KR101335600B1

KR101335600B1 - 쿠션실린더

Info

Publication number: KR101335600B1
Application number: KR1020100109674A
Authority: KR
Inventors: 이봉춘
Original assignee: 주식회사 와이에이치
Priority date: 2010-11-05
Filing date: 2010-11-05
Publication date: 2013-12-02
Also published as: KR20120048181A

Abstract

본 발명은 유체를 이송시키는 배관속에서 발생하는 수격에 대응하여 수격을 완충시키기 위한 쿠션실린더에 관한 것으로, 본 발명은 쿠션실린더의 실린더 상부로 이물질이 들어가지 않도록 쿠션실린더의 상부에 캡이 마련되고, 실린더의 내부에는 쿠션실린더의 쿠션작용시 쿠션효과를 강화하고 디스크에 가해진 압력이 해지되었을 때 피스톤이 원위치로 신속히 복귀할 수 있도록 실린더속에 압축스프링을 마련한 쿠션실린더에 특징이 있다.

Description

쿠션실린더{CUSHION CYLINDER FOR BUFFERING WATER HAMMER}

본 발명은 유체를 이송시키는 배관속에서 발생하는 수격에 대응하여 수격을 완충시키기 위한 쿠션실린더에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 쿠션실린더의 상부로 이물질이 들어가지 않도록 쿠션실린더의 상부를 커버하는 캡을 더 마련하여 피스톤의 복귀를 원할하게 하고, 또한 유압유를 압축한 쿠션실린더의 피스톤이 원위치로 신속하게 복귀되도록 실린더의 내부에 압축스프링을 더 마련함으로써 쿠션실린더의 쿠션성능을 더 향상시킬 수 있는 쿠션실린더에 관한 것이다.

일반적으로, 펌프장에는 기본적으로 펌프와 배관, 서지탱크 그리고 역지밸브, 유량조절밸브, 보수용 차단밸브, 안전변 등이 설치된다. 이 모든 밸브가 펌프장의 정상운전과 안전운전을 위하여 필수적인 장치이나 펌프장이 정전이나 예상하지 못한 사정으로 펌프가 급작스럽게 정지하는 경우 수충격(워터 해머;water hammer)의 발생으로 펌프장 및 그 배관에 치명적인 손상을 주게 된다.

펌프의 비상 정지시 역지밸브로 인한 2차 수충격 방지를 위해서는 적절한 역지밸브의 선택은 필수적이라 할 수 있다.

최근 펌프의 고성능화, 관로의 대구경화 등으로 인하여 기존의 역지밸브로서는 해결할 수 없는 수리조건이 요구되어 고양정, 대유량의 현대식 펌프장에서 안전하게 작동할 수 있으며 현장 수리조건에 최적의 조정이 가능한 역지밸브의 개발되고 있다.

한편, 역지밸브에는 대시포트 실린더(dashpot cylinder)라 불리기도 하는 쿠션실린더(damping cylinder)가 부설되어 있는데, 쿠션실린더의 주된 기능은 역지밸브의 디스크가 부착된 샤프트에 연결되어 펌프의 정지시 역지밸브 디스크의 배면에 가해지는 수격으로부터 배관이나 펌핑설비를 보호하기 위한 수충격 완충 장치이다.

본 발명은 전술한 쿠션실린더와 관련된 발명으로서, 종래의 쿠션실린더가 장착된 역지밸브(10)는 도 1에 예시되어 있다.

역지밸브(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 대직경 배관(도면에는 도시되지 않았음)에 플랜지(11) 이음에 의해 연결되는 역지밸브 케이싱(12)과 케이싱(12)의 내부에 관로를 개폐시키기 위한 디스크가 마련되어 있다.

디스크(15)는 케이싱(12) 밖으로 연장된 보스(14)에 회전가능하게 결합된 축(13)에 부착되어 있고, 디스크(15)가 결합된 축(13)에는 기어박스(30)가 결합되어 있다.

기어박스(30)는 내부에 기어군(31)들이 내장되어 있고, 기어군(31)들은 수동 및 전동식 액츄에이터(40)의 구동축(401)과 연결되어 있다.

또한, 기어박스(30)의 상부에는 액츄레이터(40)과 함께 쿠션실린더(20)가 함께 장착되어 있다. 쿠션실린더(20)는 디스크 축(13)에 장착된 스퍼기어(13a)와 랙크기어(21)로 연결되어 있으며, 이송펌프(도면에는 미도시)의 정지로 인해 디스크(15)의 배면에 수압이 작용하여 디스크 축(13)이 회전하면 랙크기어(21)가 연동한다.

