[브라질] 슐저, 야심찬 물 펌핑 프로젝트서 1천200만가지 혜택

브라질 정부는 1천200만 명이 거주하는 북동부 반건조 지역에 구호품을 전달하기 위해 노력하고 있다.

슐저(Sulzer)는 이 프로젝트에서 가장 큰 펌프 중 6개를 설계하고 제조하여 상프란시스코(Sao Francisco) 강에서 가뭄의 영향을 받는 지역으로 물을 운반했다.

수십 년 동안, 프랑스와 동등한 규모의 브라질 북동부 지역에 대한 물 공급을 개선하기 위한 작업이 진행되어 왔다.

지난 10년 동안 정부는 설계자, 엔지니어, 제조업체들을 모아 600km의 운하, 9개의 양수장, 27개의 저수지와 모든 관련 기반시설을 만들었다.

북부 구간의 추출 지점은 슐저(Sulzer)가 제조한 가장 큰 펌프 중 두 개를 필요로 하며, 일부 펌프는 5 MW 이상의 전기 모터를 필요로 한다. 

■ 도전(The challenge)
이 대규모 프로젝트에는 상프란시스코 강의 두 지점에서 물을 추출하는 작업이 포함되었는데, 첫 번째로는 북으로, 두 번째로는 북동쪽으로 물을 퍼 올리는 작업이었다.

두 경우 모두 설계자들은 특히 상프란시스코 강의 가변 높이와 물이 이동해야 하는 거대한 거리 등 여러 가지 난관을 극복해야 했다.

세계 유수의 펌프 제조사 중 한 사람인 슐저(Sulzer)는 초기 단계부터 이 프로젝트에 참여하여 현대적인 펌프 설계로 달성할 수 있는 것에 대한 기술적 조언을 제공하였다.

이로 인해 슐저(Sulzer)는 2007년에 이 개념을 현실화하는 데 도움이 되는 6개의 거대한 펌프를 설계하고 제조하는 계약을 따냈다.

북쪽에서는 시간당 4만5천㎥/h(26'500cfm)의 유량을 가진 BKN 1800 수직 펌프가 제안되었고, 각각의 유량은 거의 100톤(110톤)이며, 5천500kW(7'300HP)의 전기 모터가 필요하다.

각 펌프는 머리가 36m(118피트)인 2m의 배관을 사용하여 물을 배출한다. 동부 구역에 있는 두 개의 펌프장에는 시간당 2만5천㎥(14'700 cfm)의 유속 BK 1870 펌프와 BKn 1천470 펌프가 장착된다.

■ 모델링 성능(Modelling performance)
이 프로젝트에 선택된 3개의 펌프 모델은 모두 유압 프로파일을 알고 있었지만, 관련 전력 요건을 갖춘 대형 흐름으로 제조된 적은 없었다.

브라질의 슐저(Sulzer) 에너지 사업부의 브루노 안토니아씨(Bruno Antoniassi) 영업책임자는 "흡입 우물 기하학, 유압 성능 및 펌프의 기계적 구조를 검증하기 위해 축소 모델을 만드는 것이 필수적이었다"고 설명했다.

브루노 안토니아씨는 이어 "제안된 펌프 설계의 치수와 무게 때문에 상업적으로 구할 수 있는 시험대에서 시험할 수 없을 것이다. 다행히도, 우리 디자이너들은 이 프로젝트 동안 발생한 이것과 몇 가지 다른 문제들을 극복할 수 있었다. 컴퓨터 모델링뿐만 아니라 축소형 펌프를 사용하여 모든 문제를 해결했다"라고 강조했다.

주요 합병증 중 하나는 그 지역의 강우량에 따라 상당히 달라질 수 있는 강 수위에 관한 것이었다.

흡입 배치와 펌프 자체의 설계는 이러한 변동을 수용해야 했고 여전히 요구되는 유량을 전달해야 했다. 특히 수위가 낮고 건조 지역의 수요가 최고조에 달했을 때 말이다.

그 해결책은 다른 흡입 수준에서 작동할 수 있는 펌프 설계를 만드는 것이었습니다. 유속과 전력 수요는 변화하는 상황에 부합하는 것이었습니다.

■ 효율성 극대화(Maximizing efficiency)
물론, 이러한 펌프를 구동하기 위한 큰 전력 요구 조건과 함께, 효율성은 설저에게 있어 중요한 도전과제 중 하나였다.

각 펌프의 전체 지출에서 운영비가 90%를 차지하기 때문에 최적 효율을 제공하는 설계를 만드는 것이 프로젝트의 주요 우선순위였다.

전반적인 펌핑 효율은 기계, 유압 및 체적 효율로 계산되며, 이 모두 펌프 구성 요소의 엔지니어링 설계에 의해 결정된다.

