[수격작용(Water hammer)]

수격작용(Water hammer)

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1. 정의

수격작용이란 밸브의 급개폐, 펌프의 급정지 기동으로 인해 배관 내 유체의 흐름이 급격하게 변화하면서 발생되는 압력 충격.

2. 수격압 계산식

△Hmax = av/g

a: 압력파 전파속도(m/s)

v : 관내 유속(m/s)

g : 중력가속도(9.8m/s²)

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3. 수격작용의 원인

1) 밸브의 급개폐 : 수격작용중 가장 큰 원인중 하나로 일반적인 원인이다.

2) 펌프의 급 정지기동 : 갑작스런 펌프 트립, 정전등으로 펌프 토출측에 급격한 압력 변화로 인한 수격작용 발생

3) 펌프회전수 : 빠른 유속으로 인한 압력 상승

4) 관경 : 관경이 작을수록 배관 내 유속이 빨라지며 압력 상승

5) 곡관부 : 곡관부(Elbow)에서 유체 흐름이 급격히 형성되는경우

6) 공동현상 : 저온의 배관내 에서 증기가 빠르게 흐르는 경우 밸브나 이음부에 충격과 진동을 발생시킨다

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4. 수격작용 영향

압력 상승시	압력 상승시
배관, 밸브, 펌프 파손	수주분리현상 발생
역류 발생으로 원동기 손상	관 찌그러짐
소음 진동	소음 진동

 

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5. 수격작용 대책

압력 상승시	압력 상승시
완페식 체크밸브 설치(소형펌프)	조압수조(표준형, 한방향형)
급폐식 체크밸브 설치(하수에 부적합)	펌프에 플라이휠 부착
콘밸브, 니들밸브 설치(개도율 조절 자동 완폐)	압력수조 설치
역류 방지	자동 공기밸브 설치

 

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수격작용을 방지하기 위한 주된 방법은 다음과 같다.

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1) 부압 (수 주분 리 ) 발생의 방지법

(1) 펌프에 플라이휠(fly-wheel)을 붙인다.

펌프에 플라이휠을 붙임으로써 관성효과를 크게 하여 펌프의 토출압력이 급격하게 저하되는

것을 완화시킨다 플라이휠을 . 채택할 때에는 그 중량을 고려하여 베어링과 기동방법을 검토해야

한다.

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(2) 토출측 관로에 표준형 조압수조(conventional surge tank)를 설치한다.

표준형 조압수조에 의하여 그 하류 측의 관로는 수격작용으로부터 분리하여 끊어버린다. 또 압력

상승을 흡수하고 압력강하에 대해서는 물을 보급하여 부압을 방지한다.

표준형 조압수조는 가장 안전하며 또한 확실한 수격작용의 방지 대책이다

채택할때에는다음조건을검토해야한다.

① 펌프의 양정이 큰 경우에는 높은 탑으로 된다.

② 표준형 조압수조는 펌프 가까이 설치하는 것이 보통이지만 관로에 따라서는 최대부(-)압이 생기는 장소에 설치한다.

③ 펌프의 정상적인 기동 정지 및 운전시의 수량변화에 대하여 조압수조 내의 수면변동을 흡수 하기 위해 충분한 수면면적을 갖도록 한다.

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(3) 토출측 관로에 한방향형 조압수조(one-way surge tank)를 설치한다.

한방향형 조압수조는 압력이 떨어질 때에 필요한 충분한 물을 보급하여 부압을 방지하는 것만을 목적으로 하는 것으로 체크밸브에 의하여 평상시에는 관로에서 분리된다. 표준형 조압수조 (conventional surge tank)에 비하여 일반적으로 소형으로 되지만 경우에 , 따라서는 여리 개가 필요하게 된다 또한 탱크 내에 물을 보급하기 위하여 탱크 높이를 정수두 이하로 해야 하고 한랭지에서는 동결을 방지할 필요가 있으며 정수(淨水)일 경우에는 수질을 유지하기 위하여 물을 교체할 수 있도록 고려해야만 하는 것 등 건설과 유지관리에 대하여 검토하여 정해야 한다.

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(4) 압력수조(air-chamber)를 설치한다.

펌프가 급정지된 후에 발생되는 압력저하를 방지하기 위하여 압력수조 내의 물을 내부의 공기압

력에 의하여 관로로 내보내고 또한 관로의 압력상승도 흡수한다.​

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2)압 력 상승 경 감방 법

역류개시 후 펌프토출 측의 체크밸브가 갑자기 닫히는 경우에는 압력이 상승된다.

이러한 상승압을 경감시키는 주된 방법으로 다음 같은 것들이 있다.

(1) 완폐식 체크밸브에 의한 방법

관내 물의 역류개시 직후의 역류에 대하여 밸브디스크가 천천히 닫히도록 하는 것으로 역류되는

물을 서서히 차단하는 방법으로 압력상승을 완화시킨다.

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(2) 급폐식 체크밸브에 의한 방법

역류가 커지고 나서 급폐(急閉)되면 높은 압력상승이 생기기 때문에 역류가 일어나기 직전인 유

속이 느릴 때에 스프링 등의 힘으로 체크밸브를 급폐시키는 방법으로 역류개시가 빠른 300mm 이

하의 관로에 사용된다.

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(3) 콘밸브 또는 니들밸브나 볼밸브에 의한 방법

정전과 동시에 콘밸브나 니들밸브 또는 볼밸브의 유압조작기구 작동으로 밸브개도를 제어하여

자동적으로 완폐시키는 방법으로 유속변화를 작게 하여 압력상승을 억제할 수 있다.

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출처 및 참고 : 상수도 시설기준