KR101355949B1 - 플랩게이트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플랩게이트에 관한 것으로, 일단이 단말부 상측 전면에 힌지결합되고 타단이 수문본체의 양측에 힌지결합되어서 수문본체의 개폐를 안내하는 연결유니트; 일단은 수문본체의 상부에 결합되고 수로 상류측으로 양측 끝이 굽은 외팔보 형태로 연장된 균형암과, 균형암의 타단에 결합된 균형추를 포함하는 균형추부; 수문본체의 수로 내측 하부에 설치되고 스킨플레이트와 이에 설치된 격벽판으로 이루어져서 수문본체의 하부에 진공을 형성하는 부력챔버; 수문본체를 폐쇄시 외수의 내수측 역류를 차단시키고, 개방시 균형추부 및 부력챔버에 의해 내외수의 수위차가 발생되면 개방되도록 구성된다.
따라서, 연결유니트와 균형추 및 부력챔버가 유기적으로 작용하여 수문본체를 폐쇄시 외수의 내수측 역류를 차단시키고, 개방시 내외수의 작은 수위차에도 쉽게 개방된다.

Description

플랩게이트{Flap Gate}

본 발명은 플랩게이트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강, 하천의 제방, 방조제 또는 배수펌프장의 토출구에 구축된 수로의 박스구조물의 단말 개구부에 문틀과 이에 상하 회동개폐가 되도록 수문본체가 구성되며, 외수위가 내수위보다 상승하면 내외측 수위차로 인하여 발생하는 수압에 의해 수문본체를 문틀측으로 밀착하여 외수의 내수측 역류를 자동으로 차단하고, 내수위가 외수위보다 상승하면 작은 내외수의 수위차에도 수문본체의 개방 모멘트가 작게 작용하도록 구성하여 쉽게 내수를 외수측으로 자연배수 시킴으로써 무동력으로 개폐되는 플랩게이트에 관한 것이다.

종래의 플랩게이트는 도 1에 도시한 바와 같이 수로의 박스구조물 단말 개구부의 구조물 상부에 연결봉과 힌지를 구성하여 수문본체를 현수(懸垂)하여 구성되고, 내외측 수위차에 의하여 발생하는 수압이 수문본체에 작용하는 힘(무동력)으로 개폐되도록 설치되며, 외수위가 내수위보다 높으면 수문을 폐쇄하여 외수의 역류를 차단하고 내수위가 외수위보다 높으면 수문을 개방하여 내수를 자연유하 시키는데 사용되고 있다.

이와 같은 종래 기술의 플랩게이트는 수로 구조물에 일체로 형성한 문틀과 이와 상하회동 개폐가 되도록 구성된다. 이러한 플랩게이트는 평소에 수문의 자중이 수문을 문틀측으로 밀착하도록 문틀과 수문의 상부를 내수측으로 약 7° 내지 10° 경사지게 배치하고 이렇게 경사지게 배치되어 닫힌 수문본체에 외수위가 상승하면 그에 비례하여 상승한 수압이 작용하여 수문본체를 문틀측으로 밀착시켜서 지수가 이루어지도록 구성함으로써 외수의 내수측으로 역류방지에 주안점을 두어 수문의 폐쇄시에는 적합한 구성이다.

반대로 수문의 개방시에는 수문의 상부가 약 7° 내지 10° 경사지게 배치됨으로써 수문본체 자중(Gw)의 수평분력(Gwx)보다 내수측의 수위로 인하여 발생하는 수평분력(Hix)이 크지 않을 경우(Hix < Gwx) 수문본체가 잘 개방되지 않는 문제로 인하여 자연배수가 잘 안 되는 문제점이 있었다.

특히, 펌프장의 토출부 단말구에 배치한 원형 또는 사각형 플랩게이트에 있어서 내수의 유체흐름에 대한 마찰손실이 매우 커져서 펌프의 토출압을 그 손실분만큼 상승시켜야 하기 때문에 펌프 전동기의 동력이 커져야 하므로 큰 전동기를 소요로 하는 문제가 있었다.

한편, 상기 수문본체의 자중(Gw)에 의한 수평분력(Gwx)을 내수측의 수위로 인하여 발생하는 수평분력(Hix)보다 감소(Hix > Gwx)시키기 위하여 수문의 면적을 줄일 수밖에 없으므로 수문의 수량을 증가시킴으로써 사업비가 증가하는 문제점이 있었다.

