KR101186507B1 - 볼텍스 파인더 길이 조절이 가능한 하이드로사이클론과, 이를 이용한 준설 퇴적토 골재 분리 장치 및 방법 - Google Patents

볼텍스 파인더 길이 조절이 가능한 하이드로사이클론과, 이를 이용한 준설 퇴적토 골재 분리 장치 및 방법 Download PDF

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C5/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
    • B04C5/12—Construction of the overflow ducting, e.g. diffusing or spiral exits
    • B04C5/13—Construction of the overflow ducting, e.g. diffusing or spiral exits formed as a vortex finder and extending into the vortex chamber; Discharge from vortex finder otherwise than at the top of the cyclone; Devices for controlling the overflow
    • B04C2005/133—Adjustable vortex finder

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  • Separation Of Solids By Using Liquids Or Pneumatic Power (AREA)
  • Treatment Of Sludge (AREA)

Abstract

본 발명은 볼텍스 파인더 길이 조절이 가능한 하이드로사이클론과, 이를 이용한 준설 퇴적토 골재 분리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 원추형으로 형성되는 케이스와; 상기 케이스의 상단 측면에서 수평 방향으로 돌출 형성되는 인렛 파이프와; 상기 케이스의 저면에 형성되는 오버플로우 오리피스와; 상기 케이스의 상면 중앙부에서 수직으로 형성되되, 승하강되도록 설치되는 볼텍스 파인더로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면 선별 입경을 결정할 수 있는 인자 중의 하나인 하이드로사이클론의 상부에 설치된 미세토를 수집하는 볼텍스 파인더의 용기에 삽입길이를 변경할 수 있도록 구성함으로써 다양한 조건에서 유입되는 준설토의 성상에 따라 현장에서 그 길이를 변경할 수 있도록 하여 균질한 분리능을 유지할 수 있고, 삽입길이를 변경으로도 필요한 입경만을 선별하여 재활용할 수 있다.

Description

볼텍스 파인더 길이 조절이 가능한 하이드로사이클론과, 이를 이용한 준설 퇴적토 골재 분리 장치 및 방법{HYDROCYCLONE FOR CONTROLING LENGTH OF VORTEX FINDER, APPARATUS AND METHOD FOR SEPARATING AGGREGATE OF DREDGE DEPOSIT SOIL USING THEREOF}
본 발명은 볼텍스 파인더 길이 조절이 가능한 하이드로사이클론과, 이를 이용한 준설 퇴적토 골재 분리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 선별 입경을 결정할 수 있는 인자 중의 하나인 하이드로사이클론의 상부에 설치된 미세토를 수집하는 볼텍스 파인더의 용기에 삽입길이를 변경할 수 있도록 하는 볼텍스 파인더 길이 조절이 가능한 하이드로사이클론과, 이를 이용한 준설 퇴적토 골재 분리 장치 및 방법에 관한 것이다.
하천, 호소, 관거, 항만에는 다양한 입자물질의 퇴적이 발생하는데, 이들 퇴적물은 다양한 오염물질을 함유하고 있을 뿐만 아니라 통수능을 제한하는데 이를 방지하지 위하여 준설을 실시하게 되며, 규모에 따라서는 국가적인 대형 사업에 이른다.
준설 퇴적토는 다양한 입자분포와 오염도 분포를 나타내는데, 대량의 준설토 발생시 처리 및 처분의 문제가 따르며 이를 위해 적정 처리 및 준설토 내 유효한 골재를 선별하여 재활용할 수 있도록 다양한 기술들이 개발되고 있다.
일반적인 준설토 선별 방법은 체가름 등의 물리적인 방법을 적용하여 입경별로 분리하는데, 입경 2.0㎜ 이상은 선별이 용이하나 그 이하의 입경에서는 준설토의 수분 등의 영향으로 어려움이 발생한다. 이를 위하여 하이드로사이클론 공정을 포함하여 미세한 입경의 준설토를 선별하게 된다.
사이클론(cyclone)은 기술적으로 다양한 현장에 넓게 이용하고 있다. 예를 들자면, 사이클론은 가스 정화, 연소, 분무, 분말 분류 등에 이용되며 고액분리에 이용된다. 사이클론은 액상을 처리하기 위해 특별히 고안되었는데 이를 수력학적 사이클론이나 하이드로사이클론(hydrocyclone)이라 명명한다.
