수격작용

수격작용이란

수격작용은 관내 유체의 흐름이 갑자기 멈추거나 방향이 바뀔 때 생기는 압력파 현상이다.

쉽게 말하면 물이 빠르게 달리다가 갑자기 멈춰, 그 운동 에너지가 압력으로 바뀌어 배관을 두드리는 것이다.

밸브를 순간적으로 닫거나 펌프가 갑자기 멈출 때 흔히 생긴다.

발생 원리

원인은 밸브 급폐쇄나 펌프 급정지로 생기는 유속의 급변이다.

유체가 감속되며 잃은 운동 에너지가 압력 에너지로 바뀐다. 그 결과 밸브 직전에 고압이 생긴다.

고압 영역은 압축파 속도인 음속으로 상류까지 전파되고, 반사되어 되돌아온다.

이 과정에서 압력이 대기압 아래로 떨어지면 수주분리가 생긴다.

압력 상승량 계산

압력 상승량은 Joukowsky 식 ΔP = ρaΔv로 대략 구한다.

밀도 1000, 파속 1000m/s, 유속 변화 2m/s를 대입하면 2×10^6Pa, 즉 2MPa이다.

이 값은 밸브가 순간적으로 닫힌다고 가정한 상한이다. 실제 폐쇄 시간이 길면 압력 상승은 이보다 작아진다.

설계에서는 정상 운전압력에 서지압을 더해 관과 밸브의 내압 등급을 정한다.

방지설비 분류

수격작용 방지설비는 압력이 올라가는지 내려가는지에 따라 나눈다.

고압을 막는 완폐식 역지밸브는 밸브 직전이나 펌프 토출측에 둔다.

부압은 공기실과 서지탱크로 막으며, 압력 완충 공간을 제공한다.

두 방향의 대책이 모두 필요하다. 펌프 급정지 시에는 부압과 고압이 함께 생긴다.

헷갈리는 점

가장 흔한 실수는 수격작용을 밸브 급폐쇄만의 현상으로 적는 것이다.

펌프 급정지, 정전, 공기밸브 작동, 수주분리도 원인이므로 함께 적는다.

채점에서는 완폐식 체크밸브, 공기실, 수격흡수장치가 빠지면 감점이 크다.

방지설비를 쓸 때는 설치 위치인 밸브 직전이나 펌프 토출측을 함께 적는다.

정리

앞에서 본 문제의 정답은 공기실이다.

수격작용은 유속 급변으로 생기는 압력 파동이고, 고압은 완폐식 체크밸브나 수격 릴리프밸브로 막는다.

부압은 공기실, 서지탱크, 공기밸브로 막고, 흡수에는 수격흡수장치를 쓴다.

방지설비는 설치 위치와 함께 적는 것이 답안의 핵심이다.