HM380 펌프의 캐비테이션 교육 장비, 직업 훈련 장비, 유체 역학 실험 장비

1. 제품 개요
1.1 캐비테이션 소개
수중 펌프 캐비테이션이란 수중 펌프 유동 시스템의 저압 영역에 있는 기포가 물이 고압 영역에 도달하면서 압축되어 급격히 붕괴되는 현상을 말합니다. 이는 유압 성능 저하 및 유동 부품 손상을 초래합니다.
수중 펌프 장치의 유효 캐비테이션 여유가 필요 캐비테이션 여유보다 작고, 펌프 내부의 부분 압력이 액체 온도에서의 포화 증발 압력까지 떨어지면, 액체와 고체 사이의 접촉면에 존재하는 불순물, 미세 고체 입자 또는 액체 계면(액체와 고체)의 기체 핵이 급속히 성장하여 캐비테이션 기포를 형성하고, 물의 흐름과 함께 고압 영역에 도달하여 주변 액체의 압축에 의해 급격히 붕괴됩니다. 캐비테이션 붕괴 영역에서 금속 표면은 수격 현상을 겪게 되는데, 그 빈도는 초당 수만 회에 달할 수 있으며, 매우 작은 면적에 작용하기 때문에 응력은 수천 기압에 이를 수 있습니다. 이처럼 큰 응력이 빈번하게 가해지면 금속 표면층이 소성 변형되고 경화되어 국부적인 피로와 미세 균열이 발생하고, 이는 캐비테이션 발생을 촉진합니다. 금속 부품이 파손되거나 박리될 수 있습니다. 캐비테이션은 임펠러 블레이드의 앞면과 뒷면, 또는 임펠러의 외측 가장자리와 임펠러 챔버 벽 사이에서 발생할 수 있습니다. 일반적으로 워터 펌프의 캐비테이션은 펌프의 유량, 양정, 출력 및 효율을 감소시키고, 장비의 진동과 소음을 유발하며, 장비 수명을 단축시키고, 공사 안전에 영향을 미칩니다. 특히 모래 함량이 높은 하천에서 물을 끌어올리는 펌프의 경우 이러한 현상이 더욱 심각합니다.
1.2 워터 펌프 캐비테이션의 원인:
펌프 입구 압력이 해당 온도에서의 포화 증기압보다 낮으면 액체가 기화됩니다. 동시에 액체에 용해된 기체가 액체에서 빠져나와 수많은 작은 증기 기포를 형성하고 액체를 따라 이동합니다. 임펠러의 유로로 유입될 때, 임펠러 회전에 의해 발생하는 압력이 포화 증기압보다 커지면 이 작은 증기 기포들이 재응축되어 소멸하면서 공동(캐비테이션)을 형성합니다. 이때 주변의 액체가 매우 빠른 속도로 공동으로 몰려들고, 액체 입자들이 서로 충돌하여 국부적인 수격 현상을 일으켜 수백 기압에 달하는 압력을 발생시킵니다. 기포의 크기가 클수록 응축 및 소멸 시 발생하는 국부적인 수격 현상은 더욱 커집니다. 이러한 수격 충격의 속도는 매우 빠르며, 최대 초당 2500회에 달하는 빈도로 임펠러 표면에 격렬한 충격을 가하여 기계적 부식을 일으킵니다. 이처럼 액체의 증발, 응축, 충격 및 금속 부식이 복합적으로 발생하는 현상을 캐비테이션이라고 합니다.

1.3 캐비테이션 손상
기포가 소멸될 때 액체 입자들이 서로 충돌하면서 소음이 발생합니다. 캐비테이션이 심해지면 진동이 발생하고, 유량, 양정, 효율이 크게 감소하며 "배기" 현상이 나타납니다. 동시에 캐비테이션 침식으로 인해 임펠러가 얇아지고, 심지어 블레이드와 커버에 구멍이 뚫릴 수도 있습니다. 캐비테이션은 펌프 성능 저하, 장치 작동 불안정, 금속 표면 재료의 피로 및 침식, 소음 및 진동 증가를 초래합니다. 따라서 설계 및 운영 관리 단계에서 워터 펌프의 캐비테이션을 분석, 연구 및 모니터링하고 적시에 효과적인 보호 조치를 취해야 합니다.
1.4 제품 소개
본 제품은 원심 펌프 임펠러의 캐비테이션 현상을 관찰할 수 있도록 제작되었습니다. 펌프 케이싱과 펌프 흡입구 측 배관은 투명 플라스틱으로 제작되어 캐비테이션 과정을 관찰할 수 있습니다. 짧은 노출 시간(플래시 사용)으로 사진을 촬영하면 기포의 선명한 이미지를 얻을 수 있습니다. 펌프의 입구와 출구에 있는 밸브를 조절하여 유량과 압력을 적절하게 조절할 수 있습니다. 입구와 출구의 압력은 두 개의 압력계에 표시됩니다. 물탱크에는 히터가 장착되어 있어 수온을 조절할 수 있습니다. 동시에 물탱크 내부의 수온, 유량 및 펌프 속도가 표시됩니다. 물은 급수 시스템을 통해 냉각됩니다.
2. 성능 매개변수
크기: 가로x세로x높이 1000x630x590mm
무게: 70kg 미만
전압: AC220V 50Hz
워터펌프: 출력 370W, 유량 3m³/h, 양정: 14m
물탱크 용량: 20L
압력(입구): -1…0bar
압력(출구): 0…1.5bar
온도: 0…60°C