KR100552118B1 - 수격방지기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배관에 연결되어 배관에서 발생하는 수격 현상을 완충시키는 수격방지기에 있어서, 일측에 밀폐된 헤드(head)를 가지며 내부에 소정의 압축기체가 충전되는 보디(body)와, 보디내에 수납되어 압력기체에 의해 헤드 반대측으로 탄성바이어스되는 피스톤(pistion)과, 보디의 헤드 반대측에 보디보다 축경(縮經)된 상태로 형성되는 네크(neck)와, 네크와 보디간을 연결하여 피스톤의 이탈을 방지하는 쇼울더(shoulder)와, 네크의 개방측 단부에 형성되는 움푹 패여 구성된 비이딩(beading)과, 네크와 결합하여 상기 배관에 연결되는 어뎁터로 형성되는 것을 특징으로 하는 수격방지기에 관한 것으로서, 수격방지기의 어뎁터 연결 장치의 연결시에 브레이징, 땜납 또는 용접으로 인한 그 오염 물질이 배관 관로 내로 유입되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

수격방지기, 기밀성, 열변형, 어뎁터

Description

수격방지기{Water Hammer Arrester}

도 1 내지 도 5는 종래의 수격방지기의 구성을 보이는 단면도,

도 6은 본 발명 수격방지기의 구성을 보이는 단면도.

도 7은 본 발명 수격방지기의 구성을 보이는 단면사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

101 : 보디 102 : 헤드

105 : 피스톤 111 : 쇼울더

113 : 네크 115 : 비이딩

117 : 어뎁터

본 발명은 배관 관로 내의 수격 현상을 완충시키는 수격방지기에 관한 것으로서, 특히 수격방지기의 네크와 결합되는 접속구에 O-링을 설치하여 기밀성등을 높인 수격방지기에 관한 것이다.

유체의 흐름중에 유로저항이 변화하면 유체의 압력이 변화된다. 압축성 유체인 기체의 경우 유로저항의 변화는 단순한 압력의 변화로 그치게 되지만, 비압축성 유체인 액체의 경우에는 수두(水頭) 자체가 변화하게 된다. 예를 들어 넓은 유로로부터 좁은 유로로 진입되는 액체의 흐름은 그 수두, 즉 액위가 상승되는 바, 이를 일반적으로 "수력도약(hydrlilic jump)"으로 호칭된다.

수격 현상은 관속에 가득찬 상태로 흐르는 수류를 밸브로 급격히 차단하는 경우, 수압의 급격한 상승으로 인하여 수력 도약이 발생하고, 이로 인해 수격파가 관내를 왕복하면서 소음과 진동이 발생한다. 이와 같이 발생된 소음과 진동은 배관을 거쳐 주위 구조물로 전달되어 배관 관로 구조 및 시스템에 악영향을 미친다.

배관 등과 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 흡수할 수 없으므로 큰 충격파가 형성됨으로써 높은 소음과 진동이 발생되는 것이다. 이러한 액체 배관 내에서의 충격파의 발생현상을 특히 수격(water hammer)현상으로 호칭한다.

이러한 수격현상의 문제는 나사로 서서히 개방되는 회전식 밸브에서는 다소 덜하지만 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 액체 내에 기포를 발생시키고 캐비테이션(cavitation)등을 유발하게 된다.

이와 같은 현상들이 발생하는 것을 방지하기 위해 일반적으로 도 1에 도시된 바와 같은 수격방지기가 사용되고 있다.

종래 기술에 따른 도 1에서 배관(P)에 접속된 수격방지기(W')의 몸체(B)는 상,하부 몸체 (B1,B2) 사이에 지지된 고무 등 탄성재질의 다이어프램(D)를 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 압력실 (pressure chamber)을 형성하게 된다.

