펌프 수격작용·서징·공동현상

핵심 정리

펌프 운전 중 발생하는 수격작용, 서징, 공동현상은 모두 유체의 압력이나 유량이 불안정해질 때 나타나는 이상 현상이다. 다만 원인과 결과가 서로 다르므로 각각 구분해야 한다. 압력이 급격히 변하는지, 유량이 주기적으로 흔들리는지, 압력이 증기압 아래로 떨어지는지를 기준으로 삼으면 선지를 가리기 쉽다.

수격작용의 핵심은 흐름이 급변하는 것이다. 관로 속 유체의 흐름이 갑자기 바뀌면 순간적으로 압력이 변해 배관과 밸브가 손상될 수 있다. 물의 움직임을 갑자기 멈추거나 방향을 바꿀 때 순간적으로 압력이 발생하는 현상이 수격작용이며, 파이프 끝의 밸브를 갑자기 닫을 때 흔히 나타난다.

서징은 펌프 운전 중 계기 지침과 유량이 흔들리는 맥동 현상이다. 펌프 입구와 출구에 설치한 진공계·압력계의 지침이 흔들리고 송출 유량이 변하는 현상은 서징(맥동) 현상이다.

공동현상은 액체의 압력이 포화증기압 이하로 낮아져 기포가 생긴 뒤, 고압부에서 급격히 붕괴하는 현상이다. 이 현상은 흡입 측 압력 조건과 직접 관련되므로 흡입 조건이 핵심 요건이다. 흡입양정과 흡입 손실은 그 조건을 결정하는 변수이다.

세 현상은 관로와 설비를 손상하거나 진동과 소음을 일으킬 수 있다. 따라서 설계와 운전 단계에서는 배관 길이, 흡입양정, 유속, 관경, 회전수를 함께 고려해야 한다. 방지책은 현상이 발생할 가능성을 낮추지만, 현상의 원리 자체를 없애지는 않는다. 이 차이를 알아 두면 원인과 방지책을 묻는 선지를 함께 풀 수 있다.

자세히

공동현상 방지 조건

공동현상을 줄이려면 배관을 짧고 완만하게 해야 한다. 배관의 마찰과 굴곡이 늘어나면 손실이 커져 펌프 입구 쪽 압력이 더 낮아진다. 흡입 측 압력을 증기압보다 높게 유지하려면 손실을 줄이는 것이 기본이다. 굴곡부에서는 국부 손실이 생기고, 관이 길어지면 마찰 손실이 누적된다. 특히 흡입 관로를 짧고 완만하게 하면 흡입 손실이 줄어 공동현상 방지에 도움이 된다. 손실 누적이 압력을 낮춘다

흡입구와 유면의 높이차를 줄이면 흡입 양정이 낮아져 공동현상을 억제할 수 있다. 흡입 손실과 흡입 양정은 모두 흡입 측 압력을 낮추는 요인이므로, 어느 한쪽을 줄여도 같은 방향으로 작용한다. 펌프 회전수를 규정 이상으로 높이지 않는 방법도 공동현상을 줄이는 데 도움이 된다. 회전수를 높이면 흡입 측 압력이 더 낮아질 수 있으므로 운전 조건을 규정 범위 안에 두어야 한다.

공동현상 발생 원리

공동현상은 압력이 낮아지면서 시작된다. 공동현상은 흡입 측에서 발생하고, 생성된 기포는 압력이 다시 높아지는 고압부에서 붕괴한다. 이 두 위치를 바꾸어 묻는 선지는 틀리기 쉬우므로 기포는 생성 후 붕괴한다고 순서를 나누어 기억해야 한다.

공동현상은 흡입측 압력이 증기압 이하로 떨어져 생기므로 흡입양정을 작게 해야 한다.

수격작용 방지책

송출관 내 유속이 빠르면 흐름이 급변할 때 압력 변동이 커진다. 유속 변화의 크기가 같더라도 변화가 빠르게 일어날수록 압력 변동이 커지므로, 밸브를 급히 닫지 않는 것도 방지책이다. 수격작용을 방지하려면 송출관 내 유속을 낮추도록 관경을 선정해야 한다. 관경을 키워 유속을 낮추면 흐름이 급변할 때 압력 변동이 줄어든다.