1, 캐비테이션 현상
액체의 압력이 특정 온도에서 기화압력까지 낮아지면 액체에 기포가 발생합니다. 이렇게 기포가 발생하는 현상을 캐비테이션이라고 합니다. 캐비테이션 시 발생하는 기포는 고압으로 흐르게 되면 부피가 감소하여 결국 터지게 됩니다. 압력 상승으로 인해 기포가 액체 속으로 사라지는 현상을 캐비테이션 붕괴라고 합니다.
펌프 작동 중 국부적인 영역(보통 임펠러 블레이드 입구의 특정 지점 이후)의 펌핑된 액체의 절대 압력이 어떤 이유로 인해 해당 온도의 액체 기화 압력으로 떨어지면 해당 위치에서 액체가 기화하기 시작하여 많은 양의 증기를 생성하고 거품을 형성합니다. 많은 기포를 함유한 액체가 임펠러 내부의 고압-영역을 통과할 때 기포 주변의 고압 액체로 인해 기포가 급격하게 수축하고 심지어 터지기까지 합니다. 기포가 응축되어 터지는 동시에 액체 입자가 빠른 속도로 공동을 채우고 강력한 수격 효과를 발생시키며 높은 충격 빈도로 금속 표면에 부딪힙니다. 충격 응력은 수백에서 수천 기압에 도달할 수 있으며 충격 빈도는 초당 수만 번에 도달할 수 있습니다. 심한 경우 벽 두께가 파손될 수 있습니다.
워터펌프에 기포가 발생하고, 기포파열로 인해 유동성분에 손상을 주는 과정을 워터펌프의 캐비테이션이라고 합니다. 워터펌프에 캐비테이션이 발생하면 과전류 부품이 손상될 뿐만 아니라 소음, 진동이 발생하여 펌프 성능이 저하됩니다. 심한 경우 펌프 내부의 액체를 방해하여 제대로 작동하지 못하게 할 수 있습니다.
2, 펌프 캐비테이션의 기본 관계식
펌프 캐비테이션의 조건은 펌프 자체와 흡입 장치에 의해 결정됩니다. 따라서 캐비테이션 조건에 대한 연구는 펌프 자체와 흡입 장치 모두에서 고려되어야 합니다. 펌프 캐비테이션 간의 기본 관계는 다음과 같습니다.
NPSHc NPSHr 이하 [NPSH] 이하 NPSHa 이하
NPSHa=NPSHr (NPSHc) - 펌프 캐비테이션 시작
NPSHa>NPSHr (NPSHc) - 캐비테이션이 없는 펌프
공식에서 유효 캐비테이션 허용량이라고도 알려진 NPSHa - 장치 캐비테이션 허용량은 양이 클수록 캐비테이션이 발생할 가능성이 적습니다.
NPSHr - 펌프 캐비테이션 허용량, 필요한 캐비테이션 허용량 또는 펌프 흡입구 동적 압력 강하라고도 합니다. NPSHr이 작을수록 캐비테이션 방지 성능이 향상됩니다.
NPSHc - 임계 캐비테이션 허용량은 펌프 성능의 특정 감소에 해당하는 캐비테이션 허용량을 나타냅니다.
[NPSH] - 허용 캐비테이션 허용량은 펌프의 작동 조건을 결정하는 데 사용되는 캐비테이션 허용량으로, 일반적으로 [NPSH]=(1.1-1.5) NPSHc로 사용됩니다.
3, 장치의 캐비테이션 허용량 계산
NPSHa=Ps/ρg+Vs/2g-Pc/ρg=Pc/ρg±hg-hc-Ps/ρg
4, 캐비테이션 방지 대책
To prevent cavitation, it is necessary to increase NPSHa so that NPSHa>NPSHr. 캐비테이션을 방지하기 위한 조치는 다음과 같습니다.
1. 기하학적 흡입 높이 Hg를 줄입니다(또는 기하학적 역류 높이를 높입니다).
2. 흡입 손실 hc를 줄이기 위해 파이프 직경을 늘리고 파이프라인, 굴곡부 및 액세서리 등의 길이를 최소화하려는 노력을 기울일 수 있습니다.
3. 교통량이 많은 상황에서 장시간 작동을 방지합니다.
4. 동일한 속도와 유량에서 이중 흡입 펌프를 사용하면 흡입 유량이 감소하고 펌프의 캐비테이션이 덜 발생합니다.
펌프에 캐비테이션이 발생하면 작동 중에 유량을 줄이거나 속도를 줄여야 합니다.
펌프 흡입 풀의 상태는 펌프 캐비테이션에 상당한 영향을 미칩니다.
7. 열악한 조건에서 작동하는 펌프의 경우 캐비테이션 손상을 방지하기 위해 캐비테이션 방지 재료를 사용할 수 있습니다.
