Free Surface Vortex Control for Pump Sump with a Curtain Wall and Energy Dissipating Structures

Abstract

화력 및 원자력 발전소에서는 시스템 냉각용으로 펌프를 이용하여 펌프장의 물을 순환시킨다. 펌프를 이용하여 물을 흡입하는 과정에서 경우에 따라 흡입정 주위에는 보텍스 (Vortex)나 스월(Swirl)이 발생한다. 흡입정 주위에 보텍스와 스월이 발생하면 펌프 흡입구로 물 뿐만 아니라 공기도 함께 흡입되면 흡입배관 내부에 강한 와류가 발생한다. 배관 내부로 유입된 와류는 소음 및 진동을 유발시키고, 심할 경우 펌프 임펠러 및 회전축의 손상을 야기하기도 한다. 이러한 보텍스 및 스월의 발생 원인으로는 펌프의 흡입 유량, 흡입정의 수위 및 흡입 수조의 적절하지 못한 구조 등이 있다. 흡입정 주위에 발생하는 보텍스의 종류는 자유표면 보텍스 (Free Surface Vortex)와 수중 보텍스 (Submerged Vortex)가 있다. 자유표면 보텍스는 커튼월 (Curtain Wall), 수중 볼텍스는 AVD (Anti Vortex Device) 를 설치하여 제어하는 것이 일반적이다. 자세한 규격은 Hydraulic Institute Standard (HIS) 에서 기술하고 있다. 본 연구는 펌프 흡입구 주변 유동장에 대하여 다상유동 모델을 적용하여 수치해석적 방법으로 해석하였다. 추가적으로 EDS (Energy Dissipating Structure) 를 설치하여, 커튼월과 EDS의 자유표면 보텍스 제어 효과와 흡입구 내부 유동을 분석하여 가시적으로 나타내었다. EDS를 추가적으로 설치한 경우 균일한 유동이 형성되면서 자유표면 보텍스가 소멸되는 것을 확인할 수 있었다.