펌프 캐비테이션

캐비테이션의 정의

펌프 캐비테이션은 액체 속에서 증기 기포가 생겼다 터지는 현상이다.

펌프 내부 국부 압력이 증기압 이하로 떨어지면 기포가 생긴다.

기포가 고압부에서 붕괴하며 소음, 진동, 침식을 일으킨다.

펌프 손상과 효율 저하의 가장 흔한 원인이다.

발생 원리

임펠러 입구에서 액체가 빨라지면 베르누이 원리에 따라 정압이 떨어진다.

정압이 증기압 이하가 되면 액체가 기화해 기포가 생긴다.

기포는 압력이 회복되는 출구 쪽으로 흘러가 급격히 붕괴한다.

이때 생기는 충격파가 임펠러 침식, 소음, 진동의 원인이 된다.

NPSHa와 NPSHr

NPSHa는 설비 조건으로 정해지는 실제 흡입 여유다.

NPSHr은 펌프 제작사가 시험으로 정하는 펌프 고유의 값이다.

캐비테이션을 막으려면 NPSHa가 NPSHr보다 충분히 커야 한다.

설계에서는 이 차이를 여유로 두어 공동 발생을 막는다.

계산 예제

먼저 대기압과 증기압의 차를 ρg로 나눠 압력수두로 바꾼다.

(101300 − 2340) ÷ (1000 × 9.81)은 약 10.09m이다.

여기에 흡입 수위 +2.0m를 더하고 흡입 손실 0.5m를 빼면 NPSHa는 11.59m다.

제조사 시험표의 NPSHr이 4.0m이면 여유는 7.59m이다.

여유가 1m 이상이므로 양호한 조건이다.

흡입 조건과 온도 영향

NPSHa는 설치 조건과 배관 조건으로 정해진다.

펌프가 수면보다 높을수록, 흡입관이 작고 길수록 NPSHa가 줄어든다.

액온이 오르면 증기압이 올라 NPSHa 여유가 줄어든다.

회전수와 유량이 커지면 NPSHr이 증가해 여유가 줄어든다.

시험 포인트와 흔한 실수

답안에서 가장 흔한 실수는 NPSHa와 NPSHr을 같은 개념처럼 쓰는 것이다.

캐비테이션은 소음 문제가 아니라 임펠러 침식과 효율 저하를 함께 써야 한다.

흡입수두 계산에서는 대기압을 빠뜨리지 않고 증기압을 절대압으로 써야 한다.

채점은 정의, 발생 원리, 판단식, 방지 대책의 네 축으로 나뉜다.

정리

정리하면 캐비테이션은 흡입 압력이 증기압 아래로 떨어질 때 생긴다.

발생 여부는 NPSHa와 NPSHr을 비교해 판단한다.

설계에서는 NPSHa를 NPSHr보다 충분히 크게 두어 공동 발생을 막는다.