자가 프라이밍 펌프는 어떻게 작동하며 어떤 유형을 선택해야 합니까?

자가 프라이밍 펌프는 실제로 어떻게 작동합니까?

A 자흡식 펌프 수동 충진이나 외부 진공 지원 없이 정상적인 액체 흐름을 설정하기 전에 자체 흡입 라인과 케이싱에서 공기를 배출하도록 설계되었습니다. 기존 원심 펌프에서는 흡입 라인의 공기로 인해 액체가 이동하지 않고 임펠러가 회전하게 되는데, 이는 유용한 압력을 생성하지 않고 과열로 인해 펌프가 손상될 수 있는 에어 바인딩이라는 조건입니다. 자체 프라이밍 펌프는 전체 액체 기둥이 흡입 라인을 채우고 정상적인 펌핑이 시작될 때까지 프라이밍 시퀀스 동안 들어오는 공기와 혼합하고 배출하는 데 사용되는 작동 사이클 사이에 케이싱에 액체 저장소를 유지함으로써 이 문제를 해결합니다.

프라이밍 주기는 특정 물리적 순서를 통해 작동합니다. 펌프가 시작되면 케이싱에 남아 있는 액체가 회전하는 임펠러에 의해 바깥쪽으로 배출되어 임펠러 아이에 저압 영역이 생성됩니다. 이렇게 하면 흡입 라인에서 공기가 흡입됩니다. 공기는 순환 액체와 혼합되어 공기-액체 혼합물을 형성하고 배출구를 통해 배출됩니다. 공기가 흡입 라인에서 점진적으로 배출됨에 따라 대기압이 액체를 소스에서 위로 밀어 올려 부분 진공을 채웁니다. 액체가 임펠러에 도달하고 나머지 공기를 대체하면 펌프는 정상적인 유압 작동으로 전환됩니다. 전체 프라이밍 주기는 일반적으로 흡입 리프트 높이, 파이프 직경 및 펌프 설계에 따라 30초에서 몇 분 정도 소요됩니다.

자흡을 가능하게 하는 주요 구성 요소

이러한 펌프의 자체 프라이밍 기능은 표준 원심 펌프와 구별되는 특정 설계 기능에 따라 달라집니다. 가장 중요한 것은 액체 보유 챔버입니다. 이는 정지 후 다음 프라이밍 주기를 시작하기 위해 충분한 액체를 보유할 수 있을 만큼 큰 볼류트 또는 케이싱 부피입니다. 사이클 사이에 케이싱이 배수되면 펌프는 자체 프라이밍 기능을 상실하므로 다음 시작 전에 수동으로 프라이밍해야 합니다.

흡입구에 있는 체크 밸브는 정지 중에 액체가 공급원으로 다시 배출되는 것을 방지하여 케이싱의 액체 예비량을 유지합니다. 일부 설계에서는 프라이밍 중에 배출 액체를 임펠러 입구로 다시 보내는 내부 재순환 포트를 사용하여 공기-액체 혼합 효율을 향상시키고 프라이밍 시간을 줄입니다. 임펠러 자체는 일반적으로 표준 폐쇄형 임펠러보다 통로가 더 넓은 개방형 또는 반개방형 설계로 유압 효율성을 잃지 않고 공기-액체 혼합물을 수용합니다. 토출 체크 밸브는 정지 중에 역류를 방지하고 시스템이 다시 시작될 때 배압 서지로부터 펌프를 보호합니다.

자흡식 펌프의 종류와 작동원리

자체 프라이밍 펌프는 단일 기술이 아니라 다양한 응용 분야, 유체 유형 및 성능 요구 사항에 적합한 몇 가지 고유한 작동 원리를 포함하는 범주입니다. 특정 설치에 적합한 펌프를 선택하려면 유형 간의 차이점을 이해하는 것이 필수적입니다.

