깊은 우물 펌프 사이징 가이드: 흐름 속도 및 총 동적 헤드를 계산하는 방법

심정용 수중 펌프는 단순히 우물 깊이, 토출관 크기 또는 모터 출력만으로 선택해서는 안 됩니다. 올바른 펌프는 시스템의 실제 총 동수두(TDH)에서 필요한 유량을 공급해야 합니다. 이 두 가지 값이 합쳐져 펌프의 작동점(duty point)을 형성합니다. 즉, 특정 수두에서의 유량입니다.

유량 요구량이 과소평가되면 시스템이 관개, 급수 또는 공정 수요를 충족하지 못할 수 있습니다. 수두가 잘못 계산되면 펌프가 물을 너무 적게 공급하거나, 효율 범위에서 멀리 떨어진 곳에서 작동하거나, 모터에 과부하가 걸리거나, 과도하게 사이클링하거나, 우물을 안전한 양수 수준 이하로 작동시킬 수 있습니다. 따라서 신뢰할 수 있는 크기 산정은 모델 번호가 아닌 현장 데이터에서 시작됩니다.

이 가이드에서는 심정 또는 보어홀 펌프에 필요한 유량과 TDH를 계산하는 방법, 일반적인 오류를 피하는 방법, 그리고 결과로 얻은 작동점을 제조업체의 성능 곡선에서 사용하는 방법을 설명합니다.

심정용 수중 펌프의 크기를 산정하려면 해당 응용 분야에서 요구하는 유량을 결정하고 예상 작동 조건에서 TDH를 계산하십시오. 가장 유용한 형태의 계산은 다음과 같습니다.

통기 탱크로의 개방형 토출의 경우, 토출구에서의 요구 압력 수두는 0일 수 있습니다. 가압식 관개 라인, 압력 탱크 또는 공정 연결부의 경우, 필요한 잔류 압력을 물의 미터 또는 피트로 변환하여 TDH에 더해야 합니다.

최종 펌프는 계산된 작동점에서 Q-H 성능 곡선에서 선택됩니다. 최대 수두 또는 최대 유량이 요구량을 초과하는 것처럼 보인다고 해서 펌프를 선택하지 마십시오. 이 두 최대값은 서로 다른 작동점에서 발생합니다.

유량은 단위 시간당 공급해야 하는 물의 양입니다. 일반적으로 m3/h, L/s 또는 US GPM으로 표시됩니다. 올바른 설계 유량은 펌프 토출구 직경이 아닌 응용 분야에서 나옵니다.

일반적인 시작점은 다음과 같습니다:

• 농업용 관개: 작물 용수 수요, 관개 면적, 관개 구역 크기, 살수량 및 사용 가능한 양수 시간.
• 도시 또는 지역 공급: 평균 수요, 최대 시간 수요, 저장 용량 및 허용 가능한 우물 생산량.
• 산업용수 이송: 공정 소비량, 배치 용량, 운영 일정 및 이중화 요구 사항.
• 축산 및 양식: 일일 소비량, 최대 사용량, 순환 또는 물 교환 요구 사항.
• 탱크 채우기: 사용 가능한 탱크 용량을 허용된 채우기 시간으로 나눈 값.

예: 400 m3 저장 탱크를 5시간 안에 채워야 합니다. 현재 예비 용량은 무시하고:

설계 유량은 우물의 지속 가능한 생산량과도 호환되어야 합니다. 대수층과 우물이 회복할 수 있는 속도보다 빠르게 물을 제거하는 펌프는 과도한 강하, 공기 포집, 불안정한 흐름, 건조 작동, 모래 생산 또는 우물 손상을 유발할 수 있습니다. 수요가 안전한 우물 생산량을 초과할 때, 더 큰 펌프를 설치하는 것보다 저장 용량을 늘리거나 양수 시간을 연장하는 것이 더 안전한 경우가 많습니다.

심정 펌프 선택 시 세 가지 깊이가 자주 혼동됩니다:

• 정수위: 우물 헤드 기준점에서 수면까지의 거리로, 우물이 회복되고 펌프가 작동하지 않을 때입니다.
• 양수 수면(동수위라고도 함): 설계 유량 또는 그 근처에서 우물을 양수하는 동안의 수위입니다.
• 펌프 설치 깊이: 펌프 흡입구 또는 펌프 어셈블리가 설치되는 물리적 깊이입니다.

TDH의 수직 양정 구성 요소의 경우, 설계 유량에서 예상되는 양수 수면을 사용하십시오. 총 우물 깊이나 펌프 설치 깊이를 자동으로 사용하지 마십시오. 펌프는 잠김을 유지하고 모터를 냉각하기 위해 양수 수면 아래에 설치될 수 있지만, 양수 수면 아래의 물은 이미 펌프의 양쪽에 압력이 가해져 있어 추가적인 정적 양정이 동일하게 발생하지 않습니다.

