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1. 서론
근래, 과학기술의 눈부신 발전에 힘입어 소방시설 분야에서도 기술적인 진보가 현저하게 일어나고 있다.
특히, 반도체, 전자산업의 향상이 소방기술분야에까지 확산하게 됨에 따라 경보설비 계통은 비약적인 개량이 이루어진 것이 사실이다.
그러나, 아직도 우리 주변에서는 방재로 인한 방해가 그치지 않고 있으며 사회의 발전과 더불어 발생되는 발화빈도는 좀처럼 줄어들지 않을 것이다.
과학문명이 아무리 진보해도 소화방법의 일차적인 수단은 물, 또는 基劑(기제)로 한 소화약제임에 틀림이 없고, 이것은 장래에도 변할 것같지 않다.
따라서 防災豫防( 방재예방)과 鎭壓(진압)의 대책으로 물의 운송장치인 Pump류와 배관설비의 중요성은 여간해서 감소하지 않으리라 본다.
本稿 (본고)에서는 「물을 사용하는 소화설비」의 핵심장치인 Fire Pump의 실제적인 운용에 대해 기술, 정리하여 빌딩이나 산업체 등에서 방재업무를 담당하는 분들에게 도움이 되었으면 한다.
2. 펌프의 原理(원리)
가. 吸入 (흡입(Suction))
펌프본체 내부에 기계적인 방법으로 저압부(진공부)를 만들어두면 대기압을 받고 있는 잦은 위치의 유체가 펌프본체 내로 흡입되게 된다.
이는 마치 주사기를 물속에 넣고 주사기의 피스톤을 잡아당기면 그 내부에 저압부가 생겨 물이 주사기 내부로 빨려 올라오는 이치와 다를 바 없다.
즉 펌프의 대기압(760mmHg, 10.33m H20)을 이용하여 물을 흡입하는 구조이므로 원리상펌프의 下方(하방) 10.33m보다 더 깊은 위치의 물을 흡입할 수 없으며 흡입관의 마찰손실 등으로 인해 물 펌프의 實吸入上能力(실흡입상능력)은 6~8m를 넘지 못한다.
나.吐出((토출)Discharge)
펌프 본체까지 흡입한 유체에 기계적인 에너지를 가하여 가압함으로써 유체를 펌프 상방으로 밀어올리는 능력을 말한다.
펌프의 軸回轉數(축회전수)를 높이고 임펠라(水車(수차))의 크기나 수를 늘려 토출압력을 증대시킬 수 있다. 그러나 그와 같은 방법으로 흡입능력을 높일 수 없다는 점에 주의하여야 한다.
3. PUMP의 원리의 발전
수력기계(hydraulic machinery)중 우리 주변에서 가장 많이 접하게 되는 것이 펌프이며 이와 기능은 정반대이고 水理學(수리학)적 원리가 너무나 흡사한 것이 Turbine이다.
따라서 이 두 가지 기능을 共(공)히 행할 수 있는 수력기계가 발전되었으며 이를 反轉式(반전식)터어빈Reversible tubine) 이라 하며 이것을 이용, 오늘날 양수발전(Pump-storage power gerneration)이 가능하게 되었다. 이것은 전동기(Motor)와 발전기(Generator)의 관계로 비유할 수 있겠다.
4. PUMP의 분류
펌프의 종류는 아주 다종다양하며 분류방법도 여러 가지이지만 현재 맣이 사용되고 있는 것을 기준으로 나누어보면 다음과 같다.
A. 非容積式 (비용적식)펌프
① 원심펌프
가) 터빈 펌프
나) 볼류트 펌프
② 粘性(점성)펌프 - 캐스캐이드 펌프
B. 容積式(용적식)펌프
① 왕복펌프
가) 피스톤 펌프
나) 플란저 펌프
② 회전펌프 - 기어 펌프
가. 원심펌프(Centrifugal Pump)
현재로서 각종 용도에 가장 광범위하게 사용되고 있으며, 펌프 본제 내부에 고속으로 회전하는 수차(Imperller
)의 원심력에 의해 유체가 에너지를 공급받는 장치로 되어 있다.
임펠러의 외주에 고정된 유체의 안내날개(Giude Vane)가 있는 것이 터어빈펌프, 없는 것이 볼류트펌프(Volut
e Pump)이다.
근래에 와서는 Pump의 설계기술이 진보하여, Guide Vane이 없는 다단 Volute Pump의 효율이 Turbine펌프에 못지않고 구조가 간단하여졌으며 가격이 비교적 저렴하여 많이 사용되고 있다.
나. 점성펌프(마찰펌프)
임펠러의 원심력을 이용하는 점은 원심 펌프와 다를 바 없으나 유에의 점성을 최대로 이용할 수 있는 구조로 되어 있는 것이 특이하다.
소형으로서 원심펌프보다 높은 압력을 얻을 수 있으며 양수량은 원심펌프보다 적다. 간단하제 自動起動式(자
동기동식)으로 조작할 수 있어서 현재 가정용 자동펌프는 거의 대부분이 이것을 사용하고 있다.
이것은 흔히 캐스캐이드 펌프(Cascade Pump)라고 불린다.
다. 왕복펌프(Recriprocating Pump)
원심펌프등, 비용적식 펌프와는 작동원리가 전혀 다르다.
왕복펌프는본체 내부의 피스톤 또는 플란저가 왕복운동을 할 때마다 일정의 액체를 흡입, 토출하게 되므로 정량펌프로 사용된다.
이 펌프의 특색은
① 吐出量 (토출량)이 일정하고 토출압력이 축의 회전수에 따라 별로 변하지 않는다.
② 소형으로 비교적 고압을 얻을 수 있다.
③ 토출흐름에 斷續(단속)이 생겨 액체의 흐름에 脈動(맥동)이 생기는데 이를 방지하기 위해 펌프 토출측에 공기실(Air Chamber)를 달거나 맥동방지기(Accumulator)를 부착한다.
④ 반드시 2개 이상의 버터 플라이 밸브(Butterfly Valve)가 필요하며, 이 밸브의 고장은 펌프작동에 치명적인 원인이 된다.
왕복펌프중 水密裝置 ((수밀장치)Packing 또는 Sealing)가 피스톤에 설치되어 있는 것을 피스톤펌프, 시일라인이 펌프본체에 고정되어 있고 왕복운동을 하는 플란저 펌프이다.
플란저 펌프는 수밀패킹의 교환이 쉽고 높은 압력을 얻기에 용이하다.
라. 회전펌프(Rotary Pump)
Rotary Pump는 보체 내에 회전자가 있다는 점에서 외관이 원심펌프와 흡사하나 작동원리는 전연 다르며 왕복펌프와 함께 容積式(용적식)펌프로 분류된다.
가장 대표적인 것이 기어펌프로서 이것은 본체 내에 맞물려 회전하는 톱니바퀴가 있고 이 회전하는 기어(Gea
r)와 본체의 틈새로 액체를 押出(압출)하도록 구성되어 있다.
Rotary Pump는 점성이 잇는 액체의 이송에 유용하고, 고압의 유압펌프로 급속히 발달하고 있다.
5. FIRE PUMP의 선정(揚程(양정)과 토출량
물펌프는 많은 량의 물을 더 노 은 것으로 이송시키는 것을 목적으로 하는 기구이므로 사용용도에 따라 필요한 양수량(토출량)과 토출압력(양정)의 결정이 펌프선정의 가장 중요한 요소가 된다. 따라서 펌프의 定格揚程(정
격양정)과 定格吐出量(정격토출량)이 펌프가 가지는 두 가지 능력이 되며 이 두 기능을 동시에 높이고자 하는 것이 매우 어려운 문제로 대두된다.
