KR100872137B1

KR100872137B1 - 신축성 오리피스 튜브를 구비한 우물용 지하수 양수장치

Info

Publication number: KR100872137B1
Application number: KR1020070096826A
Authority: KR
Inventors: 안태상
Original assignee: 하지공업(주)
Priority date: 2007-09-21
Filing date: 2007-09-21
Publication date: 2008-12-18

Abstract

본 발명은 신축성 오리피스 튜브를 구비한 우물용 지하수 양수장치에 관한 것으로, 유량 변동에 따라 실시간으로 반응하여 신축되면서 가변유로를 형성하는 오리피스 튜브에 의해 갑작스런 압력 변동 및 저양정 운전에 따른 펌프의 손상을 효과적으로 방지할 수 있는 것이다.

이를 위한 본 발명은, 지하에 굴착된 우물 속에 설치되어 우물 속 지하수를 흡입한 후 토출하는 수중모터펌프과, 수중모터펌프로부터 지상으로 연결되어 토출되는 지하수를 지상으로 안내하는 양수관과, 양수관의 토출측에 설치되며 양수관을 거쳐 토출되는 지하수를 내부 챔버에 유입하고 이를 유출하는 유입구 및 유출구를 갖는 밸브 케이싱과, 챔버에 수용되고 유입구를 통해 유입되는 지하수를 통과시키는 오리피스 공을 중앙부에 구비하여 오리피스 공을 통과하는 지하수의 유속이 빠를수록 축소되면서 오리피스 공의 단면적을 줄이는 신축성 탄성소재의 오리피스 튜브를 구비하여 지하수의 유량을 조절하는 과유량 방지밸브를 포함하여 구성된다.

지하수, 펌프, 우물

Description

신축성 오리피스 튜브를 구비한 우물용 지하수 양수장치{WELL UNDERGROUND WATER PUMPING APPARATUS WITH AN ELASTIC ORIFICE TUBE}

본 발명은 우물용 지하수 양수장치에 관한 것으로, 특히 유량 변동에 따라 실시간으로 반응하여 신축되면서 가변유로를 형성하는 오리피스 튜브에 의해 갑작스런 압력 변동 및 저양정 운전에 따른 펌프의 손상을 효과적으로 방지하는데 적당한 신축성 오리피스 튜브를 구비한 우물용 지하수 양수장치에 관한 것이다.

일반적으로, 우물용 지하수 양수장치는 지하에 굴착된 우물로부터 지하수를 지상으로 양수하기 위한 것으로서, 식수, 소화용수, 분수, 공업용수 등을 제공하는 다양한 용도로 활용되고 있다.

종래 기술에 의한 우물용 지하수 양수장치는 굴착된 우물 속 지하수에 잠겨 설치된 수중모터펌프와 다단으로 연결된 양수관에 의해 우물 속 지하수를 양수할 수 있었다.

이같은 종래의 우물용 지하수 양수장치는 불규칙적으로 발생하는 급격한 압력 변동으로부터 펌프의 손상을 방지하기 위해 압력계를 설치하여 지하수 토출에 따른 압력을 수시로 체크하였다. 이로써 펌프의 손상을 줄 수 있는 이상 압력의 발생시 조치하여 펌프의 출력을 조절하였다.

그러나 이러한 방식은 최초의 짧은 시간동안 이상 압력이 수중모터펌프에 작용하고 난 시점에 대응하는 것이기 때문에 수중모터펌프가 손상을 입곤하는 문제점이 있었다.

