용적형 펌프를 추가한 소방자동차용 소방펌프의 성능 인정기준에 관한 연구 Fire-fighting Pump Approval Standard for Fire-fighting Trucks with an Additional Positive Displacement Pump원문보기
본 연구는 2012년도에 제정된 원심펌프 기준에 바탕을 둔 소방자동차용 소방펌프의 성능 인정 기준에 각종 초고층 건물의 화재 및 대형화재에 대비하기 위한 고압 및 대용량의 방수 능력을 가진 용적형 펌프의 인정기준 추가에 관한 내용이다. 용적형 펌프의 실험을 바탕으로 V-1, 2, 3급의 3가지에 대한 성능에 대하여 인정기준을 제정하였으며 펌프의 효율은 원심펌프형과 동일한 65% 이상의 성능을 요구하는 인정기준이 포함 되었다. 방수압력은 1.5 MPa~2.5MPa 사이의 값을 유량은 최소 $0.31m^3/min$에서 최대 $3.0m^3/min$의 방수량의 성능을 요구하는 것으로 제정되었다. 또한, 구조적으로 체절압력을 조절해야하는 용적형 펌프 특성상 릴리이프 밸브에 대한 부분이 추가되었으며 이물질로 인한 펌프 내부의 파손을 방지하기 위한 스트레이너 설치 및 진공펌프 없이 작동하는 용적형 펌프와 원심펌프와의 차이점을 포함하고 있다. 이와같은 용적형 펌프의 인정기준 부분 추가로 인하여 초고층 빌딩 및 대형화재에서의 화재진압에 있어서 보다 다양한 화재 진압용 소방 장비의 선택과 능동적인 대응을 할 수 있을 것으로 기대되며, 이와같은 인정기준은 2016년 1월 제정되었다.
본 연구는 2012년도에 제정된 원심펌프 기준에 바탕을 둔 소방자동차용 소방펌프의 성능 인정 기준에 각종 초고층 건물의 화재 및 대형화재에 대비하기 위한 고압 및 대용량의 방수 능력을 가진 용적형 펌프의 인정기준 추가에 관한 내용이다. 용적형 펌프의 실험을 바탕으로 V-1, 2, 3급의 3가지에 대한 성능에 대하여 인정기준을 제정하였으며 펌프의 효율은 원심펌프형과 동일한 65% 이상의 성능을 요구하는 인정기준이 포함 되었다. 방수압력은 1.5 MPa~2.5MPa 사이의 값을 유량은 최소 $0.31m^3/min$에서 최대 $3.0m^3/min$의 방수량의 성능을 요구하는 것으로 제정되었다. 또한, 구조적으로 체절압력을 조절해야하는 용적형 펌프 특성상 릴리이프 밸브에 대한 부분이 추가되었으며 이물질로 인한 펌프 내부의 파손을 방지하기 위한 스트레이너 설치 및 진공펌프 없이 작동하는 용적형 펌프와 원심펌프와의 차이점을 포함하고 있다. 이와같은 용적형 펌프의 인정기준 부분 추가로 인하여 초고층 빌딩 및 대형화재에서의 화재진압에 있어서 보다 다양한 화재 진압용 소방 장비의 선택과 능동적인 대응을 할 수 있을 것으로 기대되며, 이와같은 인정기준은 2016년 1월 제정되었다.
Positive displacement pumps with high pressure and water capacity are used large fires in various high-rise buildings. This study provides information for a performance approval standard of fire pumps for fire trucks based on centrifugal pump standards enacted in 2012. An experiment was conducted wi...
Positive displacement pumps with high pressure and water capacity are used large fires in various high-rise buildings. This study provides information for a performance approval standard of fire pumps for fire trucks based on centrifugal pump standards enacted in 2012. An experiment was conducted with a positive displacement pump for three levels of performance from the approval standard (V-1, 2, and 3). The efficiency of the pump was included in the reference, which requires the approval of 65% performance, the same as a centrifugal pump. The water pressure is between 1.5 and 2.5 MPa, and the required flow rate was established as at least $0.31m^3/min$ and up to $3.0m^3/min$. A relief valve was added to adjust the shut-off pressure due to the structural characteristics of the positive displacement pump. A strainer was also installed to prevent damage to the inside of the pump due to foreign matter. However, the strainer includes a difference from the positive displacement pump to operate without a vacuum pump and the centrifugal pump. This is due to the additional approval standard portion of the positive displacement pump, which is expected to be selected for more variety of fire-fighting equipment and proactive responses to fire suppression in a high-rise buildings and large fires. In conclusion, this approval standard was enacted in January 2016.
