캐비테이션: 펌프 진동 문제의 1위 원인과 예방법

이전 글에서 펌프 진동 문제 6가지를 다루며 캐비테이션이 가장 빈번하다고 언급했습니다. 이제 캐비테이션의 원인과 예방법을 더 깊이 다루겠습니다. 간단히 말해, 펌프 캐비테이션은 임펠러 주변 저압 영역에서 펌핑 매체 내에 공동(캐비티)이나 기포가 형성되는 현상입니다. 이 공동이 붕괴되면 펌프 내부에서 충격파가 발생하여 펌프 하우징이나 임펠러에 심각한 손상을 줄 수 있습니다.

펌프 캐비테이션 증상

다행히 많은 형태의 펌프 캐비테이션은 쉽게 감지되는 증상을 동반합니다. 주요 증상은 다음과 같습니다.

• 과도한 소음: 뽀개지는 소리, 바스락거리는 소리, 럼블링 소리, 구슬 굴러가는 소리
• 과도한 에너지 사용: 펌프가 정상 에너지 사용량을 초과할 때
• 펌프 성능 저하: 크든 작든 차이 발생
• 임펠러 조각이 떨어져 나간 듯 스펀지 같은 외관
• 불규칙한 탱크 레벨
• 펌프 온도 변화
• 방치 시 임펠러 표면에 피로 징후 나타남

펌프 캐비테이션 유형

캐비테이션 유형은 많지만 주요 4가지는 다음과 같습니다.

• 흡입 캐비테이션 (Suction Cavitation): 유체 난류로 흡입 배관에 용존 가스가 방출될 때 발생. 펌프가 저압 또는 고진공 상태일 때 빈번. 펌프가 충분한 유량을 받지 못해 임펠러 눈(eye)에서 기포 형성. 토출 측으로 넘어가며 압축되어 임펠러에 부딪히며 붕괴.
• 증기화 캐비테이션 (Vaporization Cavitation): 펌프 내 액체가 흡입 헤드 손실이나 압력이 너무 낮거나 높을 때 증발하며 발생. 모든 원심 펌프는 증기화 방지를 위한 필요 흡입 압력 운전 범위가 있으나, 보통 68°F(20°C) 깨끗한 물 기준이라 실제 조건과 다를 경우 발생.
• 베인 통과 증후군 (Vane Passing Syndrome): 임펠러 외경이 펌프 컷워터(cutwater)에 너무 가까이 지나갈 때 발생. 좁은 통로에서 유속 증가로 압력 저하 및 증기화. 기포가 컷워터 직후 붕괴. 손상은 주로 임펠러 베인 중앙에 국한되며, 클로즈드 임펠러의 슈라우드까지 확장되지 않음.
• 토출 캐비테이션 (Discharge Cavitation): 펌프 토출 압력이 너무 높거나 최적 효율점(BEP)의 10% 미만으로 운전 시 발생. 높은 압력으로 유체가 펌프 밖으로 나가지 못하고 내부 순환. 하우징 벽면 진공으로 기포 형성, 붕괴 시 충격파 발생.

펌프 캐비테이션 예방법

캐비테이션 예방 및 처리 방법에는 여러 가지가 있습니다.

• 펌프 설계 평가: 액체가 펌프로 가고 오는 경로가 운전 조건에 이상적이어야 함. 문제 발생 시 펌프 설계 재배치로 해결 가능.
• 필터 및 스트레이너 막힘 확인: 막힘이 캐비테이션 유발 가능.
• 펌프 커브 확인: 펌프는 커브 최대점에서 최적 효율로 운전되어야 함. 임펠러 직경 14인치 미만은 임펠러 팁-컷워터 간극 4% 이상, 14인치 초과는 6% 이상 확보하여 베인 통과 증후군 예방.
• 유체 내 실제 정적 압력과 실제 온도에서의 증기 압력 간 거리 증가.

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