KR100951886B1 - 유속 저감 유수관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유수관 내에 와류를 형성시킴에 의해 관의 조도계수를 높여 유속을 저하시키는 유수관에 관한 것으로, 본 발명은 유수가 이동하는 나선형의 파형관에 있어서, 관 내측으로부터 관 외측으로 돌출된 볼록부와; 관 내측으로 함몰된 요입부; 그리고 상기 볼록부의 곡선 단부와 상기 요입부의 곡선 단부를 연결하는 접선장이 나선형으로 연속되어 형성되고: 상기 파형관 내측에는 유속을 저감하기 위해 관 내측으로 돌출된 와류돌기가 형성된다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 유수관내에 와류를 형성시키고, 이에 따라 조도계수를 상승시켜 유수의 유속을 감소시키므로 급경사 수로에도 시공할 수 있어 시공성 및 경제성이 뛰어나고 유지관리가 용이한 장점이 있다.

하수관, 우수관, 유속, 급경사

Description

유속 저감 유수관 { A water pipe for reducing velocity of fluid }

본 발명은 와류 유속저감 유수관에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유수관 내에 와류를 형성시킴에 의해 관의 조도계수를 높여 유속을 저하시키는 유수관에 관한 것이다.

유수관은 내부에 물이 흐르는 관으로, 하수관 또는 우수관 등을 포함하는 포괄적인 명칭으로 사용된다. 이러한 유수관은 도로 등을 따라 평지와 경사지에 시공되는데, 이때, 상기 유수관은 유수관의 내구성을 보정하기 위하여 내부에 흐르는 유수의 유속에 대한 제한이 있다.

도 1은 종래의 나선형 파형관을 도시한 부분 절개도이다.

이에 도시된 바와 같이, 종래의 유수관으로 많이 사용되는 파형관(10)은 외측면이 나선형으로 굴곡이 형성된다.

즉, 파형관(10) 외측이 관 내측으로부터 관 외측으로 돌출된 볼록부(12)와 관 내측으로 함몰된 요입부(14)를 형성하고, 상기 볼록부(12)의 곡선 단부와 상기 요입부(14)의 곡선 단부가 연결되는 소정의 구간이 직선으로 형성되는 접선장(16)이 형성된다. 그리고 상기 볼록부(12), 접선장(16) 및 요입부(14)는 상기 파형 관(10)의 길이방향을 따라 연속적으로 나선형태를 이루어 형성된다.

이와 같은 종래의 유수관 내를 흐르는 유수의 유속은, 관 재질에 따라 결정되는 조도계수, 관 크기 및 형상에 따라 결정되는 경심 및 관의 구배에 의해 결정된다.

그러나 상기한 바와 같은 종래기술에서는 다음과 같은 문제점이 있다.

즉, 높은 구배의 지형을 갖는 장소에 유수관을 시공하는 경우, 전술한 바와 같이 유수관의 제한된 유속 때문에 계단형으로 시공하거나, 일 측의 매설깊이를 깊게하여 구배를 낮추어 시공해야 하는 문제점이 있었다.

그리고 종래 기술에서는 전술한 시공상의 문제점으로 인하여, 구배가 높은 지형에서의 시공 비용이 상승하고 시공 기간이 길어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 유수관내의 유수의 운동에너지의 흐름 방향을 변화시켜 와류를 발생시키고 이로 인한 에너지 손실을 유도하여 관내의 조도계수를 높게 하여 급경사 수로에서 유속을 감소시키는 유속저감 유수관을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 내부로 유수가 이동하는 나선형의 파형관에 있어서, 관 내측으로부터 관 외측으로 돌출된 볼록부와; 관 내측으로 함몰된 요입부; 그리고 상기 볼록부의 곡선 단부와 상기 요입부의 곡선 단부를 연결하는 접선장이 나선형으로 연속되어 형성되고: 상기 파형관 내측에는 유속을 저감하기 위해 관 내측으로 돌출된 와류돌기가 형성된다.

이때, 상기 와류돌기는, 상기 볼록부를 중심으로 좌우에 각각 형성되는 접선장 중, 유수의 이동방향 쪽 접선장에 형성되고; 상기 접선장을 따라 나선형태로 연속되어 형성될 수도 있다.

