KR101437594B1

KR101437594B1 - 수충격 방지 디스크장치

Info

Publication number: KR101437594B1
Application number: KR1020140008989A
Authority: KR
Inventors: 정웅권
Original assignee: (주)한주엔지니어링
Priority date: 2014-01-24
Filing date: 2014-01-24
Publication date: 2014-09-04

Abstract

본 발명은, 유체가 이송되고 우회홀부가 구비되는 관본체; 상기 우회홀부에 연결되고 유체의 역류를 우회시키는 우회관; 상기 우회관을 개폐하도록 상기 우회홀부에 회전 가능하게 설치되는 밸브패널; 및 상기 밸브패널에 구비되고 유체의 역류에 의해 유로저항을 발생시켜 상기 밸브패널을 개방시키는 작동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

수충격 방지 디스크장치 {DISK APPARATUS FOR WATER HAMMER PROTECTION}

본 발명은 수충격 방지 디스크장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 유체의 공급이 개시되거나 중단될 때에 발생되는 유체의 역류 중 일부분을 우회관으로 우회시켜 관본체에 발생되는 수충격을 감소시킬 수 있고, 역류의 우회를 위해 구비되는 기술구성을 간소화할 수 있는 수충격 방지 디스크장치에 관한 것이다.

일반적으로 유체의 흐름 중에 유로저항이 변화하면 유체의 압력이 변화된다.

압축성 유체인 기체의 경우 유로저항의 변화는 단순한 압력의 변화로 그치게 되지만, 비압축성 유체인 액체의 경우에는 수두(水頭) 자체가 변화하게 된다.

예를 들어 급격한 밸브의 조작으로 유속이 변할 때, 밸브를 급히 닫거나 열 때, 펌프의 기동 및 정지 시 급격한 압력변동이 발생하는데 이를 '수격현상(이하 「수충격」이라 함, Water Hammer)'이라 한다.

이러한 수충격은 파이프 속에 가득 찬 상태로 흐르는 수류를 밸브로 급격히 차단하는 경우, 수압의 급격한 상승으로 인하여 침압(Surging Pressure)이 발생하고, 이로 인해 수격파가 파이프 내를 왕복하면서 소음과 진동이 발생한다.

이와 같이 발생된 소음과 진동은 파이프를 거쳐 주위 구조물로 전달되어 파이프 내에서의 충격파의 발생현상인 수격현상을 야기하게 된다.

특히 파이프 등과 같이 제한된 단면 내로 액체가 공급되는 경우에는 이러한 압력의 변화에 대한 문제는 더욱 심각해진다.

다시 말해, 흐르고 있는 관로의 밸브를 갑자기 닫거나 펌프를 정지하는 등 유속의 변화가 있는 경우, 유체가 가지고 있던 운동에너지가 압력에너지로 변화기 때문에 이 압력변화가 전파속도로 전달된다.

이 압력파는 되돌아 올 때 압력의 부호가 반대로 되고, 관로 내를 계속 왕복하게 되어 수격작용을 일으키게 된다.

수충격은 유속이 빠를수록, 유속의 변화시간이 짧을수록 그 정도는 커지게 되며, 이때의 압력은 심할 경우 부압은 물의 포화증기압 이하가 됨으로써 증기공동(Vapor Cavity)이 형성되어 수주분리현상 또는 파이프의 좌굴(Collapse)이 발생하기도 한다.

상기와 같은 수충격은 대표적으로 다음과 같이 5가지 문제점을 일으킨다.

첫째, 압력저하에 의해 관로가 좌굴 등에 의해 파손된다.

둘째, 압력상승에 의해 관로, 펌프와 밸브 등이 파손된다.

셋째, 역류방지밸브 등 역류방지대책이 미흡한 경우 역류, 역전에 의해 펌프 및 구동장치에 기계적 사고가 발생된다.

넷째, 공기밸브가 작동하거나 수주분리현상에 의해 생긴 압력변동은 압력의 상승, 하강 정도가 심하고, 파이프 및 기기가 진동하는 소음을 발생시킨다.

