2017년 펌프 및 수차 분야 연구동향

1. 서 론

2017년 국내 펌프 및 수차 분야의 연구동향을 분석하기 위하여 2017년 한국유체기계학회 논문집과 한국유체기계학회 하계 및 동계 학술대회 발표논문 초록집에 발표된 논문을 조사하였다. 펌프 분야에서 31편, 수차 분야에서 46편, 펌프터빈 분야에서 15편의 논문이 발표되어 총 92편의 논문이 2017년도에 발표되었다.

표 1은 펌프 및 수차 분야에서 발표된 논문을 분류 기준별로 나타낸 것이며, 전체적으로 전년도에 비하여 거의 2배에 달하는 논문 수가 발표되었고, 펌프 분야에서는 펌프 성능향상과 최적설계법, 수차 분야에서는 중‧대수력용 수차발전기 현대화 사업에 따른 연구개발이 지속적으로 진행됨을 알 수 있었다.

표 1

분류 기준 별 논문 수

특히, 펌프터빈 분야에서는 최근의 활발한 연구개발 추진에 따라서 전년도에 비하여 5배의 발표 논문 수 증가가 있었다.

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 양흡입, 다단 원심펌프에 대한 연구가 수행되었다. 사류펌프^(8,9)에 대해서는 펌프성능의 최적설계가 연구되었고, 축류펌프(10, 11)에 대해서는 펌프 요소의 형상변화에 따른 성능 특성에 대해서 연구하였다.

또한, 터보펌프⁽¹²⁾와 단일채널펌프^(13,14) 등의 특수펌프에 대해서도 심도 있는 연구가 진행되었고, 펌프의 주파수 제어를 통한 에너지 절감^(15,16)에 관한 연구도 진행되었다. 펌프의 산업용 적용^(17-19)을 위한 다양한 연구도 진행되었고, 원자로에 사용되고 있는 펌프 핵심부품에 대한 설계와 안전평가^(20,21)에 대한 연구결과도 발표되었고, 펌프 흡수정에서 발생하는 와류^(22,23)에 대한 연구도 수행되었다.

한편, 하계 및 동계 학술대회에서 구성된 “비속도 150∼1200급 원심 및 사류펌프 설계기술 개발” 특별세션에서 발표된 논문^(24-31)에서는 설계, 해석, 최적화, 설계프로그램 개발 등에 대한 폭넓은 연구가 진행되고 있음을 알 수 있었다.

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 설계 및 유동‧구조해석^(32-34)에 대한 연구 결과가 발표되었고, 특히 흡출관에서 발생한 이상유동현상 제어^(35,36)에 대한 연구결과도 발표되었다. 모델수차의 성능시험 및 성능예측^(37-39)에 대한 연구와 퇴적물 침식의 영향^(40-42)에 대한 연구 결과도 발표되었다.

벌브형 수차를 포함한 축류형 수차의 축소모델 및 실물수차에 대한 설계, 해석^(43-46)에 대한 연구 결과가 발표되었으며, 팰턴수차^(47-49), 횡류수차^(50,51), 용적식 수차⁽⁵²⁾ 등 다양한 수차 형식에 따른 연구도 진행되었다. 또한, 소수력발전^(53-55)과 관련된 다양한 연구결과도 발표되었고, 국내 물에너지 개발 산업 추진 현황⁽⁵⁶⁾에 대한 발표가 있었다.

그리고, 학술대회 특별세션을 통하여 많은 발표가 진행되었는데, “대용량 프란시스수차 연구개발” 특별세션^(57-62)에서는 모델 및 실물 수차와 발전기의 설계, 해석, 최적화 연구에 대한 수행 내용을 이해할 수 있었고, “중규모 수력플랜트 설계 기술개발 평가” 특별세션^(63-67)에서는 수차발전기 및 수력플랜트 건설기술 개발에 대한 연구 결과가 발표되었다. “고성능 대용량 벌브형 수차발전기 연구개발” 특별세션^(68-71)에서는 대용량 벌브터빈 및 발전기의 설계 및 해석에 대한 연구 결과가 발표되었고, “수차 설계 및 성능평가” 특별세션^(72-75)에서는 수력발전설비 모델시험설비 구축을 위한 수차의 설계 및 성능평가 기술 확보 방안에 대한 연구 결과에 대해서 발표가 있었다. “수력설비 시공기준 및 기술기준” 특별세션^(76,77)에서는 수력설비 시공기준 개정(안) 및 수력 성능시험 기술기준 추진방향에 대한 발표가 있었다.

4. 펌프터빈 분야 관련 연구

양수발전소 펌프터빈의 현대화와 운전성능 향상을 위한 필요성에 따라서 최근에 적극적인 연구개발이 진행되고 있으며, 특히 전년도에 비하여 훨씬 증가한 발표 논문수를 보이고 있는 것은 무척 고무적인 일이라고 평가된다.

대용량 프란시스형 펌프터빈⁽⁷⁸⁾ 및 축소모델^(79,80)에 대한 설계, 해석 연구 결과와 흡출관 캐비테이션 억제법^(81-82)에 대한 연구 결과가 발표되었다.

그리고, 학술대회 특별세션을 통하여 상대적으로 많은 발표가 진행되었는데, “한수원 수력양수발전 연구개발” 특별세션^(57-62)에서는 신규사업 및 연구개발 전반에 대한 발표가 있었으며, “수력양수 설비운영정비 기술” 특별세션^(57-62)에서는 수력양수발전소에서 발생하는 여러 문제점들에 대한 기술개발 사례에 대해서 발표가 있었다.

5. 결 론

2017년 한국유체기계학회 논문집과 한국유체기계학회 하계 및 동계 학술대회에서 발표된 논문을 바탕으로 2017년 펌프, 수차 그리고 펌프터빈 분야의 연구동향에 대해서 살펴보았다. 발표된 논문 수 및 내용에 의하면 전년도에 비하여 거의 2배에 달하는 논문 수가 발표되었고, 펌프 분야에서는 펌프 성능향상과 최적설계법, 수차 분야에서는 중‧대수력용 수차발전기 현대화 사업에 따른 연구개발이 지속적으로 진행됨을 알 수 있었다. 또한, 펌프터빈 분야에서는 양수발전소 설비의 현대화 및 성능향상에 대한 필요성에 따라서 국산화를 위한 다양하고 활발한 연구개발이 진행되고 있음을 알 수 있었다.

펌프, 수차 그리고 펌프터빈 분야에서는 국내 설계, 해석, 제작 기술 역량의 향상 및 상용화를 위한 제품개발이 폭넓게 진행되고 있음을 확인할 수 있었으며, 2018년에는 더욱 심도 있는 연구가 폭넓게 진행되기를 기대한다.

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