인 펌프

가 1〔m〕인 양정에 대해 1〔㎥/min〕의 유량을 운반하기 위한 회전수로 표시한다.

④ 비속도가 같은 펌프는 같은 고유 특성을 가진다. (기하학적으로 상사)

비속도(Specific speed)

비속도의 계산

비속도(Specific speed)

비속도의 특성

① 고양정, 저유량 펌프 : 비속도가 낮다.

② 저양정, 고유량의 펌프 ; 비속도가 높다.

③ 회전수가 높을수록 비속도가 크다.

④ 원심펌프의 비속도는 보통 100 ~ 500 정도이다

⑤ 성능곡선(H-Q곡선)과의 관계

㉠ 비속도가 크면, 성능곡선의 기울기가 매우 가파르다.

㉡ 비속도가 작은 경우, 성능곡선의 기울기가 비교적 완만하다.

상사법칙

개념

① 비속도가 같은 펌프는 크기가 다른 경우에도 기하학적으로 상사하다고

한다.

② 이러한 비속도가 같은 펌프는 양정, 회전수, 동력 등의 펌프 성능과

임펠러 직경사이에 일정한 관계식이 성립한다.

③ 이러한 비속도가 같은 펌프의 관계식을 펌프의 상사법칙이라 한다.

펌프의 상사법칙

상사법칙의 활용

① 1개의 펌프(D1=D2)의 회전수를 2배로 증가시키면, 유량은 2배,

양정은 4배, 동력은 8배가 증가된다.

② 펌프의 성능을 변경하고자 할 경우, 이를 위한 회전수 변경이나

임펠러 직경을 변화시키는 계산식이 된다.

소방펌프의 진동 및 소음

1. 소방펌프의 진동 및 소음

⑴ 유체역학적 원인 ⑵ 전기적 원인 ⑶ 기계적 원인

2. 진동 및 소음의 대책

소방펌프의 진동 및 소음

기동용수압개폐장치

소 개

기동용수압개폐장치

개념

① 기동용수압개폐장치란 소화설비의 배관 내 압력변동을 검지하여 자동적

으로 소방펌프를 기동 또는 정지시키는 것을 말한다.

② 과거에는 압력챔버만이 이에 해당되었으나 소방방재청고시 제2005-12

호(2005. 3. 17 개정고시)로 기동용수압개폐장치를 압력챔버와 기동용

압력스위치로 구분하였다.

③ 또한 기동용압력스위치로 전자식기동용압력스위치 등을 사용 할 수

있도록 소방방재청고시 제2009-31호(2009. 8. 24)을 개정하였다.

압력챔버

⑴ 압력챔버의 사용목적

① 펌프의 자동기동 및 정지

② 압력변동의 완충작용

③ 구성 : 압력탱크, 압력스위치, 안전변, 압력계, 배수구 등

⑵ 압력챔버의 문제점

① 헌팅현상 : 펌프의 신뢰도 저하

② 압력스위치 셋팅 : 셋팅값의 변화, 미세조정 불가, Diff값 제한,

셋팅값 제한 등

전자식기동용압력스위치

개 요

① 형식승인 및 검정기술기준의 기동용압력스위치의 정의는 수격 또는 순간압력변

동 등으로부터 안정적으로 압력을 검지할 수 있도록 부르동관 또는 압력검지신호

제어장치(전자식) 등을 사용하는 기동용수압개폐장치를 말한다.

② 현재 출시중인 부르동관식 기동용압력스위치와 전자식 기동용압력스위치 2종류

가 있으며, 전자식기동용압력스위치가 기능과 편리성이 부르동관식에 비하여 월

등히 뛰어나다.

전자식기동용압력스위치

구조

① 구조는 압력표시부, 접속나사부, 압력조정부, 신호제어부 및 시험밸브 등으로

구성되어 있다.

② 압력표시부는 5개의 LCD창으로 구성되어 있으며 배관내 현재 압력과 펌프의 각

정지압력과 기동압력을 표시한다.

③ 압력조정부는 상하 누름보턴식(▲, ▼)으로 펌프의 기동과 정지 압력값을 0.01

〔MPa〕단위로 매우 쉽게 셋팅 할 수 있는 구조이다.

④ 시험밸브는 볼형식으로 펌프를 수동으로 서서 간편하고 쉽게 시험할 수 있는

구조로 되어 있다.

전자식기동용압력스위치

특징

① 압력탱크를 사용하지 않아 점검 및 유지관리가 용이하다.

② 펌프의 헌팅현상이 없고 기동 및 정지값을 정확히 세팅할 수 있다.

③ 하나의 압력스위치로 2개의 펌프를 제어할 수 있다.

④ 설치공간을 최소화할 수 있다.

⑤ LED디지털로 표시되어 어두운 기계실 환경에 적합하다.

⑥ 설정된 압력에 대하여 응답시간이 빠르게 펌프를 작동시킨다.

⑦ 셋팅에 불편함이 없이 전자식은 마음대로 조정이 가능하다.

압력챔버방식과 전자식기동용압력스위치방식 비교

소방펌프의 압력 세팅법

소화펌프의 기동 및 정지 원칙

주펌프

① 기동 :

㉠ 펌프의 기동점에서 자동기동할 것

㉡ 동력제어반이나 수신반에서 수동기동이 가능할 것

② 정지 :

㉠ 자동정지는 금지

㉡ 수동정지 : 펌프의 동력제어반에서만 정지가능하며

수신반에서의 원격정지는 금지

소화펌프의 기동 및 정지 원칙

예비펌프

기동 :

㉠ 주펌프 기동후, 타이머에 의해 약 30초 정도 경과된 후에 압력이 상승하지

않으면 자동기동 될 것

㉡ 동력제어반이나 수신반에서 수동기동이 가능할 것

충압펌프(보조펌프)

① 배관내의 압력 변동에 의해 자동기동 및 정지될 것

② 주펌프나 예비펌프가 기동되면 자동으로 정지될 것

③ 수신기 및 동력제어반에서 수동기동 기능을 설정할 것

주펌프 수동정지의 장∘단점

⑴ 장점

① 화재시 펌프의 가동중단이 없으므로 지속적으로 소화수를 공급할 수 있다.

