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수력터빈 내 캐비테이션의 연구동향

전문가 제언: ○ 캐비테이션의 발생 기구는 다음과 같다. 터빈의 어떤 부분의 압력이 증발압력 이하로 떨어지면 액체는 비등하고 많은 기포를 발생한다. 저압에서 발생한 이들 기포는 유동에 의해 고압영역으로 운반되어 응축되고 붕괴된다. 그 결과 공동이 형성되고 주위 액체가 그 곳으로 급속히 흘러들어가 고압을 형성한다. 캐비티와 고압의 형성이 1초 동안 수천 번 반복하면서 캐비테이션 피팅이 발생한다.

○ 수력터빈의 캐비테이션을 예방하는 방법은 다음과 같다. 수력터빈의 파라미터를 유동정압력의 어떤 점에서 액체의 증기압 이하로 떨어지지 않도록 설정한다. 캐비테이션을 제어하는 파라미터는 압력수두, 유량 및 액체의 출구압력이다. 수력터빈의 캐비테이션이 없도록 하는 제어 파라미터는 모델의 시험에서 얻을 수 있다. 그러나 캐비테이션이 없도록 하는 제어 파라미터의 설정은 그리 쉽지 않다.

○ 또한 배출관내 터빈의 출구에서의 유동박리는 배출관에 진동을 일으킬 수 있다. 진동을 완화하고 안정시키기 위해 배출관내에 공기를 분사시킨다. 배출관내 유동박리와 캐비테이션을 완전히 없애기 위해서는 이를 방수로 내 수위 이하로 잠기게 하는 것이다. 그러나 수력터빈에서의 캐비테이션과 진동을 완전히 피할 수는 없다. 특히 앞으로 실제 터빈을 사용한 실험에 의한 캐비테이션 연구가 절실하다.

○ 수력터빈 내 캐비테이션의 연구는 세계 각국에서 활발히 수행되고 있으며 자주 개최되는 유체역학, 수력기계 및 캐비테이션에 관한 국제회의에서 많은 논문이 발표되고 있다. 우리나라에서도 한국기계연구원을 비롯한 연구기관, 서울대학교를 위시한 여러 대학교의 연구자들이 캐비테이션에 관한 연구를 수행하고 있으며 국제회의에서 발표하고 있다.

저자: Pardeep Kumar, R.P. Saini
자료유형: 학술정보