1/개념

수격 현상은 물(또는 다른 액체)을 이송하는 동안 밸브가 갑자기 열리거나 닫히면서 발생하는 현상입니다.API 버터플라이 밸브, 게이트 밸브밸브를 확인하세요볼 밸브급수 펌프의 갑작스러운 정지, 가이드 베인의 갑작스러운 개폐 등으로 유량이 급격하게 변하고 압력이 크게 변동하는 현상을 수격 현상이라고 합니다. 이는 급수 펌프의 가동 및 정지 시 배관에 가해지는 물의 흐름 충격으로 발생하는 심한 수격 현상을 일컫는 용어입니다. 수도관 내부의 내벽은 매끄러워 물이 자유롭게 흐릅니다. 열려 있던 밸브를 갑자기 닫거나 급수 펌프를 정지시키면 물의 흐름이 밸브와 배관 벽, 특히 밸브나 펌프에 압력을 가하게 됩니다. 배관 벽이 매끄럽기 때문에 이후 물의 흐름에 의한 관성으로 인해 수압이 빠르게 최대치에 도달하여 파괴적인 영향을 미칩니다. 이것이 수리학에서 말하는 "수격 현상", 즉 정수격입니다. 반대로 닫혀 있던 밸브를 갑자기 열거나 급수 펌프를 가동할 때도 수격 현상이 발생하는데, 이를 음수격이라고 하지만 정수격만큼 크지는 않습니다. 압력 충격으로 인해 파이프 벽에 응력이 발생하고 마치 망치로 파이프를 치는 듯한 소음이 발생하기 때문에 이를 수격 현상이라고 합니다.

2/위험 요소

수격 현상으로 발생하는 순간적인 압력 변동은 배관의 정상 작동 압력의 수십 배, 심지어 수백 배에 달할 수 있습니다. 이러한 급격한 압력 변동은 배관 시스템에 심한 진동이나 소음을 유발하고 밸브 연결부를 손상시킬 수 있으며, 배관 시스템에 매우 심각한 악영향을 미칩니다. 수격 현상을 방지하기 위해서는 유량이 과도하게 높아지지 않도록 배관 시스템을 올바르게 설계해야 합니다. 일반적으로 배관의 설계 유량은 3m/s 미만이어야 하며, 밸브의 개폐 속도를 제어해야 합니다.
펌프의 시동, 정지 및 밸브의 개폐가 너무 빠르게 이루어지면 물의 속도가 급격하게 변하는데, 특히 펌프의 갑작스러운 정지로 인한 수격 현상은 배관, 펌프, 밸브를 손상시키고 펌프의 역회전을 유발하여 배관망의 압력을 감소시킬 수 있습니다. 수격 현상은 매우 파괴적인데, 압력이 너무 높으면 배관이 파열되고, 반대로 압력이 너무 낮으면 배관이 붕괴되어 밸브와 고정 장치가 손상될 수 있습니다. 매우 짧은 시간 안에 유량이 0에서 정격 유량까지 증가할 수 있습니다. 유체는 운동 에너지와 일정 수준의 압축성을 가지고 있기 때문에, 매우 짧은 시간 동안 유량이 크게 변하면 배관에 고압 및 저압 충격이 가해집니다.

3/생성

수격 현상이 발생하는 데에는 여러 가지 이유가 있습니다. 일반적인 원인은 다음과 같습니다.

1. 밸브가 갑자기 열리거나 닫힙니다.

2. 워터 펌프 장치가 갑자기 멈추거나 작동합니다.

3. 단일 파이프로 높은 곳까지 물을 운반하는 경우(급수 지형의 고도차가 20미터를 초과하는 경우);

4. 워터 펌프의 총 양정(또는 작동 압력)이 큽니다.

5. 수도관 내 물의 유속이 너무 빠릅니다.