원심펌프의 특성 곡선상에서 양정과 토출량의 관계가 잘 나타난다.
<그림 1>에서 펌프가 원래 설계된 정격양정과 정격토출량으로 운전되고 있는 상태가 A점이 되고 B점의 상태로 운전을 하면 양정을 높일 수 있으나 그 대신 토출량이 감소하게 된다. C점은 이와 반대로 되는 것이다.
6. FIRE PUMP의 운전
소화용펌프는 大水量( 대수량), 高揚程 (고양정)을 얻을 수 있는 원심펌프(多段(다단) 볼류트펌프 등)를 사용하는 것이 일반적이다.
원심펌프는 시뢰성이 높고 Compact하며 수력학적 특성으로 인해 운전상의 융통성이 있으며, 유지 관리가 쉽다.
또 전동기, 내연기관, 증기터어빈 등 어떤 원동기와 연결해도 펌프에 무리를 주지 않는 동력을 얻을 수 있다는 이점이 있다.
Fire Pump는 장기간 사요하지 않는 경우가 있어 유사시에 문제점이 발생하는 사례가 많이 있으므로 펌프의 보수유지에 특별히 주의가 요구된다.
펌프는 설계된 정격용량으로 운전하는 것이 가장 이상적일 것이나 펌프 자체의 성능시험이나 소화설비의 조작시험 드응로 정격운정을 하지 못할 경우도 많이 있을 것이다.
다음은 Fire Pump의 운전뭉 발생되기 쉬운 양정과 토출량의 변화를 도표를 이용 고찰한다.
가. 揚程 (양정)과 吐出量 (토출량)의 관계
(1) 원심펌프
토출량이 증가함에 따라 양정은 점차 감소되고 어느 정도 이상이 되면 양정은 급격히 줄어든다.
(2) 왕복펌프
토출량의 변화에 별 관계없이 양정은 크게 줄지 않는다.(그림2)
나. 펌프의 회전수와 양정의 관계
(1) 원심펌프
양정은 펌프 임펠러 회전수의 제곱에 비례한다.
(2) 왕복펌프
펌프의 양정이 임펠러의 회전수에 비례한다.(그림3)
다. 펌프의 회전수와 토출량의 관계
원심펌프와 왕복펌프, 모두 축의 회전수의 증감에 비례하여 토출량이 변화한다.(그림 4)
라. 원심펌프의 직,병렬 운전
펌프의 용량을 크게 하기 어렵고 高揚程(고양정) 또는 大水量 (대수량)이 요구되는 경우에 두 대의 펌프를 연결, 설치하여 펌프의 능력을 보완하는 방법이 있다.
대개 두 대의 펌프를 병렬로 연결하여 운전하면 수량의 증가, 직열로 연결하면 양정의 증가를 가져온다.
7. CAVITATION과 WATER HAMMER
가. 공동현상(Cavitation)
밀폐된 용기속에서 물의 증기압이 낮아지면 비점도 낮아지므로 펌프본체 내부의 저압부에서 물의 일부가 기화하여 기포가 생성, 펌프에 큰 기계적 손상을 주는 현상이다.
펌프는 그 작동원리상 본체내에 저압부를 형성시켜 주게 되는데 저압부의 압력이 물이 기화될 수 있는 압력까지 낮아지는 부분이 있으면 그 부위의 물이 기화되어 기포를 발생시켜 액체내부에 공기의 공동이 생기게 된다.
이때 형성된 기포가 본체내의 고압부에서 급격히 붕괴되는데 이 기포가 파괴될 때 대단히 큰 압력이 발생된다고 한다.
대용량의 펌프에서 實測 (실측)으로 보고된 바에 의하면 이 압력이 100~200kg/㎠에 이를 수도 있다고 한다.
| 수온(℃) |
0° |
20° |
40° |
60° |
60° |
80° |
100° |
120° |
140° |
| 증기압(m) |
0.06 |
0.238 |
0.752 |
2.03 |
4.83 |
10.23 |
20.23 |
20.24 |
36.85 |
물의 각 온도에 대한 호화증기량
펌프 운전중 Cavitation이 일어나면
① 펌프의 회전음이 부드럽지 못하고
② 본체가 진동하기 시작하며
③ 심한 경우 임펠라나 본체 내면이 깎이고 파여서 운전불능상태로 된다.
Caviitation이 일어나는 직접적인 원인은 무리한 흡입을 하고자 하는 데서 발생되는 것이 대부분이다.
<CAVITATION의 방지대책>
① 펌프 위치를 가능한 한 흡수면에 가깝게 하여 實吸入揚程(실흡입양정)을 작게 한다.
② 흡수관의 口徑(구경)을 크게 하고 배관을 단순, 直管化(직관화)하여 흡수관의 마찰손실을 줄인다.
③ 흡입측 스트레나의 通水面積 (통수면적)을 크게 한다.
④ 定格吐出量 (정격토출량) 이상의 양수량을 요구하지 말 것.
⑤ 定格揚程 (정격양정)보다 무리하게 낮추어 운전하지 말 것.
원심펌프에서는 실양정이정격양정보다 낮아지면 정격토출량보다 양수량이 많아지고 따라서 흡입관의 마찰손실이 커지게 된다. 이런 경우에는 토출측의 밸브를 조작, 수량을 絞縮((교축) Throttling)해야 한다.
나. 수격작용(Water Hammer)
관내를 흐르고 있는 물의 유속이 급히 바뀌면 관내압력이 이상 상승하게 되어 배관과 펌프에 손상을 주는 현상이다. Water Hammer현상은 Pump의 운전중은 물론이고 펌프가 정지될 때에도 발생할 수 있으므로 대용량인 Pump와 배관이 길어지는 경우에는 적절한 대비책이 있어야 한다.
<WATER HAMMER 방지대책>
① 펌프 운전중에는 각종 밸브의 개폐는 서서히 조작한다.
② 펌프 토출측에 설치하는 첵크밸브는 緩閉(완폐)첵크밸브(스모렌스키첵크밸브)를 부착하는 것이 좋다.
③ 펌프의 축에 Flywheel을 장치, 동력이 차단되어도 회전속도가 급속히 낮아지지 않도록 조치한다.
④ Air Chamber(그림7)를 설치하여 배관내의 압력변화를 흡수한다. 이것은 펌프의 운전정지에 따르는 배관내의 압력저하와 압력의 상승을 동시에 흡수할 수 있다.
8. BOOSTER PUMP
수력학적인 관점에서는 모든 펌프를 Booster Pump이라 말할 수 있으나 여기서는 대용량의 펌프(소화설비용 Main Pump)를 보조하는 소위 Jockey Pump를 말하는데 National Fire Code에서 정의 하고 있는Limited Se
rvice Fire Pump라는 표현이 정확한 명칭이 되겠다.
이것은 작은 용량이 요구되는 급수설비나 적은 토출량과 고양정이 필요한 소화설비용으로 설치하게 되며
첫째, 고가수조의 급수용으로 사용되는 경우와
둘째, Pipeline의 기밀이 완전하지 못한 원인 등으로 해서 물이 충만된 소화설비 배관내의 압력이 감소하는 것을 보충하는 수단으로 사용되는 경우가 있다.
고층건물의 소화설비용 보조펌프로소 토출량이 적고 고양정의 펌프를 구입하기 어려운 때에는 양정이 작은 펌프를 옥상층 등 높은 위치에 설치하여 實揚程(실양정)을 낮추는 방법이 권장된다.