Positive displacement pumps with high pressure and water capacity are used large fires in various high-rise buildings. This study provides information for a performance approval standard of fire pumps for fire trucks based on centrifugal pump standards enacted in 2012. An experiment was conducted with a positive displacement pump for three levels of performance from the approval standard (V-1, 2, and 3). The efficiency of the pump was included in the reference, which requires the approval of 65% performance, the same as a centrifugal pump. The water pressure is between 1.5 and 2.5 MPa, and the required flow rate was established as at least $0.31m^3/min$ and up to $3.0m^3/min$. A relief valve was added to adjust the shut-off pressure due to the structural characteristics of the positive displacement pump. A strainer was also installed to prevent damage to the inside of the pump due to foreign matter. However, the strainer includes a difference from the positive displacement pump to operate without a vacuum pump and the centrifugal pump. This is due to the additional approval standard portion of the positive displacement pump, which is expected to be selected for more variety of fire-fighting equipment and proactive responses to fire suppression in a high-rise buildings and large fires. In conclusion, this approval standard was enacted in January 2016.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
이와 같은 필요성에 따라서 원심펌프로만 구성된 2012년 제정된 소방자동차용 소방펌프의 성능에 관한 인정기준(11)에 보완성능을 가진 용적형 펌프를 추가한 인정기준을 재정립할 수 있었으며, 본 연구에서는 소방펌프의 성능에 관한 기준의 재정립 과정을 고찰하였다. 향후 소방자동차에 사용되는 국내의 원심펌프와 진공펌프 조합 시스템에 추가적으로 국내 소방자동차용 소방펌프 시장 및 화재진압에 다변화 시킬 수 있는 새로운 전환점이 될 것으로 기대된다(12).
제안 방법
시험 시작전 대기온도, 수온, 습도 등을 확인기록하고 시험성적서 상에 시험일자, 시험자, 시험펌프 형식 등과 같은 일반 기재 사항을 기록하였으며 압력계, 유량계, 온도계 등 측정장비 및 데이터 처리장치가 정상 작동하는지 확인 점검하였다. Figure 3과 같이 실험장치를 구성하여 실험을 진행하였으며 측정값들은 데이터 처리장치를 통하여 실시간 저장 및 처리하였고, 측정된 압력과 유량, 소비전력을 이용 펌프의 효율을 계산하였다. 그리고, 소방펌프의 운전상태는 펌프를 가동시켜 최대 유량을 토출할 때 유량 및 압력의 변동이 1.
그리고, 방수압력은 동일하되 대용량의 유량을 방수하는 용적형 펌프가 향후 제작 및 사용될 것을 예상하여 V-1급의 3.0 m3/min 이상의 유량을 방수하는 표준 방수규격과 2.7 m3/min 이상의 유량을 방수하는 고압 방수규격으로 V1급의 기준을 제정하였다.
Figure 3과 같이 실험장치를 구성하여 실험을 진행하였으며 측정값들은 데이터 처리장치를 통하여 실시간 저장 및 처리하였고, 측정된 압력과 유량, 소비전력을 이용 펌프의 효율을 계산하였다. 그리고, 소방펌프의 운전상태는 펌프를 가동시켜 최대 유량을 토출할 때 유량 및 압력의 변동이 1.5% 이하가 되는 운전상태를 말하며 통상적으로 펌프 가동 후 3분 이후 시험을 개시하여 정상 운전상태에서 데이터를 확보하였다. 펌프의 단독성능 시험에서의 측정항목으로는 회전속도, 펌프압력, 방수압력, 소비전력, 방수량, 진공압력 등의 항목이 있고, 단독성능 시험시 계산항목으로는 전양정, 수동력, 펌프 축동력 및 효율 값 등이 있다.
방수내구 성능으로서는 규격방수는 6시간, 고압방수는 2시간을 연속하여 실시하는 것을 추가하였다. 또한, 용적펌프 내의 기어부분에서의 이물질로 인한 파손을 방지하기 위한 스트레이너 및 오물방지 바구니를 부착하는 부분을 단독성능 내용에 추가하였다.