따라서, 토출되는 지하수의 불규칙적이고 급격한 압력 변동으로 인해 수중모터펌프가 손상을 입지 않도록 신속하게 대처할 수 있는 개선된 형태의 우물용 지하수 양수장치의 개발이 절실하였다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 급격한 압력 변동에 신속히 반응하여 이로 인한 수중모터펌프의 손상을 방지할 수 있도록 신축성 오리피스 튜브를 구비한 우물용 지하수 양수장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 신축성 오리피스 튜브를 구비한 우물용 지하수 양수장치는, 지하에 굴착된 우물 속에 설치되어 우물 속 지하수를 흡입한 후 토출하는 수중모터펌프와; 상기 수중모터펌프의 토출측에 설치되고, 상기 수중모터펌프에서 토출되는 지하수를 내부 챔버에 유입하고 이를 유출하는 유입구 및 유출구를 갖는 밸브 케이싱과, 상기 챔버에 수용되고 상기 유입구를 통해 유입되는 지하수를 통과시키는 오리피스 공을 중앙부에 구비하여 상기 오리피스 공을 통과하는 지하수의 유속이 빠를수록 축소되면서 오리피스 공의 단면적을 줄이는 신축성 탄성소재의 오리피스 튜브를 구비하여 지하수의 유량을 조절하는 과유량 방지밸브와; 상기 과유량 방지밸브로부터 지상으로 연결되어 토출되는 지하수를 지상으로 안내하는 양수관을 포함하여 구성되는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 양수장치는, 지하에 굴착된 우물 속에 설치되어 우물 속 지하수를 흡입한 후 토출하는 수중모터펌프와; 상기 수중모터펌프로부터 지상으로 연결되어 토출되는 지하수를 지상으로 안내하는 양수관과; 상기 양수관의 토출측에 설치되고, 상기 양수관을 거쳐 토출되는 지하수를 내부 챔버에 유입하고 이를 유출하는 유입구 및 유출구를 갖는 밸브 케이싱과, 상기 챔버에 수용되고 상기 유입구를 통해 유입되는 지하수를 통과시키는 오리피스 공을 중앙부에 구비하여 상기 오리피스 공을 통과하는 지하수의 유속이 빠를수록 축소되면서 오리피스 공의 단면적을 줄이는 신축성 탄성소재의 오리피스 튜브를 구비하여 지하수의 유량을 조절하는 과유량 방지밸브를 포함하여 구성되는 것을 기술적 구성상의 특징으로 할 수도 있다.

여기서, 상기 오리피스 튜브의 내주면은 접촉되어 흐르는 지하수의 속도를 높이기 위해 지하수의 흐름방향을 따라 곡면 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 밸브 케이싱의 유출구는 유입구에 비해 작은 직경을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 밸브 케이싱은 배관의 플랜지에 결합되는 납작한 디스크 형태의 배관 결합부와, 상기 배관 결합부의 일측면에 보다 작은 직경으로 형성되어 배관 내부에 삽입되는 디스크 형태의 배관 삽입부로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 밸브 케이싱은 상기 챔버, 유입구 및 유출구를 복수개 구비하고, 각각의 챔버에 상기 오리피스 튜브가 수용된 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 수중모터펌프는, 우물 속에 설치된 수중모터와; 상기 수중모터의 회전축에 의해 회전하면서 지하수를 압송하는 임펠러와; 상기 임펠러를 내부에 수 용하여 임펠러에 의해 압송되는 지하수를 흡입하고 토출하는 임펠러 케이싱과; 상기 임펠러 케이싱의 흡입측 주변을 감싸서 흡입되는 지하수로부터 불순물을 걸러내는 망형 스트레이너를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 의한 신축성 오리피스 튜브를 구비한 우물용 지하수 양수장치는, 유체의 유속에 따라 신축되면서 가변유로를 형성하는 오리피스 튜브에 의해 급격한 유량변화에 신속한 대처가 가능하게 되면서 유량변화로 인한 수중모터펌프의 손상을 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명은 지하수의 토출측에서 유효통과면적을 줄이고 저항을 형성하는 과유량 방지밸브에 의해 저양정 운전을 방지하여 이로 인한 손상을 막을 수 있다.

또한, 본 발명은 오리피스 튜브의 내주면을 곡면 형성시켜 동일한 지하수의 유량에 대하여 더욱 민감하게 반응할 수 있다.

또한, 본 발명은 밸브 케이싱의 유출구가 유입구에 비해 작은 직경으로 형성시켜 오리피스 튜브의 내주면과 외주면에 접촉되는 지하수의 유속차를 더욱 증대시켰다. 이로써 동일 유량에 대해 오리피스 튜브가 더욱 민감하게 반응한다.

또한, 본 발명은 과유량 방지밸브의 밸브 케이싱이 배관 결합부와 배관 삽입부로 형성되어 용이하게 배관에 설치할 수 있다.

또한, 본 발명은 과유량 방지밸브의 케이싱 하나에 다수의 오리피스 튜브를 구비하는 구성에 의해 보다 많은 유량의 지하수에 대해서 원활한 대처가 가능하며, 동일 유량에 대해서는 저양전 운전을 방지하는데 보다 효과적이다.

