공동현상(기수 분리, 수주 분리)의 발생원인, 영향

1) 개요

국소 압력의 강하로 인하여 액체에서 공기가 분리하는 현상

 

2) 발생원인

가). 흐르는 유체의 정압 강하 : 흐르는 유체에서 의의 지점의 정압이 해당 유체의 포화증기압 보다 낮아지게 되어 발생

나). 유체의 온도에 따른 포화증기압의 강하 : 유체의 온도가 높은 경우에 관의 수축부를 통과할 때 베르누이 방정식에 의해 목 부분의 압력이 가장 낮게 되어 발생

< 베르누이 방정식 >

 

3) 영향

가). 소음/진동 발생 : 발생 기포가 고압영역으로 유입되면서 기포의 급격한 붕괴로 소음과 진동이 발생한다.

나). 양정 및 동력효율의 저하 : 양정 및 효율의 강하(저하) 정도는 비속도 및 임펠러 단수에 반비례한다.

다) 깃의 침식 : 기포가 깃 표면 부근에서 붕괴되면 기포 체적의 급격한 감소로 기포 주위의 유체압력이 급격히 증가하여, 깃 표면에 점 침식(Pitting)을 유발하여 펌프 수명 저하의 원인이 된다.(기포 소명 시 발생하는 Hammering 효과에 의한 부식 발생)

 

4) 방지책(캐비테이션 부식 방지대책)

• 펌프의 설치위치를 낮추어 유효 흡입수두를 크게 한다.
• 펌프 회전수를 낮추고, 흡입 비속도를 적게 한다.
• 양흡입 펌프를 사용하거나 1대 펌프를 2개로 분할한다.
• 흡입 관경을 크게 하고, 밸브, 플랜지 등 관이음류의 수를 줄여 손실수두를 줄인다.
• 임펠러 재질을 점 침식에 강한 재질(18-8 스테인리스 강 등)으로 변경한다.

※ Cavitation 발생 한계

(1) 발생한계 조건

 

(2) 토마의 캐비테이션 계수 σ

 

∴ σ : 토마 캐비테이션 계수(펌프의 크기, 회전수에 관계없고, 펌프의 구조, 즉 Ns(비속도)에 의해 정해지는 무차원 상수)

< 캐비테이션 발생한계 조건 >