압력 손실의 원인과 대책

압력 손실은 유체가 기계장치 등을 통과 할 때, 단위 시간 단위 유량 당 에너지 손실입니다. 마찰손실이라고도합니다. 압력과 같은 차원을 가집니다. 손실은 장치 내의 저항을 이기기 위하여 그만큼 에너지를 소모하기 때문입니다. 점성 흐름의 경우 열력학 제2법칙 보다 압력 손실이없는 흐름이있을 수 없습니다. 그러나 압력 손실이 큰 것은 에너지 이용 효율이 낮기 때문에 가능한 한 손실을 작게하는 궁리가 필요합니다. 배관과 같은 내부 흐름에 대해서는 출입구의 총 압력의 차이로 정의됩니다.

​

압력 손실 = 입구 총 압력 - 출구 총 압력 = (입구 정압 - 출구 정압) + (입구 동압 - 출구 동압)

​

가장 간단한 내부 흐름으로서 원관을 통한 흐름의 압력 손실은 달시 와이스바흐의 식에 의해 마찰 손실 계수라고 하는 무차원 수로 치환하여 다양한 레이놀즈 수에 대해 그 값을 조사하여 그 관계를 나타내는 공식이 여러 가지 제안되었습니다.

공기등 유체의 밀도가 낮으면 동압이 작기 때문에 무시되는 경우가 많습니다. 유체가 액체인 경우에는 이하와 같이 수두로 한 손실 수두 로 표현되는 경우도 많습니다.

​

손실 수두 = 압력 손실 / (밀도 × 중력가속도 ) = 입구의 총 양정 - 출구의 총 양정

​

또한, 외부 흐름의 경우, 장치의 저항을 나타내기 위해 항력을 사용하는 경우가 많습니다.

​

​

압력 손실의 원인과 대책

배관의 압력 손실이 크면, 「필요한 유량이 나오지 않습니다」 「기기의 동작이 느립니다」등의 문제가 발생합니다.

 

여기서는 압력 손실이 커지는 주요 원인과 압력 손실을 줄이는 구체적인 방법을 정리해 보겠습니다.

 

압력 손실의 원인

압력 손실의 주요 원인은 다음과 같습니다.

배관의 길이나 직경 배관이 길어질수록 공기가 흐를 때의 마찰이 늘어나 압력 손실이 커집니다.

또한, 배관의 직경이 작은 경우에도 마찬가지로 압력 손실이 증가합니다.

배관의 구부러짐이나 협착 배관 내에 구부러짐이나 협착이 있는 경우, 공기의 흐름이 방해되어 압력 손실이 발생합니다.

 

​

 

1 압력 손실이 커지는 원인

1.1 유속이 너무 크다

압력 손실ΔP _(Pa)는 아래의 「Dalcy Wisbach의 식」으로 계산할 수 있습니다.

Dalcy Wisbach의 식

(λ: 관 마찰 계수, L: 배관장, D: 배관 직경, ρ: 유체 밀도, V:유속)

식을 보면 알 수 있듯이 압력 손실은 유속의 제곱에 비례하여 커지므로 유속이 큰 것만으로 압력 손실은 쉽게 늘어납니다.

일반적으로 물이라면 1.5~2m/s 이하, 공기이면 15~20m/s 이하의 유속으로 설계하는 것이 좋다고 여겨지고, 이것을 「표준 유속」 이라고 부릅니다.

압력 손실이 너무 크면 유속이 표준 유속보다 크지 않은지 확인합시다.

압력 손실의 계산 방법과 주의점에 대해서는, 아래의 내용에서 상세하게 설명되어 있습니다.

 

1.2 굽힘이 많다

굴곡이 많고 유로가 복잡할수록 압력 손실이 커집니다.

 

예를 들면 90도 엘보의 경우, 그 곡률 반경에 따릅니다만,

「배관 직경의 20~30배의 길이의 직관이 거기에 있었다」라고 간주해 길이를 보정해 계산합니다.

이것을 상당 길이(등가 관장) 라고 합니다.

 

따라서 구부러진 계통은 쉽게 압력 손실이 커지기 쉬워집니다.

 

1.3 밸브가 많다

밸브는 내부에서 유로가 가늘어지거나 구부러지므로 압력 손실이 커집니다.

 

메인터넌스상은 밸브가 많은 편이 편리합니다만, 압력 손실을 생각하면 필요 최소한의 개수로 해야 합니다.