이때, 수주분리(Column separation) 현상이란, 제한된 관로 내에서의 액체의 흐름은 이외에도 고장 및 정전 등에 의해 펌프가 정지하는 경우 액체가 압력강하에 의해 급격히 비등하게 되어 액체 내에 기포를 발생시키는 것을 의미한다.

다섯째, 압력에 의해 동작하는 펌프시스템 등의 오동작을 유발한다.

이와 같이 수충격을 방지하기 위하여, 당업계에서는 이를 해소하기 위한 많은 연구개발이 이루어져 왔으며, 이중 하나가 메인파이프에 분기 연결되는 에어챔버를 포함하는 수충격 방지시스템을 들 수 있다.

이러한 시스템은 메인파이프에 흐르는 유체가 차단밸브 및 체크밸브가 구비된 연결파이프를 통해 에어챔버에 연결되고, 에어챔버에서는 공기압축기 및 배기밸브를 제어하여 메인파이프의 수충격을 감소시키는 구조로 이루어지며, 시스템의 유지보수를 위한 배수밸브가 설치될 수 있다.

특히 이중에서 체크밸브는 에어챔버와 메인파이프 사이에서 물의 흐름을 제어하여 주는 중요한 장치로서, 근래 들어 배관의 구조가 간단하고 설치 및 유지 보수가 용이하며 밸브의 개도조정이 필요 없어 사전에 계획된 용량으로 양방향의 제어가 가능하다는 이유에서 양방향성 체크밸브가 적용되는 사례가 늘고 있다.

하지만 상기와 같은 구성의 종래 일반적인 수충격 방지시스템은 비록 하나의 연결파이프를 이용하여 수충격 방지를 위한 물의 유입 및 유출을 1개의 배관만을 이용하여 제어함으로써 배관의 구조가 간단하고, 설치 및 유지보수가 용이한 장점을 제공하지만, 반면 역방향으로 물이 유입될 경우 구경이 작은 디스크의 관통공을 통해서만 물이 유입되어지므로 디스크 관통공의 후단에서 와류가 발생되고 이로 인해 소음과 진동이 크게 발생하게 되며, 나아가 배관계에 심각한 손상을 주게 되는 문제가 발생한다.

또한, 양방향성 체크밸브는 순방향으로 물이 메인파이프로 유출되는 경우에도 밸브몸체에 형성된 중앙 관통공의 직경이 통상적으로 연결관로의 직경보다 작은 것이 일반적이어서 와류형성, 압력손실과 같은 문제가 발생할 수 있다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1203826호(2012년 11월 21일 공고, 발명의 명칭 : 수충격 방지용 양방향 체크밸브 및 이를 포함하는 수충격 방지시스템)에 개시되어 있다.

일반적인 수충격 방지장치는, 관 내부의 유로저항이 급격히 변화되는 순간에 유체의 역류를 우회시키는 밸브장치의 기술구성이 복잡하여 수충격 방지를 위해 설치되는 장치의 부품수를 줄일 수 없고, 수충격 방지를 위해 소요되는 비용을 절감할 수 없는 문제점이 있다.

따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다.

