원심펌프와 용적식 펌프 차이: 작동원리·장단점·선정 기준

앞 글에서 원심펌프의 물은 임펠러를 거쳐 케이싱과 토출구로 이동한다는 점을 살펴봤습니다.

원심펌프 작동원리: 흡입부터 임펠러·케이싱·토출까지

그렇다면 기어펌프나 피스톤펌프도 같은 원리로 작동할까요?

 

원심펌프는 회전하는 임펠러로 액체에 에너지를 전달하고, 용적식 펌프는 작동 공간의 액체를 받아 밀어내며 이송합니다. 이 차이는 유량 조절과 점도가 높은 액체의 이송, 토출이 막혔을 때의 거동에 영향을 줍니다. 이 글에서는 액체용 펌프의 일반적인 특성을 비교합니다.

핵심 요약

○ 원심펌프의 실제 유량은 펌프 성능과 계통 조건이 만나는 운전점에서 정해집니다.

○ 용적식 펌프의 이론 유량은 회전당 또는 행정당 토출량과 속도에 연결되지만, 실제 유량에는 누설·흡입 조건 등이 영향을 줍니다.

○ 점도, 정량성, 맥동, 허용 압력과 과압 보호를 함께 검토해 형식을 선택합니다.

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1. 두 방식은 액체에 일을 하는 방법이 다릅니다

원심펌프에서는 임펠러의 날개가 액체에 힘을 가해 에너지를 전달합니다. 그 뒤의 케이싱은 액체를 모으고 흐름을 안내하며 압력 회복에 기여합니다. 일반적인 방사류형의 흐름은 앞 글에서 살펴본 ‘중심으로 유입 → 임펠러 바깥쪽으로 이동 → 토출’입니다.

 

용적식 펌프에서는 액체가 들어갈 작동 공간을 만들고, 그 안의 액체를 이송하거나 공간을 줄여 토출합니다. 피스톤·다이어프램이 왕복하는 형식과 기어·스크류 등이 회전하는 형식이 있습니다. 모든 용적식 펌프가 피스톤으로 작동하는 것은 아닙니다.

원심펌프의 임펠러 에너지 전달과 피스톤식 용적식 펌프의 흡입·토출 공간 변화를 비교한 작동원리 도해

 

위 그림은 원심펌프와 용적식 펌프, 두 방식의 작동 원리 비교로 오른쪽은 용적식 펌프 중 피스톤식의 예이며, 회전식 용적식 펌프의 구조와는 다릅니다.

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2. 용적식 펌프의 흡입과 토출을 살펴봅니다

위 그림 오른쪽의 피스톤식 예에서는 피스톤이 물러나 작동 공간이 커질 때 액체가 들어옵니다. 이때 흡입밸브가 열리고 토출밸브는 닫힙니다.

 

피스톤이 액체 쪽으로 움직여 공간을 줄이면 흡입밸브가 닫히고 토출밸브가 열려 액체가 나갑니다.

 

기어펌프 같은 회전식에서는 기어와 케이싱 사이에 형성된 공간이 액체를 토출측으로 운반합니다. 그림의 흡입·토출 체크밸브 배치를 모든 용적식 펌프에 그대로 적용해서는 안 됩니다.

 

핵심은 한 번의 회전이나 행정으로 보내도록 설계된 부피가 있다는 점입니다. 다만 작동 공간이 충분히 채워지지 않거나 내부 누설이 발생하면 실제 토출량은 이론값과 달라집니다.

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3. 유량과 압력 특성은 어떻게 다를까요

비교 항목	원심펌프	용적식 펌프
작동원리	임펠러로 액체에 에너지 전달	작동 공간의 액체를 받아 밀어냄
같은 속도에서의 유량	계통의 요구 양정에 따라 변화	이론 토출량 중심, 실제 값은 누설·흡입 조건 등으로 변화
압력 조건	유량과 양정 특성을 함께 검토	계통 저항과 제품의 허용 압력을 함께 검토
점도	점도 증가에 따른 성능 저하 검토	고점도 이송에 적합한 형식이 많으나 흡입·동력 검토 필요
흐름의 맥동	일반적으로 연속적인 흐름	왕복식은 맥동, 회전식은 형식에 따라 차이
유량 조절	회전수·계통 저항 조절 등	회전수·행정 길이·바이패스 등 형식별 방법

<표 : 원심펌프와 용적식 펌프의 일반적인 특성>

 

위 표는 일반적인 경향을 정리한 것입니다. 개별 제품의 성능과 허용 범위는 제조사 자료로 확인해야 합니다.

