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액체에서는 그 온도에 해당하는 포화 증기압이 존재하며 액체의 압력이 그 온도에서의 포화 증기압 이하로 내려
가 액체의 내부에서 증발하여 기포가 생기는 것이다. 펌프 내부에서도 흡상 양정이 높거나 유속의 급변 또는 와류
의 발생, 유로에서의 저항 등에 의하여 압력이 국부적으로 포화 증기압 이하로 내려가 기포가 생성되는 현상이 일
어날 수 있는데 이 현상을 케비테이션 이라고 하며 펌프의 운전 중 이현상이 발생하면 성능 저하는 물론 진동, 소
음을 수반하며 때로는 양수 불능 상태가 될 수도 있다. 또한 케비테이션 상태에서 계속 운전하게 되면 기포가 터
질 때 충격에 의해 케이싱과 회전차의 손상 및 진동에 의하여 베어링이 파손될 수도 있으므로 포화 증기압 이하에
서 운전해서는 안되며 이를 위해서는 펌프의 흡입 조건에 따라 정해지는 유효 흡입수두(NPSHav)와 회전차 입구
에서 발생되는 손실을 나타내는 필요 흡입 수두(NPSHre)에 대하여 이해하는 것이 좋다.
1) 유효흡입수두(NPSHav)
펌프 그 자체와는 무관하게 흡입측 배관 또는 시스템에 따라서 정하여지는 값으로 기장 설계 시 설계자에 의하
여 계산 가능하며 계산 값을 고려하여 펌프를 선정하지 않으면 안된다.
대기압이 흡수면에 작용하는 일반적인 경우에 대하여 NPSHav값을 구해보면
여기서 : 수면에 작용하는 압력, 즉 대기압 (약 10.33m)
: 흡수면에서 펌프 기준면까지의 높이 (m) 가압시 +
: 유체 온도에 해당하는 포화 증기압 (상온시 약 0.24m)
: 흡입측 배관의 총 손실 수두(m)
따라서 기장 설계시 펌프의 설치 높이만 결정되면 상기 공식에 따라 NPSHav값을 구할 수 있으며 펌프 선정시 참
조해야 한다.
2)필요흡입수두(NPSHre)
회전차 입구 부근까지 유입되어지는 액체는 회전차에서 가압되기 전에 일시적으로 발생
하는 압력강하에 해당하는 수두를 필요흡입수두(NPSHre)라 하며 이는 펌프의 고유 손실로써 동일 사양으로 펌
프를 설계하였다 하더라도 제품마다 차이가 있으므로 펌프 선정시
NPSHav값과 비교하여 케비테이션 현상이 발생치 않도록 전 운전 범위를 고려하여 검토하여야 한다.
3)케비테이션 발생 원인
케비테이션이 발생하지 않을 기본 조건은 이나 일반적으로 여유를 고려하여 의 조건을 만족하도록 한다. 볼류
트 펌프에서 NPSHav 과 NPSHre의 일반적인 관계는 아래 그림에서 알 수 있다. 따라서 흡입 관로상의 관로 저항
이 증가하게 되면 교차점 이후에서 운전하게 되어 케비테이션이 발생하더라도 흡입관로상의 저항은 가능하면 최
소화 하여야 한다.
4)케비테이션 방지법
케비테이션을 발생하지 않게 운전하기 위해서는 식에서 NPSHav값이 가능하면 최대가 되도록 검토하여야 한
다. 만약 케비테이션이 발생한다면
식에서 NPSHav 값이 가능하면 최대값이 되도록 대기 압 ( )을 제외한 모든 손실이 최소가 되도록 배관 라인과 펌
프 운전점을 점검하여야 한다. 특히 흡입 스프레나, Foot valve에 이물질 투입과 흡입 밸브의 개도에 의한 케비테
이션이 가장 흔히 발생하므로 일차적으로 점검해야 한다. 만약 케비테이션 발생 상태에서 운전이 불가피한 경우
에는 내케비테이션 재질을 선정하되 주철, 청동, 알루미늄, 강의 순으로 결정하는 것이 좋다.
수격 현상 (Water Hammering) 및 서어징 현상(Surging)
수격 현상이란 유로내의 유체 속도 변화로 인하여 유체의 압력이 상승 또는 강하하는 현상으로 입력이 유체의 포
화 증기압 이하로 될 때 기포가 발생하여 수주 분리 현상이 생긴다. 분리된 유체의 흐름 방향 및 속도 변화로 인하
여 수주가 재결합할 때 대단히 큰 충격파가 발생하며 시스템에 악영향을 주게 된다. 이 수주 분리 현상을 방지하
면 압력 상승파 (충격파)도 예방할 수 있다. 펌프장에서는 펌프의 급정지 또는 급기동에 의해 토출 측으로 부터
압력이 급강하 또는 급상승하게 되는데 이런 현상을 방지하는 방법으로는 밸브류( Check valve, Pressure
Safety valve, Automatic Control Valve 등), Air Chamber, Surge Tank등이 있다.
서어징이란, 원심펌프를 운전할 때 유량이나 압력이 주기적으로 변동하고, 유량을 변화 시키지 않는 한 이 상태
가 지속되는 현상을 말한다. 이러한 서어징의 발생 원인은 다음과 같이 요약할 수 있다.
① 펌프의 양정 곡선이 산고 곡선일 경우
② 배관 중에 공기실 등의 기상 부분이 있는 부분
③ 공기실 뒤에 조정 밸브 등의 저항이 주어질 경우 있고 이 3가지 중 어느 하나를 제거하
면 서어징 현상을 해결할 수 있다.
작성일 :
2008-08-13 |