랙크기어(21)는 쿠션실린더(20)의 내부에 마련된 피스톤(23)을 가압하여 실린더(20a)속에 충진된 유압유가 실린더(20a) 밖으로 서서히 배출되도록 함으로써 수격을 완충시키게 된다.

도 2 및 도 3에는 종래의 쿠션실린더(20)의 내부구성을 예시한 종단면도가 도시되어 있는데, 도 2는 쿠션실린더(20)의 작동전 상태를 예시한 단면도이고, 도 3은 쿠션실린더(20)의 작동과정을 예시한 단면도이다.

이송펌프(도면에는 미도시)가 예상하지 못한 이유로 정지되면 도 1에 도시된 바와 같이 디스크(15)의 배면에 작용하는 수격에 의해 디스크(15)가 부착된 축(13)이 회전하면서 스퍼기어(13a)에 맞물린 랙크기어(21)와 함께 피스톤로드(24)가 하강하게 된다.

피스톤로드(24)가 하강하면, 피스톤로드(24)에 부착된 누름부재(25)가 피스톤(23)을 가압하여 피스톤(23)으로 하여금 실린더(20a)내에 충진된 유압유가 협소한 오리피스(27)를 통해 에어 하이드로 컨버터(28)속으로 배출시킴으로써 수격을 완충시키는 작용을 수행하게 된다.

반대로, 역지밸브(10)의 디스크(15)가 개방되는 경우 즉, 피스톤로드(24)가 상승하면서 피스톤(23)에 가해진 누름부재(25)의 압력을 해지되면, 실린더(20a)의 외부에 설치된 에어 하이드로 컨버터(28)에서 크랙킹 압력이 실린더(20a)의 내부로 유입되면서 유압유에 의해 피스톤(23)이 원위치로 복귀하게 된다.

따라서, 상기한 바와 같은 피스톤로드(24)에 고정된 누름부재(25)가 피스톤(23)을 누를 때 까지는 디스크(15)는 신속하게 닫히게 되고, 누름부재가 피스톤(23)에 접촉된 이후에는 유압유의 배출지연으로 디스크(15)의 닫힘속도가 지연되는 작용에 의해 수격을 완충시킬 수 있는 것이다.

그러나, 역지밸브의 디스크가 개방될 때 즉, 피스톤로드(24)가 상승되면서 피스톤(23)을 누르고 있던 누름부재(25)의 압력이 해제되더라도 에어 하이드로 컨버터(28)에 의해 작동되는 피스톤(23)은 원위치(댐핑시작위치)로 즉시 복귀되지 않는다.

따라서, 피스톤(23)이 원위치로 충분히 복귀되지 않은 상태에서 이송펌프가 알 수 없는 이유로 다시 정지할 경우, 피스톤로드(24)의 누름부재(25)가 피스톤(23)를 가압하기 위한 이동거리가 길어지면서 완충작용시 피스톤(23)이 누름부재(25)에 충돌하면서 충돌소음이 크게 발생되고, 급속히 이동하는 누름부재(25)가 피스톤(23)에 도달하는 순간 디스크 축(13)에 심한 비틀림응력이 발생되면서 디스크 축이 부러지는 치명적인 문제를 일으킬 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이 쿠션실린더(20)는 피스톤로드(24)가 댐핑작용(쿠션작용이라고도 함)을 위해 하강하면 실린더의 상부측 내부가 노출되므로 그 속으로 모래나 흙, 낙엽, 나무가지, 우수 혹은 산화된 금속조각 등과 같은 각종 이물질이 유입되면서 피스톤이 상승할 때 피스톤이 원위치로 상승하지 못하거나 우수 등으로 인해 실린더의 내부가 부식되어 피스톤이 원활하게 작동되지 않는 문제를 발생시킨다.

본 발명은 전술한 바와 같이 종래의 쿠션실린더가 지닌 문제점들을 해결하기 위해 창안된 발명으로서, 본 발명의 목적은 쿠션실린더의 상부에 캡을 더 마련하여 실린더속으로 이물질이 유입되는 것을 방지하여 피스톤의 작동을 원활하게 유지하고, 더불어 쿠션실린더의 피스톤로드가 원위치로 복귀할 때 에어 하이드로 컨버터에 의하지 않고 피스톤이 원위치로 신속히 복귀되도록 실린더의 내부에 압축스프링을 설치함으로써 쿠션실린더의 쿠션능력을 더 강화시킬 수 있는 쿠션실린더를 제공하는데 있다.

