KR100982610B1 - 소용돌이 발생방지장치를 구비한 수중펌프 - Google Patents

Abstract

[과제] 저수위 운전이 가능하고 수중 소용돌이의 발생을 억제하는 소용돌이발생방지장치를 구비한 수중펌프를 제공한다.

[해결수단] 수로의 수문 문본체(door body)(5)에 설치되고 수로의 일방향으로부터 유수(流水)를 흡인하여 수로의 타방향으로 유수를 배수시키는 수중펌프(7)의 흡입구(9) 하부 근방에 유수의 소용돌이 발생을 방지하기 위해 소용돌이 발생방지부재(10)를 설치하였다. 이 소용돌이 발생방지부재(10)는 합성고무재(材)로 유수방향(流水方向)을 돌리는 동시 양면의 압력 차(差)에 의해 선단부가 탄성변형된다. 또 수중펌프(7)를 경사지게 설치하고 흡입구(9) 상부에는 커버(8)를 설치하며 이 커버(8)에는 사이드 핀(11)을 부착하여 저수위펌프 운전을 가능하게 한다.

수중펌프, 소용돌이 발생방지부재, 커버, 사이드 핀.

Description

소용돌이 발생방지장치를 구비한 수중펌프 {UNDERWATER PUMP WITH A WHIRLPOOL PREVENTING DEVICE}

도1은 본 발명의 소용돌이 발생방지장치가 구비된 수중펌프를 가진 수문구성을 나타낸 전체 단면도이다.

도2는 소용돌이 발생방지장치를 구비한 수중펌프의 정면도이다.

도3은 소용돌이 발생방지장치를 구비한 수중펌프의 측면 단면도이다.

도4는 소용돌이 발생방지장치를 구비한 수중펌프의 유수(流水)구성을 측면 단면으로 나타낸 설명도이다.

도5는 소용돌이 발생방지장치를 구비한 수중펌프의 유수구성을 평면도로 나타낸 설명도이다.

도6은 약 L 자형상의 소용돌이 발생방지부재의 구성을 나타낸 설명도

도7은 소용돌이 발생방지부재의 다른 실시형태로 R형상 구성을 나타낸 설명도이다.

제8은 소용돌이 발생방지부재의 또 다른 실시형태로 요동가능한 구성을 나타낸 설명도이다.

도9는 종래의 게이트 펌프의 구성을 나타낸 정면도이다.

도10은 종래의 게이트 펌프의 구성을 나타낸 측면 단면도이다.

도11은 종래의 게이트 펌프의 흡입구 근방의 흐름 상태를 나타낸 설명도이다.

[도면 중 주요한 부분에 대한 부호 설명]

1 : 지천(支川)옆 수로. 2 : 본천(本川))옆 수로. 3 : 수문.

4 : 배수구. 5 : 문본체. 6 : 개폐기. 7 : 게이트 펌프.

8 : 커버. 9 : 흡입구. 10, 12 : 소용돌이 발생방지부재.

11 : 사이드 핀(side fin). A : 정류(正流) B : 반정류(反正流)

C : 경계부분

본 발명은 흡입구 근방에 소용돌이 발생을 방지하는 소용돌이 발생방지장치를 구비하고, 하천 등의 수로(水路)의 수문(水門)의 문본체(扉體 :door body))에 설치되는 수중펌프에 관한 것이다.

치수(治水) 등의 목적으로 하천 등의 수로에는 많은 수문이 설치되어 있다. 이 수문에는 배수구가 있으며, 수중 펌프를 가진 게이트(gate)가 구비된 것이 많다. 게이트에 수중펌프가 직접 배치되어 있는데, 이 수중펌프는 게이트를 닫은 때 수로의 유수(流水)를 강제적으로 배수하기 위한 것이다. 이 수중펌프는 여러 종류의 것이 있으며, 동일 출원인도 게이트 펌프(출원인의 등록상표)로서 여러 가지 제 안하고 있다.

이 수중펌프는 주로 펌프회전축을 설치하는 방향에 따라 종류가 다르며 횡축타입(형식)의 것과 세로축(立軸)타입(형식)의 것이 있다. 또 수중펌프의 흡입 성능을 향상시키기 위해서, 흡입구를 되도록 하상(河床)(또는 수로 바닥)에 근접하여 설치하지 않으면 아니 된다. 수중펌프는 수로(水路) 측의 사정으로 수위(水位)가 저하된 경우에는 수중펌프가 필요한 잠김 깊이를 확보되지 않으면 공기흡입 소용돌이, 수중 소용돌이, 선회류(旋回流) 등이 발생하고, 물의 흡입(吸入)이 나쁘게 된다. 이들의 공기흡입 소용돌이, 수중 소용돌이, 선회류는 양수량(揚水量) 저하, 캐비테이션(cavitation), 양정저하(揚程低下) 등이 생기며, 수중펌프의 성능저하나 소음, 진동, 축수의 마모, 손상, 날개의 침식 등의 기계적 문제를 일으킨다.

