워터 햄머는 배관 시스템에 포함 된 유체를 통해 전달되는 충격파입니다. 가장 기본적인 설명은 움직이는 유체가 갑자기 움직이지 않을 때 수격 현상이 발생한다는 것입니다. 유체의 갑작스런 정지 운동량은 파이프 시스템 내의 매체를 통해 이동하는 압력 파를 생성하여 폐쇄 된 시스템의 모든 것에 상당한 힘을가합니다.
일반적으로 압력 파는 매우 짧은 시간에 감쇠되거나 소멸됩니다. 그러나 압력 스파이크는 그 짧은 기간 동안 막대한 손상을 입힐 수 있습니다.
수격 현상은 두드리는 소리 또는 두드리는 소리로 입증되며 극단적 인 경우 광범위하고 비용이 많이 드는 손상이 발생하고 있음을 나타낼 수 있습니다. 팽창 조인트, 압력 센서, 유량계 및 파이프 벽.
수격 현상은 고형물이 포함 된 액체 매체 인 다상 유체에서도 발생할 수 있습니다. 예를 들어 모래 슬러리 또는 액체 펄프 (기본적으로 펄프 섬유를 운반하는 물)가 있습니다. 핵심 요소는 물이 배관 시스템의 주요 운송 매체이며 물이 충격파를 매우 효과적으로 전달할 수 있다는 것입니다.
FLASHING VS. WATER HAMMER
점멸은 다른 종류의 압력 스파이크 이벤트입니다. 플래싱은 증기 응축수 (액체)가 배관 시스템 내에 축적 된 증기 시스템에서 발생합니다. 이 액체 물은 400 ~ 600 배의 체적 팽창 계수로 갑자기 액체에서 증기로 전환 될 수 있습니다. 플래싱은 완전히 다른 방식으로 처리되어야합니다. 제어하는 것도 똑같이 중요하지만이 기사에서는 액체 매질과 수격 현상 소음에 대해서만 논의합니다.
수격 현상의 원인
수격 현상은 부적절한 결과로 인해 발생할 수 있습니다. 밸브 선택, 부적절한 밸브 위치 및 때로는 열악한 유지 보수 관행. 스윙 체크 밸브, 틸팅 디스크 체크 및 이중 도어 체크 밸브와 같은 특정 밸브도 수격 현상 문제의 원인이 될 수 있습니다. 이러한 체크 밸브는 역류와 역압에 의존하여 디스크를 시트로 다시 밀어 넣어 밸브가 닫히기 때문에 슬래 밍이 발생하기 쉽습니다. 수직 흐름이 위로 향하는 수직선의 경우와 같이 역류가 강하면 디스크가 큰 힘으로 부딪 힐 수 있습니다. 그로 인한 충격은 디스크의 정렬을 손상시켜 더 이상 시트와 360도 완전히 접촉하지 않게합니다. 이로 인해 누출이 발생하여 최상의 경우 시스템의 효율성이 저하됩니다. 최악의 경우 다른 배관 시스템 구성 요소에 심각한 손상을 줄 수 있습니다.
국소화 된 갑작스러운 압력 강하는 최소한 성 가시고 기껏해야 심각한 문제입니다. 특정 단계는 수격 현상을 방지하거나 완화 할 수 있습니다. 첫 번째는 원인, 결과 및 해결책을 연구하는 것입니다.
유압 충격
수격 현상의 가장 일반적인 원인은 밸브가 너무 빨리 닫히거나 펌프가 갑자기 중단되는 것입니다. 실제로 유압 충격은 유체가 갑자기 멈출 때 배관 시스템의 유체 압력이 순간적으로 상승하는 것입니다. Isaac Newton 경이 관찰 한 것처럼 움직이는 물체는 다른 힘에 의해 작용하지 않는 한 계속 움직이는 경향이 있습니다. 전진 방향으로 이동하는 유체의 운동량은 유체가 해당 방향으로 계속 이동하도록합니다. 밸브가 갑자기 닫히거나 펌프가 갑자기 정지하면 밸브 또는 펌프 하류의 배관 시스템에있는 유체는 유체의 운동량이 정지 될 때까지 탄력적으로 늘어납니다.
그러면 유체는 풀린 확장 스프링과 같이 스트레스가없는 정상 상태로 되돌아 가기를 원합니다. 이로 인해 액체가 파이프를 통해 다시 이동합니다. 역류하는 유체는 잠재적으로 상당한 파괴력을 가진 닫힌 밸브와 접촉합니다. 이 유체 압력 파의 반사는 큰 소리를냅니다 (두 개 이상의 압력 펄스가있을 수 있음) (그림 1).
갑작스러운 밸브 폐쇄는 대부분 1/4 회전 유형의 밸브와 관련이 있습니다. 특히 자동화 된 1/4 회전 밸브입니다. 간단한 해결책은 자동화 된 1/4 회전 밸브를 더 천천히 닫는 것입니다. 이것은 많은 경우에 작동하지만 전부는 아닙니다. 예를 들어 비상 차단 밸브는 빠르게 닫아야하므로 이러한 유형의 응용 분야에는 다른 솔루션이 필요할 수 있습니다. 밸브 폐쇄 시간 계산에 대한 자세한 내용은이 기사의 뒷부분에 포함되어 있습니다.
