LPG 사이드 채널 펌프의 캐비테이션 성능 예측을 위한 수치적 연구

Abstract

펌프에서 발생하는 공동현상(Cavitation)은 회전차 입구에서 급격한 유로와 속도 변 화로 인해 포화증기압보다 압력이 낮아질 때 발생하게 된다. 캐비테이션 현상이 발 생하면 펌프의 성능이 감소하고, 소음 및 진동을 일으킬 수 있으며 부식이나 마모 와 같은 손상이 발생할 수 있다. 이러한 이유로 펌프 내에서 발생하는 캐비테이션 유동에 관해 많은 연구가 이뤄지고 있다. 본 연구에서는 재생형 펌프에서 파생된 사이드 채널 펌프에서 발생하는 캐비테이션 유동을 상용 소프트웨어인 ANSYS CFX를 이용해 해석 연구를 수행하였다. 청수(Clear Water)와 액화석유가스(LPG)를 사용하여 해석하였으며 사이드 채널 펌프 내부의 유동 양상과 압력 분포, 캐비테이 션 성능 및 유동 특성을 예측하였다. 사이드 채널 펌프 내부 유동은 임펠러 영역 내부로 유입되어 원심력에 의해 외경 방향으로 밀려나 사이드 채널을 순환하여 다 시 임펠러로 유입되어 두 영역을 순환하는 것으로 나타났으며 이 과정을 통해 압력 이 상승하였다. 펌프 내부의 압력은 임펠러 페시지가 interrupter와 맞물리는 형태에 따라 임펠러가 15° 회전하는 시간을 주기로 반복적인 변동을 보였다. 캐비테이션은 주로 유동이 임펠러 영역으로 유입되는 흡입구 주위에서 발생하였으며 NPSHa(Available Net Positive Suction Head) 값의 감소에 따라 증기 체적이 증가하고 이에 함께 수두 값은 감소하는 경향을 보였다. 청수와 LPG의 캐비테이션 성능 곡선 을 예측하였으며 LPG의 경우는 흡입구 측의 사이드 채널에서 발생하는 강한 스월 의 영향으로 증기 체적이 급격한 확산하는 조건이 존재함을 확인하였다.