자흡식 원심 펌프

가장 널리 사용되는 유형의 자흡식 원심 펌프는 위에서 설명한 액체 보유 및 공기-액체 혼합 원리에 따라 작동합니다. 이 제품은 부분 마력 가정용 장치부터 1,000m³/h 이상의 유량을 처리하는 대형 산업용 모델까지 다양한 크기로 생산됩니다. 건축 자재는 주철 및 스테인레스 스틸에서 화학용 폴리프로필렌 및 ​​PVDF에 이르기까지 다양합니다. 이 펌프는 깨끗한 액체, 약간 오염된 물, 가벼운 슬러리 및 다양한 화학 용액에 적합합니다. 이들의 한계는 표준 임펠러 설계가 특수한 임펠러 기하학적 구조를 필요로 하는 점성이 높은 유체와 고체가 많이 함유된 슬러리를 처리하는 데 어려움을 겪는다는 것입니다.

자흡식 쓰레기 펌프

쓰레기 펌프는 걸레, 돌, 막대기, 건설 폐기물 등 고형 잔해물이 포함된 액체를 막히지 않고 처리하도록 특별히 설계된 자체 프라이밍 원심 펌프의 하위 유형입니다. 임펠러 베인과 볼류트 케이싱 사이에 여유 공간이 넉넉한 대형 통로 반개방형 임펠러를 사용합니다. 쓰레기 펌프는 펌핑된 액체에 상당한 부유 고형물이 포함되어 있는 건설 현장 탈수, 도시 홍수 대응 및 농업 배수에 필수적입니다. 유속은 일반적으로 높지만 개방형 임펠러 설계와 더 큰 내부 간격으로 인해 정수 원심 펌프보다 효율성이 낮습니다.

자흡식 로터리 펌프

기어 펌프, 로브 펌프, 베인 펌프 등 회전식 용적식 펌프는 작동 원리가 흡입을 생성하는 액체 속도에 의존하지 않기 때문에 본질적으로 자흡식 펌프입니다. 회전 요소는 액체인지 기체인지에 관계없이 유체를 기계적으로 대체하는 팽창 및 수축 공동을 생성합니다. 이로 인해 회전식 자흡식 펌프는 원심 펌프가 적절한 흡입력을 발휘할 수 없는 오일, 접착제, 폴리머 및 식품과 같은 점성 유체에 대한 올바른 선택이 됩니다. 또한 원심분리형 설계보다 동반 가스를 더 잘 처리합니다.

자흡식 연동 펌프

연동 펌프는 롤러와 원형 하우징 사이에 유연한 호스나 튜브를 점진적으로 압착하여 유체를 이동시킵니다. 유체가 호스 내에 완전히 포함되어 있고 펌프 메커니즘과 접촉하지 않기 때문에 연동 펌프는 본질적으로 자체 프라이밍이 가능하며 다른 펌프 유형이 급격한 마모 또는 재료 호환성 문제에 직면할 수 있는 연마성 슬러리, 전단에 민감한 생물학적 유체 및 부식성이 높은 화학 물질에 적합합니다. 이는 화학 물질 투여, 광업 및 제약 응용 분야에 널리 사용됩니다. 원심형보다 유속이 낮으며 호스 교체는 정기적인 유지 관리 요구 사항입니다.

자흡식 대 표준 원심 펌프: 각각을 선택하는 경우

자흡식 펌프와 표준 원심 펌프 사이의 결정은 설치 구조와 작동 요구 사항에 따라 결정됩니다. 표준 원심 펌프는 액체 공급원(만액 흡입) 아래에 설치해야 하거나 시작할 때마다 수동으로 또는 별도의 진공 시스템을 사용하여 프라이밍해야 합니다. 이러한 제약은 젖은 우물에서 끌어오는 펌프 스테이션과 같이 안정적인 만수식 흡입 기능을 갖춘 고정 설치에서 허용됩니다. 이는 펌프를 액체 표면 위에 설치해야 하는 경우, 사이클 사이에 흡입 라인이 배수될 수 있는 경우 또는 무인 자동 재시작 기능이 필요한 경우 심각한 작동 문제가 됩니다.