9. PUMP ACCESSORIES
이것은 펌프의 운전을 보다 원활하게 하는데 필요한 기구로서 Pump설비의 핏수장치가 아니라고 생각하며 흔히 빠트리기 쉬우나 Fire Pump의 부속장치로서 반드시 설치하도록 의무화되어 있다.
가. Relief Valve
펌프 토출측의 과도한 압력상승시 펌프의 트러블을 방지하는 기구로 흡입압력과 Shut-off압력의 합이 소화설비에서 요구되는 압력보다 클 때는 반드시 설치하여야 한다.
나. Circulation Relief Valve
펌프의 起動 (기동)을 자동으로 하거나 원격 기동시키고자 할 때, 펌프 보호장치로 설치한다.
그 기능은 펌프의 토출측에 설치하여 정격토출압력 이상에서 약간 개방되어 Shut-off나 Throttling(締切(체절)
운동)시 펌프 본체 내부의 온도가 이상 상승하지 않도록 하여 펌프를 보호하는 기구로서 현소방법상에 규정된 순환배관에는 이러한 장치를 하면 될 것이다.
10. Fire Pump의 성능시험
정격운전
定格負荷(정격부하) 운전시 펌프의 성능을 알 수 있게 [그림 8]과 같이 별도의 성능시험배관을 설치하고 유량측정장치를 갖추어야 한다.
Shut-off
토출측 밸브를 완전폐쇄하고 정격속도로 펌프를 운전하는 것을 말하며 이 때 원심펌프(수평으로 설치된 경우)의 총양정은 정격양정의 120%를 초과하지 않아야 한다.
Over Load
토출량이 정격토출량의 150%가 되게 운전할 때 종양정이 정격양정의 65% 이하가 되어서는 안된다.(그림 9)
대개의 Fire Pump는 윤리적인 過負荷値 (과부하치)보다 훨씬 넓은 여유폭을 가지므로 실제 Pump의 운전에 상당한 융통서이 있지만 펌프에 따라서는 과부하로 운전할 때 Cavitation이 일어나는 수도 있으므로 조심홰야 한다.
11. FIRE PUMP의 유지 관리
Fire Pump는 평소 이용하지 않고 장기간 방치해 두는 일이 많아 유사시 긴급하게 가동시키고자 할 때 문제가 발생하는 사례가 많다.
빌딩이나 산업체 등에서 방화관리업무를 담당하는 사람이 가장 우선하여 살펴야 할 것이 Fire Pump라 해도 좋을 것이다.
다음은 Fire Pump의 유지 , 관리에 필요한 사항들을 정리하였다.
가. 吸收不能 (흡수불능)
펌프가 양수불능이 되는 원인의 99%는 흡수관에 이상이 있는 것이다.
흡수관의 공기누설, 공기의 흡입, 흡입관로중 공기가 고이는 부분이 있을 때에는 흡수불능이 된다.
나. 펌프 吐出側(토출측)의 附屬物(부속물)
토출관에는 반드시 첵크밸브와 슬루우스밸브(게이트밸브)가 부착되어 있다.
원심펌프의 운전중 실양정의 변화에 따라 토출측의 밸브로 수량을 조절하지 않으면 모터가 과부하되어 燒損( 소손)되는 수가 있기 때문이다.
첵크밸브는 펌프 정지시에 일어나는 배관내의 Water Hammer 현상이 펌프에 영향을 미치지 못하도록 하는 역할을 해준다.
다. 밸브의 개폐
Cavitation이나 Water hammer 또는 펌프 본체내의 온도 상승 등을 막기 위해 관로상의 각종 밸브의 개폐는 신중하게 하여야 한다.
원심펌프는 펌프를 起動(기동)시킨 후 서서히 밸브를 개방하고 왕복펌프는 밸브를 완전히 개방시킨 후 기동하여 서서히 폐쇄시킨다.
라. 過負荷(과부하), 過小負荷(과소부하)
모든 기계장치는 처음 설계된 정격부하운전에서 가장 높은 효율을 낼 수 있다. 펌프의 운전중 과부하, 과소부하로 인해 펌프의 효율이 낮아지고 펌프에 무리를 주는 수가 있다.
마. 各種計器 (각종계기)
(1)壓力計 (압력계)
압력계의 지침이 흔들리고 안정되지 않으면 Casvitation이 발생하였거나 흡입관으로 공기흡입이 그 원인이 된 것이다.
치침이 적정한 위치를 가리키고 있지 않은 원인은 토출관의 폐쇄, 기동용 압력탱크의 부착된 압력스위치의 고장, 안전밸브의 불량, 실양정의 변화, 회전수의 이상, 공전 드의 상태인 경우가 많다.
(2) 眞空計 (진공계)
진공계의 압력이 직정치보다 높은 것은 수위저하, 渴水 (갈수), 흡입관의 마찰손실 증대, 유체의 粘度 (점도)변화 등이 주원인이고 낮은 것은 수위 상승, 임펠러 마우스링의 마모, Sealing 불량, 흡입관의 공기 흡입 등의 경우가 많다.
(3) 電流計 (전류계)
전압의 변화, 주파수의 변동, 三相 (삼상)모터의 단상운전, 양수량의 변화, 공전, 공기흡입 등의 경우에 전류계의 지침에 이상이 생긴다.
바. 펌프의 起動 (기동)시 주의할 점
① 공전시키지 않기 위해 물올림(Priming water)의 확인
② 밸브의 개폐상태 확인
③ 회전방향의 확인
④ 각종 계기의 판독
⑤ 회전음, 진동, 베어링온도에 주의
<참고문헌>
1. FIRE RPOTECTION HANDBOOK, NFPA
2. NATIONAL FIRE CODE
3. 査察便覽(사찰편람) - 東京消防廳(동경소방청)
4. 豫防事務審査(예방사무심사) - 東京消防廳(동경소방청)
5. 豫防事務審査(예방사무심사) - 省安堂 (성안당)
6. 新펌프 入門 - 淸文閣
7. 消防設備(소방설비) - 源 和 (원화)
8. 標準流體力學(표준유체역학) - 科學硏究社(과학연구사)
9. 建築設備(건축설비)핸드북 - 金塔(금탑)
10. 基礎化學工學(기초화학공학) - IZUMI書房(서방)
11. 理化學辭典(이화학사전) - 岩波書店(암파서점)
<소방기술정보 ''85 창간호>
소 방 펌 프 |
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김 재 겸
본회 안전과장 |
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소방펌프는 화재를 막기 위해서 대량고압의 물을 공급해 줄 수 있는 흡입 및 방출배관을 갖추고 있다. 펌프는 수동 또는 자동으로 시동될 수 있는데, 자동시동의 경우는 별도의 제어기가 필요하다. 펌프를 구동할 때는 전기나 내연기관 또는 디이젤기관, 압축착화기관이 사용될 수 있다. 용량은 25gpm(95 ℓpm) 정도에서 5,000gpm(18,926 ℓpm)의 범위를 갖는다.
스프링클러나 옥내소화전의 필요합력이 가능한 급수량을 초과할 때는 소방펌프가 필요하다. 압력을 받아야만 물을 사용할 수 있는 (그림 1) 원심소방펌프와 연못이나 저수지처럼 흡입해야만 급수가 가능한 수직터어빈펌프(그림2)의 2종류의 펌프가 보통 사용된다.
원심펌프에 있어 물은 흡수구로 들어가서 회전하는 임펠러의 중심부를 지나게 되는데, 이 때 물은 원심력에 의해서 가장자리로 밀려나며 방출된다.