또한, 본 발명은 과유량 방지밸브를 양수관의 지상영역에 배치함으로써 과유량 방지밸브의 설치함으로써 과유량 밸브의 초기 설치 및 중간 점검과 교체가 용이한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 과유량 방지밸브를 수중모터펌프와 하나로 모듈화한 구성에 의해 시공이 용이해진다.

이하, 상기와 같은 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

[실시예]

도 1은 본 발명에 의한 우물용 지하수 양수장치의 사시도이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 의한 우물용 지하수 양수장치는, 수중모터펌프(100)의 토출측에 설치되어 물의 토출량을 실시간으로 조절하면서 과도한 유량을 억제하는 과유량 방지밸브(140)를 필수적으로 포함한다. 이로써 본 발명에 의한 지하수 펌프(100)는 일정 이상의 유량을 허용하지 않는 최대 유량점을 갖게 되고 저양정 운전으로 인한 수중모터펌프(100)의 진동 및 과열, 이로 인한 손상을 막을 수 있게 된다.

이하, 상기 과유량 방지밸브(140)를 중심으로 본 발명에 의한 우물용 지하수 양수장치의 구성을 구체적으로 설명한다.

먼저, 수중모터펌프(100)는 지하에 굴착된 우물(H) 속에 설치되어 우물(H) 속 지하수(W)를 흡입한 후 이를 토출하는 역할을 한다. 이를 위해 상기 수중모터펌프는 수중모터(110), 임펠러(120), 임펠러 케이싱(130) 및 망형 스트레이너(150)를 구비한다.

상기 수중모터(110)는 임펠러(120)를 회전시키기 위한 것으로 시중에서 유통되고 있는 통상의 수중용 모터를 채택하여 사용하면 된다. 통상의 수중모터는 코일이 권선된 고정자코어와 회전자코어가 케이싱 내부에 내장되고, 내부의 부품들이 절연 및 방수기능을 갖도록 피복된 구조를 갖는다.

상기 임펠러(120)는 회전 중심이 상기 수중모터(110)의 회전축과 결합되어 고속으로 회전하면서 지하수(W)를 압송하게 된다. 도시된 바와 같이 압송해야 하는 지하수(W)의 양 및 토출 강도에 따라 다수개가 적층된 형태로 설치된다.

상기 임펠러 케이싱(130)은 임펠러(120)를 회전 가능하게 수용한다. 이로써, 상기 임펠러(120)에 의해 압송되는 지하수(W)를 흡입시켜 안내한 후 토출할 수 있게 된다.

상기 망형 스트레이너(150)는 상기 임펠러 케이싱(130)의 흡입측 주변을 감싸 상기 임펠러 케이싱(130)에 흡입되는 지하수(W)로부터 불순물을 걸러낸다.

상기 양수관(160)은 우물 깊이에 따라 다수개가 다단으로 설치되어 상기 과유량 방지밸브(140)로부터 지상으로 연결된다. 이로써 상기 수중모터펌프(100)로부터 토출되어 과유량 방지밸브(140)를 통과한 지하수를 지상으로까지 안내한다.

상기 양수관(160)의 지상영역에는 게이트밸브(170), 체크밸브(180), 엘보우(160-1), 압력계(193), 배기관(191) 등이 설치된다. 상기 게이트밸브(170)는 양 수관(160)의 토출측 개폐를 담당하면서 지하수(W)의 토출량을 조절한다. 또한 상기 체크밸브(180)는 토출되는 지하수(W)의 역류를 방지하여 수중모터펌프(100)가 지하수(W)의 역류로 인해 손상되는 것을 방지한다. 상기 압력계(193)는 토출되는 지하수(W)의 압력을 측정하여 필요한 경우 상기 수중모터펌프(100)의 모터 회전수를 조절하는 등의 조처를 취할 수 있는 근거를 제시한다. 또한, 상기 배기관(191)은 양수관(160) 내에 공기 또는 가스를 외부로 배출하여 지하수(W)의 원활한 흐름이 방해받지 않게 한다.

상기 과유량 방지밸브(140)는 전술된 것처럼 상기 임펠러 케이싱(130)의 토출측에 설치되어 지하수의 토출량을 실시간으로 조절하면서 과도한 유량의 발생을 억제하는 역할을 한다. 이를 위해 상기 과유량 방지밸브(140)는 지하수(W)의 유속에 따라 신축되는 신축성 오리피스 튜브(145)를 활용하는 독특한 구성을 갖는다. 아래에서는 상기 과유량 방지밸브(140)의 구성을 도면과 함께 상세히 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명에 의한 과유량 방지밸브의 부분 절개된 외관사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 오리피스 튜브의 형태를 보여주는 사시도이며, 도 4는 본 발명에 의한 과유량 방지밸브의 구성을 설명하기 위한 단면도이다.

