소방펌프의 종류 및 용량계산

소방펌프의 종류 및 용량계산

 

 

1. 전동기 종류 및 용량 등

1) 소방용 펌프

소방용 펌프로는 원심펌프를 주로 사용하며 원심펌프에는 볼류트펌프와 터빈펌프의 2종류가 있다.

원심펌프란 Impeller의 회전으로 유체에 회전운동을 주어 이때 발생하는 원심력에 의한 속도에너지를 압력에너지로 변환하는 방식의 펌프이다.

볼류트 펌프	터빈 펌프
안내날개가 없으며 이로 인하여 Impeller가 직접 물을 Casing으로 유도하는 펌프로서 저양정 펌프에 사용한다.	안내날개가 있어 Impeller 회전운동시 물을 일정하게 유도하여 속도에너지를 효과적으로 압력에너지로 변환시킬 수 있다.
안내날개로 인하여 난류가 생기는 것을 감소시키므로 물의 압력이 증가한다. 따라서 터빈펌프는 고양정 펌프에 사용한다.

< Fig01. 소방용 원심펌프 >

 

2) 소방펌프의 특성

가) 소방용펌프는 일반공정용 펌프와 달리 펌프의 토출량이 항상 동일한 것이 아니고 개방된 소화전이 1개에서 5개까지 수량이 변화하여도 각각 규정압(0.17MPa)과 규정 방사량(130ℓ /min)이 발생하여야 하는 특징이 있다.

나) 따라서 소화설비용 펌프는 토출량의 큰 변화가 발생되며 이로 인하여 펌프의 방수량이 설계치 이상이 될 경우 펌프의 선정에 따라서는 과부하를 일으켜 펌프가 정지하는 현상이 발생할 수 있다.

다) 이를 방지하기 위하여 소화설비용 펌프는 다음과 같은 조건이 필요하다.

(1) 정격토출량(설계수량)의 150%를 방사하여도 전 양정은 정격양정의 65%이상이 되어야 한다.

(2) 체절양정은 정격양정의 140%를 초과하지 않아야 한다.

 

3) 소방펌프의 양정계산

펌프의 양정 H(m) = H 1 + H 2 + H 3 +17m

◦ H1= 건물높이의 낙차(m)

◦ H2= 배관의 마찰손실수두(m)

◦ H3= 호스의 마찰손실수두(m)

◦ 17m = 소화전노즐 방수압력환산 수두

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4) 소방펌프 전동기용량 계산

펌프방식에서 가압수를 송출하려면 전동기에 의하여 펌프를 회전시키고, 이때 얻어진 운동에너지가 압력에너지로 변환되어 노즐에서 방사된다. 따라서 양정이 클수록, 토출량이 많을수록 전동기와 펌프의 용량은 증가하며, 전동기의 용량을 구하는 식은 다음과 같다.

· Q : 토출량(㎥/분)

· H : 양정 (m)

· K : 전달계수

· E : 펌프의 효율

· Kw : 동력

 

< Fig02. 펌프방식의 전동기 용량 >

 

5) 충압펌프

자동기동방식의 옥내소화전설비는 배관내부에 법정방수압력 이상으로 설정된 압력수가 채워져 있고, 압력이 떨어지면 이를 압력챔버가 감지하여 펌프가 자동 기동됨으로서 압력을 보충한다. 이때 주펌프가 기동하게 되면 전력소모가 크며 배관 등의 설비 시스템에 큰 힘이 전달되어 설비에 충격을 주게 된다. 이를 방지하기 위해 평상시 옥내소화전설비에서 발생되는 적은 양의 압력누수는 토출량이 적은 충압펌프를 사용하여 보충하도록 하며 , 충압펌프는 주기능이 소화용이 아니므로 펌프성능 시험배관도 설치하지 않는다.

 

※ 가압송수장치로 내연기관을 사용할 경우의 주의점

내연기관으로서 기동을 위한 기동용수압개폐장치 또는 압력스위치를 사용하지 아니할 경우에는 소화전함의 위치에서 원격조작이 가능하고, 기동을 명시하는 적색등을 설치해야 한다.

 

 

2. 기동용 수압개폐장치

1) 펌프의 기동방식

가) 펌프의 기동은 자동과 수동기동방식이 있으며 , 수동기동 방식은 소화전함에 ON-OFF 버튼을 설치하여 필요시 원격으로 기동하는 방식으로서 아파트, 업무시설, 학교, 전시시설, 공장, 창고시설, 종교시설로서 동결의 우려가 있는 장소에 한한다.