터어빈펌프는 수직축에 의해 펌프선단까지 연결된 여러 개의 임펠러들과 더불어 직각의 기어구동을 한다. 원심펌프의 동작과 같이 물은 한 임펠러로부터 다른 임펠러로 공급되며, 방출구로 나올 때까지 계속적으로 추가되는 힘을 얻게 된다.
소방펌프는 일정량의 물을 끌어올리는 능력에 의해 평가되는데, 펌프압력과 유속을 평가할 때는 항상 gpm으로 측정된다. 펌프는 규정압력의 65%에서 규정수량의 150%를 방수시킬 수 있고, 유량이 없는 조건에서 원심 펌프는 구정압력의 120%, 터어빈펌프는 규정압력의 140%까지 도달해야 한다.
원심펌프는 대부분 단단 펌프로 알려져 있고, 하나의 임펠러를 가지고 있다. 높은 압력이 요구될 때는 다단펌프가 필요하다. 펌프는 제어기로 시동정지되는데, 더 높은 압력이 요구될 때 제어기는 펌프를 동작시키며, 일정압이나 일정시간에 도달한 후 펌프를 정지시킨다. 적은 양의 누수나 소랴으이 흐름이 발생할 때 연속적으로 동작하거나 갑자기 정지하는 것을 막기 위해 펌프는 타이머를 갖추고 있다. 같은 이유 때문에 자키펌프로 알려진 두번째의 작은 펌프는 누수로 인한 소방펌프의 공회전을 막기 위해 병렬로 배관내에 설치되기도 한다.
물이 방출되지 않는 가운데 펌프가 구동되는 경우, 3/4인치의 배수구를 통해 물을 방출시키기 위해 펌프는 순환릴리이프밸브를 갖추고 있다. 이 밸브가 없다면, 펌프에 의해 발생되는 원심력으로 펌프케이싱내의 수온이 높아지게 되며, 이 높은 온도는 소방펌프에 손상을 줄 수 있기 때문이다.
샘이나 웅덩이로터 물을 끌어 들일 겨우 흡입된 딱딱한 물질이 지나면서 펌프가 소상을 받지 않도록 쇠그물을 갖추고 있다. 또한 펌프가 흡입의 우선권을 유지할 수 있도록 흡입선상에 푸트밸브가 갖추어져 있다.
동력전달부가 여러 가지 속도를 내는 (예를 들면, 엔진구동펌프와 같은) 경우, 펌프의 차단압력과 흡입정압의 합이 각 시설부품이 견딜 수 있는 압력을 초과할 때 릴리이프밸비가 요구된다. 릴리이프밸브가 각 시설부품들이 받는 응려글 제거시켜 준다.
* 외관점검
매월 점검이 필요하다.
점검결과를 기록하기 위해여 이 정의 뒷부분에 첨부한 점검양식을 사용하라.
* 월간점검
· 소방펌프의 모든 계기 압력을 점검하라.
· 제어키의 지시등이 ''Automatic''을 가르키는가 점검하라.
· 모든 밸브가 열려지는지 확인 점검하라.
* 시험
펌프의 점검을 위해 시럼용 헤더(header)가 구비되어 있다. 방출량이 250gpm(946 ℓpm)인 소방펌프에는 별도의
2 1/2인치의 방출구가 필요하다. 직선형 노즐을 2 1/2인치의 호스에 견고하게 부착하면물은 호스를 통해 흐르며, 피
<표 1> 소방펌프 고장의 원인
| 소방펌프 고장별 항목 |
방충량에
방출압력이 너무
낮음 |
방출량이 부족함 |
펌프 시동 수 흡입을
못함 |
같은 방출량에서 방출압력이
다름 |
과도한 전력 소요 |
펌프의 소음·진동
|
물의 방출불능 |
펌프의 시동 불능 |
펌프 및 구동 장치의 과열 |
패킹 박스의 과도한 누수 |
|
흡
입
펌
프 |
1 |
흡입양정이 너무 높다 |
× |
× |
× |
× |
|
× |
× |
|
|
|
| 2 |
푸트밸브가 너무 자거나, 부분적으로 막힘, 또는 설계부실로 흡입손실이 과도함 |
× |
× |
× |
× |
|
× |
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|
|
|
| 3 |
푸트밸비가 물에 충분히 잠기지 않아 흡입연결부로 공기가 들어감 |
× |
× |
× |
× |
|
× |
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|
|
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| 4 |
누설구멍을 통해 흡입연결부로 공기가 들어감 |
× |
× |
× |
× |
|
|
× |
|
|
|
| 5 |
흡입연결부가 막힘 |
× |
× |
× |
|
|
|
× |
|
|
|
| 6 |
흡입배관에 에어포켓이 생김 |
× |
× |
× |
|
|
|
× |
|
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| 7 |
흡입양정이 너무 높아 공동현상이 생김 |
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| 8 |
수조가 붕괴되었거나 극도의설치 불량 |
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| 9 |
패킹박스가 너무 타이트하거나 부적합한 패킹이 설치됨 |
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| 10 |
워커시일이나 배관이 막힘 |
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| 11 |
패킹박스를 통해 펌프로 공기가 들어감 |
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| 12 |
임팰러가 막힘 |
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| 13 |
웨어링 링이 마모됨 |
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| 14 |
임펠러가 손상됨 |
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| 15 |
임펠러의 직경이 부적합 |
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| 16 |
실제 순수압이 설정치보다 낮음 |
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| 17 |
케이싱 가스켓의 결함으로 내부누수발생(다단펌프의 경우) |
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| 18 |
압력계가 펌프 케이싱 꼭대기에 있음 |
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| 19 |
임펠러의 조정불량(수직펌프의 경우) |
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| 20 |
임펠러가 돌지못함 |
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| 21 |
펌프가 얼음 |
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| 22 |
펌프축이나 축슬리이브에 흠집이 있거나, 휘었거나, 마모됨 |
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| 23 |
펌프의 마중몰이 없음 |
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| 24 |
시일 링이 패캥박스에 잘못 위치하여 물을 막음 |
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| 25 |
마모, 불결, 부식, 파손, 부적절한 설치고 과도한 베어링의 마창 |
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× |
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| 26 |
회전자가 고정자에 결박됨 |
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× |
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| 27 |
펌프와 구동장치의 조정불량, 베어링이 마모, 조정불량으로 축이 중심에서 이탈함 |
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× |
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| 28 |
바닥이 견고하지 않음 |
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× |
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| 29 |
엔진냉각장치가 막힘.열교환기나 냉각수장치가 너무 작음. 냉각펌프 결함 |
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× |
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| 30 |
구동장치의 결함 |
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| 31 |
주유부족 |
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| 32 |
속도가 너무 늦음 |
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| 33 |
회전방향이 틀림 |
× |
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| 34 |
속도가 너무 늦음 |
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× |
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| 35 |
전원전압과 모터전압이 다름 |
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× |
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× |
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× |
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| 36 |
전기회로릐 결함.연료장치, 증기배관의 막힘. 배터리의 소모 |
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× |
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토관을 사용함으로써 유량을 측정할 수 있다(그림 3 참조). 물의 유량은 아래의 식으로 계산되어진다.
c; 노즐의 계수(일반적으로 0.9)
d; 방출구의 직경(인치단위)
p; 피토관에 나타나는 능력(psi 단위)
시험용 헤더 대신 유량계가 가끔 장치되기도 한다. 이 계기는 gpm단위로 펌프의 유량을 직접 측정하기 위해 눈금이 매겨져 있다. <표 1>은 간혹 발생하게 되는 문제들과 그에 대한 고장원인을 열거한 것이다.