도시된 바와 같이 상기 과유량 방지밸브(140)는, 주요 구성요소로서 배관결합용 밸브 케이싱(141)과 그 내부에 설치되는 신축성 오리피스 튜브(145)를 포함하는 간단한 구성으로 이루어진다. 하지만 상기 과유량 방지밸브(140)는 간단한 구성에도 불구하고 오리피스 튜브(145)가 유량의 변화에 따라 신축되면서 지하수(W)의 유효통과면적을 조절할 수 있도록 구성되어 유량의 변화에 능동적으로 대처하면서 과도한 유량을 억제할 수 있다.

이처럼 과유량 방지밸브(140)는 유량의 변화에 따라 유연하게 신축되는(특히 유량 증가에 따라 수축되는) 오리피스 튜브(145)에 의해 과도한 유량을 억제하는 독특한 구성을 가지며, 이로써 급격한 압력변화에 의한 지하수 펌프(100)의 손상을 효과적으로 억제한다. 이같은 과유량 방지밸브(140)는 아래와 같이 구체적으로 구성된다.

상기 밸브 케이싱(141)은 배관과 배관 사이의 플랜지에 용이하게 결합되며 관로 내를 흐르는 지하수(W)의 흐름을 허용하는 유입구(143A) 및 유출구(143B)를 갖는 챔버(142)가 형성된다. 상기 챔버(142)는 납작한 링 도넛 형태를 갖는 오리피스 튜브(145)를 수용하기 적합하도록 납작하게 형성되되, 상기 오리피스 튜브(145)를 수용한 상태로 지하수(W) 일부가 함께 수용되어 머물 수 있는 여유 공간을 갖는다. 또한, 상기 밸브 케이싱(141)의 유출구(143B)는 유입구(143A)에 비해 작은 직경을 갖도록 하여 상기 오리피스 튜브(145)가 유입측으로부터 유량의 증가로 인한 강한 압력을 받더라도 유출구(143B)의 둘레 주변에 보다 확실하게 걸쳐지도록 한다. 이는 가해지는 강한 수압에서 오리피스 튜브(145)가 이탈되는 되는 것을 방지하는 한편, 상기 챔버(142) 내에서 오리피스 튜브(145)의 외측으로 유입된 지하수(W)의 흐름을 막아 정지 상태로 머물게 하기 위함이다.

또한, 상기 밸브 케이싱(141)의 형태를 살펴보면 배관의 플랜지와 결합되는 납작한 디스크 형태의 배관 결합부(141A)와, 상기 배관 결합부(141A)의 일측에 보 다 작은 직경으로 형성되어 배관 내부에 삽입되는 디스크 형태의 배관 삽입부(141B)로 이루어진다. 이처럼 상기 밸브 케이싱(141)이 배관 결합부(141A)와 배관 삽입부(141B)의 조합된 형태로 구성되면 과유량 방지밸브(140)를 설치하는데 요구되는 공간은 상기 밸브 케이싱(141)의 배관 결합부(141A) 정도에 해당하는 약간의 이격 공간만으로도 충분하고, 상기 배관 결합부(141A)를 결합시키기 전에 상기 배관 삽입부(141B)를 배관에 먼저 삽입하기 때문에 설치작업이 정확하면서도 수월해진다.

상기 오리피스 튜브(145)는 전술된 바와 같이 유량 증가에 따라 축소되면서 유효통과면적을 감소시켜 과도한 유량을 억제하는 역할을 한다. 이를 위해 다음과 같이 구성된다.