따라서 이들의 문제점을 회피하기 위하여, 연속적인 소용돌이의 흡입을 일으키지 않도록 일반적으로 펌프 구경(口徑)에 대한 최적인 수위설치조건을 정하고 있다. 수로(水路) 저면 간극이나 물에 잠기는 깊이가 적정 값이면, 바닥을 파지 않고도 저수위(低水位)까지 운전이 가능하다. 또 횡축 타입의 수중펌프에 대해서는, 수중펌프 위의 수면측에서 공기흡입 소용돌이가 발생하기 쉽고, 이것을 회피하기 위하여 수중펌프의 설치높이나 필요한 잠김 수심(水深)의 추장(推奬) 값이 정해져 있다. 또 필요 수위를 낮추어 저수위 운전이 가능하도록 노력을 하고 있다.

이것을 해결하는 수중펌프(게이트 펌프)의 설비로서 횡축 타입의 것이면 예컨대, 특허문헌 1.2에서 게이트 펌프의 펌프 회전축을 경사되게 설치하여 저수위 운전이 가능한 구성이 제안되어 있다. 이것은 게이트 펌프의 펌프 회전축(날개차 축)을 경사되게 하여 흡입구를 수로 바닥에 근접시키는 구성이 알려져 있다. 특히 특허문헌 1은 동일 출원인이 출원한 것이며, 게이트 펌프 흡입구의 수면(水面)측연부(側緣部) 유입방향으로 돌출된 커버를 설치하여 공기흡입 소용돌이의 발생을 방지하는 대책이 시행되고 있다. 또 가이드 케이싱의 흡입구 유수 통과 단면적을 상기 가이드 케이싱 내공 단면적 보다 넓게 하여 오목 소용돌이가 공기흡입 소용돌이로 성장하기 어렵게 하는 것도 기재되어 있다.

또 펌프 흡입구가 선단측 개구부(開口部)를 향하여 지름이 크게 되는 테이퍼 형상의 통상부재(筒狀部材)로 구성되고 선단측 개구부를 상단부가 하단부보다 선단측으로 돌출되도록 경사지게 하는 동시에, 선단측 개구부에 배플(baffle)하부수직배플 및 상부수직 배플을 구비한 것이 알려져 있다.(예컨데 특허문헌 3참조) 또한 흡입구에 설치되는 커버의 흡입개구면적(吸入開口面積)을 펌프의 흡입부 개구면적 보다 크게 한 위에, 흡입구 커버의 하벽(下壁)), 또는 측벽(側壁)에 개공부(開孔部)를 형성하여 와류(渦流)의 발생을 방지하는 구성으로 한 것도 알려져 있다.(예컨대 특허문헌 4참조)

[특허문헌1] 일본 특개2002-021050호 공보

[특허문헌2] 일본 특개2003-055946호 공보

[특허문헌3] 일본 특개2005-002876호 공보

[특허문헌4] 일본 특허2004-360503호 공보

공기흡입 소용돌이의 발생을 억제하기 위해 필요한 수위(水位)를 최저한으로 확보하므로서 수중펌프의 설치가 가능하며, 종래부터 그 나름 대로의 대응대책이 강구되어 있다. 그러나 수중펌프에 있어, 수류(水流)대상으로 하는 것은 반드시 방향이 일정한 정류(正流)만이 아니고 또 수면에 가까운 수류만을 대상으로 하는 것도 아니다. 수중펌프의 외측을 통과하여 흐르는 유수(流水)는 수로의 측벽이나 문본체(door body)에 부딪혀서 방향이 변하는 소위 반전(反轉)하여 역류(逆流)한다, 이 역류된 유수가 수중펌프의 흡입구 근방에서 정류와 합류(合流)하여 펌프 흡입구에서 흡입된다.

이때의 흐름의 조건에 따라 수중 소용돌이를 발생시킨다. 이 수중 소용돌이는 수류가 빠른 경우, 수압이 높은 경우 등 나쁜 조건이 겹친 경우에 발생하기 쉽다. 이 수중 소용돌이는 펌프에 흡입되면 수중펌프의 성능저하를 초래하며 소음, 진동, 축수의 마모, 손상, 펌프 날개의 침식 등의 기계적 결함을 가진다. 이 수중 소용돌이는 수로 내에서 수중펌프의 전부(前部)측에서 유입하는 정류(正流)의 수류에 대하여 수로벽이나 문본체에서 반전하여 수중펌프의 후부측에서 유입하는 유수가 경계부분에서 충돌함에 따라 발생한다.

