Introduction

2016년 국내 펌프 및 수차 분야의 연구동향을 분석하기 위하여 2016년 한국유체기계학회 논문집에 발표된 연구논문과 한국유체기계학회 하계 및 동계 학술대회 특별세션 및 일반세션 발표논문을 조사하였으며, 포스터 발표는 제외하였다. 펌프 분야에서 17편, 수차 분야에서 31편 그리고 펌프터빈 분야에서 3편의 논문이 발표되어 총 51편의 논문이 2016년도에 발표되었다.

Table 1은 펌프 및 수차 분야에서 발표된 논문을 분류 기준별로 나타낸 것이며, 전체적으로 펌프 분야에서는 예년과 비슷한 수준의 논문 수가 발표되었고, 수차 분야에서는 정부과제 수행으로 인한 연구개발 성과가 특별세션에서 많이 발표되고 있음을 알 수 있었다.

또한, 양수발전소의 핵심수력설비인 펌프터빈에 대한 연구개발에서도 국내에서 관련 연구가 점진적으로 진행되고 있음을 알 수 있었다.

펌프 분야에서는 산업용 펌프의 고성능화 및 특수형 펌프에 대한 기초연구가 진행되었다.

심현석 등^(1,2)은 원심펌프의 성능에 대한 더블 볼류트의 영향과 반경방향 추력과 효율을 고려한 원심펌프의 다중목적 최적설계를 수행하였다. 김성길 등⁽³⁾은 혈액펌프 성능평가를 위한 실험장치의 구성에 대해서 연구하였으며, 김대진 등⁽⁴⁾은 한국형 발사체용 연류펌프의 캐비테이션 불안정성에 대해서 연구하였다. 송인혁 등⁽⁵⁾은 지역난방 배관에 사용되는 펌프의 최적 운영에 대해서 연구하였고, 김성 등⁽⁶⁾은 허브비에 따른 비속도 1200급 사류펌프 임펠러의 최적설계를 수행하였다. 김덕수 등⁽⁷⁾은 고압 다단펌프의 임펠러에 대한 연구를 수행하였으며, 이경록 등⁽⁸⁾은 유압식 카고 펌프 성능 향상을 위한 설계를 수행하였다. 송왕기 등⁽⁹⁾은 단일채널펌프의 임펠러-벌류트 상호 작용에 따른 성능 특성 연구를 수행하였다.

한편, 하계 및 동계 학술대회에서 구성된 “비속도 150∼1200급 원심 및 사류펌프 설계기술 개발” 특별세션에서 발표된 논문들^(10-17)로부터 넓은 비속도 범위의 원심 및 사류 펌프설계기술에 관련된 폭넓은 연구가 심도 있게 진행되고 있음을 알 수 있었다.

수차 분야에서는 소수력발전용 수차의 고성능화와 중대수력발전용 수차의 기초연구가 주로 진행되었으며, 다양한 종류의 수차에 대한 실용화 연구 및 모형수차의 성능시험에 관련된 연구가 수행되었다.

천쩐무 등⁽¹⁸⁾은 프란시스수차의 성능향상을 위한 수차설계에서 러너 블레이드 출구면적이 성능에 미치는 영향에 대해서 연구하였고, Vu Le 등⁽¹⁹⁾은 수차 성능 및 내부유동에 대한 CFD해석 결과의 신뢰성을 검토하기 위하여 Francis-99 Workshop에서 공개된 모형수차의 실험결과를 사용하여 CFD해석 결과의 정확성을 비교 및 검토하였다. 강민우 등⁽²⁰⁾은 프랜시스 수차에서 유사 유입량에 따른 침식예측을 위한 수치해석적 연구를 수행하였고, 김영준 등⁽²¹⁾은 수력설비의 역설계를 위한 기존 수력설비의 고정도 3D스캐닝 방법 개발에 대한 연구를 수행하였다. 박지훈 등⁽²²⁾은 퇴적물 침식 대응기술을 적용한 마이크로급 횡류수차의 성능을 분석하였다. 전흥수 등⁽²³⁾은 유량에 따른 펠턴터빈의 3차원 유동 변화에 대해서 연구를 수행하였고, 김철규 등⁽²⁴⁾은 신재생 하이브리드 발전시스템을 위한 양수발전용 소수력용 수차의 현장시험에 결과에 대해서 검토하였다. 김낙점 등⁽²⁵⁾은 수차발전기 로터 위치 모니터링 시스템 개발에 대해서 연구를 수행하였다.

