건설 기계의 유압 펌프는 480시간 동안만 서비스를 제공한 후 기술자가 흡입측에서 발생하는 특유의 자갈 같은 소음을 발견했습니다. 장치를 열었을 때 흡입구 영역과 펌프 카트리지에 깊은 구덩이와 거친 표면이 나타났습니다. 그건 캐비테이션이 아니라 불량 부품이더군요. 캐비테이션은 유압 시스템의 조기 펌프 고장의 주요 원인이며 이를 유발하는 조건을 이해하면 거의 항상 피할 수 있습니다.
캐비테이션은 펌프 입구의 유체 압력이 오일의 증기압 아래로 떨어질 때 발생하며 증기 기포가 펌프 내부의 고압 영역으로 밀려나면서 격렬하게 붕괴됩니다. 붕괴는 금속을 침식하고 진동을 일으키며 결국 펌프 파괴로 이어지는 국부적인 충격파를 생성합니다. 에 대한 건설 기계 이는 계획되지 않은 가동 중단 시간과 비용이 많이 드는 수리를 의미합니다. 교체용 펌프 카트리지 하나에만 수백 달러의 비용이 들 수 있으며, 굴삭기나 유압 프레스의 가동 중지 시간은 훨씬 더 비쌀 수 있습니다.
캐비테이션이란 무엇이며 왜 펌프를 파괴합니까?
캐비테이션은 모든 액체 펌프에서 발생하는 물리적 과정입니다. 모든 작동유에는 온도에 따라 상승하는 증기압이 있습니다. 펌프 흡입측 압력이 증기압력 아래로 떨어지면 유체가 주변 온도에서 끓기 시작하여 미세한 거품이 형성됩니다. 이러한 기포는 펌프의 고압 영역으로 이동하면서 주변 유체에 의해 붕괴됩니다. 이러한 내파는 금속 표면에 미세한 망치처럼 작용하여 1,000bar를 초과할 수 있는 국지적 압력으로 충격파를 생성합니다.
사용 가능한 NPSH와 필수 NPSH 사이의 마진을 엔지니어는 NPSH 마진이라고 부릅니다. 그 마진을 건강하게 유지하는 것이 캐비테이션을 방지하기 위한 가장 중요한 설계 규칙입니다.
이 과정에서 발생하는 손상은 독특한 모습을 가지고 있습니다. 영향을 받는 부위(일반적으로 흡입 포트, 베인 카트리지의 흡입구 가장자리 또는 임펠러)는 움푹 패여 있고 만지면 거칠게 느껴집니다. 심한 경우에는 금속이 아예 없어지기도 합니다. 펌프 용량이 떨어지고 소음이 커지고 펌프가 완전히 고착될 위험이 커집니다.
펌프 캐비테이션의 주요 원인
원인을 이해하는 것이 예방을 위한 첫 번째 단계입니다. 일반적으로 흡입측 원인과 배출측 원인이라는 두 가지 범주가 있습니다. 아래 표에는 가장 일반적인 항목이 요약되어 있습니다.
| 카테고리 | 원인 | 펌프에 미치는 영향 |
|---|---|---|
| 흡입 | NPSHa가 NPSHr보다 낮음 | 입구에 기포가 형성됨 |
| 흡입 | 막힌 흡입 필터 또는 여과기 | 압력 강하 및 흐름 고갈 |
| 흡입 | 흡입 line too long, too small, or too many bends | 과도한 압력 손실 |
| 흡입 | 높은 유체 온도 | 증기압이 상승하고 캐비테이션이 발생하기 쉬워집니다. |
| 흡입 | 펌프가 오일 레벨보다 너무 높게 장착됨 | 입구의 헤드가 부족함 |
| 퇴원 | 배출구 막힘, 밸브 닫힘 또는 고압 설정 | 퇴원 cavitation |
| 퇴원 | 정격 속도를 초과하는 작동 | 내부 압력은 증기압 이하로 떨어집니다. |
| 시스템 | 흡입 라인에 공기 유입 | 캐비테이션을 모방한 가스 포켓 |
가장 일반적인 범주는 흡입측 캐비테이션입니다. 이는 펌프가 충분한 유체를 흡입할 수 없을 때 발생합니다. 가장 빈번하게 발생하는 원인은 필터 요소입니다. 필터가 막히면 필터 전체의 압력 차이가 증가하고 펌프 흡입구의 압력이 증기압 아래로 떨어집니다. 약간의 오염이 있는 필터라도 이러한 현상이 발생할 수 있습니다.
