이번 포스팅에서는 캔드 모터 펌프 (Canned motor Pump)의 구조, 원리, 특징 그리고 Centrifugal pump와 비교 등을 애기해보도록 하겠습니다. 그리고 가동 전 준비사항에 대해서도 설명하도록 하겠습니다.
1. What Is a Canned Motor Pump?
Canned Motor Pump 는 영어 단어 “캔(통조림)”에서 유래했습니다. 이름에서 알 수 있듯이 캔 모터 펌프는 펌프와 모터가 일체화된 구조를 사용하며 취급하는 액체가 밀봉되어 있습니다. 이러한 디자인은 motor shaft, coupling 그리고 mechanical seal 등의 필요성을 없애줍니다.
그 구조의 특징 중 하나는 완전히 누출이 없는 펌프를 만들어내어, 폭발성(explosive), 인화성(flammable) 또는 독성(toxic)이 있는 액체, 강산(strong acids) 또는 강염기(strong alkalis)와 같은 화학액체를 운반하는데 적합하다는 점입니다. 또한 고온 및 고압 환경에서의 탁월한 내구성도 특징입니다.
① 고압이나 고독성, 폭발성, 인화성, 강산 그리고 강염기 화학 물질에 사용
② TROUBLE 생겨도 외부로 누출안됨(약간의 LEAK에도 MOTOR TRIP)
③ 내구성 탁월
④ PROCESS LIQUID로 모든 윤활
⑤ 고온LIQUID취급시 Material 의 열팽창으로 인한 LEAK 우려있음.
⑥ Magnetic Pump 에 비해 효율 낮음 (전기적 LOSS 많음)
2. How a canned motor pump works (동작 원리)
해당 Pump가 어떻게 Fluid를 옮기는 지 형상화한 위 영상을 참조하시기 바랍니다.
3. The difference between a standard pump and a canned motor pump
: Leaks from the shaft seal.
표준 펌프는 펌프와 모터가 별도로 위치해 있으며 사용을 위해서는 결합해야 하기 때문에, 처리하는 액체가 회전축이 통과하는 케이싱의 틈새로 펌프 밖으로 누출될 수 있습니다.
그러나 canned motor pump는 펌프와 모터가 일체화된 구조를 사용하고 운반하는 액체가 내부에 밀봉되어 있어 완전히 누출이 없는 것이 특징입니다.
4.1 The excellent features of a canned motor pump (이점)
- Completely leak-free 완전히 누수 없음
펌핑된 액체가 샐 가능성이 없으므로, 이 펌프들은 인체에 해로운 액체, 폭발성 또는 가연성 액체, 고가의 액체, 부식성 액체 등을 처리하기에 적합합니다.
- 외부 공기와 접촉 없음
외부 공기가 펌프에 들어가지 않으므로, 진공 상태에서의 작동이나 외부 공기에 노출될 때 품질이 변하는 액체를 처리하기에 적합합니다.
- 다양한 압력과 온도에 호환
축 씰이 없어 고압, 고온 액체, 저온 액체, 높은 융점을 가진 액체 등을 처리할 수 있는 펌프를 제조하기 쉽습니다.
- 윤활이 필요 없음
이 펌프들은 윤활유가 필요 없기 때문에, 운반되는 유체의 오염이 없고, 유류 추가의 번거로움이 없습니다.
- 컴팩트하고 가벼우며 공간 절약
모터 축이 펌프 축 역할을 하므로, 디자인이 컴팩트하고 가볍고 설치 공간이 최소화되며, 정비가 용이합니다.
- 조용한 작동
① 모터를 냉각하기 위한 팬이 없기 때문에 작동 소음이 최소화됩니다.
② Rotor 는 완전히 밀폐된 Casing으로 둘러싸여 있어, Rotor 공간과 canned 모터의 Stator를 분리합니다. 모터가 펌프의 일부이기 때문에, 캔 모터 펌프는 매우 조용합니다.
4.2 단점 Disadvantages
헤르메틱 모터 펌프 사용의 몇 가지 단점은 다음과 같습니다:
① 비싸다(expensive) : 캔드 펌프는 전통적인 펌프보다 비쌉니다.