즉, 흡입구 외측으로 흐르는 유수는 수로벽이나 문본체에 의해 반전되어 역류의 형태로 흡입구 근방에 이르며, 정류와 합류하여 흡입구에 흡입된다. 이때 수중펌프를 따라 후부측에서 역류하는 흐름은 정류에 대하여 약 180도의 다른 방향으로 흘러 경계부분 C(도11참조)에서 정류와 부딪힌다. 이때 상호 흐름은 급격하게 흐르는 방향이 변하여 억제되며, 즉 U턴 하여 흐름의 방향을 변환하게 되며 흐름의 세력이 크면 상호 간의 국부적 부압(負壓)이 생기어 수중 소용돌이가 발생하는 것 이다.

상술한 종래의 기술로 이 수중 소용돌이를 해소하는 것은 개시되어 있지 않다. 예컨대, 특허문헌 1,2에 개시되어 있는 것은 수중펌프의 흡입구를 되도록 수로바닥에 근접하는 기술이며 수중 소용돌이를 적극적으로 해소하는 것은 아니다. 이 대책을 실행하여도 저수위로 되면 유속이 빠르게 되어, 공기흡입 소용돌이가 발생한다. 이와 같이 펌프를 기울여도 설치구성에는 한계가 있어, 수중 소용돌이를 해소할 수 없고 완전하다고 말하기 어렵다.

또 상술한 특허문헌 3에 개시되어 있는 기술은, 하부 수직배플은 하상에 토사의 퇴적 등 장해물이 있으면 하부 수직 배플이 간섭하여 문본체의 전폐(全閉)동작에 지장을 주고 소용돌이 발생방지가 불안전한 이상 소용돌이 발생 이외의 문제점도 생긴다. 또한 상술한 특허문헌 4에는 흡입구 커버의 하벽 또는 측벽에 개공부(開孔部)을 형성하여 이 개구공(開口孔)으로부터 역류에 상당하는 유수를 흡입하여 정류와 합류시키는 것이나, 그러나 이 방법도 매우 한정된 공간에서 한정된 유수를 흡입하게 되어 흡입구에서 역류흡입을 완화하는데 불과하고 근본적인 해결책이라고 말하기는 어렵다. 흡입구에서 역류에 의한 문제점은 해소되지 않는다. 흡입구 내에서 합류하였을 때 유연하게 소용돌이의 발생 없이 정류에 합류된다고 한정할 수는 없다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로 특히 상술한 특허문헌 1의 기술을 발전 개량한 것이며, 다음의 목적을 달성한다.

본 발명의 목적은 펌프의 흡입구에 소용돌이 발생방지부재를 설치하여 수중 소용돌이를 적극적으로 그 발생을 방지토록 하여, 더욱이 저수위 운전을 가능하게 하며, 저수위 운전시에 있어서도 수중펌프의 유연한 운전동작을 확보할 수 있게 한 소용돌이 발생방지장치를 구비한 수중펌프의 제공에 있다. 본 발명의 다른 목적은 소용돌이 발생방지장치를 간소하게 구성하여 기존의 수중펌프에도 부착 가능하게 하고 코스트 절감을 도모한 소용돌이 발생방지장치를 구비한 수중펌프를 제공하는데 있다.

본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여 다음의 수단을 취한다.

본 발명 1의 소용돌이 발생방지장치가 구비된 수중펌프는 수로의 수문의 문본체에 설치된 상기 수로의 일방향에서 유수를 흡입하여 상기 수로의 타방향으로 유수를 배출하는 수중펌프로서 상기 수중펌프의 흡입구 하부 근방에서 흡입되는 유수의 소용돌이 발생을 방지하기 위하여 상기 수중펌프의 후부측에서 돌아 들어오는 유수의 방향을 변환가능한 소용돌이 발생방지부재를 상기 흡입구 하부 근방에 설치한 것을 특징으로 한다.

본 발명 2의 소용돌이 발생방지장치를 구비한 수중펌프는 본 발명 1에서, 상기 수중펌프는 횡축타입의 수증펌프로서 수평축에 대하여 회전축이 소정의 각도 경사지게 상기 수문의 문본체에 설치가능한 것이며, 펌프운전가능한 최저수위를 상기 수중펌프의 펌프구경보다 작은 소정의 수치로 할 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명 3의 소용돌이 발생방지장치가 구비된 수중펌프는 본 발명 1에있어서, 상기 수중펌프는 횡축타입의 수중펌프로서 상기 흡입구 상부에 커버를 설치한 것을 특징으로 한다.

본 발명 4의 소용돌이 발생방지장치가 구비된 수중펌프는 본 발명 1에서, 상기 흡입구에 설치되는 커버의 흡입구 면적은 펌프 흡입구 면적보다 크게 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명 5의 소용돌이 발생장지장치가 구비된 수중펌프는 본 발명 1에서, 상기 소용돌이 발생방지부재는 상기 수로의 유수의 흐름에 대략 대향하는 방향으로 선단을 향하게 하여 단면으로 볼 때 대략 L자형상이면서 탄성변형이 가능하게 된 것을 특징으로 한다.

