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서징현상 발생원인/방지법
오늘은 2023년 건축기계설비기술사 시험에 출제된
기계설비에서의 서징현상(Surging) 발생 원인과 방지 방법에 대해 정리해보겠습니다.
서징(Surge)은 송풍기, 펌프, 압축기 등 회전기계류에서
공통적으로 발생할 수 있는 불안정한 진동 현상으로,
특히 운전 조건이 급변하거나 시스템 부하가 일정 이하로 떨어질 때 자주 발생합니다.
서징현상(Surging)이란?
서징현상이란
기계설비에서 흐름이 불안정하게 진동하며, 유체가 앞뒤로 반복 이동하거나
압력과 유량이 비정상적으로 진동하는 현상을 말합니다.
서징은 마치 가득 찬 물병 입구를 갑자기 막아버릴 때
물이 나가지 못하고 입구에서 ‘출렁출렁’ 하며 역류하는 것과 비슷합니다.
이 출렁거림이 반복되면서 내부 압력이 변동되고 시스템이 흔들리는 것이 바로 서징입니다.
보통은 공기나 유체가 송출되지 못하고 역류하거나 펌핑처럼 흔들리는 상태로 나타나며,
압축기나 팬에서는 이 현상이 반복되면 장비 고장의 직접 원인이 되기도 합니다.
서징현상 발생 원인은?
서징현상의 발생원인은 다음과 같습니다.
1. 운전곡선의 불안정 구간 진입
- 송풍기 또는 압축기의 정압-풍량 곡선에서 ‘후부 곡선(곡선이 꺾이는 부분)’에서 운전할 경우
- 시스템 부하가 너무 적어져 팬이 밀어낸 공기가 역류하는 상황
2. 토출측 밸브나 댐퍼 급폐
- 갑자기 배출 경로가 막히면 유체가 빠져나가지 못하고
팬이나 펌프 내부에서 다시 튀어오르는 진동 발생
3. 풍량 부족 + 정압 과잉 조건 지속
- 과도한 정압을 유지하면서 유량이 낮은 상황은
서지 발생 조건에 해당
4. 시스템 저항 곡선과 기계 곡선의 교차점이 불안정한 경우
- 팬 곡선과 설비 부하곡선이 만나는 운전점이
후부 곡선이면 서징 위험이 매우 큼
5. 팬이나 압축기의 과대 선정
- 부하보다 과도하게 큰 장비를 사용할 경우
최소 운전 유량 이하에서 운전되어 서징 발생 가능성 증가
서징현상이 주는 문제점
서징현상이 주는 문제점은 다음과 같습니다.
- 팬 또는 펌프 진동 → 베어링, 축계 손상
- 압력 진동 → 배관·댐퍼·밸브 파손
- 반복 역류 → 기계 수명 단축, 소음 증가
- 장기적으로 제어기기 오작동, 제어 불능 상태 유발
서징 방지 방법
서징현상을 막기 위한 방법은 다음과 같습니다.
1. 최적 운전점(BEP) 내 운전 유지
- 팬 또는 펌프의 성능곡선 중 안정 구간에서 운전
- 곡선의 후부가 아닌 전부에서 시스템 부하와 맞추기
2. 바이패스 라인 설치 (재순환 회로)
- 팬 또는 펌프 토출측에서 일정량을 다시 흡입측으로 순환시켜
최소 유량을 유지해 서징을 예방
3. 댐퍼 및 밸브 개도율 제어 (천천히 열고 닫기)
- 급격한 압력 변화 방지
- 서지 조건에 진입하지 않도록 서서히 변화시킴
4. 압력센서 + 자동제어 연동
- 압력변화를 실시간 감지해 팬 속도나 밸브 개도를 자동 제어
- 인버터(VFD) 제어를 통해 빠르게 회전수 보정 가능
5. 소형 팬 다중 운전 방식 도입 (다수 운전 → 분할 제어)
- 부하에 따라 팬 수를 조절하여 안정 운전
- 부하 저감 시 일부 팬 정지 → 서징 방지
결론
기계설비의 서징(Surging)은
송풍기, 펌프, 압축기 등에서 유량이 부족하거나 압력 조건이 불안정할 때 발생하는 압력·유량 진동현상입니다.
서징현상에 대해 표로 정리해보면 다음과 같습니다.
| 구분 | 내용 |
| 원인 | 풍량 과소, 정압 과대, 운전곡선 후부 진입, 급폐변 동작 |
| 현상 | 유체 진동, 압력 역류, 팬 진동, 제어 불안정 |
| 결과 | 팬 파손, 배관 손상, 제어기기 오류 |
| 방지법 | 안정운전곡선 유지, 재순환 회로 설치, 인버터 제어, 바이패스 댐퍼 적용 |
서징은 사소한 운전 조건 변화로도 장비 전체에 큰 영향을 줄 수 있으므로,
설계단계부터 운전점 분석과 제어 방식 선정이 매우 중요합니다.
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