펌프의 성능을 시험하기 위해서는 적정량의 물이 펌프를 통해 흘러야 하며, 시험결과가 측정되어져야 한다.
시험용 헤더 위의 방출구들이나 배출배관과 호스조직망내의 어느 곳이든, 다양한 유량을 방출하기 위해서 다양한 정도로 열려져야 한다. 이것은 펌프가 물의 흐름이 조금도 없는 상태에서와 규정유량의 25%,50%,75%,100%, 125 %, 150%에서 방출시킬 수 있어야 함을 시험하는 것이다. 예를들어 500gpm(1893 ℓpm)의 펌프는, 0, 125, 250, 375, 500, 625, 750gpm의 각기 다른 점에서 시험해 볼 필요가 있다. 이렇게 하기 위해서는 펌프의 흡입, 방출부의 계기를 관찰해야 하며, 방출노즐에 피토표시가 있어야 한다. 규정유량에 대해 원하는 %의 유량까지 근접했을 때, 피토압력과 방출구의 크기, 방출계수, 펌프흡입압력, 펌프방출압력, 그리고 펌프속도를 이 장의 끝에 있는 양식에 기록해야 한다.
이러한 시험을 일곱가지의 필요유량에 대해 모두 반복실시하고 기록해야 한다. 이 테스트의 결과를 양식 5의 그래프용지위에 그리고, 제조업자의 펌프시험곡선과 NFPA 20 원심소방펌프의 설치규격의 요건들과 비교해 보라.
* 시험 : 다음의 시험은 지시한 주기에 이루어져야 하고, 적절한 양식을 기록되어야 한다.
* 주간시험
· 소방펌프 작동시험
· 패킹부위의 기밀성
· 흡입 및 방출압력계
· 증기터어빈의 증기트랩 점검
· 내연기관의 과속차단기 작동
· 내연기간의 속도조절기작동
· 증기터어빈의 증기릴리이프밸브 점검
· 제어기 타이머 점검
* 연간 시험
· 펌프성능시험
· 수류(waterflow) 및 경보스위치
· 밸브의 위치
·각 수류에서의 펌프속도 확인
· 각 수류에서의 흡입 및 방출압력기록
* 유지관리 : 시험하는 동안 적절하게 동작하지 않는 부품에 대해서 신속하게 보수를 하라.
모든 유지관리사항을 기록하기 위해 이 장의 끝에 있는 시험 및 관리 양식을 사용하라.
* 기록관리 : 외관점검, 시험 및 유지관리에 대한 기록은 보관되어야 한다. 이 장의 끝에 첨부되어 있는 양식에는 필요한 정보를 기록할 수 있는 여백이 마련되어 있다. 이 양식에 의거하여 외관점검과 모든 시험, 유지관리를 기록하여하 한다.
* 참조 : NFPA 20, 원심소방펌프의 설치기준 NFPA 점검편람(5판)
미국국방성, 소방시설의 유지관리
<소방기술 ''91 통권 25호>
소방펌프의 시스템 구성 |
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노 균 희
남도엔지니어링 소장·소방기술사 |
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1. 개요
화재를 진화하는 방법에는 여러 가지 방법이 있으나 유류화재, 전기 화재 및 특수화재를 제외한 대부분의 일반화재를 지화하는 데는 물을 이용한 소화설비가 가장 효과가 크고 경제적이며, 소화저수조에서 필요한 장소로 물을 공급하는 기능을 하는 소방펌프는 물소화설비에서 갖추어야 할 가장 기본이 되는 중요한 장비중의 하나라고 할 수 있다. 펌프는 전동모터, 내연기관 등 구동부를 통하여 기계적 에너지를 받아서 액체에 압력과 속도를 주어 그 액체를 관을 통하여 높은 곳으로 올리거나 또는 먼 거리로 수송하는 데 사용되는 기계장치이며, 소방펌프(Fire Pump)는 소화용 저수조의 물을 관(Pipe)을 이용하여 필요한 압력과 유량을 공급하는 데 사용된다. 펌프는 구조에 따라 여러가지 종류로 나눌 수 있으나 소방펌프는 대부분 회전차(Impeller)의 회전에 의한 원심력을 이용한 원심펌프(Centrifugal)를 이용한다.
2. 소방용 원심펌프(Centrifugal Pump)
2.1. 원심펌프의 구성
원심펌프를 구성하는 기본요소로는 본체 (Casing, Vortex, Guide), 회전차(Impeller), 주축(Main Shaft), 축이음(S
haft Couplling), 베어링(Bearing) 및 패킹상자(Stuffing Box)등이 있다.
원심펌프는 변곡된 다수의 깃(Blade 또는 Vane)이 달린 회전차가 밀폐된 케이싱 내에서 회전하므로서 발생하는 원심력의 작용에 의하여 물을 회전차의 중심에서 흡입하고, 이 물은 반지름 방향으로 흐르는 사이에 압력 및 속도에너지를 얻어 토출구 및 관을 통하여 송출된다.
2.2 원심펌프의 분류
1) 안내깃의 유무에 의한 분류
원심펌프는 안내깃(Guide) 유무에 따라 안내깃이 없는 볼류우트 펌프(Volute Pump)와 안내깃이 달린 터어빈 펌프(
Turbine Pump)로 문류하며, 대체로 보류우트 펌프는 회전차의 1단(Stage)이 발생하는 양정이 낮은 것에 쓰이고, 터어빈 펌프는 양정이 높은 것에 사용된다.
2) 흡입구에 의한 분류
펌프의 흡입구가 회전차의 한쪽에 설치된 펌프를 편흡입 펌프(Single Suction Pump), 흡입구가 양쪽에 설치된 펌프를 양흡입 펌프(Double Suction Pump)라고 한다. 회전차의 외경, 내경 및 그외의 치수가 동일한 경우, 양정은 동일하지만 유량은 양흡입이 편흡입의 2배가 되므로 요구되는 송출유량이 양정에 대하여 비교적 적은 경우에는 편흡입 펌프를 사용하고 송출량이 많은 경우에는 양흡입 펌프를 사용한다.
3) 단수에 의한 분류
펌프에 회전차(Impeller)를 1개 설치한 것을 단단펌프(Single Stage Pump)라고 하며, 회전차를 2개 이상 설치한 것을 다단펌프(Multi Stage Pump)라고 한다. 단수에 따라 2단(Two Stage),3단(Three Stage), ···하고 하며, 회전차의 지름과 회전수의 관계에서 볼 때 다단펌프로 양수할 수 있는 범위는 약 80~100m 정도이며, 그 이상의 양정이 요구될 때에는 여러 개의 회전차를 직렬로 배치한 다단펌프를 사용한다. 다단펌프의 경우 1단에서 나온 물을 2단으로 흡입하고 차례로 다음단으로 송출하므로써높은 양정을 얻는다. 다단펌프의 경우 회전속도를 높임으로써 양정을 높일 수도 있다.
4) 축의 방향에 의한 분류
펌프의 주축(Main Shaft)의 방향에 따라 주축이 수평일 때를 횡축펌프(Horizontal Pump), 수직일 때를 입축펌프(V
ertical Pump)라고 하며, 저수조의 형태 및 위치와 펌프가 설치되는 장소의 여건에 적합한 형태의 펌프를 선정한다.
