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▶유압기기에 대해 다루는 포스팅
6. 공동현상 (Cavitation)
공동현상이 발생하는 부분
공동현상은 펌프의 흡입구에서 주로 발생합니다. 유체가 펌프로 흡입될 때, 특정 조건에서 압력이 유체의 증기압 아래로 떨어지면서 유체 내에 작은 기포들이 형성됩니다. 이 기포들이 고압 영역으로 이동하면서 급격히 붕괴하게 되고, 이 과정에서 발생하는 충격파가 펌프 내부 부품을 손상시키고, 진동과 소음을 유발합니다.
유압펌프에서의 공동현상 방지책
- 적절한 흡입 높이 유지: 흡입 라인의 높이를 가능한 낮게 설정하여, 펌프로의 유체 흐름을 쉽게 만듭니다.
- 흡입 압력 확인: 흡입 라인의 압력이 너무 낮지 않도록 하여 유체의 증기압 아래로 떨어지지 않게 합니다.
- 펌프 속도 조절: 펌프의 속도를 조절하여 유체에 과도한 스트레스가 가해지지 않도록 합니다.
- 흡입 라인의 장애물 제거: 흡입 라인을 깨끗이 유지하고, 공기나 기타 장애물이 유입되지 않도록 합니다.
- 유효흡입수두(NPSH, Net Positive Suction Head) 확보: 펌프의 흡입 성능을 보장하기 위해 필요한 최소한의 압력 마진입니다.
- 흡입 라인의 저항 최소화: 흡입 라인을 가능한 짧고 직선으로 설계하고, 굴곡이나 급격한 직경 변화를 피합니다.
유효흡입수두(NPSH) 계산
유효흡입수두(NPSH)는 다음 공식으로 계산할 수 있습니다:
\( NPSH = P_{a} – P_{v} – H_{f} – H_{s} \)
여기서:
- \( P_{a} \): 대기압(흡입 탱크가 대기와 연결되어 있는 경우) 또는 흡입 탱크의 압력(절대압, 단위: m),
- \( P_{v} \): 유체의 증기압(절대압, 단위: m),
- \( H_{f} \): 흡입 라인에서의 마찰 손실(단위: m),
- \( H_{s} \): 펌프 중심선까지의 유체 표면으로부터의 수직 거리(단위: m).
이 공식에서 얻은 NPSH 값은 펌프가 제대로 작동하기 위해 필요한 최소한의 흡입 조건을 나타냅니다. 즉, 펌프에 의해 생성되어야 하는 최소한의 압력 마진으로, 공동현상 없이 펌프가 안정적으로 운영될 수 있도록 해줍니다.
중요 포인트
- 계산된 NPSH 값은 펌프 제조업체가 제공하는 펌프의 \( NPSH_{required} \) 값보다 커야 합니다. \( NPSH_{available} > NPSH_{required} \)
- \( H_{s} \)는 일반적으로 흡입 탱크의 유체 표면에서 펌프 흡입구 중심선까지의 수직 거리로, 이 값이 음수인 경우(즉, 펌프가 유체 표면보다 높은 위치에 있는 경우) 흡입 헤드 손실로 작용합니다.
- \( H_{f} \)는 흡입 라인의 길이, 직경, 유체의 속도, 그리고 라인 내의 모든 피팅과 밸브로 인한 마찰 손실을 고려하여 계산됩니다.
펌프의 소음
펌프 소음을 줄이는 방법
- 정기적인 유지보수: 마모된 부품의 교체, 윤활상태 점검 등을 통해 펌프가 최적의 조건에서 작동하도록 합니다.
- 진동 감소: 펌프 및 모터의 마운팅을 점검하고, 필요한 경우 진동을 감소시키기 위한 방진 장치를 설치합니다.
- 소음 저감 재료 사용: 펌프 주변에 소음을 줄일 수 있는 방음 재료를 설치합니다.
- 적절한 펌프 선택: 소음 수준이 낮은 펌프 모델을 선택하고, 펌프의 용량과 응용 분야가 적절히 매칭되도록 합니다.
공동현상과 소음은 유압 시스템의 성능과 수명에 영향을 미칠 뿐만 아니라 작업 환경에도 부정적인 영향을 줄 수 있습니다. 따라서, 이러한 이상 현상을 방지하고 적절히 관리하는 것이 중요합니다.
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