또한, 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 수문본체 자중(Gw)의 수평분력(Gwx)을 줄이기 위하여 수문본체의 재질을 철재 대신 합성수지인 FRP 등으로 변경하였으나, FRP재는 인장강도가 철재보다 약 1/3로 줄어듦으로써 비중은 감소한 대신 두께가 증가하여 상기 수평분력(Gwx)을 크게 줄일 수 없는 문제가 발생된다. 그리고, FRP재로 구성되어 해안에 설치된 수문은 태풍과 같은 높은 파압에 쉽게 파손되어 해수의 역류로 내수측에 잦은 침수피해가 발생할 뿐만 아니라 파손에 따른 잦은 교체로 생애주기비용(Life Cycle Cost)이 오히려 증가하여 비경제적인 문제가 있었다.

나아가, 종래의 플랩게이트는 설치후 사용중에 수문의 지수가 확실하게 유지되지 않아 수문을 통하여 외수가 내수측으로 역류하는 것을 방지할 수 없는 문제가 있었다.

또한, 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 출원인은 힌지식 수문의 개폐를 동력으로 개폐하도록 하는 “힌지식 수문 및 그 구동방법” (특허등록 제10-0712604호)이 등록되어 수문본체를 동력으로 확실하게 상하회동 개폐할 수 있도록 하였다.

그러나, 이러한 종래의 방법은, 구동축의 개폐에 큰 동력이 필요하고, 큰 동력을 발생시키는 장비가 소요되며, 이와 같은 장비가 고장이나 정전 등으로 원활하게 작동하지 못할 때에는 구동시킬 수 없는 문제가 있었다.

대한민국 실용신안등록 제20-0243409호

이와 같은 문제를 해결하고자 안출된 본 발명의 목적은, 내수위가 외수위보다 상승하면 작은 내외수의 수위차에도 수문본체의 개방 모멘트가 주축(主軸)을 중심으로 유기적으로 작용하여 쉽게 내수를 외수측으로 자연배수 시킬 수 있도록 한 플랩게이트를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 펌프 토출수로에 배치한 원형 또는 사각형 플랩게이트에 있어서 내수의 유체흐름에 대한 마찰손실이 최소화되도록 한 플랩게이트를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 플랩게이트의 수문본체의 자중에 의한 수평분력으로 인하여 수문의 수량을 증가시키지 않도록 한 플랩게이트를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 플랩게이트가 사용중에도 수문의 지수가 확실하게 유지될 수 있도록 현장에서 쉽게 조정 가능한 플랩게이트를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 수문본체의 재질을 강성이 큰 철재 또는 스테인레스재로 구성하여도 개폐가 용이한 플랩게이트를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 별도의 동력장치없이 작은 수위차에도 쉽게 개폐될 수 있도록 한 플랩게이트를 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 안출된 본 발명의 플랩게이트는, 내외수가 마주 닿는 수로의 단말부(端末部) 구조물에 일체로 형성한 문틀과 상하회동 개폐하는 수문을 형성하여, 수문의 내외측 수위에 따라 발생하는 수압(水壓)으로 수로 단말부의 유출부를 개폐하는 플랩게이트에 있어서, 일단이 단말부 상측 전면에 주축을 힌지결합시키고 타단이 수문본체의 양측에 하중축을 힌지결합시켜서 회동링크를 구성하여 수문본체의 개폐를 안내하는 연결유니트; 일단은 수문본체의 상부에 결합되고 수로 상류측으로 양측 끝이 굽은 외팔보 형태로 연장된 한쌍의 균형암과, 균형암에 결합된 균형추를 포함하는 균형추부; 수문본체의 수로 상류측 하부에 배치되고 스킨플레이트와 이에 설치된 격벽판으로 이루어져서 수문본체의 하부에 진공을 형성하는 부력챔버; 수문본체를 폐쇄시 외수의 내수측 역류를 차단시키고, 개방시 균형추부 및 부력(浮力)챔버에 의해 내외수의 수위차가 발생되면 개방되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 플랩게이트의 다른 특징은, 연결유니트는, 수문본체에 결합되어 상하회동을 지지하는 하중축결합구와, 일단이 하중축결합구에 회동가능하게 결합된 하부링크와, 수문구조물에 설치되어서 수문본체의 상하회동을 지지하는 주축결합구와, 일단이 주축결합구에 회동가능하게 결합되고 타단이 하부링크와 연결된 상부링크와, 주축결합구와 상부링크에 힌지결합되어서 상부링크의 회동을 지지하는 주축과, 수문본체에 결합되어 있는 하중축결합구와, 일단이 하중축결합구에 회동가능하게 결합되어 있고 타단이 상부링크에 연결되어 있는 하부링크와, 하부링크 및 하중축결합구에 힌지결합되어서 하부링크의 회동을 지지하는 하중축(荷重軸)과, 상부링크 및 하부링크에 힌지결합되어서 결합부위가 서로 회동되도록 지지하는 중앙축과, 수문본체 전면 양측에 지지대를 형성하고, 지지대의 중앙부와 나사이음으로 결합하는 조절봉을 배치하여 조절봉을 회전하여 상기 연결유니트를 수로 내측으로 수평이동시켜서 수문본체와 문틀의 폐쇄를 조절하는 수밀조절유니트를 포함하여, 수문구조물에 설치된 주축과 수문본체에 설치된 하중축 사이에 상부링크 및 하부링크로 이루어진 2절링크가 구성되어서 수문본체의 개폐를 안내하도록 구비된다.

