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밸브에 사용되는 원리와 그 예

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작성자 바램
댓글 0건 조회 662회 작성일 21-12-28 11:29

본문

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-점성과 압축성이 없는 이상적인 유체가 무한의 관에서 규칙적으로 흐르는 경우에 대하여
속력과 압력, 높이의 관계를 규정한 것입니다.

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베르누이 방정식은 기준점에 대한 높이 h로 위치에너지를,
유체가 흐르는 속도 v로 운동에너지를,
압력 P로 일(에너지)을 나타낼 수 있는데
어느 한 점에서 이 세 에너지의 합은 다른 점에서의
세 에너지의 합과 같음을 나타내는 식
입니다.

※ (P : 압력 , ρ : 밀도(물의 밀도는 1) , g : 중력가속도 , h : 높이, V : 속도)

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또는
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관계식을 이용하여 압력과 유속의 상관관계를 알 수 있습니다. 
배관에서 유체의 높이가 같다고 하면,

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공식을 정리하면,


  t01
이기 때문에,
압력은 유속의 제곱에 반비례 관계임을 알 수 있습니다.

 

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베르누이 원리(유체의 속력이 증가하면 압력이 감소한다)에 따라
액체가 구부러진 관을 따라 이동시키는 내부의 이동하는 액체의 압력이 대기압보다 감소하고,
대기압이 높은 곳의 통의 수면을 누르는 효과가 발생하게 됩니다. 
그리고 구부러진 관을 통해 흐르는 액체가 높은 통에 담긴 액체의 수면 아래로 내려가게 되면
중력의 영향으로 관 속의 액체는 아래로 떨어지고,
관 속의 압력을 대기압보다 더 낮게 유지시켜서 액체가 계속 흐를 수 있게 됩니다.

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유체의 기본공식중의 하나인 Q=AV 는 일명 유량공식, 또는 연속방정식이라고 합니다.
여기서 Q는 유량, A는 단면적V는 유속을 말합니다.

< 유속에 대하여 >

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-단면적이 같고 유속이 2배가 차이나면, 유량은 2배가 차이납니다.

 

< 관경에 대하여 >

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-유속이 같고 단면적이 2배가 차이나면, 유량은 4배가 차이납니다.

 

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F는 힘, P는 압력, A는 단면적을 말합니다.

 

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-밀폐된 용기에 담긴 비압축성 유체에 가해진 압력은
유체의 모든 지점에 같은 크기로 전달된다는 원리.
또한 유체의 압력은 어느 방향에서나 동일하게 나타냅니다.

                    

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단면적이 A1 인 피스톤에 F1의 힘을 가하면 A1에 가해서 압력(P1) 이 유체를 통해
같은 압력(P2)으로 단면적이 A2 인 피스톤에 F2의 힘이 전달된다는 것입니다.

이를 식으로 나타내면,

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따라서 F2 는 A2/A1 면적비만큼 큰 힘을 낼 수 있음을 알 수 있습니다. 
즉, 좁은 면적에서는 작은 힘(F1)을 가하더라도 전달되는
다른 쪽의 단면적을 넓히면 큰 힘으로 작용
할 수 있음을 나타냅니다.

 

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위의 공식들을 밸브에 적용해 보면 다음과 같습니다.

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-다이어프램 타입의 밸브는 두 부분에서 힘의 싸움이 일어나게 됩니다.
두 부분은 상대적으로 면적이 큰 부분인 다이어프램의 상하부와
면적이 작은 부분인 시트부로 나뉘게 됩니다.  
압력은 모든면에 일정하게 적용함으로, 단면적이 작은 부분인 시트부는 무시될 만큼
단면적이 큰 다이어프램의 상하부에 큰 힘이 작용됩니다.  
다이어프램의 위쪽인 상부챔버에 힘이 가해지게 되면 밸브는 닫히는 형태로,
반대로 상부챔버에 힘이 가해지지 않게 되면 밸브는 열리는 형태로 작동
하게 됩니다.

 

 

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-감압밸브에서 감압비가 클 경우 밸브의 개도율이 낮은 상태로 밸브가 구동하게 되는데 이때
유체의 속도가 빨라져 압력 저하가 발생하게 됩니다.  
압력이 유체의 포화 증기압 이하로 내려갈 경우
기포가 생성되는 캐비테이션 현상이 발생할 가능성이 높습니다.


 

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수위조절 밸브 운용 시 , 고수위가 되면 밸브가 닫히기 시작하면서
유속이 빨라지고 압력이 감소하는 상태가 됩니다.
이때 밸브를 닫는 압력과 유속이 빨라져 감소하는 압력이
더해서 닫히는 속도가 빨라지게되고 차단 충격이 발생합니다.
또한, 대기압으로 인해 강수관 내의 물이 빠져나가지 못하고 흐르던 유속의 힘까지
더해져 밸브에 매달려 당기는 형태가 되어 밸브에 더 큰 충격을 가하게 됩니다.
이때 물의 무게로 인해 저수위시 밸브가 열리지 않을 수 있습니다.
이 때문에 강수관의 수면위 높이에 숨구멍을 뚫어 강수관을 항상 대기압과 같은
압력으로 유지시켜 사이펀 현상을 방지합니다.

 

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- 나무위키  
- 두산백과 


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