수격 현상의 또 다른 가장 일반적인 원인은 갑작스러운 펌프 정지입니다. 냉각탑 애플리케이션 또는 광산 탈수에서와 같이 공통 헤더로 공급되는 여러 펌프는 천천히 종료하거나 펌프 직후에 인라인 무음 체크 밸브를 설치해야합니다. 사일런트 체크 밸브는 수격 현상을 줄이고 때로는 제거하는 데 매우 효과적 일 수 있습니다.
워터 해머 압력 스파이크 예측
배관 시스템과 운반되는 매체에 대한 자세한 지식을 기반으로 수격 압력 스파이크의 크기를 계산할 수 있습니다. 워터 햄머의 실제 힘은 정지 된 유체의 유속과 그 흐름이 정지 된 시간에 따라 달라집니다. 예를 들어 2 인치 파이프에 초당 10 피트의 속도로 흐르는 100 갤런의 물을 생각해보십시오. 빠르게 닫히는 밸브에 의해 흐름이 빠르게 중단 될 때 그 효과는 장벽에 부딪히는 835 파운드 해머의 효과와 동일합니다. 흐름이 0.5 초 이내에 중지되면 (밸브의 폐쇄 속도 일 수 있음) 시스템 작동 압력보다 100psi가 넘는 압력 스파이크가 생성 될 수 있습니다.
방정식 스파이크의 잠재적 크기를 계산하는 방법은 다음과 같습니다.
∆H = a / g * ∆V
∆H는 수두 압력의 변화입니다.
∆ V는 유체 유속의 변화입니다.
a = 매체의 음향 속도
g = 중력 상수
예 :
a = 초당 4864 피트
g = 초당 32.2 피트 2
∆V = 초당 5 피트
∆H는 756 피트 (328psi)입니다. )
이 값은 즉각적인 밸브 폐쇄가 존재한다고 가정합니다.
밸브 폐쇄 시간 계산
수격 현상은 다음과 같은 산업 환경에서 분명히 심각한 문제입니다. 폐수 공장 또는 도시 상수도 시스템. 위의 예와 달리 평균 욕실 수도꼭지는 일반적으로 0.5 인치 공칭 라인 크기를 기반으로하며 수압이 60-80psi 범위이고 분당 약 8-10 갤런을 전달합니다. 수처리 공장의 6 인치 라인은 초당 10 피트의 속도로 분당 900 갤런을 제공합니다. 24 인치 수도관은 분당 12,000 갤런 이상의 물을 공급할 수 있으며, 이는 평균 뒤뜰 수영장을 2 분 이내에 채울 수있을만큼 충분합니다.
밸브 폐쇄 시간의 기본 공식은 다음과 같습니다. T = 2L / a
T = 최소 시간 (초)
L = 폐쇄 밸브와 다음 엘보, 티 또는 기타 변경 사이의 직선 파이프 길이
물용 21 ° C (70 ° F)에서 100 피트의 직선 파이프가있는 경우 :
T = 41 밀리 초의 최소 폐쇄 시간
물 망치의 결과
수격 현상의 결과는 경증에서 중증까지 다양합니다. 일반적인 징후는 특히 수압 원이 빠르게 차단 된 후 파이프에서 나오는 큰 소리 또는 두드리는 소리입니다. 압력 충격파가 닫힌 밸브, 조인트 또는 기타 막힘에 강한 힘을 가하는 소리입니다. 이따금 불쾌한 소음은 특히 사람들이 가까이에서 일하는 경우 큰 고통과 우려의 원인이 될 수 있습니다.
수격 현상이 반복되는 것은 단순히 성가신 일이 아닙니다. 수격 현상은 또한 파이프 라인, 파이프 조인트, 개스킷 및 시스템의 다른 모든 구성 요소 (유량계, 압력 게이지 등)를 심각하게 손상시킵니다. 압력 스파이크는 충격시 시스템 작동 압력의 5 ~ 10 배를 쉽게 초과 할 수 있으므로 시스템에 많은 스트레스를가합니다. 워터 햄머는 시스템의 조인트에서 누출을 일으 킵니다. 또한 파이프 벽에 균열이 생기고 파이프지지 시스템이 변형됩니다. 손상된 파이프 라인 구성품 및 장비를 수리하거나 교체하려면 엄청난 비용이들 수 있습니다. 유출로 인해 환경 문제가 발생하면 비용이 엄청날 수 있습니다.
대부분의 상황에서 수격 현상은 안전 위험으로 간주됩니다. 수격의 극심한 압력은 개스킷을 날려 파이프를 갑자기 파열시킬 수 있습니다. 이러한 사건 주변에있는 사람들은 심각한 부상을 입을 수 있습니다.
