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일본 펌프의 역사기계의 심장이라 불리는 ‘펌프’, 그 근현대사를 파헤치다(상편)
  • 한국에너지정보센터
  • 승인 2019.07.10 09:17
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펌프는 물, 화학 용액, 석유 등 다양한 액체를 저압부에서 고압부로 이송하는 기계다. 상하수도, 화학 플랜트, 정유시설, 화력발전 등 액체를 사용하는 시스템에서 필수적이기 때문에 심장과 같
은 역할을 한다고 할 수 있다. 그만큼 중요한 장치인 펌프는 어떻게 발전해왔는가? 일본의 대표적인 펌프 제조 기업인 에바라(荏原)제품으로 펌프 근현대사 50년사에 대해 알아보았다.

일본의 대표적인 펌프 제조기업인 에바라는 1912년 농업용 펌프 제조회사로 시작했다. 100년이 넘는 기간 동안 펌프, 송풍기,터빈 등 산업용 기계를 생산하며 전 세계에 펌프 등 각종 제품을 공급하고 있다. 일본 기업실적 비교 사이트 Suik의 조사에 의하면 2019년 3월 펌프 압축 장비 업계 순위 중 세계 매출 순위 1위를 차지하기도 했다.

이에 에바라에서 제조해 온 펌프를 통해 최근 50년 간의 표준펌프의 역사를 되돌아보며 펌프가 어떠한 방향으로 어떻게 성장해 왔는지 알아보았다. 여기서 표준펌프는 일반적으로 사용되는 범용 펌프로 건축 설비, 공장 유틸리티 등에 적용되는 펌프를 뜻한다.

이는 육상펌프, 수중펌프, 급수 펌프 유닛으로 크게 나눌 수 있다. 이에 시대별로 각 항목의 발전사를 나누어 정리했다. 시대 구분은 펌프 발전의 여명기(1960년~1970년대), 경제 성장기(1970년대 중반~1990년대 초반), 일본 버블 붕괴와 리먼쇼크에 의한 불황기부터 현재(1990년대 이후)까지로 나누었다.

 

표준펌프의 여명기(1960년대~1970년대 전반)

1960년대~1970년대를 대표하는 육상펌프는 S형(단단원심 와권 펌프), MS형(다단어볼류트식 와권 펌프), LPD형(단단 인라인식 와권 펌프)을 들 수 있다. S형은 1960년에서 1970년 전반에 걸친 경제호황에 따라 수요가 눈에 띄게 성장했다.

이에 기존 S형 와권 펌프에 대한 상업적인 평가와 상세 성능평가가 이루어져 펌프의 특성이나 사용자 편의 측면에서의 개선이 진행되었다. 특히 생산기술에 관해서는 성능에 영향을 주는 양액의 통로 부분 등의 요구 정밀도가 높아져 주조기술이 개선되었다.

MS형 다단펌프(사진 2)는 당시 S형, LPD형과 함께 표준펌프의 대표 기종으로 불렸다. 기존 다단고 양정펌프는 볼류트형일 경우 통로가 복잡하여 대부분의 제조사들이 가이드밴을 이용한 디퓨저형 펌프로 제작해왔다. 단단 고 양정 펌프에서는 대부분 더블 볼류트 형식이 쓰이고 있었으나 다단펌프에 더블 볼류트를 적용한 펌프가 등장했다. 게다가 원통형을 자른 형태를 적
용하여 부품의 단순화에 성공했다. 또한 100m까지의 양정을 1구경 1사이즈의 익근차로 설계하여 단수의 변경만으로 출력 기준에 차이를 둔 것은 표준펌프로서는 획기적인 것이었다.

