수주분리(Water Column Separation)

수주분리의 정의

수주분리는 관내 압력이 액체의 증기압 이하로 떨어져 액주가 끊어지는 현상이다.

그 자리에 증기공동이 생기며 물기둥이 관 안에서 끊어진다.

수격작용이 부압으로 진행할 때 생기는 대표적 과도현상이다.

발생 과정

물이 흐르던 관로에서 밸브가 급히 닫히거나 펌프가 정전되면 유속이 갑자기 줄어든다.

그러면 압력파가 생기고, 반사 지점에서 되돌아오며 저압부가 만들어진다.

압력이 증기압 이하로 떨어지면 증기공동이 생기고 수주가 분리된다.

양쪽 수주가 공동으로 가속되어 다시 만나면 순간 고압인 재결합 충격이 생긴다.

부압과 증기압 판정

수주분리는 과도 해석에서 관내 최소 압력이 증기압 이하로 떨어지는지로 판정한다.

압력 변화는 압력파 속도와 유속 변화로 정해지며, ΔH = a × ΔV / g로 계산한다.

물의 포화증기압은 수온 15℃에서 약 1.7kPa이다.

고점과 굴곡부처럼 압력이 낮아지기 쉬운 지점을 먼저 확인한다.

방지 장치의 역할

수주분리 방지 대책은 작동 원리에 따라 나눠서 골라야 한다.

공기조와 원웨이 서지탱크는 부압이 생길 때 물을 공급하는 방식이다.

완폐 역지밸브는 밸브 폐쇄 속도를 늦춰 상승압을 억제한다.

두 목적을 함께 만족하는 장치를 선택해야 한다.

재결합 충격과 피해

앞 문제의 정답은 공기조다. 부압이 생기면 압축 공기가 물을 공급한다.

공기밸브는 부압이 생길 때 공기를 흡입해 공동의 크기를 줄인다.

그러나 공동이 무너지며 두 액주가 부딪히면 재결합 충격으로 순간 고압이 생긴다.

이 고압은 관로 좌굴과 압궤, 밸브 파손의 원인이 된다.

정리와 시험 포인트

지금까지 내용을 표로 정리한다. 수주분리는 부압이 증기압 이하로 떨어져 액주가 끊기는 현상이다.

주된 원인은 펌프 정전과 밸브 급폐쇄이고, 고점과 굴곡부에서 잘 생긴다.

수격과 수주분리는 다른 현상이므로 구분해서 써야 한다.

채점은 부압 발생 조건, 재결합 고압, 방지 장치의 역할을 나눠 쓰는지 본다.