유체기계 펌프설계

목차

유체기계 펌프설계 보고서


1. 펌프설계의 목적

2. 관련이론
　가. 펌프종류 및 특징
　　(1) 터보형 펌프
　　　(가) 원심식(반경류형) 펌프
　　　(나) 사류식 펌프
　　　(다) 축류식 펌프
　　(2) 용적형 펌프
　　　(가)왕복식 펌프
　　　(나)회전식 펌프
　나. 양정
　다. 동력
　라. 효율
　마. 성능곡선
　바. 디퓨저(Diffuser)

3. 설계배경

4. 설계 및 제작과정

5. 설계과정 중 오류

6. 개선할 점

7. 실험 결과
　<오차원인>

8.고찰

9.참고문헌 및 자료

본문내용

퓨저(Diffuser)
유체(기체, 액체)가 가진 운동 에너지를 압력 에너지로 변환하기 위해 단면적을 차츰 넓 게 한 유로(流路)를 말한다.
3. 설계배경
가. WILO사의 보일러 원심펌프를 구하여 펌프를 직접 분해를 하고 눈으로 확인하였다.
나. 효율적인 후향 경사 블레이드와 같이 휘는 것이 어렵다고 판단하여 방사형 블레이드를 하기로 계획을 하였다.
다. 분해를 한 원심펌프를 통해 블레이드와 구경의 크기를 비례식으로 두고 우리가 설계할 펌프에 대하여 대략적인 사이즈를 맞출 수 있었다.
라. 얼마나 효율적으로 설계할지를 생각한 결과 디퓨저 효과를 위해 아크릴판을 휘어서 물이 나가는 공간을 점점 넓어지게 만들었다.
마. 출구모양은 사각뿔모양으로 하여 펌프의 효율을 높였다.
(2차 제작시 사각뿔이 아닌 원통관을 사용하였다.)
바. CAD로 설계할 때 제작 과정에서 실수를 고려하여 여분의 모델을 만들었다.
사. 미니카를 따로 구입하여 모터 고정축을 확인 하였다.
아. 모터축에 임펠러를 고정시켜 축을 짧게하여 토크값이 작은 모터의 단점을 보완하였다. (2차 제작시 더욱 효율적인 토크값을 위하여, 임펠러에 모터를 바로 연결시켰다.)
자. 실제 펌프를 모델로하여 블레이드 날 수를 5개로 정하였다.
차. 볼펜심을 이용하여 이중축을 구축하였다.
(2차제작시 이중축을 사용하지 않았다.)
4. 설계 및 제작과정
WILO펌프 분해
1차 종이로 블레이드 제작
2차 크기고려 펌프 스케치
2차 크기고려 펌프 제작
2차 크기고려 펌프 합체
2차 크기고려 펌프 출구 제작
1t 아크릴판 CAD 설계
2t 아크릴판 CAD 설계
아크릴 이용 펌프 제작 시작
블레이드 축 뚫기
기본 스케치를 이용 블레이드 붙히기
펌프 사각뿔출구 제작
미니카를 통한 축 이용
사포를 이용한 정밀한 가공
블레이드판과 케이싱판의 결합
고온에서의 아크릴 변화이용
축직경 확장
실제 펌프사용 테스트
첫실험시 축이 붕괴
새축과 출구를 이용한 재설계 및 제작
5. 설계과정 중 오류
가. 설계도면 제작 중 케이싱 도면에 구멍을 뚫지 않아 제작 중 직접 뚫어야 되는 어려움이 있었다.
나. 첫 번째로 제작한 펌프에서 출구부분의 아크릴 판 두께를 고려하지 않아 출구부분
아크릴판의 모서리 접합에 어려움이 있었다.
다. 접착 시 면봉에 아크릴 접착제를 묻혀 사용하려 하였으나, 면봉이 아크릴 접착제를 흡수하여 아크릴을 묻히는데 있어 어려움이 있었다.
라. 주사기를 사용하여 아크릴 붙여 보았지만 생각했던 것 보다 아크릴이 붙지 않았다.
몇 번의 시도에도 아크릴간의 접합이 어려워 순간접착제와 글루스틱을 함께 사용
하였다.
마. 축과 임펠러 부분을 아크릴 접착제를 사용하여 접합시키려고 하였으나, 우리가
사용했던 축의 재질이 아크릴이 아니라서 잘 붙지 않았다.