한편 본 발명은 내부로 유수가 이동하는 주름관에 있어서, 관 내측으로부터 관 외측으로 돌출된 볼록부와; 관 내측으로 함몰된 요입부; 그리고 상기 볼록부의 곡선 단부와 상기 요입부의 곡선 단부를 연결하는 접선장이 상기 주름관의 길이방향으로 따라 연속되어 형성되고: 상기 주름관에는 유속을 저감하기 위해 관 내측으 로 돌출된 와류돌기가 형성되는 유속 저감 유수관을 포함한다.

이때, 상기 와류돌기는, 상기 볼록부를 중심으로 좌우에 각각 형성되는 접선장 중, 유수의 이동방향 쪽 접선장에 형성되고; 상기 접선장으로 따라 관의 길이방향으로 다수 개가 띠 형태로 연속적으로 형성될 수도 있다.

또한, 본 발명은 내부에 유수가 이동하는 원형관에 있어서, 상기 원형관 내부면에는 상기 유수의 유속을 저감하기 위해, 상기 원형관 내측으로 돌출된 와류돌기가 형성되는 유속 저감 유수관을 포함한다.

그리고 상기 와류돌기는, 상기 유수의 진행방향과 반대방향으로 경사지도록 하는 완곡면으로 형성될 수도 있다.

또한, 상기 와류돌기는, 와류발생 면이 상기 유수가 진행하는 방향과 반대 방향으로 수렴하는 클로소이드 곡선이 되도록 하는 곡선형태로 형성될 수도 있다.

위에서 살핀 바와 같은 본 발명에 의한 유속저감 유수관에서는 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

즉, 유수관내에 와류를 형성시키고, 이에 따라 조도계수를 상승시켜 유수의 유속을 감소시키므로 급경사 수로에도 시공할 수 있어 시공성 및 경제성이 뛰어나고 유지관리가 용이한 장점이 있다.

그리고 본 발명은 외형 및 내경은 동일하나 와류돌기의 형태에 따라 조도계수가 다른 여러 종류의 유수관을 제작할 수 있다. 따라서, 다양한 경사를 갖는 경 사지에서도 통일된 외형을 갖는 유수관으로 시공할 수 있으므로 외관상 통일된 시공 형태를 갖도록 할 수 있는 장점이 있다.

이하에서는 상기한 바와 같은 본 발명에 의한 유속 저감 유수관의 구체적인 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 유속저감 유수관의 구체적인 실시예를 도시한 부분 절개도이고, 도 3은 본 발명에 의한 유속저감 유수관의 구체적인 실시예 중 일부분을 확대 도시한 확대 사시도이며, 도 3은 본 발명에 의한 유속저감 유수관의 구체적인 실시예 중 일부분을 확대 도시한 확대 사시도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 유속저감 유수관의 구체적인 실시예는 나선형의 굴곡이 형성된 파형관을 기본 골격으로 한다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 파형관(100) 외측이 관 내측으로부터 관 외측으로 돌출된 볼록부(110)와 관 내측으로 함몰된 요입부(120)를 형성하고, 상기 볼록부(110)의 곡선 단부와 상기 요입부(120)의 곡선 단부가 연결되는 소정의 구간이 직선으로 형성되는 접선장(130)이 형성된다.

상기 볼록부(110), 접선장(130) 및 요입부(120)는 상기 파형관(100)의 길이방향을 따라 연속적으로 나선형태를 이루어 형성된다.

한편, 상기 접선장(130)에는 상기 파형관(100)의 내측으로 돌출된 와류돌기(200)가 형성된다. 상기 와류돌기(200)는 도 2에 화살표(W)로 도시된 방향으로 흐르는 유수에 와류를 효과적으로 발생시켜 와류에 의해 유속을 낮추기 위한 부분이다.

상기 와류돌기의 형태를 도 3 및 4를 통해 상세히 설명하기로 한다.

도 3에는 도2의 미소면적 dA가 확대되어 도시되어 있다.

이에 도시된 바와 같이, 상기 와류돌기(200)는 상기 접선장(130)에 형성되는데, 상기 볼록부(110)[또는 요입부(120)]를 중심으로 양쪽으로 형성되는 접선장(130) 중 한쪽 방향의 접선장(130)에 만 형성된다.