본 발명은 유체의 공급이 개시되거나 중단될 때에 발생되는 유체의 역류 중 일부분을 우회관으로 우회시켜 관본체에 발생되는 수충격을 감소시킬 수 있고, 역류의 우회를 위해 구비되는 기술구성을 간소화할 수 있는 수충격 방지 디스크장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 상기 관본체에는 상기 밸브패널의 개방정도를 제한하는 스토퍼가 구비되고, 상기 스토퍼는, 상기 밸브패널의 단부가 삽입되도록 상기 관본체가 외측으로 돌출되어 이루어지는 걸림턱부와, 상기 걸림턱부 내부에 형성되고 상기 밸브패널이 밀착되는 경사면을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 우회홀부에는 상기 밸브패널의 힌지축이 삽입되는 힌지홈부가 형성되고, 상기 밸브패널의 제2단차부가 밀착되는 제1단차부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 우회관은, 개방된 상기 밸브패널의 연장선 방향으로 곡선을 이루며 연장되는 곡선 모양으로 형성되고, 상기 힌지홈부를 밀폐하도록 상기 우회홀부에 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 작동부는, 상기 밸브패널에 융착되는 고정부; 유체의 역류 방향으로 개방되도록 상기 고정부에 유동 가능하게 연결되는 작동패널; 및 상기 작동패널과 상기 고정부를 연결하고 탄성재질을 포함하여 이루어지는 연결부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 수충격 방지 디스크장치는, 밸브패널이 관본체와 우회관의 분기지점에 회전 가능하게 설치되고, 역류에 의해 밸브패널을 개폐시키는 작동부가 밸브패널에 구비되므로 유체의 역류가 발생되는 경우에 작동부의 작동에 의해 밸브패널이 개방되면서 역류 중 일부분을 우회관으로 우회시킬 수 있어 수충격에 의한 진동 및 소음을 감소시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 수충격 방지 디스크장치는, 관본체에 역류가 발생될 때에 밸브패널 및 작동부에 의해 역류 중 일부분의 우회를 유도할 수 있으므로 수충격 방지를 위해 요구되는 기술구성을 간소화할 수 있고, 수충격 방지를 위해 요구되는 비용을 감소시킬 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수충격 방지 디스크장치가 도시된 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수충격 방지 디스크장치가 도시된 작동 상태도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수충격 방지 디스크장치가 도시된 분해 사시도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 수충격 방지 디스크장치의 일 실시예를 설명한다.

이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다.

그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수충격 방지 디스크장치가 도시된 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수충격 방지 디스크장치가 도시된 작동 상태도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수충격 방지 디스크장치가 도시된 분해 사시도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수충격 방지 디스크장치는, 유체가 이송되고 우회홀부(14)가 구비되는 관본체(10)와, 우회홀부(14)에 연결되고 유체의 역류를 우회시키는 우회관(16)과, 우회관(16)을 개폐하도록 우회홀부(14)에 회전 가능하게 설치되는 밸브패널(30)과, 밸브패널(30)에 구비되고 유체의 역류에 의해 유로저항을 발생시켜 밸브패널(30)을 개방시키는 작동부(50)를 포함한다.

관본체(10)를 따라 유체가 순방향으로 공급되는 동안에는 유체의 흐름에 의해 밸브패널(30)이 우회홀부(14)에 밀착되도록 회전되어 우회관(16)이 폐쇄되어 유체의 정상적인 공급이 이루어진다.

관본체(10)에 구비되는 밸브가 폐쇄되면 유체의 유로저항이 급격히 증가하여 유체의 역류가 발생되는데, 이때, 본 실시에는 작동부(50)의 작용에 의해 밸브패널(30)이 개방되면서 관본체(10)를 따라 역류하는 유체 중 일부분이 개방된 밸브패널(30)을 따라 우회관(16)으로 우회되어 챔버에 공급된다.

따라서 유체의 역류에 의해 발생되는 소음 및 진동을 감소시킬 수 있게 된다.

관본체(10)에는 밸브패널(30)의 개방정도를 제한하는 스토퍼(12)가 구비되고, 스토퍼(12)는, 밸브패널(30)의 단부가 삽입되도록 관본체(10)가 외측으로 돌출되어 이루어지는 걸림턱부(12a)와, 걸림턱부(12a) 내부에 형성되고 밸브패널(30)이 밀착되는 경사면(12b)을 포함한다.

유체의 역류에 의해 밸브패널(30)이 개방되면 밸브패널(30)의 일단부가 관본체(10) 내측으로 회전되어 관본체(10) 내벽에 충돌되는데, 이때, 밸브패널(30)의 일단부는 걸림턱부(12a) 내부로 삽입되어 밸브패널(30)이 필요 이상으로 개방되는 것을 방지하게 된다.

또한, 걸림턱부(12a)에 의해 개방이 제한되는 밸브패널(30)의 경사각도는 우회관(16)의 연장방향과 유사한 방향으로 배치되므로 밸브패널(30)에 의해 우회되는 유체는 우회관(16)으로 진행방향이 변경될 때에 수충격을 줄일 수 있게 된다.

