캐비테이션은 숨겨진 위협입니다.  수직 터빈 펌프  작동 중 진동, 소음, 임펠러 침식을 유발하여 심각한 고장으로 이어질 수 있습니다. 그러나 수직 터빈 펌프의 독특한 구조(최대 수십 미터에 달하는 샤프트 길이)와 복잡한 설치로 인해 캐비테이션 성능 시험(NPSHr 측정)은 상당한 어려움을 야기합니다.

I. 폐쇄 루프 테스트 장비: 정밀도 대 공간 제약

1. 테스트 원칙 및 절차

• 핵심 장비: 정밀한 입구 압력 제어를 위한 폐쇄 루프 시스템(진공 펌프, 안정 탱크, 유량계, 압력 센서)

• 절차:

· 펌프 속도와 유량을 고정합니다.

· 헤드가 3%(NPSHr 정의 지점) 떨어질 때까지 점차적으로 입구 압력을 낮춥니다.

· 임계 압력을 기록하고 NPSHr을 계산합니다.

• 데이터 정확도: ±2%, ISO 5199 표준을 준수합니다.

2. 수직 터빈 펌프의 과제

• 공간 제한: 표준 폐쇄 루프 장비는 수직 높이가 ≤5m로 장축 펌프(일반적인 샤프트 길이: 10~30m)와 호환되지 않습니다.

• 동적 동작 왜곡: 샤프트를 짧게 하면 임계 속도와 진동 모드가 바뀌어 테스트 결과가 왜곡됩니다.

3. 산업 응용 프로그램

• 사용 사례: 단축 심정 펌프(축 ≤5m), 프로토타입 R&D.

• 사례 연구: 펌프 제조업체는 22개의 폐쇄 루프 테스트를 통해 임펠러 설계를 최적화한 후 NPSHr을 200% 줄였습니다.

II. 개방 루프 테스트 장비: 유연성과 정확성의 균형

1. 테스트 원칙

• 개방형 시스템:탱크 액체 레벨 차이 또는 진공 펌프를 사용하여 입구 압력을 제어합니다(더 간단하지만 정확도는 떨어짐).

• 주요 업그레이드:

· 고정확도 차압 송신기(오차 ≤0.1% FS).

· 기존 터빈 유량계를 대체하는 레이저 유량계(정확도 ±0.5%)

2. 수직 터빈 펌프 적응

• 심공 시뮬레이션: 침수 조건을 재현하기 위해 지하 갱도(깊이 ≥ 펌프 갱도 길이)를 구성합니다.

• 데이터 수정:CFD 모델링은 파이프라인 저항으로 인해 발생하는 입구 압력 손실을 보상합니다.

III. 현장 테스트: 실제 검증

1. 테스트 원칙

• 작동 조정: 밸브 조절이나 VFD 속도 변경을 통해 입구 압력을 조절하여 헤드 저하 지점을 식별합니다.

• 주요 공식:

NPSHr=NPSHr=ρgPin+2gvin2−ρgPv

(입구 압력 Pin, 속도 vin, 유체 온도 측정이 필요합니다.)

순서

입구 플랜지에 고정확도 압력 센서를 설치합니다.

유량, 헤드, 압력을 기록하면서 점차적으로 입구 밸브를 닫습니다.

NPSHr 변곡점을 파악하기 위해 플롯 헤드 대 입구 압력 곡선을 그립니다.

2. 과제와 해결책

• 간섭 요인:

· 파이프 진동 → 진동 방지 마운트를 설치하세요.

· 가스 유입 → 인라인 가스 함량 모니터를 사용하세요.

• 정확도 향상:

· 여러 번 측정한 결과의 평균을 구합니다.

· 진동 스펙트럼을 분석합니다(캐비테이션이 시작되면 1~4kHz 에너지 스파이크가 발생합니다).

IV. 축소된 모델 테스트: 비용 효율적인 통찰력

1. 유사성 이론의 기초

•스케일링 법칙: 특정 속도 ns를 유지하십시오. 다음과 같이 임펠러 치수를 조정하십시오.

· QmQ=(DmD)3,HmH=(DmD)2

•모델 디자인:  1:2~1:5 비율로 재료와 표면 거칠기를 재현합니다.

2. 수직 터빈 펌프의 장점

•공간 호환성: 짧은 샤프트 모델은 표준 테스트 장비에 적합합니다.

•비용 절감: 실제 프로토타입의 테스트 비용이 10~20%로 낮아졌습니다.

오류 출처 및 수정 사항

•스케일 효과:  레이놀즈 수 편차 → 난류 보정 모델을 적용합니다.

•표면 거칠기:  마찰 손실을 상쇄하기 위해 모델을 Ra≤0.8μm로 연마합니다.

V. 디지털 시뮬레이션: 가상 테스트 혁명

1. CFD 모델링

•프로세스:

전체 흐름 경로 3D 모델을 구축합니다.

다상 흐름(물 + 증기) 및 캐비테이션 모델(예: Schnerr-Sauer)을 구성합니다.

헤드 드롭이 3%가 될 때까지 반복합니다. NPSHr을 추출합니다.

• 검증: CFD 결과는 사례 연구에서 물리적 테스트와의 편차가 ≤8%임을 보여줍니다.

2. 머신러닝 예측

• 데이터 기반 접근 방식:  과거 데이터에 대한 회귀 모델을 훈련하고, NPSHr을 예측하기 위해 임펠러 매개변수(D2, β2 등)를 입력합니다.

• 이점: 물리적 테스트를 없애고 설계 주기를 70% 단축합니다.

결론: "경험적 추측"에서 "정량적 정밀도"로

수직 터빈 펌프 캐비테이션 시험은 "특이한 구조 때문에 정확한 시험이 불가능하다"는 오해를 극복해야 합니다. 폐쇄/개방 루프 장비, 현장 시험, 축소 모형 및 디지털 시뮬레이션을 결합함으로써 엔지니어는 NPSHr을 정량화하여 설계 및 유지보수 전략을 최적화할 수 있습니다. 하이브리드 시험과 AI 도구가 발전함에 따라 캐비테이션 성능에 대한 완전한 가시성과 제어를 확보하는 것이 표준 관행이 될 것입니다.