나) 자동기동방식은 압력챔버 및 압력스위치를 이용하여 펌프를 자동으로 기동하는 방식으로서 배관내 2차측의 압력을 상시 감지하다가 압력이 하한값이하로 떨어지면 펌프를 기동시키며, 상한값 이상으로 충압시 정지되는 방식이다.

< Fig03. 압력쳄버 구성과 기능 >

 

다) 기동용수압개폐장치(압력챔버)의 용적은 100ℓ 이상으로 하며 , 충압폄프를 설치하여야 한다. 충압폄프의 토출압력은 그 설비의 최고위 호스접결구의 자연압보다 적어도 0.2Mpa이 더 크도록 하거나 가압송수장치의 정격토출압력과 같게 하고, 펌프의 정격토출량은 정상적인 누설량보다 적어서는 아니되며 , 옥내소화전설비가 자동적으로 작동할 수 있도록 충분한 토출량을 유지해야 한다.

 

2) 충압펌프의 설치 제외

옥내소화전이 각층에 1개씩 설치된 경우로서 소화용 급수펌프로도 상시 충압이 가능하고 충압폄프의 토출압력이 그 설비의 최고위 호스접결구의 자연압보다 적어도 0.2MPa이 더 크도록 하거나 가압송수장치의 정격토출압력과 같은 경우 충압펌프 설치를 제외할 수 있다.

 

3) 압력스위치의 구조 및 압력설정시 유의사항

가) 압력스위치는 제어반과 연결되며 , 압력의 상승과 저하를 감지하여 신호를 제어반에 보낸다. 압력스위치는 Range와 Diff가 있는데, Range는 펌프의 정지압력을 나타내고, Diff는 펌프의 정지압력과 기동압력의 차이를 의미한다.

나) 펌프의 압력설정은 주펌프와 충압펌프 2개가 있다. 충압펌프는 주펌프의 잦은 기동을 방지하기 위하여 주펌프보다 낮은 압력에서 기동 및 정지되도록 해야 한다. 따라서 압력설정시는 충압펌프가 먼저 기동케 설정하고, 나중에 주펌프가 기동되도록 하여야 한다.

 

4) 압력챔버의 공기교체(충전)

기동용 수압개폐장치의 압력챔버 상단에는 약간의 공기가 채워져 있어야 하는데, 시공시 (시공후 최초 급수 충전시) 또는 사후관리 부주의(펌프의 자동기동 점검시 상단에 설치된 안전밸브의 수동개방 등)로 공기가 모두 배출되고 압력챔버에 물만 가득 채워지면 설비(압력스위치)가 너무 민감하게 작동하게 된다. 이 때 나타나는 현상은 배관내의 압력이 누수 등에 의해 감압될 때, 보조펌프가 조금씩 자주 반복해서 작동 및 정지를 계속한다(단속적 운전). 따라서 압력 변동의 여유를 주기 위해서는 압력챔버 상단부에 2-3ℓ 정도의 공기가 충압되어 있는 것이 바람직하다. 이는 입상관 체크밸브 2차측 배관상에 수격작용 발생시 이를 완충하여 설비를 보호하는 역할도 겸하기 때문이다.

 

 

3. 펌프성능시험배관

1) 설치기준

가) 펌프의 성능은 체절운전시 정격토출압력의 140%를 초과하지 아니하고, 정격토출량의 150%로 운전시 정격 토출압력의 65%이상이 되어야 한다.

나) 성능시험배관은 펌프의 토출측에 설치된 개폐밸브 이전에서 분기하여 설치하고, 유량측정장치를 기준으로 전단 직관부에 개폐밸브를 설치하고, 후단 직관부에는 유량조절밸브를 설치하여야 한다.

< Fig04. 펌프성능시험 배관 >

 

다) 유량측정장치는 성능시험배관의 직관부에 설치하되 , 펌프의 정격토출량의 175%이상 측정할 수 있는 성능이 있어야 한다.

 

2) 펌프성능시험곡선

일반급수펌프의 경우 운전점이 하나이기 때문에 압력계 확인 등으로 펌프의 성능을 확인할 수 있으나 소화펌프의 경우 운전점이 다르기 때문에 성능배관을 통해 확인할 필요가 있다. 성능시험은 유량이 0일 경우, 정격토출양정의 140%를 초과하지 아니하고, 정격토출량의 150%일 경우, 정격토출 양정의 65%이상이 되어야 한다.

< Fig05. 소방펌프의 특성곡선 >

 

3) 펌프의 성능시험 방법

가) 무부하 시험 : 유량이 “0”인 상태에서 양정은 정격토출 양정의 140% 이하인지 확인한다. 이때 순환배관의 릴리프밸브 개방상태 등도 확인한다.