실용적인 설계는 계절별 지하수 감소, 장기적인 강하 및 인근 우물의 간섭을 포함하여 예상되는 가장 낮은 양수 수면을 고려해야 합니다. 펌프 설치는 안전한 잠김을 위해 충분히 깊어야 하지만, 우물 구조, 퇴적층, 모터 냉각 요구 사항 및 케이블 제한을 존중해야 합니다.

수직 양정은 양수 수면과 최종 토출 고도 간의 고도 차이입니다. 항상 동일한 기준 데이터에서 고도를 측정하십시오.

양수 수면이 지면에서 60m 아래에 있고 물이 지면에서 12m 위에 있는 통기 탱크로 들어가는 경우:

토출 지점이 우물 헤드 아래에 있는 경우, 거리를 기계적으로 더하는 대신 실제 고도 차이를 사용하십시오. 계산은 양수 조건 하의 수원 표면과 공급 지점 간의 에너지 변화를 설명해야 합니다.

마찰 손실은 물이 상승관, 수평 배관 및 부속품을 통과하면서 소비되는 수두입니다. 유량, 내부 배관 직경, 배관 길이, 거칠기, 사용 연수 및 밸브 및 부속품 수에 따라 달라집니다. 작은 배관은 초기 비용이 적게 들 수 있지만 시스템 수명 동안 상당한 수두와 에너지 소비를 추가할 수 있습니다.

수 시스템의 경우, 엔지니어는 일반적으로 Hazen-Williams 방정식 또는 Darcy-Weisbach 방정식을 사용하여 직선 배관 손실을 계산합니다. 명목 배관 크기뿐만 아니라 실제 내부 직경을 사용하고 설계 유량에서 손실을 계산하십시오. 그런 다음 엘보, 티, 리듀서, 체크 밸브, 차단 밸브, 유량계, 필터 및 입구 또는 출구 조건과 같은 구성 요소의 사소한 손실을 포함하십시오.

실용적인 작업 흐름은 다음과 같습니다:

1. 재료, 내부 직경 및 길이별로 각 배관 섹션을 나열하십시오.
2. 설계 유량에서 각 섹션의 속도 및 마찰 손실을 계산하십시오.
3. 부속품 및 밸브에 대한 등가 길이 또는 손실 계수를 추가하십시오.
4. 필터, 열 교환기 또는 기타 장비의 손실은 공급업체 데이터를 포함하십시오.
5. 손실을 더하여 작동점에서의 시스템 마찰 수두를 얻으십시오.

마찰 손실은 유량이 증가함에 따라 급격히 증가합니다. 프로젝트 수요가 변경되면 선형으로 축소하는 대신 손실을 다시 계산하십시오. 또한 물의 속도를 확인하십시오. 과소 치수 배관은 높은 마찰, 수격 현상 및 과도한 운영 비용을 유발할 수 있으며, 불필요하게 큰 배관은 자본 비용을 증가시킵니다.

토출 지점에서 압력을 유지해야 하는 경우, 해당 압력을 물의 수두로 변환하여 TDH에 더하십시오. 상온의 깨끗한 물의 경우:

• 1 bar는 약 10.2m의 물 수두입니다.
• 1 psi는 약 2.31피트의 물 수두입니다.
• 1m의 물 수두는 약 9.81kPa입니다.

예를 들어, 요구되는 토출 압력이 3 bar인 경우:

토출 지점에서 필요한 게이지 압력을 사용하십시오. 개방형 시스템에 대기압을 더하지 마십시오. 양수되는 액체의 밀도가 물과 상당히 다른 경우, 압력-수두 변환은 액체의 비중을 사용해야 합니다.

일부 단순화된 크기 산정은 모든 동적 손실을 하나의 마찰 허용치로 결합합니다. 더 신뢰할 수 있는 결과를 얻으려면 별도로 알려진 손실을 식별하십시오. 체크 밸브, 필터, 제어 밸브, 수도 계량기 및 처리 장비는 특히 고유량 또는 막혔을 때 상당한 수두 손실을 유발할 수 있습니다.

가능한 경우 제조업체의 압력 강하 데이터를 사용하십시오. 모든 프로젝트에 임의의 백분율을 적용하는 것을 피하십시오. 짧고 직경이 큰 깨끗한 물 라인과 여러 개의 부속품이 있는 긴 라인은 동일한 허용치를 받아서는 안 됩니다. 불확실성에 대한 적당한 설계 여유가 적절할 수 있지만, 수두를 큰 백분율로 과대 산정하면 작동점이 최적 효율 영역에서 멀어질 수 있습니다.

