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문제 정의
- 이후 다각적인 검토 끝에 에어챔버가 가압펌프장에 보완설치되었고, 수격현상에 대한 현장 시험이 2003년 11월에 다시 수행되었다. 본 연구는 수격작용에 관한 수치해석과 현장시험 등을 통해 판교 가압장에서 발생한 사고 원인을 조사.분석하고, 가압펌프장의 신뢰성 및 안전성 여부를 판단하는 것을 목적으로 한다(3).
- 본 연구는 수격작용에 관한 수치해석과 현장시험 등을 통해 판교 가압장에서 발생한 사고 원인을 조사.분석하고, 가압펌프장의 신뢰성 및 안전성 여부를 판단하는 것을 목적으로 한다(3).
제안 방법
- 3호기 펌프가 단독으로 운전되고 있을 때 비상 정지시험을 수행하였다. ©2, 300 mm 도수관로에 연결된 가압펌프 1대를 단독으로 운전하면서 측정한 주요 지점에서의 정상상태 값을 Table 1에 나타내었다.
- 변환시킬 수 있다. 경계조건으로는 펌프, 밸브, 에어챔버, 조압수조, 저수지 등이 관로 중에 연결되어 있는 경우에 대하여 관계식들을 구성하고, 초기조건으로 펌프-관로계의 정상상태 변수 값을 구한 후 수치해석의 안정성이 만족되도록 시간 증분, 과관 분할 간격, /X을 정하여 수치계산을 수행하였다. 가압펌프의 정상운전 시 현장에서 측정한 조건들을 수치계산의 초기 조건과 일치시켰으며, 전용 전산프로그램인 WHAP⑸를 사용하였다.
- 수도권 광역상수도 5단계 사업의 일환으로 완공된 판교 가압펌프장에서 수격현상에 관한 현장 시험을 수행하고, 수치해석 결과와 비교.분석함으로써 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 3은 아날로그-디지털 변환장치 (analog-to-digital converter, DaqBook/ 100)의 블록선도를 나타내었다. 압력전송기와 수위전송기 등에서 측정된 전기적인 신호 값은 검사기 (signal conditioner, DBK11A)를 거쳐 아날로그-디지털 변환장치로 전송되고, 수집된 데이터는 프로그램 (DaqView) 을 사용하여 현장에서 실시간으로 확인.분석된 후 저장된다.
- 그리고 #6, 7호기 펌프는 수리 중에 있어 당시 상황에서 가동 가능한 범위 내로 현장 시험을 수행하였다. 이에 따라 펌프 5대(#2, 3, 4, 5, 8호기)가 병렬로 운전되고 있을 때 비상 정지 스위치를 동시에 눌러 펌프들이 긴급 정지되는 상황을 재현하여 현장 시험을 수행하였다. Table 2는 주요 지점에서 측정된 정상상태 값을 보여주고 있다.
- Table 3은 펌프 운전 대수에 따른 에어챔버 내 최대. 최소 압력과 그 발생 시간을 서로 비교하여 나타내었다. 펌프 운전대 수가 증가할수록 수주의 관성이 커져 수격현상의 주기는 조금씩 길어지고, 다운서지와 업서지에 의한 압력 변동도 점차 증가하고 있다.
- 수치계산 결과는 수격현상의 1~2주기까지 측정값과 잘 일치하였고, 펌프-관로계에 작용하는 최대.최소압력 및 그 발생 시간도 합리적으로 예측하였다.
- 판교 가압장은 5단계 사업에서 746, 550 m'/d의 용수를 공급하고, 6단계에서 504, 450 mTd(총1, 251, 000 nZ/d) 의 시설용량이 확장되도록 계획.설계되었다.
- ©2, 300 mm 도수관로에 연결된 가압펌프 1대를 단독으로 운전하면서 측정한 주요 지점에서의 정상상태 값을 Table 1에 나타내었다. 펌프제어 밸브는 슬래밍 현상을 줄이기 위하여 유압실린더가 밸브개도 15%에서 쿠션(cushion) 작용을 일으킬 수 있도록 유압기구의 스로틀 밸브를 조정하였다. 또한, 모터의 과부하 및 조압수조를 통한 월류를 사전에 방지하기 위하여 밸브는 42.
- 한편, 당시 작성된 시험보고서를 토대로 초기조건을 유추한 후 펌프 4대가 비상 정지된 경우에 대하여 수치계산을 수행하였다. Fig.
- 현장 시험 시 계측된 값을 토대로 초기 조건을 작성한 후 가압펌프 5대가 긴급 정지된 경우에 대하여 수치계산을 수행하였다. 수치해석결과 얻어진 밸브 하류 및 에어챔버 내 압력 변동을 측정값과 서로 비교하여 Fig.
