KR100880210B1

KR100880210B1 - 신축성 오리피스 튜브를 구비한 상수도 가압용수중모터펌프 및 이를 이용한 상수도 가압시스템

Info

Publication number: KR100880210B1
Application number: KR1020070096825A
Authority: KR
Inventors: 안태상
Original assignee: 하지공업(주)
Priority date: 2007-09-21
Filing date: 2007-09-21
Publication date: 2009-01-28

Abstract

본 발명은 신축성 오리피스 튜브를 구비한 상수도 가압용 수중모터펌프 및 이를 이용한 상수도 가압시스템에 관한 것으로, 상수의 유량 변동에 따라 실시간으로 반응하여 신축되면서 가변유로를 형성하는 오리피스 튜브에 의해 과도한 유량 및 펌프의 저양정 운전에 따른 수중모터펌프의 손상을 효과적으로 방지할 수 있는 것이다.

이를 위한 본 발명은, 상수도 가압용 수중모터펌프의 경우, 수중모터와, 상기 수중모터의 회전축에 연결되어 회전하면서 상수를 압송하는 임펠러와, 임펠러를 내부에 수용하고, 임펠러가 압송하는 상수를 흡입하고 토출하는 흡입구 및 토출구를 구비한 임펠러 케이싱과, 임펠러 케이싱의 토출측에 설치되고, 챔버 및 챔버에 상수를 유입하고 유출하는 유입구 및 유출구를 갖는 밸브 케이싱과, 챔버에 수용되고 유입구를 통해 유입되는 상수를 통과시키는 오리피스 공을 중앙부에 구비하여 오리피스 공을 통과하는 상수의 유속이 빠를수록 축소되면서 오리피스 공의 단면적을 줄이는 신축성 탄성소재의 오리피스 튜브를 구비하여 상수의 유량을 조절하는 과유량 방지밸브를 포함하여 구성된다.

수중모터펌프, 오리피스, 상수도

Description

신축성 오리피스 튜브를 구비한 상수도 가압용 수중모터펌프 및 이를 이용한 상수도 가압시스템{SUBMERSIBLE PUMP WITH AN ELASTIC ORIFICE TUBE AND PRESSURE USING THE SAME}

본 발명은 수중모터펌프에 관한 것으로 특히, 상수의 유속에 따라 신속하게 반응하여 신축되면서 가변유로를 형성하는 오리피스 튜브에 의해 과도한 유량 및 펌프의 저양정 운전을 효과적으로 방지하는데 적당한 신축성 오리피스 튜브를 구비한 상수도 가압용 수중모터펌프 및 이를 이용한 상수도 가압시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 상수도 가압용 수중모터펌프는 저수지, 강물 등의 상수원으로부터 취수된 물을 높은 압력으로 가압하여 압송하는 기계장치를 일컬으며, 식수, 소화용수, 분수, 공업용수 등을 제공하는 다양한 용도로 활용되고 있다.

종래 기술에 의한 상수도 가압용 수중모터펌프는 통상적으로 회전력을 제공하는 수중모터와, 상기 수중모터로부터 회전력을 제공받아 회전하는 임펠러를 구비한 구성을 하고 있으며, 고속으로 회전하는 임펠러에 의해 물을 압송시키면서 펌핑할 수 있었다.

이같은 종래의 상수도 가압용 수중모터펌프의 경우, 물을 압송할 때 급격한 유량 변동에 의한 이상 압력에 대처하기 위해 토출측에 압력계를 설치하여 수압을 측정하고, 이를 근거로 수중모터의 회전속도를 조절하는 방식으로 대처하였다. 그러나 이러한 방식은 최초의 짧은 시간동안 이상 압력이 수중모터펌프에 작용하고 난 시점에 대응하는 것이기 때문에 수중모터펌프가 손상을 입곤하는 문제점이 있었다.

