2018년 펌프 및 수차 분야 연구동향

1. 서 론

2018년 국내 펌프 및 수차 분야의 연구동향을 분석하기 위하여 2018년도 한국유체기계학회 논문집과 한국유체기계학회 하계 및 동계 학술대회 발표논문 초록집에 발표된 논문을 조사하였다. 펌프 분야에서 26편, 수차 분야에서 52편, 펌프터빈 분야에서 33편의 논문이 발표되어, 전년도에 발표된 92편에 비하여 19편이 늘어난 총 111편의 논문이 2018년도에 발표되었다.

표 1은 펌프 및 수차 분야에서 발표된 논문을 분류 기준별로 나타낸 것이며, 펌프 분야에서는 펌프 성능향상과 특수형 펌프의 개발, 수차 분야에서는 중‧대수력용 수차발전기 현대화 사업에 따른 연구개발, 펌프터빈 분야에서는 양수발전 정비기술과 펌프터빈 성능분석에 대한 연구가 활발하게 수행되었다.

표 1

분류 기준 별 논문 수

2. 펌프 분야 관련 연구

펌프 분야에서는 산업용 펌프의 고성능화 및 특수형 펌프에 대한 성능향상과 최적설계법에 대한 연구가 진행되었다.

원심펌프^(1~7)에 대해서는 펌프의 형상과 운전조건에 따른 성능향상에 대한 연구와 다단 원심펌프, 양흡입 벌류터 펌프, 부스터 펌프에 대한 연구가 수행되었다. 사류펌프⁽⁸⁾에 대해서는 수력학적 성능에 대한 연구가 수행되었고, 축류펌프^{(9, 10)}에 대해서는 가이드베인 및 임펠러 형상에 따른 펌프 성능에 대해서 연구하였다.

또한, 터보펌프⁽¹¹⁾와 단일채널펌프^(12,13) 등의 특수펌프에 대해서도 심도 있는 연구가 진행되었고, 연구용 원자로 일차냉각계통 펌프의 설계⁽¹⁴⁾에 관한 연구도 진행되었다. 재생형 펌프⁽¹⁵⁾, Spurt 펌프⁽¹⁶⁾, 선박 디젤 엔진용 고압 연료분사 펌프⁽¹⁷⁾ 등 펌프의 산업계 적용에 대한 다양한 연구도 진행되었고, 펌프의 현장시험과 공장 성능시험 간의 성능편차 발생 원인⁽¹⁸⁾에 대해서도 고찰하였다.

한편, 하계 및 동계 학술대회에서 구성된 “비속도 150∼1200급 원심 및 사류펌프 설계기술 개발” 특별세션에서 발표된 논문^(19~26)에서는 설계, 해석, 최적화, 설계프로그램 개발 등에 대한 폭넓고 심도 있는 연구가 진행되었다.

3. 수차 분야 관련 연구

수차 분야에서는 중‧대수력용 수차발전기 현대화 사업에 따른 국산화 관련 연구가 폭넓게 진행되었으며, 다양한 종류의 수차에 대한 실용화 연구 및 모형수차의 성능시험에 관련된 연구가 수행되었다.

프란시스수차에 대해서는 중‧대수력용 수차의 수력학적 성능 및 러너 설계^(27~29)에 대한 연구 결과가 발표되었고, 퇴적물 침식 및 캐비테이션의 영향^(30~32)에 대한 연구 결과도 발표되었다.

벌브형 수차를 비롯하여 수문 매입식 수차, 프로펠러수차 등을 포함한 축류형 수차의 연구개발^(33~39)이 활발하게 수행되었으며, 소수력용 수차^(40~42)와 팰턴수차⁽⁴³⁾의 개발, 모델수차 성능시험에 관한 연구⁽⁴⁴⁾가 수행되었다.

그리고, 학술대회 특별세션을 통하여 많은 발표가 진행되었는데, “대용량 수력발전” 특별세션^(45~50)에서는 모델 및 실물 수차와 발전기의 설계, 해석, 최적화 연구에 대한 수행 내용을 이해할 수 있었고, “중규모 수력플랜트 건설기술 개발” 특별세션^(51~64) 및 “50MW급 프란시스 수차 러너 기술개발” 특별세션^(65~69)서는 수력플랜트 건설기술 개발 및 운영, 수차발전기 개발 및 운전, 러너 개발에 대한 연구 결과가 발표되었다. “수력 차압밸브 대체를 통한 전력생산 및 제어시스템 개발” 특별세션^(70~73)에서는 지역난방 열수송관 내부 미활용에너지를 이용한 수차발전시스템의 개발에 대한 연구 결과가 발표되었고, “소수력 시공기준 공청회” 특별세션^(74~78)에서는 수력설비 시공기준 개정(안)에 관련된 발표가 있었다.

4. 펌프터빈 분야 관련 연구

양수발전소 펌프터빈의 운영 및 정비 기술에 대한 체계적인 분석과 펌프터빈의 설계에 대한 연구 결과가 발표되었으며, 전년도에 비하여 발표 논문수가 2배 이상 증가하여 이 분야에서의 연구개발이 최근에 매우 활발하게 진행되고 있음을 확인할 수 있었다.

양흡입 펌프 수차⁽⁷⁹⁾ 및 펌프형 수차⁽⁸⁰⁾의 설계에 대한 연구가 수행되었고, 펌프터빈의 흡출관에서 발생하는 선회강도에 대한 억제법⁽⁸¹⁾에 대한 연구 결과가 발표되었다.

그리고, 학술대회 특별세션을 통하여 상대적으로 많은 발표가 진행되었는데, “한수원 양수발전” 특별세션^(82~93)에서는 양수발전소 운영 및 정비에 관련된 전반적인 사항에 대한 발표가 있었으며, “한수원 수력양수 정비기술” 특별세션^(94~102)과 “한수원 수력양수 터빈기술” 특별세션^(103~106)에서는 수력양수발전소에서 발생하는 여러 문제점들에 대한 기술개발 사례에 대해서 발표가 있었다. 또한, “양수발전용 펌프터빈 이상 및 천이현상 대응 유동특성 예측기술개발” 특별세션^(107~111)에서는 양수발전용 펌프터빈의 해석기법 정립, 천이영역 성능곡선 예측, 다양한 운전조건에서의 펌프터빈 성능 및 내부유동에 대한 검토 결과가 발표되었다.

5. 결 론

2018년도 한국유체기계학회 논문집과 한국유체기계학회 하계 및 동계 학술대회에서 발표된 논문을 바탕으로 2018년 펌프, 수차 그리고 펌프터빈 분야의 연구동향에 대해서 살펴보았다. 발표된 논문 수의 증가 및 발표 내용의 수준이 매년 꾸준한 성장을 이어가고 있으며, 펌프 분야에서는 펌프 성능향상과 최적설계법, 수차 분야에서는 중‧대수력용 수차발전기 현대화 사업에 따른 연구개발이 지속적으로 진행됨을 알 수 있었다. 또한, 펌프터빈 분야에서는 양수발전소 설비의 운전과 점검에 따른 기술개발 및 대용량 펌프터빈의 설계 및 해석을 위한 기초연구가 다양하고 폭넓게 진행되고 있음을 알 수 있었다.

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