수격작용

수격작용의 정의

수격작용은 관로 내 유체의 흐름이 갑자기 바뀔 때 생기는 압력파 현상이다.

운동에너지가 압력에너지로 바뀌면서 배관과 밸브에 큰 압력이 걸린다.

물은 거의 압축되지 않으므로 작은 속도 변화도 큰 압력 변화가 된다.

발생 원리

펌프가 정전으로 급정지하거나 밸브가 급폐쇄되면 유속이 순간적으로 변한다.

감속된 유체의 운동에너지가 압력에너지로 바뀌어 압력파가 생긴다.

압력파는 음속으로 관로를 왕복하고, 상류 탱크에서 반사되어 되돌아온다.

이 관계를 식으로 나타내면 압력 상승량은 밀도, 파속, 유속 변화량의 곱이다.

고압과 부압

수격 압력은 두 방향으로 나타나며, 방향에 따라 피해가 다르다.

고압은 정상 압력을 넘어 배관과 기기를 파손시킨다.

부압은 압력이 포화증기압 이하로 떨어져 증기공동과 수주분리를 일으킨다.

수주가 다시 합쳐질 때 큰 충격 압력이 생기므로 부압도 함께 검토한다.

방지대책

수격 방지는 부압 방지와 고압 방지로 나눠 설계한다.

부압 방지책으로 플라이휠, 서지탱크, 공기실, 공기밸브 등을 쓴다.

고압 방지책으로는 역지밸브와 안전밸브를 쓴다. 완폐·급폐 역지밸브가 대표적이다.

밸브를 급히 닫지 않도록 조작 속도를 관리한다.

압력 상승 식

앞서 본 압력 상승식의 각 항을 하나씩 확인한다.

ρ는 물의 밀도, a는 압력파 전파속도, Δv는 유속 변화량이다.

식에서 압력 상승은 유속 변화량에 비례하고, 파속에도 비례한다.

폐쇄 시간을 늘리면 압력 상승이 줄어든다. 밸브 조작 속도를 늦추는 근거다.

시험 포인트

가장 흔한 실수는 유속이 느리면 수격이 생기지 않는다고 쓰는 것이다.

원인은 펌프 정지, 펌프 급가동, 밸브 급개폐, 관내 공기 유입을 모두 포함한다.

고압 방지와 부압 방지는 목적이 반대이므로 나눠 쓴다.

고압은 고압 방지책, 부압은 부압 방지책으로 나눠 설계한다.