소방 유체 역학 문제 풀이 - 6, 관두께, 안전율, 도시기호 등

1. 이산화탄소 소화배관의 최고 사용압력이 5[MPa]이고 인장강도가 380 [MPa]인 압력 배관용 탄소강을 배관재료로 사용

     했을 경우 이 압력배관용 탄소강관의 스케줄 수를 산정하시오. (단, 안전율은 4이고 스케줄 수는 10, 20, 30, 40, 60, 80

     에서 선정한다)  [4점] ★★★★★​

   문제의 단서에서 스케줄 수는 60을 선정한다.

[해설] 스케줄 수 (Schedule No.)​​

  ※ 스케줄 수는 대개100 이하가 답이다. 보통 60, 80, 100 이 답이다.​

  ※ 문제의 단서에서 스케줄 수 60을 선정한다.

​

2. 어느 배관의 인장강도가 200 [N/㎟]이고 내부 작업응력이 4 [MPa]이었다. 이 배관의 스케줄 수를 구하시오. (단, 안전율

     은 4이다) [4점) ★★★★★​

[해설] 스케줄 수 (Schedule No.)​

   ⊙ 인장강도 : 200[N/㎟]=200×10-3 × (1,000)2 =200,000 [kN/㎡]

   ⊙ 내부 작업 응력 : 4 [MPa] = 4,000 [kPa] = 4,000 [kN/㎡]​

3. 어느 배관의 인장강도가 20 [㎏f/㎟]이고 내부 작업응력이 40 [㎏f/㎠] 라면 이 배관의 스케줄 수는 얼마인가 ? (단, 안전율

      은 4이다) [4점] ★★★★★

  [풀이] ⊙ 인장강도 : 20 [㎏f/㎟] = 20 × 102 =2,000 [㎏f/㎠]

            ⊙ 내부 작업 응력 : 40 [㎏f/㎠]​

[해설] 스케줄 수 (Schedule No.) ​

   ⊙ 인장강도 : 20 [㎏f/㎟] = 20 × 102 [㎏f/㎠]

   ⊙ 내부작업응력 : 40 [㎏f/㎠]​

4. 어느 배관의 허용응력이 250 [MPa], 배관의 두께는 3[㎜], 배관의 길이가 1.5[m] 일 경우, 내부 압력 [MPa]을 구하시오.

     [4점] ★★★★★​

[해설] 내부 압력​

       여기서, σw : 허용 응력 [MPa],              P : 내부 압력 [MPa]

                    ℓ : 배관의 길이 [㎝]                   t : 배관의 두께 [㎝]

         ⊙ σw (허용응력) : 250 [MPa]

         ⊙ t (배관의 두께) : 3 [㎜] = 0.3 [㎝]

         ⊙ ℓ [배관의 길이) : 1.5 [m] = 150 [㎝]​

5. 내경이 2 [m] 이고, 길이가 1.5 [m]인 원통형 내압용기가 두께 3 [㎜]의 연경판으로 제작되었다. 용접에 의한 허용응력

     감소를 무시할 때 이 내압용기 내부에 허용할 수 있는 최고 압력 [MPa]을 구하시오. (단, 내압용기 재료의 허용응력

      σw = 250 [MPa]이다)  [4점] ★★★

[해설] 용기 내부에서 허용할 수 있는 최고 압력​

여기서, t : 용기의 두께 [㎜]

            P : 용기 내부에 허용할 수 있는 최고 압력 [MPa]

           D : 용기의 내경 [㎜]

           σw : 용기재료의 허용 압력 [MPa]

            E : 용접효율 [%]​

          ⊙ σw (용기재료의 허용압력) : 250 [MPa]

          ⊙ E (용접효율) : 문제의 조건에 없으므로 적용하지 않는다.

          ⊙ t (용기의 두께) : 3 [㎜]

          ⊙ D (용기의 내경) : 2 [m] = 2,000 [㎜]

              ∴ 용기 내부에 허용할 수 있는 최고 압력​

6. 특정 소방대상물에 옥내 소화전 설비 배관공사를 할 때 강관을 사용할 경우 배관의 이음 방법 3가지를 쓰시오 [3점]

     ★★★ (자주 출제)

  ① 나사 이음          ② 용접 이음                 ③ 플랜지 이음

[해설] 강관의 이음 방법

  가. 수계소화설비 : 나사 이음(접합), 용접 이음(접합) , 플랜지 이음(접합)

  나. 할로겐 화합물 및 불활성기체 소화설비

       ⊙ 나사 이음(접합), 용접 이음(접합) , 플랜지 이음(접합), 압축 이음 (접합)

<강관의 이음 방법>

 가. 나사 이음 (Screw joint)

   ① 관에 나사를 내어 연결시키는 이음

   ② 엘보(elbow), 티 (Tee), 십자 (Cross), 소켓(Socket), 니플(Nipple), 유니온(Unin), 캡(Cap) 등을 사용하여 접속한다.

