상하수도 120회 1교시 문제 6. 펌프의 공동현상

답 1. 공동현상(Cavitation)

1) 개요

- 펌프 흡입구 부분의 압력이 그 온도의 물의 포화증기압보다 작은 경우 액체가 증발하여 공기가 발생하는 현상

2) 발생원인

- 임펠라 입구에서 가장 압력저하 → 압력이 포화증기압 이하면 공동 발생 → 공동이 수류를 따라 이동, 고압력에서 순식산에 소멸 → 주위로부터 액체주입 → 충격압 발생

3) 피해현상

- 펌프 내 소음진동 발생

- 임펠러 파손침식으로 펌프수명 단축

- 양수성능 급격저하 → 양수불능

4) 대책

- 펌프 위치 낮게하여 흡입정(h) 줄임(5m 이내)

- 흡입관 짧게(흡입 손실수두 작게)

- 펌프의 전양정은 실제에 맞게 계획(과다여유 피함)

- 불가피 시 임펠러 재질은 고품질 사용

- 유효 NPSH – 필요 NPSH > 1.0 ~ 1.5m

답 2. 유효흡입수두(NPSH, Net positive suction head)의 개요

- 유효흡입수두란 펌프 시스템에서 액체를 흡입하면서 흡상높이를 높일 수 있는 여유를 말함

- 공동현상의 방지를 위해, 펌프가 수증기를 증발시키지 않고 이용할 수 있는 유효흡입수두 (NPSHav)가 펌프의 회전차 입구에서 발생하는 손실 등으로 인하여 펌프가 필요로 하는 최소한의 유효흡입수두(NPSHre)보다 커야 함

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답 3. 유효흡입수두 산정방법

- NPSHav(available)와 NPSHre(require) : 수두(m) 혹은 압력(bar)으로 표시

1) NPSHav(available, 펌프가 이용할 수 있는 유효흡입수두)

- 여기서, Ha : 대기압(10.33m), Hvp : 포화증기압(20℃에서 0.24m)

Hs : 흡입 실양정(m), Hf : 흡입관의 손실수도(m)

2) NPSHre(required, 펌프가 필요한 유효흡입수두)

- 펌프의 회전차 입구에 유입된 액체는 회전차 입구에서 가압되기 전에 일시적인 압력강하가 발생하는데, 이 때 공동현상이 발생하지 않는 수두를 펌프의 요구(필요) 흡입수두라 함

(1) 흡입비 속도법

- 여기서, N : 펌프의 회전수(rpm)

Q : 펌프의 토출량(㎥/min)

S : 흡입비 속도(㎥/min·m·rpm)

(2) Thoma 계수법

- 여기서, σ : Thoma의 cavitation 계수(Ns와 관계)

- H : 펌프의 전양정

 

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