본 발명의 플랩게이트의 또 다른 특징은, 균형추부는, 일단이 수문본체의 상단에 고정되어 있는 한쌍의 균형암과, 균형암의 내측에 배치되어 있는 균형추와, 균형추와 균형암에 체결되어서 균형추를 균형암에 고정시키는 균형축과, 균형추를 균형암의 길이방향을 따라 이동시켜서 위치 조절할 수 있도록 균형암의 단부에 형성된 슬롯결합구와, 균형암의 단부에 결합되고 균형축을 슬롯결합구를 따라 이송시켜서 균형축에 결합된 균형추를 수로 전후측으로 이동시키거나 균형추의 자중을 증감시킴으로써 주축을 중심으로 회동하는 수문본체의 개폐에 작용하는 균형추와 주축 간의 모멘트를 가변시킬 수 있는 균형축결합구로 이루어진다.

본 발명의 플랩게이트의 또 다른 특징은, 수문본체는, 외수측 스킨플레이트에 상단횡빔, 하단횡빔, 좌단종빔, 우단종빔, 횡보강빔 및 종보강빔이 격자형으로 결합되어 있으며, 스킨플레이트와 진공을 이루도록 부력빔을 구성한다.

본 발명의 플랩게이트의 또 다른 특징은, 수문의 외측수위와 내측수위가 없을 때, 아래 (식1)을 만족하도록 균형추의 중량이 결정된다.

(식1)

이상에서와 같은 본 발명은, 외수위가 내수위보다 상승하면 내외수 수위차로 인하여 발생하는 수압에 의해 수문본체를 문틀측으로 밀착하여 외수의 내수측 역류를 자동으로 차단하고, 내수위가 외수위보다 상승하면 작은 내외수의 수위차에도 수문본체의 개방 모멘트가 주축을 중심으로 유기적으로 작용하여 쉽게 내수를 외수측으로 자연배수 시킴으로써 무동력으로 개폐되는 경제적인 플랩게이트이다.

또한, 펌프 토출수로에 배치한 원형 또는 각형 플랩게이트에 있어서 내수의 유체흐름에 대한 마찰손실이 최소화되도록 구성하여서 펌프의 토출압을 낮추고 펌프 전동기의 소요동력을 낮출 수 있으므로 초기투자비와 유지비가 경제적이다.

그리고, 수문본체의 자중에 의한 수평분력으로 인하여 수문의 수량을 증가시키지 않도록 구성되므로 매우 경제적이다.

이러한 본 발명은, 플랩게이트를 설치후 사용중에 수문이 지수가 확실하게 유지되도록 현장에서 쉽게 교정할 수 있으므로 유지보수가 용이한 장점을 갖는다.

또한, 수문본체의 재질을 철재 또는 스테인레스재로 구성하여 인장강도가 높아 태풍과 같은 높은 파압에 견디며 부식에 강한 재질로 구성함으로써 수문의 파손으로 인한 내수측 침수피해를 없애고 합성수지인 FRP보다 내구성이 길어서 생애주기비용이 경제적이다.

그리고, 별도의 동력장치없이 수문을 개폐시킬 수 있으며, 수문의 내외수측 수위에 의해 발생되는 수압(무동력)으로 작은 수위차에도 쉽게 개폐되게 플랩게이트를 구성함으로써 설비가 간단하고 유지보수가 용이하다.