6. 수도관이 너무 길고 지형 변화가 심합니다.
7. 불규칙한 시공은 상수도관 건설 사업의 숨겨진 위험 요소입니다.
(1) 예를 들어, 티, 엘보, 리듀서 및 기타 조인트용 시멘트 스러스트 피어 생산은 요구 사항을 충족하지 못합니다.
"매설형 경질 폴리염화비닐(PVC) 상수도관 시공 기술규정"에 따르면, 티(T자형 연결관), 엘보(E자형 연결관), 리듀서(감속기) 등 직경 110mm 이상의 배관 연결부에는 배관의 움직임을 방지하기 위해 콘크리트 지지대를 설치해야 합니다. "콘크리트 지지대는 C15 등급 이상이어야 하며, 굴착된 기존 토양 기초 및 트렌치 경사면에 현장에서 직접 타설해야 합니다." 그러나 일부 시공업체는 지지대의 역할을 제대로 고려하지 않고, 배관 옆에 나무 말뚝을 박거나 철제 쐐기를 박아 지지대 역할을 하도록 하는 경우가 있습니다. 또한, 콘크리트 지지대의 부피가 너무 작거나 기존 토양에 타설하지 않는 경우도 있습니다. 반대로 지지대의 강도가 충분하지 않은 경우도 있습니다. 결과적으로 배관 가동 중 지지대가 제 기능을 하지 못하고 파손되어 티, 엘보 등의 배관 연결부가 어긋나거나 손상되는 문제가 발생합니다.
(2) 자동 배기 밸브가 설치되지 않았거나 설치 위치가 부적절합니다.
유압 원리에 따라, 산악 지대나 굴곡이 심한 구릉지대의 파이프라인은 가장 높은 지점에 자동 배기 밸브를 설계 및 설치해야 합니다. 굴곡이 적은 평지에서도 파이프라인을 굴착할 때는 경사도를 고려하여 설계해야 합니다. 오르막과 내리막이 주기적으로 반복되는 지형, 최소 1/500의 경사도를 감안하여 1km마다 가장 높은 지점에 1~2개의 배기 밸브를 설치해야 합니다.
파이프라인을 통해 물을 운송하는 과정에서 파이프라인 내부의 가스가 빠져나와 파이프라인의 솟아오른 부분에 축적되어 공기 막힘 현상을 일으킬 수 있습니다. 파이프라인 내 물의 유량이 변동하면 솟아오른 부분에 형성된 공기 주머니가 지속적으로 압축과 팽창을 반복하게 되는데, 이때 가스가 압축될 때 발생하는 압력은 물이 압축될 때 발생하는 압력보다 수십 배, 심지어 수백 배 더 높아집니다(출처: 펌프 버틀러). 이러한 상황에서 파이프라인의 해당 구간은 다음과 같은 위험으로 이어질 수 있습니다.
• 파이프 상류로 물이 흘러간 후, 하류에서 물방울이 떨어지는 현상이 사라집니다. 이는 파이프 내부의 공기 주머니가 물의 흐름을 막아 물기둥이 분리되기 때문입니다.
• 파이프라인 내부의 압축 가스가 최대 한계까지 압축된 후 급격히 팽창하면서 파이프라인이 파열됩니다.
• 높은 수원에서 물이 중력에 의해 일정한 속도로 하류로 이동할 때, 상류 밸브를 급하게 닫으면 높이 차이와 유량의 관성 때문에 상류 배관의 수주가 즉시 멈추지 않고 일정한 속도로 계속 흐르게 됩니다. 이때 배관 내부에 공기가 제때 보충되지 못해 진공 상태가 형성되고, 이로 인한 음압으로 배관이 수축되어 손상될 수 있습니다.
(3) 트렌치와 되메우기토가 규정을 충족하지 못합니다.
산악 지역에서는 특히 돌이 많은 지형 때문에 부실하게 파놓은 도랑이 흔히 발견됩니다. 이러한 도랑은 수작업이나 폭약을 이용해 파낸 경우가 많은데, 바닥이 심하게 고르지 않고 날카로운 돌들이 튀어나와 있는 것이 특징입니다. 관련 규정에 따르면, 이런 경우 도랑 바닥의 돌을 제거하고 15cm 이상의 모래를 깔아준 후 파이프라인을 매설해야 합니다. 그러나 시공 작업자들이 부주의하거나 규정을 무시하고 모래를 깔지 않거나, 깔아주는 작업 없이 그대로 모래만 채우는 경우가 많습니다. 이렇게 매설된 돌 위에 파이프라인이 놓이게 되고, 되메우기 작업이 완료되고 물을 가동하기 시작하면 파이프라인 자체의 무게, 수직 ​​토압, 차량 하중, 그리고 중력의 영향으로 파이프라인 바닥의 날카로운 돌에 과도한 응력이 집중되어 해당 지점에서 파이프라인이 손상되고 직선으로 균열이 발생할 가능성이 매우 높습니다. 이를 흔히 "긁힘 현상"이라고 부릅니다.