슐저(Sulzer)는 각 펌프의 설계도를 정교하게 다듬어 정확한 역할과 일치하도록 했으며, 고객에게 정격 지점에서 확실한 효율을 보장했다.

디자인을 확정하고 모델을 테스트하면 제조가 시작될 수 있다. 이렇게 큰 주조물과 상당한 양의 가공이 이루어져야 하는 상황에서, 6개의 펌프의 제조 시간은 12개월에서 15개월로 추정되었다.

슐저(Sulzer)의 브라질 시설에서 모든 작업이 완료되어 고객이 진행 상황을 쉽게 모니터링할 수 있었다.

■ 대계획 완료(Completing the grand plan) 
브루노 안토니아씨(Bruno Antoniassi) 영업책임자는 다음과 같이 말하고 있다. "슐저(Sulzer)는 펌프 설계에 대한 우리의 전문 지식뿐만 아니라 브라질과 전세계 네트워크 내에 있는 우리의 광범위한 시설과 노동력 때문에 이 계약을 이행하도록 선택되었다."

[원문보기]

Making A Brazilian Oasis: 12 Million Benefit From Ambitious Water Pumping Project

In Brazil, the government has been looking to bring relief to a semi-arid area in the northeast of the country that is home to 12 million people.

Sulzer designed and manufactured six of the largest pumps in the project, to transfer water from the Sao Francisco River to the drought-affected area.

For decades, work has been going on to improve the water supply to the northeast region of Brazil that is equivalent in size to France.

Over the past 10 years, the government has brought together designers, engineers and manufacturers to create 600 km of canals, 9 pumping stations, 27 reservoirs and all of the associated infrastructure.

The extraction point for the Northern section would require two of the largest pumps ever manufactured by Sulzer, and some of the pumps would require electric motors rated over 5 MW.

The challenge
This massive project involved extracting water from two points on the Sao Francisco River; the first pumping it to the North and the second pumping water to the Northeast.

In both cases, the designers had to overcome a number of challenges, especially the variable height of the Sao Francisco River and the huge distances that the water had to travel.

As one of the world’s leading pump manufacturers, Sulzer was involved in this project from the early stages, offering technical advice on what could be achieved with modern pump designs.

This led to Sulzer being awarded the contract in 2007 to design and manufacture six enormous pumps that would help make this concept a reality.

In the North, BKn 1800 vertical pumps were proposed, with a flowrate of 45’000 m3/hour (26’500 cfm), they would weigh almost 100 tonnes (110 tons) each and require an electric motor rated at 5’500 kW (7’300 HP).

Each pump would discharge the water using two-meter pipework with a head of 36 meters (118 feet). For two of the pumping stations on the Eastern section, they would be equipped with BK 1870 pumps and BKn 1470 pumps with flowrates of 25’000 m3/hour (14’700 cfm).

Modelling performance
All three of the pump models selected for this project had known hydraulic profiles, but they had never been manufactured for such large flows with the associated power requirements.

Bruno Antoniassi, Head of Sales, Brazil Energy Business for Sulzer, explains: “It was essential that we create scaled-down models to validate the suction well geometry, the hydraulic performance and the mechanical structure of the pumps.

“Due to the dimensions and the weight of the proposed pump designs, it would not be possible to test them on a commercially available test stand. Fortunately, our designers were able to overcome this and several other challenges that arose during this project. Using computer modelling as well as scaled-down pumps, we resolved all of the issues.”

One of the main complications concerned the river levels, which can vary considerably, depending on the rainfall in the area.

The design of the suction layout and the pump itself had to accommodate this variation and still deliver the required flowrate, especially when water levels were low and demand in the arid areas was at a peak.

The solution was to create pump designs that could operate at different suction levels, with the flowrates and power demands matching the changing situation.

Maximizing efficiency
Of course, with such large power requirements to drive these pumps, efficiency was one of the major challenges for Sulzer.

Since the running costs make up 90% of the overall expenditure of each pump, creating a design that delivers optimum efficiency was a major priority for the project.

Overall pumping efficiency is calculated from mechanical, hydraulic and volumetric efficiencies, all of which are determined by the engineering design of the pump components.

Sulzer refined the design of each pump to ensure it precisely matched its role and provided the customer with a guaranteed efficiency at the rated point.

Having finalized the design and tested the models, manufacturing could begin. With such large castings and a considerable amount of machining to be done, the build time for the six pumps was estimated at 12 to 15 months.

All of the work was completed in Sulzer’s Brazilian facilities, which enabled the customer to monitor progress easily.

Completing the grand plan
 Bruno Antoniassi continues: “Sulzer was chosen to deliver this contract for a number of reasons, not least our expertise in pump design, but also because of our extensive facilities and labor resources in Brazil and within our global network.

[출처=워터온라인(https://www.wateronline.com/doc/making-a-brazilian-oasis-million-benefit-from-ambitious-water-pumping-project-0001) / 2020년 6월 11일]