심정 용수 공급 프로젝트에 다음과 같은 작동 조건이 있다고 가정해 봅시다:

• 필요 유량: 80 m3/h.
• 양수 수면: 우물 헤드 기준면에서 60m 아래.
• 탱크 입구: 우물 헤드 기준면에서 12m 위.
• 80 m3/h에서 계산된 배관 및 부속품 손실: 8m.
• 탱크 연결부에서의 요구 잔류 압력: 3 bar, 물 수두 30.6m에 해당.
• 추가 장비 손실: 2m.

먼저 수직 양정을 계산합니다:

그런 다음 TDH를 계산합니다:

따라서 필요한 작동점은 약 80 m3/h에서 113m TDH입니다. 이것이 펌프 성능 곡선에서 찾아야 하는 지점입니다. 이 계산은 113m의 최대 수두로 표시된 펌프가 80 m3/h를 공급한다는 것을 의미하지는 않습니다. 모델은 동일한 작동점에서 두 값을 모두 생성해야 합니다.

펌프 곡선은 특정 모델, 속도, 임펠러 구성 및 단계 수에 대한 유량 변화를 보여줍니다. 실제 작동점은 펌프 곡선과 시스템 곡선이 교차하는 지점에서 발생합니다.

후보 모델을 검토할 때:

• 수평 유량 축에서 80 m3/h를 찾고 수직 수두 축에서 약 113m를 찾으십시오.
• 모델 곡선이 제조업체의 권장 작동 범위 내에서 이 지점을 통과하거나 가까이 지나가는지 확인하십시오.
• 차단 수두 또는 곡선의 가장 오른쪽 끝이 아닌, 모델의 효율적이고 안정적인 영역 근처에서의 작동을 선호하십시오.
• 작동점에서의 흡수 동력을 확인하고 해당 표준 및 현장 조건 하에서 필요한 서비스 마진을 갖춘 모터를 선택하십시오.
• 효율, 최소 유량, 최대 허용 유량, 단계 수, 토출 크기 및 비과부하 성능을 관련성이 있는 경우 확인하십시오.
• 최소 및 최대 예상 수면에서 시스템을 검토하십시오. 수면이 낮아지면 필요한 수두가 증가합니다. 수면이 높아지면 펌프가 더 높은 유량의 작동점으로 이동할 수 있으며 모터 부하가 증가할 수 있습니다.

가변 주파수 작동은 제어 유연성을 제공할 수 있지만, 모터, 케이블, 냉각, 최소 속도, 고조파 보호 및 펌프 작동 범위 모두를 확인해야 합니다. VFD는 근본적으로 부적합한 유압 선택을 수정하지 않습니다.

펌프 설치 깊이는 TDH를 대체하는 것이 아니라 설치 결정입니다. 펌프를 가장 낮은 예상 양수 수면 아래에 설치하여 와류, 공기 유입 및 냉각 손실을 방지하기에 충분한 잠김을 확보하십시오. 동시에 퇴적물을 생성하는 구역이나 우물 바닥에 너무 가깝게 펌프를 배치하지 마십시오.

필요한 잠김은 펌프 설계, 유량, 우물 직경, 흡입구 속도 및 제조업체 요구 사항에 따라 다릅니다. 수중 모터는 모터를 통과하는 물에 의존하여 냉각됩니다. 직경이 큰 우물, 개방형 저수지 또는 특이한 설치의 경우 유도 슬리브가 필요할 수 있습니다. 선택한 모터의 냉각 속도 및 설치 지침을 확인하십시오.

유압 작동점은 사용 가능한 모델을 좁히지만, 최종 제품군은 우물 직경, 수질, 재료, 전압 및 설치 조건에 따라 달라집니다.

• QJ 시리즈: 심정 또는 보어홀 용수 양수에 사용되며 다양한 수원 및 재료에 대한 구성으로 제공됩니다. 고유량 및 고수두 프로젝트를 포함한 엔지니어링된 심정 용무의 주요 시작점입니다.
• SP 시리즈: 4인치, 6인치, 8인치 및 10인치 수중 보어홀 펌프 범위는 보어 직경 및 작동점으로 선택할 수 있습니다. 카탈로그에는 여러 단계 조합이 포함되어 있으므로 펌프 직경에서 추론하는 대신 개별 모델 곡선에서 유량과 수두를 확인해야 합니다.
• QS 시리즈: 유압 요구 사항과 설치 배열이 시리즈와 일치하는 더 작거나 다른 수중 용수 이송 용무에 적합합니다. 보어홀 선택으로 사용하기 전에 특정 모델, 냉각 조건 및 우물 기하학적 구조가 적절한지 확인하십시오.