따라서, 급격한 유량 변동에 보다 신속하고 능동적으로 대처할 수 있는 개선된 형태의 상수도 가압용 수중모터펌프의 개발이 절실하였다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 상수의 유량 변동에 실시간 반응하여 과도한 유량 변화 및 저양정 운전에 의한 손상을 방지할 수 있는 신축성 오리피스 튜브를 구비한 상수도 가압용 수중모터펌프 및 이를 이용한 상수도 가압시스템을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 신축성 오리피스 튜브를 구비한 상수도 가압용 수중모터펌프는, 수중모터와; 상기 수중모터의 회전축에 연결되어 회전하면서 상수를 압송하는 임펠러와; 상기 임펠러를 내부에 수용하고, 상기 임펠러가 압송하는 상수를 흡입하고 토출하는 흡입구 및 토출구를 구비한 임펠러 케이싱과; 상기 임펠러 케이싱의 토출측에 설치되고, 챔버 및 상기 챔버에 상수를 유입하고 유출하는 유입구 및 유출구를 갖는 밸브 케이싱과, 상기 챔버에 수용되고 상기 유입구를 통해 유입되는 상수를 통과시키는 오리피스 공을 중앙부에 구비하여 상기 오리피스 공을 통과하는 상수의 유속이 빠를수록 축소되면서 오리피스 공의 단면적을 줄이는 신축성 탄성소재의 오리피스 튜브를 구비하여, 상수의 유량을 조절하는 과유량 방지밸브를 포함하여 구성되는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

여기서, 상기 오리피스 튜브의 내주면은 접촉되어 흐르는 상수의 속도를 높이기 위해 상수의 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 임펠러 케이싱의 흡입구 주변을 감싸서 흡입되는 상수로부터 불순물을 걸러내는 망형 스트레이너를 더 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다.

한편, 본 발명의 상수도 가압시스템은, 상수가 유입되는 유입배관과; 상기 유입배관으로부터 분기되어 병렬로 배치된 제1분기배관, 제2분기배관과; 상기 분기배관들을 하나로 합류시켜 상수를 유출하는 유출배관과; 상기 제1분기배관 중간에 설치되는 관형의 가압케이싱과; 상기 가압케이싱 내부에 설치되어 상기 가압케이싱 내부에 유입된 상수를 흡입한 후 토출하는 수중모터펌프와; 상기 유입배관, 제1분기배관의 유입측과 유출측, 제2분기배관, 유출배관에 각각 설치되는 슬루스밸브들을 포함하여 구성되되, 상기 수중모터펌프는, 수중모터와; 상기 수중모터의 회전축에 연결되어 회전하면서 상수을 압송하는 임펠러와; 상기 임펠러를 내부에 회전 가능하게 수용하고, 상기 임펠러가 압송하는 상수을 흡입하고 토출하는 흡입구 및 토출구를 구비한 임펠러 케이싱과; 상기 임펠러 케이싱의 토출측에 설치되고, 챔버 및 상기 챔버에 상수를 유입하고 유출하는 유입구 및 유출구를 갖는 밸브 케이싱과, 상기 챔버에 수용되고 상기 유입구를 통해 유입되는 상수를 통과시키는 오리피스 공을 중앙부에 구비하여 상기 오리피스 공을 통과하는 상수의 유속이 빠를수록 축소되면서 오리피스 공의 단면적을 줄이는 신축성 탄성소재의 오리피스 튜브를 구비하여, 상수의 유량을 조절하는 과유량 방지밸브를 포함하는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 할 수 있다.

또한, 상수가 유입되는 유입배관과; 상기 유입배관으로부터 분기되어 병렬로 배치된 제1분기배관, 제2분기배관 및 제3분기배관과; 상기 분기배관들을 하나로 합류시켜 상수를 유출하는 유출배관과; 상기 제1분기배관 및 제3분기배관 중간에 설치되는 관형의 가압케이싱과; 상기 가압케이싱 각각의 내부에 설치되어 상기 가압케이싱 내부에 유입된 상수를 흡입한 후 토출하는 수중모터펌프와; 상기 유입배관, 제1분기배관의 유입측과 유출측, 제2분기배관, 제3분기배관의 유입측과 유출측 및 유출배관에 각각 설치되는 슬루스밸브들을 포함하여 구성되고, 상기 수중모터펌프는, 수중모터와; 상기 수중모터의 회전축에 연결되어 회전하면서 상수을 압송하는 임펠러와; 상기 임펠러를 내부에 회전 가능하게 수용하고, 상기 임펠러가 압송하는 상수을 흡입하고 토출하는 흡입구 및 토출구를 구비한 임펠러 케이싱과; 상기 임펠러 케이싱의 토출측에 설치되고, 챔버 및 상기 챔버에 상수를 유입하고 유출하는 유입구 및 유출구를 갖는 밸브 케이싱과, 상기 챔버에 수용되고 상기 유입구를 통해 유입되는 상수를 통과시키는 오리피스 공을 중앙부에 구비하여 상기 오리피스 공을 통과하는 상수의 유속이 빠를수록 축소되면서 오리피스 공의 단면적을 줄이는 신축성 탄성소재의 오리피스 튜브를 구비하여, 상수의 유량을 조절하는 과유량 방지밸브를 포함하는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 할 수 있다.