중요한 선택 매개변수 설명

자체 프라이밍 펌프를 선택하려면 프라이밍 주기, 최대 유량으로의 전환, 연속 작동이라는 세 가지 작동 단계에 걸쳐 펌프의 성능 특성을 시스템의 유압 요구 사항에 맞춰야 합니다. 각 단계는 펌프에 대한 요구 사항이 다르며, 정상 상태 흐름용으로만 크기가 조정된 펌프는 실제 설치의 프라이밍 조건에 적합하지 않을 수 있습니다.

최대 흡입 리프트

흡입 양정은 펌프 중심선과 소스 탱크 또는 섬프의 액체 표면 사이의 수직 거리입니다. 대기압은 모든 펌프의 이론적 최대 흡입 양정을 해수면에서 약 10.3미터로 제한하지만 증기압, 파이프 마찰 손실 및 펌프 공기 배출 메커니즘의 효율성으로 인해 실제 제한은 상당히 낮습니다. 대부분의 자체 프라이밍 원심 펌프는 깨끗한 물, 새 흡입 호스, 누출 없음, 해수면에서 작동하는 이상적인 조건에서 정격 최대 프라이밍 리프트가 5~8미터입니다. 실제 설치에서는 3~6미터의 감소된 리프트 값이 보다 현실적인 계획 수치입니다. 파이프 노후화, 고도 영향 및 증기압을 증가시키는 더 높은 유체 온도에 대한 여유를 제공하려면 정격 프라이밍 리프트가 설치 요구 사항을 20% 이상 초과하는 펌프를 지정하십시오.

유량 및 총 동적 수두

유량(Q)과 총 동적 수두(TDH)는 성능 곡선에서 펌프의 작동 지점을 정의합니다. TDH는 정적 수두(공급원과 배출구 사이의 높이 차이), 배관 시스템의 마찰 손실 및 배출 지점의 압력 차이를 합한 것입니다. 펌프는 작동점(펌프 곡선과 시스템 곡선의 교차점)이 펌프의 기본 작동 범위(일반적으로 BEP(최고 효율점) 흐름의 80%~110% 사이) 내에 들어가도록 선택해야 합니다. BEP보다 훨씬 왼쪽으로 작동하면 재순환과 진동이 발생합니다. BEP보다 훨씬 오른쪽으로 작동하면 캐비테이션, 과도한 샤프트 부하 및 조기 베어링 고장이 발생합니다.

유체 특성

유체의 비중, 점도, 온도 및 고형분 함량은 모두 펌프 선택에 영향을 미칩니다. 약 50cSt를 초과하는 점도는 원심 펌프의 유효 수두와 유량을 감소시키며 대신 용적형 자가 프라이밍 유형이 필요할 수 있습니다. 유체 온도가 상승하면 증기압이 증가하여 사용 가능한 NPSH가 감소하고 프라이밍이 더 어려워집니다. 뜨거운 액체를 취급할 때 NPSH 요구 사항이 낮은 펌프를 지정하십시오. 슬러리 및 고형물 함유 유체의 경우 최대 고형물 크기와 농도를 중량%로 지정합니다. 그런 다음 펌프 제조업체는 적절한 임펠러 유형과 케이싱 재료를 추천할 수 있습니다.

안정적인 자흡을 위한 실제 설치 요구 사항

올바르게 지정된 자체 프라이밍 펌프라도 설치가 기본 요구 사항을 충족하지 않으면 안정적으로 프라이밍되지 않습니다. 흡입 라인은 밀폐되어 있어야 합니다. 펌프와 액체 공급원 사이에 공기가 누출되면 펌프가 배출할 수 있는 것보다 대기 공기가 더 빠르게 유입되어 프라이밍 메커니즘이 무력화됩니다. 모든 흡입 파이프 조인트, 밸브 패킹 및 플랜지 개스킷은 상태가 양호하고 누출이 없어야 합니다. 이는 노후화 및 UV 노출로 인해 커플링 씰의 품질이 저하되는 고무 호스 조립품의 경우 특히 중요합니다.