본 발명 6의 소용돌이 발생방지장치가 구비된 수중펌프는 본 발명 1에서, 상기 소용돌이 발생방지부재는 상기 수로의 유수의 흐름에 대략 대향하는 방향으로 선단을 향하게 하여 단면으로 볼 때 곡선형상이면서 탄성변형이 가능하게 된 것을 특징으로 한다.

본 발명 7의 소용돌이 발생방지장치가 구비된 수중펌프는 본 발명 1에서, 상기 소용돌이 발생방지부재는 상기 수로의 유수의 흐름에 대략 대향하는 방향으로 선단을 향하게 하여 단면으로 볼 때 대략 L자형상이면서 요동가능하게 된 것을 특징으로 한다.

본 발명 8의 소용돌이 발생방지장치가 구비된 수중펌프는 본 발명 3에서 상기 커버의 연부(緣部)에 소정의 폭을 가진 연재(緣材)를 설치한 것을 특징으로 한다.

본 발명 9의 소용돌이 발생방지장치가 구비된 수중펌프는 본 발명 5또는 6에 있어서 상기 소용돌이 발생방지부재는 합성고무재로 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명 10의 소용돌이 발생방지기구가 구비된 수중펌프는 본 발명 5, 또는 6에서 상기 소용돌이 발생방지부재는 플라스틱재로 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명11의 소용돌이 발생방지부재를 구비한 수중펌프는 본 발명 5 또는 6에서 상기 소용돌이 발생방지부재는 판 스프링재로 형성된 것을 특징으로 한다.

[본 발명을 실시하기 위한 최량의 형태]

본 발명에 의한 소용돌이 발생방지기구가 구비된 수중펌프의 실시형태를 도면에 의해 상세하게 설명한다. 본 실시형태에서의 수중펌프는 횡축타입의 것이다. 도1은 수중펌프(이하 "게이트 펌프"라고 한다)설치한 문본체를 가진 수문구성 설비의 측면 단면도이다. 이 수문(3)은 통상 지류(支流)측의 수로(1)와 본천(本川)측 수로(2)의 경계부에 설치되며, 유수(流水)는 화살표와 같이 흐른다. 도1의 상태는 문본체(door body)(5)가 하강하여 전폐(全閉)한 상태이다.

이 수문(3)은 콘크리트로 구성되며 하부가 배수구(4)로 되어 있어, 문본체(5)(게이트 라고도 함)가 이 배수구(4)를 개폐하는 구성으로 되어 있다. 이 수문(3)의 상부에는 문본체(5)를 개폐하기 위한 개폐기(6)가 부착되어 있다. 또 상세하게 도시되어 있지 않으나 수문(3)의 양측에는 상하 방향으로 문본체(5)용의 안내 가이드가 설치되어 있다. 이 안내가이드는 홈을 가진 강판으로 수문(3)의 콘크리트에 매설되어 있다.

한편, 문본체(5)는 대략 직사각형상으로 배수구(4)를 덮은 상태로 설치되며, 수문의 양측에 배치된 안내가이드에 안내되어 상하로 움직인다. 다른 한편으로는 문본체(5)의 하부에 게이트 펌프(7)가 설치되어 있다. 이 게이트 펌프는 횡축타입의 것으로 펌프의 회전축의 축선을 흡입구측에 경사지게 설치되어 있으며 흡입구는 하상(또는 수로 바닥)에 근접한 위치에 설치되어 있다. 게이트 펌프(7)의 기본 구성에 대해서는 동일 출원인이 출원한 상기 특허문헌 1에 상세히 기술되어 있으므로 구성상의 상세한 설명은 생략한다.

게이트 펌프(7)는 문본체(5)가 하강하여 배수구(4)를 닫았을 때 수로의 유수를 강제적으로 배수하기 위한 수중펌프로서 유수는 게이트 펌프(7)내를 통과한다. 강제 배수시에는 문본체(5)를 도면과 같이 닫고 수로를 폐쇄하며 문본체(5)에 설치된 게이트 펌프(7)를 운전하여 지천 옆 수로(1)의 유수를 본천 옆 수로(2)에 배수한다. 자연배수시에는 문본체(5)를 수문(3) 상부로 개폐기(6)에 의해 상승시키어 전개 상태 또는 개방상태로 수로를 개방하여 지천 옆 수로(10의 유수를 본천 옆 수로(2)에 자연하류시키어 배수한다. 다음으로 문본체(5)에 설치되는 게이트 펌프(7)의 구성에 대하여 설명한다.