두 번째 일반적인 원인은 흡입 라인 자체입니다. 라인이 펌프 제조업체의 권장 사항보다 좁거나 엘보우 및 피팅이 너무 많으면 흡입 라인의 유체 속도가 증가하고 국부적인 압력이 감소합니다. 펌프가 저장소보다 훨씬 위에 장착된 경우에도 마찬가지입니다. 흡입 양력은 유체가 안전하게 공급할 수 있는 수준을 초과합니다.
유체 온도는 작업자가 종종 간과하는 숨겨진 원인입니다. 대부분의 유압 오일의 증기압은 60°C 이상에서 상당히 증가합니다. 오일 레벨이 낮거나 필터가 부분적으로 막힌 상태에서 시스템이 70°C에서 작동하는 경우 설계 단계에서 NPSH 계산이 괜찮아 보이더라도 캐비테이션이 시작될 수 있습니다.
방전측 캐비테이션은 덜 일반적이지만 여전히 심각합니다. 토출 라인이 막히거나 밸브가 부분적으로만 열려 있거나 압력 방출 설정점이 펌프의 정격 용량 이상으로 높아지면 펌핑 요소의 압력이 증기압 아래로 떨어질 수 있습니다. 피스톤 펌프 및 베인 펌프 마찬가지로, 이 조건은 동일한 숨길 수 없는 소음과 손상을 생성합니다.
누출되는 흡입 라인으로 인한 공기 혼입도 실제 캐비테이션 증상과 유사할 수 있습니다. 펌프가 공기를 흡입하면 가스 포켓이 유사한 소음과 함께 붕괴되고 유사한 침식이 발생합니다. 차이점은 근본 원인이 증기압이 아니라 공기라는 점입니다. 모든 흡입 라인 연결을 검사하고 조이는 것은 많은 잘못된 경보를 방지하는 간단한 단계입니다.
펌프가 고장나기 전에 캐비테이션을 감지하는 방법
캐비테이션은 명확한 경고를 제공합니다. 가장 신뢰할 수 있는 것은 건전한 소리입니다. 작업 부하가 증가하면 더욱 심해지는 "병 안의 대리석" 또는 자갈 같은 덜거덕거리는 소리가 꾸준히 발생합니다. 진동은 두 번째 신호입니다. 1,800rpm에서는 원활하게 작동하지만 2,200rpm에서는 거칠어지는 펌프는 흡입구가 제한되고 있음을 나타냅니다.
성능 변화도 흔합니다. 유량이 점차 감소하고 하류측의 유압 실린더 또는 모터가 시스템이 새 것이었을 때보다 더 느리게 움직입니다. 펌프 배출구의 압력 판독값이 변동하고 오일 저장소에서 오일 거품이 발생할 수 있습니다.
서비스 기간 동안 펌프를 열 때 펌프 카트리지를 검사하십시오. 내부 베인 세트는 손상이 가장 먼저 나타나는 부분인 경우가 많습니다. 움푹 들어간 베인 팁, 포트 플레이트의 자국, 흡입 포트의 거친 표면은 모두 캐비테이션이 발생했음을 나타내는 지표입니다. 좋은 소식은 카트리지가 교체 가능한 구성 요소라는 것입니다. T6/T7 스타일 펌프에서는 펌프 하우징을 교체하지 않고도 카트리지를 교체할 수 있어 수리 비용이 절감됩니다.
T6/T7 카트리지 이중 립 블레이드 구조 T 시리즈는 이중 립 블레이드 구조를 채택하고 이중 립이 고정자와 교대로 접촉하여 블레이드가 고정자에 미치는 영향을 줄입니다. T 시리즈 펌프 코어 오일 ... 제품보기 → 실제 유압 시스템에서 캐비테이션을 방지하는 방법
예방은 시스템 설계, 운영 습관, 유지 관리라는 세 가지 수준에서 접근할 수 있습니다.
