1-10. 펌프에서 발생하는 유동소음에 대하여 설명하고 방지대책에 대하여 설명하시오.

펌프에서 발생하는 소음은 크게 모터나 구동부의 회전으로 인한 기계적 소음과 유체의 흐름으로 인해 발생하는 유동 소음으로 나눌 수 있습니다. 이 중 유동 소음은 펌프 자체뿐만 아니라 연결된 배관 시스템 전체에서 유체의 불규칙한 움직임, 압력 변화 등으로 인해 발생하는 소음입니다.

 

유동소음의 발생 원인:

펌프 및 배관 시스템에서 유동 소음이 발생하는 주된 원인은 다음과 같습니다.

1. 난류 (Turbulence): 유체가 배관 내부를 흐를 때 불규칙하고 소용돌이치는 움직임인 난류가 발생하면서 소음이 발생합니다. 유속이 빠르거나 배관 내부에 장애물, 급격한 곡관 등이 있을 때 난류가 심해져 소음이 커집니다.
2. 캐비테이션 (Cavitation): 펌프의 흡입 측 압력이 낮아지거나 유속이 빨라지는 부분에서 유체 내에 기포가 형성되고, 이 기포가 고압부로 이동하면서 순간적으로 터지면서 충격음과 진동을 발생시킵니다. 이는 펌프의 성능 저하와 손상을 야기하는 심각한 소음 원인입니다.
3. 수격작용 (Water Hammer): 배관 내를 흐르던 유체의 흐름이 밸브의 급작스러운 개폐 등으로 인해 갑자기 멈추거나 방향이 바뀔 때, 유체 운동 에너지의 급격한 변화로 인해 높은 압력파가 발생하며 충격음과 진동이 생깁니다.
4. 와류 (Vortex) 및 유동 박리 (Flow Separation): 펌프의 흡입구나 토출구 형상, 배관의 급격한 단면 변화, 밸브나 이음쇠 내부에서 유체의 흐름이 원활하지 못하고 와류가 형성되거나 유체 흐름이 배관 벽면에서 떨어지는 유동 박리가 발생할 때 소음이 발생합니다.
5. 배관 시스템의 공명 및 진동: 유체의 흐름으로 인한 압력 맥동이나 펌프의 진동이 배관 시스템의 고유 진동수와 일치할 때 공명이 일어나 소음이 증폭될 수 있습니다. 또한, 제대로 지지되지 않은 배관이 유동이나 펌프 진동에 의해 떨면서 소음을 발생시키기도 합니다.
6. 밸브 및 이음쇠: 밸브 내부를 유체가 통과할 때 발생하는 압력 강하와 복잡한 유로 형상으로 인해 소음이 발생하기 쉽습니다. 특히 유량 조절 밸브 등에서 유속 변화가 크거나 압력 차이가 클 때 소음이 커집니다. 이음쇠나 필터 등도 유동의 방해 요소로 작용하여 소음을 유발할 수 있습니다.

유동소음 방지 대책:

유동 소음은 다양한 원인이 복합적으로 작용하여 발생하므로, 이를 효과적으로 방지하기 위해서는 설계, 설치, 운영 단계에 걸친 종합적인 접근이 필요합니다.