 나. 용접 이음 (Welded joint)

   ① 방법 : 전기용전, 가스 용접

   ② 종류 : 맞대기 이음, 슬리브 이음, 플랜지 용접 이음

   ③ 장점

      ㉠ 유체의 저항손실이 적다.

      ㉡ 보온재의 시공이 용이하다.

      ㉢ 접합부의 강도가 강하다.

      ㉣ 누수의 염려가 적다.

      ㉤ 시설 유지 보수비가 절감된다.

 다. 플랜지 이음 (Flange joint)

  ① 용접 접합과 나사 접합이 있으며, 주로 용접접합을 사용한다. 용접 플랜지 접합은 파이프 내면도 접합하므로 파이프의

       길이는 플랜지의 접촉면 보다 파이프 두께 만큼 짧게 한다.

  ② 설치하는 경우

      ㉠ 두개의 직관을 이을 때

      ㉡ 두개의 기기를 접속할 때

      ㉢ 분해 · 교환 · 증설 또는 수리를 용이하게 하기 위해서

​

7. 배관내의 온도의 변화에 따라 배관이 팽창 또는 수축을 하므로 배관, 기구의 파손이나 굽힘을 방지하기 위하여 신축

    이음을 한다. 이러한 신축 이음의 종류 5가지를 쓰시오.  [5점] ★★★★★ (자주 출제)

    ① 슬리브형         ② 벨로스형       ③ 루프형          ④ 스위블형          ⑤ 볼 조인트

[해설] 신축 이음

  가. 신축이음 : 온도 변화에 따른 배관의 신축으로 배관이 파손되는 것을 방지하기 위한 이음

  나. 신축이음의 종류

    ① 슬리브형 (Sleeve type)            ② 벨로스형 (Bellows type)

    ③ 루프형 (Loop type)                   ④ 스위블형 (Swivel type)

    ⑤ 볼 조인트 (Ball joint)

​

8. 다음은 수계소화설비에 사용되는 부속품에 대한 설명이다. 가. ~ 바. 까지 알맞은 명칭을 쓰시오. [6점] ★★★★★

   가. 90 [˚] 각진 부분의 배관 연결용 이음쇠 : 엘보 (elbow)

   나. 직경이 서로 다른 관과 관을 접속하는데 사용하는 관 이음쇠 : 리듀셔 (Reducer)

   다. 대기압 이상의 압력과 이하의 압력을 측정할 수 있는 압력계 : 연성계

   라. 배관 내의 이 물질을 제거하기 위한 기기로서 여과망이 달린 둥근 통이 45 [˚] 경사지게 부착되어 있다.

          Y형 스트레이너(Strainer)

   마. 배관 도중에 설치하여 유체의 흐름을 완전히 차단 조정하는 밸브 : 게이트 밸브

   바. 원심펌프의 흡입관 아래에 설치하여 펌프가 기동할 때 흡입관을 만수 상태로 만들어 주기 위한 밸브 : 후드 밸브

[해설] 관 부속품

  가. 90˚ 엘보 : 90˚ 로 각진 부분의 배관 연결용 관 이음쇠

  나. 리듀셔 : 직경이 서로 다른 관과 관을 접속하는데 사용하는 관 이음쇠

  다. 연성계 : 대기압 이상의 압력과 이하의 압력을 측정할 수 있는 계기

  라. Y형 스트레이너 : 배관 내의 이 물질을 제거하기 위한 기기로서 여과망이 달린 둥근 통이 45˚ 경사지게 부착되어 있다.