사이클론의 기본적인 분리 원리는 원심력 침전이다. 즉, 부유입자들은 유체로부터 그 입자들을 분리시키게 하는 원심가속도의 영향을 받는다. 원심분리기와 다른 점은 사이클론에는 움직이는 부분이 없고, 유체 자체의 힘에 의해서 필요한 선회 운동(vortex motion)이 이루어진다.
하이드로사이클론은 원추부에 실린더가 결합된 형태로 되어 있다. 유체속에 있는 부유입자는 실린더 상단에 위치한 유입구를 통하여 접선방향으로 유입된다. 접선방향 유입으로 인해 강력한 소용돌이 움직임이 사이클론내부에서 일어난다. 미세입자를 포함한 유체의 일부는 중앙상부에 고정되어 있는 실린더관을 통하여 배출되게 되고, 실린더 내부로 약간의 거리를 두게 된다. 여기서 이 배출관을 오버플로우 파이프(overflow pipe) 또는 볼텍스 파인더(vortex finder)라 부른다. 잔존하는 액상이나 굵은입자는 원추부 아래쪽에 위치한 원형개방부를 통하여 제거되는데, 이 부분을 언더플로우 오리피스(underflow orifice)라 부른다.
미세준설토를 선별하기 위하여 적용되는 하이드로사이클론은 상기 설명된 볼텍스 파인더가 고정되어 있어 준설토의 성상을 토대로 설계된 조건 이외의 준설토가 유입시 목표로 하는 선별 효과를 이루지 못하는 문제점이 있다.
특히, 준설토의 성상이 균질하지 못한 경우 대표치에 의하여 결정된 준설토의 성상을 근거로 설계된 하이드로사이클론 적용시 균질한 입경별 분리 목표치를 달성하기 어렵다. 쉽게 설명하면 동일한 현장에서 준설된 토사라 하더라도 입경분포가 다양할 것이며, 대부분의 오염물질을 함유하고 있는 미세토의 경우 그 한계입경이 각각 다를 것이다. 예를 들어 A구역의 오염 최대입경은 1㎜인 반면, B구역의 오염 최대 입경이 0.5㎜라고 했을 때 B구역의 준설토 조건으로 하이드로사이클론을 설계하였을 경우 A구역의 토사 유입시 입경 0.5~1㎜ 사이의 오염토는 분리되지 못하고 재활용이 가능한 비오염 골재에 혼입되어 추가적인 세척이 요구된다. 이는 곧바로 준설토 처리 비용 및 시간의 증가로 이어진다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 선별 입경을 결정할 수 있는 인자 중의 하나인 하이드로사이클론의 상부에 설치된 미세토를 수집하는 볼텍스 파인더의 용기에 삽입길이를 변경할 수 있도록 구성함으로써 다양한 조건에서 유입되는 준설토의 성상에 따라 현장에서 그 길이를 변경할 수 있도록 하여 균질한 분리능을 유지할 수 있고, 삽입길이를 변경으로도 필요한 입경만을 선별하여 재활용할 수 있도록 하는 볼텍스 파인더 길이 조절이 가능한 하이드로사이클론과, 이를 이용한 준설 퇴적토 골재 분리 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 현재 지정폐기물로 지정되어 폐기되거나 재활용시 전체 준설토의 적절한 물리/화학적 처리를 통하여 재활용할 수 있도록 되어 있는 준설퇴적물을 입경별로 분리함으로써 오염도로 인하여 폐기해야 할 퇴적물과 오염되지 않아 재활용이 가능한 퇴적물로 현장에 분리하여 재활용률을 제고할 뿐 아니라 처리비용을 절감할 수 있도록 하는 볼텍스 파인더 길이 조절이 가능한 하이드로사이클론과, 이를 이용한 준설 퇴적토 골재 분리 장치 및 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,
원추형으로 형성되는 케이스와; 상기 케이스의 상단 측면에서 수평 방향으로 돌출 형성되는 인렛 파이프와; 상기 케이스의 저면에 형성되는 오버플로우 오리피스와; 상기 케이스의 상면 중앙부에서 수직으로 형성되되, 승하강되도록 설치되는 볼텍스 파인더로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 케이스는 상기 볼텍스 파인더가 나사 결합되어 승하강 및 지지되도록 상면 중앙부의 내측에 제 1나사탭의 형성된 원통형의 체결 부재가 설치된다.