시스템 설계 팁
- 최악의 조건(오일 온도가 높음, 필터가 오염됨, 저장소의 오일 레벨이 가장 낮음)에서 NPSHa를 계산합니다. 펌프에 필요한 NPSHr보다 최소 15~20%의 여유를 유지하십시오.
- 흡입 라인을 가능한 한 짧고 직선으로 유지하십시오. 유압 펌프의 경우 흡입 라인의 유체 속도가 1.2m/s를 초과해서는 안 됩니다. 필요한 경우 더 큰 파이프를 사용하십시오.
- 흡입측의 피팅, 엘보 및 밸브를 최소화합니다. 모든 추가 피팅은 압력 강하를 추가합니다.
- 가능하면 흡입 필터보다는 리턴 라인 필터를 사용하십시오. 석션 필터가 불가피한 경우에는 차압이 낮고 바이패스가 넉넉한 필터를 선택하십시오.
- 저장통에서는 펌프 흡입구를 덮는 유체 수위를 유지합니다. 오일이 소용돌이치거나 펌프 안으로 공기가 유입되는 것을 방지하려면 배플을 사용하십시오.
- 사용 가능한 NPSH에 맞는 NPSHr을 갖춘 펌프를 선택하십시오. V 시리즈의 베인 펌프는 컴팩트한 카트리지와 조용한 작동으로 설계되어 흡입에 민감한 시스템에 더 적합합니다.
V 시리즈 저소음 단일 펌프 V 시리즈 저소음 인트라베인 펌프는 공작기계 산업을 충족시킵니다. 이 펌프는 고압을 가지고 있습니다. 대용량, 컴팩트한 크기, 낮은 소음 수준, 더 긴 서비스 수명을 제공합니다. 제품보기 → 작동 습관
- 제조업체의 속도 범위 내에서 펌프를 작동하십시오. 대부분의 베인 펌프 정격은 1,200~2,500rpm입니다. 펌프를 지속적으로 3,000rpm으로 밀면 흡입 라인이 괜찮아 보이더라도 캐비테이션이 발생합니다.
- 유체 온도를 40~60°C 범위로 유지하십시오. 기계가 연속적으로 작동하는 경우 열교환기를 사용하십시오.
- 릴리프 밸브를 펌프 제조업체의 최대 압력보다 높게 설정하지 마십시오. 압력 설정점은 펌프의 이론적 한계가 아니라 시스템 설계와 일치해야 합니다.
- 가변 부하가 있는 고압 응용 분야의 경우 A10VSO 시리즈와 같은 피스톤 펌프는 견고한 설계와 우수한 고압 허용 오차를 제공합니다.
A10VSO 31 시리즈 피스톤 펌프 제품 설명: 제품보기 → 유지관리 팁
- 표시기가 작동할 때가 아니라 일정에 따라 흡입 필터를 교체하십시오. 80% 막힌 필터는 회수 라인에 여전히 적절한 압력을 생성할 수 있지만 흡입측 압력 강하는 이미 펌프 흡입구를 혼란시킬 만큼 충분히 높을 수 있습니다.
- 예정된 서비스를 받을 때마다 펌프 카트리지를 점검하십시오. 베인 팁에 마모나 흠집이 나타나면 이는 초기 신호입니다.
- 오일 온도와 오염을 모니터링합니다. 높은 온도와 먼지는 치명적인 조합입니다.
결론
캐비테이션은 제대로 설계되지 않았거나, 부적절하게 작동하거나, 제대로 유지 관리되지 않은 유압 시스템의 증상입니다. 펌프 자체가 원인이 아닌 피해자인 경우가 많습니다. 흡입구 조건을 수정하고 오일을 시원하고 깨끗하게 유지하며 NPSH 요구 사항이 실제 시스템과 일치하는 펌프를 선택하십시오. 이는 캐비테이션 손상을 제거하고 유압 장비를 계속 작동할 수 있는 가장 간단한 방법입니다.
