수격 파속, 압력 상승, 임계 밸브 폐쇄 시간을 계산합니다. 배관 계통 서지 분석에 필수.
수격 현상(워터 해머)은 밸브 급폐쇄 등으로 유동 중인 유체가 갑자기 정지하거나 방향을 바꿀 때 발생하는 압력 서지입니다. 이 계산기는 유체 밀도, 파속, 속도 변화로부터 Joukowsky 방정식의 순간 압력 상승을 계산하고, 배관 정격 여유와 서지를 설계 압력 이하로 유지하기 위한 밸브 닫힘 시간 목표값을 제시합니다.
Joukowsky 방정식: ΔP = ρ × a × ΔV, 여기서 ρ는 유체 밀도, a는 압력파 전파 속도(파속), ΔV는 평균 유속 변화량입니다. 파속 a = √(K / ρ) / √(1 + (K/E) × (D/t)), K는 유체 체적 탄성계수, E는 관벽 영률, D는 직경, t는 관벽 두께입니다 — 유연한 관(낮은 E)일수록 파속과 서지가 작아집니다. 수돗물 in 강성 강관: a ≈ 1,300 m/s, 유연 PE 관: a ≈ 250~400 m/s. 서지를 압력 등급 이내로 유지하려면 밸브 닫힘 시간 T > 2L/a(파 1회 왕복 주기)를 목표로 하여 감속을 관 전체 길이에 분산시킵니다.
1.2 km 배관에서 500 lpm 펌프 트립 후 서지를 추정하는 유틸리티 엔지니어가 ΔV = 2.1 m/s, ΔP = 26 bar를 계산하여 배관 압력 등급을 초과함을 확인하고, 차단 파를 완충하기 위해 에어 챔버 서지 탱크를 추가합니다.
200 mm 냉각수 밸브를 설계하는 공정 엔지니어가 원래 0.5초 솔레노이드 대신 닫힘 시간 5초의 전동 액추에이터를 선정하여 서지를 18 bar에서 3 bar로 낮추고 배관 등급 업그레이드를 회피합니다.
세탁기 차단 시 배관이 쾅 소리를 내는 문제를 조사하는 건물 설비 기술자가 계산기로 필요 가스 체적과 압력 정격을 구한 뒤 인라인 수격 방지기(water-hammer arrestor)를 설치합니다.
T_c = 2L/a(배관 길이 × 2 / 파속)보다 빠른 닫힘은 전체 Joukowsky 서지를 유발합니다. 닫힘 시간을 이보다 길게 하면 감속이 분산되어 최대 압력이 비례적으로 감소합니다.
배관이 길수록 더 많은 운동 에너지가 축적됩니다. Joukowsky 압력 상승 자체는 배관 길이와 무관하지만, 고압 펄스의 지속 시간(= 2L/a)이 길어지므로 피로 손상과 소음 크기가 배관 길이에 비례합니다.
그렇습니다. 갇힌 공기는 압축·팽창을 반복하며 칼럼 분리 현상을 일으켜 Joukowsky 예측을 훨씬 초과하는 서지를 발생시킵니다. 항상 고점부를 배기하고 장거리 하향 배관에는 진공 파괴기를 사용하십시오.