먼저, 상기 오리피스 튜브(145)는 중앙부에 지하수를 통과시키는 오리피스 공(146)이 형성된 링 도넛 형태의 부재로서 상기 챔버(142) 내부에 위치한다. 이때 상기 밸브 케이싱(141)의 유입구(143A) 및 유출구(143B)와 오리피스 공(146)은 지하수(W)의 흐름방향과 일치하게 직렬로 나란히 위치한다. 상기 오리피스 튜브(145)는 상기 밸브 케이싱(141)의 유입구(143A) 및 유출구(143B) 둘레 주변에 걸쳐져 이탈되지 않는 정도의 크기로 구비되며 상기 오리피스 공(146)은 상기 오리피스 튜브(145)가 축소되지 않은 상태에서 상기 유출구(143B)와 같거나 유사한 정도의 크기로 형성되면 적당하다. 여기서 상기 오리피스 공(146)을 형성하고 있는 오리피스 튜브(145)의 내주면(147A)은 지하수의 흐름방향을 따라 곡면 처리된 것을 볼 수 있다. 이는 상기 오리피스 공(146)을 통과하는 지하수(W) 중 내주면(147A)과 접촉하 는 것의 흐름속도를 더욱 증대시킴으로써 압력을 감소시키기 위함이다.

또한, 상기 오리피스 튜브(145)의 소재는 신축 가능한 합성고무로 구비된다(단, 내측과 외측의 압력차에 의해 수축 가능한 정도의 신축성을 갖고 동일한 기능을 수행할 수 있는 탄성소재라면 오리피스 튜브(145)의 소재로서 어떤 것도 채택할 수 있음을 물론이다). 이로써 상기 오리피스 튜브(145)는 내측과 외측에서 압력차가 발생할 때 능동적으로 변화하여 신축 가능하게 된다. 본 발명의 경우 오리피스 튜브(145)의 내주면(147A)과 접한 내측에서는 오리피스 공(146)을 통해 지하수(W)가 자유롭게 흐르는 반면 오리피스 튜브(145)의 외주면(147B)과 접한 외측에서는 지하수(W)가 챔버(142)의 유출구(143B) 둘레 주변부에 막히면서 정지된 상태가 되면서 유속차에 기인한 압력차가 발생한다.

예컨데, 배관의 단면 A와 오리피스 공(146)의 단면 A0의 직경이 4배 차이가 나고, 배관(210)의 유속 V가 1.5[m/s]라고 한다면 오리피스 공(146)을 통과하는 지하수(W)의 속도 V0은 (A/A0)×V의 식에 따라 (16)×1.5[m/s]=24[m/s]로 증가한다. 또한 베르누이(스위스의 물리학자 Daniel Bernoulli, 1700-1782)의 정의에 따라 오리피스 튜브(145))의 외측 압력(PB)과 내측 압력(PA) 차이는 PB-PA=밀도×V0²/2=1100[kg/m²]×24²[m/s]²/2=288,000[kg/ms²]≒2.9[bar]가 된다. 이같은 압력차에 의해 오리피스 튜브(145)가 축소되면서 오리피스 공(146)의 크기도 줄어들고, 이는 다시 V0의 증가, 내외측의 압력차 증가, 오리피스 튜브(145)의 축소에 따른 오리피스 공(146)의 크기 축소로 이어진다. 이처럼 상기 오리피스 공(146)이 작아 지면 오리피스 공(146) 내부를 흐르는 지하수(W)의 속도에 대한 마찰저항이 증가하여 일정 이상의 지하수(W)의 흐름은 허용하지 않게 된다.

이같이 유량 증가에 따라 축소되는 오리피스 튜브(145)의 작용 및 동작이 도 5와 도 6에 도시되었다. 도 5는 초기상태를 보여주는 것으로 배관에 흐르는 지하수(W)의 유량이 그리 크지 않기 때문에 오리피스 튜브(145)가 축소되지 않고 거의 원형의 모습을 유지하고 있다. 하지만 배관에 흐르는 지하수(W)의 유량이 증가하게 되면 오리피스 공(146)을 관통하는 지하수(W)의 유속이 F1에서 F2로 급격히 증가하여 오리피스 튜브(145)의 내측에 작용하는 압력(PA)이 감소한다. 그러면 외측에서 작용하는 압력(PB)과의 차(PB-PA)에 의해 결국 오리피스 튜브(145)는 더욱 축소된다. 이때 오리피스 공(146)의 단면적이 축소되면서 오리피스 공(146)을 관통하는 지하수(W)의 유속은 동일 유량에 대하여 더욱 빨라지게 된다. 이로 인해 오리피스 튜브(145)의 외측과 내측에서는 또 다시 압력차(PB-PA)가 발생하고 오리피스 튜브(145)는 축소된다. 그러면 상기 오리피스 공(146)이 더욱 작아져 지하수(W)의 유효통과면적이 작아진다. 그러면 도 7에 표시된 것처럼 오리피스 공(146) 내부를 통과하는 지하수(W)의 속도에 대한 마찰 저항으로 인한 압력손실이 급격하게 증가하여 일정 이상의 유량은 허용하지 않게 된다.

