KR0148756B1 - 수격방지기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 신규한 구성의 수격 방지기를 개시한다.

종래의 수격 방지기는 탄성 다이어프램으로 고압기체를 수납한 구성을 가져 제조가 어렵고 사용수명이 짧은 문제가 있었다. 또한 배관에 직교하도록 설치되어 설치공간에도 제약이 많았다.

본 발명에서는 배관과 동축으로 이를 둘러싸는 실린더내에서 피스톤이 이동하며 완충하도록 구성하여 장기간의 고효율 작동이 보장되고 설치공간도 작게된다.

Description

수격방지기

제1도는 종래의 수격방지기의 구성을 보이는 단면도.

제2도는 본 발명 수격방지기의 구성을 보이는 일부절단 분해사시도.

제3도는 (a) 내지 (d)는 본 발명 수격방지기의 작동을 보이는 순차적 단면도들이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 실린더(cylinder) 11 : 셀(shell)

12 : 엔드캡(end cap) 20 : 연결관(connection pipe)

21 : 연통(連通)구멍 30 : 피스톤(piston)

31 : 내벽 32 : 외벽

33 : O링(O-ring) W : 충격파(shock wave)

본 발명은 배관 관로내의 급격한 압력변화에 의한 수격(水擊)현상과 이에따른 소음과 진동등을 방지할수 있는 수격 방지기에 관한 것이다.

유체의 흐름중에 유로저항이 변화되면 유체의 압력이 변화된다. 압축성유체인 기체의 경우 유로저항의 변화는 단순한 압력의 변화로 그치게 되지만, 비압축성 유체인 액체의 경우에는 수도(水頭) 자체가 변화하게 된다. 예를들어 넓은 유로로부터 좁은 유로로 진입되는 액체의 흐름은 그 수두, 즉 액위가 상승되는바 이를 일반적으로 수력도약(hydraulic jump)현상으로 호칭한다.

배관등과 같이 제한된 단면내로 액체가 공급되는 경우에는 이러한 유로저항의 변화에 대한 문제는 더욱 심각해진다. 예를들어 수도관의 경우 물의 흐름중 밸브가 차단되면 유로저항의 급격한 변화를 비압축성 유체인 물이 흡수할수 없으므로 큰 충격파가 형성됨으로써 높은 소음과 진동이 발생되는 것이다. 이러한 액체 배관내에서의 충격파의 발생현상을 특히 수격(water hammer) 현상으로 호칭한다. 이러한 수격현상의 문제는 최근 사용의 편의성을 위해 회전식의 밸브가 원터치(one touch)방식의 밸브로 전환되어 감에 따라 더욱 심각해지고 있어서 소음과 진동뿐아니라 배관이나 밸브 또는 펌프등의 손상까지 야기하고 있다. 제한된 관로내에서의 액체의 흐름은 이외에도 밸브등이 급격히 개방되는 경우 액체가 압력강하에 의해 급격히 비등하게 되어 액체내에 기포를 발생시키고 캐비테이션(cavitation)등을 유발하게 된다.

이와같은 수격현상등의 방지를 위해 일반적으로 제1도에 도시된 바와같은 수격 방지기가 사용되고 있다.

제1도에서, 배관(P)에 접속된 수격 방지기(W')의 몸체(B)는 상,하부 몸체(B1, B2)사이에 지지된 고무등 탄성 재질의 다이어프램(D)을 구비하여, 몸체(B)의 상측에 설치된 니플(nipple; N)을 통해 상부몸체(B1)와 다이어프램(D)간의 공간에 공기나 불활성가스등 압축성 유체인 기체를 소정압력으로 주입하여 일종의 에어백(air bag)을 형성하게 된다.

이와같은 수격방지기(W')는 배관(P)내에 액체가 흐르는 도중 밸브(V)가 급격히 차단되어 발생되는 충격파를 다이어프램(D)이 점선상태로 압축되며 흡수하여 수격현상의 발생을 방지하게 된다.

즉 상부몸체(B1)와 다이어프램(D)간에 형성된 에어백이 배관(P)내의 압력 변화를 완충시켜 소음과 진동의 발생을 방지하고 배관(P)이나 밸브(V) 또는 도시되지 않은 펌프의 손상을 방지하는 것이다.

그러나 이와같은 종래의 수격방지기(W')는 압력의 변화가 전달되는 면적이 몸체(B)의 직경에 제한되는 다이어프램(D)의 면적에 국한되므로 큰 충격파의 신속한 흡수가 불가능하여 수격방지 효과가 그다지 크지 못한 문제가 있었다. 뿐만 아니라 에어백의 형성과 충격파의 흡수가 모두 다이어프램(D)만에 의존하게 되며, 다이어프램의 외단이 항시 고인장 상태로 상하부 몸체(B1, B2)사이에 지지되고 있으므로 상하부 몸체(B1, B2)간의 결합이 매우 어렵고 다이어프램(D)이 피로등에 의해 쉽게 노화 및 열화되어 파손됨으로써 제 기능을 달성할 수 없게 되는 등 사용수명도 길지 못한 문제가 있었다.

