상수도 관 접합과 수격작용

접합의 정의

상수도 관로는 접합부가 반복되는 구조라 접합 방식 선택이 누수를 좌우한다.

접합은 관을 물이 새지 않게 이어 내부 압력을 견디게 하는 이음이다.

수밀성, 내압성, 지반 변위에 따른 신축과 굴곡 흡수 능력을 확보해야 한다.

관종별 접합 방식

접합 방식은 관종마다 정해져 있다.

덕타일 주철관은 기계식과 빠른접합을 많이 쓴다.

강관은 용접이나 플랜지 접합을, PVC관은 고무링 접합을 쓴다.

PE관은 열융착 접합으로 이어져 일체형이라 누수 위험이 낮다.

기계식과 빠른접합은 굴곡을 흡수하므로 지반 변위가 큰 구간에 유리하다.

고무링 수밀 원리

접합 부분의 수밀은 고무링이 삽입 시 압축되어 틈을 막아 확보한다.

고무링의 압축 응력이 수압과 합쳐져 틈을 막는다.

수압이 높을수록 고무링이 더 밀착되어 수밀이 유지된다.

고무링이 뒤틀리거나 이물이 끼면 누수가 생기므로 절차 관리가 중요하다.

수격작용의 발생

수격작용은 흐르는 물이 급히 멈출 때 운동량이 압력으로 바뀌어 생기는 압력파다.

밸브를 급히 닫으면 밸브 직전에 고압이 생기고, 이 압력파가 관로를 따라 퍼진다.

부압이 심하면 수주가 갈라지고, 기둥이 다시 붙을 때 2차 고압이 생긴다.

상승압은 ΔP = ρ·a·Δv로 대략 구하며, 파속과 유속 변화에 비례한다.

그래서 접합 설계는 이 축방향 힘을 견디는 구조여야 한다.

계산 예제

Joukowsky 식에 값을 대입해 상승압을 구해 본다.

파속 1000m/s, 유속 변화 2.0m/s, 밀도 1000kg/m³을 넣는다.

결과는 2.0×10^6 Pa, 곧 2.0MPa다.

정상 운전 압력에 2.0MPa이 더해지므로 급폐를 피하는 대책이 필요하다.

직접 풀기

직접 풀어 보자.

밀도 1000kg/m³, 파속 1000m/s, 유속 변화 2.0m/s이다.

ρ·a·Δv를 곱해 상승압을 구한다.

정답과 정리

정답은 2.0MPa다. 이 값이 정상 운전 압력에 더해진다.

지금까지의 내용을 세 줄로 정리한다.

접합은 관종에 맞는 방식으로 수밀성과 내압성을 확보하는 것이다.

수격작용은 운동에너지가 압력에너지로 바뀌어 압력파가 왕복하는 현상이다.

수격은 조압수조와 공기밸브로 줄이고, 공동현상은 저압부 기포 발생임을 구분한다.