급수·수격·밸브: 흐름 차단과 압력 변동

핵심 정리

급수·수격·밸브 단원은 관내 유체의 흐름을 여닫고 조절하는 밸브와, 흐름이 갑자기 멈추거나 방향이 바뀔 때 발생하는 압력 변동을 함께 다룬다. 급수는 유체를 필요한 곳까지 안정적으로 보내는 일이며, 밸브는 그 흐름을 차단하거나 조절하는 부품이다. 시험에서는 밸브의 이름과 역할을 연결하는 선지와 수격작용의 원인 및 방지책을 묻는 선지가 자주 나온다. 두 주제는 서로 관련되어 있어 밸브를 여닫는 방식이 수격작용의 발생 여부에 영향을 준다.

수격작용은 흐르던 물이 밸브나 수전 등에 의해 순간적으로 막힐 때 발생한다. 파이프 끝의 밸브를 갑자기 닫거나 파이프 끝의 압력이 갑자기 올라갈 때 흔히 나타나며, 펌프를 급정지하거나 급가동할 때도 발생해 관로가 파손될 수 있다. 그러므로 수격작용을 방지하려면 흐름의 속도를 낮춰야 한다. 수격작용을 방지하려면 관내 유속을 가능한 한 느리게 한다. 시험에서는 이 원칙을 관내 유속을 느리게로 외운다.

밸브는 차단용과 조절용으로 나누어 이해할 수 있다. 게이트 밸브는 차단용으로 쓰이며, 완전히 열었을 때 유체 저항이 적다. 반면 글로브 밸브는 유량 조절에 적합하지만 마찰 손실이 커서 유체 저항이 크다. 흐름을 차단하는 목적과 유량을 조절하는 목적은 다르므로, 밸브의 저항을 판단하는 기준도 용도에 따라 달라진다.

수격작용의 방지책은 압력이 급강하할 때 생기는 부압을 막는 방법과 압력이 급상승할 때 생기는 고압을 막는 방법으로 나뉜다. 펌프 토출측 관로에는 부압 방지책으로 플라이휠, 조압 수조, 공기 밸브, 공기실을 설치하고, 고압 방지책으로 역지 밸브와 안전 밸브를 설치한다. 각 장치가 어느 쪽의 압력 변화를 막는지 구분하면 선지의 함정을 피하기 쉽다.

배관 형태도 수격작용 방지에 영향을 준다. 배관은 굴곡을 줄이고 직선화하는 것이 수격작용 방지에 유리하다. 설비를 판단할 때는 밸브 하나만 고르지 말고 배관 전체의 형태와 장치 배치를 함께 살펴야 한다.

자세히

수격작용의 발생과 방지

수격작용은 관내 흐름이 순간적으로 바뀔 때 압력이 급변하는 현상이므로, 발생 조건과 방지책을 함께 살펴본다. 발생 조건과 결과는 시험에서 자주 함께 묻는다. 수격작용이 발생하면 배관이나 기구류에 진동과 소음이 생긴다. 이 증상은 밸브 소음처럼 보일 수 있지만, 원인은 압력의 급변이다.

공기실은 수격작용 방지 장치의 대표적인 예이다. 수격작용을 방지하기 위해 공기실을 설치한다. 공기실은 압력 변화를 완충하며, 펌프 측 부압 방지책의 하나로 열거된다. 수격방지기구는 설치 위치도 중요하다. 수격방지기구는 충격이 발생하는 밸브 근처에 설치해야 효과가 크다. 수격방지기구를 설치할 때는 충격 밸브 근처 설치라는 위치 조건도 맞춰야 한다.

펌프 측 방지책은 부압 방지책과 고압 방지책으로 나뉜다. 부압을 방지하려면 토출측 관로에 플라이휠, 조압 수조, 공기 밸브, 공기실을 설치하고, 고압을 방지하려면 토출측 관로에 역지 밸브와 안전 밸브를 설치한다. 두 방식은 압력이 내려갈 때와 올라갈 때를 각각 막는다는 점에서 구분된다.

밸브의 종류와 쓰임

밸브는 종류에 따라 작동 원리와 쓰임이 다르므로 각각 기억해야 한다. 글로브 밸브는 원판형 디스크를 오르내려 유량을 조절하는 밸브이다. 디스크가 열리는 정도에 따라 흐르는 양이 달라지므로 유량 조절에 적합하다. 스톱밸브는 유로를 폐쇄하거나 유량을 조절하는 데 적합하다. 슬루스밸브는 유체 흐름의 마찰이 적어 물 배관 등에 주로 쓰인다.

급탕배관에서 공기 체류를 막는 방법을 묻는 문제는 밸브의 특성을 정확히 알아야 풀 수 있다. 급탕배관에서 공기 체류를 막으려면 글로브밸브보다 슬루스밸브를 사용하는 것이 적합하다. 다음 표와 같이 세 밸브의 쓰임과 특징을 함께 정리하면 비교 선지에 대응하기 쉽다.

표의 각 항목은 쓰임과 저항을 한 쌍으로 기억하는 방식이다. 쓰임만 외우면 저항을 묻는 선지에서, 저항만 외우면 쓰임을 묻는 선지에서 틀리기 쉽다.

펌프의 종류와 흡입

펌프 문제는 펌프의 방식과 용도를 연결해 묻는다. 원심식 펌프는 왕복식 펌프보다 고속운전에 적합하고 양수량 조정이 쉬워 고양정 펌프로 사용된다. 회전식 펌프는 케이싱 내 회전자로 액체를 압송하고, 왕복식 펌프는 피스톤이나 플런저의 왕복운동으로 액체를 보낸다. 두 방식은 동작 원리가 다르므로 이름만 비슷하게 기억하면 틀리기 쉽다.