1. 수중펌프(침수식 펌프)란 무엇인가?
일반적으로 펌프는 땅 위에 있고 긴 빨대로 물을 빨아올리는 구조이지만,
수중펌프는 펌프와 모터가 완벽히 방수처리되어 물속(우물/하수조/빗물/저류조 등)에 직접 들어가 물을 위로 밀어올리는 펌프입니다.
물속에서 직접 밀어 올리기 때문에 물이 잘 안 빨려 올라오는 '흡입 불능(캐비테이션(Cavitation :공동현상*¹)) 현상이 없으며, 소음이 적고 열이 적게 발생하는 장점이 있습니다.
*¹캐비테이션(Cavitaion, 공동현상) : 유체의 속도 변화에 의한 압력 변화로 인해 유체 내부에서 상변화가 발생하는 현상.
유체의 속도가 높아지면 액체의 압력이 낮아지는데 이 때 압력이 포화증기압 이하로 낮아지면 액체 내 증기 기포가 발생합니다.
발생된 기포가 소멸할 때 소음이나 진동이 발생하고 벽에 부딪히면 침식의 원인이 되기도 합니다.
2. 수중펌프의 종류
(1) 컬럼식 펌프(Column Pump)
컬럼(Column)은 '열(세로줄)'을 의미합니다.
컬럼식 펌프는 "거대한 파이프 기둥 속에서 작동하는 대형 대포 펌프"에 비유할 수 있습니다.
○ 작동 방식 및 임펠러 구조 : 긴 원통형 기둥(컬럼 파이프)내부에 펌프를 쏙 집어넣어 설치합니다.
주로 프로펠러 모양의 축류(Axial-flow)*²또는 사류(Mixed-flow)*³임펠러를 사용합니다.
*² 축류(Axial-flow)임펠러 : 회전 중심축과 평행한 직선(축)방향으로 유체를 밀어내는 임펠러
낮은 압력(양정)조건에서 대량의 액체를 이동시키는데 특화되어 있음.
원심(Centrifugal)임펠러는 회전 시 발생하는 원심력을 이용하여 축 방향으로 들어와서 반경방향(직각 90도)으로 유체가 튕겨나가는 반면,
축류(Axial-flow)임펠러는 날개의 양력(밀어내는 힘)을 이용하여 축 방향으로 들어와서 축 방향(직선)으로 유체가 나가는 특성을 가집니다.
*³ 사류(Mixed-flow)임펠러 : 원심임펠러와 축류 임펠러의 중간형태로
유체가 축 방향으로 들어와서 축과 경사진 대각선 방향(원심 방향과 축 방향의 중간)으로 빠져나가는 임펠러입니다.
물을 많이(대유량) 그리고 적당한 높이(중양정)로 밀어 올릴 필요가 있는 곳에 알맞습니다.
○ 적용 분야 : 도시 빗물 펌프장, 대규모 농업용수 공급, 하수처리장 대형 유입 배수
○ 특징 : 물을 아주 높은 곳까지 올릴 필요는 없지만, 엄청난 양의 물을 한 번에 퍼내야 할 때(대유량 ·중저양정) 사용합니다.
기둥 관을 따라 수평/수직으로 펌프를 쉽게 넣고 뺄 수 있어 유지보수가 편합니다.
(2) 극하단 헤드펌프(Low-Head / Very Low-Head Pump)
펌프에서 헤드(Head)는 양정, 즉 물을 얼마나 높게 퍼올릴 수 있는지를 의미합니다.
극하단 펌프를 영어로는 Low-Head 또는 Very Low-Head 이므로 물을 끌어올리는 높이차가 극히 낮다는 의미입니다.
반대로 펌프계열에서 양정이 낮으면 유량은 높기에 다시 말하면, 많은 양의 물을 이동시킬 수 있는 펌프입니다.
쉽게 "수영장 물을 바로 옆 칸으로 살짝 넘겨주는 거대한 물개비"로 비유할 수 있습니다.
○ 작동 방식 및 임펠러 구조 : 양정(물을 끌어올리는 높이차, TDH)이 1~3m 수준으로 극도로 낮은 조건에 최적화된 축류 임펠러 구조를 가집니다.