LPD형 인라인펌프는 1964년에 개발되었다. 3종류의 구경 40, 50, 65mm에 각각의 1개씩의 케
이싱을 가지고 있다. 그 중에 크기가 다른 대중소 3종류의 익근차가 들어가도록 구성하여 3단계의 양정을 1종의 볼류트 케이싱으로 했다. 이를 위해 생산, 재고, 부품 보급에 큰 장점을 갖게 되었다. 이 펌프는 모노블록 구조, 인라인 형식, 메카니칼씰의 범용화, 2극 전동기 직동이라고 하는 새로운 펌프기술을 적용했다. 이후 생산, 판매량이 증가하여 구경 25~100mm까지 30종이 넘는 기종이 등장했다.

SQ형, SQE형, SQPB형 등 자흡식 펌프의 표준 시리즈는 1955년에 완성된 이후 자흡기구의 연구 전개에 의해 성능 개선과 소형·경량화가 진행되었다. 신 SQ형도 개발되어 자흡 순환 보급기구와 펌프 효율이 개선됐다. 또한 자흡 성능과 기수분리실 크기의 관계를 연구하여 소형경량화에 성공했다. 전동기와 일체형인 SQD형도 개발을 거듭해 1966년에는 엔진과 일체형의 가반식 SQE형이 개발되었다. SQE형의 메카니칼씰은 범용 양산형 씰로, 처음으로 초경합금을 사용하여 접동부재의 마모를 억제하여 수명을 대폭으로 연장시켰다.

수중펌프의 경우 오수용 및 공사용의 배수용 수중모터펌프는 건식 수중 모터식의 출현에 따라 가격이 저렴해져 넓은 범위에서 적용되어 왔다. 당시 건식모터의 기술은 이미 확립된 기술이었으나 건식 수중모터의 신뢰성은 펌프부의 양수가 모터부에 침입하는 것을 예방하는 메카니칼씰 기술과 수중 케이블에서의 침수 방지 기술에 의존하고 있었다. 이에 메카니칼씰 접동재로써 실리콘카바이드(SiC)를 적용한 점, 케이블 내부의 물기 제거 처리기술을 이용한 점은 의해 건식 수중 모터펌프의 신뢰성을 대폭으로 향상시키는 데 기여했다. 건식모터를 사용한 오수용 수중 모터펌프는 DSW형, DSS형,DSK형(사진 3)을 들 수 있다.

 

1970년 전반~1990년대 초반

일본은 1970년대에 접어들면서 오일쇼크 등으로 인해 저성장 시대를 시작하게 되었다. 펌프업계는 이러한 불황에도 불구하고 성장을 멈추지 않았다. 실제로 일본 GDP의 성장세는 둔화했으나 표준펌프의 생산, 판매는 1990년대 초기까지 확대되었다. 그이유는 시장의 활성화에 따라 신제품이 연속적으로 투입됐기 때문이다.

제조 측면에서도 새로운 생산방식이 적용되며 제조 납기의 단축, 생산성 향상을 실현했다. 이에 이시기는 표준펌프군의 확대 측면에서 안정기조에 들어섰던 시기라고 할 수 있다. 이 시기 육상펌프계의 대표 모델로는 F시리즈(FS형, FSD형, LPD형, FQ형, FQD형 등)를 들 수 있다. 소형 원심식 와권 펌프는 건축설비, 공장설비를 시작으로 여러 분야에서 사용됐다.

한편 편흡입 단단원심 펌프의 국제 규격(ISO 2858)이 도입되었고, 업계 규격(일본산업기계공
업회 규격: JIMS)가 제정된 후 일본공업규격(JIS B8312)이 개정되었다. 기존에는 펌프의 수량 범위와 효율에 대한 규정은 있었으나 규격에 대한 규정이 없었다. 이에 성능이 동일하다 해도 치수는 제조사마다 달랐다. 개정된 규격에서는 펌프 성능에 따른 주요 치수가 규정되어 국제 규격과의 정합을 도모했다. 이에 소비자의 선택지가 많아지는 동시에 제조사 측면에서는 더 엄격한 성능이 요구되어 경쟁이 심화되는 결과를 낳았다.

