서지 탱크
1. 개요
서지 탱크는 댐, 수력 발전소, 저수지, 또는 자동차, 항공기 등에 설치되는 탱크로, 시스템 내 압력 변화를 완화하거나 연료 공급을 안정시키는 역할을 한다. 수력 발전에서는 수압 변화로 인한 악영향을 방지하고, 자동차에서는 연료 펌프에 연료를 안정적으로 공급하며, 항공기에서는 연료 팽창으로 인한 누출을 막는 데 사용된다.
| 정의 | 압력 변동을 완화하는 물 저장 장치 |
|---|---|
| 용도 | 수력 발전소, 펌프 시스템 |
| 기능 | 압력 서지 감소 펌프 시동 및 정지 시 안정성 확보 관로 보호 |
| 원리 | 물의 운동량 변화 흡수 압력 균형 유지 |
|---|---|
| 설치 위치 | 펌프 또는 터빈과 연결된 파이프라인 근처 |
| 단순 서지 탱크 | 개방형 탱크, 대기압에 노출 |
|---|---|
| 폐쇄형 서지 탱크 | 압력 용기, 압축 공기 사용 |
| 제한된 오리피스 서지 탱크 | 유입구에 오리피스 설치, 유량 조절 |
| 차동 서지 탱크 | 라이저 파이프와 외부 탱크 조합 |
| 탱크 용량 | 시스템 요구 사항에 따라 결정 |
|---|---|
| 위치 | 압력 변동 최소화 위치 선정 |
| 안정성 | 시스템 전체의 안정성 확보 |
| 제어 시스템 | 필요에 따라 제어 시스템 통합 |
| 압력 서지 감소 | 시스템 손상 방지 |
|---|---|
| 안정성 향상 | 펌프 및 터빈 작동 안정화 |
| 효율성 증대 | 시스템 전반의 효율 향상 |
| 수명 연장 | 장비의 수명 연장 |
| 초기 비용 | 설치 비용이 높을 수 있음 |
|---|---|
| 공간 요구 | 넓은 설치 공간 필요 |
| 유지 보수 | 정기적인 유지 보수 필요 |
| 설계 복잡성 | 복잡한 시스템 설계 필요 |
| 수력 발전소 | 터빈 보호 및 수력 발전 시스템 안정화 |
|---|---|
| 펌프 시스템 | 펌프 작동으로 인한 압력 변동 완화 |
| 급수 시스템 | 급수 시스템의 압력 유지 |
| 폐수 처리 | 폐수 처리 시스템의 압력 관리 |
| 석유 및 가스 | 파이프라인의 압력 서지 관리 |
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내연기관 -
연결봉
연결봉은 피스톤의 왕복 운동을 회전 운동으로, 또는 그 반대로 변환하는 기계 장치로, 증기 기관이나 내연 기관에서 피스톤과 크랭크축을 연결하며, 강철, 알루미늄 합금 등으로 제작되고, 특수한 형태로도 사용된다. -
내연기관 -
4행정 기관
4행정 기관은 흡입, 압축, 연소, 배기 4단계를 거쳐 작동하는 내연 기관으로, 오토 사이클과 디젤 사이클로 구분되며, 2행정 기관보다 연소 과정이 명확하고 연료 효율이 높지만 구조가 복잡하다. -
수리학 -
홍수
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수리학 -
유압구동계
유압구동계는 파스칼의 원리를 이용해 유체를 압력으로 전달하여 큰 힘을 내는 동력 전달 방식으로, 소형 펌프로 큰 힘을 낼 수 있지만, 오일 누출 등의 단점도 존재하며, 항공기 등에서는 다른 방식으로 대체되기도 한다. -
배관 -
호스
호스는 내관, 보강체, 외피로 이루어진 유연한 관으로, 내부 매체를 보호하고 압력과 힘에 저항하며, 자동차, 건설 기계, 정원, 소방 등 다양한 기계 및 용도에 사용되는 필수 부품이다. -
배관 -
염화 플루오린화 탄소
2. 수리 시설
댐이나 수력 발전소, 저수지에 연결되는 수로의 말단에 설치되는 대형 탱크이다. 서지 드럼 (surge drum)이라고 불리기도 한다.