부식성 또는 광물성 물의 경우, 부식 및 마모가 신뢰성에 영향을 미치므로 재료 선택은 펌프 크기 산정의 일부입니다. 사용 가능한 구성에는 시리즈 및 매체에 따라 주철, 스테인리스강 등급 또는 기타 합금이 포함될 수 있습니다. 젖은 재료를 선택하기 전에 수질 분석을 검토해야 합니다.

우물 깊이가 양수 수두와 같지 않습니다. 양수 수면, 토출 고도, 마찰 및 요구 압력을 사용하십시오. 펌프 설치 깊이는 잠김 및 설치 안전을 위해 별도로 확인합니다.

양수 중 수위가 하강합니다. 회복된 정수위를 사용하면 양수 시 수두가 과소평가되고 유량이 부족할 수 있습니다.

긴 배관, 작은 내부 직경, 밸브 및 필터는 상당한 수두를 추가할 수 있습니다. 설계 유량에서 이러한 손실을 계산하십시오.

최대 수두는 일반적으로 유량이 거의 없을 때이고, 최대 유량은 훨씬 낮은 수두에서 발생합니다. 모터 출력만으로는 유압 작동점을 식별할 수 없습니다. 항상 Q-H 곡선을 사용하십시오.

크고 검증되지 않은 여유는 펌프를 과대 산정하고, 속도와 전력 소비를 증가시키며, 작동을 선호하는 범위를 벗어나게 할 수 있습니다. 현실적인 작동 시나리오와 곡선 검토를 통해 불확실성에 대처하십시오.

기술적으로 유용한 펌프 추천 및 견적을 받으려면 다음을 제공하십시오:

• 필요 유량 및 연속, 최대 또는 가변인지 여부.
• 정수위 및 특정 시험 유량에서의 양수 수위.
• 우물 깊이, 케이싱 내부 직경 및 펌프 설치 제한 사항.
• 토출 고도 및 공급 지점에서의 요구 잔류 압력.
• 상승관 및 배관 재료, 내부 직경, 길이 및 부속품.
• 수온, pH, 염화물 함량, 모래 함량 및 기타 사용 가능한 수질 분석 데이터.
• 전원 공급 장치: 전압, 주파수, 위상 및 시작 또는 제어 방법.
• 설치 방향, 냉각 조건, 케이블 길이 및 현지 주변 또는 고도 조건.

이러한 매개변수를 통해 제조업체는 TDH를 계산하거나 검증하고, 후보 곡선을 식별하고, 모터 부하를 확인하고, 재료 및 액세서리를 추천할 수 있습니다.

아니요. 필요한 수두는 양수 수면, 토출 고도, 마찰 및 요구 토출 압력을 기준으로 합니다. 총 우물 깊이와 펌프 설치 깊이는 설치 매개변수이며 수직 양정의 자동 구성 요소가 아닙니다.

설계 유량에서 예상되는 양수 또는 동수위를 사용하십시오. 또한 가장 낮은 계절별 작동 수위도 평가하십시오. 정수위는 강하를 이해하는 데 유용하지만, 일반적으로 양수 중 수두를 과소평가합니다.

상온의 깨끗한 물의 경우, bar에 약 10.2를 곱하십시오. 따라서 3 bar는 약 30.6m의 물 수두입니다. 다른 액체 밀도의 경우, 비중을 사용하여 변환을 조정하십시오.

동일한 양만큼은 아닙니다. 펌프를 양수 수면 아래에 더 깊게 설치하면 잠김이 증가하지만, 해당 깊이 전체가 정적 양정에 자동으로 추가되는 것은 아닙니다. 양수 수면에서 토출 고도까지의 양정을 계산하십시오.

아니요. 최대 수두와 최대 유량은 곡선의 끝점이며 동시에 발생하지 않습니다. 선택된 모델은 권장 작동 범위 내의 한 작동점에서 필요한 유량과 TDH를 충족해야 합니다.

모든 프로젝트에 맞는 보편적인 백분율은 없습니다. 먼저 알려진 손실과 신뢰할 수 있는 수위 변동을 계산하십시오. 남은 불확실성에 대해 정당화된 허용치만 추가한 다음, 곡선에서 정상 및 최악의 시나리오 작동점을 모두 확인하십시오.

올바른 심정 펌프 크기 산정은 우물 깊이나 모터 등급이 아닌 작동점에서 시작됩니다. 실제 수요에서 필요한 유량을 계산하고, 수직 양정에 양수 수면을 사용하고, 배관, 부속품 및 장비 손실을 더하고, 요구 토출 압력을 수두로 변환한 다음, 결합된 유량과 TDH를 제조업체의 성능 곡선에 맞추십시오.

이 가이드의 예시에서 필요한 작동점은 약 80 m3/h에서 113m TDH입니다. 최종 선택에는 여전히 우물 직경, 수위, 배관, 전원 공급 장치, 수질, 모터 냉각 및 선택된 모델의 곡선 확인이 필요합니다.

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