✅ 펌프에서 캐비테이션이란? – 현상, 증상, 문제점과 방지 대책까지 완벽 정리!

 

펌프 고장의 원인 1순위, 캐비테이션(Cavitation). 이 글 하나로 모든 것을 이해하고 예방하는 방법까지 마스터하세요!

1. 캐비테이션이란 무엇인가?

‘캐비테이션(Cavitation)’은 펌프, 터빈, 프로펠러 등 유체기계에서 발생하는 기체화 현상을 말합니다. 액체가 국소적으로 기화점 이하의 압력에 도달하면 수증기 방울(기포)이 생기고, 이 기포가 고압 영역으로 이동하면서 순간적으로 붕괴할 때 발생하는 강력한 충격이 바로 캐비테이션입니다.

쉽게 말해, 물이 끓지도 않았는데 압력이 너무 낮아지면 기포가 생겼다가 터지는 현상이라고 생각하시면 됩니다.

2. 캐비테이션은 왜 발생할까?

캐비테이션은 주로 다음과 같은 상황에서 발생합니다.

• 흡입측 압력이 지나치게 낮을 때

• 유속이 너무 빠르거나 흐름이 불안정할 때

• 온도가 높아서 유체의 증기압이 상승했을 때

• 펌프 설치 위치가 너무 높을 때 (흡입 정격 높이 초과)

즉, 펌프 내부에서 유체의 압력이 국소적으로 낮아져서 액체가 기화하는 상황이 되면 캐비테이션이 발생합니다.

3. 캐비테이션이 발생하면 어떤 증상이 나타날까?

캐비테이션은 눈에 보이지 않지만 다음과 같은 이상 증상이 동반됩니다.

• ❗ 딱딱거리는 금속 충격음 (마치 자갈이 펌프 안에 들어간 것 같은 소리)

• ❗ 진동 증가

• ❗ 유량과 양정의 급격한 감소

• ❗ 펌프 효율 저하

• ❗ 임펠러와 케이싱의 심각한 마모

• ❗ 베어링 수명 단축 및 모터 과부하

• ❗ 펌프의 조기 고장

이러한 현상은 시간이 지나면서 영구적인 손상으로 이어질 수 있습니다.

4. 캐비테이션이 펌프에 미치는 피해

캐비테이션이 장기적으로 지속되면 다음과 같은 구조적·기능적 피해가 발생합니다.

• 🔧 임펠러 블레이드 손상
  → 금속 피로로 인한 크랙, 블레이드 파손

• 🔧 펌프 케이싱 마모
  → 기포 붕괴로 발생하는 충격이 케이싱 표면을 침식시킴

• 🔧 펌프 효율 저하
  → 반복되는 기포 생성과 붕괴로 흐름이 불안정해지고 효율이 급격히 떨어짐

• 🔧 시스템 전체의 진동 증가 및 소음 유발

• 🔧 열 발생과 모터 과부하로 인한 고장

즉, 캐비테이션은 펌프 수명 단축의 주요 원인 중 하나입니다.

5. 캐비테이션의 종류

캐비테이션은 원인과 위치에 따라 다음과 같이 나뉩니다.

① 흡입측 캐비테이션 (Suction Side)

• 가장 일반적인 형태

• 흡입 정격 양정(NPSHa)이 부족할 때 발생

• 주로 임펠러 입구 근처에서 기포 발생

② 토출측 캐비테이션 (Discharge Side)

• 펌프의 토출관에 과도한 압력 손실이 있을 때 발생

• 예: 좁은 밸브나 과도한 배관 저항

③ 재순환 캐비테이션 (Internal Recirculation)

• 펌프의 유량이 너무 낮을 때 내부에서 유체 재순환이 일어남

• 기포가 생기고 내부 충격 발생

6. 캐비테이션 방지 대책

✅ 1. NPSH 확보

• NPSH (Net Positive Suction Head) = 펌프가 흡입하는 유체에 필요한 최소 압력

• NPSHa > NPSHr (실제 확보된 NPSH > 펌프가 요구하는 NPSH) 조건을 만족해야 함

• 방법:

  • 흡입 파이프를 짧고 직선으로 설계

  • 배관의 굴곡 최소화

  • 펌프 설치 높이를 낮게 유지

✅ 2. 펌프 설계 조건 확인

• 설계 유량과 양정에 적합한 펌프 사용

• 임펠러 직경 조정 및 재질 선택

• 인버터 사용으로 유량 조절 가능

✅ 3. 유체의 온도와 기화점 고려

• 높은 온도의 유체는 쉽게 기화되므로, 냉각 시스템이나 온도 관리 필수

✅ 4. 토출측 저항 점검

• 토출 밸브, 배관, 필터의 막힘 여부 확인

• 배관 직경 확대 및 유량 분산

✅ 5. 정기 점검 및 진동 분석

• 캐비테이션 초기 증상은 진동 변화로 먼저 나타남

• 진동 분석기나 열화상 카메라 활용 권장

7. 실제 사례로 보는 캐비테이션

🔎 사례 1: 냉각수 순환펌프 고장

• 제조공장의 냉각수 펌프에서 캐비테이션이 발생

• 증상: 이상한 소음, 진동, 수온 상승

• 원인: 흡입관 끝에 이물질로 인한 압력 손실

• 조치: 필터 교체, 배관 청소, 펌프 재설치

🔎 사례 2: 농업용 양수 펌프 파손

• 농업용 지하수 양수 펌프에서 임펠러가 일부 파손됨

• 원인: 설치 깊이가 지나치게 높아 NPSHa 부족

• 해결: 펌프 설치 위치 조정, 고압용 모델 교체

8. 펌프 설계 시 고려해야 할 캐비테이션 예방 요소

• 💡 펌프 선정 시 NPSHr 체크

• 💡 운전 유량이 최소 30~70% 범위 내

• 💡 흡입배관은 최대한 짧게, 수평 또는 하향 배관 권장

• 💡 배관 끝에 스트레이너, 필터 등 정기 점검 필수

9. 캐비테이션 관련 기술용어 정리

• NPSHa (Net Positive Suction Head Available)
  → 실제 시스템에서 확보 가능한 흡입측 압력 여유.
  → 펌프가 유체를 빨아들이는 데 실제로 사용할 수 있는 압력.

• NPSHr (Net Positive Suction Head Required)
  → 펌프 제조사가 제시하는 최소 요구 압력.
  → 이 값보다 NPSHa가 낮으면 캐비테이션 발생 위험이 커짐.

• 임펠러 (Impeller)
  → 펌프 내부에서 회전하면서 유체에 에너지를 전달하는 부품.
  → 날개(블레이드) 형태로 되어 있으며, 캐비테이션에 가장 취약함.

• 캐비테이션 (Cavitation)
  → 유체의 압력이 기화점 이하로 떨어져 기포가 생겼다가 터지며 발생하는 현상.
  → 펌프 손상의 주된 원인이며, 소음·진동·마모를 유발함.

10. 결론: 캐비테이션을 무시하면 펌프는 반드시 고장난다

캐비테이션은 단순한 소음 문제가 아니라 펌프의 수명을 급격히 단축시키는 심각한 현상입니다. 특히 산업 현장이나 공장, 농업, 수처리 분야 등에서 펌프는 시스템의 심장과 같기 때문에, 캐비테이션 방지는 필수적입니다.

정확한 NPSH 계산, 설계 기준 준수, 주기적인 유지보수와 진단을 통해 캐비테이션을 미리 예방하고, 고장 없는 펌프 시스템을 운영하세요.

 

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