게시판 > 질답게시판 > Cavitation 과 온도

스테파노 Stefano

19-01-09 11:02

(1) 원심펌프는 1) 액을 흡입하여 Impeller의 빈 공간에 들여놓고 2) Impeller를 모터로 고속으로 회전시켜 원주방향의 운동에너지를 만들어낸 다음 3)이 운동에너지를 원심방향의 배출구측으로 저속으로 밀어내면서 압력을 높여 배출하는 원리로 동작됩니다. 따라서 흡입측 압력을 배출측 압력으로 압력을 높여주는 일종의 가압장치입니다.

(2) Cavitation이 일어나는 현상은 펌프의 흡입측에 "액"이 흘러들어오지 못하여 위에서 설명한 원심펌프 본래의 기능을 나타내지 못하는 현상을 말합니다.

펌프가 제 성능을 나타내려면 1) 우선 Impeller의 빈공간이 채워져 있는 상태로 Impeller가 회전해야 액이 원심력을 나타낼 수 있어야 하고 2) 그 상태에서 액이 일정한 유량을 배출하고 있어야 합니다. 펌프 유량이 낮을 경우 Cavitation이 나타나지 않다가고 유량이 늘어나면 Cavitation이 나타나는 점이 있습니다. 이 점을 정격 유량에서의 NPSHr (Net Positive Suction Head required)라고 합니다.

(3) Cavitation이 나타나는 원인은 바로 펌프 Impeller에 액이 잘 흘러들어오지 않는 상태를 만드는 원인과 직접관련이 있습니다. 즉 아래의 원인에서 비롯됩니다.
i) 정상 유량에서 유입배관측에 흐름 저항이 많이 걸려있는 경우,
ii) 흡입측 배관에 저항이 많이 걸리는 Filter, Valve 등이 막혀있거나 거의 닫혀 있는 경우,
iii) 액의 증기압이 높아 흡입측의 "절대"압력에서 액이 일부 증발해서 증기로 되는 경우,
iv) 과도한 유량에 의해 펌프 고유의 Cavitation 유발 한도를 초과하여 배출량이 늘어난 경우.

(4) 위의 설명으로 질문에 대한 답을 이미 알아냈을 터이지만 질문으로 돌아가서 설명하자면..

액의 온도가 높아서 Cavitation이 생기는 이유(메카니즘)는 바로 액의 증발에 의해 Imperller 내부에 액대신 증기가 채워지는 현상에 의합니다.

Suction 측에서 Impeller에 흘러 들어올 때, 절대압력이 충분하여 증기압 이상이 되는 경우에는 액은 증발되지 않기 때문에 펌프의 기능을 나타낼 수 있지만 펌프내에서 액이 증발해 버리면 액의 밀도가 크게 떨어져 원심력을 만들어 낼 수 없기 때문에 문제가 됩니다. 따라서 펌핑하려는 액의 증기압을 낮게 유지하기 위하여 액의 온도를 낮추어 줄 필요가 있습니다.

(5) Cavitation은 단순히 (유량저하, 압력 저하 등) 펌프의 성능 만 떨어뜨리는 것이 아니고 Pump내에서 증발되었던 액이 순간적으로 응축되는 현상이 일어남에 따라 액의 충격으로 Impeller의 마모가 심해지거나 Impeller가 파손되기도 합니다.

따라서
1) 흡입측에 저항이 많이 걸리지 않도록 (Gravitational Flow Velocity 기준 정도의) 충분한 크기의 흡입배관경이 필요하고 관의 길이도 최소한으로 줄여줄 필요가 있습니다. .
2) 응축수, Reflux Liquid, Circulating Reboiler Liquid, Steam Condensate 등과 같이 불가피하게 액의 온도가 높은 경우에는 Pump 흡입측에 연결되는 Suction Drum의 높이를 높게 설치하여 정압을 높여주든가, Suction Drum의 압력을 높여주어야 합니다.
3) 흡입측 배관에 연결된 Strainer, Filter, 등이 막혀있는상태로 운전되지 않도록 해 주어야 하며 운전 중 흡입밸브는 완전히 열어둡니다
4) 운전도중 Pump 배출압력이 심하게 흔들리고, Casing 내에서 소음이 발생하는 경향이 발생되면 배출밸브를 조금 닫아주도록 합니다.
5) 운전중 액의 온도 변화가 심한경우 온도 경보기 설정온도를 낮추어 낮은 액의 온도로 유지합니다.

위의 1,2는 설계과정에서 해결해야 할 일이나 3~5는 운전중에 해결해야 할 일들입니다.
다른 세부 사항은 이곳 게시판 어딘가에서 "NPSH" 키워드로 찾아보도록 하세요.

(2) Cavitation이 일어나는 현상은 펌프의 흡입측에 "액"이 흘러들어오지 못하여 위에서 설명한 원심펌프 본래의 기능을 나타내지 못하는 현상을 말합니다.

