펌프 헤드 대 압력: 차이, 공식 및 계산

산업용 원심 펌프를 선택할 때 가장 중요한 두 가지 매개변수는 유량과 수두입니다. 그러나 펌프 구매자와 엔지니어는 지정된 토출 압력이 필요한 펌프 헤드를 직접적으로 나타낸다고 가정하여 펌프 헤드와 압력을 혼동하는 경우가 있습니다.

이 두 매개변수는 밀접하게 관련되어 있지만 서로 다른 물리량을 나타냅니다. 올바른 펌프를 선택하고, 성능 곡선을 해석하고, 시스템 요구 사항을 계산하고, 작동 문제를 해결하려면 이들 관계를 이해하는 것이 필수적입니다.

이 가이드에서는 펌프 수두와 압력의 차이, 총 동적 수두(TDH) 계산 방법, 이러한 개념이 산업용 펌프 선택에 어떤 영향을 미치는지 설명합니다.

 

 

• 펌프 헤드 란 무엇입니까?

펌프 헤드는 펌프에 의해 액체에 추가된 기계적 에너지로, 단위 중량당 에너지로 표시되고 액체 기둥의 등가 높이로 표시됩니다. 일반적으로 미터(m) 또는 피트(ft)로 측정됩니다.

원심 펌프의 경우 수두는 펌프가 특정 유량 및 회전 속도에서 액체로 전달하는 에너지의 양을 나타냅니다.

예를 들어, 100m 헤드 정격의 펌프는 지정된 작동 지점에서 대략 액체 단위 중량당 해당 양의 유압 에너지를 추가하도록 설계되었습니다. 이는 펌프가 모든 설치 조건에서 액체를 수직으로 100m 들어 올릴 수 있다는 의미는 아닙니다. 실제 전달은 시스템의 고도, 압력 요구 사항 및 유압 손실에 따라 달라집니다.

펌프 헤드는 일반적으로 세 가지 구성 요소로 나뉩니다.

정적 헤드:고도 차이 및 해당되는 경우 소스와 목적지 사이의 압력 차이.

마찰 헤드:파이프, 엘보우, 밸브, 필터 및 기타 흐름 제한을 통해 에너지가 손실됩니다.

속도 헤드:액체 속도와 관련된 운동 에너지.

실용적인 펌프 선택을 위해 엔지니어는 시스템에 필요한 총 헤드를 계산하고 이를 펌프의 성능 곡선과 비교합니다.

 

• 펌프 압력이란 무엇입니까?

펌프 압력은 단위 면적당 유체가 가하는 힘을 나타냅니다. 일반적으로 다음과 같이 측정됩니다.

술집

킬로파스칼 (kPa)

메가파스칼(MPa)

평방 인치당 파운드(psi)

압력 게이지는 일반적으로 작동 조건을 모니터링하기 위해 펌프 흡입 및 토출 연결부에 설치됩니다.

펌프 전체의 압력 상승은 토출 압력과 흡입 압력의 차이입니다.

압력 상승=토출 압력 - 흡입 압력

예를 들어 토출 압력이 8bar이고 흡입 압력이 1bar인 경우:

압력 상승=8 - 1=7 바

이는 펌프 전체에서 측정된 압력 증가입니다. 속도와 고도 차이도 고려해야 하기 때문에 자동으로 시스템의 총 동적 수두로 처리되어서는 안 됩니다.

 

• 펌프 헤드와 압력: 주요 차이점

펌프 헤드와 압력은 서로 관련되어 있지만 모든 상황에서 서로 바꿔 사용할 수 있는 것은 아닙니다.

매개변수	펌프 헤드	펌프 압력
의미	액체의 단위 중량에 추가된 에너지로, 액체 기둥 높이로 표시됩니다.	단위 면적당 유체가 가하는 힘
공통단위	m, 피트	바, kPa, MPa, psi
주요 요인	펌프 작동점 및 유체 거동	헤드 발달 및 유체 밀도
일반적인 측정	펌프 성능 데이터에서 얻거나 시스템 조건에서 계산됨	압력 게이지 또는 트랜스미터를 사용하여 측정
주요 응용 프로그램	펌프 선택 및 성능 곡선 평가	시스템 모니터링 및 압력 제어

중요한 차이점은 밀도가 다른 액체를 펌핑할 때 동일한 펌프 헤드가 다른 압력 상승에 대응할 수 있다는 것입니다.

