모든 가정에 식수용 수도꼭지가 있는 것은 사치가 아니라 상당한 발전입니다. 하지만 배관에서 수격 현상이 발생하면 이러한 편리함은 순식간에 사라질 수 있습니다. 수격 현상은 물 부족뿐만 아니라 아파트 침수로 이어질 수도 있습니다.
이 글에서는 이러한 위험한 현상이 발생하는 원인과 이를 피하는 방법에 대해 자세히 논의할 것입니다.
파이프라인에서 발생하는 수격 현상의 특성
수격 현상은 수도관 표면과 연결 부위를 따라 전파되는 충격파입니다. 압력이 증가하면 충격파는 양의 방향을, 압력이 감소하면 음의 방향을 갖습니다. 수격 현상은 빈 관에 물을 채우거나 수도꼭지를 갑자기 잠글 때 발생합니다. 이 현상의 파괴적인 영향은 주로 액체의 비압축성 때문입니다.
만약 물이 기체처럼 여러 배로 압축될 수 있다면, 파이프가 터지는 일은 없을 것입니다. 압력의 급격한 증가과도한 압력은 액체의 흐름이 갑자기 멈출 때 발생하지만, 수격 현상은 급수 시스템의 다른 현상에 의해서도 발생할 수 있습니다.
이유
수격 현상은 대부분 차단 밸브가 갑자기 닫힐 때 발생합니다. 물이 파이프를 통해 흐르고 수도꼭지에서 나올 때 배관 시스템 내부의 압력은 일정하게 유지됩니다. 그러나 밸브가 갑자기 닫히면 이 압력이 몇 배로 증가하여 파이프 벽이 파열되고 파손될 수 있습니다.
수격 현상은 다음과 같은 원인으로도 발생할 수 있습니다.
- 강력한 펌프를 갑자기 켜거나 끄는 것.
- 급수 회로 또는 난방 회로에 공기 막힘 현상이 발생했습니다.
고출력 급수 펌프 설비의 경우, 불안정한 전력 공급으로 인해 펌프가 켜졌다 꺼졌다 할 수 있습니다. 또한, 공기 막힘 현상도 이러한 위험한 현상의 주요 원인이므로 밀폐형 액체 시스템을 가동하기 전에 공기가 완전히 제거되었는지 확인해야 합니다.
결과
수격 현상으로 인해 반복적으로 고압에 노출되면 아무리 신뢰할 수 있는 시스템이라도 밀봉 기능을 잃을 수 있습니다. 파이프라인 파열도 발생할 수 있습니다. 단 한 번의 강력한 유압 충격으로부터.
이러한 영향으로 인해 수도관에 연결된 건물들에 대한 물 공급이 완전히 차단됩니다. 불행히도 이 현상의 결과는 수돗물이 나오지 않는 것에 그치지 않습니다.
아파트에서 배관이 파열되면, 배관 파열로 인한 누수가 주거 공간으로 유입되어 아파트 소유주뿐만 아니라 아래층 이웃의 재산에도 피해가 발생합니다.
도시 전체 구역에 물을 공급하는 주요 상수도관이 파열되면 그 사고는 이미 비상사태로 간주될 수 있습니다.
이러한 사고로 인해 수십 채의 아파트 주민들은 식수뿐만 아니라 하수도 시설도 이용할 수 없게 될 것입니다. 모든 변기 물탱크가 냉수 공급을 받기 때문입니다. 온수 공급이 정상이라 하더라도 샤워는 불가능해질 것입니다.
온수 파이프가 수격 현상으로 손상되면 재산 피해는 물론 심각한 화상을 입을 수 있습니다. 특히 냉매가 항상 높은 압력 상태에 있고 온도가 70도 이상으로 올라가는 난방 시스템에서 누수가 발생하면 매우 위험할 수 있습니다.
수격 현상은 상당한 손상을 초래할 수 있으므로 파이프라인의 갑작스러운 압력 증가를 방지하는 방법을 배우는 것이 중요합니다.
보호 방법
배관 및 난방 시스템 설치 지침을 준수하면 수격 현상의 위험을 최소화할 수 있지만, 제대로 설계된 시스템만으로는 수격 현상을 완전히 제거할 수는 없습니다. 이러한 불쾌한 상황을 피하려면 종합적인 접근 방식과 안전 규정 및 기술 지침 준수가 필요합니다.
수도관 설치 및 작동 시 다음 규칙을 준수하면 수격 현상 발생 가능성을 크게 줄일 수 있습니다.