즉, 상기 유수의 흐름방향(W)을 기준으로 설명하면, 상기 볼록부(110)를 중심으로 좌우에 각각 형성되는 접선장(130) 중, 유수의 이동방향 쪽 접선장(130)에 형성되어 파형관(100)내를 이동하는 유수가 상기 와류돌기(200)에 부딪혀 와류가 발생되도록 한다.

한편, 상기 와류돌기(200)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 유수의 진행방향과 반대방향으로 경사지도록 하는 완곡면으로 형성되는데, 상기 돌출부로부터 연장되어 상기 유수가 접하는 접선(P)(와류 발생면)은 클로소이드 형태를 갖도록 형성된다.

이때, 클로소이드 곡선이라 함은 곡선의 곡률반경이 점점 작아져, 내부로 수렴하는 곡선을 말하는 것으로, 상기 와류돌기(200)를 클로소이드 곡선 형태로 형성하는 것은 상기 와류돌기(200)의 접선(P)에 부딪히는 유수가 와류형성이 용이하도록 하기 위함이다.

따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 접선(P)의 연장선은 곡선 내부로 수 렴한다.

한편, 상기 와류돌기(200)는 상기 요입부(120)보다 상기 파형관(100) 내측으로 돌출되지 않는 높이로 형성되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

이는 상기 파형관(100)의 내경이 상기 요입부(120) 내측으로부터 요입부(120) 내측까지의 거리로 결정되는데, 본 발명은 상기 파형관(100)의 기본 규격을 변화시키지 않으면서 조도계수만을 높여, 유속을 감소시키고자 하기 때문이다.

도 5에는 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 유속저감 유수관에 유수가 이동하는 경우 와류돌기(200)에서 와류가 발생되는 모습이 도시되어 있다.

이에 도시된 바와 같이, 상기 유속저감 유수관내에 물이 이동하게 되면, 상기 관의 외측부를 따라 이동되는 물이 상기 와류돌기(200)에 부딪혀 상기 와류돌기(200)의 곡선을 따라 소용돌이치게 되어 와류를 형성한다.

상기 형성된 와류의 회전 방향은 상기 유수의 이동방향과 반대방향의 흐름을 형성하여, 상기 유수의 이동을 방해하고, 결과적으로 상기 유수의 유속을 저하시킨다.

이는 결과적으로, 상기 유수관 내의 조도계수를 높이는 결과를 가져온다.

이와 같은 유수관에 있어, 상기 우수관을 이동하는 유체의 관내 유속은 매닝의 공식(수학식 1 참조)에 의해 산출될 수 있다.

여기서,

v 는 유속, n은 조도계수, R은 경심, I는 경사를 의미한다.

따라서, 설계기준에서 허용하는 유속(v)이 일정하다고 하면, 조도 계수 n을 m 배 증가시키는 경우 경사 I는 (m)^2 배로 증가 된다.

즉, 이는 조도계수를 상승시킬 경우, 동수구배(관로의 경사)를 현저하게 높일 수 있다는 의미이다.

따라서, 본 발명에 의한 유속저감 유수관은, 와류를 이용하여 관내의 조도계수를 상승시키고, 이에 따라 큰 구배를 갖도록 유수관을 설치할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 의한 유속저감 유수관을 설명하기로 한다. 도 6에는 본 발명에 의한 유속저감 유수관의 다른 실시예가 부분 절개도로 도시되어 있다.

이에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예는 와류돌기가 주름관에 형성된 실시예이다.

즉, 본 발명의 다른 실시예는 관 내측으로부터 관 외측으로 돌출된 볼록부(110')와, 관 내측으로 함몰된 요입부(120'), 그리고 상기 볼록부(110')의 곡선 단부와 상기 요입부(120')의 곡선 단부를 연결하는 접선장(130')이 상기 관의 길이 방향으로 연속되어 형성된 주름관(100')을 기본 구성으로 한다.

그리고 상기 주름관(100')의 접선장(130') 부분에는 유속을 저감하기 위한 와류돌기(200')가 형성된다.

따라서, 상기 와류돌기(200')는 상기 접선장(130')을 따라 관의 길이방향으로 다수 개가 띠 형태로 연속적으로 형성된다.

본 발명의 다른 실시예의 경우에도, 상기 와류돌기의 형태 및 구비위치는 본 발명의 구체적인 실시예와 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

즉, 본 발명은 유수관 내에 와류돌기가 형성되는 것을 포함하는 것으로, 예를 들어 도시하여 설명하지는 않았으나, 본 발명이 내부에 유수가 이동하는 원형관에 관 내측으로 돌출된 와류돌기를 형성하여 실시되는 것도 가능함은 자명하다.