펌프가 제 성능을 나타내려면 1) 우선 Impeller의 빈공간이 채워져 있는 상태로 Impeller가 회전해야 액이 원심력을 나타낼 수 있어야 하고 2) 그 상태에서 액이 일정한 유량을 배출하고 있어야 합니다.     펌프 유량이 낮을 경우 Cavitation이 나타나지 않다가고 유량이 늘어나면 Cavitation이 나타나는 점이 있습니다.   이 점을 정격 유량에서의 NPSHr (Net Positive Suction Head required)라고 합니다.

(3) Cavitation이 나타나는 원인은 바로 펌프 Impeller에 액이 잘 흘러들어오지 않는 상태를 만드는 원인과 직접관련이 있습니다.  즉   아래의 원인에서 비롯됩니다. 
i) 정상 유량에서 유입배관측에 흐름 저항이 많이 걸려있는 경우,
ii) 흡입측 배관에 저항이 많이 걸리는 Filter, Valve 등이 막혀있거나 거의 닫혀 있는 경우,
iii) 액의 증기압이 높아 흡입측의 "절대"압력에서 액이 일부 증발해서 증기로 되는 경우,
iv) 과도한 유량에 의해 펌프 고유의 Cavitation 유발 한도를 초과하여 배출량이 늘어난 경우.

(4) 위의 설명으로 질문에 대한 답을 이미 알아냈을 터이지만 질문으로 돌아가서 설명하자면..

액의 온도가 높아서 Cavitation이 생기는 이유(메카니즘)는 바로 액의 증발에 의해 Imperller 내부에 액대신 증기가 채워지는 현상에 의합니다.

Suction 측에서 Impeller에 흘러 들어올 때, 절대압력이 충분하여 증기압 이상이 되는 경우에는 액은 증발되지 않기 때문에 펌프의 기능을 나타낼 수 있지만 펌프내에서 액이 증발해 버리면 액의 밀도가 크게 떨어져 원심력을 만들어 낼 수 없기 때문에 문제가 됩니다.  따라서 펌핑하려는 액의 증기압을 낮게 유지하기 위하여 액의 온도를 낮추어 줄 필요가 있습니다.

(5) Cavitation은 단순히 (유량저하, 압력 저하 등) 펌프의 성능 만 떨어뜨리는 것이 아니고 Pump내에서 증발되었던 액이 순간적으로 응축되는 현상이 일어남에 따라 액의 충격으로 Impeller의 마모가 심해지거나 Impeller가 파손되기도 합니다.

따라서
1) 흡입측에 저항이 많이 걸리지 않도록 (Gravitational Flow Velocity 기준 정도의) 충분한 크기의 흡입배관경이 필요하고 관의 길이도 최소한으로 줄여줄 필요가 있습니다. .  
2) 응축수,  Reflux Liquid,  Circulating Reboiler Liquid, Steam Condensate 등과 같이 불가피하게 액의 온도가 높은 경우에는 Pump 흡입측에 연결되는 Suction Drum의 높이를 높게 설치하여 정압을 높여주든가,  Suction Drum의 압력을 높여주어야 합니다.  
3) 흡입측 배관에 연결된 Strainer, Filter, 등이 막혀있는상태로 운전되지 않도록 해 주어야 하며 운전 중 흡입밸브는 완전히 열어둡니다  
4) 운전도중 Pump 배출압력이 심하게 흔들리고, Casing 내에서 소음이 발생하는 경향이 발생되면 배출밸브를 조금 닫아주도록 합니다.  
5) 운전중 액의 온도 변화가 심한경우 온도 경보기 설정온도를 낮추어 낮은 액의 온도로 유지합니다.

위의 1,2는 설계과정에서 해결해야 할 일이나 3~5는 운전중에 해결해야 할 일들입니다. 
다른 세부 사항은 이곳 게시판 어딘가에서 "NPSH" 키워드로 찾아보도록 하세요.

문경희 riversoul

19-02-20 18:48

사정이 있어 답변 확인이 늦었습니다.

자세한 답변에 감사드립니다만, 사실 globe control valve에서 일어나는 cavitation에 대해 여쭤봤습니다.

valve inlet에서 들어온 유체압이 글로브 형상의 밸브 body를 지나면서 압력강하가 일어날 때
이 압력이 유체의 vapor presssure 아래로 떨어지면 유체(액체이겠죠)가 기화되면서 bubble이 형성되는데
밸브 바디를 빠져나가면서 다시 압력이 회복되면 이 bubble이 터지면서 밸브 내부에 erosino이 발생합니다.
이 때, 유체 온도가 높으면 이 현상이 더 severe하게 일어난다는 말이 있는데, 혹시 그 이유가 궁금해서 여쭤봤습니다.