 

• 펌프 헤드를 압력으로 변환하는 방법

대략적인 변환을 위해 특정 헤드에 의해 생성된 압력 상승은 유체 밀도를 사용하여 계산할 수 있습니다.

공식 1: 수두로부터의 압력 계산

압력 상승(bar)=양정(m) x 비중 / 10.2

여기서 비중(SG)은 계산에 사용된 기준 조건에서 유체 밀도와 물의 밀도의 비율입니다.

물의 경우 SG는 약 1.0입니다.

예: 100m 헤드는 어떤 압력을 생성합니까?

펌프의 양정이 100m라고 가정하면 대략적인 압력 상승은 펌핑되는 액체의 밀도에 따라 달라집니다.

유체 밀도	비중(SG)	머리	대략적인 압력 상승
1,000kg/m³	1.00	100 m	9.81 bar
1,100kg/m³	1.10	100 m	10.79 bar
700kg/m3	0.70	100 m	6.87 bar

이 그림은 펌프 헤드와 압력을 동일한 값으로 취급하면 안되는 이유를 보여줍니다. 유사한 펌프 작동 조건을 가정할 때 밀도가 높은 액체는 동일한 헤드에서 더 큰 압력 상승을 생성합니다.

위의 값은 대략적인 값이며 예비 계산을 위한 것입니다. 실제 결과는 유체 특성과 작동 조건에 따라 달라집니다.

공식 2: 압력을 수두로 변환

압력차가 알려지면 다음 공식을 사용하여 해당 압력수두를 추정할 수 있습니다.

압력수두(m)=압력차(bar) x 10.2 / 비중

영국식 단위의 경우:

압력수두(ft)=압력차(psi) x 2.31 / 비중

이 공식은 압력수두 성분을 추정합니다. 전체 시스템 계산에 속도 수두 및 고도 차이가 자동으로 포함되지 않습니다.

예: 7bar의 압력 상승을 수두로 변환

펌프가 비중이 1.05인 액체를 처리하고 측정된 압력 상승이 7bar라고 가정합니다.

압력 헤드=7 x 10.2 / 1.05

압력 헤드=약 68.0m

따라서 압력 상승은 약 68m의 압력 수두에 해당합니다.

이것은 단순화된 계산입니다. 흡입 및 토출 높이 또는 유체 속도가 크게 다를 경우 총 동적 수두가 다를 수 있습니다.

 

• TDH(총 동적 수두)란 무엇입니까?

총 동적 수두(TDH)는 지정된 작동 조건에서 시스템을 통해 액체를 이동시키기 위해 펌프가 공급해야 하는 단위 중량당 총 에너지를 나타냅니다.

여기에는 정의된 흡입 및 토출 측정 구간 사이의 압력, 속도 및 고도 차이가 포함됩니다.

일반 방정식은 다음과 같습니다.

TDH=압력수두 차이 + 속도수두 차이 + 표고차

방정식 형식:

TDH=(Pd - Ps) / (rho xg) + (Vd² - Vs²) / (2 xg) + (Zd - Zs)

어디:

PD= 토출 압력

추신= 흡입 압력

로= 유체 밀도

g= 중력 가속도

Vd= 배출 섹션의 평균 유속

대= 흡입 섹션의 평균 유체 속도

Zd방전 측정 구간의=고도

Zs= 흡입 측정 구간의 고도

이 방정식의 경우 압력은 일관된 단위, 밀도(kg/m3), 속도(m/s), 고도(미터)를 사용하여 표현되어야 합니다. 결과 머리는 미터로 표시됩니다.

흡입 및 배출 속도가 유사하고 높이 차이가 무시할 수 있는 경우, 압력 차이는 압력 수두 구성요소의 유용한 근사치를 제공할 수 있습니다. 다른 시스템에서는 추가 용어를 무시해서는 안됩니다.

펌프를 선택할 때 엔지니어는 토출 압력에만 의존하기보다는 전체 시스템 요구 사항을 평가해야 합니다.

 

• 원심 펌프 곡선이 압력 대신 수두를 사용하는 이유

원심 펌프 성능 곡선은 일반적으로 유량에 대한 수두를 나타냅니다. 이를 통해 다양한 작동 지점에서 펌프의 유압 성능을 더 쉽게 평가할 수 있습니다.