용적형 펌프는 특성상체절압력이 매우 중요하게 고려되는 항목이므로 펌프 및 방수측의 관로 부분에 릴리프 밸브를 설치하는 것을 추가하였으며, 작동압력은 최소 작동압력보다 작거나 5%를 초과하지 않는 것으로 체절압력을 극복하기 위한 장치를 고려하여 인정기준을 제정할 수 있었다. 방수내구 성능으로서는 규격방수는 6시간, 고압방수는 2시간을 연속하여 실시하는 것을 추가하였다. 또한, 용적펌프 내의 기어부분에서의 이물질로 인한 파손을 방지하기 위한 스트레이너 및 오물방지 바구니를 부착하는 부분을 단독성능 내용에 추가하였다.
용적펌프는 Figure 3과 같이 모터와 커플링에 의해 직결되었으며, 장착되는 펌프 축과 모터 축은 축정장치를 이용 정렬하였다. 시험 시작전 대기온도, 수온, 습도 등을 확인기록하고 시험성적서 상에 시험일자, 시험자, 시험펌프 형식 등과 같은 일반 기재 사항을 기록하였으며 압력계, 유량계, 온도계 등 측정장비 및 데이터 처리장치가 정상 작동하는지 확인 점검하였다. Figure 3과 같이 실험장치를 구성하여 실험을 진행하였으며 측정값들은 데이터 처리장치를 통하여 실시간 저장 및 처리하였고, 측정된 압력과 유량, 소비전력을 이용 펌프의 효율을 계산하였다.
용적형 펌프는 모터의 회전속도를 고정시키고 압력을 변화시키며 그에 따른 토출량과 축동력의 변화를 측정하여 효율을 구하였으며, 성능 곡선상에 변수로 압력을 두고 압력변화에 따른 펌프 회전수, 방수량, 축동력, 효율 등의 변화량을 측정하였다(15).
한편, V-3의 용적형 펌프의 인정기준은 1.5 MPa의 방수압력으로 0.35 m3/min 이상의 유량을 방수하는 표준 방수규격과 2.5 MPa의 방수 압력으로 용적펌프의 특성을 고려한 0.31 m3/min 이상의 유량을 방수하는 고압 방수규격으로 2가지의 기준을 정하였다. V-2급, V-3급의 펌프의 효율은 원심펌프의 효율의 값과 동일한 65% 이상의 값을 요구하는 기준으로 정할 수 있었다.
현행 사용하고 있는 원심펌프 위주의 소방자동차용 소방펌프의 성능에 관한 인정기준에 소형화, 고압 및 대유량 방수가 가능한 용적형 펌프의 장점을 이용하여 각종 화재현장에 적용될 수 있는 용적형 펌프의 실제 실험값과 비교 및 검증한 인정기준이 추가로 제정되었으며, 제정되기 까지 내용의 과정과 실제의 실험을 토대로 나온 용적형 펌프의 인정기준 과정에 대하여 고찰하였다. 이와 같은 인정기준에 따라서 초고층 화재의 현장과 소방관에게 원거리의 화재에 고압, 고유량의 방수를 공급할 수 있는 장비를 활용 및 보급할 수 있을 것으로 기대되며, 본 연구 내용을 정리하면 다음과 같다.
이론/모형
용적펌프의 소방용 소방펌프 인정성능시험을 진행하기 위한 실험을 KS B 6307 한국산업규격의 ‘기어펌프 및 나사펌프의 시험 및 검사방법’에 준하여 실험 및 효율을 산출하였다(14).
성능/효과
1. 소방자동차용으로 사용되는 소방펌프는 현재 원심펌프에서만 사용되고 있으나 향후, 초고층 빌딩이나 대형공장 등 다양한 화재현장에서의 방수를 효과적으로 공급하기 위한 용적형 펌프에 대한 인정기준이 추가로 제정되었으며 이에 대한 고찰과 기술적인 검증 단계를 확인할 수 있었다.
2. 용적형 펌프의 효율도 원심펌프와 동일한 65% 이상의 효율을 나타내는 것을 기준으로 제정되었으며, V-1, V2 및 V-3급에 대한 용적형 펌프의 기준을 추가하였고 이에 대한 압력은 1.5 MPa~2.5 MPa 사이의 값을, 유량은 최소0.31 m3/min에서 최대 3.0 m3/min의 방수량을 기준으로 추가하였다.
