생산기술연구원 국내 최초 기술개발
액체·기체 유입 양에 따라 입구 조절
축류펌프 동력 최대 20%까지 절감해
액체·기체 유입 양에 따라 입구 조절
축류펌프 동력 최대 20%까지 절감해
[파이낸셜뉴스] 한국생산기술연구원 산업에너지연구부문 김진혁 박사팀이 국내 최초로 이동시킬 액체나 기체의 양에 따라 입구 크기를 조절하는 '중대형 축류펌프 핵심 원천 설계기술'을 개발했다. 머신러닝을 기반으로 가변형 입구 가이드베인을 설계해 축류펌프의 동력을 최대 20%까지 절감했다. 이 기술은 펌프의 운전 패턴을 분석해 최적의 운전을 가능하게 함으로써 빗물 배수나 수영장, 농업용 물 공급, 공업용 냉각 시스템 등 다양한 분야에 사용되는 펌프를 만들 수 있다.
9일 생산기술연구원에 따르면, 기존 축류펌프는 최적 효율점(BEP), 즉 액체·기체를 빨아들이거 뿜어내는 양과 압력이 각각 100%가 될때 가장 높은 효율로 작동하도록 설계된다. 하지만 액체·기체의 양이 최적 효율점을 벗어나면 저효율로 가동돼 대형펌프의 경우 에너지 효율이 20~30%까지 떨어진다. 뿐만아니라 국내 생산기업들은 기술 선진국의 설계도면을 들여와 제품을 생산해 오고 있다.
연구진은 펌프가 최적의 효율로 작동하도록 하기 위해 가이드베인을 주목했다. 가이드베인은 펌프 입구의 회전 장치에서 액체·기체의 유입을 조절하기 위해 사용되는 부품이다.
연구진은 우선 속도삼각형 이론을 적용해 펌프의 운전 패턴을 분석하고, 이를 바탕으로 가이드베인의 각도를 변경할 수 있는 가변형 운전기술을 개발했다.
속도삼각형은 임펠러의 절대속도, 유동의 절대속도, 임펠러에 대한 유동의 상대속도 벡터가 이루는 삼각형을 가리키는 용어로, 물의 유입 각과 펌프 임펠러 블레이드의 각도를 일치시킬 때 성능이 최대가 된다.
이를 통해 최적 효율점이 아닌 경우에도 유체의 양에 따라 IGV의 각도가 자동 변경되어 펌프의 동력을 절감할 수 있다.
김진혁 박사는 "최적 효율점이 아닌 구간에서도 에너지를 절감할 수 있는 가변형 축류펌프 설계기술은 세계적으로도 유례가 없는 핵심 원천기술"이라며 "개발된 성과를 바탕으로 노후화된 유입펌프 시설을 교체할 경우 에너지 효율을 높이고 탄소배출은 줄여 저탄소 산업구조 전환에 중요한 역할을 담당할 것"이라고 설명했다.
한편, 연구진은 이번에 개발한 펌프 설계 기술을 국제학술지 '에너지(Energy)'를 비롯한 여러 해외 저널에 발표했다.
monarch@fnnews.com 김만기 기자
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