펌프의 양정(NPSH)

1 NPSH의 개요
 1) NPSH의 정의
   - 유효흡입양정(NPSH : Net Positive Suction Head)은 펌프의 공동화현상(cavitation)의 발생가능성을 점검하는 척도이다.
   - 차이가 클수록 펌프가 더 작동을 잘하는것이 아닌 펌프를 동작하기 위한 최소한의 필요 대기압의 조건을 의미하며, 펌프의 환경조건에 대한 여유값이다.
   - 펌프는 대기압과 펌프의 기계적인동작으로 유체를 이송하는데, 흡입부의 대기압 및 부가요소는 작동조건을 지배하며 NPSHa와 NPSHr 두가지 인자로 판단할 수 있다.
 2) NPSH 요소 정의
   ① NPSHr(required 필요흡입수두)
     - 회전차 입구 부근까지 유입되는 액체는 회전차에서 가압되기 전에 일시적인 압력강하가 발생하는데 이에 해당하는 수두를 말한다.
     - 펌프의 성능 특성을 나타내는것으로 펌프 자체의 고유값이다. 펌프가 구동하기 위한 최소한의 수두(대기압의 양)값이다.
     - NPSHr는 배관시스템의 설계(계산) 또는 실험에 의해 결정된다.
   ② NPSHa(abailable 유효흡입수두)
     - 펌프의 설치 환경 조건이 감안된 수치
     - total suction head에서 그 온도에서의 액체 vapor pressure를 뺀 값. 펌프 구동시 환경 조건 값.
     - 수면과 펌프의 거리 / 흡입관경 및 배관의 길이 / 이송액체의 종류, 온도 등에 영향을 받음
 3) 시스템 설계시 고려사항
   - NPSHa = Ha - Hs - Hf - Hv > NPSHr
     a Ha(Head Atmosphere) : 대기압수두(10.3m)
     b Hs(Head Static) : 흡수면에서 펌프중심(임펠러 중심)까지 거리. 펌프면보다 수면이 높음 + / 수면이 낮음 -.
     c Hf(Head Friction) : 흡입배관의 총 마찰손실수두
     d Hv(Head Vapor pressure) : 사용액체의 포화 증기압수두(사용액체의 온도 및 종류에 따라 결정됨)
      cf : 20℃ 물 일 경우 포화증기압은 0.023kg/㎠, 수두 0.23m
   - NPSHa > HPSHr X 1.2~1.3인 경우 cavitation 이 발생하지 않는다.(또는 NPSHa > NPSHr + 3.9m)
   - TDSL(Total Dynamic Suction Lift) : 환경조건이 아닌, 설치조건 즉, Hs, Hf의 합계. NPSH의 조절요건.

2 NPSH의 활용
 1) NPSH의 관리

   ① NPSHa < NPSHr (비정상)

     - 이송하는 유체의 압력이 증기압보다 낮아지게되어 유체는 포화증기압 이하로 떨어지게 되어 cavitation이 발생하게 된다.
     - cavitation은 펌프에 정상적인 성능을 내지 못하게 할 뿐 아니라 손상을 일으켜 영구적인 성능저하도 초래한다.

   ② NPSHa > NPSHr (정상)

     - 정상 상태, 정상적인 동작 가능.

     - NPSHa를 높이거나, NPSHr을 낮추어 대응.
 2)  NPSH의 대응방법(NPSHa를 높임 또는 NPSHr을 낮춤)
   ① NPSHa를 높이는 방법
      - 관경을 늘려서 Hf의 값을 낮춤. → 단 프라이밍 시간 증가됨.
      - 펌프의 위치보다 수조 수위를 높이거나, 수위보다 낮은위치로 펌프를 이설함. → 이설에 대한 비용 발생.
   ② NPSHr을 낮추는 방법
      - 유량을 낮춤. → 원하는 성능으로의 도달 불가.
      - 성능에 맞는 펌프로 교체 → 비용발생.