2.3. 원심펌프의 특성곡선(Characteristic Pump Curves)
펌프의 성능을 표시할 때 특성곡선 <그림 1> 을 사용하며, 펌프의 회전수와 흡입양정을 일정하게 하여 횡축에는 유량(Q), 종축에는 양정(H), 동력(K) 및 효율(η)을 표시하여 양정-유량(H-Q), 동력-유량(L-Q) 및 효율- 유량(η-Q)
간의 변화량을 곡선으로 그린 것을 펌프의 특성곡선이라고 한다. 적절한 설계 및 제작 결과 구해진 특성곡선의 경우에는 효율곡선(η-Q)의 최고점의 위치가 양정곡선(H-Q)상의 요구점과 동일 좌표가 된다.
양정곡선(H-Q)이 종축과 만나는 점, 즉 Q=0일 때의 양정을 체절양정(Shutt Off Head)이라고 한다. 원심펌프에 잇어 체절양정은 정격양정의 140%를 넘지 않도록 해야 하며, 펌프의 경우 정격유량과 정격양정의 교차점은 항시 양정 곡선사에 위치하거나 양정 곡선 아래 지점에 위치해야 하며, 소방펌프의 경우 정격유량의 150% 유량송출시 펌프의 양정은 정격양정의 65% 이상이 되어야 한다.
2.4. 펌프의 캐비테이션과 NPSH
1) 캐비테이션(Cavitation)
표준대기압 상태에서 펌프가 끌어올릴 수 있는 물의 높이(흡입양정)는 이론적으로 약 10.33m이지만 관 마찰이나 기타의 손실 때문에 실제로는 약 6~7m 정도밖에 안된다. 그러나 흡입높이가 그 이상이 되거나 또는 물의 온도가 높아지면 펌프의 흡입구 측에서 물의 온도가 높아지면 펌프의 흡입구 측에서 물의 일부가 증발하여 기포가 되어 펌프로 흡입되고 펌프에 흡입된 증기의 기포는 임펠러를 거쳐 토출구 측으로 넘어가면 압력이 상승되므로 기포는 물속으로 다시 소멸된다. 이 소멸되는 순간에 격심한 음향과 진동이 일어나게 되는 현상을 캐비테이션(Cavitaion)이라 하며, 캐비테이션은 소음, 진도, 관 부식 및 심하면 펌프의 흡입불능 현상을 가져온다.
2) NPSH(Net Positive Suction Head)
펌프의 흡입구 압력은 항상 흡입구에서 포화증기 압력 이상으로 유지되어야 캐비테이션이 일어나지 않는다. 즉, 캐비테이션이 일어나지 않는 유효 흡입양정을 수치로 표시한 것을 펌프의 유효양정(NPSH : Net Positive Suction He ad)이라 한다. 유효 흡입양정은 펌프의 설치상태 및 유체의 옺도 등에 따라 다르게 되는데 이것을 펌프설비에서 얻어지는 NPSH-av(NPSH-available)이라고 한다.
그런데 펌프는 그 자체가 필요로 하는 NPSH-re(NPSH-required) 있다. 따라서 설치에서 얻어지는 NPAH-av는 펌프 자체가 필요로 하는 NPSH-re보다 커야만 캐비테이션이 일어나지 않는다.
◆ 펌프설비에서 얻어지는 NPSH-av(NPSH-available)
펌프설비에 얻어지는 이용 가능한 유효 흡입 양정의 계산식은 다음과 같다.
여기에서 NPSH-av ; 이용가능한 유효 흡입양정(available NPSH)[m]
Pa ; 흡입수면의 절대압력[kg/㎡] (표준대기압 ; 10,322kg/㎡)
Ha ; 흡입양정으로 흡상일 때(+), 압입일 때(-)[m]
Hfs ; 흡입손실수두[m]
Pvp ; 유체의 온도에 상당하는 포화증기압력[kg/㎡]
γ ; 유체의 비중량[kg/㎡]
<그림 2>의 (a)와 같이 흡입측의 수위가 흡입구보다 아래에 있을 때, 흡입양정(Ha)+흡입 손실수두(Hfs)+물의 온도에 상응하는 포화증기압력수두(Pa/γ)가 대기압력 (Pa/γ)보다 작으면 물은 흡상된다. 즉 그림 (a)에서와 같이 그 차이를 펌프설비에서 얻어지는 이용가능한 유효 흡입양정 NPSH-av(NPSH available)이라고 한다.
그러나 이와 같은 경우는 유효 흡입양정이 너무 적어서 캐비테이션의 우려가 있다. 따라서 펌프의 설치 위치를 그림 (b)와 같이 변경시켜 본다. 즉 흡입수위를 흡입구보다 높게 잡았다. 따라서 흡입양정은 압입수두(Ha)로 변하므로 이용 가능한 유효 흡입양정(NPSH-av)은 (a)의 경우보다 커진다.
따라서 온수와 같이 포화증기압력이 높은 경우에는 펌프의 흡입구 측에서 쉽게 증발하여 캐비테이션이 일어나므로 그림(b)와 같이 압입함으로써 압입수두(Ha)를 형성하여 유효 흡입양정을 높인다.
◆ 펌프 자체가 필요로 하는 NPSH-re(NPSH required)
펌프 자체가 필요로 하는 NPSH-re는 그 펌프의 실험결과에서 얻어지게 되지만, 실험결과의 이용이 불가능하면 다음식 의하여 구한다.
즉, 펌프 자체가 필요로 하는 NPSH-re(NPSH required)는
NPSH-re= σH
여기서 σ : 캐비테이션 계수
H : 양정
한편, 설비에서 얻어지는 NPSH-av는 펌프자체에서 필요로 하는 NPSH-re에 약 30%의 여유를 갖도록 설치해야 한다. 즉 NPSH-av>1.3×NPSH-re가 되도록 하여야 한다.
3.소방펌프의 시스템 구성
3.1. 소방펌프의 구성
건물, 일반 산업공장, 플랜트(Plant) 등의 규모와 화재발생시 피해위험도 등에 따라 적용되는 소화설비가 다르며, 대개 물을 사용하여 소화하는 설비가 주류를 이루고, 이에 필요한 소화수(물)를 충분히 공급할 수 있는 소방펌프설비를 갖추는 것은 중요한 요소중의 하나라고 할 수 있다. 소방펌프의 구성은 필요한 소화수의 공급량에 따라 달라질 수 있으며, 여기서는 일반적으로 가장 흔히 이용하는 소방 주펌프(Main Fire Pump), 소방예비펌프(Emergency Fi
re Pump) 및 충압펌프(Jockey Pump)로 구성되는 소방펌프 시스템(Fire Pump System)에 대하여 논한다.
· 소방펌프
- 소방펌프(Main Fire Pump)
- 소방예비펌프(Emergency Fire Pump)
- 충압펌프(Jockey Pump)
1) 소방 주펌프
소방 주펌프는 필요한 소화수의 공급량에 따라 1대 또는 2대 이상의 펌프로 구성한다. 소방주펌프의 1대의 최대용량은 1134M³/Hr 이하가 되어도 방호대상 지역에 설치된 소화설비의 사용 여건에 따라 소방 주펌프를 2대로 또는 그 이상의 수로 나누어 설치할 수 있으며, 또한 그 이상의 수로 나누어 설치하라 수 있으며, 또한 각각의 소화설비 종류별로 필요한 소화수 공급량에 맞도록 소방 주펌프를 분리하여 설치할 수 있다. 예로서 건물의 경우 옥내소화전(5개 사용기준)과 스프링클러 설치(스프링클러 헤드 30개 동시 개방 기준)를 설치할 때의 소방 주펌프의 구성을 경우별로 나누어 보면,
경우 1)
· 옥내소화전 및 스프링클러 : 1대(용량 3050LPM→183M³/Hr)겸용 주 펌프
경우 2)
· 옥내소화전용 주펌프 : 1대(용량 650LPM→39M³/Hr)
· 스프링클러용 주펌프 : 1대(용량 24000LPM→144M³/Hr)
경우 3)
· 옥내소화전용 주펌프 :1대(용량 650LPM→39M³/Hr)
· 스프링클러용 주펌프 : 2대(용량 1200LPMLPM→72M³/Hr)
이상의 3가지로 구성할 수 있다.