 

1.4 배관을 나사식으로 연결

압력 손실은 유체와 배관 내벽의 마찰에 의한 에너지 손실이므로 배관 내벽은 가능한 한 매끄러운 것이 이상적입니다.

 

나사식 접수는 구조상 아무래도 내부에 작은 단차가 생깁니다.

압력 손실을 특히 신경 쓰는 계통에서는 다른 접수 방식으로 하는 것이 좋습니다.

 

 

2 압력 손실을 줄이는 방법

2.1 배관 직경을 올려 유속을 떨어뜨린다

유속이 표준 유속을 넘는 경우, 유속을 낮추는 것이 선결입니다.

 

유 밸브가 많다속을 낮추는 방법으로서는 「사용 유량을 낮춘다」또는 「단면적을 올린다」입니다만, 사용 유량은 정해져 있는 것이 많기 때문에, 단면적을 올리는=배관 지름을 올리는 것이 유효한 경우가 많습니다.

 

압력 손실은 유속의 제곱에 비례하기 때문에, 유속이 문제 없으면 압력 손실이 문제가 되는 일은 적을 것입니다.

 

반대로, 설계 단계에서는 유속이 표준 유속 이하가 되도록 배관 직경을 결정하는 것이 중요하다는 것입니다.

 

2.2 굽힘 줄이기

배관 루트의 형편으로 구부러짐이 늘어날 때도 있습니다만, 가능한 한 직관으로 해야 합니다.

 

또한 같은 90도를 구부려도 곡률 반경이 큰 벤드를 선정함으로써 압력 손실을 억제할 수 있습니다.

 

2.3 밸브를 줄이기 · 형식을 변경한다

밸브의 수는 필요 최소한으로 하고, 밸브의 종류(형식)에도 주의합시다.

 

밸브는 종류에 따라 내부 구조가 다르므로 압력 손실도 다릅니다.

 

압력 손실이 큰 순서로 글로브 밸브 > 버터플라이 밸브 > 게이트 밸브 > 볼 밸브가 되기 때문에, 사용 방법·압력 손실 양쪽의 관점에서 밸브의 종류를 결정합시다.

 

밸브의 종류와 특징에 대해서는 다른 편에서 자세한 설명 준비해 보겠습니다.

 

2.4 배관을 플랜지 or 용접식으로 접속한다

나사식 접속은 구조상 아무래도 내부에 작은 단차가 생기므로 압력 손실에는 불리하게 작용합니다.

 

나사식 접속을 전부 없애는 것은 시공상 어려울지도 모릅니다만, 압력 손실을 신경쓰는 계통의 경우, 기본은 플랜지식 or 용접식으로 접속하는 것이 좋을 것입니다.

3 배관압력손실의 계산방법에 대해서

허용 압력손실을 ΔP(MPa)로 했을 때의 배관길이(굽힘 등이 있을 때는 직관으로 환산)은 다음 식으로도 구할 수 있습니다. 배관 길이를 구할 때의 참고로 사용해 주십시오

또한, ΔP는 통상 0.01MPa 이하를 권장합니다.

​

4 요약

압력 손실이 클 때의 주요 원인과 압력 손실을 줄이는 구체적인 방법을 설명했습니다.

 

표준유속을 초과하는 경우는 배관경을 올려 유속을 떨어뜨린다

가능한 한 굽힘을 줄여 직관으로 밸브의 수는 최소화한다. 특히 볼타입 밸브는 압손이 크기 때문에 주의 배관 연결은 가능한 한 플랜지 or 용접으로 한다

 

압력 손실이 크고 곤란했을 때는 우선 이들을 시험해 보십시오.

 

덧붙여 굽힘·밸브 등의 복잡 형상의 압력 손실에 대해서는, “손실계수·상당 길이란? 복잡한 형상의 압손 계산”에서의 설명을 참고로 해 주세요.

​

​

응축수를 연속 배출 시키는 "고정오리피스식 스팀트랩 O-TRAP" ↓

​

​

#배관사이즈, #압력손실, #손실계수, #제타, #분기관(티), #확대관, #오리피스트랩, #난류, #관마찰계수, #배관의압력손실계산법소개, #압력손실을줄이는방법, #배관의압력손실은어떻게계산해야하는가, #압력손실의원인과대책, #레이놀즈수(Re), #배관압력손실계산방식

​

O-TRAP 관련 상담 문의 ;

O-TRAP 관련 홈페이지 : http://k.o-trap.cn

O-TRAP 관련 E-mail 문의처 : tjchung@naver.com

O-TRAP 관련 Tel 문의처 : 070-7747-8290