 

  마. 게이트 밸브 : 배관 도중에 설치하며 유체의 흐름을 완전히 차단 또는 조정하는 밸브

 

  바. 후드 밸브 : 펌프의 흡입관 아래에 설치하여 펌프가 기동할 때 흡입관을 만수 상태로 만들어 주기 위한 밸브 (역류방지,

                          여과 기능)

​

9. 다음 배관 부속품 및 밸브의 종류에 관한 알맞은 답을 쓰시오. [8점] ★★★★★

  가. 유체 속에 포함된 불순물을 제거하여 이 물질이 유입하는 것을 방지하는 장치 : 스트레이너(Strainer, Y형 스트레이너 :

        45 ˚ 경사지게)

  나. 관속을 흐르는 유체의 방향을 45˚ 또는 90˚ 로 변경할 때 사용하는 관 이음쇠  : 엘보 (elbow)

  다. 지름이 서로 다른 관과 관을 접속하는데 사용하는 관 이음쇠 : 리듀셔

  라. 유체의 흐름 방향을 직각으로 바꿀 경우에 사용하는 밸브 : 앵글밸브 (Angle valve)

  마. 펌프의 순환배관 상에 설치되는 밸브로서 펌프의 체절압력 미만과 설정압력 사이에서 개방 · 작동되고, 사용자가 설정

        압력을 조정해서 사용하는 밸브 : 릴리프 밸브

  바. 밸브의 개폐 상태 여부를 용이하게 육안으로 판별하기 위한 밸브 : 개폐 표시형 밸브

  사. 배관 연결 부분에 가스킷 (Gasket)을 삽입하고 볼트로 체결하는 관이음 방법 : 플랜지 이음

  아. 펌프 성능 시험 배관의 유량 측정장치의 후단에 설치하는 밸브 : 유량조절밸브

  ※ 물을 사용할 때는 릴리프 밸브, 가스를 사용할 때는 안전밸브 라고 한다.

[해설] 관 부속품

  가. 스트레이너 (Strainer) : 유체 속에 포함된 불순물을 제거하여 이물질이 유입하는 것을 방지하는 장치

    ① Y형 스트레이너 : 45˚ 경사진 Y형 본체에 원통형 금속망을 넣은 것으로 유체에 대한 저항을 적게 하기 위하여 유체는

                                    망의 안쪽에서 바깥쪽으로 흐르게 되어 있으며  밑 부분에 플러그를 설치하여 불순물을 제거하게

                                     되어 있다.

    ② U형 스트레이너 : 주철재의 본체 안에 여과망을 설치한 둥근 통을 수직으로 넣은 것으로 유체는 망의 안쪽에서 바깥

                                      쪽으로 흐른다. 구조상 유체는 직각으로 흐름의 방향이 바뀌므로 Y형 스트레이너에 비하여 유체에

                                       대한 저항이 크나 보수 · 점검이 용이하며 주로 오일 스트레이너에 많이 쓰인다.

  나. 엘보(elbow) : 관속을 흐르는 유체의 방향을 45˚ 또는 90˚ 로 바꿀 때 사용하는 관이음쇠

  다. 리듀서 (Reducer) : 지름이 서로 다른 관과 관을 접속하는데 사용하는 관 이음쇠

  라. 앵글밸브 (Angle valve) : 유체의 흐름 방향을 직각으로 바꿀 때 사용하는 밸브

  마. 릴리프 밸브 (Relief valve) : 펌프의 순환배관 상에 설치되는 밸브로서 펌프의 체절 압력 미만과 설정된 압력 사이에서

                              개방 · 작동되고, 사용자가 설정 압력을 조절해서 사용하는 밸브

  바. OS & Y 밸브 (Outstem Screw & York valve) = 개폐표시형 밸브 주관로상에 사용하며 밸브 디스크가 밸브봉의 나사에

                             의하여 밸브시트에 직각 방향으로 개폐가 이루어지며 일명 "게이트 밸브"라고도 부른다.

  사. 플랜지 이음 (Flange joint)

    ① 용접접합과 나사접합이 있으며 주로 용접접합에 사용한다. 용접플랜지 접합은 파이프 내면도 용접하므로 파이프의

         길이는 플랜지의 접촉면 보다 파이프의 두께 만큼 짧게 한다.