이와 같은 수격방지기(W')는 배관(P)내의 충격파를 다이어프램(D)이 점선상태로 압축되며 흡수하여 수격현상의 발생을 방지하게 된다. 즉, 상부몸체(B1)와 다이어프램(D)간에 형성된 압력실의 압축기체가 배관(P)내의 압력 변화를 완충시켜 소음과 진동을 발생을 방지하고 배관(P)이나 밸브(V) 또는 도시되지 않은 펌프의 손상을 방지하는 것이다.

그러나 이와 같은 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. 뿐만아니라 에어백의 형성과 충격파의 흡수가 모두 다이어프램(D)만에 의존하게 되며, 다이어프램의 외단이 항시 고인장 상태로 상하부 몸체(B1,B2) 사이에 지지되고 있으므로 상,하부 몸체(B1,B2)간의 결합이 매우 어렵고 다이어프램(D)이 피로등에 의해 쉽게 노화및 열화되어 파손됨으로써 제 기능을 달성할 수 없게 되는 등 사용수명도 길지 못한 문제가 있었다.

한편 종래의 수격방지기(W')에 있어서 배관(P)내에서 발생된 이물이 몸체(B)내에 그대로 유입되어 그 내부에 침전됨으로써 수격방지기(W')의 작동을 방해하여 그 사용수명을 더욱 단축시키는 문제도 있었다.

종래 기술에 따른 도 2에서 배관(P)의 일측에 접속된 수격방지기(W)의 몸체(B)내에는 구(球) 또는 부레(bladder) 형태의 폐곡면으로 된 에어백(A)이 구비되어 그 상측의 니플(N)에 지지되는 동시에 이를 통해 소정 압력의 기체가 충전된다.

이러한 구성의 수격방지기(W)는 도 1의 수격방지기와 비교할 때 압력전달면적이 훨씬 크고 에어백(A) 재질자체의 탄성력 뿐 아니라 자체적인 형상이 변화하며 배관 (P)으로부터의 충격파를 흡수하므로 신속하고 효율적인 수격방지 효과를 나타낸다.

그런데 이러한 구성의 수격방지기(W)는 에어백(A)이 니플(N)만으로 지지되므로 니플(N)과의 결합부의 밀봉이 중요하지만 이 결합부가 열화(劣化)되기 쉬워 장기간 사용시 압축기체가 누설될 우려가 있다.

또한 도 1및 도 2의 수격방지기(W,W')는 그 다이어프램(D) 또는 에어백(A)에 압축기체에 의해 일정한 배압(背壓)이 걸리도록 되어 있다. 그런데 이 압축기체가 제공하는 충격흡수력은 보일샤를의 법칙(Boyle-Charles' law)에 의해 압축기체의 전체용적, 즉 압력실의 용적에 반비례하게 된다. 이에 따라 압력실의 용적이 클 경우에는 충격흡수력이 높지만 그 용적이 작은 경우에는 충격흡수력이 작아지게 된다. 그러므로 배관(P)내의 흐름이 맥동(脈動)이나 빈번한 관로의 개폐등으로 압력변화가 심한 경우에는 충격흡수효과가 일정하지 못하고, 고층에 물탱크가 있는 건물의 저층배관등 배관(P)내의 유체의 수두가 높은 경우에는 다이어프램(D) 또는 에 어백(A)이 과도하게 눌려 압력실의 수축된 상태가 되므로 적절한 수격방지기능을 발휘할 수 없게 된다.

뿐만 아니라 종래의 수격방지기(W,W')에 있어서는 유체와 압축기체간의 경계면, 즉 압력실의 경계면의 표면적이 충격흡수에 따라 확대 및 축소된다. 즉 다이어프램(D) 또는 에어백(A) 자체가 팽창 및 수축을 반복하게 되므로 그 자체의 재질이 탄성과 내구성, 그리고 인성이 매우 크고 안정된 고가의 재질로 구성되지 않으면 안되고, 그럼에도 불구하고 재질의 열화등을 감안하여 주기적인 점검과 교체가 요구된다.

