펌프의 캐비테이션: 이론 및 계산
캐비테이션 현상 개요
액체 기화 압력은 액체의 기화 압력(포화 증기압)입니다. 액체의 기화압력은 온도와 관련이 있습니다. 온도가 높을수록 기화압력은 커집니다. 상온 20℃에서 깨끗한 물의 기화압력은 233.8Pa입니다. 100℃에서 물의 기화압력은 101296Pa입니다. 따라서 상온(20℃)의 깨끗한 물은 압력이 233.8Pa로 떨어지면 증발하기 시작합니다.
액체의 압력이 특정 온도에서 기화압력까지 낮아지면 액체에 기포가 생성되는데, 이를 캐비테이션이라고 합니다. 그러나 기포 속의 증기는 실제로 완전한 증기가 아니며, 용해 또는 핵 형태의 가스(주로 공기)도 포함하고 있습니다.
캐비테이션 중에 생성된 기포가 고압으로 흐르면 부피가 감소하고 터지기까지 합니다. 압력 상승으로 인해 액체에서 기포가 사라지는 현상을 캐비테이션 붕괴라고 합니다.
펌프의 캐비테이션 현상
펌프가 작동 중일 때 오버플로 부분의 국부적 영역(보통 임펠러 블레이드 입구 뒤 어딘가). 어떤 이유로 펌핑된 액체의 절대압력이 현재 온도의 기화압력까지 떨어지면 그곳에서 액체가 기화하기 시작하여 증기가 발생하고 기포가 형성됩니다. 이 기포는 액체와 함께 앞으로 흐르다가 일정한 고압에 도달하면 기포 주변의 고압 액체에 의해 기포가 급격하게 수축하고 터지기까지 합니다. 기포가 터지면 액체 입자가 빠른 속도로 공동을 채우고 서로 충돌하여 워터 해머를 형성합니다. 이 현상은 단단한 벽에 발생할 때 과전류 부품에 부식 손상을 유발합니다.
이 과정이 펌프 캐비테이션 과정입니다.
펌프 캐비테이션의 영향
소음과 진동 발생
과전류 부품의 부식 손상
성능 저하
펌프 캐비테이션 기본 방정식
NPSHr-Pump 캐비테이션 허용량은 필요 캐비테이션 허용량이라고도 하며, 해외에서는 필요 순양수두(need net positive head)라고 합니다.
NPSHa-장치의 캐비테이션 허용량은 흡입 장치에 의해 제공되는 유효 캐비테이션 허용량이라고도 합니다. NPSHA가 클수록 펌프에 캐비테이션이 발생할 가능성이 줄어듭니다. NPSHa는 트래픽이 증가함에 따라 감소합니다.
흐름 변화 시 NPSHa와 NPSHr의 관계
장치 캐비테이션 계산 방법
hg=Pc/ρg-hc-Pv/ρg-[NPSH]
[NPSH]-허용 캐비테이션 허용량
[NPSH] = (1.1 ~ 1.5) NPSHr
유량이 클 때는 큰 값을 취하고, 유량이 작을 때는 작은 값을 취합니다.
게시 시간: 2024년 1월 22일