그리고, 학술대회 특별세션을 통하여 많은 발표가 진행되었는데, “수력 성능시험 기술 기준” 특별세션^(26,27)에서는 모형수차 성능시험 및 실물수차 현장 성능시험에 대한 기술기준(안)에 대한 연구 결과가 발표되었다. “산업용 수력설비의 개발 및 표준화” 특별세션^(28-31)에서는 소수력용 수차발전기개발 및 상용화를 위한 연구개발 결과에 대해서 발표가 진행되었고, “15 MW 프란시스 수차발전기 국산화 개발 및 실증” 특별세션^(32-36)에서는 중형 프란시스 수차발전기의 국산화 및 실증연구와 관련된 연구결과의 발표가 있었다. “고성능 수력터빈의 설계 및 응용” 특별세션^(37-39)에서는 수차설계법의 개발과 관련된 이론적, 실험적인 연구 수행 결과에 대한 내용이 발표되었고, “수력 성능검증용 벌브형 모델수차 개발” 특별세션^(40-43)에서는 벌브형 모델수차의 성능시험과 관련된 연구 수행 결과를 발표하였으며, 특히 정압베어링의 설계 및 성능시험에 대한 내용에 대해서 상세하게 설명하였다. “50 MW급 프란시스 수차 러너 개발” 특별세션^(44-48)에서는 중대수력용 프란시스수차의 핵심설비인 수차 러너의 개발과 관련된 연구성과에 대해서 발표하였다.

펌프터빈은 양수발전소 설비 중 양수 및 발전을 위한 핵심설비이며, 펌프 모드와 수차 모드에서 모두 고성능 운전이 가능하도록 최적화된 설계가 요구되고, 첨단기술이 적용되는 수력설비이다. 국내에서는 최근까지 모든 양수발전소 핵심수력설비를 해외에서 수입하여 설치 및 운영해왔으나, 노후된 설비의 현대화 및 국산화에 대한 요구에 따라서 관련분야의 연구가 시작되어 점진적으로 진행되고 있다.

패트릭 등^(49,50)은 펌프터빈 축소모델의 펌프 모드 성능 개선을 위한 설계 결과에 대해서 발표하였고, 또한 펌프터빈의 재생에너지 분야 적용을 위하여 풍력, 태양광, 해양에너지, 디젤 발전에 의한 하이브리드 발전 전력의 고효율 저장 및 사용이 가능한 마이크로급 펌프터빈 에너지저장장치(ESS)의 연구개발 성과에 대해서 소개하였다. 김진우 등⁽⁵¹⁾은 엇회전 펌프터빈의 펌프 및 터빈 모드 동시 성능 향상을 위한 최적화 기법에 대해서 발표하였다.

2016년 한국유체기계학회 논문집과 한국유체기계학회 하계 및 동계 학술대회에서 발표된 논문을 바탕으로 2016년 펌프, 수차 그리고 펌프터빈 분야의 연구동향에 대해서 살펴보았다. 펌프 분야는 예년과 비슷한 수준의 논문 수가 발표되었고, 펌프시스템의 고성능화 및 상용화를 위한 기술개발 내용이 주로 발표되었다. 수차 분야에서는 다양한 종류의 소수력발전용 수차의 상용화 개발이 진행되고 있고, 중대수력용수차의 기초연구 및 현대화를 위한 연구가 활발하게 진행되고 있음을 알 수 있었다. 펌프터빈 분야는 수입에만 의존해오던 양수발전용 펌프터빈시스템에 대한 현대화 및 국산화를 위한 기초연구가 새롭게 진행되고 있음을 알 수 있었다.

펌프, 수차 그리고 펌프터빈 분야에서는 국내 설계기술의 향상 및 상용화를 위한 제품개발 역량이 급속하게 진행되고 있을 확인할 수 있었으며, 2017년에는 더욱 다양하고 심도있는 연구가 폭넓게 진행되기를 기대한다.