NPSH 계산기 · 유효흡입수두 · 캐비테이션 확인
수온, 대기압(고도), 흡입 탱크 압력, 흡입 수위와 흡입 손실로 펌프 입구의 유효흡입수두 NPSHa 를 구합니다. 제조사 NPSHr 을 넣으면 여유와 공동현상 위험을 함께 봅니다.
NPSH 와 공동현상
펌프 입구의 압력이 그 수온의 포화 증기압보다 낮아지면 물속에 기포가 생겼다가 터지며 임펠러를 깎고 소음·진동·양정 저하를 일으킵니다. 이것이 공동현상(캐비테이션)입니다.
유효흡입수두 NPSHa 는 펌프 입구에서 증기압보다 얼마나 높은 압력이 남는지를 수두(m)로 나타낸 값으로, 설비 쪽 조건(수면 위 압력, 수위, 흡입 손실, 수온)으로 정해집니다. NPSHa = (Ps − Pv)/(ρ g) + zs − hfs 입니다.
필요흡입수두 NPSHr 은 펌프가 정해진 성능 저하 없이 돌기 위해 필요한 값으로 제조사가 시험으로 정합니다. NPSHa 가 NPSHr 보다 충분히 커야 공동현상을 피할 수 있습니다.
수온별 증기압과 이론 최대 흡상 높이
포화 증기압과 포화액 밀도는 IAPWS-IF97 로 계산했습니다. 마지막 열은 대기 개방(101.325 kPa)·흡입 손실 0·NPSHr 0 으로 본 이론 상한 (Patm − Pv)/(ρ g) 이고, 실제 흡상 높이는 여기서 흡입 손실과 NPSHr 을 뺀 값보다 낮아야 합니다.
| 수온 °C | 포화 증기압 kPa | 밀도 kg/m³ | 증기압 수두 m | 이론 최대 흡상 m |
|---|---|---|---|---|
| 10 | 1.228 | 999.7 | 0.13 | 10.21 |
| 20 | 2.339 | 998.2 | 0.24 | 10.11 |
| 30 | 4.247 | 995.6 | 0.43 | 9.94 |
| 40 | 7.384 | 992.2 | 0.76 | 9.65 |
| 50 | 12.351 | 988.0 | 1.27 | 9.18 |
| 60 | 19.946 | 983.2 | 2.07 | 8.44 |
| 70 | 31.201 | 977.7 | 3.25 | 7.31 |
| 80 | 47.415 | 971.8 | 4.98 | 5.66 |
| 90 | 70.182 | 965.3 | 7.41 | 3.29 |
| 100 | 101.418 | 958.4 | 10.79 | −0.01 |
100 °C 근처에서는 이론 상한이 0 이하가 되어 흡상이 불가능하고 수면을 펌프보다 높게(압입) 두어야 합니다. 고지대는 대기압이 낮아 같은 수온에서도 상한이 줄어듭니다.
자주 묻는 질문
NPSHa 와 NPSHr 은 무엇이 다른가요?
NPSHa(유효흡입수두)는 설비가 펌프 입구에 주는 값으로 수면 위 압력, 수위, 흡입 손실, 수온으로 계산합니다. NPSHr(필요흡입수두)은 펌프가 요구하는 값으로 제조사가 시험으로 정해 성능 곡선에 표시하며 유량이 커질수록 커집니다. 운전 범위 전체에서 NPSHa 가 NPSHr 보다 커야 공동현상을 피할 수 있습니다.
고온수에서는 왜 흡상이 안 되나요?
수온이 오르면 포화 증기압이 빠르게 커져 증기압 수두가 대기압 수두에 가까워집니다. 대기 개방 탱크에서 20 °C 물은 이론상 약 10 m 까지 흡상할 수 있지만 80 °C 에서는 약 5.7 m, 100 °C 에서는 0 이 됩니다. 여기서 흡입 손실과 NPSHr 을 빼야 하므로 고온수는 보통 수면을 펌프보다 높게 두는 압입으로 설계합니다.
NPSH 여유는 얼마나 두어야 하나요?
여유가 0 이하이면 공동현상 위험이 있다는 것만은 분명합니다. 필요한 여유는 펌프 종류, 흡입 비속도, 운전 범위, 액체에 따라 달라 하나의 숫자로 정해져 있지 않습니다. 제조사 자료와 ANSI/HI 9.6.1 의 NPSH 여유 비 기준을 확인하세요. 실무에서 흔히 쓰는 0.5~1 m 이상은 참고용 어림입니다.
계산식과 출처
계산기와 위 표가 쓰는 식입니다. 압력은 kPa 를 1000 배 해 Pa 로 넣습니다.
| 항목 | 식 | 설명·근거 |
|---|---|---|
| 유효흡입수두 | NPSHa = (Ps − Pv) / (ρ g) + zs − hfs | Ps 수면 위 절대압, Pv 포화 증기압, zs 흡입 수위(압입 +, 흡상 −), hfs 흡입 손실 |
| 수면 위 절대압 | Ps = Patm + Pg | Patm 대기압, Pg 탱크 게이지 압력 (개방 0, 진공은 음수) |
| 고도 → 대기압 | Patm = 101.325 (1 − 2.25577 × 10⁻⁵ z)^5.2559 | z 고도 m, kPa. ASHRAE Fundamentals 2017 1장 식 3 (계산기 엔진과 같은 식) |
| 증기압·밀도 | Pv = psat(t), ρ = 1 / vf(t) | IAPWS-IF97 영역 4 포화 압력, 영역 1 포화액 비체적. 포화 증기표 도구와 같은 식 |
| 여유·비 | ΔNPSH = NPSHa − NPSHr, NPSHa / NPSHr | 여유 0 이하는 공동현상 위험. 필요한 여유는 제조사와 ANSI/HI 9.6.1 로 확인 |
출처
- IAPWS R7-97(2012) 「Revised Release on the IAPWS Industrial Formulation 1997 for the Thermodynamic Properties of Water and Steam」 (IAPWS-IF97): 포화 압력·포화액 비체적
- ANSI/HI 9.6.1 「Rotodynamic Pumps Guideline for NPSH Margin」: NPSH 여유 기준 (값은 원문 확인)
- ASHRAE Handbook Fundamentals 2017 1장 Psychrometrics 식 3 (고도 → 대기압, 계산기 엔진)
최종 수정 2026-11-09.