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에너지관리기사 열설비 · 펌프의 특성곡선과 공동현상

Pump Curves and Cavitation

펌프 특성곡선과 배관 시스템곡선이 만나는 점이 운전점이에요. NPSH가 부족하면 공동현상으로 성능과 수명이 무너져요. 급수·순환펌프 운전의 핵심 판정이에요. 토출 개도를 바꾸면 운전점 이동이 보여요.

펌프의 운전점은 두 곡선의 교점

펌프는 유량이 늘수록 낼 수 있는 양정이 줄어드는 특성곡선을 갖고, 배관계통은 유량이 늘수록 저항이 커지는 시스템곡선을 갖습니다. 두 곡선이 만나는 곳이 실제 운전점이며, 밸브를 조이면 운전점이 이동합니다.

💠 운전점과 공동현상
①운전점 = 펌프곡선과 시스템곡선의 교점(유량·양정 결정)
②밸브를 조이면 저항 증가로 운전점이 소유량 쪽으로 이동
③흡입측 압력이 포화증기압 아래로 내려가면 기포가 생김(공동현상)
④NPSHa ≥ NPSHr 조건을 지켜야 캐비테이션을 막는다

밸브개도로 운전점 이동

100 %
운전 유량
Q = 43.3
개도 100%
운전 양정
H = 26.3 m
교점의 양정
🔎 밸브를 조이면
①시스템곡선이 가팔라져(저항 증가) 교점이 왼쪽으로 이동
②유량은 줄고 양정은 커진다
③토출밸브 교축은 간단하나 여분의 동력을 버리는 손실
④에너지 절감은 회전수 제어(인버터)가 유리

흡입양정으로 캐비테이션 판정

3 m
현재 유효흡입수두
NPSHa = 6.59 m
NPSHr=4 m 이상 → 정상
⚠️ 공동현상(캐비테이션)
①흡입측 압력이 그 온도의 포화증기압 아래로 내려가면 기포 발생
②기포가 임펠러에서 터지며 소음·진동·침식·양정 저하를 일으킴
③흡입양정 Hs를 낮추고(펌프를 수면 가까이), 흡입배관 손실을 줄여 예방
④유효흡입수두 NPSHa가 펌프의 필요흡입수두 NPSHr 이상이어야 안전

핵심 공식

유효흡입수두
NPSHa = Pa - Pvγ - Hs - hL
Pa=대기압, Pv=포화증기압, Hs=흡입양정, hL=흡입손실
캐비테이션 방지 조건
NPSHa ≥ NPSHr
유효흡입수두가 필요흡입수두 이상
상사법칙(회전수)
Q2Q1 = N2N1, H2H1 = (N2N1)2
유량은 회전수에, 양정은 회전수 제곱에 비례

핵심 정리와 시험 포인트

🎯 시험 포인트
①운전점 = 펌프곡선(H=H0-aQ²)과 시스템곡선(H=Hst+cQ²)의 교점
②NPSHa = (Pa-Pv)/γ - Hs - hL, 조건 NPSHa ≥ NPSHr
③캐비테이션: 흡입압이 포화증기압 이하 → 기포·소음·침식·양정저하
④예방: 흡입양정 Hs 낮춤, 흡입손실 줄임, 회전수·유량 적정화
⑤상사법칙: Q∝N, H∝N², 축동력 L∝N³
📝 대표 기출문제
①[기출유형] Pa/γ=10.33, Pv/γ=0.24, hL=0.5, Hs=3 m일 때 NPSHa는? (답: 10.33-0.24-0.5-3 = 6.59 m)
②[기출유형] 회전수를 2배로 하면 양정은? (답: 4배, H∝N²)
③[기출유형] 캐비테이션을 막는 부등식은? (답: NPSHa ≥ NPSHr)
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