[소방유체역학] 펌프를 망가뜨리는 3대 악재: 공동현상, 수격현상, 맥동현상 완벽 정리 (원인과 방지 대책)

 

[소방유체역학] 펌프를 망가뜨리는 3대 악재: 공동현상, 수격현상, 맥동현상 완벽 정리 (원인과 방지 대책)

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서론: 펌프가 비명을 지르는 이유

소방 펌프나 산업용 펌프를 운전하다 보면 가끔 배관에서 망치로 때리는 듯한 쾅쾅 소리가 나거나(수격), 펌프가 숨을 헐떡이듯 압력계가 요동치는 경우(맥동)가 있습니다. 이는 펌프의 수명을 단축시킬 뿐만 아니라, 화재 시 소방 설비가 작동하지 않는 치명적인 결과를 초래합니다.

기술 자격증 시험에서는 이 **3가지 이상 현상(Ab동, 수격, 맥동)**의 정의를 묻는 필기 문제와, 방지 대책 5가지를 쓰라는 실기 서술형 문제가 단골로 출제됩니다. 오늘은 헷갈리는 이 3대 현상을 한 번에 정리해 보겠습니다.

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펌프

 1. 공동 현상 (Cavitation, 캐비테이션)

(1) 정의

펌프의 흡입 측 배관 압력이 물의 포화증기압보다 낮아질 때, 물속에서 기포(거품)가 발생하는 현상입니다. 이 기포가 펌프 임펠러(날개)에 부딪혀 터지면서 소음과 진동을 유발하고, 날개를 갉아먹는 침식(Erosion)을 일으킵니다.

(2) 발생 원인 (★압력이 낮을 때 발생)

* 펌프의 설치 위치가 수원보다 너무 높을 때 (흡입 양정이 클 때).
* 흡입 배관의 마찰 손실이 너무 클 때 (배관이 가늘거나 길 때).
* 펌프 속도가 너무 빠를 때 (과속 운전).
* 물의 온도가 높을 때 (온도가 높으면 증기압이 높아져 기포가 잘 생김).

(3) 방지 대책 (★시험 필수 암기)

* 펌프의 설치 위치를 낮춘다 (가능하면 수조보다 아래에 설치)
* 흡입 배관의 지름을 크게 하고 길이를 짧게 한다. (마찰 손실 감소)
* 펌프의 회전수를 낮춘다.
* 양흡입 펌프를 사용한다.

> [핵심 공식]
                                                    NPSHav > NPSHre X 1.3
> (유효흡입수두가 필요흡입수두보다 커야 캐비테이션이 안 생긴다.)

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2. 수격 현상 (Water Hammering, 워터해머)

(1) 정의

배관 속을 흐르던 유체의 속도가 급격히 변할 때(밸브 급폐쇄 등), 그 운동 에너지가 압력 에너지로 변하면서 배관 내벽을 망치로 때리는 듯한(Hammering) 강한 충격파가 발생하는 현상입니다. 심하면 배관이 파열되거나 밸브가 깨질 수 있습니다.

(2) 발생 원인 (★급격한 변화)

* 펌프가 갑자기 정지할 때.
* 급수 밸브를 갑자기 닫을 때 (급폐쇄).
* 배관 내 유속이 너무 빠를 때.

(3) 방지 대책

* 펌프 토출 측에 수격 방지기(Water Hammer Cushion) 또는 에어 챔버(Air Chamber)를 설치한다. (충격 흡수)
* 펌프 송출구 가까이에 체크 밸브를 설치한다. (역류 방지)
* 펌프에 플라이휠(Flywheel)을 부착하여 관성력을 키운다. (천천히 멈추게 함)
* 배관의 유속을 낮게 설계한다.

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 3. 맥동 현상 (Surging, 서징)

(1) 정의

펌프 운전 중 토출 압력과 유량이 주기적으로 변동하며, 압력계 눈금이 흔들리고 펌프가 **숨을 쉬는 것처럼(Breathing) 헐떡이는 현상**입니다. 펌프 입출구의 진공계와 압력계가 춤을 추듯 흔들립니다.

(2) 발생 원인 (★산 모양 곡선)

* 펌프의 H-Q 곡선(양정-유량 곡선)이 산(San) 모양으로 솟아오른 특성을 가질 때.
* 배관 중에 수조나 공기 탱크가 있을 때.
* 밸브를 조절하여 유량을 줄였을 때, 그 운전점이 하필이면 산 모양 곡선의 정상부(불안정 영역)에 있을 때.

(3) 방지 대책

* 펌프의 H-Q 곡선이 우하향(오른쪽으로 갈수록 낮아지는) 특성을 가진 펌프를 채택한다.
* 배관 중에 불필요한 공기 탱크나 수조를 제거한다.
* 바이패스(Bypass) 배관을 설치하여 운전점을 안정된 영역으로 이동시킨다.
* 유량 조절 밸브를 펌프 토출 측 직후에 설치한다.

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 4. 한눈에 보는 3대 현상 비교표

 

구분	발생 위치	주요 원인	핵심 대책
공동 현상(Cavitation)	흡입 측 배관	낮은 흡입 압력(진공)	펌프 위치 낮춤, 흡입관 확대
수격 현상(Water Hammer)	토출 측 배관	급격한 밸브 폐쇄/정지	수격 방지기(에어 챔버)설치
맥동 현상(Surging)	펌프 및 배관 전체	산(San)모양의 성능 곡선	우하향 곡선 펌프, 바이패스관

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 5. 결론: 펌프를 지키는 것이 설비를 지키는 것

소방 설비나 기계 설비에서 펌프는 심장과 같습니다. 심장에 기포가 생기거나(공동), 혈압이 급변하거나(수격), 맥박이 불안정하면(맥동) 사람이 쓰러지듯, 설비도 고장이 납니다.

수험생 여러분은 각 현상의 정의를 명확히 이해하고, 실기 시험에서 방지 대책 3~4가지를 안 보고 쓸 수 있을 정도로 암기해 두셔야 합니다. 특히 **'공동현상은 흡입 측', '수격현상은 토출 측'**이라는 위치 차이를 꼭 기억하세요!