도 1은 종래기술을 이용한 플랩게이트의 폐쇄상태를 나타내는 측면도.
도 2는 종래기술을 이용한 힌지식 수문의 개방상태를 나타내는 측면도.
도 3은 본 발명에 따른 플랩게이트의 폐쇄상태를 나타내는 측면도.
도 4는 본 발명에 따른 플랩게이트의 개방상태를 나타내는 측면도.
도 5는 본 발명에 따른 플랩게이트의 폐쇄상태를 나타내는 정면도.
도 6은 본 발명에 따른 플랩게이트의 개방상태를 나타내는 사시도.
도 7은 본 발명에 따른 플랩게이트의 폐쇄상태를 나타내는 사시도.
도 8은 본 발명에 따른 플랩게이트의 연속 개폐운동을 나타내는 측면도.
도 9는 본 발명에 따른 플랩게이트의 연결유니트를 나타내는 측면도.
도 10은 본 발명에 따른 플랩게이트의 균형추부를 나타내는 정면도.
도 11은 본 발명에 따른 플랩게이트의 균형추부 안내가이드를 나타내는 정면도.

이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 플랩게이트의 폐쇄상태를 나타내는 측면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 플랩게이트의 개방상태를 나타내는 측면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 플랩게이트의 폐쇄상태를 나타내는 정면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 플랩게이트의 개방상태를 나타내는 사시도이며, 도 7은 본 발명에 따른 플랩게이트의 폐쇄상태를 나타내는 사시도이고, 도 8은 본 발명에 따른 플랩게이트의 연속 개폐운동을 나타내는 측면도이다.

도 9는 본 발명에 따른 플랩게이트의 연결유니트를 나타내는 측면도이고, 도 10은 본 발명에 따른 플랩게이트의 균형추부를 나타내는 정면도이며, 도 11은 본 발명에 따른 플랩게이트의 균형추부 안내가이드를 나타내는 정면도이다.

도 3 내지 도 11에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 플랩게이트는 우선 내외수가 마주 닿는 수로의 단말부(端末部) 구조물(3)에 일체로 문틀(4)을 구성하고, 이 문틀(4)과 상하회동 개폐하는 수문(1)을 형성한다.

수문본체(14)는 4각 판형 스킨플레이트(38)의 외수측에 진공을 이루는 부력빔인 상단횡빔(7), 하단횡빔(8), 좌단종빔(9), 우단종빔(10), 횡보강빔(11) 및 종보강빔(12)을 여러 하중에 적합하도록 격자형으로 배치하고 수문본체(14)의 스킨플레이트(38)와 진공을 이루도록 결합한다. 내수측 수문본체(14)에는 격벽판(41)과 스킨플레이트(38)가 진공을 형성하도록 결합하여 부력챔버(40)를 형성시킨다. 수문본체(14)의 내수측 스킨플레이트(38) 둘레에는 지수고무(13)를 결합시킨다.

구조물(3) 단말부 상부에는 주축결합구(22)를 배치하고, 이 주축결합구(22)에는 수문(1)이 평상시에 자중에 의하여 자연스럽게 폐쇄되도록 주축(21)을 힌지결합한다. 수문본체(14)의 좌단종빔(9) 및 우단종빔(10) 바깥측에는 연결유니트(20)가 힌지결합된다.

수문본체(14)의 상단횡빔(7) 상부에는 균형추부(30)의 하단을 결합하고 수문본체(14) 상부 상류측으로 양측 끝이 굽은 외팔보 형상으로 연장하여 균형축결합구(34)를 배치한 균형암(33)이 구성되며, 균형축(32)은 양측 균형축결합구(34) 사이에 축지지 되고 원주모양의 균형추(31)를 균형축(32)에 결합한 균형추부(30)가 구성된다.

연결유니트(20)는 도 3 내지 도 8에 도시한 바와 같이, 주축(21), 주축결합부(22), 중앙축(23), 하중축(25), 상부링크(24)와 하부링크(26), 하중축결합구(27)로 구성된다.

주축결합구(22)는 구조물(3) 단말부 상부에 배치되고 수문(1)이 평상시에 자중에 의하여 자연스럽게 폐쇄되도록 주축(21)이 힌지결합된다.

이 주축(21)과 수문본체(14)에는 상부링크(24) 및 하부링크(26)가 배치되어서 2절링크를 구성한다. 수문본체(14)의 좌단종빔(9) 및 우단종빔(10)의 외측 중앙부에는 하중축결합구(27)가 결합되고 이 하중축결합구(27)에는 하중축(25)이 결합된다. 주축(21)에는 상부링크(24)의 일단이 힌지결합되고, 하중축(25)에는 하부링크(26)의 일단이 힌지결합되며, 상부링크(24)의 타단과 하부링크(26)의 타단은 중앙축(23)으로 힌지결합되어서 2절링크를 구성한다.