여기서, 상기 임펠러 케이싱의 흡입구 주변을 감싸서 흡입되는 상수로부터 불순물을 걸러주는 망형 스트레이너와, 상기 가압케이싱의 유입측에 연결되어 흡입되는 상수로부터 불순물을 걸러내는 Y형 스트레이너를 더 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 의한 신축성 오리피스 튜브를 구비한 상수도 가압용 수중모터펌프 및 이를 이용한 상수도 가압시스템은 유체의 유속에 따라 신축되면서 가변유로를 형성하는 오리피스 튜브를 구비한 과유량 방지밸브에 의해 급격한 유량변화에 신속한 대처가 가능하게 되어 유량변화로 인한 손상을 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명은 토출측에서 유효통과면적을 줄이고 저항을 형성하는 과유량 방지밸브에 의해 저양정 운전을 방지하여 이에 따른 펌프의 손상을 방지할 수 있다.

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

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

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

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

또한, 본 발명의 상수도 가압시스템은 수중모터펌프 복수개를 병렬로 배치한 구성에 의해 상수의 유량에 맞게 수중모터펌프 일부 혹은 전부를 융통성 있게 선택적으로 가동할 수 있고, 어느 하나가 고장나더라도 전체 시스템의 작동을 중단하지 않은 채로 용이하게 검사 및 교체할 수 있다.

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

[실시예]

도 1은 본 발명에 의한 수중모터펌프의 사시도이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 의한 수중모터펌프(100)는 수중모터(110), 임펠러(120), 임펠러 케이싱(130)과 더불어 상기 임펠러 케이싱(130)의 토출측에 설치되어 물의 토출량을 실시간으로 조절하면서 과도한 유량을 억제하는 과유량 방지밸브(140)를 포함한다. 본 발명에 의한 수중모터펌프(100)는 상기 과유량 방지밸브(140)를 필수적으로 구비한 구성에 의해 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 수중모터펌프(100)의 구성을 구체적으로 설명한다.

상기 수중모터(110)는 상기 임펠러(120)를 회전시키기 위한 것으로 시중에서 유통되고 있는 통상의 수중용 모터를 채택하여 구비하면 된다. 통상 수중모터(110)의 내부구조는 코일이 권선된 고정자코어와 회전자코어가 케이싱 내부에 내장되고, 내부의 부품들이 절연 및 방수기능을 갖도록 피복되어 있다.

상기 임펠러(120)는 회전 중심이 상기 수중모터(110)의 회전축과 결합되어 상기 수중모터(110)에 전원이 인가됨과 동시에 고속으로 회전하면서 상수를 압송한다. 도시된 바와 같이 압송해야 하는 상수의 양 및 토출 강도에 맞게 상기 임펠러(120) 및 임펠러 케이싱(130)의 개수를 조절하여 다단으로 설치할 수 있다.

상기 임펠러 케이싱(130)은 상기 임펠러(120)를 회전 가능하게 수용하고, 상기 임펠러(120)에 의해 압송되는 상수를 흡입하고 토출하는 흡입구 및 토출구를 구비한다. 도 1을 참조하면 상기 흡입구는 망형 스트레이너(150)와 결합된 좌측에 형성되어 있고 상기 토출구는 연결배관(160)과 결합된 우측에 형성되어 있다.

또한, 상기 임펠러 케이싱(130)의 흡입구 주변에는 흡입되는 상수로부터 불순물을 걸러내는 망형 스트레이너(150)가 설치된다.