여기에서 또한, 상기 체결 부재는 외륜에 기어가 형성되고, 내륜에 상기 제 1나사탭이 형성된 선회 베어링이다.
여기에서 또, 상기 선회 베어링에는 외부의 제어에 따라 상기 외륜의 기어와 치합되어 상기 내륜을 회전시켜 상기 제 1나사탭과 체결된 상기 하이드로사이클론의 볼텍스 파인더의 길이를 조정하는 스텝 모터가 더 구비된다.
여기에서 또, 상기 볼텍스 파인더는 상기 체결 부재와 체결되도록 외측면 상단에 제 2나사탭이 형성된다.
여기에서 또, 상기 볼텍스 파인더는 상기 케이스의 경사면 시작점으로부터 상기 오버플로우 오리피스의 끝점까지의 거리중 40% 지점까지 길이가 조정된다.
본 발명의 다른 특징은,
지상으로 준설된 후 체가름된 2㎜ 이하의 입경을 갖는 준설 퇴적토가 유입되어 물과 1:1의 비율로 혼합되어 저장되는 저장조와; 상기 저장조에 저장된 혼합액을 압송하는 압송 펌프와; 상기 압송 펌프로부터 압송되는 혼합액을 인렛 파이프로 유입받아 볼텍스 파인더의 길이 조절을 통해 준설 퇴적토를 입경별로 분리하여 상대적으로 작은 입경의 준설 퇴적토가 포함된 혼합액을 상기 볼텍스 파인더를 통해 배출하고, 상대적으로 큰 입경의 준설 퇴적토가 포함된 혼합액을 오버플로우 오리피스를 통해 배출하는 하이드로사이클론과; 상기 하이드로사이클론의 볼텍스 파인더에서 배출되는 혼합액이 저장되는 제 1배플; 및 상기 하이드로사이클론의 오버플로우 오리피스에서 배출되는 혼합액이 저장되는 제 2배플로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 하이드로사이클론은 이의 상면 중앙부에서 수직으로 상기 볼텍스 파인더가 나사 결합되어 승하강 및 지지되도록 이의 상면 중앙부의 내측에 제 1나사탭의 형성된 원통형의 체결 부재가 설치가 설치된다.
여기에서 또, 상기 볼텍스 파인더는 상기 체결 부재와 체결되도록 외측면 상단에 제 2나사탭이 형성된다.
여기에서 또, 상기 볼텍스 파인더는 상기 케이스의 경사면 시작점으로부터 상기 오버플로우 오리피스의 끝점까지의 거리중 40% 지점까지 길이가 조정된다.
여기에서 또, 상기 하이드로사이클론의 체결 부재는 외륜에 기어가 형성되고, 내륜에 상기 제 1나사탭이 형성된 선회 베어링이다.
여기에서 또, 상기 선회 베어링에는 상기 외륜의 기어와 치합되어 상기 내륜을 회전시켜 상기 제 1나사탭과 체결된 상기 하이드로사이클론의 볼텍스 파인더의 길이를 조정하는 스텝 모터가 더 구비된다.
여기에서 또, 상기 볼텍스 파인더 길이 조절이 가능한 하이드로사이클론을 이용한 준설 퇴적토 골재 분리 장치는 스텝 모터는 상기 저장조에 설치되고, 상기 저장조에 저장된 혼합액의 준설 퇴적토의 평균 입경을 체크하는 파티클 센서와; 상기 저장조에 설치되고, 상기 저장조에 저장된 혼합액의 오염 성상을 체크하는 탁도 센서; 및 상기 파티클 센서 및 탁도 센서로부터 입력되는 센싱값에 따라 상기 스텝 모터의 회전량을 제어하여 입도 및 오염도에 따라 상기 하이드로사이클론의 볼텍스 파인더의 길이를 조정하는 컨트롤러를 더 포함한다.
여기에서 또, 상기 압송 펌프와 하이드로사이클론의 관로 상에는 관로 내부의 압력을 확인하는 압력계가 더 설치된다.
여기에서 또, 상기 압송 펌프에는 상기 압송 펌프의 유속을 조절하는 인버터가 구비된다.