수밀조절유니트(50)는 도 3 내지 도 8에 도시한 바와 같이, 수문본체(14) 전면에 양측 지지대(51)를 형성하고, 지지대(51)의 중앙부와 나사이음으로 결합하는 조절봉(52)이 연결유니트(20)를 수로 내측으로 수평이동시키는 곳에 배치하여 조절봉(52)을 회전하여 연결유니트(20)를 수로 내측으로 수평이동시키도록 배치된다.

또한, 수문본체(14)의 좌단종빔(9) 및 우단종빔(10)의 중앙부 좌우에 중앙축결합구(미도시)를 배치하고, 이에 중앙축(23)을 결합시키며, 상부링크(24)의 양단을 주축(21) 및 중앙축(23)에 힌지결합하여서 구성할 수도 있다.

안내롤러결합구(29)는 수문구조물(3)의 전방 상측에 배치되며, 이 안내롤러결합구(29)사이 안내롤러축(37)에는 안내롤러(28)가 축(軸)지지 되어있다. 이 안내롤러(28)는 수문본체(14)의 개폐시 균형암연결판(36)이 안내롤러(28)를 타고 개폐하도록 안내하여 상단횡빔(7) 부근에 배치한 지수고무(13)가 파손되는 것을 방지시킨다.

균형추부(30)는 도 3 내지 도 9 및 도 11에 도시한 바와 같이, 균형추(31), 균형축(32), 균형암(33), 균형축결합구(34), 슬롯결합구(35), 균형암연결판(36)으로 구성된다.

수문본체(14)의 상단횡빔(7) 상부에 균형암(33)의 일단을 결합하고, 이 균형암(33)이 수문본체(14) 상부 내측으로 양측 끝이 굽은 외팔보 형상으로 연장되며, 균형암(33)의 타단부에는 균형축결합구(34)를 배치한다. 양측 균형축결합구(34)에는 균형축(32)이 축(軸)지지되고, 균형축(32) 사이에는 원주 형상의 균형추(31)가 결합된다.

균형암연결판(36)은 양 균형암(33) 사이를 연결하도록 구성되며, 수문본체(14)가 주축(21)을 중심으로 상하회동 개폐할 때, 주축(21) 상측에 배치한 안내롤러결합구(29)와 안내롤러축(37)에 결합한 안내롤러(28)가 균형암연결판(36)을 타고 개폐하도록 안내하여 상단횡빔(7) 부근에 배치한 지수고무(13)가 파손되는 것을 방지하도록 구성하는 것이 바람직하다.

한편, 수문(1)을 유기적으로 원활하게 개폐하도록 구성하기 위해서는 주축(21)을 작용점으로 첫째, 균형추(31)의 중량, 둘째, 부력챔버(40)에서 발생하는 부력, 셋째, 부력빔에서 발생하는 부력, 넷째, 수문본체의 자중, 다섯째, 부력챔버(40)의 자중. 여섯째, 부력빔의 자중을 수문(1)의 규격별로 사전에 결정하여 수문(1)의 자체중량으로 폐쇄되도록 구성하여 미지수를 균형추(31)의 중량과 균형추(31)의 이격거리(a)로 최소화한다. 그리고, 균형추(31)와 주축(21) 간의 이격거리의 미세한 조정은 수문의 폐쇄시에는 역류를 방지하면서 개방시에는 작은 수위차에도 쉽게 열릴 수 있도록 현장 설치후 실시하는 것이 바람직하다.

그리고, 슬롯결합구(35)는 양측 균형축결합구(34)에 슬롯을 구성하여 수문(1)의 설치후 현장에서 균형추(31)와 주축(21) 간의 이격거리를 전후측으로 이동시켜서 주축(21)을 중심으로 작용하는 모멘트의 총합을 조절하여 수문(1)의 폐쇄가 확실히 이루어지도록 하면서 작은 내외측 수위차에도 쉽게 수문본체(14)가 개방하도록 조절한다.