    ② 설치하는 경우

       ㉠ 두개의 직관을 이을 때

       ㉡ 두개의 기기를 접속할 때

       ㉢ 분해 · 교환 · 증설 또는 수리를 용이하게 하기 위해

  아. 유량조절밸브 : 펌프성능시험 배관의 유량 측정장치 후단에 설치하는 밸브

​

10. 소화설비에 사용되는 앵글밸브의 기능 및 글로브 밸브의 기능을 쓰시오. [5점] ★★ (한번 나옴)

  ① 앵글 밸브 (Angle valve) : 유체의 흐름을 차단하거나 유량을 제어하는 스톱밸브로서 밸브내에서 유체의 흐름방향이

                                               변하여 유체가 흐르는 방향에 따라 입구와 출구가 직각(90˚)인 밸브

  ② 글로브 밸브 (Glove valve) 유체의 흐름을 차단하거나 유량을 제어하는 스톱밸브로서 밸브 내에서 유체의 흐름방향이

                                               변하여 유체가 흐르는 방향에 따라 입구와 출구가 일직선상 (180˚)에 있는 밸브

[해설] 앵글밸브 · 글로브 밸브

  가. 앵글 밸브 (Angle valve)

     ⊙ 유체가 흐르는 방향에 따라 입구와 출구가 직각인 밸브

  나. 글로브 밸브 (Glove valve)

     ⊙ 유체가 흐르는 방향에 따라 입구와 출구가 일직선상에 있는 밸브

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11. 체크밸브의 종류를 크게 2가지로 분류하여 설명하시오. [4점] ★★★★★

  가. 리프트형 : 유체의 압력에 의해 밸브가 수직으로 올라가게 되어 있으며 밸브의 리프트는 지름의 1/4 정도이고 흐름에

                         대한 마찰저항이 크고, 수평배관에 주로 사용한다.

  나. 스윙형 : 핀을 축으로 회전하며 개폐되므로 유수에 대한 마찰저항이 리프트형 보다 작고 수직 · 수평 어느 배관에도

                         사용할 수 있다.

[해설] 체크 밸브 (Check valve)

  ▣ 유체의 흐름이 한쪽 방향으로 역류를 하면 자동적으로 밸브가 닫혀지는 구조의 밸브로서 리프트형(Lift type)과 스윙형

        (Swing type)이 있다.

  ① 리프트형 : 유체의 압력에 의해 밸브가 수직으로 올라가게 되어 있으며 밸브의 리프트는 지름의 1/4 정도이고, 흐름에

                         대한 마찰저항이 크고 수평배관에 주로 사용한다.

 

  ② 스윙형 : 핀을 축으로 회전을 하며 개폐되므로 유수에 대한 마찰 저항이 리프트형 보다 작고 수평 · 수직 어느 배관에도

                     사용할 수 있다.

 

12. 다음 밸브의 정확한 명칭 및 ①의 용도를 쓰시오. [4점] ★★★★★

 

  가. 명칭 : 스모렌스키 체크 밸브

  나. ① 의 용도 : 바이배프밸브를 열어 주면 2차측 배관의 물을 1차측으로 흐르게 할 수 있어 배관의 유지 보수가 용이하여

                           주배관에 주로 사용한다.

  ※ 체크 밸브 : 역류 방지기능, 스모렌스키 체크 밸브 : 역류방지 기능+바이패스 기능

[해설] 스모렌스키 체크 밸브

  가. 스모렌스키 체크 밸브

    ▣ 리프트형 체크 밸브 내에 디스크가 달려 충격을 완화시키는 작용을 하는 체크 밸브

 

  나. 스모렌스키 체크 밸브의 기능

    ① 역류방지 기능 : 유체의 흐름이 역류하면 자동적으로 밸브가 닫혀진다.

    ② 수격방지 기능 : 스모렌스키 체크 밸브 내에 스프링 및 완충깃이 설치되어 있어 수격작용(Water hammering)을 방지

                                  한다.

    ③ 바이 패스 기능 : 평상시에는 체크밸브 기능(역류방지기능)을 하며 바이패스 밸브를 열어 주면 2차측 배관의 물을

                                 1차측으로 흐르게 할 수 있어 배관의 유지 보수가 용이하며 주 배관상에 주로 설치한다.

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13. 다음은 소방용 배관 설계도면에서 사용하는 기호(심벌)을 도시한 것이다. 각각의 명칭을 쓰시오. [4점] ★★★★★

 

14. 다음 도시기호의 명칭을 쓰시오. [5점] ★★★★★

 

15. 다음 명칭에 대한 도시기호(심벌)을 그리시오 [6점] ★★★★★

 

16. 다음의 명칭을 도시 기호로 나타내고, 도시기호에는 해당 명칭을 쓰시오.  [4점] ★★★★★

 

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