액체 다이어프램 펌프를 시스템에 연결할 때, 엔지니어들은 흡입 및 압력 측의 펌프 라인을 위한 다양한 소재 선택에 직면하게 됩니다. 적절한 소재를 선택하는 것은 종종 처음 생각보다 더 복잡합니다. 따라서 펌프 튜브 소재가 미질 수 있는 가장 중요한 긍정적 및 부정적 영향을 파악하고, 이러한 영향을 회피하거나 활용하는 방법을 아는 것이 중요합니다.
펌프 라인을 위한 다양한 소재 선택
유체 시스템을 설계할 때는 필요한 유량과 압력, 매체의 특성 등 여러 요소를 고려해야 합니다. 그중 간과하기 쉬운 것이 바로 시스템에 사용되는 파이프와 튜브의 소재 선택입니다. 경질 파이프는 스테인리스강이나 구리와 같은 다양한 금속 및 금속 합금뿐만 아니라 폴리염화비닐(PVC), 폴리프로필렌(PP) 또는 아크릴과 같은 다양한 폴리머로 만들 수 있습니다. 연질 튜브는 폴리에틸렌(PE), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 실리콘과 같은 다양한 폴리머로 만들 수 있습니다. 이러한 소재들은 화학적 및 물리적 특성 모두에서 상당한 차이가 있습니다.
펌프 라인의 화학적 호환성 보장
펌프 라인 소재 선택 시 가장 중요한 기준 중 하나는 화학적 호환성입니다. 이를 위해 이송되는 매체와 매체 품질의 잠재적 변동 가능성을 파악해야 합니다. 또한, 고온은 일부 폴리머에 영향을 미칠 수 있기 때문에 매체의 온도를 아는 것이 중요합니다. 이러한 정보를 바탕으로 엔지니어는 화학적 호환성 차트를 참조하여 이송되는 매체를 견딜 수 있는 소재군을 찾을 수 있습니다.
양변위 펌프 사용 시 펌프 라인 소재 선택이 중요한 이유
화학적 호환성에 기반한 소재의 사전 선택이 완료되면 그 다음 단계의 결정을 내릴 수 있습니다. 이 선택 단계에서는 소재의 물리적 특성과 펌프의 특성 모두를 고려해야 합니다. 이는 특히 양변위 펌프(기존 다이어프램 펌프, 연동 펌프 또는 피스톤 펌프 등)를 사용할 때 중요합니다. 이러한 펌프는 맥동을 발생시키며, 이는 전체 유체 시스템 성능에 중요한 역할을 합니다. KNF Smooth Flow 펌프는 양변위 펌프임에도 불구하고 맥동이 매우 낮아 이 맥동을 무시할 수 있다는 점에서 예외적인 펌프입니다.
펌프 라인의 물리적 특성
소재 선택에 따라 펌프 라인의 물리적 특성이 달라질 수 있습니다. 그중 한 가지 중요한 점은 표면의 매끄러움입니다. 표면이 매끄러울수록 매체를 펌핑할 때 마찰이 줄어듭니다. 이는 특히 요구되는 유속이 높을 때 중요합니다. 더 중요한 특성은 펌프 라인의 탄성으로, 주로 벽 두께와 소재 구성에 따라 달라집니다. 이 탄성은 펌프의 맥동과 결합하여 펌프 성능과 전체 유체 시스템의 성능에 큰 영향을 미칠 수 있는 용량 효과를 발생시킵니다.
펌프 라인의 물리적 특성은 액체 분야에 비해 가스 분야에서는 상대적으로 덜 중요합니다. 가스는 액체와 달리 압축이 가능하기 때문에 가스 분야에서의 펌프 맥동은 큰 문제가 되지 않습니다. 여기서 맥동은 가스 자체가 일종의 스프링 역할을 하여 맥동 충격을 급격하게 전달하지 않기 때문에 사라집니다.
펌프 라인의 용량 효과 이해
펌프 라인은 어느 정도 탄성이 있기 때문에 맥동이 발생할 때 스프링과 유사하게 작동합니다. 펌프가 배출할 때, 배출 라인의 압력이 증가하여 팽창하고 더 많은 액체를 머금게 됩니다. 펌프가 흡입 행정을 수행할 때, 배출 라인의 압력이 떨어지고 팽창했던 소재가 그에 따라 수축하면서 액체를 배출시킵니다. 이러한 상호 작용은 펌프와 전체 유체 시스템의 성능을 향상시키거나 저해하는 공진 효과를 초래할 수 있습니다.
다음 두 동영상은 이러한 공진 현상의 시뮬레이션을 보여줍니다. 실험 장치는 맥동을 시뮬레이션하는 왼쪽의 피스톤과, 내경 4mm, 벽두께 1mm, 길이 1.5m의 PVC-P 튜브로 구성되어 있습니다. 튜브의 오른쪽 끝은 저장탱크에 연결되어 있습니다. 동영상 1에서는 피스톤이 1200 RPM으로 작동하며, 동영상 2에서는 2700 RPM으로 작동합니다. 이 가변 주파수는 두 실험 간의 유일한 차이점이며 튜브 내 압력 조건에 상당한 영향을 미칩니다. 두 실험 모두에서 피스톤은 행정당 동일한 양의 유량을 생성합니다. 그러나 튜브 내 압력은 현저히 다릅니다. 1200 RPM으로 작동할 때와 같이 더 느리게 작동하는 피스톤은 배출 라인에서 약 두 배의 높은 압력을 생성합니다. 이러한 상당한 압력 차이는 튜브의 용량 효과 때문에 발생합니다.
공진 펌프 튜브 문제를 해결하는 방법
펌프 맥동이 튜브와 결합하여 공진 문제를 일으킬 때, 이를 완화할 수 있는 몇 가지 접근 방식이 있습니다. 한 가지 방법은 튜브 길이, 직경, 벽두께 및 소재를 다양하게 바꾸며 실험해 보는 것입니다. 부드러운 소재는 종종 맥동 효과를 완화하는 데 도움이 됩니다. 하지만 이러한 상호작용의 복잡성 때문에 이 방식은 계획적으로 실행하기 어렵습니다. 많은 경우 시행착오만이 효과적인 해결책을 찾는 유일한 방법입니다. 튜브 소재, 길이, 매체 온도와 같은 요인들이 예측 불가능한 방식으로 시스템 성능에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다.
보다 신뢰할 수 있는 해결책은 펌프의 흡입 및 배출구에 외부 댐퍼를 설치하는 것입니다. 이 방법은 효과적이긴 하지만, 외부 댐퍼는 시스템 크기와 복잡성을 증가시키고 잠재적인 고장 및 누수 지점을 증가시킵니다.
우수하고 매우 신뢰할 수 있는 대안은 KNF Smooth Flow 기술을 사용하는 것입니다. 이 펌프는 다이어프램 펌프 기술의 장점을 유지하면서 맥동을 크게 줄였습니다. 이는 첨단 내부 댐퍼를 적용하거나, 위상차를 두고 병렬로 작동하는 최대 5개의 다이어프램을 사용하여 개별 맥동 최대치를 완화함으로써 구현됩니다. 이러한 독보적인 첨단 설계 덕분에 KNF는 튜브 공진 문제가 발생할 수 있는 분야에 이상적인 솔루션을 제공합니다.