걸림턱부(12a)의 내벽에는 밸브패널(30)의 외벽이 밀착되도록 경사면(12b)이 형성되므로 개방되는 밸브패널(30)의 단부와 관본체(10) 내벽이 충돌될 때에 발생되는 충격을 줄일 수 있게 된다.

우회홀부(14)에는 밸브패널(30)의 힌지축(32)이 삽입되는 힌지홈부(14b)가 형성되고, 밸브패널(30)의 제2단차부(34)가 밀착되는 제1단차부(18)가 형성되므로 밸브패널(30)이 폐쇄될 때에 제1단차부(18)와 제2단차부(34)가 밀착되면서 정방향으로 공급되는 유체가 밸브패널(30)과 우회홀부(14) 사이의 간격으로 유실되는 것을 방지할 수 있게 된다.

우회관(16)은, 개방된 밸브패널(30)의 연장선 방향으로 곡선을 이루며 연장되는 곡선 모양으로 형성되고, 힌지홈부(14b)를 밀폐하도록 우회홀부(14)에 연결된다.

힌지홈부(14b)는 외측면이 개방된 홈부이므로 밸브패널(30)의 힌지축(32)을 삽입하여 밸브패널(30)이 회전 가능하도록 관본체(10)에 연결되고, 우회관(16)을 관본체(10)에 접합할 때에 우회관(16)의 단부가 힌지홈부(14b)를 덮도록 우회관(16)을 관본체(10)에 연결하면 힌지축(32)이 회전 가능한 상태로 관본체(10)에 연결된다.

또한, 우회홀부(14)의 테두리에는 실링부재(14a)가 설치되므로 밸브패널(30)이 우회홀부(14)를 폐쇄한 상태에서 유체가 밸브패널(30)과 우회홀부(14) 사이의 간격으로 유실되는 것을 방지할 수 있다.

작동부(50)는, 밸브패널(30)에 융착되는 고정부(54)와, 유체의 역류 방향으로 개방되도록 고정부(54)에 유동 가능하게 연결되는 작동패널(52)과, 작동패널(52)과 고정부(54)를 연결하고 탄성재질을 포함하여 이루어지는 연결부(56)를 포함한다.

고정부(54)는 'ㄷ' 모양으로 형성되어 개방된 면이 밸브패널(30)의 외측 단부에 대향되도록 밸브패널(30)의 내벽에 융착되고, 작동패널(52)의 일단부는 고정부(54)에 유동 가능하게 연결된다.

작동패널(52)의 양단부는 연결부(56)에 의해 고정부(54)에 연결되고, 연결부(56)는 탄성재질로 이루어지므로 유체의 흐름에 의해 작동패널(52)이 밸브패널(30)에 밀착되는 경우에는 연결부(56)가 작동패널(52)의 측면으로 돌출되면서 접히게 된다.

유체의 역류가 발생되면 역류의 흐름에 의해 연결부(56)가 펼쳐지면서 작동패널(52)이 밸브패널(30)로부터 떨어지고, 작동패널(52) 내측으로 유입되는 역류에 의해 밸브패널(30)이 힌지축(32)을 중심으로 회전되면서 우회홀부(14)가 개방된다.

또한, 밸브패널(30)의 단부에는 내측 방향으로 오목한 작동홈부(36)가 형성되므로 유체의 역류가 작동홈부(36)를 가압하여 밸브패널(30)이 개방되는 작동을 효과적으로 이룰 수 있도록 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 수충격 방지 디스크장치의 작동을 살펴보면 다음과 같다.

관본체(10)를 따라 유체가 정방향으로 공급되는 경우에는 유체의 흐름에 의해 밸브패널(30)이 가압되어 우회홀부(14)에 밀착되어 우회관(16)을 폐쇄하게 된다.

이때, 제2단차부(34)는 제1단차부(18)에 밀착되므로 관본체(10)를 따라 공급되는 유체가 밸브패널(30)과 우회홀부(14) 사이의 간격으로 유실되는 것을 방지하고, 우회홀부(14)의 테두리에 설치되는 실링부재(14a)에 의해 밸브패널(30)과 우회홀부(14) 사이의 간격으로 유체가 유실되는 것을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.