도9, 도10은 종래의 게이트 펌프(51)의 구성을 나타내며 도9는 정면도이고 도10은 측면 단면도이다. 게이트 펌프(51)의 운전가능한 최저수위 S'는 소음, 진동, 축수의 마모, 손상, 펌프 날개의 침식 등 기계적 결함이 생기지 않도록 하기 위해 수중 소용돌이의 흡입이 발생하지 않도록 정해져 있어. 펌프구경보다 큰 수치인 펌프구경 +

(예컨데 펌프구경+ 300mm)이다. 도면은 게이트펌프(51)의 회전축을 수평상태로 설치하고 있으나 회전측을 경사진 상태의 방향이 보다 최저수위를 낮게 할 수 있고 이 예도 종래부터 공지한 것이다. 이 종래의 게이트 펌프(51)에는 상부에 커버가 설치되어 있으나 흡입구의 하부근방에는 아무것도 설치되어 있지 않다.

도2는 본 실시형태의 게이트 펌프(7)의 정면도이며, 도3은 측면 단면도이다. 문본체(5)에 게이트 펌프(7)가 흡입구(9) 측단부를 하방측으로 향하도록 게이트 펌프(7)의 회전축의 축선이 경사지게 장치되어 있다. 본 실시의 형태는 회전축의 축선을 경사진 구성으로 하고 있으나, 본 발명은 이것에 한정하지 않고 회전축의 축선을 수평으로 구성해도 된다. 게이트 펌프(7)의 흡입구(9) 상부에는 커버(8)가 설치되어 있다. 따라서 수로의 수면은 유속이 느리고 자연유수의 경우이면 유수를 흡입하는 한계로서 수위(S)가 커버(8)의 하단부위치에 있어도 공기를 흡입함이 없이 흐르는 것이 가능하다. 수중 소용돌이를 방지하기 위한 소용돌이 발생방지부재(10)는 흡입구(9)의 하부에 설치되어 있다.

도4는 게이트 펌프(7)의 흡입구(9)의 주변의 유수의 흐름을 나타낸 측면도이다. 게이트 펌프(7)의 흡입구(9) 근방의 흐름은 게이트 펌프(7)의 전면측에서 커버(8) 내로 직접 유입하는 흐름 A (이하 정류(正流)라 함)가 주(主)를 이루고 있다. 그러나 게이트 펌프(7) 근방의 흐름은 정류 A만이 아니고 게이트 펌프(7)의 커버(8)를 벗어나 커버(8)와 게이트 펌프(7)의 외측을 통과하여 흐르는 흐름B (이하 반(反)정류라 함)도 있다.

이들의 흐름은 도시된 바와 같이, 커버(8)의 외측을 통과하여 문본체(5), 또는 수로벽에 충돌하여 방향을 변경하고 반전하여 역류를 구성한다. 이 역류로 된 반정류 B는 게이트 펌프(7)의 후부측에서 흡입구(9)측으로 유입된다. 유입되는 반 정류 B는 정류 A와 합류하여 정류 A로 되어 흡입구(9)에서 흡입된다. 종래의 구성이면 도11에 표시된 바와 같이, 반정류 B 는 정류 A에 대하여 약 180도 방향이 다른 방향으로 역류하여 흐르므로 상호 흐름의 충돌하는 경계부분 C 는 흐름끼리 흐름을 방해하는 상태로 된다. 흐름의 세력이 강하면 흐름마찰이 크게 되며 이 합류시에 정류와 반정류의 경계부분에 부압(負壓)이 생기어 수중 소용돌이가 발생한다.

본 실시형태에서는 게이트 펌프(7)의 흡입구(9)하부에 수로 폭을 따라 소정의 폭을 가진 단면(또는 측면)이 대략 L자형상의 소용돌이 발생방지부재(10)가 부착되어 있다. 이 소용돌이 발생방지부재(10)는 합성고무재로 형성된 것이다. 이 소용돌이 발생방지부재(10)는 적어도 흡입구(9)측의 선단부(10b)가 탄성변형이 가능하여 흡입구(9)측으로 탄성변형 된다. 대략 L자형상의 소용돌이 발생방지부재(10)는 정류A의 흐름과 대향 또는 대략 대향 하는 쪽으로 선단부(10b)가 향하도록 부착되어 있다. 소용돌이 발생방지부재(10)이 탄성변형하므로서 문본체(5)가 하강함에 따라 하상에 토사(土砂) 등이 있어도 게이트 펌프(7)를 손상함이 없이 문본체(5)를 최하단부까지 하강시키어 전폐상태로 할 수 있다. 또 도5에 표시된 바와 같이 커버(8)의 연부에는 수평방향에서 보아, 수로벽측을 따라 수평상태로 소정의 폭을 가진 사이드 핀(11)이 설치되어 있다. 이 사이드 핀(11)은 커버(8)의 양측에 설치되며, 강철판의 평판재 이다.