또한 종래의 수격방지기(W,W')는 충격파를 주고 흡수하고 유체를 배관(P)으로 되돌리는 기능이 부족하여, 큰 충격파가 발생되는 경우 비압축성유체의 배관(P)내에서의 연속성이 깨어져 국부적인 비등이나 변형력등을 유발함으로써 배관(P)에 무리한 응력이나 부식등을 야기하는 문제도 있었다.

종래 기술에 따른 도 3에서 수격방지기(11) 내부는 니플(17)에 의해 압력 기체가 충전되는 압력실(C)을 구성하고, 이 압력실(C)은 오피리스(orifice;15)를 가지는 제한판(14)에 의해 제1공간(C1)과 제2공간(C2)으로 구획되고, 제1공간(C1)에는 배관(P)으로부터 유체가 연통되는 에어백(13)이 구비된다.

이와 같은 수격방지기(11)는 배관(P)내에 수력도약 현상의 발생시 벨로우즈 형태의 에어백(13)내로 유체가 주입되어 에어백(13)을 팽창시키며, 이에 따라 제1공간(C1)내의 압력유체가 제한판(14)의 좁은 오리피스(15)를 통해 제2공간(C2)으로 이동하여 배관(P)내의 수력도약에 의한 충격을 완충시키게 된다.

이와 같은 도 3의 수격방지기는 그 효과는 매우 우수하지만 그 구조가 다소 복잡하여 제조원가 상의 문제가 있다.

종래 기술에 따른 도 4에서 수격방지기(21)는 원통형의 본체(22)내에 스프링(25)에 의해 탄성바이어스(bias)되는 피스톤(24)을 수납하여 캡(27)에 의해 밀폐하고 있다. 피스톤(24)의 외주에는 O링(26)이 설치되어 배관내의 유체가 스프링(25)측으로 진입하지 못하고 압력이 전달되도록 밀봉된다.

이와 같은 도 4의 구성의 수격방지기(21)는 비교적 그 구성이 단순하고 제조도 용이하나 다음과 같은 몇가지 문제를 가지고 있다.

첫째로는 스프링(25)의 특성에 의한 문제인 바, 수격현상의 완충을 위해 필요한 것은 감쇠요소임에도 스프링(25)은 탄성요소이므로 효율적인 감쇠가 이루어지지 못하고 반작용이 커지게 된다. 이러한 문제의 해결을 위해서는 내부적 마찰에 의한 에너지 소산(消散)이 큰 대형 스프링을 사용해야 하므로, 결국 수격방지기(11)의 길이 및 크기가 커져 설치공간상의 문제를 초래하게 된다. 또한, 수격현상은 밸브의 개폐시마다 발생되므로 스프링(25)에 피로현상이 발생되며, 또한 탄성이 큰 스프링 강(鋼)은 내식성이 약하므로 배관등 다습환경에 사용되는 경우에는 내구성을 보장할 수 없게 된다.

종래 기술에 따른 도 5에서 수격방지기의 보디(1)의 일측에 반구형의 헤드(2)를 성형하는 방법이 도시되어 있다.

도 5에서 수격방지기는 대략 원통형으로 형성되고 그 내부에 압축기체가 충전되어 압력실(C)을 형성하는 보디(1)와, 그 일단을 밀폐하는 바람직하기로 반구( 半球)형의 헤드(2), 그리고 보디(1)보다 축경되어 배관(P; 도 5에는 도시안됨)에 연결되는 네크(3)를 구비하며, 보디(1)의 단부와 네크(3)간에는 경사상태로 점차 축경되는 쇼율더(4)가 형성된다.

보디(1)의 압력실(C) 내부에는 바람직하기로 U형 단면을 가지는 피스톤(5)이 수납되는데, 피스톤(5)의 압력실(C)내의 압축기체의 압력에 의해 헤드(2) 반대측으로 탄성바이어스되고 쇼울더(4)에 걸려 보디(1)로부터 이탈을 방지한다.

