서징 (surging) 현상

오랜만에 건설기계 기술사를 대비하기 위한 내용을 정리해봅니다. 이번엔 서징 (surging) 현상에 대해 설명 드리겠습니다. 서징 현상은 펌프와 송풍기에 해당됩니다.


문제) 서징 (surging) 현상에 대해 설명하시오.

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답)

I. 펌프의 서징 현상

1. 정의
1) 원심펌프를 저유량 영역에서 운전 시 유량과 압력이 주기적으로 변하여 불안정하 운전상태가 되는 현상
2) 일종의 수력학적 자진동, 주파수는 대략 0.1~10Hz

2. 발생조건
1) 펌프의 특성곡선이 산형구배특성을 가지고, 운전점이 좌하향특성 범위 (surging noze) 에 있을 때
2) 펌프 하류의 배관 중간에 수조나 공기실과 같은 에너지 저장 부분이 있을 때
3) 수조나 공기실 하류측 밸브에서 유량조절 시
4) 상기 조건을 모두 만족해야 서징 현상 발생됨

산형-구배-특성-곡선

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수조-압력탱크-위치

3. 영향
1) 불안정한 운전
2) 심하면 양수 불능
3) 소음, 진동 발생
4) 각종 계기판의 떨림

4. 방지대책
1) 전 유량 영역에 걸쳐 우하향특성을 갖는 펌프 사용
2) 산형 구배 특성곡선의 우하향측에서 운전 (surging zone 을 피해서 운전 -> 저유량 운전을 피함)
3) 유량 조절 밸브의 위치를 펌프 토출구 직후에 설치
4) 저유량 운전 시 바이패스 배관을 사용
5) 배관 중에 수조나 공기실 같은 에너지 저장 부분이 없도록 적용

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II. 송풍기의 서징 현상

1. 정의
- 송풍기를 한계치 이하의 유량으로 운전하거나, 토출측 댐퍼를 과다 교축 시 심한 소음과 함께 유량과 압력이 주기적으로 변하여 불안정한 운전 상태가 되는 현상

2. 발생 조건
1) 송풍기의 특성곡선이 산형 구배 특성을 가지고, 운전점이 좌하야특성 범위 (surging zone) 에 있을 때
2) 압력실과 같이 이미 압력을 갖고 있는 곳에 송풍할 때
3) 축류형, 다익현 fan 을 병렬 운전 시
4) 작동점이 2개 이상 교차할 때

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3. 서징 주파수

[그림-서징 주파수 수식]

서징주파수-수식

서징주파수-개요도

[그림-서징 주파수 그림]

S: fan 송출구 면적
L: 접속 덕트의 길이 (m)
V: 접속 덕트의 용적 (m3)
a: 음속 (m/s)

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4. 방지대책
1) 우하향 특성 곡선을 갖는 fan (limit load fan 등) 사용
2) 산형구배 특성 곡선 우하향측에서 운전 (surging zone 을 피해서 운전)
3) 흡입 댐퍼나 흡입 베인 등에 의해 흡입구를 교축하여 유량 제어
4) 대기 방출: 필요 풍량이 서징 범위 내에 있을 경우, 토출 풍량의 일부를 대기로 방출 (가장 간단하고 널리 사용됨)
5) 바이패스: 대기 방출이 비경제적 혹은 곤란할 경우 토출 풍량의 일부를 흡입측에 되돌려 순환하는 방법 (흡입 공기 과열 문제)
6) 동익, 정익의 각도 변화 (축류형 송풍기)

이 글이 소소하게나마 도움이 되셨으면 좋겠습니다.