본 발명의 또 다른 특징은,
상기의 준설 퇴적토 골재 분리 장치를 이용한 볼텍스 파인더 길이 조절이 가능한 하이드로사이클론을 이용한 준설 퇴적토 골재 분리 방법에 있어서, 지상으로 준설된 후 체가름된 2㎜ 이하의 입경을 갖는 준설 퇴적토를 물과 1:1의 비율로 혼합하여 저장조에 저장하는 저장 공정과; 상기 저장조에 저장된 혼합액을 압송 펌프를 통해 하이드로사이클론으로 압송하는 압송 공정과; 혼합액을 하이드로사이클론의 인렛 파이프로 유입하고, 볼텍스 파인더의 길이 조절을 통해 준설 퇴적토를 입경별로 분리하여 상대적으로 작은 입경의 준설 퇴적토가 포함된 혼합액을 상기 볼텍스 파인더를 통해 배출하고, 상대적으로 큰 입경의 준설 퇴적토가 포함된 혼합액을 오버플로우 오리피스를 통해 배출하는 분리 공정; 및 상기 하이드로사이클론의 볼텍스 파인더에서 배출되는 혼합액을 제 1배플에 저장하고, 상기 하이드로사이클론의 오버플로우 오리피스에서 배출되는 혼합액을 제 2배플에 저장하는 저장 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 분리 공정은 상기 저장조의 혼합액의 준설 퇴적토의 평균 입경과, 오염 성상을 체크하여 입도 및 오염도에 따라 상기 하이드로사이클론의 볼텍스 파인더의 길이를 자동 또는 수동으로 조정한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명인 볼텍스 파인더 길이 조절이 가능한 하이드로사이클론과, 이를 이용한 준설 퇴적토 골재 분리 장치 및 방법에 따르면, 선별 입경을 결정할 수 있는 인자 중의 하나인 하이드로사이클론의 상부에 설치된 미세토를 수집하는 볼텍스 파인더의 용기에 삽입길이를 변경할 수 있도록 구성함으로써 다양한 조건에서 유입되는 준설토의 성상에 따라 현장에서 그 길이를 변경할 수 있도록 하여 균질한 분리능을 유지할 수 있고, 삽입길이를 변경으로도 필요한 입경만을 선별하여 재활용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 현재 지정폐기물로 지정되어 폐기되거나 재활용시 전체 준설토의 적절한 물리/화학적 처리를 통하여 재활용할 수 있도록 되어 있는 준설퇴적물을 입경별로 분리함으로써 오염도로 인하여 폐기해야 할 퇴적물과 오염되지 않아 재활용이 가능한 퇴적물로 현장에 분리하여 재활용률을 제고할 뿐 아니라 처리비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 볼텍스 파인더 길이 조절이 가능한 하이드로사이클론의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 볼텍스 파인더 길이 조절이 가능한 하이드로사이클론의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 3의 측단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 볼텍스 파인더 길이 조절이 가능한 하이드로사이클론을 이용한 준설 퇴적토 골재 분리 장치의 구성을 나타낸 계통도이다.
도 6은 본 발명에 따른 볼텍스 파인더 길이 조절이 가능한 하이드로사이클론을 이용한 준설 퇴적토 골재 분리 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 7 내지 도 10은 본 발명에 따른 볼텍스 파인더 길이 조절이 가능한 하이드로사이클론의 모델링 결과를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 볼텍스 파인더 길이 조절이 가능한 하이드로사이클론의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 볼텍스 파인더 길이 조절이 가능한 하이드로사이클론의 구성을 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 측단면도이며, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 볼텍스 파인더 길이 조절이 가능한 하이드로사이클론의 구성을 나타낸 사시도이고, 도 4는 도 3의 측단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 볼텍스 파인더 길이 조절이 가능한 하이드로사이클론(1)은 케이스(10)와, 인렛 파이프(20)와, 오버플로우 오리피스(30)와, 볼텍스 파인더(40)로 구성된다.
먼저, 케이스(10)는 통상의 형태로 원추형으로 형성되고, 상면 중앙부 내측에 제 1나사탭(11)의 형성된 원통형의 체결 부재(13)가 설치된다. 여기에서, 체결 부재(13)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 너트로 형성될 수도 있고, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 외륜(13a)에 기어(13b)가 형성되고, 내륜(13c)에 제 1나사탭(11)이 형성된 선회 베어링이 적용될 수도 있다. 이때, 선회 베어링이 적용되는 경우에는 외륜(13a)의 기어(13b)와 치합되고, 외부의 제어에 따라 회전되어 내륜(13c)을 회전시켜 제 1나사탭(11)과 체결된 하기에서 설명할 볼텍스 파인더(40)의 돌출 길이를 조정하는 스텝 모터(50)가 더 구비될 수 있다. 이때, 스텝 모터(50)의 회전추고가 외륜(13a)의 기어(13b)는 체인(51)으로 연결되는 것이 바람직하고, 회전축과 기어(13b)가 직접 연결될 수도 있다.