이 사이드 핀(11)은 고정적으로 설치되어 있으나 탄성변형하는 구성이라도 된다. 도4. 도5에 표시된 바와 같이, 반정류 B가 발생한 경우 수위가 최저한계의 위치를 유지하는 경우는 반정류 B는 주로 커버(8)의 양측과 흡입구(9)의 하부에서 커버(8)를 돌아 들어오는 상태로 흡입구(9)로 역류하여 흡입된다. 사이드 핀(11)에 대하여 유수는 사이드 핀(11)에 의해 저해된 흐름이 되고 흡입구(9)에는 간접적인 완충 흐름이 되어 흡입된다. 또 반정류 B의 흡입구(9) 근방의 하부에서의 흐름은 소용돌이 발생방지부재(10)를 통하여 흐름이 차단되며, 소용돌이 발생방지부재(10) 등을 돌아 들어오는 흐름으로 흡입구(9)측으로 흘러든다.

이 상태는 도6의 설명도에 나타나 있다. 도11의 종래의 구성이면, 반정류B와 정류 A는 서로 약 180도 반대 방향으로 흐르며 경계부분 C에서 부딪힌다. 반정류B는 정류 A의 저항에 부딪혀 U턴 상태로 방향을 돌린 정류 A에 합류된다. 이때 경계부분 C에 소용돌이가 발생하는 것은 상술한 바와 같다. 소용돌이의 발생이유는 반드시 이것만이 아니나, 큰 요인으로 되어 있다. 이에 대하여 도6의 경우는 흡입구(9)측 선단부가 탄성변형하는 대략 L자형상의 소용돌이 발생방지부재(10)를 통하여 반정류 B가 흐른다. 이 L자형상의 소용돌이 발생방지부재(10)는 볼트(10a)를 통하여 게이트 펌프(7)의 흡입구(9)의 하단부에 부착되어 있다.

흐름이 이 소용돌이 발생방지부재(10)를 통할 때 흐름은 저해된 형태로 되어 흐름의 세력이 저하된다. 이 흐름이 약하면 소용돌이 발생의 가능성은 적게 되며, L자형상의 소용돌이 발생방지부재(10)의 변형정도는 작다. 흐름이 강하면 도6에 표시된 바와 같이, L자형상의 소용돌이 발생방지부재(10)에 의한 저항을 받아 저해된 흐름이 되며 도11에 표시된 바와 같은 흐름으로 되지 않고 각도를 약 90도로 향하며, 또 흐름이 완화되어 정류 A에 합류한다.

또 흐름이 강하게 되면, 반정류 B는 정류 A에 끌려 당겨지어 흡입구(9)측이 부압으로 되기 때문에 이 반정류 B는 도시된 바와 같이, 소용돌이 발생방지부재(10)의 L자형상의 선단부(10b)를 흡입구(9)측으로 도면의 2점 쇄선으로 표시된 바와 같이, 탄성변형된다. 이 탄성변형에 수반한 흐름으로 부압은 해소된다. 이로 인하여 흐름은 180도 방향이 변화되어 흐름은 이 L자형상의 소용돌이 발생방지부재(10)에 차단되면서 L자형상을 따라 약 90도로 향한 각도의 흐름으로 변하며 끌려 당겨져서 정류 A와 합류하게 된다. 이 때문에 흐름의 경계부분이 거의 없어지고 소용돌이의 발생이 어렵게 된다.

또 소요돌이 발생방지부재(10)의 대략 L자의 전면( 흡입구 9)측에 초기 소용돌이가 발생하면, 소용돌이 발생부분은 압력이 저하된다. 압력이 저하된 만큼 소용돌이 발생방지부재(10)가 탄성변형되어 대략 L자의 전면측으로 끌려 당겨지게 된다. 끌려 당겨지면 압력이 올라가 소용돌이 발생 또는 소용돌이 성장을 억제할 수 있다. 소용돌이가 소멸되면 소용돌이 발생방지부재(10)는 대략 L자의 원래의 형상으로 복귀된다. 운전중에는 이것이 반복되며 자동적으로 압력 차를 평형시키어 소용돌이 성장을 억제하고 있다.

흐름의 강도에 따라 탄성변형은 변화하므로 흐름이 강하면 강할수록 변형되고 이에 수반하여 흐름은 완화된다. 수로는 수류조건에 따라 종종 변화한다. 예컨대, 유속(流速), 유압, 수위, 수로의 통과면적, 방향, 펌프의 회전, 이물(異物)의 존재 등에 따라 미묘하게 변화하고 있다. 이것들을 합하여 이론적으로 수중 소용돌이를 완전히 제거하기 위해 고정수단을 설치하는 것은 곤란하다. 탄성변형이 가능한 소용돌이 발생방지부재를 설치하는 것은 이들의 문제점을 해소하는데 일조한다. 조건에 따라 추종하여 탄성변형하면 소용돌이 발생을 억제하는데 기여하며 최적상태로 할 수 있어 효과적이다.