3. 원심펌프와 달리 용적형 펌프에서는 구조적으로 체절압력을 제어하기 위한 릴리이프 밸브를 작동하여야 하며, 작동압력은 최소작동압력보다 작거나 5%를 초과하지 않는 범위를 정하여 체절압력에 대한 펌프의 구조적인 부분을 고려하였으며, 그 밖에 이물질로 인한 펌프 내부의 파손을 방지하기 위한 스트레이너 설치 및 진공펌프 없이 방수를 흡수하는 능력에 대한 부분이 추가되었다.
31 m3/min 이상의 유량을 방수하는 고압 방수규격으로 2가지의 기준을 정하였다. V-2급, V-3급의 펌프의 효율은 원심펌프의 효율의 값과 동일한 65% 이상의 값을 요구하는 기준으로 정할 수 있었다.
그리고, 원심펌프의 특성과 가장 차별성이 있는 부분은 용적형 펌프는 원심펌프와 달리 진공펌프가 없이 용적형펌프 자체 내에서의 흡수능력을 이용하여 방출하는 원리이므로 용적형 펌프의 인정기준에서는 진공펌프의 성능 부분은 제외 할 수 있었으나 펌프의 구동이 시작된 시점에서 30초 내에 안정적인 규격방수 이상이 가능하다는 조건을 추가하였다.
0 이상의 유량이 토출되고 있으며, 그 후 압력에 따라 조금씩 감소하는 경향을 보여주고 있다. 그리고, 전양정의 경우 압력의 증가에 일정하게 증가하는 것을 확인할 수 있으며, 축동력과 수동력 역시 일정하게 증가하는 것을 확인할 수 있으며 효율의 경우 1.5 MPa 이상부터 65%의 효율을 만족하는 것을 확인할 수 있다. 이와 같은 결과는 전형적인 고회전 및 고압의 경우 급격하게 효율이 증가하는 용적형 펌프의 전형적인 특성을 잘 만족하는 결과를 보여주고 있는 것을 알 수 있다.
4 이상의 유량이 토출되고 있으며, 그 후 압력에 따라 조금씩 감소하는 경향을 잘 보여주고 있다. 그리고, 전양정의 경우 압력의 증가에 일정하게 증가하는 것을 확인할 수 있으며, 축동력과 수동력 역시 일정하게 증가하는 것을 확인할 수 있으며 효율의 경우, 1.5 MPa 이상부터 65%의 효율을 만족하는 것을 확인할 수 있다.
변경된 규격, 고압방수 압력 및 효율 이외의 인정기준의 주요내용을 살펴보면 다음과 같다. 용적형 펌프는 특성상체절압력이 매우 중요하게 고려되는 항목이므로 펌프 및 방수측의 관로 부분에 릴리프 밸브를 설치하는 것을 추가하였으며, 작동압력은 최소 작동압력보다 작거나 5%를 초과하지 않는 것으로 체절압력을 극복하기 위한 장치를 고려하여 인정기준을 제정할 수 있었다. 방수내구 성능으로서는 규격방수는 6시간, 고압방수는 2시간을 연속하여 실시하는 것을 추가하였다.
한편, 소방펌프의 효율 계산시, 원심펌프의 효율 산출은 현재 65% 이상의 효율을 요구하고 있으며 아래의 Table 2와 같이 KS 산업규격에 따라 다른 계산식에 의하여 산출하였고, 용적펌프에서도 원심펌프와 동일하게 65% 이상의 효율 값을 만족시키는 것을 요구하는 것이 타당하다고 판단하여 효율의 기준을 정하는 값으로 참고하였다.
후속연구
따라서, 원심펌프에 대한 기술개발 수준이 어느 정도 한계상황에 도달해 있어 획기적인 구조 변경이 없는 한 새로운 적용 범위에 대해서는 다른 형태의 펌프가 요구되고 있는 현실적인 상황이며, 이에 대한 보완책으로 용적형 펌프가 매우 효과적으로 현재의 단점을 보완할 수 있을 것이라 판단된다.
에 보완성능을 가진 용적형 펌프를 추가한 인정기준을 재정립할 수 있었으며, 본 연구에서는 소방펌프의 성능에 관한 기준의 재정립 과정을 고찰하였다. 향후 소방자동차에 사용되는 국내의 원심펌프와 진공펌프 조합 시스템에 추가적으로 국내 소방자동차용 소방펌프 시장 및 화재진압에 다변화 시킬 수 있는 새로운 전환점이 될 것으로 기대된다(12).
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
소방에서 사용되고 있는 소방용 펌프는 무엇인가?