그리고, 인렛 파이프(20)는 통상의 형태로 케이스의 상단 측면에서 수평 방향으로 돌출 형성된다.
또한, 오버플로우 오리피스(30)는 통상의 형태로 케이스(10)의 저면에 형성된다.
또, 볼텍스 파인더(40)는 상하단이 개방된 원통형으로 형성되어 케이스(10)의 상면 중앙부에서 수직으로 설치되고, 체결 부재(13)와 체결되도록 외측면 상단에 제 2나사탭(41)이 형성된다. 여기에서, 볼텍스 파인더(40)는 케이스(10)의 경사면 시작점(S1)으로부터 오버플로우 오리피스(30)의 끝점(S2)까지의 거리(L1)중 시작점(S1)으로부터 끝점(S2)으로 40% 지점까지 길이가 조정된다. 즉, 거리(L1)가 1m인 경우 볼텍스 파인더(40)의 길이는 40㎝가 조정된다.
이하, 본 발명에 따른 볼텍스 파인더 길이 조절이 가능한 하이드로사이클론을 이용한 준설 퇴적토 골재 분리 장치의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명에 따른 볼텍스 파인더 길이 조절이 가능한 하이드로사이클론을 이용한 준설 퇴적토 골재 분리 장치의 구성을 나타낸 계통도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 볼텍스 파인더 길이 조절이 가능한 하이드로사이클론을 이용한 준설 퇴적토 골재 분리 장치(100)는, 저장조(110)와, 압송 펌프(120)와, 하이드로사이클론(1)과, 제 1배플(130)과, 제 2배플(140)로 구성된다.
먼저, 저장조(110)는 지상으로 준설된 후 체가름된 2㎜ 이하의 입경을 갖는 준설 퇴적토가 유입되어 물과 1:1의 비율로 혼합되어 저장된다. 여기에서, 저장조(110)에는 교반기(111)가 구비되는 것이 바람직하다.
그리고, 압송 펌프(120)는 저장조(110)에 저장된 혼합액을 관로를 통해 하기에서 설명할 하이드로사이클론(1)으로 압송한다. 여기에서, 압송 펌프(120)에는 압송 펌프(120)의 유속을 조절하는 인버터(121)가 구비된다. 여기에서 또한, 관로 상에는 관로 내부의 압력을 확인하는 압력계(123)가 더 설치된다.
또한, 하이드로사이클론(1)은 상기와 동일한 구성이고, 압송 펌프(120)와 관로 상으로 연결된다.
또, 제 1배플(baffle)(130)은 하이드로사이클론(1)의 볼텍스 파인더(40)에서 배출되는 상대적으로 작은 입경의 준설 퇴적토가 포함된 혼합액이 저장된다.
한편, 제 2배플(baffle)(140)은 하이드로사이클론(1)의 오버플로우 오리피스(30)에서 배출되는 상대적으로 큰 입경의 준설 퇴적토가 포함된 혼합액이 저장된다.
그리고, 하이드로사이클론(1)에 설치된 스텝 모터는 수동 또는 자동으로 조절될 수 있다.
스텝 모터(50)가 자동으로 조정되는 경우에는 파티클 센서(150)와, 탁도 센서(160)와, 컨트롤러(170)가 더 구비된다.
파티클 센서(150)는 저장조(110)에 설치되고, 저장조(110)에 저장된 혼합액의 준설 퇴적토의 평균 입경을 체크한다.
탁도 센서(160)는 저장조(110)에 설치되고, 저장조(110)에 저장된 혼합액의 오염 성상을 체크한다.
