트러블슈팅 · 5공식 진단 시리즈
캐비테이션 — 증상·원인·진단·대책
증상 (현장에서 어떻게 나타나는가)
펌프 흡입측에서 진공(부압)이 과도해지면 기포가 생성되고, 이 기포가 토출측 고압부에서 붕괴되며 손상을 일으키는 것이 캐비테이션이다. 캐비테이션은 펌프 흡입구의 과도한 진공 조건에 의해 발생하며, 진공이 너무 높으면 유압유 내부에 기포가 생성된다. 이 기포는 토출측으로 이동한 뒤 붕괴되는데, 이때 캐비테이션 손상이 발생한다 . 현장 청각 신호로는 펌프에서 자갈이 굴러가는 듯한 소리(가는 자갈/모래 소리)와 진동, 성능 저하가 특징 이며, 아침 시동 시 또는 부하 상승 시 간헐적으로 나타난다. 유사 증상인 에어레이션(공기 혼입)과는 소리로 구분 가능한데, 아웃사이드 공기가 흡입측으로 유입되는 에어레이션은 캐비테이션보다 더 불규칙한 소리를 내며, 구슬이나 자갈이 펌프 안에서 굴러다니는 듯한 소리가 함께 날 수 있다 .
원인 (빈도 순)
- 저유면/흡입 배관 이상: 저장탱크 하부에 위치한 흡입 스트레이너의 막힘이 가장 흔한 캐비테이션 원인 이다.
- 오일 점도 과다(저온·오일 오선정): 점도가 너무 높으면(저온에서 특히) 흡입구로 충분히 유입되지 못해 흡입 진공을 높이고 캐비테이션을 촉진 한다.
- 흡입배관 사이즈/배관 형상 불량: 부적절한 배관(호스·피팅 오사이징, 탱크에서 펌프까지의 우회 경로)이 흡입측 고진공의 주요 원인 이다.
- NPSHa 부족(설계/운전 조건): NPSHa가 NPSHr과 같아지는 순간부터 유동 불안정이 발생해 캐비테이션이 생성된다 .
- 흡입라인 에어 흡입(피팅 풀림 등): 흡입라인 피팅이 진동으로 풀려 12년 만에 에어레이션을 유발한 사례 처럼 위장 캐비테이션을 만들기도 한다.
5공식 진단
캐비테이션은 흡입 Node(탱크→흡입관→펌프 입구)의 압력 붕괴 문제이므로 5공식 중 다음 3개가 핵심이다.
- 공식(3) Qo = Cd·Ao·√(2ΔP/ρ): 흡입관·스트레이너를 하나의 오리피스로 보면, 필요유량이 일정할 때 통로 단면적(Ao)이 좁아지면 ΔP(=대기압−흡입압)가 커져야 하므로 진공이 깊어진다 → 막힘·오사이징 판별식.
- 공식(2) V = Q/A: 같은 유량이라도 배관 단면적(A)이 작으면 유속(V)이 커지고 마찰손실이 커져 흡입압이 떨어진다 → 배관 사이징 판별식.
- 공식(5) ṗ = (β/Vo)·(ΣQin−ΣQout): 탱크 Node에서 유입(보충)보다 유출(펌프 흡입)이 급격히 커지면(고RPM 순간, 저유면으로 Vo 감소) 압력변화율이 커져 순간적 캐비테이션이 발생 → 저유면·과속 판별식.
| Step | 측정 항목 | 판별되는 것 |
|---|---|---|
| 1 | 탱크 사이트글라스 유면 확인(육안) | 저유면 → NPSHa 부족(ṗ식) |
| 2 | 흡입 스트레이너/필터 육안·차압 확인 | 막힘 → Ao 감소(Qo식) |
| 3 | 오일 온도·점도 확인(온도계/점도계) | 고점도 → 실효 ΔP 증가(Qo식) |
| 4 | 펌프 입구 진공계 측정(보통 -0.2bar/-15inHg 기준) | 실제 흡입압 vs 스펙 초과 여부 |
| 5 | 흡입배관 지름·길이·피팅 누기(비눗물 테스트) | 유속 과다(V=Q/A) 또는 외기 흡입 |
📈 직접 움직여 보기 — 아래 그래프의 슬라이더로 공식의 관계를 확인하세요.
진단 절차 (순서대로, 현장 가능한 것 우선)
당사 엔지니어링 방법론 원칙대로 "가능성 크고 점검 쉬운 것부터" 순서를 따른다(당사 트러블슈팅 방법론: "5가지 공식만으로 트러블 원인의 100%를 찾아낸다").
- Step1 – 유면 확인: 사이트글라스로 유면 Zero 근접 여부 확인 → 정상이면 다음 단계.
- Step2 – 흡입 스트레이너 점검: 막힘 여부 확인, 막혀 있으면 즉시 세척/교체 → 정상이면 다음.
- Step3 – 오일 점도/온도 확인: 저온 시동 여부, 규정 점도 대비 편차 확인.
- Step4 – 흡입 진공계 실측: 펌프 입구에 진공계 설치, 규정치 초과 시 Step5로.
- Step5 – 배관/피팅 누기 및 사이징 재검토: 비눗물법으로 에어 흡입 확인, 배관 지름·경로 재설계 검토.
이는 당사 엔지니어링 방법론 p168 사례("P1Ap=P2Ar+W에서 P1이 감소하려면 P2가 감소해야 한다")와 같은 논리 구조로, "결과(압력저하)"를 공식으로 분해해 후보를 좁히고, 그중 측정이 쉬운 것(유면·스트레이너)부터 확인하는 절차와 동일하다.
조치 / 대처
- 유면 보충 및 흡입구 위치(픽업) 재배치.
- 스트레이너·필터 세척/교체, 정기 차압 관리.
- 규정 점도 오일로 교체, 예열(warm-up) 절차 도입.
- 흡입배관 대구경화·직선화, 벤드 최소화.
- 흡입라인 피팅 재체결 및 실링, 진공 임계치 초과 시 부스터 펌프 검토.
- 스로틀/오리피스 캐비테이션(밸브류)의 경우 다운스트림 압력을 높여주는 조치(Increased downstream pressure) 가 표준 대책이다(『Planning and Design of Hydraulic Power Systems』 p351).
예방 (관리 포인트)
- 유면·온도·진공계 상시 모니터링(트렌드 관리).
설계 단계에서 NPSHA가 NPSHR보다 충분히 크도록 배관·탱크 위치 설계 . - 스트레이너 정기 세척 주기화, 오일 점도 스펙 준수. - 고지대·저온 환경에서는 가압 리저버 또는 예열 검토. - 캐비테이션 손상은 누적 피로에 의한 마모(wear due to fatigue)로 이어지므로 조기 발견이 핵심.
출처 (검색 웹 출처)
- https://www.flowfitonline.com/blog/hydraulic-components/hydraulic-pump-cavitation-causes-symptoms
- https://www.unitecd.com/troubleshooting-hydraulic-pump-cavitation-inlet-restriction-reservoir-level-fluid-viscosity-and-suction-line-air-leak-detection/
- https://www.mchhydraulics.co.uk/what-causes-cavitation-in-a-hydraulic-system/
- https://www.vikingpump.com/blog/pump-cavitation-symptoms-cause-diagnosis-and-cure-0
- https://www.machinerylubrication.com/Read/30768/cavitation-or-aeration
- https://www.fluidpowerworld.com/aeration-versus-cavitation/
- https://www.powermotiontech.com/sensors-software/maintenance/article/21884872/cavitation-or-aeration-you-can-hear-the-difference