흡입 라인은 최대한 짧고 직선이어야 하며, 마찰 손실을 최소화하기 위해 흡입 속도를 1.5m/s 미만으로 유지할 수 있는 파이프 직경 크기를 가져야 합니다. 가능한 경우 흡입 라인에 게이트 밸브, 날카로운 굴곡 또는 리듀서를 배치하지 마십시오. 각 피팅은 프라이밍 중에 펌프가 극복해야 하는 효과적인 흡입 양정을 증가시키는 저항을 추가합니다. 흡입 파이프 하단에 있는 풋 밸브는 액체가 소스로 다시 배출되는 것을 방지하고 펌프가 프라이밍을 유지하는 데 필요한 액체 기둥을 유지합니다. 흡입구에 풋 밸브나 체크 밸브가 없으면 펌프는 다시 시작할 때마다 전체 흡입 라인을 다시 비워야 하므로 프라이밍 시간이 길어지고 공기 처리 구성품의 마모가 증가합니다.

일반적인 작동 문제 및 이를 방지하는 방법

자가 프라이밍 펌프 고장의 가장 빈번한 원인을 이해하면 운영자와 유지 관리 팀이 문제가 발생한 후 진단하는 대신 문제가 발생하기 전에 예방하는 데 도움이 됩니다.

• 프라이밍 실패 또는 프라이밍 시간 연장: 대부분 흡입 라인의 공기 누출, 흡입 컬럼의 배수를 허용하는 마모 또는 누락된 풋 밸브 또는 펌프의 정격 용량을 초과하는 흡입 리프트로 인해 발생합니다. 펌프가 작동하는 동안 모든 흡입 피팅과 조인트를 비눗물로 점검하고 풋 밸브에 마모나 잔해가 완전히 닫히지 않는지 점검하십시오.
• 작동 중 프라임 손실: 흡입 누출을 통한 공기 흡입, 불충분한 NPSH로 인한 캐비테이션 또는 흡입 입구 아래로 액체 소스 레벨이 떨어지면서 발생합니다. 소스가 건조해지기 전에 펌프를 멈추도록 액체 레벨 스위치를 설치하고 흡입 파이프의 무결성을 다시 검사하십시오.
• 펌프가 건조 상태로 작동 중: 액체 없이 작동하면 몇 분 안에 기계적 씰과 임펠러 마모 링이 파괴됩니다. 유량이 최소 임계값 아래로 떨어지면 펌프를 자동으로 차단하는 유량 스위치나 드라이런 보호 계전기를 설치하십시오.
• 시간이 지남에 따라 유량 감소: 펌프 출력의 점진적인 감소는 일반적으로 임펠러 또는 케이싱 마모 링의 마모를 나타내며 내부 간극이 증가하고 재순환 손실이 증가할 수 있습니다. 초기 시운전 기준에 대해 정기적으로 토출 압력과 유량을 모니터링하여 심각한 성능 저하가 발생하기 전에 점진적인 성능 저하를 감지합니다.
• 기계적 밀봉 누출: 자체 프라이밍 펌프는 모든 프라이밍 주기 동안 잠시 동안 건조 상태로 작동하므로 지속적으로 만액되는 펌프보다 기계적 씰 표면에 더 많은 스트레스가 가해집니다. 간헐적인 공회전 등급의 기계적 씰을 사용하거나 별도의 액체 공급 장치를 사용하여 프라이밍 중에 씰 냉각을 유지하는 외부 플러시 연결이 있는 펌프를 지정하십시오.