4/측정

수격 현상을 방지하기 위한 다양한 예방책이 있지만, 수격 현상의 원인에 따라 적절한 예방책을 선택해야 합니다.
1. 송수관의 유량을 줄이면 수격 현상을 어느 정도 완화할 수 있지만, 송수관의 직경이 커져 사업 투자 비용이 증가합니다. 송수관을 설치할 때는 경사가 급격하게 변하는 부분이나 굴곡을 피하여 송수관의 길이를 최소화해야 합니다. 송수관이 길수록 펌프 정지 시 수격 현상이 커집니다. 한 펌프장에서 두 펌프장으로 물을 연결할 때는 취수정을 이용하여 연결합니다.
펌프가 멈췄을 때 수격 현상이 발생합니다.

소위 펌프 정지 수격 현상이란, 갑작스러운 정전이나 기타 원인으로 밸브가 열리고 멈출 때 펌프와 압력 배관 내 유속이 급격하게 변하면서 발생하는 수압 충격 현상을 말합니다. 예를 들어, 전력 시스템이나 전기 설비의 고장, 펌프 장치의 일시적인 고장 등으로 인해 원심 펌프의 밸브가 열리고 멈추게 되면 펌프 정지 시 수격 현상이 발생할 수 있습니다. 펌프 정지 시 수격 현상의 크기는 주로 펌프실의 기하학적 양정에 따라 달라집니다. 기하학적 양정이 높을수록 펌프 정지 시 수격 현상이 커지므로, 실제 현장 조건을 고려하여 적절한 펌프 양정을 선택해야 합니다.

펌프가 정지했을 때 발생하는 수격 현상의 최대 압력은 정상 작동 압력의 200% 이상에 달할 수 있으며, 이는 배관 및 장비를 파손시킬 수 있습니다. 일반적인 사고는 누수 및 단수를 유발하지만, 심각한 사고는 펌프실 침수, 장비 및 시설물 손상, 심지어 인명 피해나 사망으로 이어질 수 있습니다.

사고로 펌프 작동을 멈춘 후에는 체크 밸브 뒤쪽 배관에 물이 가득 찰 때까지 기다린 후 펌프를 재가동하십시오. 펌프를 재가동할 때 펌프 배출 밸브를 완전히 열지 마십시오. 그렇지 않으면 큰 물 충격이 발생할 수 있습니다. 많은 펌프장에서 발생하는 대형 수격 사고는 이러한 상황에서 자주 발생합니다.

2. 수격 현상 제거 장치 설치
(1) 정전압 제어 기술을 사용함
PLC 자동 제어 시스템은 가변 주파수 속도로 펌프를 제어하고 전체 급수 펌프실 시스템의 작동을 자동으로 제어하는 ​​데 사용됩니다. 급수 배관망의 압력은 작업 조건 변화에 따라 지속적으로 변동하기 때문에 시스템 작동 중 저압 또는 과압이 자주 발생하여 수격 현상을 일으켜 배관 및 장비 손상을 초래할 수 있습니다. PLC 자동 제어 시스템은 배관망의 압력 감지, 펌프의 시동 및 정지, 속도 조절에 대한 피드백 제어, 유량 제어를 통해 압력을 일정 수준으로 유지합니다. 마이크로컴퓨터 제어를 통해 펌프의 급수 압력을 설정하여 일정한 압력으로 급수를 공급하고 과도한 압력 변동을 방지함으로써 수격 현상 발생 가능성을 줄입니다.
(2) 수격 방지 장치를 설치합니다.
이 장치는 주로 펌프 정지 시 발생하는 수격 현상을 방지합니다. 일반적으로 워터 펌프의 배출관 근처에 설치되며, 배관 자체의 압력을 동력으로 사용하여 저압 자동 작동을 구현합니다. 즉, 배관 내 압력이 설정된 보호값보다 낮아지면 배수구가 자동으로 열려 물을 배출합니다. 압력 릴리프는 국부 배관의 압력 균형을 유지하고 수격 현상이 장비 및 배관에 미치는 영향을 방지하는 데 사용됩니다. 압력 릴리프 장치는 크게 기계식과 유압식 두 가지 유형으로 나뉩니다. 기계식 릴리프 장치는 작동 후 수동으로 복원해야 하는 반면, 유압식 릴리프 장치는 자동으로 복원됩니다.
(3) 대구경 워터펌프 배출관에 서서히 닫히는 체크 밸브를 설치한다.