- 급수 또는 난방 시스템을 가동할 때는 해당 부속품의 차단 밸브가 열려야 합니다. 아주 천천히수도 공급을 차단할 때도 매우 부드럽게 해야 합니다. 차단 밸브를 부드럽게 열고 닫는 것은 산업 시설뿐만 아니라 가정에서 수도 및 난방 시스템을 가동할 때도 필수적입니다. 수격 현상으로 인한 과도한 압력은 가정용 설비를 쉽게 손상시킬 수 있으므로, 가정에 고압으로 물을 공급할 때는 안전 수칙을 준수하는 것이 중요합니다.
- 배관이나 난방 시스템에 차단 밸브의 원활한 개폐를 위한 자동 장치를 설치하면 수격 현상 발생 시 인적 오류를 완전히 방지할 수 있습니다. 물론 전자 장치를 사용하는 배관 시스템은 전력에 의존하게 되지만, 자동 장치로 인한 고장 가능성을 완전히 없애려면 백업 전원을 갖추는 것이 필수적입니다. 이러한 백업 전원은 대규모 기업뿐 아니라 일반 가정의 설비 정상 작동에도 절대적으로 필요합니다. 펌프장에도 자동 제어 장치를 설치하는 것이 좋습니다. 이는 강력한 펌프 장비의 작동 또는 정지로 인한 급격한 압력 강하로 발생하는 수격 현상을 예방하는 데 도움이 됩니다.
- 유압 축압기 및 댐퍼 장치의 적용또한, 급수망에서 갑작스러운 압력 상승의 영향을 최소화하는 데에도 도움이 됩니다. 이러한 장치는 일반적으로 내부에 멤브레인이 있는 금속 하우징으로 구성됩니다. 수격 현상이 발생하면 멤브레인이 움직여 과도한 액체를 흡수합니다. 파이프라인 파열 위험이 있을 때 이러한 장치를 사용할 수 있습니다.
공기가 통과하고 압력이 감소하면, 뒷면에 있는 공기 때문에 막은 원래 위치로 돌아갈 것입니다. - 상수도망의 압력을 줄이기 위해 사용할 수 있습니다. 안전 밸브액체가 특정 수위에 도달하면 열리는 밸브입니다. 이러한 장치는 파이프라인 손상을 방지할 수도 있지만, 이러한 유형의 보호에는 밸브에서 하수 시스템까지 추가 분기 배관이 필요합니다.
- 개인 주택이나 아파트에서 수격 현상을 방지하려면 배관 벽의 팽창을 통해 과도한 압력을 상쇄하는 매우 간단한 방법을 사용할 수 있습니다. 난방이나 급수 시스템에 반드시 이러한 재료를 사용할 필요는 없지만, 내열 고무로 만든 배관 구간은 소규모 시스템에서 수격 현상을 충분히 흡수할 수 있습니다.
- 온도 조절기 바이패스이는 저수위 수격 현상을 방지하는 효과적인 조치이므로, 이러한 자율 난방의 "개선"은 개인 난방 시스템에만 적용할 수 있습니다. 일반적으로 주 밸브에 직경 0.5mm의 구멍을 뚫으면 고압 발생 시 과잉 유체가 냉수 회로로 자유롭게 흐를 수 있습니다.
- 난방 시스템에 보호 기능이 있는 온도 조절기가 설치되어 있습니다.또한 수격 현상과 같은 위험한 현상을 방지하는 데에도 도움이 됩니다. 이 장치는 유체 온도와 관계없이 열리는 작은 추가 메커니즘을 주 온도 조절 밸브 내부에 통합하여 작동합니다. 이 내부 밸브는 냉각수 압력이 최대 허용값에 가까워지면 유체가 통과하도록 하여 배관 파열을 방지합니다.
수격 현상으로부터 가정 내 설비를 보호하는 방법
아파트 수도관 누수는 매우 심각한 결과를 초래할 수 있으며, 특히 누수로 인해 아래층 이웃에게 피해가 발생할 경우 더욱 그렇습니다.
아파트에 설치된 급수 시스템에는 오래된 금속 파이프가 포함되어 있을 수 있는데, 이 파이프는 시간이 지남에 따라 녹슬고 작동 중에 파손될 수 있으며, 수격 현상으로 인한 치명적인 피해를 초래할 수도 있습니다.
중요! 누수 위험을 최소화하려면, 설계상 물을 즉시 차단할 수 없는 게이트 밸브를 설치하는 것이 좋습니다. 주방뿐 아니라 샤워실에서도 편리하게 사용할 수 있는 볼 레버 밸브는 심각한 사고를 초래할 수 있습니다.