 

원심펌프는 같은 회전수에서도 계통의 요구 양정이 달라지면 운전 유량이 달라집니다. 일반적인 Q-H 곡선에서는 요구 양정이 높아질수록 유량이 작아지는 경향이 나타납니다.

 

고정 용적식 펌프는 같은 속도에서의 이론 토출량이 정해집니다. 실제 유량은 압력차와 점도에 따른 내부 누설, 흡입 충전 상태 등의 영향을 받습니다.

 

따라서 ‘용적식은 압력이 바뀌어도 유량이 완전히 같다’고 단정하면 안 됩니다. 내부 누설로 줄어드는 유량을 슬립이라고 부릅니다.

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4. 점도·정량성·맥동을 함께 비교합니다

원심펌프에 점도가 높은 액체를 적용하면 물 기준 성능과 달라질 수 있습니다. 유량·양정·효율의 보정과 필요한 동력을 검토해야 합니다.

 

용적식에는 고점도 이송에 적합한 형식이 많지만, 점도 증가에 따른 흡입 손실과 동력 증가도 확인해야 합니다. ‘점도가 높을수록 무조건 좋다’는 뜻은 아닙니다.

 

정량 주입에서는 회전당 또는 행정당 토출량을 이용해 유량을 조절할 수 있다는 점이 유용합니다. 그러나 실제 정확도는 압력, 액체 성질, 밸브 상태와 제어 방식 등에 좌우됩니다. 정량 용도로 설계된 제품의 정확도와 운전 조건을 확인해야 합니다.

 

왕복식 용적식 펌프는 흡입과 토출이 번갈아 일어나므로 맥동이 생길 수 있습니다. 회전식은 상대적으로 고른 흐름을 만들 수 있지만 형식에 따라 차이가 있습니다. 필요하면 다중 작동 요소나 맥동 완화 장치를 검토합니다.

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5. 토출이 막혔을 때의 거동과 보호가 중요합니다

용적식 펌프는 토출 유로가 막혀도 액체를 계속 밀어내려 하므로 압력이 빠르게 올라갈 수 있습니다. 펌프와 배관의 허용 압력을 기준으로 릴리프밸브 등 적합한 과압 보호를 설계해야 합니다.

 

보호 유로가 차단되지 않는 배치와 펌프 유량을 처리할 수 있는 용량이 중요합니다.

 

이 때문에 용적식 펌프의 유량을 줄이려고 토출 밸브를 조이는 방법을 일반적인 조절 방식으로 적용하면 안 됩니다. 회전수, 행정 길이 또는 설계된 바이패스 등 해당 형식에 맞는 방법을 사용합니다.

 

원심펌프도 토출을 막은 상태로 계속 운전해도 되는 것은 아닙니다. 저유량이나 무유량 운전에서는 내부 발열과 불안정한 유동 등으로 손상이 생길 수 있습니다. 기동 시 밸브 상태와 최소 유량 조건은 제품별 지침을 확인합니다.

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6. 사용 목적에 따라 검토할 후보가 달라집니다

요구 조건	먼저 검토할 후보	추가 확인 사항
물의 급수·순환	원심펌프	유량·양정, 흡입 조건, 효율
점도가 높은 오일 이송	기어·스크류 등 용적식	운전 온도에서의 점도, 흡입 손실, 동력
소량 약품의 정량 주입	다이어프램 등 정량 펌프	정확도, 토출 압력, 재질, 맥동

<표 : 요구 조건에 따른 검토 후보 예시>

 

위 표는 선정의 출발점이며 특정 형식을 확정하는 규칙은 아닙니다. 원심펌프에도 고압용이나 약품용이 있고, 용적식도 점도가 낮은 액체를 취급하는 제품이 있습니다.

 

액체에 고형물이 포함되거나 전단에 민감하다면 통과 가능한 입자 크기와 내부 구조도 확인해야 합니다. 점도나 압력 한 가지로 형식을 정하지 말고, 액체 성질과 운전 요구를 함께 비교하세요.

