[공학,기술]기계공학 - 공동현상(cavitation)에 관해서

기계공학 - 공동현상에 관해서
목 차
□ 공동현상이란
□ 펌프의 공동현상
□ 프로펠러의 공동현상
□ 공동현상을 활용한 기술
□ 고찰
□ 참고
□ 공동현상이란
유체가 넓은 유로에서 좁은 곳으로 고속 유입 시 또는 굴곡이 있거나 만곡부가 있으면 유속이 빠른 부분이 저압이 되어 이 부분에서 공동(cavity)이 생긴다. 이 부분의 압력이 그 때의 수온의 포화증기압보다 낮아지면 비점이 낮아져 수중에 증기 발생 또는 용존 공기가 분리하여 기포가 발생되는데 이와 같은 현상을 Cavitation이라 한다.
□ 펌프의 공동현상

1. 현상

펌프의 흡입양정이 높거나 유속의 급변 또는 와류의 발생 등에 의해 압력이 국부적으로 포화증기압 이하로 내려가 기포가 생성되는 현상으로서 펌프에서는 회전차 입구 부분에서 발생하는 경향이 크고 생성된 기포가 액체의 흐름에 따라 이동하여 고압부에서 급격히 붕괴하게 되는데 이 때 펌프의 성능은 저하되고 소음진동이 발생하고, 심하면 양수불능이 된다.

1) 펌프의 회전음이 부드럽지 못하고

2) 본체가 진동하기 시작하며

3) 심한 경우 임펠러나 본체 내면이 깎이고 파여서 운전불능의 상태로 된다.

4) 공동 현상이 일어나는 직접적인 원인은 무리한 흡입을 하고자 하는데서 발생되는 것 이 대부분이다.

NPSHav 〓 NPSHre : Cavitation의 발생한계
NPSHav ＞ NPSHre : Cavitation이 발생되지 않는다
NPSHav ≥ NPSHre x 1.3 : Cavitation의 발생한계
NPSH(Net Poistive Succion Head) : 펌프자체만으로는 액체를 끌어올리는 능력이 없으므로, 펌프…

2. 발생

1) 펌프의 흡입측 수두가 클 경우

2) 펌프의 마찰 손실이 클 경우

3) 펌프의 흡입관경이 너무 작을 경우

4) 이송하는 유체가 고온인 경우

5) 펌프의 흡입압력이 유체의 증기압보다 낮은 경우

6) 임펠러 속도가 지나치게 클 경우

3. 문제

1) 펌프에서는 회전차 입구부분에서 발생하는 경향이 크고, 생성된 기포가 액체의 흐름에 따라 이동하여 고압부에 이르러 급격히 붕괴하는 현상이 반복됨에 따라 펌프의 성능은 저하된다.

2) 소음진동을 수반하고, 불안정한 상태를 나타내며, 나중에는 양수감소 또는 양수불량이 된다.

3) 깃에 대한 침식 발생

(1) 기포가 파괴될 때 기포의 표면에 밀어 붙이는 액체의 압력은 기포체적의 급격한 축소에 따른 그 압력 강도가 매우 커진다.

(2) 이와 같은 큰 힘의 충격으로 인하여 벽면은 침식(erosion)하게 된다.

(3) 공동현상 발생 시 처음에는 벽면이 귤껍질과 같은 모양이 되고, 심해지면 파손을

4. 방지 대책

1) NPSHav(유효흡입양정)를 높이는 방법

(1) 펌프의 설치높이를 낮추어 흡입양정을 짧게 한다

(2) 흡입관의 손실수두를 작게 한다.

① 배관의 길이를 짧게 한다

② 관경을 크게 한다.

③ 유속을 낮춘다.

④ 흡입라인에 불필요한 밸브 및 부속을 제거 한다.

⑤ 흡입라인에 스트레이너 등에 이물질이 없도록 관리한다.

2) NPSHre(펌프의 용량)를 낮추는 방법

(1) 펌프의 회전수를 낮추어 흡입비속도를 적게 한다.

(2) 펌프