즉 종래의 수격방지기(W')는 다이어프램(D)에 의해 폐위(enclose)된 고압의 기체를 사용하므로 그 밀봉의 문제와 다이어프램(D) 자체의 물성에 좌우되어 장기간 신뢰성 높은 작동을 기대하기 어려웠던 것이다.

특히 이와같은 종래의 수격 방지기(W')는 배관(P)에 대해 직교하도록 설치되어야 하므로 큰 설치공간을 요구하게 되어 가정용등 컴팩트(compact)한 배관(P)을 요구하는 시스템의 구성에는 많은 장애가 있었다.

상술한 종래의 여러가지 문제점들을 감안하여, 본 발명의 목적은 탄성재질이나 고압기체를 사용하지 않고도 효율적인 완충작용을 기능의 저하없이 장기간 달성할수 있으며, 설치공간의 제약도 없는 수격 방지기를 제공하는 것이다.

이와같은 목적의 달성을 위해 본 발명에 의한 수격방지기는 배관의 중간에서 양단이 배관과 연결되는 연결관과,

이 연결관과 연통(連通)구멍으로 접속되며 연결관을 둘러싸는 실린더와, 연결관과 실린더 사이의 공간을 슬라이드(slide) 이동가능한 링(ring) 형의 피스톤을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이와같은 기본적인 특징을 가지는 본 발명 수격방지기의 구체적 특징과 이점들은 첨부된 도면을 참조한 이하의 바람직한 실시예의 설명으로 더욱 명확해질 것이다.

제2도에서, 본 발명에 의한 수격 방지기는 그 양단이 배관(제2도에는 도시안됨)의 관로측과 밸브측에 접속될 연결관이 이를 둘러싸는 실린더(10)내에 설치되고, 연결관(20)과 실린더(10) 사이에는 림형의 피스톤(30)이 슬라이드 이동가능하게 설치된다.

실린더(10)는 원통형의 셀(shell; 11)과 그 양단을 밀폐하는 두 엔드캡(end cap; 12)을 구비하는데, 엔드캡(12)의 중앙에는 배관과 접속될 네크(neck; 13)가 외측으로 연장되고, 그 내측에는 안착홈(14)이 형성되어 연결관(20)의 양단이 양 엔드캡(12)의 안착홈(14)에 인입되어 지지되도록 되어있다.

실린더(10)는 연결관(20)의 외주에서 셀(11)에 두 엔드캡(12)이 장착된 상태로 밀폐되는데, 연결관(20)의 밸브측 선단에는, 예를들어 슬릿(slit) 형상의 연통구멍(21)이 형성되어 실린더(10)와 연결관(20)의 내부공간을 연통시킨다.

이 연통구멍(21)은 연결관(20)과 실린더(10)의 내부공간간에 압력을 전달하여 피스톤(30)을 이동시키게 된다.

피스톤(30)은 연결관(20)의 외주를 둘러싸는 내벽(31)과, 실린더(10)의 셀(11) 내벽에 접촉하는 외벽(32)을 구비하여 대략 U자형의 단면을 가지는 림 형태로 구성되는데, 내벽(31)과 외벽(32)의 외측에는 각각 하나 또는 복수의 O링(33)이 설치된다.

여기서 O링(33)은 피스톤(30)을 연결관(20)과 실린더(10)에 밀봉시키는 역할을 하는 것이 아니라, 피스톤(30)이 관로측 또는 밸브측으로 이동할때 피스톤(30) 전후의 액체의 흐름을 제한하는 역할을 하는 것으로, 연결관(20)의 외주 또는 실린더(10)의 내주에 대해 각각 루우스핏(loose fit)상태로 유지되는 것으로 족하다.

한편 피스톤(30)의 내벽(31)과 외벽(32) 사이의 공간으로는 연결관(20)의 연통구멍(21)을 통해 배관내로부터 액체의 압력이 전달되는데, 이를 위해 외벽(32)의 높이보다 내벽(31)의 높이가 소정길이만큼 작은 것이 바람직하다.

이와같은 본 발명 수격 방지기의 작동을 제3도의 각도를 통해 살펴보기로 한다.

제3도(a)에서, 실린더(10) 양측의 엔드캡(12)에 형성된 네크(13)가 관로측 배관(P1)과 밸브측 배관(p2)에 각각 접속되면, 연결관(20)은 배관(P1, P2)의 일부를 이루게 되고 이 연결관(20)과 연통구멍(21)을 통해 연통되는 실린더(10)내의 피스톤(30)은 도면의 우측, 즉 밸브측의 단부까지 이동하여 외벽(32)의 상단이 밸브측엔드캡(12)의 내벽에 접촉한 상태로 유지된다.

