캐비테이션이란?

캐비테이션이란?

캐비테이션(Cavitation)은

펌프나 터빈 같은 유체기계 내부에서 액체가 갑자기 기화되었다가,

다시 액체로 급격히 응축하면서 작은 충격파를 만드는 현상입니다.

 

좀 더 직관적으로 말하면,

액체가 흐르다가 압력이 너무 낮아져서 거품처럼 기포가 생겼다가,

그 기포가 터지면서 작은 폭발이 일어나는 거예요.

 

이때 생기는 에너지가 펌프 날개를 갉아먹고, 진동과 소음을 유발합니다.

 

 

 

 

캐비테이션 원리

왜 이런 일이 생길까?

 

액체는 압력이 너무 낮아지면 끓기 시작합니다.

끓는다고 해서 물을 데운 게 아니라,

압력이 낮아져서 끓는 겁니다. 이것을 플래싱(flash boiling)이라고도 합니다.

 

예를 들어 물도 1기압일 땐 100℃에서 끓지만,

압력을 낮추면 40℃에서도 끓을 수 있어요.

 

펌프 내부에서 유속이 빨라지는 구간, 특히 임펠러 입구 쪽은 압력이 뚝 떨어지는데,

이때 액체가 끓어 생긴 기포가 뒤쪽 고압 구간으로 이동하면서 갑자기 터지게 됩니다.

이게 바로 캐비테이션입니다.

 

 

캐비테이션 발생 조건

• 펌프를 높은 위치에 설치했을 때 (낙차 부족)
• 냉각탑 시스템에서 유량 조절이 잘 안 될 때
• 냉매 펌프를 잘못 설계하거나, 냉매 온도가 높을 때
• 장기 운전 중 흡입 필터가 막혔을 때

이럴 땐 펌프 근처에서 ‘찰찰’거리는 이상한 소리가 나거나,

작동은 하는데 유량이 불안정하고, 운전 진동이 커지는 걸 느낄 수 있습니다.

 

 

 

 

캐비테이션 문제점

작은 기포 하나가 터지는 건 별일 아닐 수 있죠.

하지만 이게 초당 수천 번, 수만 개의 기포가 한꺼번에 터진다고 생각해보세요.

그 충격이 펌프 임펠러 표면에 마치 모래 blasting하듯 계속 때립니다.

 

결과적으로는

• 임펠러가 침식되고,
• 소음이 커지고,
• 진동이 늘어나고,
• 펌프 수명이 급격히 줄어듭니다.

 

그리고 장비의 성능도 떨어지고,

경우에 따라서는 순환 시스템 전체가 흔들릴 수 있어요.

 

 

 

 

캐비테이션 예방법

 

캐비테이션은 주로 NPSHa가 NPSHr보다 작을 때 발생합니다.

NPSH는 ‘순양정 흡입에너지’라는 말인데, 쉽게 말해 펌프 입구에서의 압력 여유분입니다.

• NPSHa (Available) : 실제 시스템에서 제공되는 여유 압력
• NPSHr (Required) : 펌프가 요구하는 최소 여유 압력

 

예방의 핵심은 NPSHa ≥ NPSHr가 되도록 만드는 것이에요.

이걸 위해 할 수 있는 일은 다음과 같습니다.

• 흡입측 배관을 짧고 굵게 설계하기
• 배관 내 밸브나 엘보 등 저항 요소를 최소화하기
• 흡입조 수위를 높이거나, 펌프를 낮은 위치에 설치해서 압력 확보하기
• 냉각수나 냉매의 온도를 너무 높이지 않기 (온도가 높으면 증기압도 높아져 기화가 쉬워짐)

 

 

 

결론

캐비테이션은 단순한 기포 문제가 아니라,

압력과 온도, 유속이 함께 얽힌 복합적인 설계 이슈입니다.

 

펌프와 냉동기계를 다루는 사람이라면 반드시 알아야 할 개념이고,

시공·설계·유지보수 어디서든 실무 판단에 큰 영향을 미치는 현상입니다.

 

 

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