컨트롤러(170)는 파티클 센서(150) 및 탁도 센서(160)로부터 입력되는 센싱값에 따라 스텝 모터(50)의 회전량을 제어하여 입도 및 오염도에 따라 하이드로사이클론(1)의 볼텍스 파인더(40)의 길이를 기설정값에 따라 조정한다. 이때, 컨트롤러(170)는 파티클 센서(150) 및 탁도 센서(160)로부터 입력되는 센싱값을 기준값과 비교하여 기준값과의 차이값을 테이블과 비교하여 기설정값을 추출하고, 이를 통해 조정한다. 또한, 컨트롤러(170)는 압력계(123)로부터 출력되는 값을 통해 인버터(121)를 제어하여 압송 펌프(120)의 유속을 조절할 수도 있다.
이하, 본 발명에 따른 볼텍스 파인더 길이 조절이 가능한 하이드로사이클론을 이용한 준설 퇴적토 골재 분리 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 6은 본 발명에 따른 볼텍스 파인더 길이 조절이 가능한 하이드로사이클론을 이용한 준설 퇴적토 골재 분리 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
지상으로 준설된 후 체가름된 2㎜ 이하의 입경을 갖는 준설 퇴적토를 물과 1:1의 비율로 혼합하여 저장조(110)에 저장한다(S100).
그리고, 저장조(110)에 저장된 혼합액을 압송 펌프(120)를 통해 하이드로사이클론(1)으로 압송한다(S120).
그러면, 혼합액이 하이드로사이클론(1)의 인렛 파이프(20)로 유입되고, 볼텍스 파인더(40)의 길이에 따라 준설 퇴적토가 입경별로 분리되어 상대적으로 작은 입경의 준설 퇴적토가 포함된 혼합액이 볼텍스 파인더(40)를 통해 배출되고, 상대적으로 큰 입경의 준설 퇴적토가 포함된 혼합액이 오버플로우 오리피스(30)를 통해 배출된다. 이때, 컨트롤러(170)는 파티클 센서(150) 및 탁도 센서(160)로부터 입력되는 센싱값에 따라 스텝 모터(50)의 회전량을 제어하여 입도 및 오염도에 따라 하이드로사이클론(1)의 볼텍스 파인더(40)의 삽입 길이를 기설정값에 따라 조정한다(S130).
이로 인해, 하이드로사이클론(1)의 볼텍스 파인더(40)에서 배출되는 혼합액이 제 1배플(130)에 저장되고, 하이드로사이클론(1)의 오버플로우 오리피스(30)에서 배출되는 혼합액이 제 2배플(140)에 저장된다(S140).
한편, 본 발명에 따른 볼텍스 파인더 길이 조절이 가능한 하이드로사이클론의 모델링을 실시하였다.
하이드로사이클론의 구동(동력)조건은 고정하고, 볼텍스 파인더의 삽입길이의 변화만의 특성을 살펴보기 위하여 모델링을 실시하였다.
구동조건을 고정한 이유는 실제 준설토 선별 현장에서 구동조건을 바꾸는 것은 용이하지 않기 때문에 본 발명에 따른 볼텍스 파인더의 삽입길이를 조정하여 사이클론 내부의 속도변화를 모델링하였다. 사이클론 케이스 내부의 유속이 증가할수록 미세한 입경을 선별할 수 있다고 판단하면 된다.
(1) 해석 형상 및 조건
해석조건, 작동 유체 기본조건, 볼텍스 파인더의 내부 길이 등의 조건 등은 아래의 표 1에 나타내었으며, 기본적인 모델구조는 도 7에 나타내었다.
해석 조건 적동유체 볼텍스 파인더 삽입길이
- 유입속도 : 0.8m/s
- 유출구 : 대기압		 - 밀도 : 1000 kg/m3
- 점도 : 0.003 kg/m??s		 130, 180, 230 mm
(2) 해석결과
① 속도 등고선(contour) 및 백터 결과
볼텍스 파인더의 내부길이, 즉 삽입길이가 230mm를 가지는 경우 속도 등고선 및 백터의 모델링 결과는 다음 도 8과 같다.
볼텍스 파인더 내부길이 변화에 따른 속도 등고선의 변화 결과는 섹션 위치에 따라 다음 도 9 및 도 10에 나타내었다.
② 유출 속도 비교 결과
볼텍스 파인더 내부길이를 130mm～230mm까지 변화시킬 경우 삽입길이가 길어짐에 따라 유속이 점차 증가하는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 하이드로사이클론 제작시 볼텍스 파인더를 수직방향으로 움직이게 설계할 경우 현장에서 분리 효율을 조절할 수 있다. 즉 삽입길이가 클수록 입경이 작은 준설토사를 선별할 수 있게 된다.
