펌프에서 Cavitation(공동현상) 발생원인과 현상 및 대책

1. 공동현상

국소 압력이 강하하여 액체에서 공기가 분리되는 현상

 

2. 발생원인

• 흐르는 유체의 정압강하: 흐르는 유체에서 임의 지점의 정압이 해당 유체의 포화증기압보다 낮아지게 되어 발생한다.
• 유체의 유온에 따른 포화 증기압의 강하: 유체의 온도가 높은 경우에 관의 수축부를 통과할 때 베르누이 방정식에 의해 목 부분의 압력이 가장 낮게 되어 발생한다.

 

3. 기계에 미치는 영향

• 소음, 진동발생: 발생 기포가 고압영역으로 유입되면서 기포의 급격한 붕괴로 소음과 진동이 발생
• 양정 및 동력효율의 저하: 양정 및 효율의 강하(저하) 정도는 비속도 및 임펠러 단수에 반비례
• 깃의 침식: 기포가 깃표면 부근에서 붕괴되면 기포 체적의 급격한 감소로 기포 주위의 유체 압력이 급격히 증가하여, 이로 인한 깃표면 점침식(Pitting) 유발 -> 펌프 수명저하의 원인

4. 공동현상 방지책

• 펌프의 설치위치를 낮추어 유효흡입수두를 크게한다.
• 펌프 회전수를 낮추고 흡입비속도를 적게한다
• 앙흡입 펌프를 사용하거나 1대의 펌프를 2대로 분할한다.
• 흡입관경을 크게 하고, 밸브, 플랜지 등 관이음류의 수를 줄여 손실수두를 줄인다.
• 임펠러 재질을 점 침식에 강한 재질(18-8 스테인리스강 등)로 변경한다.
• Cavitation 발생한계

유체에는 공기와 증기가 녹아 있는데 압력이 높을 때에는 유체속에 녹아 있지만, 압력이 떨어지면 공기나 증기가 발생한다. 유체중 물을 예로들면 물에 공기가 녹아있다. 공기는 밸브 1차측 압력이 높으므로 그대로 있으나 유체가 밸브를 통과하여 압력이 떨어지게 되면 기포가 발생한다.  발생된 기포는 압력이 회복되는 부분까지 이동하여, 기포가 터지게 되는데 이때 기포의 폭발로 압력이 상승하여 소음 발생이 일어나며, 이 현상으로 배관의 진동과 배관 부식의 침식, 부식마모가 일어난다.