본 발명의 목적에 따른 쿠션실린더의 해결과제는,

실린더의 내부에 삽입된 피스톤을 관통하면서 승하강되도록 결합되면서, 일측단은 디스크 축과 연동하는 랙크기어를 구비하고, 타측단에는 누름부재가 부착된 피스톤로드와 실린더내에 충진된 유압유의 배출속도를 조절하는 유압유 배출속도 제어용 콘트롤러를 갖추고 유압유를 저장하고 실린더속으로 공급하는 에어 하이드로 컨버터로 구성된 쿠션실린더에 있어서,

실린더의 상단에 누름부재가 부착된 피스톤로드를 커버하는 캡을 더 마련하고, 실린더의 내부에 압축스프링을 내장함으로써 피스톤의 압축작용시 피스톤에 의해 가압되는 유압유의 쿠션작용과 압축스프링의 압축에 따른 탄발작용에 의해 쿠션작용을 수행하고, 피스톤의 상승시 압축스프링의 탄발력에 의해 피스톤이 신속히 원위치되도록 하고, 쿠션실린더의 상부에 캡을 부착함으로써 구현할 수 있다.

본 발명에 의하면, 본 발명의 쿠션실린더는 댐핑작용시 실린더내에 충진된 유압유의 쿠션작용과 압축스프링의 탄성력에 의한 쿠션작용에 의해 쿠션실린더의 목적기능을 강화할 수 있고, 피스톤의 상승동작시 압축스프링의 탄성력에 의해 피스톤을 신속하게 원위치로 복귀시킴으로써 쿠션실린더의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

또한 본 발명은 쿠션실린더의 상부에 설치된 캡에 의해 실린더의 내부로 이물질이 유입되는 것을 방지함으로써 피스톤의 오작동이 발생되지 않으며 실린더의 수명이 단축되는 문제를 해소할 수 있어 보다 쿠션실린더의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 종래의 쿠션실린더가 부착된 역지밸브의 요부단면도,
도 2는 도 1에 도시된 종래의 쿠션실린더의 작동전 상태를 예시한 요부단면도,
도 3은 종래의 쿠션실린더의 작동과정을 도시한 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 쿠션실린더가 부착된 역지밸브의 요부단면도,
도 5는 본 발명에 따른 쿠션실린더의 작동전 상태를 예시한 요부단면도,
도 6은 본 발명에 따른 쿠션실린더의 평면도,
도 7은 본 발명에 따른 쿠션실린더의 작동과정을 도시한 단면도,
도 8a는 본 발명에 따른 쿠션실린더의 변형예를 예시한 단면도,
도 8b는 도 8a의 쿠션실린더를 평면에서 바라본 평면도이다.

이하에서는 본 발명에 따른 쿠션실린더에 대한 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

참고로, 본 발명과 관련하여 첨부된 도 4 내지 도 7에 표기된 참조번호는 도 1 내지 도 3에 도시된 구성에 표기된 참조번호와 구분되도록 세자리수로 표기하였으로, 종래의 쿠션실린더와 본 발명에 따른 쿠션실린더의 구성에서 동일구성에 대하여는 설명은 생략한다.

도 4를 참조하면, 도 4는 본 발명에 따른 쿠션실린더(200)가 장착된 역지밸브(100)의 요부단면도이고, 도 5는 쿠션실린더(200)의 작동전 상태를 예시한 요부단면도이다.

본 발명에 따른 쿠션실린더(200)는 기어박스(300)의 상부에 부착되어 있으며, 기어박스(30)를 통해 디스크(105)의 축(103)에 결합된 스퍼기어(103a)와 랙크기어(201)가 연결되어 있다. 랙크기어(201)는 실린더(200a)의 피스톤로드(204)와 연결되어 있다.

실린더(200a)의 내부에는 피스톤(203), 피스톤로드(204) 및 압축스프링(202)이 설치되어 있다.

피스톤로드(204)는 도 5에 도시된 바와 같이 실린더(200a)의 일측 헤드(200b)를 통과하여 실린더(200a)의 내부에 설치된 피스톤(203)을 슬라이드가능하게 관통되도록 결합되어 있으며, 피스톤(203)과 피스톤로드(204)가 접하는 면에는 실링부재(참조번호 미표시)가 설치되어 있다.

압축스프링(202)은 피스톤(203)의 저면과 실린더(200a)의 바닥면 사이에 위치되어 있으며, 피스톤(203)의 압축작용시 압축스프링(202)이 압축되면서 내재된 탄성력에 의해 피스톤(203)에 가해진 압력이 해제되면 피스톤(203)을 원위치로 복귀시킨다.

피스톤로드(204)의 상단부에는 원주면에 소정길이로 나사산이 형성되어 있고, 그 나사산에 피스톤(203)을 가압하는 누름부재(205)가 잠금너트(206)에 의해 고정되어 있다.

