생기원, 중대형 축류펌프 설계기술 국산화

가변형 운전기술 적용...동력 20% 절감 넷제로 기여

한국생산기술연구원(원장 이상목, 이하 생기원)은 산업에너지연구부문 김진혁 수석연구원 연구팀이 국내 최초로 가변형 운전기술을 적용한 ‘중대형 축류펌프 핵심 원천 설계기술’을 개발했다고 9일 밝혔다. 설계기술 국산화로 축류펌프 동력 20%를 절감, '넷 제로(Net-Zero)'에 기여할 전망이다.

기존 축류펌프는 최적 효율점(Best-Efficiency Point, BEP), 즉 유체의 토출량과 토출압력이 각각 100%가 되는 정격 운전 점에서 가장 높은 효율로 가동하게 설계됐다. 또 국내 생산업체 대다수가 중소기업이고, 다른 유체기계에 비해 투자가 적어 기술 선진국에서 설계도면을 들여와 제품을 생산해 왔다.

생기원 김진혁 수석연구원 연구팀은 축류펌프에 가변형 입구 가이드베인(Inlet Guide Vane, IGV) 운전기술을 적용, 유체의 양에 따라 운전패턴이 달라져도 높은 에너지 효율을 유지할 수 있는 설계기술을 개발했다. 이를 위해 머신러닝기반의 형상최적화 설계기술을 개발하고, 가변형 입구 가이드 베인을 설계해 축류펌프 구동 동력을 최대 20% 절감했다.

유체기계는 공기, 물 등의 유동성 물질을 이용해 에너지를 교환하는 기계를 통칭하는데, 산업용 전력의 24.3%(한국에너지공단 2019년 에너지 통계 핸드북)를 사용하는 대표적 에너지 다소비 장치다. 펌프, 압축기, 송풍기 등이 대표적인데 이 중 펌프가 유체기계의 절반 이상을 차지한다.

펌프는 유체를 끌어올리거나 밀어내는 역할을 하는 유압장치로, 농업과 함께 시작했을 만큼 역사가 길다. 또 물·기름·가스 등의 유체를 이동시키는 모든 부문에 사용한다.

개발을 이끈 김진혁 수석연구원은 “최적 효율점이 아닌 구간에서도 에너지를 절감할 수 있는 가변형 축류펌프 설계기술은 세계적으로도 유례가 없는 핵심 원천기술”이라면서 “개발 성과를 바탕으로 노후화한 유입펌프 시설을 교체할 경우 에너지 효율을 높이고 탄소배출은 줄여 저탄소 산업구조 전환에 중요한 역할을 담당할 것”이라고 설명했다.

이번 성과는 2024년 3월 국제학술지 ‘Energy(IF 9.0, JCR 기준 상위 5% 이내)’를 비롯한 다수의 해외 저널에 게재됐고, 생기원이 2년마다 선정하는 생산기술연구상 우수상에도 선정됐다.

생기원이 개발한 가변형 입구 가이드베인(IGV)

가변형 운전기술을 적용한 중대형 축류펌프