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  비압축성 유체에 대한 질문
  글쓴이 : 파르데스   고유ID : dynast     날짜 : 21-01-13 20:35     조회 : 80    
안녕하세요. 인터넷 화학공학을 통해 항상 많은 것을 얻어가는 1인입니다.
비압축성 유체, 흔히 말하는 물을 원심펌프를 통해 드럼으로 펌핑하는 배관이 있다고 할 때,
ex) 펌프---On/Off 밸브------T드레인--압력계----On/Off밸브------드럼
펌프를 끄지 않은 상태로 후단에 있는 On/Off 밸브를 잠그면 압력계는 Shut-Off Pressure만큼 뜨겠지요. 그 상태로 전단에 있는 On/Off 밸브를 닫으면 그 사이의 배관의 압력은 어떻게 되는지 궁금합니다.
바로 Shut-off pressure → 0으로 압력이 떨어지게 되는지요?(비압축성 유체)
밸브 사이에 있는 드레인을 열게 되면 그냥 약하게 줄줄 나올지 아니면 뿜을지 궁금합니다.

Stefano    21-01-14 04:07
(1)원심펌프가 가동중 Discharge (on/off) Valve를 잠그면 그 Pump의  배출유량이 0일 때의 압력, 즉 Shut-off Pressure가 걸리는데  그 상태에서 다시 Suction Valve를 닫았을 때 흡입측. 펌프내, 배출측 압력이 어떻게 달라지는가에 대해 문의한 것인데요

펌프 모터가 정지되지 않은 상태라고 하면 닫기전 상태의 압력이 거의 변함없이 유지될 것입니다. 

(2) 만일
1) 배출측에 Drain(Vent) 밸브가 달렸다면 이를 열면 펌프배출압력에 의해 아주 미량 흘러나오면서 펌프내에는 빈 공간이 약간 생기게 되고 그 공간은 물의 증기압으로 채워질 것이나  더이상 액이 배출되지는 않을 것입니다.  액이 빠져 나오는 공간은 진공이 걸리기 때문이지요. 

2) Drain Valve가 Suction 측에 있을때는 그 밸브를 열어도 액은 배출되거나 흘러들어가지 않을 것이고,   

3) Suction 측 Drain Valve와 Discharge측 Drain(vent) Valve를 모두 여는 경우에는  Suction측으로 Air가 빨려들어가고 Discharge 측으로 액과 공기가 함께 배출될 것이며

4) 펌프를 끄는 경우 펌프 Suction Discharge측은 모두 압력이 함께 떨어지는데 이 때  Drain과 Vent를 모두 열면  Vent Line으로 공기가 빨려들어가면서 Pump내 액이  Drain Line으로 배출될 것입니다.

5) 만일 Suc/Disch. Drain, Vent 모두 닫혀 있는 상태에서 외부공기온도에 의해 물이 팽창하게 되면 액의 팽창에 의해 압력은 크게 상승하게 되고 이로 인해 Mechanical Seal, Flange Gasket, 등 취약한 부분에서 액이 새어나고게 되고  누설됨이 없이 밀봉이 완전한 경우라면 Pump Casing이 파손될 수있습니다.

6) 또한 Pump에 물이 채워져 있는 상태에서 물이 얼게 되면 급격한 얼음의 부피팽창으로 인하여 Casing이 파손됩니다.  이는 물만의 특징이며 다른 액체의 경우 응고되면 부피가 줄어들지만  물의 경우에는 얼음으로 변하면 밀도가 떨어져 부피가 증가합니다.  겨울철 동파예방을 위해 필히 물 펌프는 액을  완전히 빼 두어야 하는 이유입니다.
파르데스 dynast   21-01-16 13:15
제가 질문드렸던 것보다 더 다양한 Case로 설명해 주시니 감사합니다!!

결국 Suction측이나 배출측의 Drain 밸브를 하나만 Open하게 되면, 진공에 의해 액이 배출되지 않는다는 것이고
둘 다 Open해야만 한 곳으로는 Air가 빨려들어가고 다른 한 곳으로 액체가 나온다는 것으로 이해했습니다.
펌프의 가동상태와는 상관없이요. 그리고 펌프가 가동되었을 때에는 펌프 토출압은 Shut-off Pressure까지,
펌프가 가동되지 않았을 때에는 펌프 토출압은 0으로 떨어진다는 것도요.
 
제가 조금 혼동되는 것이 진공에 의해 액이 배출되지 않는 상황입니다.

1) 정수기에 물이 가득 차 있을 때 정수기 밸브를 통해 물을 Drain하는 상황을 보면
물이 Drain되면서 같은 밸브를 통해 공기가 빨려 들어가고 정수기에서는 공기방울이 올라가는 것을 봅니다.

2) 페트병에 물을 가득 채운 후 거꾸로 뒤집어 물을 Drain하는 것도 보면 페트병을 돌려주면 원심력에 의해
물은 바깥쪽으로, Air가 들어올 공간을 확보하여 물이 더 빨리 빠지는 것으로 알고 있으나, 그렇게 하지 않아도
느리긴 하지만 울컥울컥하며 물이 Drain은 됩니다.
 
이렇게 같은 Drain 밸브에서 물이 배출되면서 또 동시에 Air가 빨려갈 수는 없는지요? Drain Nozzle이 위에 있으면 그런 현상이 힘들 것으로 보이나, Elevation 최하단 측에 설치되어 있다면 발생할 수 있는지 궁금합니다.
Stefano    21-01-19 03:54
Drain Valve를 통해 물이 빠지면서 Air가 빨려들어가는 일은 펌프가 꺼져있고 Vent Valve가 닫혀있을 때 뿐입니다.  이는 병에 물을 담아두고 구멍이 뚤린 뚜껑을 닫은 후 거꾸로 세울때 일어나는 상황과 같은 경우로  추가답글의  1), 2)의 현상과 유사하게 일어납니다.    Drain 되는데 시간이 많이 걸리게 되는데  이 때 Vent Valve를 열어주면 Head 차이가 발생하여 순식간에  Drain 됩니다.

PET 병에도 빨대를 꽃아서 거꾸로 세우면 Air는 빨대를 통해서 흡입되면서 핵은 빨대 주위로 흘러나와 한구에서 기-액 흐름이 동시에 일어나지 않습니다.
파르데스 dynast   21-01-19 07:52
친절한 답변 감사드립니다!! 이해가 되었습니다
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