• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2011년도 정기 학술발표대회
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• pp.159-159
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• 2011

수자원 공급의 시 공간적 편차가 큰 우리나라에서는 수자원을 이용하기 위해서 다수의 댐을 건설하고 있다. 특히, 생활수준의 향상으로 용수 수요가 급증하였기 때문에 용수가 부족한 곳에는 광역상수도 사업 등을 통하여 용수를 공급하고 있다. 댐에서 용수가 공급되기까지의 과정은 일종의 관수로 흐름으로 생각할 수 있다. 관수로 내를 흐르는 유체가 갑자기 정지하게 되면, 유체 운동 에너지의 변화가 유발되고, 그로 인해 관내에 급격한 압력의 상승이 일어나게 된다. 반대로 정지하고 있던 유체가 빠른 속도로 흐르게 되면 압력 감소가 급격하게 발생한다. 이와 같이 유체 운동 상태의 급변에 의한 압력변화와 그에 따른 압력파가 음속의 속도로 상 하류로 전파되는 현상을 수격작용(waterhammer)이라 한다. 통상적으로 수격작용은 밸브 개폐 정도가 갑자기 바뀔 때, 펌프의 급격한 기동이나 정지 시, 터빈 내 전력소요가 갑자기 바뀔 때, 댐 수위의 갑작스런 변화, 펌프 임펠러의 진동, 물 수요의 급격한 변화 등에 의해 발생하며, 수격작용은 유체의 질량과 운동량 때문에 관 벽에 큰 힘을 가하게 되어 정상적인 동수압 보다 몇 배나 큰 압력을 발생시킴으로 관 자체는 물론 펌프, 밸브, 터빈 등 관 시설물을 파손시키거나 진동, 소음 등을 야기시킴으로 대규모 건물, 공장, 발전소 등을 설계할 경우 그에 대한 적절한 대책을 강구하여야 한다. 특히 댐에 연결된 저수지 또는 조정지로부터의 도수로가 압력수로이며 그 길이가 상당히 크면 수차가 급정지했을 경우 수격작용에 의해서 압력터널 내에 과도한 압력상승이 일어난다. 이 압력상승을 방지함과 함께 발전소 부하의 증감에 따라서 수량을 공급하거나, 흡수할 목적으로 압력도수로와 수압관과의 접합부에 자유수면이 있는 수조를 설치한다. 이것을 조압수조(surge tank)라 한다(최영박, 1979). 조압수조에서 부하의 급속한 차단에 의해서 수차로 유입될 수량이 차단되면 도수로 내로 흘러 들어온 물은 관성 때문에 수조 내의 수위를 상승시키고, 수조 수위가 어느 정도 이상으로 되어 저수지 수위 보다 상승하면 수조로의 유입이 정지하고 반대로 수조에서 저수지로 역류하여 수조수위는 하강한다. 즉, 조압수조는 도수로 내에 발생한 과도한 압력을 수조 내 수면의 승강운동을 이용하여 감소시키고 원래의 안정적인 수위로 회복시킨다. 본 연구에서는 수격작용에 대한 댐 안정성을 확보하는 수단 중의 하나인 조압수조에 대해 살펴보았다. 연구대상으로 용담댐을 선정하였다. 용담댐에 대한 기존의 검토결과 수직 갱의 지름이 5m 이상이면 조압수조의 동적안정조건을 만족 시키는 것으로 조사되었다. 댐의 설계홍수위인 EL. 265.5m를 기준으로 조압수조의 안정성을 감소시키지 않는 범위 내에서 조압수조 내 격벽 설치 유 무에 따른 수조의 최적 크기를 산정하였다. 산정결과를 분석한 결과 동일 조건에서 격벽을 설치한 경우가 격벽을 설치하지 않은 경우에 비해서 조압수조의 면적이 약 21% 감소하는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제42권10호
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• pp.785-793
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• 2009