아래의 표는 본 발명의 과유량 방지밸브(140)를 전후하여 차압에 따른 유량변화를 실험하고 이를 수치화하여 정리한 것이다.

P1(kg/cm²)	P2(kg/cm²)	P1 - P2(kg/cm²)	유량(lpm)	비고
3.6	3.5	0.1	24
3.5	3.4	0.1	30
3.4	3.2	0.2	60
3.3	2.9	0.4	110
3.1	2.5	0.6	120
3.0	2.2	0.8	150
2.7	1.2	1.5	200	최대 유량점에 도달
4.2	1.2	3.0	200	*대형 펌프로 교체

*마지막 실험치는 펌프를 대형으로 교체한 경우임

실험에 따르면 배관을 흐르는 과유량 방지밸브(140)의 유입측 압력(P1)과 유출측 압력(P2)의 차(P1-P2)가 증가하게 됨에 따라 오리피스 공(146)을 통과하는 유체의 유량도 증가하지만 어느 시점에 이르게 되면 200[lpm]으로 더 이상 증가하지 않는 것을 볼 수 있다. 이때는 오리피스 공(146)이 충분히 축소된 상태이고 유입측과 유출측 압력차(P1-P2)가 증가할수록 유체 속도로 인한 마찰저항이 증가하고 오리피스 공(146)에 대한 통과 압력손실이 증가하여 일정 이상의 유량은 허용하지 않기 때문이다. 도 8은 이 같은 실험결과를 도표화하여 도시한 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 우물용 양수 장치의 동작 및 작용을 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

우물 속 지하수에 수중모터펌프(100)가 잠겨있는 상태에서 먼저 수중모터(110)에 전원이 인가되면 그 회전축에 결합된 임펠러(120)가 고속으로 회전하여 강한 흡입력으로 우물(H) 속 지하수(W)를 압송하게 된다. 이때 압송되는 지하수(W)는 임펠러 케이싱(130)의 하부로 흡입되어 상부로 토출된다.

이후, 상기 임펠러 케이싱(130)에서 토출되는 지하수(W)는 과유량 방지밸브(140)를 만나게 되면서 밸브 케이싱(141)의 유입구(143A)를 통해 챔버(142) 내로 유입된다. 이때 상기 챔버(142)에 유입된 지하수(W) 중 대부분은 오리피스 튜브(145)의 중앙부에 형성된 오리피스 공(146)을 통과하여 밸브 케이싱(141)의 유출구(143B)를 통해 유출되고, 나머지는 오리피스 튜브(145)의 외측에 갇히면서 챔버(142)에 그대로 머물게 된다.

만일 유입되는 지하수(W)의 유량이 많아서 상기 오리피스 공(146)을 통과할 때 유속이 빨라지면 오리피스 튜브(145)의 내측에서 가해지는 압력(PA)이 줄어들면서 오리피스 튜브(145)는 점차 수축된다. 이후 상기 오리피스 튜브(145)의 오리피스 공(146)의 단면적도 줄어들어 다시 유속의 증가를 가져오면서 오리피스 튜브(145)는 재차 수축된다.

이처럼 축소된 오리피스 튜브(145)의 오리피스 공(146)을 통해 지하수(W)가 관통하는 경우 마찰저항도 증가하여 압력손실이 급격히 증가하게 된다. 그 결과 더 이상 유량의 증가를 허용하지 않게 되어 최대 유량점에 도달하게 된다. 이로써, 과도한 유량 증가에 의한 수중모터펌프(100)의 손상을 자체적으로 방지할 수 있는 것이다.

뿐만 아니라, 상기 과유량 방지밸브(140)는 임펠러 케이싱(130)에서 토출되는 지하수(W)의 유효통과면적을 줄여주어 지하수(W) 흐름에 대한 적당한 저항을 형성해준다. 이로써 수중모터펌프(100)가 저양정에서 운전하는 현상도 방지하는 역할도 하는 것이다.

상기 과유량 방지밸브(140)는 토출되는 지하수(W)의 급격한 압력 변동으로 인한 수중모터펌프(100)의 손상을 방지하는 한편, 저양정 운전으로 인한 손상도 방 지한다.

