그라인더 펌프와 압력 하수 시스템의 진화

May 09, 2023

중력 하수 시스템은 지방자치단체가 주거용 하수 폐기물을 수집 또는 처리 시설로 운반하기 위해 사용하는 주요 방법입니다. 중력 하수관은 중력을 사용하여 유체를 큰 경사 파이프 네트워크를 통해 하수 본관으로 밀어냅니다. 모든 하수 기술에서 유체는 고형물을 부유 상태로 유지하기 위해 최소 유속이 필요합니다. 고형물이 폐수 시스템에 침전되면 막힘이나 냄새 문제와 같은 나쁜 일이 발생합니다.

주와 지방자치단체는 이러한 흐름을 달성하기 위해 필요한 최소 흐름과 최소 파이프 직경 및 최소 경사에 대한 표준을 규정하는 설계 기준을 발표합니다. 이것이 계약자에게 의미하는 바는 하수 본관이 연결된 각 배출원의 배출 라인보다 더 깊게 설치되어야 한다는 것입니다. 리프트 스테이션은 유체를 더 높은 높이로 펌핑하는 데 사용할 수 있으며, 이를 통해 하수관을 표면에 더 가깝게 배치할 수 있습니다. 그러나 리프트 스테이션은 건설 비용과 유지 관리 비용이 더 많이 들 수 있습니다. 전반적으로 하수 기반 시설을 건설하려면 광범위한 도랑 굴착이 필요하며, 이는 비용이 많이 들고 환경에 영향을 미칩니다. 이러한 과제는 지하수면이 높거나 지형이 언덕이 많거나 바위가 많거나 평평한 지역에서는 더욱 어렵습니다.

압력 하수 시스템은 1970년대 초에 중력 하수 시스템이 실현 가능하지 않거나 경제적이지 않은 응용 분야에 대한 대안으로 설계되었습니다. 이는 어려운 지형에 맞서고 느린 구축 프로젝트 또는 개발의 초기 비용을 줄이는 수단을 제공했습니다. 기존 중력 하수 시스템과 압력 하수 시스템의 주요 차이점은 배관 네트워크와 각 거주지의 폐수에 있는 고형물 크기 감소에 있습니다. 압력 하수 시스템은 그라인더 펌프 네트워크를 활용하여 작은 직경의 파이프를 통해 하수 본관, 리프트 스테이션 또는 처리 시스템으로 직접 폐수를 운반합니다. 그라인더 펌프는 분쇄 메커니즘을 사용하여 폐기물 흐름의 미립자를 미세한 슬러리로 감소시키도록 설계된 수중 펌프입니다. 험난한 지형을 극복하기 위해 파이프는 서리선 바로 아래에 설치되어 자연 경관을 따라갑니다. 펌프는 중력 시스템에 비해 높은 압력과 제한된 흐름으로 작동해야 합니다.

압력 하수 응용 분야에 사용할 수 있는 그라인더 펌프에는 프로그레시브 캐비티 또는 원심 분리형의 두 가지 기본 형태가 있습니다. 프로그레시브 캐비티 그라인더를 사용하면 다중 돌출형 고무 고정자 내에서 회전하는 특수 모양의 스테인리스 스틸 로터에 의해 펌핑이 수행됩니다. 두 구성 요소 사이에 발생하는 마찰로 인해 유체를 운반하는 데 사용되는 압력이 발생합니다. 원심 그라인더 펌프는 와류 임펠러를 사용하여 압력과 흐름을 생성합니다. 임펠러가 회전함에 따라 펌프 케이싱에 소용돌이가 생성되어 슬러리를 볼류트 챔버에서 배관 시스템까지 바깥쪽으로 운반합니다.

원래 프로그레시브 캐비티 그라인더는 높은 헤드 압력(최대 150피트)에서 좁은 유량 범위(분당 10~15갤런[gpm])로 펌핑할 수 있는 능력으로 인해 압력 하수 응용 분야에 선택된 펌프였습니다. 프로그레시브 캐비티 펌프는 압력에 대해 자체 제한을 두지 않습니다. 시스템 부피가 증가하면 압력도 증가합니다. 시스템 압력이 펌프의 차단 헤드 압력을 초과하는 경우 펌프는 무언가가 고장날 때까지 배압을 극복하려고 계속 시도합니다. 고장은 열 센서가 작동하는 것처럼 간단할 수도 있고, 라인이 끊어지거나 펌프가 손상된 것처럼 심각할 수도 있습니다. 적어도 압력이 증가하면 마모가 증가합니다. 이러한 펌프는 마찰을 통해 작동하기 때문에 펌프 구성 요소가 지속적으로 마모됩니다.

고압, 고유량, 장기간 작동 시간 또는 모래나 흙과 같은 거친 입자가 폐기물 흐름에 추가되면 마모가 가속화됩니다. 프로그레시브 캐비티 그라인더의 펌프 고정자는 마모가 가장 많이 발생하는 품목이자 교체 비용이 더 많이 드는 구성품 중 하나이므로 수리 또는 조기 고장으로 인한 비용이 많이 듭니다.

오랫동안 원심분리 그라인더 펌프 제조업체는 압력 하수구 응용 분야에 표준 단일 단계 그라인더를 제공하고 있었습니다. 이러한 펌프는 일부 응용 분야에서 효과가 있을 수 있으며 프로그레시브 캐비티 그라인더(각각 55-60gpm 대 15gpm)보다 더 많은 유량을 제공할 수 있지만 헤드 높이가 약 100피트(대 150피트)로 제한되었습니다. 원심 펌프의 장점은 펌프 곡선을 따라 움직이는 특성이었습니다. 펌프는 차단 헤드에서 공회전하여 손상 없이 안전하게 작동할 수 있습니다. 프로그레시브 캐비티 펌프와 달리 원심 펌프는 시스템 압력이 안정될 때까지 기다렸다가 정상적으로 펌핑으로 돌아갑니다.