1. 설계 단계:
   • 적절한 펌프 선정: 시스템의 유량 및 양정에 맞는 효율적인 운전 범위(성능 곡선의 최고 효율점 근처)에서 작동하는 펌프를 선정하여 캐비테이션 발생 가능성을 줄이고 효율적인 유동을 유도합니다.
   • 배관 시스템 설계 최적화:
     • 유속 제한: 배관 내 유속을 적정 수준(일반적으로 소음 기준을 고려하여 설계)으로 유지하여 난류 발생을 억제합니다.
     • 곡관 및 이음쇠 최소화: 급격한 곡관이나 불필요한 이음쇠 사용을 줄이고, 가능한 한 완만한 곡선과 부드러운 유로를 가진 부품을 사용합니다.
     • 배관 구경 선정: 시스템의 유량 및 허용 유속을 고려하여 적절한 배관 구경을 선정합니다.
     • 흡입관 설계: 펌프 흡입 측 배관은 짧고 직선으로 설계하며, 흡입 유속을 낮게 유지하여 캐비테이션 발생 가능성을 최소화합니다.
   • 저소음 밸브 선택: 유량 조절용 밸브 등 소음 발생이 예상되는 위치에는 저소음 구조의 밸브를 선택합니다.
   • 공명 방지 고려: 배관 시스템의 설계 시 예상되는 유동 소음 주파수와 배관의 고유 진동수가 일치하지 않도록 설계에 반영합니다.
2. 설치 단계:
   • 정확한 배관 시공: 배관의 직진도 및 기울기를 정확하게 시공하여 유체 흐름이 원활하도록 합니다.
   • 견고한 배관 지지: 배관을 구조물에 견고하게 지지하여 유동이나 펌프 진동으로 인한 배관 자체의 떨림이나 공명을 방지하고 진동이 다른 구조물로 전달되는 것을 최소화합니다. 행거, 서포트 등을 적절한 간격으로 설치합니다.
   • 플렉시블 커넥터 사용: 펌프와 배관 연결부에는 플렉시블 커넥터(신축 이음쇠)를 사용하여 펌프의 진동이 배관으로 직접 전달되는 것을 차단합니다.
   • 정확한 펌프 설치: 펌프 기초를 견고하게 하고, 펌프와 배관의 연결 시 무리한 힘이 가해지지 않도록 정렬을 정확히 맞춥니다.
   • 시스템 에어 제거: 시공 완료 후 시스템 내부에 잔류하는 공기를 완전히 제거하여 유동 중 기포 발생으로 인한 소음을 방지합니다.
3. 운영 및 유지보수 단계:
   • 적정 운전: 펌프를 설계 시 고려된 적정 운전 범위(특히 유량) 내에서 운전하여 캐비테이션 및 과도한 난류 발생을 방지합니다. 유량 조절이 필요한 경우 밸브 조절보다는 펌프 회전수 제어(VFD 활용)를 고려하는 것이 소음 저감에 유리할 수 있습니다.
   • 시스템 압력 유지: 특히 펌프 흡입 측 압력이 너무 낮아지지 않도록 시스템 압력을 적절히 유지하여 캐비테이션 발생을 억제합니다.
   • 정기 점검 및 유지보수: 펌프 및 배관 시스템을 정기적으로 점검하여 비정상적인 소음이나 진동 발생 시 원인을 파악하고, 마모된 부품 교체, 이물질 제거 등 적절한 유지보수를 수행합니다.
   • 에어 벤트: 시스템 운영 중 발생하거나 유입된 공기를 주기적으로 배출하여 공기 혼입으로 인한 소음을 줄입니다.
4. 시스템 개선 (소음 발생 시):
   • 방음 및 차음: 소음이 심한 배관 구간이나 펌프 주위에 방음재나 차음재를 설치하여 소음이 외부로 전달되는 것을 줄입니다.
   • 소음기 설치: 특정 구간에서 발생하는 유동 소음을 줄이기 위해 배관용 소음기를 설치할 수 있습니다.
   • 밸브 위치 및 종류 변경: 소음 발생이 큰 밸브의 위치를 변경하거나 저소음형 밸브로 교체하는 것을 고려합니다.
   • 유속 제어: VFD(가변 주파수 구동 장치)를 사용하여 펌프 회전수를 조절하여 유량을 제어함으로써 유속을 낮추고 소음을 줄일 수 있습니다.

유동 소음은 단순히 불편함을 넘어 설비의 성능 저하와 수명 단축의 신호일 수 있으므로, 발생 원인을 정확히 진단하고 위에서 제시된 다양한 방지 및 저감 대책을 적용하는 것이 중요합니다.