캐비테이션 진단
캐비테이션 에서 발생하는 파괴적인 현상입니다. 펌프 및 기타 유압 시스템: 액체에서 증기 기포가 빠르게 형성되고 격렬하게 붕괴(파열)되는 현상입니다. 액체의 국부적인 정압이 증기압 아래로 떨어지면 액체가 주변 온도에서 순간적으로 끓었다가 압력이 회복되면서 다시 응축될 때 발생합니다. 흔히 “쉭쉭” 또는 “구슬이 덜컹거리는” 소리로 묘사되지만, 캐비테이션은 다음과 같은 중요한 원인입니다. 진동 임펠러와 케이싱에 심각한 침식성 손상을 일으킬 수 있습니다. 결정적으로, 이는 곧 유압 기계적인 문제가 아닌, 다음과 같은 방법으로 쉽게 감지할 수 있습니다. 진동 분석, 는 진동을 사용하여 프로세스 오류를 진단하는 대표적인 예입니다.
1. 정의: 캐비테이션이란 무엇인가?
캐비테이션의 물리학은 국부 압력과 증기 압력 사이의 관계에 달려 있습니다. 펌프 내부에서 액체는 임펠러 아이에 들어가면서 가속되고, 베르누이의 원리에 따라 가속이 국부 압력을 떨어뜨립니다. 압력이 액체의 증기압 아래로 떨어지면 작은 증기 공동이 핵을 형성합니다. 이들은 흐름이 더 높은 압력 영역(일반적으로 베인을 따라 몇 밀리미터 더 떨어진 곳)으로 이동하여 거의 즉각적으로 붕괴할 때까지만 생존합니다. 붕괴할 때마다 미세한 파열이 일어나면서 급격한 압력 스파이크와 고주파 에너지가 방출됩니다. 여기에 매초마다 형성되는 수천 개의 기포를 곱하면 누적된 효과는 금속 표면의 느리고 끊임없는 구멍과 함께 가청 소음과 측정 가능한 진동으로 나타납니다.
2. 두 가지 유형의 캐비테이션
a) 흡입 캐비테이션
가장 일반적인 형태입니다. 펌프에 유체가 “고갈”된 경우, 즉 순 양수 흡입 헤드 사용 가능량(NPSHa)이 펌프의 순 양수 흡입 헤드 필요량(NPSHr) 아래로 떨어질 때 발생합니다.
- 기구: 임펠러 날개의 압력이 낮아져 액체가 끓어 증기 기포를 형성합니다. 이 기포는 임펠러 날개의 고압 영역으로 이동하면서 격렬하게 붕괴됩니다.
- 원인: 흡입 필터 또는 스트레이너가 막힌 경우, 흡입 밸브가 부분적으로 닫힌 경우, 흡입 라인이 너무 길거나 직경이 너무 작은 경우, 너무 높은 높이에서 유체를 들어올리는 데 필요한 펌프가 있는 경우입니다.
흡입 측 마진은 근본적으로 NPSH 문제이므로 설치를 설계하거나 문제를 해결할 때 수치를 명시적으로 확인하는 것이 도움이 됩니다. NPSH 계산기 는 사용 가능한 헤드를 계산하여 시스템이 캐비테이션 임계값에 얼마나 근접해 있는지 보여줍니다.
b) 배출 캐비테이션
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.
방전 캐비테이션 뒤에 있는 고속 내부 재순환은 흐름과 밀접한 관련이 있습니다. 재순환, 와 동일한 증상을 공유하는 또 다른 저유량 불안정성이며 여러 가지 원심 펌프 결함 분석가는 구별하는 법을 배웁니다.
3. 캐비테이션의 진동 특징
수천 개의 작은 증기 기포가 격렬하게 폭발하는 과정은 단일하고 깔끔한 주파수를 생성하지 않습니다. 대신, 매우 뚜렷한 진동 신호를 생성합니다.
- 고주파 광대역 잡음: 주요 지표는 “노이즈 플로어”가 크게 증가하는 것입니다. FFT 스펙트럼, 특히 고주파수(일반적으로 2,000Hz 이상)에서 나타납니다. 이는 개별적인 피크가 아닌 무작위 에너지의 넓은 “혹'으로 나타납니다.
- 무작위적이고 불안정합니다: 진동은 무작위적이고 비주기적이기 때문에 날카로운 선이 생기지 않으며 전체 진폭이 시시각각 눈에 띄게 변동할 수 있습니다. 이러한 무작위성이 캐비테이션과 일반 흐름을 구분하는 요소입니다. 난류, 보다 가볍고 빈도가 낮은 경향이 있습니다.
- 블레이드 통과 주파수의 잠재적 고조파: 어떤 경우에는 무작위 에너지가 블레이드 통과 주파수 (BPF = 베인 수 × 운전 속도)와 그 고조파를 포함하지만, 여전히 광대역 노이즈 플로어가 지배적인 특징입니다. 펌프에서 이 동일한 구성 요소는 종종 베인 통과 주파수.
에너지가 광대역이고 충동적이기 때문에 반복적인 충격에 맞게 조정된 기술을 사용하면 진단을 더 선명하게 할 수 있습니다: 엔벨로프 분석 및 다음과 같은 메트릭 크레스트 팩터 급격한 버블 붕괴 과도현상에 강력하게 대응합니다. 캐비테이션이 진행되도록 방치하면 임펠러의 침식이라는 2차 손상이 발생할 수 있으며, 이 경우 기계적인 문제가 발생할 수 있습니다. 불균형 1배의 높은 피크로 나타나는데, 이는 하나의 결함이 다른 결함을 낳을 수 있음을 알려주는 유용한 알림입니다.
4. 확인
이 시그니처는 무작위 노이즈 중 하나이므로 다른 난기류 또는 흐름 관련 소스와 혼동될 수 있으므로 수리를 진행하기 전에 확인하는 것이 좋습니다:
- 청취: 캐비테이션은 종종 펌프 내부에서 자갈이나 구슬이 굴러다니는 것과 같은 뚜렷한 소리를 내며, 이는 작업자가 바닥에서 가장 먼저 알아차리는 단서가 되는 경우가 많습니다.
- 프로세스 변경: 흡입 공동화가 의심되는 경우 부분적으로 닫힌 흡입 밸브를 조심스럽게 천천히 열거나 흡입 스트레이너를 청소하면 즉시 고주파 소음을 줄이거나 제거할 수 있습니다. 이 고의적인 변경 및 관찰 테스트는 유압 원인을 직접 조작하기 때문에 가장 효과적인 확인 방법 중 하나입니다.
캐비테이션을 신속하게 해결하는 것이 중요합니다. 캐비테이션은 미세한 제트 해머처럼 작용하여 임펠러 베인과 펌프 볼트를 깎아내어 조기 고장으로 이어집니다. 현장에서는 진동 분석기로 광대역 시그니처를 확인하고 유압 원인을 제거한 다음 기계가 깨끗한 기계 상태로 돌아갔는지 확인하는 것이 실제 워크플로우입니다. 다음과 같은 휴대용 2채널 계측기는 발란셋-1A 는 프로세스 결함이 치료되면 1× 진폭 및 위상 작동 속도에서 펌프의 자체 베어링에 잔류하는 모든 불균형 침식으로 인해 남겨진 흔적을 현장에서 정량화하고 수정할 수 있습니다. 밸런싱.