○ 적용 분야 : 하수처리장 내부 질산화액 반송(Internal Recirculation), 슬러지 순환, 수로와 수로 사이 물 옮기기
○ 특징 : 높이 차이가 거의 없는 곳에서 많은 양의 물을 이동시킬 때 일반 펌프를 사용하면 전력이 크게 낭비됩니다. 극하단 헤드펌프는 미세한 높이차에 특화되어 최소한의 에너지로 대용량 유체를 이송합니다.
(3) 초퍼 펌프(Chopper Pump)
영어 chop은 동사로 '자르다'라는 의미를 가집니다.
초퍼펌프는 "입구에 날카로운 가위/작두가 달려있어 걸리는 걸 싹둑 자르는 펌프"로 비유할 수 있습니다.
○ 작동 방식 및 임펠러 구조 : 펌프 흡입구(입구) 전면 또는 임펠러 부근의 고정 칼날과 회전 칼날이 설치되어 물티슈, 비닐, 헝겊, 노끈 등이 들어오면 가위처럼 싹둑 잘라서(Choping) 펌프 내부로 보냅니다.
○ 적용 분야 : 축산 분뇨 처리장, 물티슈가 많이 들어오는 하수처리장, 식품 공장 폐수
○ 특징 : 이물질이 임펠러 축에 감겨 펌프가 멈추는 '시어링 실패(Shearing failure)'*⁴ 현상을 근본적으로 차단합니다.
*⁴ 시어링 실패(Shearing failure) : 펌프 시스템에서 시어링 실패는 과도한 토크 부하, 이물질 유입으로 인한 기어/임펠러 고착 등을 견디지 못해 펌프 샤프트(축)나 임펠러 등 기계 부품이 전단 파괴되는 현상을 의미합니다.
(4) 그라인더 펌프(Grinder Pump)
그라인더 펌프는 믹서기처럼 음식이나 이물질을 믹서기처럼 맷돌로 완전히 갈아버리는 펌프로 비유할 수 있습니다.
○ 작동 방식 및 임펠러 구조 : 흡입구 가장 앞쪽에 고속 회전하는 커터 디스크(그라인더 날)가 장착되어 있어, 고형물을 죽(Slurry)상태로 미세하게 부수어 임펠러로 보냅니다.
※ 초퍼펌프와의 비교 : 초퍼펌프는 '잘리다' 느낌이라면 그라인더 펌프는 '갈리다', '짓이기다', '으깬다'라는 느낌이 강하다고 할 수 있습니다
○ 적용 분야 : 산간 지역 하수관로, 소형 굵기(DN32~50)의 압송 배관을 쓰는 가정/건물 오수 배수.
○ 특징 : 이물질을 미세 입자로 완벽히 갈아버리기 때문에, 배관 굵기가 얇아도 막히지 않고 먼 거리나 높은 곳(고양정, 소유량)으로 오수를 쏘아 올릴 수 있습니다.
(5) 볼텍스 펌프(Vortex Pump)
볼텍스(Vortex)는 '와류', '소용돌이'라는 의미를 담고 있습니다.
볼텍스 펌프는 물회오리를 만들어 이물질이 날개에 부딪히지 않고 지나가게 하는 펌프로 쉽게 표현할 수 있습니다.
○ 작동방식 및 임펠러 구조 : 임펠러가 펌프 케이싱 상단 뒤쪽으로 들어가 숨어 있습니다. 임펠러가 돌면 케이싱 내부에 강력한 물회오리(Vortex)가 생겨, 회오리 바람의 힘으로 물과 이물질이 배출됩니다.
○ 적용 분야 : 자갈이나 고형물이 섞인 하수, 섬유질 오폐수, 슬러지 이송
○ 특징 : 이물질이 임펠러 날개에 직접 부딪히거나 걸릴 확률이 극히 낮습니다. 막힘 현상이 가장 적고 임펠러 마모도 적지만, 소용돌이를 거쳐 에너지를 전달하므로 수력 효율은 일반 펌프보다 약간 낮습니다.
(6) 채널 임펠러 펌프(Channel Impeller Pump)
채널형 임펠러(Channel Impeller)는 펌프 내부에서 유체가 지나가는 독립된 통로(채널)를 형성한 회전 날개를 가진 펌프로
원통형 미끄럼틀 통도(1개~3개)를 만들어 알갱이가 쏙 지나가게 하는 펌프에 비유할 수 있습니다.