② 용도가 다양하지 않다 (Not versatile): 이 펌프들은 전통적인 펌프만큼 다용도가 아니며, 모든 응용 프로그램에 적합하지 않을 수 있습니다.
5. HERMETIC PUMP의 구조
헤르메틱 모터 펌프의 단면도를 보게되면 모터와 펌프가 하나의 캡슐화된 유닛 안에 통합되어 있으며, 주로 누수를 방지하고 위험한 화학물질이나 가스를 취급할 때 사용됩니다.
- Inlet: 펌프로 유체가 유입되는 부분입니다.
- Impeller: 유체를 흡입하고 압력을 증가시켜 배출구로 보내는 회전하는 부품입니다.
- Pump casing: 펌프의 외부를 형성하며 유체의 흐름 경로를 제공하는 구조체입니다.
- Outlet: 압축된 유체가 배출되는 부분입니다.
- Frame: 펌프와 모터 유닛을 지지하는 구조체입니다.
- Stator for the “canned” motor: ‘캔’ 모터의 고정된 부분으로, 전기적 자기장을 생성하여 로터를 회전시킵니다.
- Rotor for the “canned” motor: ‘캔’ 모터의 회전 부분으로, 스테이터의 자기장에 의해 회전하며 임펠러를 돌려 유체를 펌핑합니다.
- Bearing: 로터의 원활한 회전을 돕는 부품으로, 보통 유체 자체에 의해 윤활됩니다.
이러한 펌프는 샤프트 씰이 없는 설계로 인해 완전히 누수가 없고, 유체와 모터 사이에 물리적인 분리를 제공하여 화학물질이나 가스가 모터 내부로 침투하는 것을 막아줍니다. 이로 인해 환경오염을 방지하고 안전하게 화학물질이나 가스를 취급할 수 있습니다.
6.1. 캔드 모터 펌프 가동 준비 절차
Canned Motor Pump Start-up Procedure
캔드 모터 펌프 가동 전 준비: 펌프 내부 내용물 (media;매체) 없이 펌프를 가동하지 마십시오! 이는 특정 경우 slide bearing의 파괴로 이어질 수 있습니다.
① 펌프를 냉각하거나 가열해야 하는 경우, 해당 정지 밸브를 열고 유량을 조절하십시오; 가열된 펌프에서는 안정된 온도에 도달할 때까지 기다립니다. 모니터링 장비를 사용하는 경우, 모니터링 장비를 조정하십시오. 온도 프로브의 정지 온도는 펌핑 매체의 운영 온도에 따라 달라지며, 이 온도보다 10에서 15°C 높게 설정해야 합니다.
② 캔드 모터 펌프의 올바른 작동과 가동을 위해서는 적절한 펌핑과 배출이 필수적입니다.
③ 흡입 측 바이패스 라인의 정지 밸브를 엽니다.
④ 방출측으로 펌프를 배출하는 경우, 펌프 가동 전에 방출측 정지 밸브를 완전히 한 번 열었다가 거의 완전히 다시 닫습니다.
⑤ 예를 들어, 역류 방지 밸브가 사용되거나 다른 펌프들이 같은 방출 라인에서 이미 작동 중인 경우와 같이 펌프를 방출 라인으로 배출할 수 없는 경우에는 방출 측이나 바이패스 라인에 별도의 공기 배출 콕을 사용하여 펌프를 배출해야 합니다.
⑥ 배출되어서는 안 되는 가스나 증기를 형성하는 액체를 펌핑할 때는 밀봉 가능한 배관을 통해 흡입 용기로 펌프를 배출합니다.
6.2. 캔드 모터 펌프 가동 절차
Canned motor pump start-up procedure
① 펌핑 및 배출 라인을 닫습니다.
② 방출 라인의 밸브를 약간 엽니다.
③ 흡입/입구 라인의 밸브를 완전히 엽니다.
④ 모터를 가동합니다.
⑤ 캔드 펌프의 회전 방향을 확인합니다.
*회전 방향 확인: 기술 사양에 나열된 요구된 discharge head 에 도달하지 않고 펌프 내 모든 공기나 가스가 제거되었음을 확인한 경우(필요하면 재가동하여), 펌프는 잘못된 방향으로 작동하고 있는 것이 분명합니다. 이 경우, 전원 공급의 위상 순서를 변경하고 discharge head를 다시 확인합니다.