본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
1 : 하이드로사이클론 10 : 케이스
20 : 인렛 파이프 30 : 오버플로우 오리피스
40 : 볼텍스 파인더 50 : 스텝모터
100 : 준설 퇴적토 골재 분리 장치
110 : 저장조 120 : 압송 펌프
130, 140 : 제 1, 2배플 150 : 파티클 센서
160 : 탁도 센서 170 : 컨트롤러

Claims (17)

  1. 원추형으로 형성되는 케이스와;
    상기 케이스의 상단 측면에서 수평 방향으로 돌출 형성되는 인렛 파이프와;
    상기 케이스의 저면에 형성되는 오버플로우 오리피스와;
    상기 케이스의 상면 중앙부에서 수직으로 형성되되, 승하강되도록 설치되는 볼텍스 파인더로 이루어지는 것을 특징으로 하는 볼텍스 파인더 길이 조절이 가능한 하이드로사이클론.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스는,
    상기 볼텍스 파인더가 나사 결합되어 승하강 및 지지되도록 상면 중앙부의 내측에 제 1나사탭의 형성된 원통형의 체결 부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 볼텍스 파인더 길이 조절이 가능한 하이드로사이클론.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 체결 부재는,
    외륜에 기어가 형성되고, 내륜에 상기 제 1나사탭이 형성된 선회 베어링인 것을 특징으로 하는 볼텍스 파인더 길이 조절이 가능한 하이드로사이클론.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 선회 베어링에는,
    외부의 제어에 따라 상기 외륜의 기어와 치합되어 상기 내륜을 회전시켜 상기 제 1나사탭과 체결된 상기 하이드로사이클론의 볼텍스 파인더의 길이를 조정하는 스텝 모터가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 볼텍스 파인더 길이 조절이 가능한 하이드로사이클론.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 볼텍스 파인더는,
    상기 체결 부재와 체결되도록 외측면 상단에 제 2나사탭이 형성되는 것을 특징으로 하는 볼텍스 파인더 길이 조절이 가능한 하이드로사이클론.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 볼텍스 파인더는,
    상기 케이스의 경사면 시작점으로부터 상기 오버플로우 오리피스의 끝점까지의 거리중 40% 지점까지 길이가 조정되는 것을 특징으로 하는 볼텍스 파인더 길이 조절이 가능한 하이드로사이클론.
  7. 지상으로 준설된 후 체가름된 2㎜ 이하의 입경을 갖는 준설 퇴적토가 유입되어 물과 1:1의 비율로 혼합되어 저장되는 저장조와;
    상기 저장조에 저장된 혼합액을 압송하는 압송 펌프와;
    상기 압송 펌프로부터 압송되는 혼합액을 인렛 파이프로 유입받아 볼텍스 파인더의 길이 조절을 통해 준설 퇴적토를 입경별로 분리하여 상대적으로 작은 입경의 준설 퇴적토가 포함된 혼합액을 상기 볼텍스 파인더를 통해 배출하고, 상대적으로 큰 입경의 준설 퇴적토가 포함된 혼합액을 오버플로우 오리피스를 통해 배출하는 하이드로사이클론과;
    상기 하이드로사이클론의 볼텍스 파인더에서 배출되는 혼합액이 저장되는 제 1배플; 및
    상기 하이드로사이클론의 오버플로우 오리피스에서 배출되는 혼합액이 저장되는 제 2배플로 이루어지는 것을 특징으로 하는 볼텍스 파인더 길이 조절이 가능한 하이드로사이클론을 이용한 준설 퇴적토 골재 분리 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 하이드로사이클론은,
    이의 상면 중앙부에서 수직으로 상기 볼텍스 파인더가 나사 결합되어 승하강 및 지지되도록 이의 상면 중앙부의 내측에 제 1나사탭의 형성된 원통형의 체결 부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 볼텍스 파인더 길이 조절이 가능한 하이드로사이클론을 이용한 준설 퇴적토 골재 분리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 볼텍스 파인더는,
    상기 체결 부재와 체결되도록 외측면 상단에 제 2나사탭이 형성되는 것을 특징으로 하는 볼텍스 파인더 길이 조절이 가능한 하이드로사이클론을 이용한 준설 퇴적토 골재 분리 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 볼텍스 파인더는,
