원심펌프 결과보고서

소개글

원심펌프 결과보고서에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험목적
2. 실험장치에 대한 설명
3. 실험과정 및 실험 결과에대한 분석
4. 고찰 및 응용

본문내용

되기도 한다.
- 펌프 토출부에 공기조(Air Chamber)를 설치한다. 공기조는 물과 공기가 들어 있는 밀폐용기로 펌프 토출부측에 설치하여, 펌프 급정지 시 토출라인 내의 물의 압력이 떨어지면 공기조 내에 축적된 압력에너지를 방출하고, 반대의 경우는 물을 받아들여 압력에너지를 흡수하는 원리로 압력의 급상승, 급강하를 방지하는 방법이다.
- 관로 도중에 서지 탱크를 설치하여 관내 압력이 강하하는 즉시 물을 보급하여 압력 저하를 방지함과 동시에 압력 상승도 흡수하게 된다. 이 경우 탱크 아래쪽에는 수충격이 발생하지 않으므로 펌프와 탱크 사이만 고려하면 된다. 단, 정상상태의 관내압이 높으면 탱크 높이가 높아져야 하기 때문에 설치 장소가 제한되고 건설비도 높아진다.
(4) 비속도
무차원 비속도는 유체기계의 형태에 따라 달라지는 특성을 표시하는 값이며 이 값에 따라 펌프의 형태를 결정할 수 있다.
이 실험은 원심 펌프를 이용한 실험이므로 반복 실험을 통해 얻은 자료를 이용하여 각각의 경우의 Q, H 값과 펌프의 제원에 나와있는 회전수 N을 이용하여 무차원 비속도()를 구해보면 원심펌프에 해당하는 무차원 비속도 값인 0.5 rad이하의 값이 나올 것이라 예상해 볼 수 있다.
5. 성능향상 및 실 험 개 선 사 항
1) 펌프 개선 사항
이번 실험을 통해 펌프의 한계를 한 가지를 알게 되었다. 토출량과 효율 곡선에서 펌프의 최대 효율은 일정 유량에서만 가능하다는 점이다. 즉, 펌프로 들어오는 유량이 변화할 경우 펌프의 효율이 낮아진다. 이런 현상을 막기 위해서는 유량에 따라 펌프의 회전속도가 변화하여 최대 효율을 가지는 유량을 변화시켜야 하나 이런 펌프는 찾아보기 힘들다고 한다.(예비보고서 고찰에서 확인하였음) 대부분의 펌프는 일정한 회전속도만 가진다. 그렇다면 펌프의 효율을 좋게 하기 위해서는 펌프의 유량을 설계 유량 근처로 일정하게 유지해야 한다. 이런 방법에 대해서 생각해보았다.
펌프 내부 구조 개선을 통한 방법을 생각했으나 전문지식 부족으로 발상이 적절한 것인지 판단할 수 없었다. 이런 어려움 때문에 펌프 구조에 대한 발상에서 펌프 설치에 대한 발상으로 전환하여보았다.
펌프의 유량을 일정하게 하기 위한 가장 확실한 방법은 펌프를 수면보다 낮게 설치하는 것이다. A의 경우 펌프에 들어가는 유량이 일정하지 않을 수 있다. 따라서 펌프의 효율은 항상 최대 효율이 아니다. 하지만 B의 경우 펌프에 들어가는 유량은 일정하다. 일정하게 배출되는 유량과 설치된 펌프의 설계 유량이 일치하면 펌프는 항상 최대 효율을 유지할 것으로 생각된다. B의 방법은 중간 저수지를 만들고, A보다 용량이 작은 펌프를 다수 설치하는 방법이다. B에서 고려할 것은 저수조에서 흘러나오는 유량을 펌프 설계 유량과 일치시켜야 한다는 점, 중간 저수조에서 발생하는 추가적인 손실을 고려해야 한다는 점, A와 동일한 유량을 올리기 위해 용량이 작은 펌프의 병렬 연결, 비용 등이다. 이 중에서 가장 중요한 요소는 A에서 불안정한 유량에 따른 손실비용과 비교하여 B의 설치비용이 적어야 한다는 점이다. 이런 요소가 만족된다면 B의 시스템이 더 경제적이라는 생각이 든다.
