펌프 공동현상
펌프 안에서 물이 순간적으로 끓어 기포가 생겼다가 사라지는 현상이 공동현상이다. 압력이 그 온도의 포화증기압 이하로 내려가면 액체 안에 기포가 생긴다. 그 기포가 압력이 높은 곳으로 옮겨 가면 급격히 붕괴하며 충격파를 낸다. 이 충격이 임펠러를 침식시켜 성능을 떨어뜨…
주요 장면
대본
공동현상이란
펌프 안에서 물이 순간적으로 끓어 기포가 생겼다가 사라지는 현상이 공동현상이다.
압력이 그 온도의 포화증기압 이하로 내려가면 액체 안에 기포가 생긴다.
그 기포가 압력이 높은 곳으로 옮겨 가면 급격히 붕괴하며 충격파를 낸다.
이 충격이 임펠러를 침식시켜 성능을 떨어뜨린다.
공동을 막는 조건: NPSH
공동을 막으려면 펌프 입구에서 확보되는 여유인 NPSHa가 NPSHr보다 커야 한다.
NPSHa는 설비 조건으로 정해지고, NPSHr은 펌프 제작사가 제시하는 값이다.
NPSHa는 액면, 흡입관 손실, 액체 온도 같은 흡입 조건을 따져 계산한다.
두 값의 차이가 운전 여유이며, 설계와 점검 단계에서 이를 확인한다.
NPSHa 계산 예제
수면이 펌프보다 2m 높고 배관 손실이 1m인 가상의 흡입 조건으로 계산한다.
압력 항은 (101.3 − 1.7)kPa를 ρg로 나눈 약 10.16m이다.
따라서 NPSHa는 10.16 + 2 − 1 이므로 약 11.16m이다.
이 값이 NPSHr보다 커야 공동현상을 피할 수 있다.
수면이 펌프보다 낮으면 h_s가 음수가 되어 NPSHa가 줄어든다.
원인과 영향
앞 문제의 정답은 그렇다, NPSHa가 NPSHr보다 작으면 공동 조건이다.
공동은 흡입 측 압력이 포화증기압 아래로 떨어지면서 시작된다.
기포가 생기고, 고압부에서 붕괴할 때 그 충격이 임펠러 표면을 때린다.
원인은 흡입 수두 부족, 마찰손실 증가, 흡입관경 과소, 고온 액, 과대 회전수다.
온도가 높으면 포화증기압이 커서 같은 조건에서도 공동이 쉽게 생긴다.
헷갈리는 현상: 수격작용
공동현상과 가장 헷갈리는 이상 현상이 수격작용이다.
둘 다 압력 변화와 소음·진동을 일으키지만 원인과 방향이 다르다.
공동은 압력이 포화증기압 이하로 떨어지는 현상이고, 수격은 유속 급변으로 압력이 치솟거나 떨어진다.
두 현상의 본질을 구분해 쓰면 감점을 막을 수 있다.
방지대책과 시험 포인트
방지대책은 설계 단계의 NPSH 여유 확보와 운전 단계의 유량·회전수 관리로 나뉜다.
시험에서는 정의, 원인, 영향, 방지대책을 함께 정리해 쓰는 것이 핵심이다.
수격작용과 구분해 쓰면 감점을 막을 수 있다.
공동현상은 기포 붕괴가 본질이며, NPSHa 확보가 핵심이다.