⑥ 압력계 (manometer) 가 압력을 나타내면, 작동 압력이 달성될 때까지 배출 게이트 밸브를 엽니다.
(주의!) 배출 게이트 밸브가 닫힌 상태에서 펌프는 단시간 동안만 작동해야 합니다(과도한 가열).
⑦펌프의 유량 및 전력 요구 사항은 Discharge head 가 낮아질수록 증가합니다.
6.3 CLEARANCE 와 BALANCE
① CLEARANCE : DOUBLE WEAR RING, BRG’ INSERT,
IMPELLER WEAR RING 등이 자동 ORIFICE역할 BALANCE 기능
② BALANCE : IMPELLER에 BALANCING HOLE에의해
BALANCE 유지 (SUC’ 쪽으로 밀려가는 힘방지)
6.4 HERMETIC PUMP 윤활 계통도
DIS’ PRESS’에 의해 STRAINER를 통해 PROCESS LIQUID가 ROTOR를 타고 윤활 및 냉각 후 ROTOR중앙에 HOLE로 순환되어 IMPELLER 쪽으로 되돌아감.
Clearance (간격 여유)
그림에서 ‘CLEARANCE 중요’라는 표시는, 로터(rotor)와 펌프 하우징 사이의 정밀한 공간(clearance)이 중요하다는 것을 강조하고 있습니다. 이 공간은 임펠러(impeller)의 원활한 회전을 보장하며, 마모와 마찰을 최소화하여 펌프의 효율성과 수명을 유지하는 데 필수적인 부분입니다.
Strainer
그림에 나타난 스트레이너(strainer)는 흡입구에 설치되어 고체 입자나 불순물이 로터와 임펠러로 들어가는 것을 방지하는 필터 역할을 합니다. 그림의 화살표는 펌프 내부를 통과하는 액체의 흐름을 나타내며, 로터 내부의 홀(hole)은 흐르는 액체에 의해 로터 베어링이 윤활되도록 하는 것으로 해석됩니다.
‘윤활유 프리’(lubrication-free) 또는 ‘셀프-윤활’(self-lubricating) 시스템
헤르메틱 펌프에서는 로터와 임펠러를 지지하는 베어링이 윤활유를 별도로 추가하지 않고도 작동할 수 있도록 설계되어 있습니다. 이러한 펌프의 윤활 시스템은 ‘윤활유 프리’(lubrication-free) 또는 ‘셀프-윤활’(self-lubricating) 시스템이라고 불립니다. 즉, 베어링은 펌프를 통과하는 프로세스 액체 자체에 의해 윤활됩니다. 이는 윤활유의 오염 문제를 방지하고, 윤활유 교체나 보충에 대한 유지보수 요구사항을 줄여줍니다.
펌프의 내부 디자인에 따라 특정한 펌프는 윤활을 위해 작은 양의 윤활유를 필요로 할 수도 있으며, 이는 펌프의 압력에 의해 공급됩니다. 그러나 대부분의 헤르메틱 펌프는 펌프 내부의 유체에 의해 베어링이 자연스럽게 윤활되므로 추가적인 윤활유를 넣지 않아도 됩니다.
6.5 캔드 모터 효율 비교 (with 프리미엄 효율 모터(IE3)) 참조
일반적으로 프리미엄 효율(IE3) 모터의 경우 모터 효율(ηmot)이 약 90% 정도 되나, 캔드모터의 경우 모터 효율이 약 70% 수준으로 낮음을 확인할 수 있음
전효율(η) 역시 운전점에서 약 56% 수준으로, 앞서 확인한 일반적인 원심펌프보다 훨씬 낮은 수준임을 확인할 수 있음
7. 결론
캔 모터 펌프는 사람과 지구 환경에 친화적입니다. 캔 모터 펌프는 “완전히 누수 없는” 구조를 가지고 있어, 누출로 인한 피해나 위험이 없습니다.
따라서 오염과 환경 오염에 대한 우려를 없애는 장점을 제공하며, 이런 방식으로 환경 문제를 해결하는데 있어 가장 사람 친화적이고 환경 친화적인 펌프로서 탁월한 지원을 제공합니다.
참조
① 유도전동기 관련 포스팅: 클릭