이와 같이 사이드 핀(11)과 소용돌이 발생방지부재(10)에 의해 반정류 B는 유연하게 변하여 경계부분 C에서 소용돌이가 발생하는 일이 없이 흡입구(9)에 흡입된다. 즉 소용돌이 발생방지부재(10)의 선단부를 탄성변형이 가능하게 한 것은 흐름이 합류방향을 변화시키는 동시 압력 차를 흐름의 강도에 추종하여 자동적으로 평형시켜서 소용돌이 발생을 억제할 수 있다. 이러한 것에서 본 실시형태에서 연속적으로 안전운행이 가능한 수위 S를 작게 할 수 있다. 이 수위S는 펌프구경보다 작은 수치(예컨대 펌프구경 X 0.8)로 할 수 있다. 예컨대 펌프구경이 500mm의 게이트 펌프이면 그 수위는 400mm로 할 수 있다.

도7은 다른 실시형태를 도시한 도면이며, 소용돌이 발생방지부재(12)를 단면으로 볼 때 L자형상에 변화를 주어, 단면으로 볼 때 R자형상으로 한 예를 나타내고 있다. 부착구성은 도6과 같다. 소용돌이 발생방지부재(12)는 정류A의 흐름에 대하여 대향, 또는 대략 대향하는 측에 R형상의 선단부(先端部)가 향하도록 부착되어 있다. 이 경우 반정류B는 형상을 따라 끌려 당겨지는 것과 같은 흐름이 기대된다. 도8은 다른 실시형태를 나타낸 도면으로, 단면으로 볼 때 L자 형상의 L자 형상부재(13)를 흡입구(9)의 단부에 설치한 지점(14)을 통하여 흡입구(9)측으로 요동이 가능한 구성의 예를 나타내고 있다. 요동범위를 규제하여 또 흐름이 약하게 되었을 때는 바로 복귀할 수 있게 설계상의 연구는 필요하나 이 경우의 L자형상부재(13)는 턴성변형하지 않는 부재도 된다. 이 형태라도 정류 A의 흐름에 대하여 대향, 또는 대략 대향하는 측에 L자형상 부재(13)의 선단부가 향하도록 부착되어 있다.

또 도시되어 있지 않으나 반정류 B의 흐름방향을 약 90도 방향으로 변화되는 부재를 고정적으로 흡입구(9)측에 부착하는 구성도 된다. 정류에 대하여 180도 방향으로 다른 반정류가 경계 부분 C에 부딪히는 것을 피하는 구성으로 하므로서 소용돌이 발생은 거의 억제된다. 소용돌이 발생방지부재를 탄성부재로 하므로서 하상(河床)에 토사의 퇴적물 등 장해물이 있어도 탄성변형에 의해 게이트 펌프를 구성하는 부품의 손상을 회피할 수 있어, 소용돌이 발생방지효과 이외의 효과도 있다. 이상과 같은 구성에 의해 일부 중복되나 결과적으로 다음과 같은 효과가 기대된다.

게이트 펌프 후방에서 돌아오는 흐름을 차단하여 흐름의 경계부분 C를 제거하므로서 수중 소용돌이의 발생을 억제하고 또 커버의 양측부에서 흘러드는 유수를 저해하여 공기흡입 소용돌이 발생을 억제하고, 보다 저수위에서 운전이 가능하다. 또 저수위 운전이 가능하여 종래 게이트 펌프의 운전이 불가능하던 수로에서도 게이트 펌프이 설치가 가능하다.

문본체를 전폐(全閉) 측(側)으로 하강시킬 때 하상에 토사의 퇴적 등 장해물이 있어도 소용돌이 발생방지부재는 유연성이 있어서 그의 탄성변화에 의해 게이트 펌프를 구성하는 부품의 손상을 피하고 문본체를 전폐상태로 하는 것이 가능하다. 하상을 파내리는 등의 필요가 없고 저 코스트의 게이트 펌프의 설치가 가능하다. 또 소용돌이 발생방지부재는 유연성이 있으며, 대략 L자형상이므로 압력의 불균형에 의해 발생하는 수중 소용돌이, 돌아 들어오는 편류(偏流) 소용돌이 등을 탄성변 형에 의해 자동적으로 압력 차를 평형시키어 소용돌이 성장을 억제한다.

수로의 모든 조건에 따라 변화하는 게이트 펌프의 흡입구에 흐름도 탄성변화를 통하여 유연하고 적절하게 추종되어 수중 소용돌이 발생을 억제한다. 사이드 핀은 커버의 양측부에서 떨어져 들어오는 수류를 저해하여 공기흡입 소용돌이의 발생을 억제한다. 또 소용돌이 발생방지부재는 볼트 등에 의해 간소한 구성으로 흡입구측에 부착가능하며 저 코스트의 게이트 펌프의 실현이 가능하다.

