펌프 공동현상(Cavitation)

정의

펌프 공동현상은 흡입 측 국부 압력이 포화증기압 이하로 떨어져 기포가 생기는 현상이다.

이 기포가 고압부에서 붕괴하며 소음, 진동, 임펠러 손상과 양수 성능 저하를 일으킨다.

시험에서는 발생 원리, NPSH 개념, 방지대책이 거의 매번 함께 출제된다.

발생 원리

공동현상은 흡입 측 압력 저하에서 시작해 고압부 붕괴로 끝난다. 먼저 흡입양정이 높거나 유속이 급변하면 압력이 떨어진다.

압력이 포화증기압 이하가 되면 용존 공기와 증기가 분리되어 기포가 생긴다.

기포는 흐름을 따라 고압부로 이동하며 찌그러지고, 이때 국부적으로 큰 충격 압력이 생긴다.

이 충격이 임펠러 날개 표면을 침식하고 소음과 진동을 만든다.

NPSH 판정

공동현상 발생 여부는 NPSHA와 NPSHR을 비교해 판단한다.

NPSHA는 흡입구의 압력과 속도에서 증기압 수두를 뺀 값으로, 설비가 주는 여유다.

NPSHR은 제작사가 제시하는 최소 필요 여유다. NPSHA가 NPSHR 이상이어야 한다.

계산 예제

가상의 예로 흡입 측 NPSHA를 구해 본다.

대기압 수두에서 증기압 수두, 흡입 실양정, 흡입 손실수두를 뺀다.

그 결과 NPSHA는 6.29 m이다. NPSHR이 4.0 m라면 공동현상 없이 운전할 수 있다.

방지대책

공동현상 방지는 원인과 대책을 짝지어 설명해야 한다.

흡입양정을 줄이고 흡입관 관경을 키워 NPSHA를 확보하는 것이 기본이다.

회전수를 낮추거나 양흡입 펌프, 다중 펌프 운전으로 흡입 조건과 부하를 함께 관리한다.

다만 회전수를 낮추면 토출량과 양정이 줄어, 운전 요구 조건과 함께 검토해야 한다.

정리

정리하면 공동현상은 흡입 측 국부 압력이 증기압 이하로 떨어져 기포가 생기는 현상이다.

판정은 NPSHA가 NPSHR 이상인지로 하며, 여유율을 함께 확인한다.

방지대책은 흡입양정 감소, 회전수 저하, 흡입관 관경 확대가 기본이다.

시험에서는 정의, 발생 원리, NPSH 관계, 방지대책을 함께 쓴다.