본 연구에서는 부정류 상태의 조압수조를 해석 할 수 있는 수치모형이 개발되었다. 그리고 부정류 효과를 고려한 파이프의 파괴확률 산정을 위한 신뢰성 모형이 개발되었다. 파이프 파괴의 상대적 위험도 평가와 조압수조의 기능성 평가를 위해 부정류 효과를 고려한 조압수조가 있는 상수관망 시스템의 파괴확률을 산정하였다. 신뢰성 해석을 통하여 부정류가 파괴확률을 크게 증가 시키는 것을 알 수 있었으며 조압수조가 부정류의 압력을 크게 감쇠시킴으로써 파괴확률을 현저히 저하시키는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제11권2호
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• pp.164-174
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• 2007

댐에서 관로 시스템을 효과적으로 설계하기 위해서는 수격작용과 같은 과도수리현상을 해석해야 만 한다. 일반적으로 조압수조는 터빈의 부하변화에 의한 과도수리현상에 의해 발생되는 압력의 변화를 감소시키기 위해서 사용된다. 본 연구에서는 댐 안전관리를 위한 조압수조의 적정규모를 조사하였다. 지배방정식을 이용하여 조압수조 내 수위변동을 계산하였다. Thoma-Jaeger의 안정조건을 사용하여 홍수위, 상시만수위, 정격수위, 저수위인 경우에 정적안정조건과 동적안정조건을 검토하였다. 끝으로 조압수조의 수직갱과 수실의 적정 지름을 결정하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.651-655
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• 2009

본 연구에서는 컷 집합(cut set)개념과 파이프의 부정류를 위한 수치해석 결과를 이용하여 상수관망의 불능 확률을 정량적으로 산정하는 신뢰성 해석이 수행되었다. 특히 상수관망에서 중요한 운용형태의 하나인 밸브의 개폐효과에 따른 효과를 통하여 불능확률이 산정되었다. 먼저 부정류 수치해석을 위해서 작은 상수관망을 만들고 여러 가지 시나리오를 재현하였다. 이때 부정류 해석을 위해서 특성선법(the method of characteristics)모형이 사용되었다. 밸브의 개폐에 따라서 여러 가지 형태의 부정류가 발생되고 발생된 부정류를 상수관망의 불능확률을 크게 증가시킨다. 상수관망에서 컷 집합을 추출하여 기준지점에 배출유량(demand)가 도달하지 못할 확률을 불능확률로 규정하여 정량적으로 산정한다. 이를 위해서 컷 집합의 총 유량을 시간에 따라 평균하여 COV를 불능확률 산정에 이용한다. 부정류로 인한 파이프 유량의 변동이 심할수록 COV는 증가하고 결국은 컷 집합의 불능확률은 증가하게 된다. 그리고 똑같은 상수관망에 에너지 감쇠장치인 조압수조가 설치되어 부정류 압력파(pressure wave)를 크게 감소시켰을 때 불능확률을 비교하였다. 조압수조와 같은 압력감쇠장치가 상수관망의 부정류 효과와 불능확률을 크게 저감시키는 것을 알 수 있었다. 또한 신뢰성 해석 결과로부터 부정류가 불능확률을 급격히 증가시킨다는 것을 확인하였다. 따라서 부정류 효과를 고려한 신뢰성 해석은 상수관망의 운용, 관리, 감독, 그리고 설계와 계획을 위해서 필수적이라 할 수 있다.

• 물과 미래
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• 제17권1호
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• pp.45-56
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• 1984

협천댐의 인구 조압수조의 모형설계로부터 실험결과에 이르기 까지의 과정을 검토하였다. 그리고 실험결과는 Runge-Kutta-Gill 방법에 의한 수치해석과 비교하였다. 그 비교결과는 상당히 일치하였다. 설계기간이 아주 짧거나 예산면에서 어려움이 있는 경우이거나, 협천댐과 같이 비교적 간단한 조압수조의 경우는 수치해석만으로 설계하여도 가능하다고 판단된다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2007년도 정기총회 및 학술발표대회
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• pp.441-444
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• 2007

Surge tank generally are used near the downstream end of tunnels of penstocks to reduce change in pressure caused by waterhammer resulting from load changes on the turbines. In this paper, the surge tank with chamber is selected to analyze water surface oscillation. the governing equation are derived using the law of conservation of mass and momentum. the water surface oscillation in the surge tank are computed using governing equation. In the case of upsurging, water surface oscillation is damped gradually and in the case of downsurging, it is damped rapidly.