이상으로 본 발명의 실시형태에 대하여 설명하였으나 본 발명은 이 실시형태에 한정되는 것이 아님은 말할 것도 없다. 예컨대, 소용돌이 발생방지부재는 합성고무재로 형성하였으나 플라스틱재나 판 스프링 등으로 형성한 것도 된다. 사이드 핀은 커버의 양측에 강판제 평판상의 부재를 수평으로 설치한 것으로 설명하였으나 재질은 다른 것도 되고 수평설치로 한정하는 것은 아니다.

본 발명의 특징은 이상 설명한 바와 같이, 수중펌프의 운전가능한 최저수위를 낮게 설정하는 것이 가능하고 그 위에 공기흡입 소용돌이 등의 영향을 적게 하는 동시 수중 소용돌이의 발생을 방지하고 수중펌프의 운전의 신뢰성을 향상시키는데 있다. 따라서 이 목적, 취지를 이탈하지 않는 범위 내에서 변경이 가능한 것은 말할 것도 없다.

본 발명의 소용돌이 발생방지장치를 구비한 수중펌프는 소용돌이 발생방지부재를 설치함으로서, 소용돌이가 없거나 소용돌이의 발생이 억제된 수중펌프의 운전이 가능하게 되기 때문에 유연하고 안정된 유수의 흡입운전이 가능하여 수중펌프의 운전효율을 향상시킬 수 있다. 또 종래의 수중펌프에 비하여 한층 더 저수위의 운전이 가능하다. 또 간소한 구성으로 하였기 때문에 기능향상에 비하여 저 코스트의 수중펌프로 할 수 있다. 또 소용돌이 발생방지부재를 탄성변형이 가능한 것으로 하였기 때문에 문본체(door body)를 전폐(全閉) 측으로 하강시킬 때 하상(河床)에 토사의 퇴적물 등 장해물이 있더라도 소용돌이 발생방지부재의 탄성변형에 의해 수중펌프를 구성하는 부품의 손상을 회피할 수 있고 문본체를 전폐(全閉)상태로 할 수 있는 등의 효과가 있다.

Claims (11)

1. 수로의 수문의 문본체(door body)에 설치되어 상기 수로의 일방향으로부터 유수(流水)를 흡입하여 상기 수로의 타방향으로 유수를 배수하는 수중펌프로서,

   상기 수중펌프는 횡축타입의 수중펌프이고, 상기 수중펌프의 흡입구 하부 근방에서 흡입되는 유수의 소용돌이 발생을 방지하기 위하여, 상기 수중펌프의 후부측에서 돌아 들어오는 유수의 흐름방향을 변환가능한 소용돌이 발생방지부재를 상기 흡입구 하부 근방에 상기 수로의 수로폭을 따라서, 상기 수로의 유수의 흐름에 대향하는 방향으로 선단을 향하여 설치하고, 적어도 그 선단부분이 탄성변형 가능한 것을 특징으로 하는 소용돌이 발생방지장치를 구비한 수중펌프.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 수중펌프는 횡축타입의 수중펌프로서 흡입구 상부에 커버를 설치한 것을 특징으로 하는 소용돌이 발생방지장치를 구비한 수중펌프.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 소용돌이 발생방지부재는 수로의 유수의 흐름에 대향하는 방향으로 선단을 향하게 하여 단면으로 볼 때, L자형상인 것을 특징으로 하는 소용돌이 발생방지장치를 구비한 수중펌프.
6. 제1항에 있어서, 소용돌이 발생방지부재는 수로의 유수의 흐름에 대향하는 방향으로 선단을 향하게 하여 단면으로 볼 때, 곡선형상인 것을 특징으로 하는 소용돌이 발생방지장치를 구비한 수중펌프.
7. 제1항에 있어서, 소용돌이 발생방지부재는 수로의 유수의 흐름에 대향하는 방향으로 선단을 향하게 하여 단면으로 볼 때, L자형상의 부재가 요동가능하게 된 것을 특징으로 하는 소용돌이 발생방지장치를 구비한 수중펌프.
8. 제3항에 있어서, 커버의 연부(緣部)에 연재(緣材)를 설치한 것을 특징으로 하는 소용돌이 발생방지장치를 구비한 수중펌프.
9. 제5항 또는 제6항에 있어서, 소용돌이 발생방지부재는 합성고무재로 형성된 것을 특징으로 하는 소용돌이 발생방지장치를 구비한 수중펌프.
10. 제5항 또는 제6항에 있어서, 소용돌이 발생방지부재는 플라스틱재로 형성된 것을 특징으로 하는 소용돌이 발생방지장치를 구비한 수중펌프.
11. 제5항 또는 제6항에 있어서, 소용돌이 발생방지부재는 판 스프링재로 형성된 것을 특징으로 하는 소용돌이 발생방지장치를 구비한 수중펌프.

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