펌프 캐비테이션: 발생 원인과 방지 방법은?

캐비테이션은 특히 원심 펌프에서 매우 흔한 문제입니다. 이는 펌프의 임펠러 기능과 밀접한 관련이 있습니다. 원심 펌프는 임펠러를 사용하여 유체를 흡입구에서 출력구로 이동시킵니다.

임펠러는 흡기력을 생성하고 압력을 증가시켜 펌프 내에서 유체의 흐름을 유발하는 회전 부품입니다. 반면, 프로펠러는 액체를 밀어내어 추력을 생성하는 블레이드형 팬입니다. 이 두 가지 모두 유체를 움직이지만 그 목적은 다릅니다. 그러나 양쪽 모두 캐비테이션에 직면할 수 있으며 이로 인해 동일한 유체 유속 문제가 발생할 수 있습니다.

원심 펌프의 캐비테이션은 보통 펌프의 흡입 측에서 NPSH(Net Positive Suction Head) 에너지가 충분하지 않을 때 발생합니다. NPSH는 펌프로 액체를 밀어 넣기 위해 필요한 최소한의 에너지를 나타냅니다. NPSH가 부족하면 펌프를 고속으로 작동하거나, 흡입 호스의 직경이 너무 작거나, 유체 공급원이 펌프로부터 너무 멀거나 높게 위치할 수 있습니다.

이런 상황에서 원심 펌프가 작동하면 임펠러의 한쪽에서는 낮은 압력을, 다른 한쪽에서는 높은 압력을 생성합니다. 이로 인해 유체가 증기 압력 아래로 떨어질 가능성이 있습니다. 즉, 유체의 압력이 증기 압력 아래로 떨어지면 물이 일반적이지 않은 온도에서 끓어오르고, 결과적으로 증기 기포가 생성될 수 있습니다. 이러한 현상은 21°C(70°F)에서도 물이 끓을 수 있다는 것을 의미합니다.

끓는 유체가 임펠러의 출력 측면을 벗어나면, 그 측면에 높은 압력이 가해져 기포가 터집니다. 이러한 파열로 인해 펌프의 펌핑 능력이 감소하고, 내부 펌프, 특히 임펠러가 손상을 입을 수 있는 작은 폭발이 발생합니다. 결과적으로 증기 기포가 강한 진동을 유발하여 임펠러와 같은 회전 부품이 마모 플레이트나 마모 링과 같은 정지 부품에 부딪힐 수 있습니다.

과도한 진동은 기계적 씰이나 베어링의 조기 고장을 유발할 수 있습니다. 이런 경우 증기 기포가 폭발할 때 방출되는 에너지로 인해 금속 조각이 떨어져 다른 움직이는 부품과 충돌할 수 있습니다. 이로 인해 임펠러에 다양한 손상이 발생할 수 있습니다. 이런 손상은 패임, 균열, 깨짐 등으로 나타날 수 있으며, 손상된 임펠러는 펌프에 더 큰 손상을 유발할 수 있습니다.

캐비테이션 문제가 발생하면, 바위 없이도 바위를 펌핑하는 것과 같은 소음, 진동, 또는 성능 저하와 같은 증상이 나타날 수 있습니다. 이러한 증상 중 하나라도 발견되면 즉시 펌프를 멈추는 것이 좋습니다.

먼저, 엔진 속도를 줄여 유량 출력을 줄입니다. 이렇게 하면 펌프에 유입되는 양이 줄어들고 허용 수준으로 속도를 조절할 수 있어 캐비테이션 형성을 효과적으로 방지할 수 있습니다. 이렇게 감소된 유량 수준은 캐비테이션을 적극적으로 방지하여 더 많은 양의 펌핑을 가능하게 합니다.

또한, 펌프를 선택할 때는 모든 사양을 다시 확인하고 응용 분야 요구 사항과 비교해야 합니다. 펌프가 유체 공급원보다 너무 높게 위치하거나 파이프 직경이 정확하지 않은지 확인하고 펌프 작동 속도도 살펴보아야 합니다. 이렇게 하면 펌프가 가능한 한 이상으로 작업하지 않도록 주의할 수 있습니다.

모든 사항을 고려할 때, 전문가의 도움을 받는 것이 가장 좋은 조언입니다. 전문가는 사용 중인 장비가 응용 분야의 요구 사항을 충족시키는지 확인할 수 있습니다.