건물의 경우 위의 조건에서는 경우 3)의 방법을 선호하고 있으며, 이는 소방 주펌프가 모터구동 펌프(Moter Driven
Pump)로서 펑상시는 사용전원을 공급받도록 함으로써, 비상시 소방 주펌프 기동에 필요한 기동 전력을 줄입으로써 비상 발전기 용량 증가에 따른 비용절감의 효과를 기대할 수 있고, 또한 소규모 화재시 적절한 용량의 펌프가 기동됨으로써 불필요한 전력의 손실을 방지할 수 있고, 경우 1)과 경우 2)보다 작은 용량의 펌프를 설치함으로써 펌프 기동시 보다 적은 지동이 발생하는 장점이 있다. 단점으로는 펌프대수가 경우 1), 경우2) 보다 상대적으로 많은데 따른 설치공간의 확대 및 펌프 설치비용이 증가될 수 있다. 그러므로 해당 건물의 적용소화설비 및 필요한 소화수 공급량을 파악하여 이러한 장단점을 상세히 검토하여 소방 주펌프를 구성해야 한다. 예로서 1500M³/Hr의 소화수 공급량이 필요할 때 소방 주펌프의 구성을 경우별로 보면,
경우 1) 소방 주펌프(모터구동) : 3대(용량 500M³/Hr)→
경우 2) 소방 주펌프 (모터구동) : 2대(용량 500M³/Hr)
소방 주펌프(엔진구동) : 1대 (용량 500M³/Hr)
(이 경우 용량이 1000M³/Hr가 되도록 비상용 엔진구동 예비펌프 별도 설치)
경우 3) 소방 주펌프(모터구동 ) :1대 (용량 500M³/Hr)
소방 주펌프(엔진구동) : 1대(용량1000M³/Hr)
(이 경우 용량이 500M³/Hr가 되도록 비상용 엔진구동 예비펌프 별도 설치)
위의 경우는 소방 주펌프의 1대 용량을500M³/Hr를 기준했으나 위의 경우 외에도 여러 가지 방법으로 소방 주펌프를 구성할 수 있으며, 대체로 모터구동 펌프의 경우 1대의 용량을 500M³/Hr 이하로 하며, 엔진기동 펌프의 경우에는 1000M³/Hr 이하로 한다. 대규모의 플랜트에 있어서 발전소, 정유공장, 화학공장 위험물 저장기지 등 특성에 따라 소화수 공급량에 상당한 차이가 있으나 대체로 해당 방호 대상물에 필요한 최대 소화수 공급량을 소방 주펌프로 공급토록 하고 별도의 예비펌프를 설치하여 전원공급 차단으로 인한 모타구동 소방주펌프 사용 불능시를 대비하고 있다
2) 소방 예비펌프(Emergency Fire Pump)
소방 예비펌프는 소방 주펌프의고장, 수리 또는 전원 공급이 차단되는 경우를 대비하여 설치한다. 그러나 건물의 경우 일반적으로 소방 주펌프(모터구동)에 비상전원을 공급하도록 조치하고 별도의 예비펌프를 설치하지 않고 있으며, 대규모 플랜트의 경우 반드시 예비펌프는 엔진구동 펌프를 설치하여 비상시 상용전원의 공급이 차단되더라도 엔진구동 펌프로서 해당 방호대상 지역에 필요한 소화수를 충분히 공급할 수 있도록 구성한다.
3) 충압펌프(Jockey Pump)
충압펌프는 소방 주펌프 토출측에서부터 설치된 소방설비로 소화수를 공급하는 관(Pipe)내의 압력을 일정 기준 이상으로 항상 유지시켜 주기 위하여 설치한다. 충압펌프의 용량은 소방법상에는 60LPM 이하인 것을 사용하고, 다만, 정격토출량이 60LPM 초과 200LPM이하인 경우로서 펌프의 토출측 부근에 유효한 감압장치를 설치함으로써 하나의 옥내소화전만 개방하더라도 소방 주펌프가 자동적으로 기동할 수 있는 경우에는 그러하지 아니하도록 규정하고 있다. 미국의 규정인 NFPA-20에는 상시 가압되는 배관의 연결부위에서 발생할 수 있는 누수 예상량을 계산하여 충압펌프가 기동하여 10분이내에 보충할 수 있는 용량과 3.8Lpm(1Gpm) 중 큰 쪽을 기준으로 충압펌프의 용량을 결정하도록 되어 있다.
3.2.소방펌프의 기동방법
1) 소방펌프의 기동방법
소방펌프의 기동방법에는 수동기동 방법, 자동기동 방법이 있으며 근래에 와서는 대개가 자동기동 방법을 사용하고 있다.
2) 수동기동 방법
소방펌프의 수동기동의 경우, 현장기동은 펌프 인근에 설치된는 펌프조작반(Pump Control Panel)에 설치되는 스위치를 직접 조작하여 펌프를 기동시키는 방법이며, 원격기동의 경우, 관련 소화설비 사용 필요시 소화설비기 인근에 설치된 펌프 기동스위치(옥내, 옥외 소화전함 등에 설치)를 조작하므로써 펌프를 기동시키는 방법이다. 소방펌프의 수동기동 방법은 과거 소방대상물의 규모가 작고 위험성이 낮으며, 옥내소화전,옥외소화전 설비 등 단순 소화설비가 설치되는 소방대상물에 설치된 경우가 있었으나, 근래에 와서는 압력스위치를 이용한 자동기동 방식을 대부분 채택하고 있다.
3) 자동기동 방법
자동기동 방법은 평상시 소방펌프를 토출측 관내의 소화수 압력을 충압펌프를 사용하여 일정 범위내에서 가압된 상태로 유지시키고, 소방펌프에 연결된 소화설비기구(옥내소화전, 옥외소화전, 스프링클러 등) 사용시 일정 기준 이하로 떨어지는 수압을 압력수위치가 인지하여 자동으로 소방펌프를 기동하도록 하는 방법이다. 별첨 도면에서 보는 바와 같이 압력수위치를 압력챔버(Pressure Chamber)에 설치하는 방식은 우리나라 및 일ㄹ본에서 추천되는 방식이며, 미국의 규격인 NFPA-20에서는 압력스위치를 펌프 토출측 배관상에 직접 설치하는 방식을 채택하고 있다.
a) 충압펌프의 자동기동
우리나라 소방법에는 충압펌프의 정격토출압력은 그 설비의 최고위 호스접결구의 자연압보다 2kg/㎠이상 크게 하도록 되어 있으나, 일반적으로 소방 주펌프의 정격토출 압력과 같도록 한다. 충압펌프의 자동기동은 소방펌프 토출측 배관에 누수 등에 의하여 항시 유지해야 할 압력점 이하가 되면 충압펌프 기동용 압력스위치(Press·Low)가 작동하여 충압펌프를 자동 기동시키며, 충압펌프의 기동에 의하여 다시 압력이 올라가서 압력스위치(Press·High)가 작동하여 충압펌프를 자동 정지시킨다. 충압펌프의 기동용 압력스위치의 작동점은 정지용 압력스위치의 작동점보다 0.7kg/㎠ (10psi) 낮게 잡는다.
