[논문]자동 균압 방지 감압밸브의 감압성능에 관한 연구

박용환; 김상욱; 김범규

doi:10.7731/kifse.2013.27.1.026

초록
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초고층건물의 수계소화설비에 있어서 적정 방수압력을 제공하기 위해서는 감압밸브의 사용이 필수적이다. 하지만 많은 경우 밸브 내 누설로 인한 균압 현상으로 인해 감압 기능을 상실하는 경우가 많다. 본 연구에서는 최근 개발된 균압 현상을 자동으로 방지해 줄 수 있는 새로운 개념의 감압밸브에 대한 성능평가를 수행하였다. 그 결과 다양한 설정 조건에도 불구하고 설계 감압비가 최대 약 11% 범위 내에서 유지되었으며, 피스톤의 자동 셀프 록(self-lock) 기능에 의해 균압 현상도 방지할 수 있는 것으로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

It is necessary to use pressure reducing valves to provide required water pressure in water-based fire suppression systems of the tall buildings. In many cases, however, pressure reducing valves lose their function due to the phenomenon of pressure equalization caused by valve leak. This study carri...

It is necessary to use pressure reducing valves to provide required water pressure in water-based fire suppression systems of the tall buildings. In many cases, however, pressure reducing valves lose their function due to the phenomenon of pressure equalization caused by valve leak. This study carried out performance evaluation of the recently developed pressure reducing valve to prevent pressure equalization and found it can maintain designed pressure reducing ratio within 11% variation and prevent pressure equalization by automatic self-lock function of the piston.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이에 본 연구에서는 정지 상태에서도 자동으로 설정 감압비를 유지할 수 있는 간단한 구조의 자동 균압 방지 감압밸브를 고안하였으며, 감압밸브 시험체 및 성능시험 장치를 제작하여 이에 대한 성능을 고찰하였다.

제안 방법

이동 피스톤의 무게에 따른 감압비의 변화를 살펴보기 위하여, 피스톤의 기본중량에 224, 444, 664 g의 추가중량을 가하면서 실험하였으며, 시일의 종류에 따른 마찰력의 영향을 관찰하기 위하여 1개씩의 O링을 사용하는 경우와 2개씩의 O링을 사용하는 경우를 검토하였다. 1차 측 유입 압력과 유량은 압력조절밸브와 유량조절밸브를 조절하여 설정하였으며, 압력은 0.4~1.0 MPa 범위에서 0.1 MPa 간격으로, 유량은 최소 80 lpm에서 최대 440 lpm까지 필요량만큼 증가시키면서 실험을 수행하였다. 감압비 시험 시험체 종류는 Figure 4와 같이 감압비가 3 : 1로 설계 제작된 시험체 S1~S8를 사용하였다.
균압 시험에서는 기본 중량의 피스톤을 갖는 감압밸브 시험체 S1과 S5를 사용하였다. 먼저 순방향 누설시험으로 0.1, 0.3, 0.5, 0.7 MPa의 압축공기를 감압밸브 1차 측에 각각 충전시킨 뒤 2차 측의 감압된 지시압력을 측정하고 물속에서 72시간 이상 방치한 후 2차 측 지시압력의 변화와 기포 발생 여부를 관찰하였으며, 다음으로 역방향 누설 시험에서는 감압밸브 2차 측에 압축공기를 0.32 MPa까지 충전한 후 감압밸브의 2차 측을 폐쇄하고 이를 수조에서 72시간 방치한 후 감압밸브 2차 측의 압력 변화 여부와 1차 측에서의 기포 발생 여부를 확인하였다.
본 연구에 사용된 자동 균압 방지 감압밸브 시험체의 감압비는 3 : 1로 설계 및 제작되었으며, 실험은 크게 감압비 시험과 균압 시험의 두 가지를 수행하였다. 감압비 시험은 감압밸브 내부의 피스톤 중량, 마찰력에 영향을 주는 시일의 종류, 그리고 설정압력 및 통과유량 변화에 따른 감압비의 변동을 측정하는 것이고, 균압 시험은 순방향 및 역방향으로 1차 측과 2차 측간에 일정 차압 조건에서 수조 내에서 72시간 이상 유지 시 압력의 변화 및 기포 발생 유무를 관찰하는 것이다.
새로운 개념의 자동 균압 방지 감압밸브에 있어서 이론감압비 3 : 1로 설계 제작된 시험체에 대하여 시일의 종류, 피스톤 중량, 1차 측 설정 압력, 통과 유량 등 다양한 조건에 대한 감압비 성능을 조사한 결과 다음과 같은 결론에 도달하였다.
이동 피스톤의 무게에 따른 감압비의 변화를 살펴보기 위하여, 피스톤의 기본중량에 224, 444, 664 g의 추가중량을 가하면서 실험하였으며, 시일의 종류에 따른 마찰력의 영향을 관찰하기 위하여 1개씩의 O링을 사용하는 경우와 2개씩의 O링을 사용하는 경우를 검토하였다. 1차 측 유입 압력과 유량은 압력조절밸브와 유량조절밸브를 조절하여 설정하였으며, 압력은 0.