상기 과유량 방지밸브(140)는 전술된 것처럼 상기 임펠러 케이싱(130)의 토출측에 설치되어 물의 토출량을 실시간으로 조절하면서 과도한 유량을 억제하는 역할을 한다. 이를 위해 상기 과유량 방지밸브(140)는 상수의 유속에 따라 신축되는 신축성 오리피스 튜브(145)를 구비한 독특한 구성을 갖는다. 아래에서는 상기 과유 량 방지밸브(140)의 구성을 보다 상세히 설명하도록 한다.

참고로, 상기 과유량 방지밸브(140)와 임펠러 케이싱(130)을 연결하는 연결배관(160)이 구비된 것으로 도시되었다. 상기 연결배관(160)은 임펠러(120)에서 압송되어 과유량 방지밸브(140)로 유입되기 직전의 수압을 측정하는 압력계를 설치하는데 유용하다. 하지만, 상기 연결배관(160) 없이 상기 과유량 방지밸브(140)와 임펠러 케이싱(130)을 직접 연결하는 구성을 취할 수도 있다.

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 상수의 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 수중모터펌프(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 상수의 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 수용하는 납작한 형태로 형성되되, 상기 오리피스 튜브(145)를 수용한 상태로 상수 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 상수의 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 보다 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 상수를 통과시키는 오리피스 공(146)이 형성된 링 도넛 형태로 형성된 부재로서 상기 챔버(142) 내부에 위치한다. 이때 상기 밸브 케이싱(141)의 유입구(143A) 및 유출구(143B)와 오리피스 공(146)은 상수의 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 상수의 흐름방향을 따라 곡면 처리된 것을 볼 수 있다. 이는 상기 오리피스 공(146)을 통과하는 상수 중 내주면(147A)과 접촉하는 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 상기 오리피스 튜브(145)의 내주면(147A)과 접한 내측에서는 오리피스 공(146)을 통해 상수 가 자유롭게 흐르는 반면 오리피스 튜브(145)의 외주면(147B)과 접한 외측에서는 상수가 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 상수의 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 작아지면 오리피스 공(146) 내부를 흐르는 상수의 속도에 대한 마찰저항이 증가하여 일정 이상의 상수의 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 상수의 유량이 그리 크지 않기 때문에 오리피스 튜브(145)가 축소되지 않고 거의 원형의 모습을 유지하고 있다. 하지만 배관에 흐르는 상수의 유량이 증가하게 되면 오리피스 공(146)을 관통하는 상수의 유속이 F1에서 F2로 급격히 증가하여 오리피스 튜 브(145)의 내측에 작용하는 압력(PA)이 감소한다. 그러면 외측에서 작용하는 압력(PB)과의 차(PB-PA)에 의해 결국 오리피스 튜브(145)는 축소된다. 이때 오리피스 공(146)의 단면적이 축소되면서 오리피스 공(146)을 관통하는 상수의 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 상수의 유효통과면적이 작아진다. 그러면 도 7에 표시된 것처럼 오리피스 공(146) 내부를 통과하는 상수의 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 수중모터펌프를 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 상수의 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 유입측 과 유출측 압력차(P1-P2)가 증가할수록 상수 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 수중모터펌프(100)의 동작을 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 수중모터(110)에 전원이 인가되면 그 회전축에 결합된 임펠러(120)가 고속으로 회전하면서 강한 흡입력으로 상수를 압송하게 된다. 이때 압송되는 상수는 임펠러 케이싱(130)의 흡입구로 흡입되어 토출구를 통해 토출된다.

이후, 상기 임펠러 케이싱(130)의 토출구를 통해 토출되는 상수는 과유량 방지밸브(140)를 만나게 되면서 밸브 케이싱(141)의 유입구(143A)를 통해 챔버(142) 내로 유입된다. 이때 상기 챔버(142)에 유입된 상수 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 상수의 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 상수가 관통 하는 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 외부 도움 없이 자체적으로 방지할 수 있는 것이다.

뿐만 아니라, 상기 과유량 방지밸브(140)는 임펠러 케이싱(130)의 토출구(133)를 통해 토출되는 상수의 유효통과면적을 줄여주어 흐름에 대한 적당한 저항을 형성해준다. 이로써 수중모터펌프(100)가 저양정에서 운전하는 현상도 방지하는 역할도 하는 것이다.

