[상하수도공학] DAY 5 - 펌프 특성곡선

5일차 — 펌프 특성곡선

1. 특성곡선의 구성

회전수를 고정한 채 토출량을 바꿔 가며 성능 변화를 한 그림에 겹쳐 그린 것이다.

특성곡선 = Q–H + Q–η + Q–P

가로축 토출량 Q [m³/min] · 세로축 전양정 H [m] · 효율 η [%] · 축동력 P [kW]

• 세로축은 양정·효율·축동력 셋뿐이다. 비속도·공동지수·회전도·유속은 특성곡선의 축이 아니다 (2018, 3회).
• 구성 판별 문제의 답은 항상 이 셋 밖의 곡선명이다: “토출량-회전도 곡선”(2016, 4회 · 2019, 3회), “유속곡선”(2021, 3회).

2. 세 곡선의 모양 — 왼쪽 끝(토출량 0) 값으로 판독

곡선	토출량 0에서	모양과 이유
양정 H	체절양정 — 유한한 최대값	물이 안 나가도 임펠러가 압력을 만든다 → 우하향. 그림에서 이 곡선을 고르게 한다 (2016, 2회 · 2022, 1회)
효율 η	0	토출량 0이면 유효한 일이 없다 → 설계점 부근 최대의 산형
축동력 P	낮은 값(0 아님)	체절 상태에도 회전 동력이 든다 → 저비속도에서 우상향

그림 1. 토출량 0의 값: 유한한 최대값 = 양정, 0 = 효율, 낮은 값에서 우상향 = 축동력.

3. 운전점

H_저항 = h_실양정 + kQ²

관로저항곡선 — 손실수두는 토출량의 제곱에 비례 (실양정에서 시작하는 포물선)

• 운전점 = 양정곡선 × 관로저항곡선의 교점. 그 좌표가 실제 토출량·전양정이다.
• 펌프가 줄 수 있는 양정곡선은 내려가고, 관로가 요구하는 저항곡선은 올라간다.

4. N_s별 곡선 변화와 회전수 상사법칙

곡선	작은 Ns (원심·벌류트)	큰 Ns (축류)
양정 H	체절양정 약 120~130%, 완만한 우하향	체절양정 190% 이상, 급한 우하향
축동력 P	토출량 증가에 우상향	체절에서 최대 — 우하향
효율 η	넓고 완만한 산형	뾰족한 산형(운전범위 좁음)

• 축동력 방향이 N_s에 따라 반대다 → “축류펌프는 밸브를 닫고 기동하지 않는다”(체절이 가장 무겁다).
• N_s가 달라져도 곡선 가족은 셋 그대로 — 새 곡선이 생기지 않는다.

Q′ = Q(N′/N)  ·  H′ = H(N′/N)²  ·  P′ = P(N′/N)³

회전수 상사법칙 — 유량 1승·양정 2승·축동력 3승

5. 시험 직전 암기

특성곡선 = Q–H, Q–η, Q–P 셋뿐 (회전도·유속·비속도·공동지수 = 오답)

토출량 0에서: 양정 = 체절양정(최대) / 효율 = 0 / 축동력 = 낮은 값
운전점 = 양정곡선 × 관로저항곡선(실양정 + kQ²)의 교점

Ns 크면(축류): 체절양정 급증, 축동력 우하향 → 밸브 닫고 기동 금지
상사법칙: Q ∝ N, H ∝ N², P ∝ N³