이후, 과유량 방지밸브(140) 통과하면서 유량이 조절된 지하수(W)는 양수관(160)을 따라 상승하여 외부로 토출된다. 이때 양수관(160)의 지상영역 토출측에 설치된 게이트밸브(170)는 열려져 있는 상태에 있으며 상기 게이트밸브(170)를 일단 통과한 지하수(W)는 체크밸브(180)에 의해 역류하지 않게 된다.

한편, 엘보우(160-1)에 설치된 압력계(193)는 양수관(160)을 따라 토출되는 지하수의 토출 압력을 측정하고 있으며, 만일 상기 과유량 방지밸브(140)의 작용에도 불구하고 이상 압력을 나타낸다면 설치된 제어기(미도시 됨)에 의해 수중모터(110)의 회전수를 조절하여 수중모터펌프(100)의 출력을 조절한다. 하지만, 본 발명은 과유량 방지밸브(140)가 지하수(W)의 토출량을 일차적으로 조절하기 때문에 이같은 이상 압력의 발생은 거의 없다고 보는 것이 맞다.

한편, 본 발명에 따른 과유량 방지밸브(140)는 하나의 배관결합용 밸브 케이싱(141)에 복수의 챔버(142)와 오리피스 튜브(145)를 구비한 형태로 변형될 수 있다. 아래에서는 이를 설명한다(단, 변형전과 비교하여 대응되는 구성요소들에 대하여 변형전과 동일한 도면부호를 사용하여 표기하기로 한다).

이에, 도 9는 변형된 과유량 방지밸브의 부분 절개된 외관 사시도이고, 도 10은 변형된 과유량 방지밸브의 구성을 설명하기 위한 단면도이다.

도시된 바와 같이, 과유량 방지밸브(140)는 하나의 밸브 케이싱(141)에 유입구(143A)와 유출구(143B)를 갖는 복수의 챔버(142)가 구비되고 그 각각의 챔 버(142)에 오리피스 튜브(145)가 수용되는 것을 특징으로 한다.

이같이 복수의 오리피스 튜브(145)가 구비되는 변형된 형태에 따르면 보다 많은 양의 지하수를 토출하는 대용량의 지하수 펌프(100)에 채택되기에 적합하다. 또한, 동일한 용량의 지하수 펌프(100)에 채택되는 경우 동일 유량에 대하여 더 큰 마찰저항을 형성할 수 있기 때문에 수중모터펌프(100)의 저양정 운전을 방지하는 데 더욱 효과적으로 작용할 수 있다.

계속해서 변형된 형태의 지하수 양수장치에 대해 설명한다.

도 11은 변형실시예에 따른 본 발명의 지하수 양수장치를 설명하기 위한 전체 구성도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 지하수 양수장치는 과유량 방지밸브(140)가 수중모터펌프(100)와 떨어져서 양수관(160)의 지상영역에 위치한 토출측 가까이 배치된 것을 특징으로 한다. 이같은 구성에 따르면 상기 과유량 방지밸브(140)가 지상영역에 위치하기 때문에 최초 설치는 물론, 사용 중 관리 및 교체가 편리하다. 하지만 상기 과유량 방지밸브(140)의 동작 및 작용 부면에 있어서는 거의 변함이 없다. 다만, 상기 수중모터펌프(100)와 과유량 방지밸브(140)를 하나로 모듈화하여 설치할 수 없다는 단점도 있다. 반면에 변형전 구성에서는 상기 수중모터펌프(100)와 과유량 방지밸브(140)을 하나로 모듈화하여 설치할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

도 1은 본 발명에 의한 우물용 지하수 양수장치의 사시도.

도 2는 본 발명에 의한 과유량 방지밸브의 부분 절개된 외관사시도.

도 3은 본 발명에 따른 오리피스 튜브의 형태를 보여주는 사시도.

도 4는 본 발명에 의한 과유량 방지밸브의 구성을 설명하기 위한 단면도.

도 5 및 도 6은 유량 증가에 따라 축소되는 오리피스 튜브의 작용 및 동작을 설명하기 위한 참조도.

도 7은 오리피스 튜브를 통과하는 유체의 압력손실 그래프.

도 8은 과유량 방지밸브의 입출구 차압에 따른 유량변화 그래프.

도 9는 변형된 과유량 방지밸브의 부분 절개된 외관 사시도.

도 10은 변형된 과유량 방지밸브의 구성을 설명하기 위한 단면도.