소방에서 사용되고 있는 소방용 펌프는 엔진 및 모터와 같은 구동수단의 동력을 이용하여 소방용 유체를 전달하는 기기로, 밀폐되지 않은 조건에서 에너지의 전환이 일어나는 비용적형 펌프와 밀폐된 조건에서 에너지의 전환이 일어나는 용적형 펌프로 구별된다(1,2). 비용적형 펌프는 토출유량이 증가함에 따라 토출압력은 감소하는 것으로, 구조에 따라 원심펌프, 사류펌프, 축류펌프 등이 있다.
용적형 펌프는 어떤 방식으로 액체에 정압력에너지를 공급하는가?
반면에 용적형 펌프를 살펴보면, 흡입밸브와 송출밸브를 장치에 일정한 체적을 갖는 실린더 내부를 피스톤, 플렌저 또는 버킷 등의 왕복 운동에 대하여 실린더 내부를 진공으로 만든 후 액체를 흡입하고 이에 용적의 이동 변화를 통하여 소요의 압력을 가함으로서 액체에 정압력에너지를 공급하여 송수하는 펌프이다(8).
현재 소방용에서 사용되는 대표적인 비용적형 펌프인 원심펌프의 특성은 무엇인가?
현재 소방용에서 사용되는 대표적인 비용적형 펌프인 원심펌프를 가장 널리 사용되고 있다(4,5). 이와 같은 소방펌프의 특성을 살펴보면 소방펌프는 토출량이 매우 가변적이며 펌프의 토출량이 정격점보다 지나치게 작을 경우 양정이 급상승하며 펌프의 토출량이 정격점을 초과할 경우 양정이 하락하는 특성을 가지고 있으며, 소방펌프의 성능 조건으로서는 체절양정은 정격양정의 140%를 초과하면 안되며, 정격토출량의 150%로 운전 시 토출압력은 65% 이상이어야 하는 조건을 가지고 있다. Figure 1에서는 원심펌프의 내부 모습과 양정과의 관계로 나타낸 곡선을 보여주고 있다(6).
참고문헌 (16)
S. H. Min, "NFSC Design of Fire Protection Engineering", Munundang (2008).
Korea Fire Protection Association (KFPA), "The SFPF Handbook of Fire Protection Engineering", SFPE (2005).
J. H. Lee, "Numerical Simulation of Cavitation Flow in a Volumetric Gear Pump", Master degree thesis of UlSan Univ. (2011).
Notification No. 2011-68, "Performance Based Methods and Standards of Fire Safety Design", NEMA (2011).
NEMA, "2012 Tactical Fire Suppression Operations Research and Development Proceedings Studies (Highrise Sector)" (2012).
Y. T. Kim, "Pump and Aberration Field Research Trends", Korean Society of Fluid Machinery, Vol. 11, No. 1, pp. 75-78 (2008).
S. H. Min, Y. J. Kwon and J. D. Park, "An Empirical Study on the Relay Pumping Method for the High Pressure of Fire Engine Pump", J. Kor. Inst. Fire Sci. Eng., Vol. 27, No. 1, pp. 52-59 (2013).
S. H. Min and H. C. Kim, "A Study on Fluid Flow Analysis of High Pressure Positive Displacement Pump without Clearance", J. Kor. Inst. Fire Sci. Eng., Vol. 29, No. 2, pp. 33-38 (2015).
J. H. Kim, "Hybrid Control of Variable Displacement Swash Plate-type Piston Pump", Master Degree Thesis of Korea Aerospace Univ. (2011).
I. S. Kim, "Pump Field Research Trends", Korean Society of Fluid Machinery, Vol. 10, No. 1, pp.79-82 (2007).
No. 105 of The KFI, "The Approval Standard of Fire Pump Performance for Fire Truck" (2012).
K. J. Yoon, "The Approval Standard of Fire Pump Performance for Fire Truck" (2012).
J. H. Lee, J. W. Park, T. K. Kim and S. W. Lee, "Two-dimensional Numerical Simulation of Volumetric Gear Pump Flow", Journal of ECO, No. 31, pp. 34-37 (2004).
S. S. Lee, "Industrial Pumps Efficiency Measurement System Development and Application", Proceeding of Spring Conference of the Korea Society for Noise and Vibration Engineering, pp. 393-398 (2001).
S. H. Min, "NFSC Design of Fire Protection Engineering", Mundang (2008).
No. 105 of The KFI, "The Professional Revision of Approval Standard of Fire Pump Performance for Fire Truck" (2016).
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.