대상 데이터
- 수도권 광역상수도 5단계 사업의 실시설계⑹ 시판교 가압펌프장을 수격작용으로부터 보호하기 위한 주 설비로는 팔당 취수펌프장'7), ⑻과 마찬가지로 펌프제어 밸브가 선정되었고, 서지릴리프밸브는 펌프제어 밸브가 잘못 동작했을 경우를 대비한 보조설비로서 설치되도록 계획하였다. 에어챔버가 보완설치되기 전 수도권 수도건설단에서는 나흘(2001.
데이터처리
- 경계조건으로는 펌프, 밸브, 에어챔버, 조압수조, 저수지 등이 관로 중에 연결되어 있는 경우에 대하여 관계식들을 구성하고, 초기조건으로 펌프-관로계의 정상상태 변수 값을 구한 후 수치해석의 안정성이 만족되도록 시간 증분, 과관 분할 간격, /X을 정하여 수치계산을 수행하였다. 가압펌프의 정상운전 시 현장에서 측정한 조건들을 수치계산의 초기 조건과 일치시켰으며, 전용 전산프로그램인 WHAP⑸를 사용하였다.
성능/효과
- 1) 제어용 밸브는 펌프 트립 후 밸브디스크의 구조 및 관성으로 인하여 역류가 발생하는 순간에 닫히지 못하고 약간의 역류를 허용하면서 닫히기 때문에 슬래밍 현상이 여전히 발생하였다. 그러나, 이 슬램 서지는 에어챔버가 설치됨으로써 주기가 매우 길어진 다운서지 과정 중에 발생하므로 그다지 우려할 상황은 아닌 것으로 분석되었다.
- 2) 에어챔버가 보완설치된 후 밸브 하류에서 최저 압력수두는 펌프 5대 트립 시 18.4 m까지 떨어졌고, 최대 압력수두는 73.6 m까지 상승한 것으로 측정되었다. 가압펌프는 에어챔버를 설치하기 전과는 달리 역회전을 일으키지 않았고, 서지 릴리프밸브 역시 작동되지 않았음이 현장시험 결과 확인되었다.
- 3) 펌프의 운전대수가 증가할수록 수주의 관성이 커져 수격현상의 주기는 조금씩 길어지고, 다운 서지와 업서지에 의한 압력변동도 점차 증가하는 것으로 나타났다. 수치계산 결과는 수격현상의 1~2주기까지 측정값과 잘 일치하였고, 펌프-관로계에 작용하는 최대.
- 4) 가압펌프장에 보완설치된 에어챔버는 5단계 시설용량에 대하여 도수관로에서 발생하는 수격작용을 매우 효과적으로 완화시키고 있음이 현장시험 및 수치해석을 통하여 확인되었다.
- 10은 가압펌프 4대가 긴급 정지된 경우 에어챔버 설치 유무에 따른 밸브 하류측 압력변동을 서로 비교하여 나타내고 있다. 본 시스템에서 에어챔버는 다운서지 뿐만 아니라 업서지도 매우 효과적으로 완화시켜주고 있음을 알 수 있다. 이를 종합적으로 검토해 볼 때 가압펌프장에 에어챔버가 보완.
- 서서히 개방하는 방법이 일반적이다. 본 시스템의 경우, 펌프 출구측 제어밸브를 완전히 닫은 상태에서 펌프를 기동시키고, 펌프가 규정 회전속도에 도달하였을 때 밸브를 열기 시작하여 약 5초 후 밸브디스크가 43%까지 개방되는 기동 방식을 취하였다. 이와 같이 펌프 1대(3호기)가 기동되는 경우 가압펌프장에서 측정된 압력 변동을 Fig.
- 나타났다. 수치계산 결과는 수격현상의 1~2주기까지 측정값과 잘 일치하였고, 펌프-관로계에 작용하는 최대.최소압력 및 그 발생 시간도 합리적으로 예측하였다.
- 최소 압력과 그 발생시간을 서로 비교하여 Table 4에 나타내었다. 에어챔버가 보완설치된 후 밸브 하류에서 최저 압력수두는 펌프 5대 트립 시 18.4 m까지 떨어졌고, 최대 압력수두는 73.6 m까지 상승한 것으로 측정되었다. 이는 준공 초기의 상황과 비교하면 현격한 차이를 보이고 있다.
- 본 시스템에서 에어챔버는 다운서지 뿐만 아니라 업서지도 매우 효과적으로 완화시켜주고 있음을 알 수 있다. 이를 종합적으로 검토해 볼 때 가압펌프장에 에어챔버가 보완.설치됨으로써 시스템의 안전성이 크게 향상된 것으로 판단된다.
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