도 11은 변형실시예에 따른 본 발명의 지하수 양수장치를 설명하기 위한 구성도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100 : 수중모터펌프 110 : 수중모터

120 : 임펠러 130 : 임펠러 케이싱

140 : 과유량 방지밸브 150 : 망형 스트레이너

160 : 양수관 170 : 게이트밸브

180 : 체크밸브 193 : 압력계

Claims

지하에 굴착된 우물 속에 설치되어 우물 속 지하수를 흡입한 후 토출하는 수중모터펌프와;

상기 수중모터펌프의 토출측에 설치되고, 상기 수중모터펌프에서 토출되는 지하수를 내부 챔버에 유입하고 이를 유출하는 유입구 및 유출구를 갖는 밸브 케이싱과, 상기 챔버에 수용되고 상기 유입구를 통해 유입되는 지하수를 통과시키는 오리피스 공을 중앙부에 구비하여 상기 오리피스 공을 통과하는 지하수의 유속이 빠를수록 축소되면서 오리피스 공의 단면적을 줄이는 신축성 탄성소재의 오리피스 튜브를 구비하여 지하수의 유량을 조절하는 과유량 방지밸브와;

상기 과유량 방지밸브로부터 지상으로 연결되어 토출되는 지하수를 지상으로 안내하는 양수관을 포함하여 구성되며,

상기 수중모터펌프는, 우물 속에 설치된 수중모터와, 상기 수중모터의 회전축에 의해 회전하면서 지하수를 압송하는 임펠러와, 상기 임펠러를 내부에 수용하여 임펠러에 의해 압송되는 지하수를 흡입하고 토출하는 임펠러 케이싱과, 상기 임펠러 케이싱의 흡입측 주변을 감싸서 흡입되는 지하수로부터 불순물을 걸러내는 망형 스트레이너를 포함하는 것을 특징으로 하는 신축성 오리피스 튜브를 구비한 우물용 지하수 양수장치.
지하에 굴착된 우물 속에 설치되어 우물 속 지하수를 흡입한 후 토출하는 수중모터펌프와;

상기 수중모터펌프로부터 지상으로 연결되어 토출되는 지하수를 지상으로 안내하는 양수관과;

상기 양수관의 토출측에 설치되고, 상기 양수관을 거쳐 토출되는 지하수를 내부 챔버에 유입하고 이를 유출하는 유입구 및 유출구를 갖는 밸브 케이싱과, 상기 챔버에 수용되고 상기 유입구를 통해 유입되는 지하수를 통과시키는 오리피스 공을 중앙부에 구비하여 상기 오리피스 공을 통과하는 지하수의 유속이 빠를수록 축소되면서 오리피스 공의 단면적을 줄이는 신축성 탄성소재의 오리피스 튜브를 구비하여 지하수의 유량을 조절하며,

상기 수중모터펌프는, 우물 속에 설치된 수중모터와, 상기 수중모터의 회전축에 의해 회전하면서 지하수를 압송하는 임펠러와, 상기 임펠러를 내부에 수용하여 임펠러에 의해 압송되는 지하수를 흡입하고 토출하는 임펠러 케이싱과, 상기 임펠러 케이싱의 흡입측 주변을 감싸서 흡입되는 지하수로부터 불순물을 걸러내는 망형 스트레이너를 포함하는 것을 특징으로 하는 신축성 오리피스 튜브를 구비한 우물용 지하수 양수장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 오리피스 튜브의 내주면은 접촉되어 흐르는 지하수의 속도를 높이기 위해 지하수의 흐름방향을 따라 곡면 형성된 것을 특징으로 하는 신축성 오리피스 튜브를 구비한 우물용 지하수 양수장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 밸브 케이싱의 유출구는 유입구에 비해 작은 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 신축성 오리피스 튜브를 구비한 우물용 지하수 양수장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 밸브 케이싱은 배관의 플랜지에 결합되는 납작한 디스크 형태의 배관 결합부와, 상기 배관 결합부의 일측면에 보다 작은 직경으로 형성되어 배관 내부에 삽입되는 디스크 형태의 배관 삽입부로 이루어진 것을 특징으로 하는 신축성 오리피스 튜브를 구비한 우물용 지하수 양수장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 밸브 케이싱은 상기 챔버, 유입구 및 유출구를 복수개 구비하고, 각각의 챔버에 상기 오리피스 튜브가 수용된 것을 특징으로 하는 신축성 오리피스 튜브를 구비한 우물용 지하수 양수장치.
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