이러한 변화에 따라 FS형 펌프(사진 4) 등에서 하이드로 부품(케이싱, 익근차 등) 및 축계열 부품(주축, 축수동체 등)의 표준화를 도모했다. 하이드로 부품 설계에 있어서는 기존의 목형도에 3차원 척도를 수치화하는 기법을 적용했다. 수치 제어의 가공기계로의 전개를 용이하게 하여 금형 제작 시 제작 효율과 수치 정밀도를 향상시켜 생산 리드타임의 단축과 품질 안정화에 기여했다.

그 후 이들의 표준화된 부품군(하이드로 부품, 축계열 부품 등)을 이용하여 주물제 표준펌프 관련 모델인 직동식의 FSD형(사진 5), 인라인 타입의 LPD형(사진 6), 자흡식 직결의 FQ형, 자흡식 직동식의 FQD형 등’의 개발이 잇따라 시장에 등장했다. 그 후 생산성 향상, 성능 개선을 위한 연구가 이루어졌다.

1980년대에 들어 표준펌프는 새로운 요구에 대응하기 위한 기술 개발이 요구되었다. 적수(赤水) 문제를 해결하는 나일론 코팅제 펌프 FSN형, FSDN형, MSN형(사진 7)이 등장하게 된 것이다. 즉 깨끗한 물에 대한 사회적 요구가 높아지면서 기존 주물제의 문제점인 적수 현상을 해결할 제품이 나오게 되었다.

제조기법 측면에서 펌프에 복잡한 형상을 적용하게 되면서 적절한 막후 관리와 고온 가열하는 제조법의 특수성에서 치수정밀도를 요구하는 부분의 적정화가 요구되었다.

한편 스테인레스제 펌프는 제조업태의 변화(주물업계의 축소와 공장의 해외 이전), 적수 방지 및 글로벌화에 의해 급속한 전개가 진행됐다. 주물제 펌프 전성수기의 스테인레스제 펌프의 개발은 두 갈래의 방향으로 추진되었다. 첫 번째는 주요 부품을 프레스화하는 것이었다. 편흡입 원심 펌프의 익근차를 주물제에서 스테인레스 프레스제로 교체하려는 시도가 이루어졌다. 이에 S형 편흡입 원심 펌프와 MS형 다관 와권 펌프의 익근차, LPD형과 LPS형 인라인펌프(사진 8)의 익근차, 메카니칼씰 커버 등을 프레스화하여 생산성 향상과 품질 안정에 공헌했다.

두 번째는 스테인레스프레스 기술, 재료의 특성을 살리는 제품이 등장하게 되었다. 펌프의 주요 부품에서 기존의 주물 형상에서 프레스 형상으로의 설계가 본격화했다. 프로젝션 용접에 관한 기술도 많이 연구되어 여러 제조 방법 확립과 특허가 등장했다. 이 시기 LPS형 인라인펌프가 개발되어 온수와 급탕 용도를 중심으로 시장성이 높은 제품으로 평가받았다.

다음으로 자동 급수장치에 탑재하는 펌프로 MDP형 다단 프레스제 펌프가 개발되었다. 이에 일본의 JIS 규격과 유럽의 DIN 규격에 대응하는 스테인레스제 편흡입 원심펌프(FDP형[사진 9])가 등장했다. 이 펌프 개발 시 구조해석을 도입한 구조설계를 적용하여 기존의 프레스제 펌프기술의 상식을 뛰어넘는 와권실 일체형의 케이싱을 벌지(bulge)성형기술로 제작했다.

※ 다음 호 ‘기계의 심장이라 불리는 ‘펌프’, 근현대사를 파헤치다(하편)’에서는 1970년 전반~1990년대 초반에 등장한 수중펌프와 1990년 이후부터 현재에 이르기까지 펌프의 변천에 대해 다룰 예정이다.

한국에너지정보센터  kecenter@hanmail.net

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