수격 현상에 대한 해결책
수격 현상의 원인에 따라 수격 현상을 완화하는 방법은 여러 가지가 있습니다. 유압 충격으로 인한 수격 현상을 최소화하는 가장 간단한 방법 중 하나는 작업자를 교육하고 교육하는 것입니다. 수동 또는 작동 밸브를 적절하게 열고 닫는 것의 중요성을 배우는 작업자는 영향을 최소화하기 위해 예방 조치를 취할 수 있습니다. 이는 볼 밸브, 버터 플라이 밸브 및 플러그 밸브와 같은 1/4 회전 밸브에 특히 해당됩니다.
배관 설계 고려 사항
수격 현상 방지기는 다음으로 인해 발생하는 압력 스파이크에 대한 완화 지점을 제공합니다. 수격. 이러한 배관 시스템 구성 요소는 충격 흡수 장치처럼 작동하여 파이프 라인 시스템에 대한 특성 소음과 결과적인 스트레스를 줄입니다. 적절한 크기를 지정하고 설치하면 수격 현상 방지기가 효과적인 솔루션이 될 수 있습니다.
반면에 수직 파이프로 긴 출력을내는 펌프는 피해야합니다. 수직 다리를 최소화하거나 펌프에 최대한 가깝게 설치된 정음 체크 밸브를 사용해야합니다.
수격 현상을 최소화하기 위해 살펴볼 또 다른 영역은 수직 파이프 라인에 체크 밸브를 설치하는 것입니다. 스윙 체크, 틸팅 디스크 및 이중 도어 밸브를 수직선으로 작동하도록 만들 수 있습니다. 그러나이 방향에서 역류를 방지하지는 않습니다.이 방향에서는 무소음 체크 밸브 만 작동 할 수 있습니다.
스윙 체크, 틸팅 디스크 및 이중 도어 체크 밸브의 갑작스런 폐쇄로 인한 유압 충격은 이러한 밸브를 무음 또는 비 슬램으로 교환하여 해결할 수 있습니다. 체크 밸브. 사일런트 체크 밸브는 역류로 인해 닫히지 않고 밸브의 폐쇄 부재에 걸쳐 차압이 감소하면 닫힙니다. 따라서 그들은 수격 현상을 유발하는 슬램 셧다운 가능성이 훨씬 적습니다. 디스크의 차압이 밸브의 균열 압력에 가까워지면 밸브가 완전히 닫힙니다. 이를 통해 유체 흐름이 감속되어 밸브가 완전히 닫히기 전에 유체의 운동량이 감소하는 동시에 유체 흐름이 방향을 바꾸지 않도록합니다.
시스템 설계자는 가장 잘 알고 있어야합니다. 적절한 경우 느리게 닫히는 밸브 사용, 배관 시스템 내 최적의 밸브 위치 파악, 고 작동 압력 시스템에 대한 특수 배관 설계 고려 사항 제공 등 수격 현상을 최소화하기위한 관행 및 산업 표준.
배관 시스템의 경우 제대로 설계되면 수격 현상이 발생할 가능성이 크게 감소하거나 제거됩니다. 이미 설치된 시스템에서 수격 현상 방지기 설치, 수직선에서 체크 밸브 위치 변경, 1 차 방어선으로 무음 체크 밸브 설치 등 여러 가지 중요한 방법으로 수격 현상의 손상 효과를 제한 할 수 있습니다. 1/4 회전 밸브의 작동 절차가 느린 폐쇄 속도를 보장합니다. 자동화 시스템의 폐쇄 시간은 T = 2L / a 공식에서 계산 된 것의 동쪽 10 배 여야합니다.
결론
수격 현상은 수년 동안 연구되어 왔습니다. 창립 연구 중 일부는 19 세기 후반으로 거슬러 올라갑니다. 연구는 오늘날에도 계속됩니다. 미국, 영국, 네덜란드의 많은 주요 대학과 존경받는 밸브 회사는 다양한 스타일의 체크 밸브와 설치된 동적 특성을 비교하는 기사를 작성했습니다.
이 기사는 우리가 일반적으로 수격 현상이라고 부르는 원인과 해결책 중 일부를 탐구하여 유체 과도 현상의 표면. 수격 현상 문제를 해결하기위한 솔루션은 비용이 많이들 수 있으며, 항상 그렇듯이 1 온스의 예방은 1 파운드의 치료 가치가 있습니다. 수직 라인 또는 공통 헤더로 공급되는 펌프 및 신속한 밸브 폐쇄는 모두 처음에 프로세스에서 설계 할 수 있습니다. 배관이 제자리에 있고 플랜트 프로세스가 진행되면 특정 제약 조건을 고려하여 솔루션을 찾는 것이 과제입니다.
대부분의 인라인 무음 체크 밸브 제조업체는 수격 현상을 잘 이해하고 엔지니어를 직원으로 고용합니다. 도움이 될 수 있습니다. 올바른 솔루션을 찾을 때 최고의 지식 소스가 될 수 있습니다.
ARIE BREGMAN은 DFT Valves의 부사장 겸 총괄 관리자입니다. 이 이메일 주소는 스팸봇으로부터 보호됩니다. 보려면 JavaScript를 활성화해야합니다.