펌프와 밸브의 종류를 말해보세요.

펌프란 전동기나 내연기관 등의 원동기로부터 기계적 에너지를 받아서, 액체에 운동 및 압력에너지를 주어 액체의 위치를 바꾸어 주는 기계이다. 펌프의 작용은 흡입과 토출에 의해 이루어진다. 흡입작용은 펌프 내를 진공상태로 만들어 흡상시키는 것이다.

펌프의 종류는 구조 및 작동원리에 따라 터보형, 용적형, 특수형으로 나뉘고, 용도에 따라 급수용, 배수용, 순환용, 소화용, 기름용 등이 있다.

밸브란 관의 도중이나 용기에 설치하여 유체의 흐름을 제어를 하는 장치로, 제어란 뜻은 유체에서 물리적으로 표현되는 압력, 온도 및 유량을 조정한다는 것이다. 목적에 따라 그 종류가 다양한 데 현재 가장 널리 사용되는 7대 밸브는 게이트밸브, 글로브밸브, 체크밸브, 버터플라이밸브, 플러그밸브, 볼밸브, 안전밸브 등이며 콕도 밸브의 일종이다. 밸브의 형식·치수는 규격에 규정되어 있다.

(1) 펌프의 종류

펌프의 종류에는 원심펌프(centrifugal pump), 축류펌프(axial flow pump), 왕복펌프(reciprocating pump), 회전펌프(rotary pump) 및 특수펌프(miscelanious pump)가 있다.

원심펌프는 물, 우유, 윤활유, 화학용액 등 가공용 물질을 압상하는데 가장 많이 쓰이는 펌프이다. 원심펌프는 다수의 깃(blade, vane) 이 달린 회전차(impeller)가 밀폐된 케이싱(casing) 내에서 회전함으로써 발생하는 원심력을 이용하는 펌프이다. 유체는 회전차의 중심에서 유입되어 반지름방향으로 흐르는 사이에 압력 및 속도에너지를 얻고, 이 가운데 과잉의 속도에너지는 안내깃(guide vane, diffuser vane)을 지나 와류실(volute casing) 을 통과하는 사이에 압력에너지로 변한다. 원심펌프는 회전차의 바깥둘레에 안내깃이 없는 것을 벌류트펌프(volute pump), 안내깃이 달린 것을 터빈펌프(turbine pump) 라고 한다. 전자는 일반적으로 양정이 낮은 곳에 쓰이며, 후자는 높은 곳에 사용된다.

축류펌프는 유량이 대단히 크고 양정이 낮은 경우(보통 10m 이하) 에 사용되는 것으로, 농업용의 양수 및 배수, 상수도 및 하수도용으로 많이 사용된다. 유체는 회전차 속으로 축방향으로 유입되어 회전차를 지나 축방향으로 유출된다. 회전차의 날개는 위의 그림과 같이 크고 넓으며, 마치 선풍기의 날개 또는 스크루 프로펠러와 같은 형상으로 되어있다.

왕복펌프는 가정용 펌프가 대표적이며, 비교적 양정이 높은 곳에서 사용되는데, 펌프의 케이싱 내에 왕복운동을 하는 피스톤(piston) 또는 플런저(plunger)가 움직임에 따라 체적변화를 일으켜 물을 흡상하는 원리를 이용한 것이다. 왕복펌프는 양정과 효율(80~90%) 이 비교적 높고 설계제작이 간편하나 밸브기구를 가지고 있어, 구조가 다소 복잡하며 배수량이 조절이 곤란하기 때문에 배출상태를 균일하게 하려면 특수 장치가 필요한 결점이 있다. 왕복펌프의 손실은 주로 마찰에 의해 일어나기 때문에 마찰성 물질이 포함된 유체나 부식성 물질에는 사용할 수 없다.

회전펌프는 원리적으로는 왕복펌프와 함께 부피의 변화를 이용하는 용적형이다. 회전펌프에는 왕복펌프의 피스톤에 해당되는 회전운동을 하는 회전자(rotor) 가 있으며 왕복펌프의 필수장치인 밸브기구가 회전펌프에는 없다. 회전자의 종류에 따라서 기어펌프(gear pump)와 베인펌프(vane pump)가 있다. 회전펌프는 크림, 기름 등과 같이 점성이 큰 액체를 수송하는 데 적합하다.

특수펌프로는 유체의 마찰을 이용하는 마찰펌프(friction pump), 분출하는 유체의 운동에너지를 이용하는 분사펌프(jet pump), 공기를 불어넣어 공기의 부력을 이용하는 기포펌프(air lift pump) 등이 있다.

(2) 밸브의 종류

게이트 밸브는 밸브 몸체가 문짝처럼 오르락내리락하면서 유체가 흐르는 통로를 개폐하는 구조를 가진 밸브의 총칭. 보통 완전히 열거나 닫은 상태로 사용되고 유량조절에는 잘 사용되지 않는다. 완전히 열린 상태에서의 저항계수는 밸브류 중에서도 가장 작다.

글로브 밸브는 일반적으로 공 모양의 밸브 몸통을 가지며, 입구와 출구의 중심선이 일직선 위에 있고 유체의 흐림이 S자 모양으로 되는 밸브로서 단좌형, 복좌형 밸브 및 케이지 밸브가 있다. 유량을 미세하게 조절할 수 있고 고압에 용이하다는 장점이 있다. Valve를 파이프라인에서 떼어내지 않고 수리할 수 있어 편리하다는 장점이 있지만 Valve Seat가 유체의 흐르는 방향과 평행으로 되어 있고 유체의 흐르는 길이 S자 형으로 되어있어 와류현상이 일어나며 유체의 압력손실이 크다. 따라서 저압의 유체에는 적당하지 않으며 동일규격의 게이트 벨브에 비해 무겁고 가격이 비싸다.

체크 밸브는 밸브 디스크가 유체의 배압에 의해 역류를 방지하도록 작동하는 밸브를 말한다.

버터플라이 밸브는 밸브 내에 원판형 디스크가 축을 중심으로 회전하여 관로를 개폐하는 구조로서 다른 형식의 밸브에 비하여 소형이고 개폐에 필요한 회전력이 적고 대구경의 관로에 설치하기 좋고 유량조절이 용이하다.

플러그 밸브는 윤활구조를 가지던가 또는 밸브 시트 사이의 마찰을 기계적으로 감소시킬 수 있는 구조를 가진 콕의 일종이라고 볼 수 있다.

볼 밸브는 핸들을 돌리면 스핀들에 접속된 볼이 좌우로 90도 회전하면서 통로를 열고 닫는 것으로 볼모양의 디스크와 밸브 몸통에 끼워져 있는 링 모양의 밸브시트 구면이 맞물려 기밀을 유지하게 된다. 조작 시간이 짧고 유체의 저항이 적으며 핸들의 위치에 따라 개폐여부를 쉽게 확인할 수 있는 구조를 가지고 있다.

콕은 테이퍼 또는 평행 모양의 밸브 시트를 가진 물체의 내부에 회전할 수 있는 마개가 들어 있는 유체 차단 기기의 총칭이다. 마개를 90^◦또는 그 이하로 회전시켜 개폐를 한다.