바. 케이싱을 둥글게 하기위해서 라이터와 드라이기를 통해 열처리 시도를 하였으나
아크릴이 균일하게 휘지 않았다. 그래서 원통형의 통에 뜨거운 물을 담은 후 아크릴을
넣음으로써 균일하게 휠 수 있었다.
사. 임펠러의 원활한 회전을 위해 이중축을 사용하려 했으나, 이중축 사용시 물 누수가
심하여 어려움이 있었다.(구리스를 통하여서도 누수방지 및 회전을 원활히 하려
하였으나, 마찬가지로 축간의 간격이 넓어, 구리스 사용이 도움이 되지 못했다.)
아. 첫 번째 펌프 실험 시 누수를 방지하기 위하여 축과 케이싱 구멍 사이의 간격을 최소화 시켰으나, 축의 흔들림이 심하여 축의 회전이 어려워져, 축이 붕괴되었다.
자. 출구부분을 효율을 높이기 위하여 사각뿔형상으로 만들었으나, 실제 테스트 시 물의 누수가 심하여, 재제작 시 출구부분에 둥근 구멍을 뚫어, 원통관 으로 연결하였다.
차. 모터의 토크를 고려하지 않은 채 펌프를 제작하였기에 펌프가 생각보다 크게 만들어져, 물의 저항이 높아 생각 보다 수두의 높이가 높지 못하였다.
6. 개선할 점
가. 재료(아크릴, 모터, 축)등을 미리 정해져 있었다면 준비 된 재료를 사용하여 설계를 할
수 있어서 조금 더 수월하게 만들 수 있었을 것이다.
나. 출구 크기가 너무 작아서 그 크기를 맞추다 보니 펌프크기가 작아 수두높이라든지,
효율 측정하기가 어려워 출구크기가 5mm보다 조금 더 컸더라면 펌프 제작이 수월
했을 것이다.
다. 아크릴 판의 개수의 한정을 더 늘려주면 여러 번의 시행착오를 거쳐서 조금 더 좋은
완성도를 가진 펌프를 제작 할 수 있었을 것이다.
라. 아크릴 판으로 만든 완성된 모형을 미리 보여준다면 설계 과정의 어려움이 많이
줄어들었을 것이다.
마. 실제펌프와 비교하여 상사된 값이 필요하다.
7. 실험 결과
(여기서 ω는 각속도, Q는 유량 g는 중력가속도, H는 순수두를 의미한다.)
값 0.8부근에서 최적의 성능을 나타낸다. 따라서 ω,g,Q를 위의 식에 대입하면 주어진 (5000rpm)에서의 이론적인 최대 순수두를 구할 수 있다.
이론 높이
실험 높이
오차(%)
유량
35.23cm
25cm
29.04
15ml/s
<오차원인>
가. 입.출구 부분의 누수
나. 케이싱과 임펠러 사이의 마찰
다. 펌프내에 물이 가득차지 않았다.
라. 수두 높이를 잴때 자로 직접 쟀기 때문에 정확하지 않았다.
8.고찰
유체역학을 통하여 배운 이론적 지식을 바탕으로 펌프를 설계함에 있어서, 팀으로 이루어
펌프를 CAD로 설계하고 아크릴 가공을 통하여 우리가 직접 펌프를 제작하였다. 펌프를 처음 설계하는 것이라 각각의 단계에서 많은 어려움이 있었다. 우선 7명이란 많은 인원으로 팀프로젝트를 하는 것이라 조원들 시간을 맞춰 만나는 것부터가 힘들었다. 그리고 CAD로 설계하는 과정에서 펌프의 대략적인 크기를 알지 못해 수치적으로 환산하는데 있어 어려움이 있었다. 또한 처음으로 제작한 펌프의 여러 가지 오류를 확인하여 수정 할수 있었고, 그로 인하여 두 번째 펌프를 더 잘 만들 수 있었다. 다음 설계에서는 여러 가지 오차원인을 고려하여 더 정확한 결과물을 낼 수 있을 것 같다.
9.참고문헌 및 자료
가. Cengel Cimbala 유체역학 McGraw-Hill Korea 2nd Edition
나. WILO사 펌프재원
다. 유체기계 개정판 - 보문당(하재현 저)

키워드

펌프설계,   유체기계,   펌프설계 목적,   펌프종류,   설계배경,   제작과정