서지 탱크는 용량에 여유를 두고 일정량의 액체를 채워, 취수 시설의 이상으로 인한 급격한 유량 증가나 발전기 측 터빈의 급정지, 또는 유량 감소 시에 발생하는 급격한 수압 변화(수격 작용)의 악영향을 막는다. 유량이 급증하면 서지 탱크로 물을 유도하여 발전기 등에 과부하를 방지하고, 취수량이 감소하면 서지 탱크 내의 물로 보충하여 발전기의 회전수 저하를 예방한다. 탱크는 대기에 개방되어 있어 유량 변화를 방해하지 않고 급격한 압력 변화로부터 시설 자체를 보호한다.
* [http://library.jsce.or.jp/Image_DB/s_book/jsce100/htm/044.htm 토목 디지털 아카이브스 아라이 에이키치 저 '서지 탱크' 정흥관 서점 쇼와 7년 발행]
광업 기술에서는 갱도 밖의 배수 펌프에 소형 서지 탱크를 설치하여 양수압을 항상 일정하게 유지한다.
2.1. 작동 원리
유체가 흐르는 파이프에서 하류 밸브가 닫히면 유체는 원래 속도로 계속 흐르려 한다. 이때 제어 밸브 바로 위에서 압력이 크게 상승(압력 서지)하여 파이프 시스템에 손상을 줄 수 있다. 서지 탱크가 파이프라인에 연결되면, 밸브가 닫힐 때 유체가 탱크 위로 흘러 들어가 파이프라인의 서지 압력을 줄인다.
밸브가 닫히면 유체는 서지 탱크로 들어가 탱크 내 수위가 상승한다. 탱크 내 수위는 유체 높이로 인한 추가 압력이 파이프라인의 서지 압력과 균형을 이룰 때까지 상승한다. 이때 탱크와 파이프라인의 흐름이 역전되어 수위가 내려간다. 이러한 진동은 마찰로 인해 점차 사라진다.
댐, 수력 발전소, 저수지에 연결되는 수로의 말단에 설치되는 대형 탱크를 서지 탱크 또는 서지 드럼이라고 한다.
서지 탱크는 수력 시스템에서 급격한 수압 변화(수격 작용)의 악영향을 막는다. 유량이 증가하면 서지 탱크로 물을 유도해 발전기 등에 과부하를 방지하고, 유량이 감소하면 탱크 물로 보충해 발전기 회전수 저하를 예방한다. 탱크는 대기에 개방되어 유량 변화를 방해하지 않고 압력 변화로부터 시설을 보호한다.
광업 기술에서는 갱도 밖 배수 펌프에 소형 서지 탱크를 설치하여 양수압을 일정하게 유지한다.
2.2. 한국의 수력 발전과 서지 탱크
댐이나 수력 발전소, 저수지에 연결되는 수로의 말단에 설치되는 대형 탱크이다. 서지 드럼 (surge drum)이라고 불리기도 한다.
용량에 여유를 둔 서지 탱크 안에 일정량의 액체를 채워두고, 취수 시설의 어떤 이상으로 인해 급격하게 유량이 증가하거나, 발전기 측의 터빈이 급정지했을 때, 또는 반대로 유량이 감소했을 때 등에, 수력을 동력원으로 하는 시스템에 급격한 수압 변화(수격 작용)에 의한 악영향을 주는 것을 피하는 효과가 있다. 급격하게 유량이 증가한 경우에는 서지 탱크로 물을 유도하여 발전기 등에 과부하가 걸리는 것을 방지할 수 있다. 반대로 취수량이 감소했을 때에는 서지 탱크 내의 물로 보충함으로써 발전기의 회전수 저하를 예방할 수 있다. 유량의 변화를 방해하지 않기 위해서, 급격한 압력 변화로부터 시설 자체를 보호하기 위해서, 탱크는 밀폐되지 않는다 (대기에 개방되어 있다).
3. 자동차
자동차의 내연 기관에서, 흡기 계통(흡기 매니폴드)에 설치된 대형 공간을 서지 탱크라고 부르는 경우가 있다. 연료 서지 탱크는 연료 펌프의 흡입구에 연료가 부족하지 않도록 하기 위해 사용되며, 일반적으로 전자식 연료 분사 방식을 사용하거나 장기간 높은 측면 가속 부하를 받는 차량에 사용된다.
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3.1. 연료 서지 탱크
연료 서지 탱크는 연료 펌프의 흡입구에 연료가 부족하지 않도록 자동차에 사용된다. 일반적으로 전자식 연료 분사 방식을 사용하거나 장기간 높은 측면 가속 부하를 받는 차량에 사용된다.