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7. 이론 유량 계산과 실제 선정의 차이

고정 용적식 회전 펌프의 개념을 가상 수치로 살펴보겠습니다. 회전당 이론 토출량이 20 mL이고 회전수가 300 회전/min이면 다음과 같습니다.

이론 유량 = 20 mL/회전 × 300 회전/min = 6 L/min

 

이 운전점에서 체적효율을 설명용으로 90%라고 가정하면 실제 유량은 다음과 같습니다. 체적효율은 실제 토출량을 이론 토출량으로 나눈 비율입니다.

실제 유량 = 6 L/min × 0.90 = 5.4 L/min

 

20 mL와 90%는 특정 제품의 성능값이 아닙니다. 이 예제는 압력과 점도 등 운전 조건을 고정하고, 실제 토출량이 이론값보다 작아질 수 있음을 보여 줍니다. 90%를 모든 용적식 펌프에 적용해서는 안 됩니다.

 

실제 선정에서는 다음 조건을 정리한 뒤 제조사 성능 자료와 대조합니다.

 

 

• 액체의 종류와 운전 온도에서의 점도, 고형물 포함 여부
• 필요 유량과 요구 양정 또는 압력차
• 흡입측의 압력·수위·배관 조건
• 정량 정확도와 허용 맥동
• 허용 압력, 과압 보호, 재질 및 운전 방식

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마무리 요약

원심펌프와 용적식 펌프는 액체에 일을 하는 방식이 다르므로 유량 특성과 제어 방법도 다릅니다. 원심펌프는 계통과의 운전점을, 용적식은 이론 토출량에 더해 실제 누설과 흡입 충전 상태를 확인해야 합니다.

 

선정할 때는 점도, 필요한 압력과 유량, 정량성, 맥동과 보호 조건을 함께 보세요. 어느 방식이 더 좋은지를 먼저 정하기보다, 이송 조건에 맞는 형식과 제품을 찾는 것이 중요합니다.

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🔎 FAQ

Q1. 용적식 펌프의 유량은 압력과 상관없이 일정한가요?

같은 속도에서의 이론 유량은 정해지지만 실제 유량은 내부 누설과 흡입 상태 등의 영향을 받습니다. 압력차와 점도가 바뀌면 실제 토출량도 달라질 수 있습니다.

 

Q2. 압력이 높으면 무조건 용적식 펌프를 써야 하나요?

그렇지 않습니다. 다단 원심펌프 등도 높은 양정을 제공할 수 있습니다. 필요한 유량과 압력, 액체 성질, 효율과 운전 조건을 함께 비교해야 합니다.

 

Q3. 용적식 펌프는 토출 밸브를 조여 유량을 조절해도 되나요?

일반적인 방법으로 적용하면 안 됩니다. 압력 상승을 유발할 수 있으므로 해당 형식에 맞는 속도·행정 또는 설계된 바이패스 제어와 과압 보호를 확인해야 합니다.

 

Q4. 점도가 높은 액체는 용적식 펌프로 모두 이송할 수 있나요?

점도 외에도 흡입 조건, 회전수, 필요한 동력, 재질과 제품의 허용 범위를 확인해야 합니다. 운전 온도가 바뀌어 점도가 달라지는 경우도 반영합니다.

 

Q5. 모든 용적식 펌프는 흐름의 맥동이 큰가요?

왕복식은 맥동이 나타나기 쉽고, 회전식은 형식에 따라 상대적으로 고른 흐름을 만들 수 있습니다. 실제 허용 맥동은 제품과 계통 조건을 기준으로 검토합니다.

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[참고자료와 이미지 출처]

 

위 내용은 KSB펌프기술사전과  Hydraulic Institute 자료와 Viking Pump 설명을 참고했습니다.

 

https://www.ksb.com/en-global/centrifugal-pump-lexicon/

https://www.pumps.org/resources/pump-faqs/

https://www.vikingpump.com/faq

 

그림은 본 원고 전용 AI 생성 도해입니다. 이미지 생성 후 피스톤 이동 방향, 흡입·토출 밸브 상태와 액체의 흐름을 검토했습니다.

 

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다음 글은 「펌프 종류 총정리」입니다. 원심·수중·인라인·용적식 등 여러 이름이 어떤 분류 기준을 나타내는지 정리할 예정입니다.

펌프 종류 총정리: 원심·수중·인라인·다단펌프 분류와 차이