펌프 캐비테이션은 압력 또는 온도 변화의 결과로 유체에서 가스 또는 증기 기포가 생성되는 현상입니다. 펌프의 기포가 붕괴되면 펌프 내부 본체 내에서 매우 강한 충격파가 발생하여 펌프의 임펠러에 심각한 손상을 줄 수 있습니다.
펌프의 캐비테이션은 유체 펌핑에서 발생하는 가장 빈번한 불편 중 하나입니다. 그것은 원심력, 수중 또는 자체 프라이밍 등 모든 유형의 펌프에서 발생할 수 있습니다.
기포는 액체와 함께 전달되며 변위에서 물의 압력을 높이면 유체가 올바르게 발생하지 않아 펌핑이 비효율적이 되며 거품은 폭발이 일어나 파이프나 주변 물체에 심각한 손상을 줄 수 있습니다.
1. 펌프 캐비테이션의 종류
펌프의 캐비테이션은 두 가지 유형으로 분류됩니다.
- 관성 캐비테이션
- 비관성 캐비테이션.
1) 관성 캐비테이션
관성 캐비테이션은 과도 캐비테이션이라고도 합니다. 관성 캐비테이션의 주된 이유는 기포/공극이 빠르게 파열되어 강한 충격파가 발생하는 과정입니다. 관성 캐비테이션은 기포 직경이 단일 음향 압력 주기 동안 원래 직경의 약 두 배가 될 때 발생합니다. 큰 직경의 기포는 격렬하게 터진 다음 유체의 관성에 의해 구동될 때 붕괴됩니다. 따라서 잠재적으로 많은 작은 거품으로 조각화될 수 있습니다.
2) 비관성 캐비테이션
비관성 캐비테이션은 액체의 작은 기포가 음장이 있는 상태에서 강제로 진동하는 현상입니다. 그리고 기포는 음장의 강도가 충분하지 않을 때 붕괴됩니다.
기포의 모양과 크기가 진동하지만 터지지 않을 때 발생합니다.
2. 캐비테이션의 원인
펌프에서 캐비테이션의 주요 원인은 펌프의 흡입 끝에서 NPSH(Net Positive Suction Head)가 낮기 때문입니다. NPSH는 펌프를 통해 액체를 밀어내는 에너지입니다. NPSH가 떨어지면 캐비테이션이 발생합니다.
NPSH가 예상 값에서 떨어지는 데는 여러 가지 이유가 있습니다.
- 흡입 파이프 직경이 너무 작을 때
- 흡입 파이프가 펌프에서 멀리 떨어져 있을 때
- 펌프는 유체 공급원 위의 높은 곳에 배치 되었을 때
- 변위된 액체의 증기압이 낮을 때
- 펌프 작동 속도가 너무 빠를 때
3. 캐비테이션 결과
- 캐비테이션은 펌핑 용량의 감소를 유발합니다. 펌프의 속도가 떨어지면 들어오는 흐름을 따라갈 수 없어 오버플로 상황이 발생합니다.
- 펌프 손상. 캐비테이션은 과도한 진동을 일으켜 임펠러, 베어링 링, 베어링 플레이트 등의 과도한 마모를 유발할 수 있습니다.
- 씰 및 베어링이 조기에 고장이 발생할 수 있습니다.
- 캐비테이션을 수정하지 않으면 중요한 펌프 구성 요소가 손상되어 펌프 수명이 심각하게 단축됩니다.
4. 캐비테이션 증상
다음은 펌프의 캐비테이션 증상입니다.
- 액체에서 캐비테이션은 공기, 진공 또는 기포의 존재
- 펌프 용량 감소
- 베어링과 씰에 과도한 손상
- 진동이 증가
- 전력 소비 증가
5. 캐비테이션 방지방법
1) 펌프 NPSH 값
NPSH 값을 추적하면 캐비테이션을 방지하는 데 도움이 될 수 있습니다.
- NPSHa(Net Positive Suction Head)의 가용성 계산
- 이 값을 NPSHr(순 포지티브 흡입 헤드 필요)과 비교
- 캐비테이션을 피하기 위해 NPSHa는 NPSHr보다 한두 피트 높아야 합니다.
NPSHr은 펌프의 설계 용량이며 특정 펌프에 대해 유한한 값을 갖습니다. NPSHr과 달리 NPSHa는 시스템 매개변수에 따라 다릅니다. 펌프의 NPSHa 용량을 수정할 수 있습니다. 다음은 NPSHa 값이 달라지는 요소입니다.
2) 안정적인 대기압
대기압은 고도에 따라 다릅니다. 더 높은 고도에서는 압력이 더 낮고 액체를 밀어내기에 충분하지 않습니다.
3) 펌핑된 액체의 증기압
펌핑된 유체의 점도와 온도에 따라 다릅니다. 액체가 주변 온도에 있으면 고온 액체의 펌핑에 비해 더 쉽게 펌핑할 수 있습니다.
4) 펌프와 수위 사이의 정적 수두
펌프를 액체 레벨에 더 가깝게 이동하면 NPSHa를 높일 수 있습니다.
5) 마찰 손실
대구경 펌프를 사용하여 마찰 손실을 줄일 수 있습니다.
이러한 요인을 변경함으로써 펌프 사용자는 NPSHa를 NPSHr에 더 가깝게 증가시켜 캐비테이션을 피할 수 있습니다.
6. 펌프 캐비테이션 개선방법
가장 쉽고 효과적인 해결책은 펌프의 흐름을 듣는 것입니다. 유량계는 유량계를 사용하여 쉽게 추적할 수 있습니다.
위의 방법 외에도 캐비테이션을 식별하는 한 가지 방법은 펌프 내부의 소음에 주의를 기울이는 것입니다. 일반적으로 그 다음에는 진동이 뒤따릅니다. 또한 펌프 효율이 눈에 띄게 떨어집니다.
숙련된 펌프 기술자가 외부 장치를 사용하지 않고도 펌프 소리 변화를 들을 수 있으며 진동의 변화를 감지하여 캐비테이션을 진단할 수 있습니다.
캐비테이션은 흡입 양정이 높고 토출 헤드가 거의 또는 전혀 없는 펌프 응용 분야에서 더 일반적입니다. 예를 들어, 하수구에서 폐수를 우회하는 데 사용되는 펌프는 가장 흔한 캐비테이션 중 하나입니다. 또 다른 예는 끓는점에 가까운 가열된 액체를 펌핑하는 것입니다.