주요 이유는 다음과 같습니다.

1. 유압 성능을 비교하는 데 더 유용합니다.

머리는 유체의 단위 중량당 추가되는 에너지를 나타냅니다. 이를 통해 보고된 헤드를 하나의 특정 액체의 밀도에 직접 연결하지 않고도 펌프 곡선이 펌프의 유압 성능을 설명할 수 있습니다.

2. 시스템 분석에 대한 지원 개선

시스템 저항은 일반적으로 헤드로 표현됩니다. 엔지니어는 펌프 곡선을 시스템 곡선과 비교하여 펌프와 시스템 특성이 교차하는 작동 지점을 식별할 수 있습니다.

3. 더욱 확실한 예비선정

헤드를 사용하면 엔지니어는 시스템을 특정 액체에 대한 압력으로 변환하기 전에 시스템의 에너지 요구 사항을 평가하는 데 도움이 됩니다.

그러나 헤드만으로는 펌프를 선택할 수 없습니다. 유속, 액체 특성, 효율성, 모터 출력, NPSH 요구 사항, 재료 및 예상 작동 범위도 고려해야 합니다.

 

• 펌프 선택 시 흔히 저지르는 실수

몇 가지 실수로 인해 잘못된 펌프 선택이나 예상치 못한 현장 성능이 발생할 수 있습니다.

토출압력만을 기준으로 펌프 선정

토출 압력은 흡입 압력, 액체 밀도, 높이 및 시스템 조건에 의해 영향을 받습니다. 엔지니어는 모델을 선택하기 전에 필요한 유량과 총 동적 수두를 결정해야 합니다.

유체 밀도 무시

비중이 더 높은 액체를 처리하는 펌프는 동일한 헤드에서 더 큰 압력 상승을 생성할 수 있습니다. 이는 또한 필요한 샤프트 동력을 증가시킬 수 있습니다.

정적 헤드와 전체 동적 헤드를 혼동함

정적 고도 차이는 시스템 요구 사항의 한 구성 요소일 뿐입니다. 파이프 마찰, 피팅, 밸브, 압력 차이 및 속도 변화도 총 헤드 요구 사항에 영향을 미칠 수 있습니다.

실제 작동점을 무시함

펌프의 정격 또는 최대 수두가 반드시 필요한 유량에서 생성되는 수두를 나타내는 것은 아닙니다. 선택한 펌프는 성능 곡선과 시스템 곡선을 비교하여 확인해야 합니다.

대략적인 변환을 최종 설계 값으로 사용

수두-압력 변환은 예비 평가에 유용하지만 최종 펌프 선택에는 일관된 시스템 계산과 제조업체의 성능 데이터를 사용해야 합니다.

 

• 올바른 산업용 원심 펌프를 선택하는 방법

신뢰할 수 있는 펌프 선택 프로세스는 정확한 작동 요구 사항에서 시작됩니다.

제조업체에 문의하기 전에 다음 정보를 준비하십시오.

필요유량

필요한 총 동적 헤드

액체 유형, 온도, 밀도 및 점도

흡입 조건 및 사용 가능한 NPSH 정보

파이프 크기, 파이프라인 길이, 고도 차이 및 시스템 압력 요구 사항

작동시간, 제어방법 및 예상 작동범위

필요한 재료, 밀봉 배열 및 적용 가능한 산업 표준

높은 수두 응용 분야의 경우 여러 임펠러가 필요한 수두를 단계적으로 생성하므로 수평 다단 원심 펌프가 적합할 수 있습니다. 축 추력 감소가 중요한 설계 목표인 경우 자체 균형 다단계 설계를 고려할 수 있습니다.

유량이 크고 수두가 상대적으로 낮거나 중간 정도인 경우 시스템 요구 사항에 따라 이중 흡입 분할 케이스 펌프가 적합한 옵션일 수 있습니다.

 

• 결론

펌프 헤드와 압력은 펌프 성능과 관련되어 있지만 서로 다른 측면을 설명합니다. 머리는 액체의 단위 중량당 추가된 에너지를 나타내고, 압력은 단위 면적당 힘을 나타냅니다. 유체 밀도는 주어진 헤드가 압력으로 변환되는 방식을 결정합니다.