이 상태는 밸브측의 도시되지 않은 밸브가 개방되어 배관(P1, 20, P2)내를 액체가 흐르고 있는 상태이다.

액체의 흐름중 밸브가 차단되면 급속한 압력변화에 의한 충격파(W)가 밸브측 배관(P2)을 통해 급속히 전파된다. 액체는 비압축성 유체이므로 이 충격파(W)는 관로측 배관(P1)으로 전파되지 못하고 제3도(b)에 도시된 바와같이 연통구멍(21)을 통해 피스톤(30)의 내외벽(31, 32) 사이로 유입된다.

이에따라 피스톤(30)은 제3도(c)와 같이 도면의 좌측, 즉 관로측으로 밀려 이동하게 된다.

이때 실린더(10)의 관로측에 위치하던 액체는 피스톤(30) 내외벽(31, 32)의 O링(33)과 연결관(20)의 외주 및 실린더(10)의 내주사이에 형성되는 좁은 공간을 지나 밸브측으로 이동하게 된다.

이러한 작동은 일종의 댐퍼(damper) 역할을 하게되므로, 연통구멍(21)을 통해 실린더(10)로 유입된 충격파(W)는 이러한 피스톤(30)의 댐퍼작용에 의해 완충되어 소산(dissipate)된다.

충격파(W)가 소산되면 피스톤(30)은 실린더(10)의 도면의 좌측, 즉 관로측으로 이동한 상태로 유지된다.

이 상태에서 밸브가 개방되면 액체는 관로측 배관(P1)으로부터 연결관(20)을 통해 밸브측 배관(P2)으로 흘러가게 된다. 이때 연통구멍(21) 주위의 동압(動壓)의 증가에 따라 실린더(10)내의 정압(靜壓)이 감소하게 된다. 이에따라 실린더(10) 내에는 제3도(d)에 도시한 바와같이 피스톤(30)을 밸브측으로 이동시키는 부압(負壓)이 발생되어 피스톤(30)이 제3도(a)의 상태로 복귀하여 다음 작동을 대기하게 된다.

이상과 같이 본 발명에 의하면 수격현상에 의한 충격파의 흡수가 탄성 다이어프램이나 압축공기를 사용하지 않고 피스톤의 댐핑작용에 의해 이루어지므로 더욱 효율적인 완충이 가능해지며 재질에 의존하여 성능이 저하되거나 누설등의 문제가 없으므로 장기간 신뢰성 높은 작동이 보장된다.

뿐만 아니라 본 발명 수격 방지기는 배관과 동축(同軸)으로 구성될수 있어서, 그 설치공간에 제약이 없어 컴팩트한 시스템의 구현도 가능하게 된다.

Claims (6)

1. 배관에 접속되어 상기 배관내의 급격한 압력변화를 완충시키는 수격방지기에 있어서, 상기 배관(P1, P2)에 양단이 연결되는 연결관(20)과, 상기 연결관(20)과 연통구멍(21)으로 접속되며 상기 연결관(20)을 둘러싸는 실린더(10)와, 상기 연결관(20)과 실린더(10) 사이의 공간을 슬라이드 이동가능한 림형의 피스톤(30)을 구비하는 것을 특징으로 하는 수격 방지기.
2. 제1항에 있어서, 상기 실린더(10)가, 원통형의 셀(11)와, 상기 셀(11)의 양단을 폐위하며 상기 배관(P1, P2)과 접속되는 외측의 네크(13)와, 상기 연결관(20)을 지지하는 내측의 안착홈(14)을 각각 가지는 두 엔드캡(12)을 구비하는 것을 특징으로 하는 수격 방지기.
3. 제1항에 있어서, 상기 피스톤(30)이, 상기 연결관(20)의 외주에 접촉하는 내벽(31)과, 상기 실린더(10)의 내주에 접촉하는 외벽(32)을 구비하는 것을 특징으로 하는 수격 방지기.
4. 제3항에 있어서, 상기 내벽(31)의 내주 또는 외벽(32)의 외주에 하나 또는 복수의 O링(33)이 구비되는 것을 특징으로하는 수격방지기.
5. 제1항 또는 제3항중의 어느 한항에 있어서, 상기 연통구멍(21)이, 상기 연결관(20)의 밸브측 단부에 형성되어 상기 피스톤(30)의 내벽(31)과 외벽(32) 사이의 공간에 압력을 전달하는 것을 특징으로 하는 수격 방지기.
6. 제5항에 있어서, 상기 외벽(32)의 높이보다 상기 내벽(31)의 높이가 소정길이만큼 짧은 것을 특징으로 하는 수격 방지기.