[논문]원심펌프 관로계에 대한 임펄스 응답법 적용 연구

허지성; 김현준; 송용석; 김상현

doi:10.11001/jksww.2016.30.5.481

원심펌프 관로계에 대한 임펄스 응답법 적용 연구
Impulse response method for a centrifugal pump in pipeline systems 원문보기

上下水道學會誌 = Journal of Korean Society of Water and Wastewater, v.30 no.5, 2016년, pp.481 - 489

허지성 (부산대학교 사회환경시스템공학부) , 김현준 (부산대학교 사회환경시스템공학부) , 송용석 (부산대학교 사회환경시스템공학부) , 김상현 (부산대학교 사회환경시스템공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Method of characteristic(MOC) has been widely used as a transient analysis technique for pressurized pipeline systems. There are substantial studies using MOC for the water hammer triggered through instantaneous valve closures, pump stoppage and pump startup for pipelines systems equipped with a centrifugal pump. Considering restrictions of MOC associated with courant number condition for complicated pipeline systems, an impulse response method(IRM) was developed in the frequency domain. this study implements the impact of centrifugal pump using transfer function in frequency domain approach. Using pump performance curve and the affinity law, this study formulated transfer functions which relate complex pressure head at upstream of pump system to that of downstream location. Simulations of simple reservoir-pump-valve system using IRM with formulated transfer function were similar to those obtained through MOC.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 임펄스 응답법을 원심펌프가 포함된 관로계에 적용하는 기초단계로써, 상류 저수조에 연결된 짧은 흡입관을 통해 펌프가 설치되어 있는 간단한 관로계에서 펌프 토출측 하류 밸브의 급폐가 일어날 경우 밸브 개도의 변화에 따라 관내 수압이 어떻게 변하는지에 대하여 연구하였다. 다양한 courant 수 조건에서의 특성선 방법 결과들을 비교하였으며, 개발된 방법론의 검증을 위하여 2가지 가상적인 원심펌프 관로계에서의 임펄스 응답법 계산결과를 courant 수가 1일 때의 특성선 방법의 결과와 비교하였고, 밸브 급폐 상황과 완폐 상황에서 임펄스 응답법과 특성선 방법의 모의결과를 비교하였다.

제안 방법

본 연구에서는 임펄스 응답법을 원심펌프가 포함된 관로계에 적용하는 기초단계로써, 상류 저수조에 연결된 짧은 흡입관을 통해 펌프가 설치되어 있는 간단한 관로계에서 펌프 토출측 하류 밸브의 급폐가 일어날 경우 밸브 개도의 변화에 따라 관내 수압이 어떻게 변하는지에 대하여 연구하였다. 다양한 courant 수 조건에서의 특성선 방법 결과들을 비교하였으며, 개발된 방법론의 검증을 위하여 2가지 가상적인 원심펌프 관로계에서의 임펄스 응답법 계산결과를 courant 수가 1일 때의 특성선 방법의 결과와 비교하였고, 밸브 급폐 상황과 완폐 상황에서 임펄스 응답법과 특성선 방법의 모의결과를 비교하였다.

대상 데이터

주요 흐름 조건은 Table 1과 같다. 0.1102m³/s 유량의 수자원을 △H=10m인 곳으로 L=100m, D=0.4m의 스테인리스 관으로 운반하는 조건 1의 펌프 관로 시스템을 선정하였다. 관 지름과관 두께의 비는 약 30이다.
다른 유속, 관경 조건에서도 임펄스 응답법의 수압 모의 결과가 특성선 방법과 일치하는지 확인하기 위하여 기타 조건들은 동일하게 유지하고 유량과 관경 그리고 양정의 변화만 주기 위한 두번째 조건을 선정하였다. 두번째 조건으로 0.01257m³/s의 유량을 △H=7m인 곳으로 L=100, D=0.2m의 스테인리스 관으로 운반하는 펌프 관로 시스템을 선정하였다. 두 번째 조건의 레이놀즈 수는 79681이며 마찰계수는 0.

데이터처리

Fig 3과 같은 관로계에서, 개발한 펌프 관로계의 전달함수 식이 임펄스 응답법에서 유효하게 적용되는지 확인하기 위한 수치 실험을 수행하였다. 원심펌프는 주로 난류 조건에서 쓰이므로 2가지 난류 조건에서의 계산결과를 비교하였다.

성능/효과

MOC에서의 특성방정식을 이용한 시간 영역에서의 계산을 대신하여, 펌프 성능곡선을 바탕으로 간단한 원심펌프 관로 내 밸브 폐쇄 상황에서 주파수 영역에서의 전달 함수를 구하였다. 유도한 전달함수를 이용하여 임펄스 응답 함수를 만들었고, 임펄스 응답 함수를 이용하여 관로 내부 지점의 수압변동을 모의 한 결과두 가지 펌프 관로계 그리고 밸브 급폐 조건, 완폐 조건 모두에서 전통적 방법인 특성선 방법의 계산 결과와 상당히 일치함을 확인할 수 있었다. 향후 펌프 정지, 펌프 시동 등의 상황에 대한 임펄스 응답법 적용 연구가 요구된다.

후속연구

유도한 전달함수를 이용하여 임펄스 응답 함수를 만들었고, 임펄스 응답 함수를 이용하여 관로 내부 지점의 수압변동을 모의 한 결과두 가지 펌프 관로계 그리고 밸브 급폐 조건, 완폐 조건 모두에서 전통적 방법인 특성선 방법의 계산 결과와 상당히 일치함을 확인할 수 있었다. 향후 펌프 정지, 펌프 시동 등의 상황에 대한 임펄스 응답법 적용 연구가 요구된다.

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