피스톤로드(204)의 하단부에는 도4에 도시된 바와 같이 축(103)에 결합된 스퍼기어(103a)와 랙크기어(201)가 연결되어 있다. 누름부재(205)와 잠금너트(206)의 상부에는 캡(209)에 의해 커버되어 있다.

캡(209)의 내부는 피스톤로드(204)의 승하강 운동에 간섭을 주지 않도록 소정의 길이를 지니고 있고, 내부는 빈 공간을 갖추고 있다.

상기한 캡(209)은 도 6에 도시된 바와 같이 플랜지부(209a)에 마련된 체결공(209b)에 볼트가 체결되어 실린더(200a)의 상면에 부착되어 있다. 캡(209)은 도 7에 도시된 바와 같이 피스톤로드(204)가 하강하였을 때 잠금너트(206)와 실린더(200a) 사이가 외부에 노출되지 않도록 피스톤로드(204)의 상부를 커버함으로 실린더(200a)속으로 이물질이 들어가는 것을 방지할 수 있다.

전술한 바와 같은 본 발명에 따른 쿠션실린더(200)는 도 7에 도시된 바와 같이 누름부재(205)가 피스톤을 가압하면 피스톤(203)이 실린더(200a)내에 충진된 유압유를 압축하면서 동시에 압축스프링(202)도 압축되고, 피스톤(203)에 가해진 누름부재(205)의 압력이 해제되면 압축스프링(202)에 내재된 탄발력에 의해 피스톤(203)이 원위치로 복귀되어진다.

따라서,피스톤로드(204)가 상승할 때 피스톤(203)에 가해진 누름부재(205)의 압력이 해제되면 피스톤(203)은 압축스프링(202)에 의해 원위치로 즉시 복귀하여 댐핑준비 상태로 신속히 회복될 수 있는 것이다.

본 발명에 따른 쿠션실린더의 변형예로서, 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이 쿠션실린더(200)의 일측 헤드(200b)에 피스톤(203)과 연결되도록 길이가 긴 스크류(202b)를 슬라이드가능하게 관통되도록 설치하고, 스크류(202b)에 압축스프링(202a)이 분리되지 않도록 설치하여도 도 5에 도시된 바와 같이 압축스프링(202)을 실린더(200a)내부에 설치한 것과 같은 작용효과를 기대할 수 있다.

200: 쿠션실린더 200a: 실린더
200b: 헤드 202,202a: 압축스프링
202b: 스크류 203: 피스톤
204: 피스톤로드 205: 누름부재
206: 잠금너트 207a: 유량조절밸브
207b: 체크밸브 208: 에어 하이드로 컨버터
209: 캡 300: 기어박스

Claims

삭제
실린더의 내부에 삽입된 피스톤을 관통하면서 승하강되도록 결합되며, 일측단은 디스크축과 연동하는 랙크기어가 연결되고, 타측단에는 누름부재가 부착된 피스톤로드와, 실린더내에 충진된 유압유의 배출유량을 조절하는 콘트롤러를 갖추고 유압유를 저장하고 실린더속으로 공급하는 에어 하이드로 컨버터로 구성된 쿠션실린더에 있어서,
실린더(200a)의 내경에 실링가능하게 결합되는 피스톤(203)과, 상기 피스톤(203)의 내경에 슬라이드가능하게 관통하도록 실린더(200a)의 내부에 결합되는 피스톤로드(204)와;
상기 피스톤로드(204)에 결합되어 피스톤로드(204)의 이동시 상기 피스톤(203)을 가압하는 누름부재(205)와;
상기 피스톤(203)과 실린더 헤드(200b) 사이에 위치된 피스톤로드(204) 둘레에 결합되어 상기 피스톤(203)에 탄발력을 제공하는 압축스프링(202)과;
상기 실린더(200a)속으로 출입하는 피스톤로드(204)를 커버하고 상기 피스톤로드가 출입하는 실린더(200a) 통로사이로 이물질이 유입되지 않도록 실린더(200a)의 일측 실린더 헤드(200b)에 피스톤로드(204)를 커버하는 캡(209)이 부착되고, 상기 피스톤(203)과 함께 운동하도록 상기 피스톤(203)에 결합되고, 상기 실린더 헤드(200b)에 슬라이드가능하게 결합되는 스크류(202b)와;
상기 스크류(202b)가 실린더(200a)밖으로 원위치하도록 상기 스크류(202b)와 실린더 헤드(200b)사이에 결합된 압축스프링(202a)이 마련된 것을 특징으로 하는 쿠션실린더.