이처럼 본 발명의 수중모터펌프(100)는 상기와 같은 과유량 방지밸브(140)를 구비하는 구성에 의해 급격한 압력변화에 의한 손상을 방지하는 한편, 저양정 운전으로 인한 손상도 방지한다.

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 이같은 변형 실시예에 따른 본 발명의 구성을 설명한다(단, 변형전과 비교하여 대응되는 구성요소들에 대하여 변형전과 동일한 도면부호를 사용하여 표기하기로 한다).

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

도시된 바와 같이, 변형 실시예에 따른 과유량 방지밸브는 하나의 밸브 케이싱(141)에 유입구(143A)와 유출구(143B)를 갖는 복수의 챔버(142)가 구비되고 그 각각의 챔버(142)에 오리피스 튜브(145)가 수용되는 것을 특징으로 한다.

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

계속해서 상수도 가압시스템에 대해 설명한다.

도 11은 본 발명에 의한 상수도 가압시스템의 계략적인 계통도이고, 도 12는 도 11의 상수도 가압시스템 중 수중펌프모터를 중심으로 한 어셈블리(A)의 부분 절개도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 상수도 가압시스템은 수중모터펌프(100)를 비롯하여 이를 중심으로 유입배관(210-1), 분기배관(220-1,220-2,220-3), 유출배관(210-2), 가압케이싱(230), 다수의 게이트밸브 혹은 슬루스밸브(Sluice Valve, 270-1,270-2,270-3,270-4,270-5,270-6,270-7), Y형 스트레이너(280-1,280-2), 체크밸브(290-1,290-2,290-3) 등의 조합으로 이루어진다. 도면에 따르면 2개의 수중모터펌프(100)가 병렬로 배치된 것을 볼 수 있다. 이처럼 수중모터펌프(100) 복수개를 병렬로 배치한 구성에 의해 상수의 유량에 맞게 수중모터펌프(100) 일부 혹은 전부를 융통성 있게 선택적으로 가동할 수 있고, 어느 하나가 고장나더라도 전체 시스템의 작동을 중단하지 않은 상태로 용이하게 검사 및 교체할 수 있다.

아래에서는 상기 상수도 가압시스템을 이루는 각 구성요소들에 대해 설명한다.

상기 유입배관(210-1)은 상수도 가압시스템에서 상수의 최초 유입처가 된다.

상기 분기배관(220-1,220-2,220-3)은 상기 유입배관(210-1)으로부터 분기된 것으로, 제1분기배관(220-1), 제2분기배관(220-2), 제3분기배관(220-3)으로 병렬 배치된다. 상기 유입배관(210-1)과 각 분기배관(220-1,220-2,220-3)과의 연결을 위해 4방향 배관(260-1)이 설치된다.

상기 유출배관(210-2)은 상기 복수의 분기배관(220-1,220-2,220-3)을 하나로 합류시켜 상수를 유출하는 역할을 한다. 역시 상기 분기배관(220-1,220-2,220-3)과 유출배관(210-2)과의 연결을 위해 4방향 배관(260-2)이 설치된다.

상기 가압케이싱(230)은 상기 제1분기배관(220-1) 및 제3분기배관(220-3) 중간에 각각 설치된다. 상기 가압케이싱(230)은 상기 수중모터펌프(100)를 내부에 수용한 상태에서 상시 일정량의 상수로 채울 수 있도록 여유공간을 갖는 관로 구조물로서 구비된다. 상기 가압케이싱(230)에는 수중모터펌프(100)를 고정하기 위한 고정볼트(233) 및 내부 공기를 외부로 배출하기 위한 공기배출구(231)가 구비된다.

상기 가압케이싱(230)의 유입측에는 관경이 다른 배관과의 연결을 위해 리듀셔(240, Reducer)가 연결된다.

상기 수중모터펌프(100)는 상기 가압케이싱(230) 내부에 수용된 상태로 그 토출측이 가압케이싱(230)의 유출측에 밀접하게 결합된다. 이로써, 상기 수중모터펌프(100)는 가압케이싱(230) 내부에 상시 채워져 있는 상수를 흡입하여 가압케이싱(230)의 외부로 토출한다. 이때 토출되는 상수는 과유량 방지밸브(140)에 의해 유량 변화가 완만하게 조절되면서 토출된다. 이같은 수중모터펌프(100)의 전체 구성에 대해서는 이미 전술된 바 있기 때문에 상세한 설명은 생략하기로 한다.