• 한국농공학회지
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• 제41권5호
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• pp.77-85
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• 1999

Irrigation pipeline systems have been recently adopted for irrigation purposes, which was thought to improve irrigation efficiencies. However, if hydraulic characteristics are not evaluated in designing , overpressure due to waterhammer may occur and result in serious problems. Therefore, in this study a model was formulated to simulate unsteady motion of water in a pipeline resulting from valve closure, the applicability of the model owas tested with fiedld data, and the results showed good agreement in maximum piezometric head. Also, simulated maximum piezometric head was compared with designed piezometric head computed by empirical method, and maximum piezometric head in a pipeline resulting from valve closure was simulated and analyzed with varing surge tank's position and diameter.

• 물과 미래
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• 제12권2호
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• pp.49-55
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• 1979

본 연구는 관수로내의 부정류 즉 펌푸모터의 시동, 정지 및 발브 조절시에 압력관수로에 나타나는 급변류의 현상, 특히 수격작용의 해석을 Computer에 의해 자동해석하는 방법을 강구하였다. 따라서 사용되는 관수로가 펌푸, 관망, 터널, 조압수조, 분기관, 저수지, 폐단관 및 발브장치를 갖는 일련의 관수로내에 일어나서 전자계산기를 사용하면 송수 또는 배수관로 설계에 있어 설계자의 시간과 노력을 감소하고 정확한 결과를 얻을 수 있는 장점이 있다.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제8권4호
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• pp.20-26
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• 2005

When the pumps are started or stopped for the operation or tripped due to the power failure, the hydraulic transients occur as a result of the sudden change in velocity. The field tests on the waterhammer were carried out for Pangyo booster pumping station in which had six booster pumps and two in-line pumps with the motor of output 1,700 kW, respectively. The booster pumping station was equipped with the pump control valve as the main surge suppression device, and the surge relief valve as auxiliary one. But the pump control valve had not early controlled in the planned closing mode, the slamming occurred to the valve of which abruptly closed during the large reverse flow. Because the positive pressure wave caused by the pump failure was superposed on the slam surge, the upsurge increased so extremely that the pump control valve was damaged. After the air chambers were additionally installed in the booster pumping station, it was preyed that the water supply system acquire the safety and reliability on the pressure surge.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.323-323
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• 2017

본 연구 대상인 주암댐-주암조절지댐간 도수터널은 저수지 간 연계운영을 통하여 서 남해안 일대의 용수 공급하기 위하여 건설되어 운영되었으나, 터널의 구조적 불안정성이 제기됨에 따라 향후 발생 가능성이 있는 용수공급 중단을 방지하기 위하여 신규 도수터널이 제안되었다. 계획된 신규 도수 터널의 주요 시설물은 크게 양방향 운영이 가능한 터널(D=3.3 m, L=11.23 km), 각 저수지 상황별 운영을 위한 취수문비 2개소, 도수가 이루어지는 상황에서 수문 돌발 폐쇄시 수충격을 감쇄하기 위한 배기구(air vents) 2개소가 계획되었다. 이에 따라 본 연구에서는 주암댐에서 주암조절지댐으로 최대 유량이 통수되는 상태에서, 수문폐쇄에 따른 수충격을 정량적으로 분석하고자 Joukowsky 공식에 적용하여 완폐쇄와 급폐쇄시 도수터널의 안정성을 검토하였으며, 수문 폐쇄로 인한 천이적인 흐름상태 등 수충격 모의가 가능한 1차원 ITM 모형을 적용하여, 수리분석과 수치모형과 결과 비교하고, 계획된 배기구의 유무에 따른 효과를 알아보고자 하였다. 분석 결과, 계획된 0.3 m/min으로 수문을 폐쇄할 경우, 도수터널의 안정성에는 문제가 없을 것으로 분석되었으나, 수문을 급 폐쇄 할 경우, 압력수두가 크게 증가하여 도수터널에 위험이 있을 것으로 분석되었으며 배기구 유무에 따른 수충격 검토 결과 도수터널 내의 수압상승을 적절히 조절하는 조압수조의 역할을 만족스럽게 수행할 것으로 분석되었다.