2019년 펌프 및 수차 분야 연구동향

1. 서 론

2019년 국내 펌프 및 수차 분야의 연구동향 분석을 위해 2019년 한국유체기계학회 논문집과 한국유체기계학회 하계 및 동계 학술대회 발표논문 초록집에 게재된 논문을 조사하였다. 펌프, 수차 및 펌프터빈 분야에서 발표된 논문은 각각 20편, 28편 및 26편으로, 총 74편의 논문이 2019년에 발표되었다.

표 1은 펌프 및 수차 분야에서 발표된 논문을 분류 기준에 따라 정리한 것이며, 전년도 대비 수차와 펌프터빈 분야의 논문 수가 감소하였다. 펌프 분야에서는 다양한 펌프의 성능향상과 최적설계 연구가 수행되었으며, 수차 분야에서는 중·대수력용 수차발전기 및 수력발전소의 연구개발, 그리고 펌프터빈 분야에서는 양수발전소의 핵심수력설비에 대한 연구개발이 중점적으로 진행되었다.

표 1

분류 기준 별 논문 수

2. 펌프 분야 관련 연구

펌프 분야에서는 산업용 펌프와 특수형 펌프의 성능향상과 최적설계에 대한 연구가 진행되었다.

원심펌프^(1-7)에 대해서는 펌프의 형상 및 운전 조건에 따른 성능향상과 최적설계에 대한 연구와 다단 원심펌프에 대한 연구가 수행되었으며, 축류펌프⁽⁸⁾에 대해서는 형상 설계에 따른 성능 특성에 대한 연구가 발표되었다.

또한, 단일채널펌프⁽⁹⁾와 터보펌프⁽¹⁰⁾ 등의 특수펌프 성능 향상을 위한 심도 있는 연구도 진행되었다. 원자로의 펌프 핵심 부품에 대한 안전성 평가^(11,12)와 비상 디젤 발전기의 엔진용 고압 연료분사 펌프의 진단 기술 개발^(13,14) 및 원자로 열전달계통 펌프의 성능 평가⁽¹⁵⁾에 대한 연구가 수행되었으며, 재생형 펌프^(16,17), 게이트 펌프^(18,19)와 펌프 섬프⁽²⁰⁾ 등의 펌프에 대해 산업계 환경을 고려한 성능향상 연구가 진행되었다.

3. 수차 분야 관련 연구

수차 분야에서는 중·대수력용 수차발전기의 고성능화를 위한 현장 사례 연구가 주로 진행되었으며, 다양한 종류의 수차에 대해 실용화 목적의 개발 연구와 모형수차의 성능 시험 및 평가 연구가 수행되었다.

프란시스수차에 대해서는 형상 설계 및 운전조건에 따른 유동 구조와 성능 최적화에 대한 연구^(21,22)가 발표되었다. 또한, 중·대수력용 모델수차의 성능 평가 설비의 적절성⁽²³⁾에 대한 고찰도 있었다.

축류형 수차에 대해서는 벌브형 수차의 형상에 따른 성능 특성 연구⁽²⁴⁾가 발표되었고, 축류형 및 횡류형 모델수차의 시험에 대한 고찰⁽²⁵⁾이 수행되었다. 또한, 소수력용 수차의 설계 및 성능 특성 파악을 위한 연구⁽²⁶⁾가 진행되었다.

한편, 학술대회 특별세션을 통해 많은 연구가 발표되었다. “중규모 수력 플랜트 평가 기술” 특별세션^(27-31)에서는 수력 플랜트의 성능 평가 및 감시, 노후도 평가에 대한 연구, 그리고 수차 모델의 캐비테이션 특성에 대한 연구가 발표되었다. “중규모 수력플랜트 설계 기술” 특별세션^(32-35)에서는 수력플랜트 및 수차발전기의 건설 설계 및 제어 기술에 대한 연구가 발표되었다. “수력/양수 발전 기술” 특별세션^(36-38)과 “수력양수 발전설비 현대화 기술개발” 특별세션^(39-41)에서는 수차발전기의 현장 시험 및 사례에 대한 고찰이 있었다. “수력 차압밸브 대체를 통한 전력생산 및 제어시스템 개발” 특별세션^(42-45)에서는 지역난방 열수송관 내 미활용에너지를 이용한 수차발전시스템 개발에 대한 연구 결과가 발표되었고, “환경기계-수열 등 물에너지 활용 기술” 특별세션⁽⁴⁶⁾에서는 수력설비의 현대화 사례와 모델수차 시험 장치에 대한 발표가 있었다. “수력발전 현상 효율 시험” 특별세션^(47,48)에서는 시공기준 개정(안) 및 수력설비의 현장효율 시험방안에 대한 발표가 있었다.

4. 펌프터빈 분야 관련 연구

펌프터빈 분야에서는 양수발전소 펌프터빈의 운전성능 및 운영기술에 대한 연구 결과가 활발히 발표되었다.

프란시스형 펌프터빈의 유동특성^(49-52)에 대한 연구와 벌브터빈 흡출관의 최적화 연구^(53,54)가 수행되었다. 또한, 재생에너지 저장장치용 펌프터빈의 설계 연구^(55,56)와 양수발전소 운영 시 발생한 수격 현상의 시험 및 분석 결과^(57,58)도 발표되었다.

학술대회 특별세션을 통해서도 많은 발표가 진행되었다. “한국수력원자력 양수발전 기술개발” 특별세션^(59-62)과 “양수발전용 펌프터빈 이상 및 천이현상 대응 유동특성 예측기술개발” 특별세션^(63-66)에서는 다양한 운전조건에서 펌프터빈의 성능 및 특성에 대한 연구가 수행되었으며, “수력양수 발전설비 현대화 기술개발” 특별세션^(67,68)에서는 발전설비의 시험 및 관리에 대한 고찰이 있었다. 그리고 “수력/양수 R&D 활성화” 특별세션^(69-74)에서는 관련 사업 및 기술개발의 현황과 향후 추진방향에 대한 발표가 있었다.

5. 결 론

2019년 한국유체기계학회 논문집과 한국유체기계학회 하계 및 동계 학술대회에서 발표된 논문을 바탕으로 2019년 펌프, 수차, 그리고 펌프터빈 분야의 연구동향에 대해서 살펴보았다. 펌프 분야에서는 펌프의 성능향상과 최적설계 연구가 수행되었으며, 수차 분야에서는 중·대수력용 수차발전기의 현대화 사업에 따른 연구개발이 지속적으로 진행되어 수력플랜트 설비의 운전 및 현장 사례에 대한 고찰이 다수 발표되었다. 특히, 터빈펌프 분야에서는 양수발전소 설비의 현대화 및 성능향상을 목표로 대용량 펌프터빈의 설계와 다양한 운전조건에서의 성능 특성에 대한 연구가 중점적으로 수행됨을 알 수 있었고, 이는 2016년에 펌프터빈 분야 연구가 점진적으로 진행되었던 점⁽⁷⁵⁾을 감안하면 연구의 진척이 상당하여 고무적이라 할 수 있다.

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