② 화재시 안정적인 방사량과 방사압을 확보할 수 있다.

③ 펌프를 자동기동만 결정하면 되므로 대형건물이나 복잡한 시스템일 경우에도

펌프운전이 단순해진다.

⑵ 단점

① 펌프 오동작시 관계인이 없는 소규모 건물의 경우는 대처하기가 곤란하다.

② 펌프가 장시간 운전하게 될 경우 배관의 취약한 부분에서 누수가 발생하거나

모터의 고장을 초래할 수 있다.

③ 펌프 작동 후에는 반드시 관계인이 펌프를 수동으로 정지시켜야 한다.

NFPA기준에 의한 압력세팅

⑴ 충압펌프(보조펌프)

① 정지점 : 체절압력 + 공공용수의 최소 정수압력

② 기동점 : 충압펌프 정지점 - 10〔psi〕 이상

⑵ 주펌프

① 기동점 : 충압펌프 기동점 - 5〔psi〕 이상

② 정지점 : 수동정지 또는 충압펌프의 정지점

⑶ 예비펌프

① 기동점 : 주펌프 기동점 - 10〔psi〕 이상

② 정지점 : 주펌프 정지점과 동일

국내기준에 의한 압력세팅

⑴ 주펌프

① 정지점

㉠ 정지점은 P2 ~ P3 사이에서 정한다(2006년 12월 수동정지 개정)

㉡ 정지점을 펌프의 전양정으로 설정하면, 정격운전이 아닌 상태에서는 펌프의

기동, 정지가 반복되고 펌프의 고장을 유발할 수 있다.

㉢ 수동정지를 원칙으로 체절압보다 높게 설정한다.

국내에는 명시된 기준은 없으나 일반적으로 다음과 같이 압력을 세팅한다.

② 기동점

㉠ 자연압 + K (옥내소화전 : K=2, 스프링클러 : K=1.5)

㉡ 옥내소화전 방수압은 1.7〔kgf/㎠〕이고, 스프링클러 헤드의 방수압은

1〔kgf/㎠〕인데, 여기에 펌프의 기동에서 압력도달까지의 시간 지연을

감안하여 여유를 둔 것이다.

① 기동점

㉠ 주펌프 기동점 + 0.5~1.0〔kgf/㎠〕

㉡ 평상시에 주펌프가 기동하지 않도록 하기 위하여, 압력이 저하되면

보조 펌프가 먼저 기동되도록 한다.

② 정지점

㉠ 보조펌프 기동점 + 1~2〔kgf/㎠〕

㉡ 보조펌프의 정지점이 너무 낮으면, 충압범위가 너무 좁아서 펌프가

자주 기동, 정지 된다.

⑵ 충압펌프(보조펌프)

⑶ 압력세팅 방법

① 압력 챔버에 부착된 압력스위치의 Range, Diff 점의 설정으로 압력을

세팅한다.

② Range : 펌프의 정지압력

Diff : 펌프의 정지압력 –기동압력

소유량의 펌프 기동 정지

자동정지의 문제점

소화펌프의 성능시험

소화펌프의 유량성능시험(Flow Test)

소화펌프의 유량계

⑶ 차압식 유량계의 장점

① 구조가 간단하다.

② 별도 교정없이 비교적 정확한 측정이 가능하다.

③ 대구경 관로에 적합하다.

④ 거의 모든 유체에 적용이 가능하다.

⑷ 차압식 유량계의 단점

① 유량의 측정범위가 제한적이다.

② 일정길이 이상의 직관부가 필요하다.

③ 배관의 마모나 부식에 대한 영향을 많이 받는다.

⑶ 장∘단점

① 유량 측정범위가 넓다.

② 맥동류에서도 오차가 적다.

③ 설치시 차압식 유량계에 비해 긴 직관부가 필요하지 않다.

④ 압력손실이 크다

⑤ 여러 종류의 유체에 대한 측정은 불가능하다

⑥ 대유량, 대구경에는 고비용으로 인해 부적합하다.

4. 터빈식 유량계

⑴ 원리

① 유량이 많아서 유속이 빨라질수록 터빈의 회전속도는 빨라진다.

② 터빈 내부에는 자석이 있어서 이 자석의 N극과 S극이 교대로 코일 밑을

지날 때 마다 코일의 A, B단자 사이에 그림과 같은 펄스 형태의 기전력

을 유기한다.

③ 이 때 일정시간(분 또는 초)동안에 발생되는 펄스의 수는 터빈의 회전속

도에 비례하고 터빈의 회전속도는 유량에 비례하므로 단위 시간동안에

발생되는 펄스의 수를 카운트해서 유량을 측정한다.

㉠ 발생되는 펄스를 카운터로 계수한다.

㉡ 주파수계로 측정하여 일정 시간동안에 발생하는 펄스의 수를 계측한

다.

㉢ 펄스의 수에 비례하는 직류(DC)출력으로 변환시켜 전압계로 전압을

측정하여 유량을 직접 읽을 수 있도록 한다.