수격현상 발생원인·문제점·방지법

수격현상 정의

수격현상은 관내 유속이 급변할 때 생기는 압력파 현상이다.

물이 가득 찬 관에서 흐름을 갑자기 멈추면 운동량이 압력으로 바뀐다.

이 압력파는 관 안을 오가며 망치로 치는 듯한 소음과 진동을 낸다.

압력 증가량 원리

유속 V의 물이 밸브 앞에서 갑자기 정지하면 압력이 오른다.

압력 증가량은 근사식 ΔP = ρaΔV로 구한다.

여기서 ρ는 물의 밀도, a는 압력파 전파속도, ΔV는 유속 변화량이다.

발생 형태

수격 압력은 두 방향으로 나타난다. 하나는 고압, 다른 하나는 부압이다.

고압은 밸브 급폐쇄나 펌프 급정지로 유속이 급감할 때 생긴다.

부압은 상류에서 반사된 압력파가 돌아올 때 대기압 이하로 떨어져 생긴다.

부압이 이어지면 물기둥이 끊기는 수주분리가 일어날 수 있다.

계산 예제

유속 2.0m/s의 물이 밸브 폐쇄로 0이 되고, 압력파 속도는 1,000m/s라고 하자.

압력수두 상승량은 a·ΔV를 g로 나눈 값이므로 대입하면 계산된다.

계산하면 약 204m가 된다. 이는 약 2MPa에 해당하는 큰 값이라 파괴 위험이 크다.

정답은 약 102m다. 유속 변화량이 절반이면 압력 상승량도 절반이 된다.

방지법

수격 방지는 부압 방지와 고압 방지를 따로 생각해야 한다.

부압 방지에는 공기실, 조압수조, 펌프 플라이휠, 공기밸브를 쓴다.

고압 방지에는 완폐 역지밸브, 안전밸브, 밸브 폐쇄 시간 확보를 쓴다.

가장 근본적인 방지책은 펌프 정지 속도를 늦추는 제어다.

시험 포인트

첫째, 수격의 원인은 펌프 급정지와 밸브 급폐쇄다.

둘째, 압력상승과 압력강하를 구분해 따로 답해야 한다.

셋째, 방지법은 원리와 짝지어 쓴다. 기본 원리는 유속 변화 시간을 늘리는 것이다.