대상 데이터

1 MPa 간격으로, 유량은 최소 80 lpm에서 최대 440 lpm까지 필요량만큼 증가시키면서 실험을 수행하였다. 감압비 시험 시험체 종류는 Figure 4와 같이 감압비가 3 : 1로 설계 제작된 시험체 S1~S8를 사용하였다.
균압 시험에서는 기본 중량의 피스톤을 갖는 감압밸브 시험체 S1과 S5를 사용하였다. 먼저 순방향 누설시험으로 0.
디지털 압력계를 자동 균압 방지 감압밸브 시험체의 1차 측과 2차 측에 있는 압력 관에 설치하고, 초음파 유량계(Xonic-100)의 센서를 2차 측 배관에 설치하여 유량과 압력 측정 데이터를 수집하였다. Figure 3은 디지털 압력계와 초음파 유량계 사진이다.

성능/효과

1. 피스톤 중량과 압력이 일정할 경우 시일의 종류에 관계없이 유입유량이 증가할수록 감압비는 최대 10 % 정도 증가하였는데, 이는 유속 증가에 따른 압력손실 증가 때문으로 추정되었다.
2. 시험체 감압밸브의 감압비는 1차 측 설정압력, 통과유량, 측정오차 등의 영향을 받아 약 2.8~3.6 정도의 분포를 나타내었으며, 시일의 종류에는 별다른 영향이 없는 것으로 나타났다. 하지만 이는 설계 기준 감압비 3.
3. 누설에 의한 균압 현상이 본 시험체에서는 발생되지 않았으며, 이는 구조적인 특징인 피스톤의 자동 셀프 록(self-lock) 기능 때문으로 추정되었다. 따라서 기존 감압밸브의 장시간 사용에 따른 누설로 인한 균압 현상을 근본적으로 방지할 수 있는 대안으로 활용될 수 있다고 본다.
통과유량이 일정할 경우 시일의 종류에 상관없이 1차 측 설정압력이 증가할수록 감압비는 오히려 최대 11 % 감소하는 것으로 나타났으며, 이는 1차 측 설정압력이 증가함에 따라 피스톤에 미치는 힘이 증가하면서 통과 유효흐름 면적을 증가시켜 2차 측의 토출속도는 감소하는 반면 압력은 증가하기 때문으로 분석되었다.
피스톤 충전중량이 증가할수록 감압비는 최대 9 % 증가하는 것으로 나타났다. 이는 피스톤 충전중량이 증가될수록 피스톤의 자중이 증가되면서 통과 유효흐름 면적이 조금씩 감소하게 되어, 2차 측의 토출속도는 증가하는 반면 압력은 감소하기 때문으로 분석되었다.

후속연구

누설에 의한 균압 현상이 본 시험체에서는 발생되지 않았으며, 이는 구조적인 특징인 피스톤의 자동 셀프 록(self-lock) 기능 때문으로 추정되었다. 따라서 기존 감압밸브의 장시간 사용에 따른 누설로 인한 균압 현상을 근본적으로 방지할 수 있는 대안으로 활용될 수 있다고 본다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	감압밸브가 감압 기능을 상실하는 주된 원인은?	초고층건물의 수계소화설비에 있어서 적정 방수압력을 제공하기 위해서는 감압밸브의 사용이 필수적이다. 하지만 많은 경우 밸브 내 누설로 인한 균압 현상으로 인해 감압 기능을 상실하는 경우가 많다. 본 연구에서는 최근 개발된 균압 현상을 자동으로 방지해 줄 수 있는 새로운 개념의 감압밸브에 대한 성능평가를 수행하였다.

참고문헌 (7)

NFSC 102, "Standard for Stand-pipe System", National Emergency Management Agency (2007).
NFSC 102, "Standard for Sprinkler System", National Emergency Management Agency (2007).
NFPA 103, "Standard for Pressure Reducing Valve" (2008).
S. W. Park, "A Characteristics of Structure and Adaptation of Pressure Reducing Valve", International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration, lecture in sanitation divisions (1995).
C. O. Lee, "A Study on the Pressure Reducing Valve For Fire Protection", Journal of Korean Institute of Fire Science & Engineering, Vol. 4, No. 2, pp. 58-63 (2008).
www.spiraxsarco.co.kr.
Y. J. Yeo, "Engineering for Fire Suppression System Using Water", Korea Fire Laboratory (2006).

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