또한, 부력챔버(40)는 도 3내지 도 4 및 도 8에 도시한 바와 같이, 수문본체(14)의 수로 내측 하부에 격벽판(41)과 스킨플레이트(38)가 진공을 형성하는 구성하되, 수문(1)의 개폐시 문틀(4)이나 구조물(3)과 간섭이 발생하지 않도록 배치하며, 그 크기는 수문(1)의 규격별로 사전에 결정하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 구성된 플랩게이트의 구동방법을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 수문(1)의 폐쇄시 도 3, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이 부력빔을 포함한 수문본체(14), 연결유니트(20), 균형추부(30) 및 부력챔버(40)가 주축(21)을 작용점으로 균형을 이루면서 수문본체(14)에 내설된 지수고무(13)와 문틀(4)이 서로 닫힌 상태를 유지한다. 이와 같은 상태에서 외수측 수위가 상승하게 되면 수위에 따라 작용하는 수압이 수문본체(14)를 문특(4)쪽으로 밀게 되어 지수고무(13)와 문틀(4)의 결합으로 외수의 내수측 역류를 방지시킨다.

한편, 펌프의 토출 등으로 내수위가 외수위보다 상승하여 수문(1) 개방될 때, 도 4와 도 7에 도시한 바와 같이 부력빔을 포함한 수문본체(14), 균형추부(30) 및 부력챔버(40)가 주축(21)을 작용점으로 균형추(31)와 주축(21) 간의 이격거리로 발생하는 모멘트 및 부력챔버(40)와 부력빔의 수문본체(14)의 부상으로 인한 모멘트가 수문본체(14)의 자중으로 발생하는 모멘트를 상쇄시킴으로서 수문(1)이 연결유니트(20)의 2중링크 작용으로 쉽게 열린다.

여기서, 도 8에 도시한 바와 같이 수문본체(14)가 좌측에 도시한 폐쇄된 상태에서 개방될 시 수문본체(14)가 주축(21)을 중심으로 회동되면서 균형암연결판(36)이 안내롤러(28)를 타고 궤도를 따라 개방된다.

또한, 수문의 폐쇄시 1절링크인 경우 수문본체(14)를 일체의 자중으로 문틀(4)과 안착시키기가 어렵지만, 상부링크(24)와 하부링크(26)의 2절링크를 구성함으로써 훨씬 부드럽게 결합하여 쉽게 지수시킬 뿐만 아니라, 수문의 개방시 1절링크인 경우 수문본체(14)를 부력으로 일체로 개방시키기가 어렵지만, 상부링크(24)와 하부링크(26)의 2절링크를 구성함으로써 2절링크의 유기적인 작동으로 훨씬 쉽게 수문본체(14)가 개방된다.

그리고, 도 9에 도시한 바와 같이 균형추부(30)를 형성하여 균형추(31)를 힌지결합한 균형축결합구(34)의 체결볼트로 슬롯결합구(35)를 따라 전후로 이동시키거나 균형추(31)의 중량을 증감시킬 수 있다.

나아가, 수문본체(14) 전면 양측에 형성한 조절봉(52)을 회전하여 상기 연결유니트(20)를 수로 내측으로 수평이동시켜서 수문본체(14)와 문틀(4)의 폐쇄를 조절하여 지수를 할 수 있다.

한편, 도 3 내지 도 11에 도시한 바와 같이 수문(1)을 형성하여 내외측 수위가 없을 때 아래의 식 1을 만족하도록 균형추(31)의 무게(Bw)와 이격거리(a)를 결정할 수 있다.

수문의 외측수위와 내측수위가 없을 때,

(식1)

상기의 식1을 만족하도록 균형추의 중량이 결정된다.

Bw: 균형추(31)의 중량 (Kg)

Cw: 부력챔버(40)의 중량 (Kg)

Gw: 부력빔을 포함한 수문본체(14)의 중량 (Kg)

a: 균형추(31)와 주축(21)간의 X축 이격거리 (m)

b: 부력챔버(40)와 주축(21)간의 X축 이격거리 (m)

c: 부력빔을 포함한 수문본체(14)와 주축(21)간의 X축 이격거리 (m)

이와 같이 식 1을 만족하도록 균형추(31)의 무게(Bw)와 이격거리(a)를 결정하면, 평소에는 수문본체(14)가 닫혀 있고, 내수위가 외수위보다 상승할 경우에는 부력빔을 포함한 수문본체(14), 균형추부(30) 및 부력챔버(40)가 주축(21)을 작용점으로 균형추(31)의 자중과 균형추(31)와 주축(21)간의 이격거리로 발생하는 모멘트 및 부력챔버(40)와 부력빔의 수문본체(14)의 부상으로 인한 모멘트가 수문본체(14)의 자중으로 발생하는 모멘트를 상쇄시킴으로서 수문본체(14)가 쉽게 열린다. 외수위가 내수위보다 상승할 경우에는 내외수위 차에 의하여 발생하는 수압이 수문본체(14)를 문틀(4)에 밀착시켜 외수의 내수측 역류와 지수를 이룰 수 있게 된다.

