관로에서 밸브를 급속하게 열거나 닫을 때, 또는 펌프의 기동, 정지시 유체의 흐름에 급격한 변화가 생기면 압력이 파동하며 유속도 급격한 변화가 생기는데, 이를 수충격현상 (Water Hammer)이라 한다. 유체가 가득 차서 흐르는 관로의 하류 부분에 있는 밸브를 급격히 닫으면, 관 속을 흐르던 유체의 흐름이 급히 감속되며 유체가 가지고 있는 운동에너지는 압력에너지로 변환되어 관 내부에 탄성파가 왕복하게 된다. 또 닫혀 있던 밸브를 급히 열 때에도 같은 현상이 일어난다.
유체가 완전히 비압축성이고 관의 벽이 강체(剛體)라면 순간적으로 밸브를 닫았을 때의 압력은 무한대가 되지만, 실제로는 유체에 약간의 압축성이 있고, 관 벽에도 탄성이 있으므로, 밸브를 닫으면 관의 벽은 근소하기는 하나 팽창하며 유체도 압축되어 압력이 상승하는데 그 압력상승에는 한계가 있다.
수충격 현상은 정전과 같이 예고 없이 발생되며 압력의 급격한 상승, 하강(부압)등을 일으키므로, 배관시스템의 안전을 위해서는 수충격 완화 설비를 설치하여 운전 중 예기치 않은 상황에서도 관로 내의 압력을 일정한 범위 내로 제어하도록 해야 한다.
1) 관로의 압력상승에 의한 펌프, 밸브, 플랜지, 지지물, 관로 등 설비의 파손
2) 부압으로 인한 관로의 압괴
3) 수주분리가 생겨 재결합 시 격심한 충격파의 발생으로 인한 관로의 파손
4) 진동, 소음 발생
5) 비정상적인 압력변동로 자동 제어계 등 압력 컨트롤을 하는 기기들이 난조를 일으킬 수 있음.
관로유동해석(수충격해석)의 필요성
① 과도현상 중 급격한 압력변화를 파악한다. ② 설계압력 초과여부를 판단한다. ③ 수계산으로 설계 불가능한 여건(저압, 캐비테이션 등) 알아낸다. ④ 고압에 의한 배관계 파손을 미연에 방지할 수 있게 한다. ⑤ 관로의 저압에 의한 누출완화기능의 파괴 ⑥ 저압과도현상은 위생상 위해 요인의 유입을 사전에 파악하여 방지케 할 수 있다.