여기서, 상기 수중모터펌프(100), 가압케이싱(230), 리듀셔(240)는 미리 조립된 하나의 어셈블리 형태로 구비하는 것이 시공에 편리하다. 그리고 상기 수중모터펌프(100)의 연결배관(160)에는 압력계(250)가 기본적으로 설치되면 바람직하다.

상기 슬루스밸브(270-1,270-2,270-3,270-4,270-5,270-6,270-7)는 상기 유입배관(210-1), 제1분기배관(220-1)의 유입측과 유출측, 제2분기배관(220-2), 제3분기배관(220-3)의 유입측과 유출측 및 유출배관(210-2)에 각각 설치된다. 이로써, 상수의 흐름을 필요에 따라 다양하게 제어할 수 있다.

상기 Y형 스트레이너(280-1,280-2)는 가압케이싱(230)의 유입측에 설치된다. 이로써, 수중모터펌프(100)에 흡입되는 상수로부터 불순물을 걸러줄 수 있게 된다. 이처럼 Y형 스트레이너(280-1,280-2)가 설치되면 망형 스트레이너(150)과 함께 이중으로 불순물을 걸려낼 수 있게 된다.

상기 체크밸브(290-1,290-2,290-3)는 상기 분기배관(220-1,220-2,220-3)들에 각각 설치되어 상수가 역류되는 현상을 방지해준다. 이 중 상기 제1분기배관(220-1) 및 제3분기배관(220-3)에 설치되는 체크밸브(290-1,290-3)의 경우는 수중모터펌프(100)의 토출측에 설치되어 토출된 상수가 수중모터펌프(100)로 다시 역류되는 현상을 방지한다.

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 수중모터펌프의 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 5와 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 변형 실시예에 따른 과유량 방지밸브의 부분 절개된 외관 사시도.

도 10은 변형 실시예에 따른 과유량 방지밸브의 구성을 설명하기 위한 단면도.

도 11은 본 발명에 의한 상수도 가압시스템의 계략적인 계통도.

도 12는 도 11의 상수도 가압시스템 중 수중펌프모터를 중심으로 한 어셈블리(A)의 부분 절개도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100 : 수중모터펌프 110 : 수중모터

120 : 임펠러 130 : 임펠러 케이싱

140 : 과유량 방지밸브 160 : 연결배관

230 : 가압케이싱 240 : 리듀셔

Claims

수중모터와;

상기 수중모터의 회전축에 연결되어 회전하면서 상수를 압송하는 임펠러와;

상기 임펠러를 내부에 수용하고, 상기 임펠러가 압송하는 상수를 흡입하고 토출하는 흡입구 및 토출구를 구비한 임펠러 케이싱과;

상기 임펠러 케이싱의 토출측에 설치되고, 챔버 및 상기 챔버에 상수를 유입하고 유출하는 유입구 및 유출구를 갖는 밸브 케이싱과, 상기 챔버에 수용되고 상기 유입구를 통해 유입되는 상수를 통과시키는 오리피스 공을 중앙부에 구비하여 상기 오리피스 공을 통과하는 상수의 유속이 빠를수록 축소되면서 오리피스 공의 단면적을 줄이는 신축성 탄성소재의 오리피스 튜브를 구비하여, 상수의 유량을 조절하는 과유량 방지밸브를 포함하여 구성되는 신축성 오리피스 튜브를 구비한 상수도 가압용 수중모터펌프.
제1항에 있어서,

상기 오리피스 튜브의 내주면은 접촉되어 흐르는 상수의 속도를 높이기 위해 상수의 흐름방향을 따라 곡면 형성된 것을 특징으로 하는 신축성 오리피스 튜브를 구비한 상수도 가압용 수중모터펌프.
제1항에 있어서,

상기 밸브 케이싱의 유출구는 유입구에 비해 작은 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 신축성 오리피스 튜브를 구비한 상수도 가압용 수중모터펌프.
제1항에 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 상수도 가압용 수중모터펌프.
제1항 내지 제4항 중 한 항에 있어서,