나아가, 도 10에 도시한 바와 같이 연결유니트(20)를 형성하여 주축결합구(22)를 구조물(3)과 결합한 후 주축(21)과 힌지결합시키고, 하중축결합구(27)를 수문본체(14)의 좌단종빔(9) 및 우단종빔(10) 외측에 결합한 후 하중축(25)과 힌지결합시키며, 상부링크(24) 및 하부링크(26)를 중앙축(23)에서 힌지결합시켜서 수문본체(14)가 개방시 개방각도에 따라 2절링크가 작용하여 쉽게 열린다.

이러한 본 발명은 다음과 같은 장점을 갖는다.

첫째, 본 발명은 외수위가 내수위보다 상승하면 내외수 수위차로 인하여 발생하는 수압에 의해 수문본체(14)를 문틀(4) 측으로 밀착하여 외수의 내수측 역류를 자동으로 차단하고, 내수위가 외수위보다 상승하면 작은 내외수의 수위차에도 수문본체(14)의 개방 모멘트가 주축(21)을 중심으로 유기적으로 작용하여 쉽게 내수를 외수측으로 자연배수시킴으로써 무동력으로 개폐되는 경제적인 플랩게이트이다.

둘째, 펌프 토출수로에 배치한 원형 또는 각형 플랩게이트의 마찰손실이 최소화되도록 구성하여서 펌프의 토출압을 낮추고 펌프 전동기의 소요동력을 낮출 수 있으므로 효율적이다.

셋째, 수문본체(14)의 자중에 의한 수평분력으로 인하여 수문(1)의 수량을 증가시키지 않도록 구성되므로 매우 경제적이다.

넷째, 플랩게이트를 설치 후 사용중에 수문(1)이 지수가 확실하게 유지되도록 현장에서 쉽게 교정할 수 있으므로 유지보수가 용이한 장점을 갖는다.

다섯째, 수문본체(14)의 재질을 철재 또는 스테인레스재로 구성하여 인장강도가 높아 태풍과 같은 높은 파압에 견디며 부식에 강한 재질로 구성함으로써 수문(1)의 파손으로 인한 내수측 침수피해를 없애고 합성수지인 FRP보다 내구성이 길어서 생애주기비용이 경제적이다.

여섯째, 별도의 동력장치없이 수문(1)을 개폐시킬 수 있으며, 수문(1)의 내외수측 수위에 의해 발생되는 수압(무동력)으로 작은 수위차에도 쉽게 개폐되게 플랩게이트를 구성함으로써 설비가 간단하고 유지보수가 용이하다.

1 : 수문 2 : 수로
3 : 수문구조물 4 : 문틀
5 : 상부힌지 6 : 연결봉
7 : 상단횡빔 8 : 하단횡빔
9 : 좌단종빔 10 : 우단종빔
11 : 횡보강빔 12 : 종보강빔
13 : 지수고무 14 : 수문본체
20 : 연결유니트 21 : 주축
22 : 주축결합구 23 : 중앙축
24 : 상부링크 25 : 하중축
26 : 하부링크 27 : 하중축결합구
28 : 안내롤러 29 : 안내롤러결합구
30 : 균형추부 31 : 균형추
32 : 균형축 33 : 균형암
34 : 균형축결합구 35 : 슬롯결합구
36 : 균형암연결판 37 : 안내롤러축
38 : 스킨플레이트 40 : 부력챔버
41 : 격벽판 50 : 수밀조절유니트
51 : 지지대 52 : 조절봉
Bw: 균형추(31)의 중량 (Kg)
Cw: 부력챔버(40)의 중량 (Kg)
Gw: 부력빔을 포함한 수문본체(14)의 중량 (Kg)
Gwx: 수문본체의 중량의 X축 분력 (Kg)
Hix: 내수측의 수위로 인하여 발생하는 수평분력 (Kg)
a: 균형추(31)와 주축(21)간의 X축 이격거리 (m)
b: 부력챔버(40)와 주축(21)간의 X축 이격거리 (m)
c: 부력빔을 포함한 수문본체(14)와 주축(21)간의 X축 이격거리 (m)

Claims (5)