    상기 케이스의 경사면 시작점으로부터 상기 오버플로우 오리피스의 끝점까지의 거리중 40% 지점까지 길이가 조정되는 것을 특징으로 하는 볼텍스 파인더 길이 조절이 가능한 하이드로사이클론을 이용한 준설 퇴적토 골재 분리 장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 하이드로사이클론의 체결 부재는,
    외륜에 기어가 형성되고, 내륜에 상기 제 1나사탭이 형성된 선회 베어링인 것을 특징으로 하는 볼텍스 파인더 길이 조절이 가능한 하이드로사이클론을 이용한 준설 퇴적토 골재 분리 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 선회 베어링에는,
    상기 외륜의 기어와 치합되어 상기 내륜을 회전시켜 상기 제 1나사탭과 체결된 상기 하이드로사이클론의 볼텍스 파인더의 길이를 조정하는 스텝 모터가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 볼텍스 파인더 길이 조절이 가능한 하이드로사이클론을 이용한 준설 퇴적토 골재 분리 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 볼텍스 파인더 길이 조절이 가능한 하이드로사이클론을 이용한 준설 퇴적토 골재 분리 장치는,
    상기 저장조에 설치되고, 상기 저장조에 저장된 혼합액의 준설 퇴적토의 평균 입경을 체크하는 파티클 센서와;
    상기 저장조에 설치되고, 상기 저장조에 저장된 혼합액의 오염 성상을 체크하는 탁도 센서; 및
    상기 파티클 센서 및 탁도 센서로부터 입력되는 센싱값에 따라 상기 스텝 모터의 회전량을 제어하여 입도 및 오염도에 따라 상기 하이드로사이클론의 볼텍스 파인더의 길이를 조정하는 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 볼텍스 파인더 길이 조절이 가능한 하이드로사이클론을 이용한 준설 퇴적토 골재 분리 장치.
  14. 제 7 항에 있어서,
    상기 압송 펌프와 하이드로사이클론의 관로 상에는,
    관로 내부의 압력을 확인하는 압력계가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 볼텍스 파인더 길이 조절이 가능한 하이드로사이클론을 이용한 준설 퇴적토 골재 분리 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 압송 펌프에는,
    상기 압송 펌프의 유속을 조절하는 인버터가 구비되는 것을 특징으로 하는 볼텍스 파인더 길이 조절이 가능한 하이드로사이클론을 이용한 준설 퇴적토 골재 분리 장치.
  16. 제 7 항의 준설 퇴적토 골재 분리 장치를 이용한 볼텍스 파인더 길이 조절이 가능한 하이드로사이클론을 이용한 준설 퇴적토 골재 분리 방법에 있어서,
    지상으로 준설된 후 체가름된 2㎜ 이하의 입경을 갖는 준설 퇴적토를 물과 1:1의 비율로 혼합하여 저장조에 저장하는 저장 공정과;
    상기 저장조에 저장된 혼합액을 압송 펌프를 통해 하이드로사이클론으로 압송하는 압송 공정과;
    혼합액을 하이드로사이클론의 인렛 파이프로 유입하고, 볼텍스 파인더의 길이 조절을 통해 준설 퇴적토를 입경별로 분리하여 상대적으로 작은 입경의 준설 퇴적토가 포함된 혼합액을 상기 볼텍스 파인더를 통해 배출하고, 상대적으로 큰 입경의 준설 퇴적토가 포함된 혼합액을 오버플로우 오리피스를 통해 배출하는 분리 공정; 및
    상기 하이드로사이클론의 볼텍스 파인더에서 배출되는 혼합액을 제 1배플에 저장하고, 상기 하이드로사이클론의 오버플로우 오리피스에서 배출되는 혼합액을 제 2배플에 저장하는 저장 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 볼텍스 파인더 길이 조절이 가능한 하이드로사이클론을 이용한 준설 퇴적토 골재 분리 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 분리 공정은,
    상기 저장조의 혼합액의 준설 퇴적토의 평균 입경과, 오염 성상을 체크하여 입도 및 오염도에 따라 상기 하이드로사이클론의 볼텍스 파인더의 길이를 자동 또는 수동으로 조정하는 것을 특징으로 하는 볼텍스 파인더 길이 조절이 가능한 하이드로사이클론을 이용한 준설 퇴적토 골재 분리 방법.
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