2)유 량 측 정 방 법
유량 측정 시 사람의 손이 많이 가서 측정값 오차를 발생시킨다.
유량 측정 방법을 자세히 살펴보자. 우선 질량 측정 상자의 유체 질량을 추 저울을 통해 측정한다. 그리고 상부의 통에서 흘러나오는 유량을 시작이라는 신호와 함께 유량 측정 상자를 앞으로 민다. 이 때 흘러나오는 유량은 전부 질량 측정 상자로 빠져나간다. 그리고 일정 시간이 지난 후 끝이라는 신호와 함께 유량 측정 상자를 빼낸다. 마지막으로 질량 측정 상자의 질량을 다시 측정한다.
이런 작업 과정에서 시간 측정과 유량 측정이 일치하지 않는다. 시간 측정 실험자는 시작과 동시에 초시계를 누르지만, 유량 측정 실험자는 시작이라는 소리를 듣고 유량 측정 상자를 움직인다.
그리고 질량의 측정에서도 부정확한 부분이 존재한다. 실험에서 사용한 추 질량 측정 장치는 질량을 측정할 때 측정자가 추를 올려서 눈금을 맞춰서 측정하는 방식이다. 이런 방식을 이용하다보니 정확한 질량을 측정하기 어렵다.
마지막으로 질량으로 측정하다보니 유량이 질량으로 측정된다. 계산 과정에서 부피로 전환해야 한다. 이 때 필요한 것이 물의 온도이다. 정확하게는 수돗물의 온도이다. (수돗물의 온도에 대한 밀도 자료를 찾기가 어려워 물의 온도로 대체하였다) 온도계의 측정에서도 측정의 오차가 발생한다.
이런 문제점을 개선하기 위해 가장 좋은 방법은 실험 장치를 전자동식으로 바꾸는 것이 가장 좋다. 하지만 실험 장치를 교체하는 것은 비용이 많이 들기에 효과적이라고 말할 수 없다. 기존 실험 장치를 개선하는 방법을 생각해보았다.
시간을 기준으로 유량을 측정하는 방법은 기존과 동일하다. 우선 수면의 높이를 측정한다. 그리고 시간 측정자가 시간 측정 시작과 동시에 위 그림에서 차단막을 내린다. 차단막은 유체의 흐름을 차단한다. 차단막에 의해 차단된 유체는 통 밖으로 나가 못하기에 통 안의 수면을 상승시킨다. 일정 시간이 경과된 후 시간 측정 종료와 함께 밸브를 잠근다. 그리고 수면 높이를 측정한다. 여기서 기본값으로 주어져야 하는 것은 통의 면적이다. 이렇게 측정된 자료를 통해서 유량을 구할 수 있다.
이렇게 구하면 이전 방법보다 시간 측정과 유량 측정 사이의 오차를 줄일 수 있고, 질량 측정에서 생기는 오차를 줄일 수 있으며, 질량을 부피로 전환하는 과정이 없어도 된다.
6. 참고 문헌
- 신편 유체 기계 : 이종순,김경업,박종호 | 동명사 | 2008.08.20
- 터보유체기계 : A.T.Sayers | 경문사 | 2000.09.01
- 기계공학실험(열유체) : 심우건, 윤천석 |한남대학교 출판부 |
- 열, 유체분야 기계공학실험 : 최명진, 박경석 등
- 유체역학(한글판) : 윤순현, 김광선 옮김 | 교보문고 |
- Fluid Mechanics : yunus a. cengel | McGRAW-HILL|
- 유체기계공업학회 http://www.kfma.or.kr/ 학회 > 공학회 > 기계공학회

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