본 발명은 유수관 내에 와류를 형성시킴에 의해 관의 조도계수를 높여 유속을 저하시키는 유수관에 관한 것으로, 본 발명에 의하면, 유수관내에 와류를 형성시키고, 이에 따라 조도계수를 상승시켜 유수의 유속을 감소시키므로 급경사 수로에도 시공할 수 있어 시공성 및 경제성이 뛰어나고 유지관리가 용이한 장점이 있다.

도 1은 종래의 나선형 파형관을 도시한 부분 절개도.

도 2는 본 발명에 의한 유속저감 유수관의 구체적인 실시예를 도시한 부분 절개도.

도 3은 본 발명에 의한 유속저감 유수관의 구체적인 실시예 중 일부분을 확대 도시한 확대 사시도.

도 3은 본 발명에 의한 유속저감 유수관의 구체적인 실시예 중 일부분을 확대 도시한 확대 사시도.

도 4는 본 발명에 의한 유속저감 유수관의 구체적인 실시예 중 와류돌기의 형태를 확대하여 도시한 부분 확대도.

도 5는 본 발명에 의한 유속저감 유수관에 유수에 의한 와류가 발생되는 모습을 도시한 예시도.

도 6은 본 발명에 의한 유속저감 유수관의 다른 실시예를 도시한 부분 절개도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100 : 파형관 110, 110' : 볼록부

120, 120' : 요입부 130, 130' : 접선장

200, 200' : 와류돌기 100' : 주름관

P : 유수접선 V : 와류

Claims (7)

1. 내부로 유수가 이동하는 나선형의 파형관(100)에 있어서,

   관 내측으로부터 관 외측으로 돌출된 볼록부(110)와;

   관 내측으로 함몰된 요입부(120)와;

   상기 볼록부(110)의 곡선 단부와 상기 요입부(120)의 곡선 단부를 연결하여 나선형으로 연속되어 형성되는 접선장(130); 그리고

   상기 파형관(100) 내측에는 유속을 저감하기 위해 관 내측으로 돌출된 와류돌기(200)를 포함하여 구성되고:

   상기 와류돌기(200)는,

   상기 볼록부(110)를 중심으로 좌우에 각각 형성되는 접선장(130) 중 유수의 이동방향 쪽 접선장(130)에 형성되고;

   상기 접선장(130)을 따라 나선형태로 연속되어 형성되며;

   상기 유수의 진행방향과 반대방향으로 경사지도록 하는 완곡면으로 형성되고;

   관 내측 방향으로의 돌출 높이가 상기 요입부(120)의 돌출높이 이하가 되도록 형성됨을 특징으로 하는 유속 저감 유수관.
2. 삭제
3. 내부로 유수가 이동하는 주름관(100')에 있어서,

   관 내측으로부터 관 외측으로 돌출된 볼록부(110')와;

   관 내측으로 함몰된 요입부(120')와;

   상기 볼록부(110')의 곡선 단부와 상기 요입부(120')의 곡선 단부를 연결하여 상기 주름관(100')의 길이 방향을 따라 연속되어 형성되는 접선장(130'); 그리고

   상기 주름관(100')에 내측에 유속을 저감하기 위해 관 내측으로 돌출된 와류돌기(200')를 포함하여 구성되고:

   상기 와류돌기(200')는,

   상기 볼록부(110')를 중심으로 좌우에 각각 형성되는 접선장(130') 중 유수의 이동방향 쪽 접선장(130')에 형성되고;

   상기 접선장(130')을 따라 관의 길이방향으로 다수 개가 띠 형태로 연속적으로 형성되며;

   상기 유수의 진행방향과 반대방향으로 경사지도록 하는 완곡면으로 형성되고;

   관 내측 방향으로의 돌출 높이가 상기 요입부(120')의 돌출높이 이하가 되도록 형성됨을 특징으로 하는 유속 저감 유수관.
4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 와류돌기는,

   와류발생 면이 상기 유수가 진행하는 방향과 반대방향으로 수렴하는 클로소이드 곡선이 되도록 형성됨을 특징으로 하는 유속 저감 유수관.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제

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