[Fire Water Pump system]
소방펌프의 기동용 수압개폐장치
압력스위치 세팅 방법
"기동용 수압개폐장치"라 함은 소화설비의 배관 내 압력변동을 검지하여 자동적으로 펌프를 기동 및 정지시키는 것으로서 압력챔버 또는 기동용 압력스위치 등을 말한다.
소방용 펌프의 정확한기동 및 정지는 기동용 수압개폐장치의 기능에 좌우되며, 기동용 수압개폐장치의 기능에 대한 신뢰성은 소화설비 전체에 대한 신뢰성과 같다. 또한 압축된 공기가 배관 내로 압축에너지를 공급하여 압력을 유지하도록 하는 에너지 공급원이기도 하다.
기동용 수압개폐장치는 펌프를 이용하여 가압송수장치의 토출 측 배관에 연결되어 소화펌프를 자동으로 기동하고 정지시키는 장치는 옥내소화전설비(일부 소방대상물은 예외)를 포함한 수계(水系) 자동식 소화설비에 있어서는 반드시 설치되어야 하는 중요한 장치라고 할 수 있다. 기동용 수압개폐장치는 수압의 변화(강하)를 감지하여 펌프를 기동(정지)시키는 장치이다.
이는 (그림 1)와 같이 게이트밸브의 2차 측에서 분기 설치하여 펌프 2차 측의 전 배관 내의 압력을 감지하고 압력이 감소하면 압력스위치가 작동하여 충압펌프(보조펌프)를 작동시키거나 주펌프를 작동시켜 일정압력이 유지되도록 하는 장치이다.
따라서 아무리 성능이 우수한 소화펌프라 할지라도 수압개폐장치의 압력조정이 제대로 되어있지 못하면 법정 방수압력과 방수유량을 충분히 얻지 못하게 된다.
가) 설치목적
소화용 주펌프 및 충압펌프(보조펌프:Priming Pump)를 자동기동 또는 정지시키기 위해 설치하는 것으로 순간적인 압력변화에 의한 소화펌프의 기동 및 정지가 단속(斷續)적으로 기동 하는 것을 방지하고 압력챔버(Pressure Chamber)를 이용 챔버상부 공기의 완충작용으로 수격작용 등 압력변동에 따른 설비를 보호한다.
나) 구조 및 동작원리
㈀ 구조
압력챔버(Pressure Chamber)와 부속품으로 개폐밸브(급수밸브), 배수밸브, 안전밸브, 압력스위치(Pressure Switch), 압력계 등이 부착된다.
- 압력챔버(Pressure Chamber) : 압력챔버의 기능은 펌프의 토출 측 배관에 연결되어 전 배관 내의 압력을 감지하고 배관 내의 압력이 감소하면 압력스위치가 작동되어 충압펌프 및 주 펌프를 작동시키는 것으로 압력이 인가되는 용기는 내용적이 100ℓ이상으로 소방검정기술기준에 적합해야 한다. 압력계와 주펌프 및 충압펌프의 압력스위치, 압력챔버 및 압력챔버의 안전을 위한 안전밸브로 구성, 하부에는 배수밸브가 있다. (그림 2)은 그 예이다(압력챔버의 검정기술기준 <KOFEIS 0508> 참고)
- 개폐밸브(급수밸브) : 압력챔버의 정비 및 공기교체 작업 시 급수제어용 밸브
- 배수밸브(Drain Valve) : 배수밸브는 용기의 최하단에 부착하며 유지, 보수 시 즉, 용기 내의 물을 완전히 배수할 경우와 침전물의 배출 시 등에 이용된다.
- 압력스위치(Pressure Switch) : 옥내소화전설비에서 방수구가 개방되어 배관 내의 압력이 설정압력 이하로 강하되면 압력챔버에 부착되어 있는 이 장치가 펌프를 기동시 킨다.
용기내부의 압력이 설정압력에 달하면 압력스위치는 물리적인 양의 압력을 전기신호로 변환(Switch)시켜 신호를 발신하고 이 전기 신호에 의해 전동기가 기동 되어 운전된다. 펌프기동용 신호의 발신설정 값은 필요시 변경할 수 있는 구조로 되어 있다.
