지게차/자동차 관련 시험 상식 - 유압회로 공동 현상

유압회로의 공동 현상(캐비테이션, Cavitation)은 유압 펌프나 배관 내부의 압력이 액체의 포화 증기압보다 낮아져 기포가 생기고 터지며 장비를 손상시키는 현상입니다.

 

1. 발생 원인
• 압력 강하: 유속이 급격히 빨라지거나 펌프 흡입 측 압력이 지나치게 낮아질 때
• 흡입 불량: 흡입 필터가 막히거나 흡입관이 너무 가늘고 길어 저항이 클 때
• 공기 혼입 및 유온: 작동유의 온도가 너무 높거나, 패킹부 등을 통해 공기가 빨려 들어올 때
• 과속 회전: 펌프를 규정 회전 속도 이상으로 고속 회전시킬 때

2. 주요 영향 및 문제점
• 소음 및 진동: 기포가 고압부로 이동해 순간적으로 붕괴하면서 심한 진동과 소음 발생
• 부품 손상(피팅): 기포가 터질 때 발생하는 강력한 충격파가 펌프 임펠러나 내벽 표면을 깎아내어 침식(Pitting) 유발
• 성능 저하: 펌프의 토출 량, 효율 및 압력 상승 능력이 떨어짐
• 작동 불량: 회로 내 압축성이 커져 액추에이터의 응답 속도가 느려짐

3. 방지 및 해결 방법
• 배관 설계 개선: 흡입 관경을 굵게 하고 길이를 짧게 하여 마찰 손실 최소화
• 필터 관리: 흡입 필터나 스트레이너가 막히지 않도록 주기적으로 청소 및 교체
• 운전 조건 준수: 펌프의 규정 회전 속도를 지키고 작동유의 적정 온도 유지
• 높이 조절: 펌프의 설치 위치를 유면보다 낮게 하여 흡입 수두 확보

 

 

https://www.reddit.com/r/videos/comments/1lmic7g/external_gear_pump_cavitation/?tl=ko

Reddit의 videos 커뮤니티: 외부 기어 펌프 - 공동 현상

 

 

 

https://www.youtube.com/watch?v=7KHagzSaDhI&t=30

 

 

 

 

유압회로에서 공동현상(cavitation) 발생원인이 아닌 것은?
1)  패킹부에 공기가 흡입될 경우
2) 흡입필터가 막히거나 유온이 떨어진 경우
3) 과부하이거나 급격히 유로를 차단한 경우
4) 펌프를 규정 속도 이상으로 고속회전 시킬 경우

 

 

유압회로 내에 기포가 발생할 때 일어날 수 있는 현상과 관계없는 것은?
1) 소음이 증가한다.
2) 공동현상이 발생한다.
3) 액추에이터의 작동이 불량해진다.
4) 작동유의 누설이 저하된다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

발생원인

유압회로에서 공동 현상(캐비테이션)이 발생하는 원인은 크게 압력 변화, 배관 구조, 작동유 상태로 나누어 볼 수 있습니다.

1. 물리적 발생 기전

액체는 압력이 낮아지거나 온도가 높아지면 끓는점(포화 증기압)이 낮아집니다. 유압유가 흐르다가 순간적으로 압력이 뚝 떨어져 작동유의 포화 증기압보다 낮아지면, 액체 상태였던 오일이 버블(기포)로 변하게 됩니다. 이 현상이 발생하는 구체적인 원인들은 다음과 같습니다.

 

2. 구체적인 발생 원인

펌프 흡입 측의 문제 (가장 흔한 원인)
• 흡입 저항의 증가: 펌프 입구에 설치된 흡입 스트레이너(필터)가 이물질로 막히면, 펌프가 오일을 빨아들이기 힘들어져 흡입관 내부가 강한 진공 상태(부압)가 됩니다.

• 잘못된 흡입 배관 설계: 흡입 파이프의 직경이 너무 가늘거나, 길이가 너무 길거나, 꺾이는 곡관(Elbow) 부위가 많으면 유동 저항이 커져 압력이 떨어집니다.

• 높은 흡입 양정(설치 위치): 유압 탱크의 오일 수면보다 펌프의 설치 위치가 너무 높으면, 오일을 위로 끌어올리는 데 필요한 압력이 커져 공동 현상이 쉽게 일어납니다.

 

유체역학적 문제 (유속과 압력의 관계)

• 급격한 유속 증가 (베르누이 효과): 관로의 단면적이 갑자기 좁아지는 곳(예: 밸브의 오리피스, 슬릿, 좁은 통로)을 지날 때 유속이 급격히 빨라지면서 압력이 국부적으로 저하됩니다.

• 펌프의 과속 운전: 펌프를 허용된 규정 회전수보다 너무 빠르게 회전시키면, 흡입되는 오일의 양이 펌프의 체적 변화 속도를 따라가지 못해 내부 압력이 진공에 가까워집니다.

작동유 상태 및 환경 문제
• 과도하게 높은 유온: 작동유의 온도가 너무 높아지면 오일의 포화 증기압이 상승하여, 작은 압력 저하에도 쉽게 기포가 발생합니다.

• 오일의 점도 불량: 점도가 지나치게 높은 오일을 사용하면 유동성이 떨어져 흡입 저항이 커지고, 반대로 점도가 너무 낮으면 내부 누설과 함께 공동 현상 가능성이 커질 수 있습니다.