수격작용

수격작용이란

수격작용은 관내 유체의 흐름을 갑자기 멈추거나 방향을 바꿀 때 생기는 현상이다.

배관·펌프·밸브를 손상시키는 대표적인 과도 현상이며 기술사 시험에 반복 출제되었다.

이 영상에서는 발생 과정, 계산, 유형, 대책 순서로 정리한다.

발생 과정

흐름이 갑자기 멈추면 뒤따르던 물이 앞의 물을 밀어 충돌한다.

그 운동량이 압력 에너지로 바뀌어 폐쇄부 상류에 고압 압력파가 생긴다.

압력파는 음속으로 관을 따라 전파되고, 저수조나 펌프에 닿으면 반사된다.

압력 상승량은 유체 밀도, 파속, 유속 변화량의 곱으로 구한다.

Joukowsky 계산

조플스키 식으로 압력 상승을 가상의 값으로 계산해 본다.

압력파 전파속도 1000m/s, 유속 변화 2.0m/s, 중력가속도 9.8m/s²를 대입한다.

단위는 m/s × m/s ÷ m/s²이므로 결과는 수두 단위인 m가 된다.

계산 결과와 수격 유형

앞 문제의 답은 약 204m다. 유속 2m/s 급정지만으로 200m가 넘는 수두가 생긴다.

수격의 유형은 발생 원인과 관로 조건에 따라 나눠 이해한다.

밸브 급폐쇄형은 상류 측 압력이 급상승하며, 역지밸브나 에어챔버로 대응한다.

펌프 급정지형은 감속 중 부압이 먼저 생기고, 역류가 멈출 때 고압이 생긴다.

수주분리형은 부압으로 수주가 끊어졌다가 재결합할 때 충격이 생긴다.

대책의 구분

대책은 압력이 올라가는 고압과 압력이 떨어지는 부압으로 나눠 생각한다.

고압 쪽은 역류 차단과 과압 방출로, 부압 쪽은 압력 급강하 방지로 대응한다.

부압 방지는 압력 급강하로 수주분리가 생기지 않도록 하는 것이다.

흔한 실수와 정리

앞 문제의 정답은 부압 대책이다. 공기 밸브는 수주분리를 막는 부압 대책이다.

수격작용은 유속 급변으로 생기는 압력파로, 배관·펌프·밸브를 손상시킨다.

가장 흔한 실수는 펌프 급기동만 원인으로 쓰는 것이다. 밸브 급개방은 원인이 아니다.

또 압력 상승만 쓰고 부압과 기둥분리를 빠뜨리면 안 된다. 고압과 부압은 함께 생긴다.

채점에서는 정의, 원인, 파동 전파, 피해, 대책 구분을 확인한다.