b) 소방 주펌프의 자동기동
소방 주펌프의 지동기동은 설치된 고정 소화설비가 작동하여 소화수를 방출할 경우 펌프 토출측 배관내의 압력이 저하되어 소방 주펌프 기동용 압력스위치가 작동하여 소방 주펌프를 자동 기동시킨다. 소방 주펌프 자동기동용 압력스위치의 작동압력은 충압펌프의 기동압력점보다 약 0.35kg/㎠ (5psi) 낮게 설정하며, 소방 주펌프를 2개 이상으로 분리하여 설치하는 경우에는 기동 순서에 따라 순차적으로 각 펌프의 압력스위치 작동압력을 0.7kg/㎠ 씩 낮게 설정한다.
c) 소방 예비펌프의 자동기동
소방 예비펌프의 자동기동은 예비펌프 기동용 압력스위치를 설치하여 소방 주펌프의 기동 압력점보다 약 0.7kg/㎠낮은 압력에서 자동 기동토록 할 수 있고 또한 압력스위치를 사용하지 않고 소방펌프를 콘트롤 로직(Control Logic) 상에서 소방 주펌프가 기동되어야 함에도 불구하고 정전, 수리 등에 의하여 기동되지 않을 경우 (Main Fire Pump T
rouble) 자동으로 예비펌프를 기동하도록 할 수 있다. 일반적으로 예비펌프의 자동기동은 후자의 방법을 사용한다.
4) 소방펌프의 제어반(Fire Pump Contro Panel)
소방펌프의 제어반(Fire Pump Contro Panel)을 소방펌프 인근에 설치하고, 주 제어반(Main Fire Control Panel)은 중앙제어실 또는 종합방재실에 설치한다. 주 제어반 소방펌프의 기동, 정지 및 관련 소방설비 전체의 작동상태를 알 수 있도록 구성한다. 소방펌프제어반에서는 펌프를 수동으로 기동 또는 정지시킬 수 있고 또한 펌프 기동시 표시등이 점등됨과 동시에 경보음을 울리게 하는 기능이 있으며, 현장기동 및 원격기동용 선택스위치가 설치된다. 소방펌프의 수동 및 자동기동 운전상태를 알 수 있도록 이를 도면으로 표기하는데 이를 콘트롤로직도면(Control Logic Dia
gram)이라고 하며, 소방펌프 제어반 및 주 제어반(Main Fire Control Panel) 제작시 이 도면을 사용한다.
< 참고문헌 >
· NFPA-20 Centrifugal Fire Pumps(1990)
· Fire Protection Handbook, 17th Edition (1991)
· 유체기계 -Ⅰ(강차수, 하재현, 박선종 공저)
· 공기조화 설비(신치웅 저)
<소방기술''91 통권 25호>
水擊防止器 (수격방지기)의 원리 및 효과 |
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박 경 원
(주) 진화방재설비과장 |
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1. 워터-햄머의 이론과 계산
관내를 물 또는 기름 등이 충만하게 흐르고 있을 경우에 밸브를 급격히 닫으면, 관내의 유체 압력은 현저하게 상승한다. 그래서 밸브 폐쇄 직전에 유체가 혼합되어 그 압력의 상승에 따라서 유동해가는 유체가 순차적으로 정지하는 압력이 상승되는고로 압력상승의 파장은 관내를 수원으로 향해가고 재차 돌아온다.
그 싸익클은 배관의 길이와 관내 및 유체의 탄성계수에 의해서 정해지는데 이 파장은 한번 발생하면 관벽과 유체간의 마찰에서 감쇠 순회할 때까지 계속된다. 수격은 밸브를 급속히 닫는 이외에 완만히 닫을 경우, 급격히 개방하려할 때도 생기는데 이 경우 상승압력은 적기 때문에 장애는 급격히 닫는 경우에 크게 나타난다. 이 유체의 정지시에 일어나는 충격압은 수격음의 발생 뿐만 아니라 배관의 굴절 및 부속계기 파손의 원인이 되고 그 장애의 방지가 중요한 문제로 되고 있는데, 종래에는 이것을 해결하는 결정적인 방법이 없었다. 당사에서는 계속 이 워터햄머 주머니를 만들었고, 워터 햄머쿳숀의 개발에 성공하기에 이르렀다.
2. 워터 햄머 쿳숀 용량의 선정
워터 햄머 쿳숀의 용량선정은 Greer Mercier의 실험식 4를 사용해서 계산할 수 있다.
워터 - 햄머 쿳숀의 용량 결정에 있어서는 정압을 기초로 하여 허용압력을 결정하고, 공기 주머니의 투입압력을 정압의 60% 정도로 한다.
(예제) 靜水壓 (정수압) 6kg/㎡, 관길이 200m의 4B관에서 유수압 4kg/㎡, 유량 1,500ℓ/min의 경우 밸브締切 (체절)
시간을 0.5sec이라 하면, 햄머 쿳션의 크기는 얼만인가?
답 : 정수압 kg/㎡ 인데 허용압력은 그 5배를 잡고 9kg/㎡로 되니까.
(4-1) 관속의 압력파장의 진행속도는 (1)식에 의하여 계산할 수 있다.
a = 壓力波 (압력파)의 진행속도 (m/sec)
r = 流體 (유체)의 단위 體積當 (체적당) 중량 (kg/㎡)
g = 중력 가속도 (m/sec)
k = 유체의 체적탄성계수 (kg/㎡)
d = 관의 내경 (m)
δ = 관의 두께 (m)
E = 관材(재)의 縱彈性(종탄성) 계수 (kg/㎡)
유체를 15℃의 물로서 계산하면 표 3과 같다.
( 4 - 2 ) 수격에 따른 상승압력은 (2)식에 의하여 계산할 수 있다.
P = 상승압력 (kg/c㎡)
r = 유체의 단위체적적 중량 (kg/c㎡)
a = 압력파장의 진행속도 (m/sec)
S = 밸브페지의 유체속도 (m/sec)
s = 압력파장이 돌아갔을때의 유체속도 (m/sec)
g = 중력가속도 (m/sec)
압력파장이 돌아왔을때까지의 시간은
Tr = 압력파장이 돌아왔을때까지의 시간 sec
r = 배관전장 m
a = 압력파장의 진행속도 m/sec
(예제) 4B의 길이 300에서 10kg/㎠ 압력 2m/sec의 속도에서 물을 보잴 경우 밸브를 0.3초에서 닫으면 관속의 압력은 얼마로 상승하는가?
답 : 압력파장의 왕복시간을 (3)식에 의하여
따라서 이 시간에서는 밸브는 완전히 닫히기 때문에 그 시간에 유체속도는 0으로 되고 그러므로 (2) 식에 의하면
위의 압력에 최초의 압력을 가하면
25.4+10=35.4 kg/㎠
즉 전압력은 35.4kg/㎠에 달한다.
<표 4> 워터-햄머-쿳숀의 용량걸정 눈금
|
流速
직경(A) (B) |
流量 ℓ/min
|
W.H.C |
| 1m/s |
2m/s |
3m/s |
4m/s |
SIZE |
15
25
50
80
100
125
150
200
250
300 |
1/2
1
2
3
4
5
6
8
10
12 |
12.2
36.0
132
305
515
800
1,120
1,980
3,040
4,380 |
24.4
72.0
264
610
1,030
1,600
2,240
3,960
6,080
8,760 |
36.6
108
396
915
1,545
2,400
3,360
5,960
9,120
13,140 |
48.8
144
528
1,220
2,060
3,200
4,480
7,920
12,160
17,520 |
JH-100
JH-200
JH-300
JH-600
JH-600
2개 이상 |
<소방안전''82 통권 9호>
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