○ 작동 방식 및 임펠러 구조 : 임펠러 내부에 1개(Single Channel), 2개(Double Channel)등의 넓은 터널형 통로가 뚫려 있습니다.
○ 적용 분야 : 도시 하수도 펌프장, 빗물 ·오수 겸용 민간 빌딩 지하 배수조.
○ 특징 : 구형 고형물(Ball Passage)이 막힘없이 통과할 수 있는 통로 크기를 확보하면서도, 볼텍스 펌프보다 높은 에너지 효율을 제공하는 표준 오폐수 펌프입니다.
(7) 슬러리펌프(Slurry Pump)
슬러리(Slurry)는 액체와 고체의 혼합물이라는 뜻으로 고체가 섞여있는 유체를 펌핑하기 위해서는 매우 튼튼해야 할 것 같습니다.
돌멩이와 모래, 흙탕물 속에서도 부서지지 않는 철갑 아머를 가진 펌프에 비유하는게 적절하지 싶습니다.
○ 작동 방식 및 임펠러 구조 : 진흙, 모래, 자갈, 광산 찌꺼기 등 마모성이 극도로 강한 유체를 퍼내기 위해 고크롬 합금(High Chrome), 경화 주철 또는 두꺼운 고무 라이너로 내부를 무겁고 튼튼하게 제작되어 있습니다.
○ 적용 분야 : 광산, 건설 현장 준설, 제철소, 모래 채취장, 하천 준설선
○ 특징 : 액체 속에 포함된 입자의 긁힘과 충격을 견디는 내마모성(Wear Resistance)이 핵심 설계요소입니다.
(8) 논클로그 펌프(Non-clog Pump)
클로그(Clog)는 고장, 막힘이라는 뜻인데 Non-clog라함은 막힘이 없는 펌프 정도로 표현될 것 같습니다.
'막히지 않도록 설계한' 오폐수 전용 펌프의 카테고리로 표현하는게 적절하겠네요.
○ 작동 방식 및 임펠러 구조 : 오폐수 속 섬유질이나 고형물이 걸리지 않도록 임펠러 입구 유선형 곡선, 단일 채널, 또는 스크루(Screw) 형태 등 막힘 방지 기술이 적용된 펌프의 총칭입니다.
○ 적용 분야 : 하수처리장 유입 펌프, 분뇨 처리장, 공장 폐수 처리장
○ 특징 : 오폐수용 펌프의 기본 성능 척도로, 큰 고형물 통과 직경을 확보하는 기술이 적용되어 있습니다.
3. 핵심 차이점 비교
| 펌프 종류 | 이물질 처리 방식 | 양정(높이) 및 유량 특성 | 주요 임펠러 구조 |
추천 애플리케이션
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| 컬럼식 펌프 | 일반 이물질 (대형 배수) | 저양정 / 대유량 | 축류 / 사류 임펠러 |
빗물 펌프장, 대형 농업 용수
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| 극하단 헤드펌프 | 이물질 적음 (액체 위주) | 극저양정 / 대유량 | 프로펠러형 축류 임펠러 |
하수처리장 내부 질산화액 반송
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| 초퍼펌프 | 입구에서 싹둑 잘라냄 | 중양정 / 중유량 | 고정/회전 절단 날 + 임펠러 |
축산 분뇨, 물티슈 하수조
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| 그라인더펌프 | 입구에서 곱게 갈아버림 | 고양정 / 소유량 | 고속 회전 그라인딩 커터 |
얇은 관로를 쓰는 건물 오수
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| 볼텍스펌프 | 소용돌이 힘으로 안 부딪힘 | 중저양정 / 중유량 | 케이싱 뒤로 들어간 임펠러 |
자갈/섬유질 포함 오폐수
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| 채널임펠러펌프 | 넓은 터널 통로 직접 통과 | 중양정 / 중대유량 | 1~3개 채널(터널) 임펠러 |
일반 도시 하수 및 빌딩 오수
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| 슬러리펌프 | 내마모 재질로 견딤 | 중고양정 / 중유량 | 고크롬/특수 합금 임펠러 |
광산, 모래 채취, 건설 준설
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| 논클로그 펌프 | 걸리지 않게 특수 곡선 설계 | 중양정 / 중대유량 | 채널/스크루 막힘방지 구조 |
하수 및 분뇨 처리장 유입부
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