펌프 캐비테이션 예방: 원인, 증상, 방지법

펌프에서 퍽퍽 소리가 나거나 구슬을 펌핑하는 듯한 소리가 난다면 캐비테이션 문제일 수 있습니다. 펌프 캐비테이션은 과도한 소음과 에너지 사용뿐만 아니라 펌프 자체에 심각한 손상을 입히는 등 펌핑 시스템에 여러 문제를 일으킵니다.

펌프 캐비테이션이란?

간단히 정의하면, 캐비테이션은 임펠러 주변의 상대적으로 낮은 압력 영역에서 액체에 기포나 공동이 형성되는 현상입니다. 이 기포가 붕괴되거나 파열되면서 펌프 내부에 강한 충격파를 발생시켜 임펠러와 펌프 하우징에 심각한 손상을 입힙니다.

방치하면 펌프 캐비테이션은 다음을 초래할 수 있습니다.

• 펌프 하우징 파손
• 임펠러 파괴
• 과도한 진동 - 씰 및 베어링 조기 고장 유발
• 불필요한 전력 소비 증가
• 유량 및/또는 압력 감소

펌프 캐비테이션에는 흡입 캐비테이션과 토출 캐비테이션 두 가지 유형이 있습니다.

흡입 캐비테이션

펌프가 저압 또는 고진공 상태에서 운전될 때 흡입 캐비테이션이 발생합니다. 펌프가 '기아 상태'이거나 충분한 유량을 공급받지 못하면 임펠러 눈 부분에 기포나 공동이 형성됩니다. 기포가 펌프 토출 측으로 이동하면서 유체 조건이 변해 기포가 액체로 압축되어 임펠러 면에 파열됩니다.

흡입 캐비테이션 피해를 입은 임펠러는 큰 덩어리나 아주 작은 비트의 재료가 빠져 스펀지처럼 보입니다. 흡입 캐비테이션이 있을 때 임펠러 눈 주변에 손상이 나타납니다.

흡입 캐비테이션 가능한 원인:

• 필터 또는 스트레이너 막힘
• 파이프 막힘
• 펌프가 펌프 커브에서 너무 오른쪽으로 운전
• 불량한 배관 설계
• 불량한 흡입 조건 (NPSH 요구사항)

토출 캐비테이션

펌프 토출 압력이 극도로 높거나 최적 효율점(BEP)의 10% 미만으로 운전될 때 토출 캐비테이션이 발생합니다. 높은 토출 압력으로 유체가 펌프에서 빠져나가기 어려워 펌프 내부를 순환합니다. 액체가 임펠러와 하우징 사이를 매우 높은 속도로 흐르며 하우징 벽면에 진공을 형성하고 기포를 만듭니다.

흡입 캐비테이션과 마찬가지로 이 기포 파열로 강한 충격파가 발생해 임펠러 팁과 펌프 하우징의 조기 마모를 초래합니다. 극단적인 경우 토출 캐비테이션으로 임펠러 샤프트가 파손될 수 있습니다.

토출 캐비테이션 가능한 원인:

• 토출 측 파이프 막힘
• 필터 또는 스트레이너 막힘
• 펌프 커브에서 너무 왼쪽으로 운전
• 불량한 배관 설계

캐비테이션 예방

펌프가 캐비테이션을 겪으면 다음 사항을 점검해 직접 문제를 해결해 보세요.

1. 필터와 스트레이너 확인 - 흡입 또는 토출 측 막힘이 펌프 내 압력 불균형 유발
2. 펌프 커브 참조 - 압력 게이지와/또는 유량계를 사용해 펌프가 커브상 어디에서 운전되는지 파악. 최적 효율점에서 운전되는지 확인. 최적 효율점에서 벗어나 운전하면 과도한 재순환뿐만 아니라 과열, 레이디얼 하중, 진동, 높은 씰 온도, 효율 저하 발생.
3. 배관 설계 재평가 - 펌프로 들어오고 나가는 액체 경로가 펌프 운전 조건에 이상적인지 확인. 흡입 측 역 'U'자 설계는 공기를 가둘 수 있고, 펌프 직전 90° 엘보는 펌프 내부 난류를 유발할 수 있습니다. 둘 다 흡입 문제와 펌프 캐비테이션을 초래합니다.

펌프 캐비테이션 감지 및 예방에 대한 자세한 정보는 '펌프 캐비테이션 감지 및 예방 기술' 게시물을 참조하세요.

캐비테이션은 펌핑 시스템의 흔한 문제지만, 적절한 펌프 사이징, 배관 설계, 필터 및 스트레이너 관리로 펌프와 임펠러 손상을 크게 방지할 수 있습니다.

Gorman Rupp 펌프는 유리면 데모 펌프를 사용해 그룹에 캐비테이션 교육을 실시합니다. 아래에서 실제 작동을 확인하세요.