• 안전밸브(safety Valve) : 안전밸브는 펌프 토출 측의 배관에 과도한 압력이 작용될 때 작동(개방)되어 압력을 방출한다. 따라서 설비는 과도한 압력으로부터 보호된다(그림 4)
※ 호칭압력 10kg/㎠인 것 : 사용압력이 10kg/㎠ 미만인 곳에 설치
※ 호칭압력 20kg/㎠인 것 : 사용압력이 10kg/㎠ 이상 20kg/㎠미만인 곳에 설치
• 압력계 : 압력챔버 내 압력(배관 2차 측 압력)을 나타낸다
㈁ 동작원리
펌프가 정지되어도 체크밸브 상부는 이 체크밸브로 인해 압력이 유지된다. 압력챔버의 내부에는 물과 함께 공기가 들어 있다. 공기는 물과 달리 압축성 유체이므로 펌프의 작동에 의해 관내(챔버) 압력이 상승하면 체적이 줄면서 압축되고 관내압력이 일정하게 유지되나, 누설 등에 의해 미소한 물의 누출이 생기면 결국 누출 체적만큼 압축되어 있던 공기가 팽창한다.
누출이 많아지거나 방수구가 개방되면 압축되어 있던 공기의 팽창만으로 압력을 유지하기가 어려워지고 압력이 설정압력 이하로 강하되면 압력스위치가 이를 검지하여 펌프를 자동으로 기동 하게 되고 이후 압력이 설정압력까지 상승하면 펌프를 자동으로 정지시킨다.
보통 압력챔버에는 두 개의 압력스위치(Pressure Switch)가 장치되어 있는데 각각 주펌프와 충압펌프(보조펌프)를 기동/정지시키는 신호를 발신한다.
압력스위치의 기동/정지신호의 발신압력은 조정이 가능하며 설비에 알맞도록 설정한다.
다) 기동용 수압개폐장치의 종류
압력챔버에 압력스위치를 설치하는 방식과 압력스위치를 배관에 직결하는 방식이 있다.
㈀ 압력챔버방식
국내에서 일반적으로 사용되어 온 방식은 압력챔버에 압력스위치를 설치하는 방식으로 압력챔버가 맥동압력을 흡수하도록 되어있는 구조이다. 압력챔버 내부에는 아무것도 없이 텅 비어 있기 때문에 가압수를 채우게 되면 상부에는 공기가 압축되어 고여 있게 되어 맥동압력을 흡수해주는 역할을 하게 된다.
만일 상부의 공기가 누설되어 없어지게 되면 맥동압력의 흡수가 불가능해져 압력스위치의 고장을 초래하거나 펌프의 기동 및 정지가 불완전하게 되는 원인이 될 수 있으므로 주기적으로 공기의 누설에 대한 점검이 필요하다.
㈁ 기동용 압력스위치 방식
압력챔버를 사용하지 않고 배관에 압력스위치를 직접 연결하는 방법은 NFPA 13 기준에서 채택하고 있는 방식이다. 압력스위치를 배관에 직접 연결하여 사용하기 위해서는 맥동압력을 완화하기 위하여 배관 양쪽에 체크밸브를 설치하고 체크밸브 내부의 디스크에 2.4mm 크기의 오리피스구멍을 뚫는다. 두 개의 체크밸브 간의 거리는 최소 1.5m 이상 이격시켜야 한다.
오리피스 구경이 작기 때문에 오염된 물을 사용하거나 장기간 방치할 경우에는 배관 내부에 스케일 등의 형성으로 오리피스 구멍이 막힐 우려가 있다. 오리피스가 막히게 되면 펌프의 자동 운전이 불가능해질 수 있으므로 정기적인 유지관리가 중요하다. 체크밸브의 유수방향은 압력스위치에서 배관 쪽으로 흐르도록 설치한다. 이렇게 설치하는 이유는 압력스위치로의 압력전달은 작은 오리피스 구멍을 통하여 천천히 전해지도록 하고 배관의 압력검지는 체크밸브의 개방으로 즉시 감지할 수 있도록 구성함으로써 펌프의 기동은 신속하게, 정지는 완만하게 하기 위함이다. 설치배관의 구경은 최소 15mm의 것으로 사용하고 배수를 위한 배수밸브를 설치하여야 한다.
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