한편 피스톤(5)의 외주에는 바람직하기로 복수의 제한턱(5a)이 형성되어 하나 또는 복수의 O링(6)이 설치됨으로써 압력실(C)로부터 압축기체의 누설을 방지하게 된다.

한편 네크(3)측에는 배관(P)의 관로에 연결을 위해 나사관(7)등의 적절한 접속구가 브레이징(brazing) 또는 땜납(soldering) 등의 방법으로 결합된다.

이와 같은 도 5의 구성의 수격방지기는 부식이나 파손될 우려가 적은 매우 간단한 구조로 우수한 내구성을 가지는 수격방지기를 제공할 수 있는 효과가 있으나 다음과 같은 몇가지 문제를 가지고 있다.

첫 번째로 이러한 수격방지기는 일반적으로 수격방지기의 단부에 땜납 브레이징 또는 용접에 의해 수격방지기의 네크, 즉 단부에 황동 재질의 나사식 연결부재(7)가 부착되어 관로와 나사 결합한다. 그러나, 네크(3)와 나사식 연결 부재(7)등의 적절한 접속구의 결합에 있어서 브레이징, 땜납 또는 용접 등의 방법으로 결합되어 있기 때문에 납 등의 유독 물질등이 배관 관로 내로 유입되는 문제가 있다.

두 번째로는 네크(3)와 나사부재(7)를 결합하는 경우, 기본적으로 땜납, 브레이징 또는 용접에 따른 고열의 온도를 가해야 하므로 제조 공정이 길어지고, 수격방지기(1) 및 나사부재(7)에 열로 인한 변형이 발생하는 문제점이 있었다.

세 번째로 네크(3)와 나사부재(7)을 결합하는 브레이징, 땜납 또는 용접 공정에서 브레이징, 땜납 또는 용접의 불량, 예컨대 기포등의 발생으로 인하여 기밀성이 떨어지는 경우에는 배관에 유출이 발생하는 등 수격 방지기(1)의 내구성을 보장할 수 없게 되는 문제점이 있다.

이에 따라 본 발명의 목적은 네크(3)와 나사부재(7)의 결합시에 열 공정을 없앰으로써 납 등의 유해 물질의 유출로 인한 배관 관로 내의 오염을 방지하고 기밀성을 높일 수 있는 수격방지기를 제공하는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 수격방지기는 일측에 밀폐된 헤드(head)를 가지며 내부에 압축기체가 충전되는 보디(body)와, 이 보디내에 수납되어 압력기체에 의해 헤드 반대측으로 탄성바이어스되는 피스톤(pistion)과, 보디의 헤드 반대측에 보디보다 축경(縮經)된 상태로 형성되어 배관에 연결되는 네크(neck)와, 이 네크와 보디간을 연결하여 피스톤의 이탈을 방지하는 쇼울더(shoulder)와, 상기 네크의 개방측 단부에 형성되는 움푹 패여 구성된 비이딩(beading)과, 상기 네크와 결합하는 어뎁터와, 상기 어뎁터의 외주면에 형성되어 상기 비이딩과 밀폐 결합하는 오링으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명의 수격방지기의 구체적 특징 및 이점과 이를 제조하는 방 법및 장치의 상세는 첨부된 도면을 참조하여 이하의 바람직한 실시예의 설명으로 더욱 명확해질 것이다.

(실시예)

도 6 및 도 7을 참조하여 본 발명의 구성에 대하여 상세하게 설명한다. 본 발명에 의한 수격방지기(100)는 대략 원통형으로 형성되고 그 내부에 압축기체(103)가 충전되어 압력실(C)을 형성하는 보디(101)와, 보디(101)와 일체형으로 그 일단을 밀폐하는 바람직하게는 반구(半球)형의 헤드(102)와, 상기 보디(101)내에 수납되어 압력기체(103)에 의해 헤드 반대측으로 탄성바이어스되는 피스톤(105)과, 보디(101)보다 축경되어 배관(도시되지 않음)에 연결되는 네크(113)와, 상기 네크(113)와 보디(101)간을 일체형으로 연결하여 피스톤(105)의 이탈을 방지하는 쇼울더(111)와, 상기 네크(113)의 개방측 단부에 형성되는 움푹 패여 구성된 비이딩(115)과, 상기 네크(113)와 결합하는 어뎁터(117)와, 상기 어뎁터(117)의 암피팅 부분에 형성된 홈(119)과, 상기 홈(119)의 외주에 형성되어 상기 비이딩(115)과 밀폐 결합하여 기밀을 유지하는 오링(119)으로 구성된다.