유압 축압기는 주로 깊은 우물에 설치된 펌프로 물을 공급받는 개인 주택에서 사용되지만, 아파트의 급수 시스템을 수격 현상으로부터 보호하는 데에도 도움이 될 수 있습니다.
또한, 이러한 장치에 축적된 물은 일시적인 물 공급 중단 시 사용할 수 있습니다. 수격 현상은 냉수 또는 온수 공급관에 특수 댐퍼를 설치하여 방지할 수도 있습니다.
중앙난방 시스템에 허가 없이 장비를 설치하는 것은 엄격히 금지되어 있습니다. 수격 현상으로부터 가정을 보호하려면 관리 회사 전문가에게 난방 시스템 시운전을 의뢰하십시오.
라디에이터와 배관에서 공기 방울을 제때 모두 제거하면 보일러실과 아파트로 연결되는 냉매 공급 경로를 따라 수격 현상을 방지하기 위한 모든 필요한 조치가 취해지므로 수격 현상에 대해 걱정할 필요가 없습니다.
온수 공급 시스템 누수 위험을 줄이기 위해, 수도꼭지를 나사식 디자인으로 교체하고 배관 내 과압을 최대한 효과적으로 견딜 수 있는 최신 재질의 배관을 설치하는 것이 좋습니다.
수격 현상 이론에 대해 간략히 설명드리겠습니다.
수압 해머는 유체가 갑작스러운 압력 급증을 상쇄할 만큼 충분히 압축되지 못할 때만 발생합니다. 한 지점에서 압력이 증가하면 그 힘이 파이프라인 전체로 퍼져나가 약한 지점을 만나게 되고, 결국 재료의 변형이나 파손으로 이어집니다.
고압 파이프라인에서 발생하는 이러한 현상은 19세기 후반 러시아 과학자 N. 예. 주코프스키에 의해 처음 발견되었습니다. 주코프스키는 또한 폐쇄형 급수 시스템에서 위험한 압력 상승을 방지하기 위해 밸브를 닫는 데 필요한 최소 시간을 계산하는 공식을 개발했습니다.
- Dp=p(u0-u1)
어디:
- Dp — 압력 증가량(N/m2)
- p는 액체의 밀도(kg/m³)입니다.
- u0와 u1은 밸브를 닫기 전과 후 파이프라인 내 액체 속도의 평균값입니다.
과학자는 충격파 전파 속도가 주로 파이프의 직경과 재질에 따라 달라진다는 것을 증명했습니다. 또한 이 값은 액체의 압축률에도 영향을 받습니다.
물의 밀도는 용해된 염분의 양에 따라 크게 달라질 수 있으므로, 계산은 반드시 실험적으로 물의 밀도를 측정한 후에 수행해야 합니다. 수격 현상의 전파 속도는 항상 다음 공식을 사용하여 계산합니다.
- c=2L/T.
어디:
- c는 충격파의 속도입니다.
- L — 파이프라인 길이;
- T — 시간.
이 공식에 값을 대입하면 수격파의 전파 속도를 정확하게 구할 수 있습니다. 수격파는 특정 주파수로 진동하는 파동입니다.
필요하다면 단위 시간당 진동 횟수를 계산하는 것도 간단합니다. 다음 공식을 사용하면 됩니다.
- M = 2L/a
어디:
- M은 진동 주기의 지속 시간입니다.
- L — 파이프라인 길이;
- a는 파동의 속도(m/s)입니다.
계산을 단순화하기 위해 다음과 같은 재질로 만들어진 파이프의 수격 현상에 대한 충격파 속도 값을 아래에 제시합니다.
- 강철 - 900~1300m/s;
- 주철 - 1000~1200m/s;
- 플라스틱 - 300~500m/s.
이 값들을 공식에 대입하면 특정 길이의 수도관 구간에서 발생하는 수격 현상의 진동 빈도를 정확하게 계산할 수 있습니다.
이것은 수격 현상에 대한 가장 기본적인 수학적 설명입니다. 현대 엔지니어링 시스템을 설계할 때는 강력한 컴퓨터가 이러한 계산을 수행하기 때문에 수격 속도와 힘을 수동으로 계산할 필요가 없습니다.
결론
수도관의 수격 현상은 주택 및 공공시설 분야에서 심각한 사고를 초래할 수 있습니다. 이러한 사고는 특히 겨울철에 더욱 위험합니다. 난방관이 파열되면 저체온증과 질병으로 이어질 수 있으며, 특히 어린이나 노인이 난방 없이 지내야 할 경우 더욱 심각한 문제가 발생할 수 있습니다.