유체의 공급이 차단되어 관본체(10)의 유로저항이 급격히 변경되는 경우에는 관본체(10)를 따라 역류가 발생되는데, 이때, 역류에 의해 작동패널(52)이 밸브패널(30)로부터 이격되어 작동패널(52) 내부로 역류 중 일부분이 유입되면서 작동패널(52)을 관본체(10)의 역방향으로 상승시킨다.

또한, 밸브패널(30)의 단부에 형성되는 작동홈부(36) 내부로 역류의 일부분이 유입되면서 밸브패널(30)을 관본체(10)의 역방향으로 가압하므로 밸브패널(30)이 힌지축(32)을 중심으로 회전되면서 우회홀부(14)가 개방된다.

개방된 밸브패널(30)의 단부는 걸림턱부(12a)에 삽입되고, 밸브패널(30)의 외벽이 경사면(12b)에 밀착되므로 역류되는 유체의 일부분은, 경사지게 배치되는 밸브패널(30)을 따라 우회관(16)으로 우회된다.

이로써, 유체의 공급이 개시되거나 중단될 때에 발생되는 유체의 역류 중 일부분을 우회관으로 우회시켜 관본체에 발생되는 수충격을 감소시킬 수 있고, 역류의 우회를 위한 구비되는 기술구성을 간소화할 수 있는 수충격 방지 디스크장치를 제공할 수 있게 된다.

본 발명은 도면에 도시되는 일 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

또한, 수충격 방지 디스크장치를 예로 들어 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 수충격 방지 디스크장치가 아닌 다른 제품에도 본 발명의 디스크장치를 사용될 수 있다.

따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

10 : 관본체 12 : 스토퍼
12a : 걸림턱부 12b : 경사면
14 : 우회홀부 14a : 실링부재
14b : 힌지홈부 16 : 우회관
18 : 제1단차부 30 : 밸브패널
32 : 힌지축 34 : 제2단차부
36 : 작동홈부 50 : 작동부
52 : 작동패널 54 : 고정부
56 : 연결부

Claims

유체가 이송되고 우회홀부가 구비되는 관본체; 상기 우회홀부에 연결되고 유체의 역류를 우회시키는 우회관; 상기 우회관을 개폐하도록 상기 우회홀부에 회전 가능하게 설치되는 밸브패널; 및 상기 밸브패널에 구비되고 유체의 역류에 의해 유로저항을 발생시켜 상기 밸브패널을 개방시키는 작동부를 포함하는 수충격 방지 디스크장치에 있어서,
상기 작동부는,
상기 밸브패널에 융착되는 고정부;
유체의 역류 방향으로 개방되도록 상기 고정부에 유동 가능하게 연결되는 작동패널; 및
상기 작동패널과 상기 고정부를 연결하고 탄성재질을 포함하여 이루어지는 연결부를 포함하고;
상기 밸브패널의 단부에는 내측 방향으로 오목한 작동홈부가 형성되는 것을 특징으로 하는 수충격 방지 디스크장치.
제1항에 있어서,
상기 관본체에는 상기 밸브패널의 개방정도를 제한하는 스토퍼가 구비되고, 상기 스토퍼는, 상기 밸브패널의 단부가 삽입되도록 상기 관본체가 외측으로 돌출되어 이루어지는 걸림턱부와, 상기 걸림턱부 내부에 형성되고 상기 밸브패널이 밀착되는 경사면을 포함하는 것을 특징으로 하는 수충격 방지 디스크장치.
제1항에 있어서,
상기 우회홀부에는 상기 밸브패널의 힌지축이 삽입되는 힌지홈부가 형성되고, 상기 밸브패널의 제2단차부가 밀착되는 제1단차부가 형성되는 것을 특징으로 하는 수충격 방지 디스크장치.
제3항에 있어서,
상기 우회관은, 개방된 상기 밸브패널의 연장선 방향으로 곡선을 이루며 연장되는 곡선 모양으로 형성되고, 상기 힌지홈부를 밀폐하도록 상기 우회홀부에 연결되는 것을 특징으로 하는 수충격 방지 디스크장치.
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