상기 어뎁터(117)의 암피팅 부분에 홈(119)을 형성키고 상기 형성된 암피팅의 홈(119)의 외주에 오링(121)을 형성한다. 상기 어뎁터(117)와 네크(113)의 개방 단부는 제조과정에서 나사관 등과 같은 어뎁터(117)의 암피팅 부분을 네크(113)의 개방 단부에 강한 힘으로 삽입하는 방식으로 강제 결합한다. 이 때 네크(113)에 움푹 패여 내측으로 들어가 있는 형태로 형성되어 있는 비이딩(115)과 어뎁터(117)의 외주면에 부착된 오링(121)은 강하게 밀착 결합하여 물과 같은 유체가 보디(101)의 외부로 새는 것을 방지하도록 기밀유지된다. 또한, 유압 또는 수격등의 충격으로 인하여 수격방지기(100)가 배관 관로로부터 이탈하는 것을 방지하게 된다.

보디(101)의 단부와 네크(113)간에는 경사상태로 점차 축경되는 쇼울더(111)가 보디(101)와 일체형으로 형성된다. 보디(101)의 압력실(C) 내부에는 바람직하게는 U형 단면을 가지는 피스톤(105)이 수납되는데, 피스톤(105)은 압력실(C)내의 압축기체(103)의 압력에 의해 헤드(102) 반대측으로 탄성바이어스(bias)되고 쇼울더(111)에 걸려 보디(101)로부터 이탈이 방지된다.

한편 피스톤(105)의 외주에는 복수의 제한턱(109)이 형성되는 것이 바람직하다. 한편, 제한턱(109)들 사이에 형성되어 있으며, 피스톤의 외주에 형성된 복수개의 오링(107)은 압력실(C)로부터 압축기체(103)의 누설을 방지하게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명은 수격방지기의 어뎁터 연결시에 브레이징, 땜납 또는 용접으로 인한 그 오염 물질이 배관 관로 내로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 브레이징, 땜납 또는 용접과 같은 열공정으로 인하여 수격방지기에 발생할 수 있는 열변형을 방지할 수 있으며, 제조공정을 단축시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 상술한 바와 같은 열공정에서 발생할 수 있는 기밀성의 열화를 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 배관에 연결되어 상기 배관에서 발생하는 수격 현상을 완충시키는 수격방지기에 있어서,

   일측에 밀폐된 헤드(102)를 가지며 내부에 소정의 압축기체가 충전되는 보디(101)와,

   상기 보디(101)내에 수납되어 상기 압력기체(103)에 의해 상기 헤드(102)의 반대측으로 탄성바이어스되는 피스톤(105)과,

   상기 보디(101)의 상기 헤드(102) 반대측에 보디보다 축경(縮經)된 상태로 형성되는 네크(113)와,

   상기 네크와 보디간을 연결하여 상기 피스톤(105)의 이탈을 방지하는 쇼울더(111)와,

   상기 네크(113)의 개방측 단부에 형성되는 내측으로 움푹 패여 형성되는 비이딩(115)과,

   네크(113)와 결합하는 암피팅 부분에 형성된 홈(119)에 개입되어 구성되며, 상기 비이딩(115)과 밀착 결합되어 있는 오링(121)에 의해 고정 및 기밀 유지되는 어뎁터(117)가 형성되는 것을 특징으로 하는 수격방지기.
2. 삭제

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