상기 밸브 케이싱은 상기 챔버, 유입구 및 유출구를 복수개 구비하고, 각각의 챔버에 상기 오리피스 튜브가 수용된 것을 특징으로 하는 신축성 오리피스 튜브를 구비한 상수도 가압용 수중모터펌프.
제1항에 있어서,

상기 임펠러 케이싱의 흡입구 주변을 감싸서 흡입되는 상수로부터 불순물을 걸러내는 망형 스트레이너를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 신축성 오리피스 튜브를 구비한 상수도 가압용 수중모터펌프.
상수가 유입되는 유입배관과;

상기 유입배관으로부터 분기되어 병렬로 배치된 제1분기배관, 제2분기배관과;

상기 분기배관들을 하나로 합류시켜 상수를 유출하는 유출배관과;

상기 제1분기배관 중간에 설치되는 관형의 가압케이싱과;

상기 가압케이싱 내부에 설치되어 상기 가압케이싱 내부에 유입된 상수를 흡입한 후 토출하는 수중모터펌프와;

상기 유입배관, 제1분기배관의 유입측과 유출측, 제2분기배관, 유출배관에 각각 설치되는 슬루스밸브들을 포함하여 구성되고,

상기 수중모터펌프는,

수중모터와;

상기 수중모터의 회전축에 연결되어 회전하면서 상수을 압송하는 임펠러와;

상기 임펠러를 내부에 회전 가능하게 수용하고, 상기 임펠러가 압송하는 상수을 흡입하고 토출하는 흡입구 및 토출구를 구비한 임펠러 케이싱과;

상기 임펠러 케이싱의 토출측에 설치되고, 챔버 및 상기 챔버에 상수를 유입하고 유출하는 유입구 및 유출구를 갖는 밸브 케이싱과, 상기 챔버에 수용되고 상기 유입구를 통해 유입되는 상수를 통과시키는 오리피스 공을 중앙부에 구비하여 상기 오리피스 공을 통과하는 상수의 유속이 빠를수록 축소되면서 오리피스 공의 단면적을 줄이는 신축성 탄성소재의 오리피스 튜브를 구비하여, 상수의 유량을 조절하는 과유량 방지밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 상수도 가압시스템.
상수가 유입되는 유입배관과;

상기 유입배관으로부터 분기되어 병렬로 배치된 제1분기배관, 제2분기배관 및 제3분기배관과;

상기 분기배관들을 하나로 합류시켜 상수를 유출하는 유출배관과;

상기 제1분기배관 및 제3분기배관 중간에 설치되는 관형의 가압케이싱과;

상기 가압케이싱 각각의 내부에 설치되어 상기 가압케이싱 내부에 유입된 상수를 흡입한 후 토출하는 수중모터펌프와;

상기 유입배관, 제1분기배관의 유입측과 유출측, 제2분기배관, 제3분기배관의 유입측과 유출측 및 유출배관에 각각 설치되는 슬루스밸브들을 포함하여 구성되되,

상기 수중모터펌프는,

수중모터와;

상기 수중모터의 회전축에 연결되어 회전하면서 상수을 압송하는 임펠러와;

상기 임펠러를 내부에 회전 가능하게 수용하고, 상기 임펠러가 압송하는 상수을 흡입하고 토출하는 흡입구 및 토출구를 구비한 임펠러 케이싱과;

상기 임펠러 케이싱의 토출측에 설치되고, 챔버 및 상기 챔버에 상수를 유입하고 유출하는 유입구 및 유출구를 갖는 밸브 케이싱과, 상기 챔버에 수용되고 상기 유입구를 통해 유입되는 상수를 통과시키는 오리피스 공을 중앙부에 구비하여 상기 오리피스 공을 통과하는 상수의 유속이 빠를수록 축소되면서 오리피스 공의 단면적을 줄이는 신축성 탄성소재의 오리피스 튜브를 구비하여, 상수의 유량을 조 절하는 과유량 방지밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 상수도 가압시스템.
제7항 또는 제8항에 있어서,

상기 임펠러 케이싱의 흡입구 주변을 감싸서 흡입되는 상수로부터 불순물을 걸러주는 망형 스트레이너와,

상기 가압케이싱의 유입측에 연결되어 흡입되는 상수로부터 불순물을 걸러내는 Y형 스트레이너를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 상수도 가압시스템.