펌프 상사법칙, 송풍기 상사법칙 (Affinity laws)

이번글은 기술사 공부를 하면서 꼭 한번은 써보고 싶었던 글입니다.

시중에는 수많은 훌륭한 소방기술사 교재는 많이 있습니다.

그런데 대부분의 교재에서 회전기기의 상사법칙을 설명합에 있어

순전히!! 저의 기준으로 판단하였을 때 왠지 잘못된 방식으로 다들 접근하는 듯 하여

혹시나 저처럼 의문이 생기시는 분들께 도움이 되고자 제가 정리한 방식 공유드립니다.

 

기술사 공부할때 오랜만에 대학교때 열심히 봤던 유체역학책을 보면 정리한 사항입니다.

약간의 유체 역학 지식이 있으시면 이해하기 쉬우실 내용입니다.

모르시더라도 크게 어렵지는 않습니다.

본 블로그의 목적은 기술사 시험이 목적이므로 언제나 그렇듯 기술사 답안작성이 쉽도록 정리하였습니다.

 

● 상사란 무엇인가

상사란 두개의 기기의 환경을 동일하게 맞추어 주는 것입니다.

(예. 비행기 공기흐름, 거대 수문의 유동특성은 실험이 어려우니, 모형을 만들어 상사가 되게 하여 실험)

그럼 어떻게 상사가 되도록 할 것인지 기준이 필요합니다.

그래서 나온 것이 차원해석을 통해 무차원수를 결정하여 해당 무차원수가 동일할 때 상사가 되는 것입니다.

(어려운 말이죠. 깊게 들어가면 역시나 더 어려우니 파란색 글자의 문구를 통으로 암기 추천)

두개의 기기가 위와 같이 상사를 이룰때 하나의 기기로 동일한 상사인 다른 설비의 성능을 예측이 가능합니다.

즉 펌프의 경우 하나의 펌프 자료로 상사인 다른 펌프의 유량/양정/동력을 예상.

(개인적인 의견)

흠 여기서 솔직히 얘기드리면 시험문제를 내기위한 이론이지 실제는 거의 사용되지 않습니다.

예를 들어 현장에서 운전점 변경에 따라 임펠러 구경을 변경 후 성능예측을 한다고 치면

단순한 임펠러 지름 변경으로 임펠러는 상사가 성립되지 않아 상사법칙 적용이 불가능하며,

상사가 되게 하려면 입펠러 형상이 변경되어야 하므로 굳이 상사법칙으로 예상하지 않고

그 운전점에 맞도록 임펠러 제작의뢰를 하는 것이 실무적으로 훨씬 명쾌한 방법입니다.

 

● 펌프관련 무차원수

펌프가 상사를 이루이기 위하여 차원해석을 통해 Pump유체의 속도 삼각형을 동일하게 하는 조건으로

얻어진 무차원수는 아래와 같습니다.

1) 유량 계수(CQ : Capacity Coefficient)

2) 양정 계수(CH Head Coefficient)

3) 동력 계수(CP : Power Coefficient)

수식은 티스토리에 작성이 안되는 듯하여 부득이하게 캡쳐로 올립니다.

공부를 조금 하신 분들은 보면 아시겠지만 단위를 생각해서 맞추어 보시면

무차원수이기 당연히 분모와 분자의 단위가 같아야 하므로 

쉽게 유도되는 무차원 수 이므로 크게 어렵지 않게 암기 하실수 있습니다.

여기서 중요한점! 해당 무차원수로 펌프의 비속도도 유도가 됩니다.

 

 

● 펌프의 상사법칙

무차원수를 알았으니 이제 상사됨을 기준으로 즉 무차원수가 같다는 기준으로 

상사가되는 기기간은 아래의 유량 / 양정 / 동력 관계가 계산됩니다.

1) 유량 : 유량계수가 동일한 경우의 유량의 비로 계산 (즉, 상사인 경우 Q1로 Q2 계산 가능)

2) 양정 : 양정계수가 동일한 경우의 양정의 비 (즉, 상사인 경우 H1로 H2 계산 가능)

3) 동력 : 동력계수가 동일한 경우의 동력의 비 (즉, 상사인 경우 BHP1로 BHP2 계산 가능)

위의 내용은 펌프를 기준으로 서술하였으나 

송풍기(팬) 역시 동일한 회전기기로 동일하게 상사법칙이 적용됩니다.

마지막으로 위의 내용을 기술사 답안지 형식으로 정리한 파일 첨부합니다.

 

펌프 상사법칙.pdf

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