나) 정격부하 시험 : 무부하시험 확인후 유량조절밸브를 개방하여 유량이 정격토출량의 100%일 경우 양정은 정격양정의 100% 이상인지 확인한다.

다) 최대부하시험 : 유량조절밸브를 더욱 개방하여 유량이 정격 토출량의 150%일 경우 양정은 정격양정의 65% 이상인지 확인한다.

라) 성능시험 작동순서

㉠ 수신반 및 동력제어반의 펌프전원과 자동기동 상태 확인

㉡ 동력제어반 충압펌프 정지(감압시 충압펌프가 먼저 기동하기 때문)

㉢ 1차측 주게이트밸브 폐쇄

㉣ 성능시험배관 1, 2차측 밸브 서서히 개방

㉤ 압력챔버 배수밸브 개방후 펌프 기동하면 폐쇄

㉥ 유량계 및 압력계 확인

㉦ 게이트밸브 개방후 시험밸브 폐쇄(수동으로 펌프정지)

㉧ 충압펌프 정지 해제(정상위치)

< Fig06. 펌프성능시험 방법 >

 

※ 펌프성능시험시 펌프의 기동방법에는 여러가지 방법이 있겠으나, 압력쳄버의 배수밸브를 개방하여 펌프를 기동하면 2차측 감압시 펌프의 자동기동 및 정지와 압력쳄버 압력스위치의 적정 설치여부 등을 확인할 수 있다.

 

 

4. 배관

1) 배관은 배관용탄소강관(KSD3507) 또는 배관내 사용압력이 1.2Mpa 이상일 경우에는 압력배관용탄소강관(KSD3562) 또는 이음매 없는 동 및 동합금관(KSD5301)의 배관용 동관이나 이와 동등 이상의 강도 내식성 내열성을 가진 것으로 하여야 한다.

 

※ 소방용 합성수지배관으로 설치할 수 있는 경우

- 배관을 지하에 매설하는 경우

- 다른 부분과 내화구조로 구획된 닥트 또는 피트의 내부에 설치하는 경우

- 천장과 반자를 불연재료 또는 준불연재료로 설치하고 그 내부에 습식으로 배관을 설치하는 경우

2) 배관은 전용으로 하여야 한다.(성능에 지장이 없는 경우에는 다른 설비와 겸용 가능)

3) 펌프의 토출측 구경은 유속이 4(m/sec)이하가 되도록 한다.

4) 옥내소화전과 연결되는 가지관의 구경은 40㎜이상 주배관중 입상관의 구경은 50㎜이상으로 하여야 한다. 이 때 연결송수관설비의 배관과 겸용할 경우에는 주배관은 100㎜이상, 가지배관은 65㎜이상으로 하여야 한다.

< Fig07. 배관 및 송수구 >

 

 

4. 옥외송수구

소방대상물의 소화설비에 설치된 수원의 양이 소화활동을 하는데 부족할 경우, 소방펌프차의 수원에 의해 소화전을 활용하여 화재를 진압하기 위해 연결송수구를 설치하며 , 지면으로부터 0.5m이상 1m이하의 위치에 65mm의 쌍구형 또는 단구형으로 하고, 송수구의 가까운 부근에 5mm의 자동배수밸브를 설치하며 , 이물질을 막기 위한 마개를 씌워야 한다.

 

 

5. 소화전함

함의 재질은 두께 1.5mm이상의 강판 또는 두께 4mm이상의 합성수지재로 하고, 문짝의 면적은 0.5m2이상, 짧은변 길이 500mm이상, 내부폭 180mm이상으로 하여 밸브의 조작 호스의 수납 등에 충분한 여유를 가질 수 있도록 하여야 한다.

< Fig08. 소화전함 설치 >

 

 

6. 방수구 및 노즐(관창)

옥내소화전함 내부에 설치된 개폐밸브(앵글밸브)를 방수구라고 한다. 방수구는 40mm이상의 구경으로 층마다 설치해야 하나 복층형 구조의 공동주택의 경우에는 세대의 출입구가 설치된 층에만 설치할 수 있다. 설치높이는 바닥으로부터 1.5m이하가 되도록 한다. 또한 방수구는 당해 소방대상물의 각 부분으로부터 수평거리는 25m 이하가 되도록 하고 호스는 구경 40㎜이상의 것으로서 소방대상물의 각 부분에 물이 유효 하게 뿌려질 수 있는 길이로 설치하여야 한다.