1. 내외수가 마주 닿는 수로(2)의 단말부(端末部) 구조물(3)에 일체로 형성한 문틀(4)과 상하회동 개폐하는 수문(1)을 형성하여, 수문(1)의 내외측 수위에 따라 발생하는 수압(水壓)으로 수로(2) 단말부의 유출부를 개폐하는 플랩게이트에 있어서,
   일단이 단말부 상측 전면에 주축(21)을 힌지결합시키고 타단이 수문본체(14)의 양측에 하중축(25)을 힌지결합시켜서 회동링크를 구성하여 수문본체(14)의 개폐를 안내하는 연결유니트(20);
   일단은 수문본체(14)의 상부에 결합되고 수로 상류측으로 끝이 굽은 외팔보 형태로 연장된 한쌍의 균형암(33)과, 균형암(33)에 결합된 균형추(31)를 포함하는 균형추부(30);
   수문본체(14)의 수로 상류측 하부에 배치되고 스킨플레이트(38)와 이에 설치된 격벽판(41)으로 이루어져서 수문본체(14)의 하부에 진공을 형성하는 부력챔버(40);
   수문본체(14)의 폐쇄시 외수의 내수측 역류를 차단시키고, 개방시 균형추부(30) 및 부력챔버(40)에 의해 내외수의 수위차에 따라 개방되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 플랩게이트.
   
2. 청구항 1에 있어서, 연결유니트(20)는,
   수문본체(14)에 결합되어 상하회동을 지지하는 하중축결합구(27)와,
   일단이 하중축결합구(27)에 회동가능하게 결합된 하부링크(26)와,
   수문구조물(3)에 설치되어서 수문본체(14)의 상하회동을 지지하는 주축결합구(22)와,
   일단이 주축결합구(22)에 회동가능하게 결합되고 타단이 하부링크(26)와 연결된 상부링크(24)와,
   주축결합구(22)와 상부링크(24)에 힌지결합되어서 상부링크(24)의 회동을 지지하는 주축(21)과,
   하부링크(26) 및 하중축결합구(27)에 힌지결합되어서 하부링크(26)의 회동을 지지하는 하중축(25)과,
   상부링크(24) 및 하부링크(26)에 힌지결합되어서 결합부위가 서로 회동되도록 지지하는 중앙축(23)과;
   수문본체(14) 전면 양측에 지지대(51)를 형성하고, 지지대(51)의 중앙부와 나사이음으로 결합하는 조절봉(52)을 배치하여 조절봉(52)을 회전하여 상기 연결유니트(20)를 수로 내측으로 수평이동시켜서 수문본체(14)와 문틀의 폐쇄를 조절하는 수밀조절유니트(50)를 포함하여,
   수문구조물(3)에 설치된 주축(21)과 수문본체(14)에 설치된 하중축(25) 사이에 상부링크(24) 및 하부링크(26)로 이루어진 2절링크가 구성되어서 수문본체(14)의 개폐를 안내하도록 구비된 것을 특징으로 하는 플랩게이트.
   
3. 청구항 1에 있어서, 균형추부(30)는,
   일단이 수문본체(14)의 상단에 고정되어 있는 한쌍의 균형암(33)과,
   균형암(33)의 단부 내측에 배치되어 있는 균형추(31)와,
   균형추(31)와 균형암(33)에 체결되어서 균형추(31)를 균형암(33)에 고정시키는 균형축(32)과,
   균형추(31)를 균형암(33)의 길이방향을 따라 이동시켜서 위치 조절할 수 있도록 균형암(33)의 단부에 형성된 슬롯결합구(35)와,
   균형암(33)의 단부에 결합되고 균형축(32)을 슬롯결합구(35)를 따라 이송시켜서 균형축(32)에 결합된 균형추(31)를 수로 전후측으로 이동시키거나 균형추(31)의 자중을 증감시킴으로써 주축(21)을 중심으로 회동하는 수문본체(14)의 개폐에 작용하는 균형추(31)와 주축(21) 간의 모멘트를 가변시킬 수 있는 균형축결합구(34)로 이루어진 것을 특징으로 하는 플랩게이트.
   
4. 청구항 1에 있어서, 수문본체(14)는,
   외수측 스킨플레이트(38)에 상단횡빔(7), 하단횡빔(8), 좌단종빔(9), 우단종빔(10), 횡보강빔(11) 및 종보강빔(12)이 격자형으로 결합되어 있으며, 스킨플레이트(38)와 진공을 이루도록 부력빔을 구성하는 것을 특징으로 하는 플랩게이트.
   
5. 청구항 1항에 있어서,
   수문(1)의 외측수위와 내측수위가 없을 때,
   

   

   (식1)
   상기 식1을 만족하도록 균형추(31)의 중량을 결정하는 것을 특징으로 하는 플랩게이트.

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