캐비테이션 진단

1. 정의: 캐비테이션이란 무엇인가?

캐비테이션 펌프 및 기타 유압 시스템에서 발생하는 파괴적인 현상입니다. 액체 내 증기 기포가 빠르게 형성되고 격렬하게 붕괴(내파)되는 현상입니다. 이는 액체의 정압이 증기압보다 낮아질 때 발생합니다.

종종 "쉿쉿거리는" 또는 "구슬이 덜거덕거리는" 소리로 설명되지만 공동 현상은 중요한 원인입니다. 진동 펌프 임펠러와 케이싱에 심각한 부식성 손상을 일으킬 수 있습니다. 이는 기계적 문제가 아닌 유압 문제의 징후이지만, 진동 분석을 통해 쉽게 감지할 수 있습니다.

이것은 가장 흔한 캐비테이션의 형태입니다. 펌프에 유체가 "고갈"되었을 때 발생합니다. 즉, 순 유효 흡입 양정(NPSHa)이 펌프의 필요 순 유효 흡입 양정(NPSHr)보다 낮을 때 발생합니다.

기구: 임펠러 날개의 압력이 낮아져 액체가 끓어 증기 기포를 형성합니다. 이 기포는 임펠러 날개의 고압 영역으로 이동하면서 격렬하게 붕괴됩니다.
원인: 흡입 필터가 막혔거나, 흡입 밸브가 부분적으로 닫혔거나, 흡입 라인의 직경이 너무 길거나 너무 작거나, 펌프가 너무 높은 높이에서 유체를 들어올려야 하는 경우입니다.

이런 현상은 흔하지 않으며 펌프의 배출 압력이 매우 높아 유체가 펌프 밖으로 흘러나가지 못할 때 발생합니다.

기구: 유체는 임펠러 날개 사이에 갇히고 고속으로 재순환하면서 기포가 형성되는 저압 진공 영역을 생성합니다. 이 기포는 저압 영역을 벗어나면서 파열됩니다.
원인: 배출 밸브가 막히거나 닫히거나, "데드 헤드"(완전히 막힌 배출 라인)에 대한 펌핑입니다.

수천 개의 작은 증기 기포가 격렬하게 폭발하는 과정은 단일하고 깔끔한 주파수를 생성하지 않습니다. 대신, 매우 뚜렷한 진동 신호를 생성합니다.

고주파 광대역 소음: 캐비테이션의 주요 지표는 "소음 바닥"의 상당한 증가입니다. FFT 스펙트럼특히 고주파(일반적으로 2,000Hz 이상)에서 두드러집니다. 뚜렷한 피크가 아닌 무작위적이고 광대역적인 에너지의 "혹"처럼 보입니다.
무작위적이고 불안정함: 진동은 무작위적이고 비주기적이기 때문에 날카로운 피크가 발생하지 않습니다. 전체 진폭은 크게 변동할 수 있습니다.
블레이드 패스 주파수의 잠재적 고조파: 어떤 경우에는 캐비테이션으로 인한 무작위 에너지가 블레이드 통과 주파수(BPF = 베인 수 × 달리기 속도)과 그 고조파가 있지만, 여전히 가장 큰 특징은 광대역 잡음 플로어입니다.

캐비테이션이 심하면 임펠러의 침식 등 2차 손상을 일으킬 수 있으며, 이는 진정한 기계적 결함으로 이어질 수 있습니다. 불균형이는 높은 1X 피크로 나타납니다.

진동 시그니처는 무작위 소음이기 때문에 때때로 난류 또는 유동 관련 문제의 다른 원인과 혼동될 수 있습니다. 다음을 통해 확인할 수 있습니다.

청취: 캐비테이션은 펌프 내부에서 자갈이나 구슬이 굴러다니는 것과 같은 뚜렷한 소리를 발생시키는 경우가 많습니다.
프로세스 변경 사항: 흡입 캐비테이션이 의심되는 경우, 흡입 밸브를 조심스럽게 천천히 열거나(부분적으로 닫힌 경우) 흡입 스트레이너를 청소하면 고주파 진동 소음을 즉시 줄이거나 없앨 수 있습니다. 이는 매우 효과적인 진단 검사입니다.

캐비테이션은 마이크로젯 망치처럼 작용하여 임펠러 베인과 펌프 용적을 쪼개고 침식시켜 조기 고장으로 이어지므로, 캐비테이션을 신속하게 해결하는 것이 중요합니다.