펌프가 정지했을 때 수격 현상을 효과적으로 방지할 수 있지만, 펌프가 다시 작동할 때 일정량의 물이 역류하게 됩니다.API 609밸브가 작동되면 취수정에는 반드시 오버플로우 파이프가 있어야 합니다. 저속 폐쇄 체크 밸브에는 해머형과 에너지 저장형 두 가지 유형이 있습니다. 이러한 밸브는 필요에 따라 밸브 닫힘 시간을 특정 범위 내에서 조절할 수 있습니다(참고: 펌프 버틀러). 일반적으로 밸브는 정전 후 3~7초 이내에 70~80% 닫힙니다. 나머지 20~30%의 닫힘 시간은 급수 펌프와 배관 상태에 따라 조절되며, 일반적으로 10~30초 범위입니다. 배관에 굴곡이 있거나 수격 현상이 발생하는 경우 저속 폐쇄 체크 밸브의 역할이 매우 제한적이라는 점에 유의해야 합니다.
(4) 단방향 압력 조절탑을 설치한다.
펌프장 근처 또는 파이프라인의 적절한 위치에 설치되며, 단방향 압력 조절탑의 높이는 해당 지점의 파이프라인 압력보다 낮습니다. 파이프라인 압력이 탑 내부 수위보다 낮아지면, 압력 조절탑이 파이프라인으로 물을 보충하여 수주 파열을 방지하고 수격 현상을 억제합니다. 그러나 펌프 정지 수격 현상 외의 밸브 폐쇄 수격 현상 등 다른 수격 현상에 대한 저감 효과는 제한적입니다. 또한, 단방향 압력 조절탑에 사용되는 역류 방지 밸브의 성능은 절대적으로 신뢰할 수 있어야 합니다. 밸브 고장이 발생하면 큰 수격 현상이 발생할 수 있습니다.
(5) 펌프장에 바이패스 파이프(밸브)를 설치한다.
펌프 시스템이 정상적으로 작동할 때는 펌프의 압력측 수압이 흡입측 수압보다 높기 때문에 체크 밸브가 닫혀 있습니다. 갑작스러운 정전으로 펌프가 갑자기 멈추면 펌프 스테이션 출구의 압력이 급격히 떨어지는 반면 흡입측 압력은 급격히 상승합니다. 이러한 압력 차이로 인해 흡입 주 배관의 순간적인 고압수가 체크 밸브의 밸브 플레이트를 밀어 열고 압력 주 배관의 순간적인 저압수로 흐르면서 압력 주 배관의 저압을 상승시킵니다. 동시에 펌프 흡입측의 수격 ​​현상으로 인한 압력 상승도 감소합니다. 이처럼 펌프 스테이션 양쪽의 수격 현상과 압력 강하를 제어하여 수격 위험을 효과적으로 줄이고 예방할 수 있습니다.
(6) 다단 체크 밸브를 설치한다.
긴 수도관에 하나 이상을 추가하세요.체크 밸브수도관을 여러 구간으로 나누고 각 구간에 체크 밸브를 설치합니다. 수격 현상으로 인해 수도관 내 물이 역류할 때, 각 체크 밸브가 순차적으로 닫히면서 역류 유량이 여러 구간으로 나뉘게 됩니다. 각 구간(또는 역류 구간)의 수압이 매우 작기 때문에 물의 유량이 감소하여 수격 현상을 완화할 수 있습니다. 이 보호 조치는 기하학적인 급수 높이 차이가 큰 상황에서 효과적으로 사용할 수 있지만, 수주 분리 현상을 완전히 제거할 수는 없습니다. 가장 큰 단점은 정상 작동 시 펌프의 전력 소비가 증가하고 수도 요금이 상승한다는 점입니다.