KR101687682B1 - 고압대용량 워터서플라이장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 한 회의 크랭크축 회전 및 이에 상응하는 피스톤의 한 회의 스트로크 왕복 운동으로 상측 토출관 및 하측 토출관으로 연속적으로 토출하도록 하고, 한 쌍의 실린더를 크랭크축 모듈에 의해 연동하도록 그룹핑하여 토출하도록 구성하여 고압대용량의 물을 한 쌍의 토출구로 원활히 토출할 수 있으며, 이송실린더의 피스톤 헤드에 상단 및 하단 홀과, 이에 상응하는 상단 및 하단 링홈을 형성하여, 피스톤의 스트로크시에, 헤드와 이송실린더 본체의 내벽 사이에 수막을 형성하여서, 헤드 및 내벽의 손상을 방지하여서 내마모성을 향상시킬 수 있으며, 형성된 수막에 의해서, 피스톤의 좌우 쏠림을 방지하여 피스톤이 이송실린더 본체의 중심에서 이탈하지 않도록 하여서 헤드 및 내벽의 손상을 방지할 수도 있으며, 헤드와 이송실린더 본체의 내벽 사이 공간으로 새는 수압도 최소화할 수 있는, 고압대용량 워터서플라이장치를 개시한다.

Description

고압대용량 워터서플라이장치{High Pressure and High Capacity Water Supplying Device}

본 발명은 고압대용량 워터서플라이장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 용수저장탱크 내부 공간에 수용된 실린더의 분해, 수리 및 교체를 최소화할 수 있는 실린더 및 피스톤 구조를 구비한 고압대용량 워터서플라이장치에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이, 발전설비, 특히 수력발전설비에 요구되는 고압 대용량의 용수를 공급하는 워터서플라이장치는, 대용량의 용수저장탱크와, 용수저장탱크 내부 공간에 수용되어 용수를 펌핑하여 이송 토출하는 실린더와, 실린더를 구동하는 모터로 구성되는 것이 일반적이다.

한편, 고압 대용량을 용수를 토출하기 위해서는, 실린더 내부에서 스트로크하는 피스톤의 고속 왕복 운동을 요구하게 되는데, 이는 실린더 내벽과 피스톤의 마찰에 의한 내벽 및 피스톤 헤드 손상을 필연적으로 발생시킨다.

따라서, 손상된 실린더 내벽 및 피스톤의 헤드를 수리 및 교체를 하여야 하는데, 고압 대용량으로 제작된 워터서플라이장치의 규모를 고려하면, 용수저장탱크 내부 공간에 수용된 실린더를 분해, 수리 및 교체하는 것이 번거롭고, 용이하지 않은 어려움이 있었다.

본 발명의 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 전술한 문제점을 해소하고자 하는 것으로서, 고압 대용량으로 제작된 워터서플라이장치의 규모를 고려하여, 용수저장탱크 내부 공간에 수용된 실린더의 분해, 수리 및 교체를 최소화할 수 있는 구조의 고압 대용량 워터서플라이장치를 제공하는 데 있다.

전술한 목적으로 달성하고자, 본 발명은, 대용량의 물이 수용되고, 물이 토출되는 토출구가 형성된 저장탱크; 상기 저장탱크 내측에 수용되며, 이송실린더 본체와, 상기 저장탱크의 토출구와 연결되고 상기 이송실린더 본체의 상측 및 하측 측벽과 각각 연통된 상측 및 하측 토출관과, 상기 상측 및 하측 토출관 사이에서 스트로크하여 물을 상기 토출관을 통해서 토출하는 피스톤과, 상기 피스톤의 상승 스트로크시에 상기 이송실린더 본체의 상단을 밀폐하여 상기 상측 토출관을 통해 물이 토출되도록 하는 상단 체크벨브와, 상기 피스톤의 하강 스트로크시에 상기 이송실린더 본체의 하단을 밀폐하여 상기 하측 토출관을 통해 물이 토출되도록 하는 하단 체크벨브로 구성되어서, 상기 피스톤의 한 회의 스트로크 왕복 운동을 통해서 상기 상측 토출관 및 상기 하측 토출관으로 물을 고압대용량으로 토출하는, 이송실린더; 및 모터모듈과, 상기 모터모듈의 회전력을 전달받아 상기 이송실린더의 피스톤을 스트로크하는 크랭크축 모듈로 구성되는 이송실린더 구동부;를 포함하는, 고압대용량 워터서플라이장치를 제공한다.

바람직하게는, 상기 피스톤의 헤드의 상부면 및 하부면에는 적어도 하나 이상의 상단 홀 및 하단 홀이 각각 형성되고, 상기 상단 홀 및 하단 홀은 상기 헤드의 측면에 형성된 상단 링홈 및 하단 링홈과 각각 연통되어서, 상기 피스톤의 하강 스트로크시, 상기 이송실린더 본체 하측 내부의 물이 상기 하단 홀을 통해서 상기 헤드의 측면의 하단 링홈으로 유동하고, 상기 피스톤의 상승 스트로크시, 상기 이송실린더 본체 상측 내부의 물이 상기 상단 홀을 통해서 상기 헤드의 측면의 상단 링홈으로 유동하도록 구성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 이송실린더 구동부의 크랭크축 모듈에 의해 상기 피스톤의 스트로크 방향이 상반되는 한 쌍의 제1 및 제2 이송실린더로 구성되는 적어도 하나 이상의 이송실린더부로 구성되고, 상기 제1 및 제2 이송실린더의 상측 및 하측 토출관은 상호 연통되어 하나의 상기 토출구로 연결될 수 있다.

바람직하게는, 상기 크랭크축 모듈은, 상기 모터모듈로부터 회전력을 전달받는 회전 디스크와, 상기 회전 디스크의 회전축인 크랭크축과, 상기 크랭크축에 결합되어 피스톤을 스트로크하는 한 쌍의 제1 및 제2 크랭크로 구성되되, 상기 제1 크랭크 및 상기 제2 크랭크는 상기 크랭크축에 대해 상반되는 방향으로 형성되어서, 상기 제1 크랭크는 상기 제1 이송실런더의 피스톤을 상승방향으로 스트로크하고, 상기 제2 크랭크는 상기 제2 이송실린더의 피스톤을 하강방향으로 스트로크할 수 있다.

바람직하게는, 상기 저장탱크의 내부 하부 영역에는 상기 이송실린더를 지지하는 격벽이 형성되고, 상기 격벽에는 양쪽의 물이 혼합되도록 격벽홀이 형성될 수 있다.

본 발명에 의하면, 한 회의 크랭크축 회전 및 이에 상응하는 피스톤의 한 회의 스트로크 왕복 운동으로 상측 토출관 및 하측 토출관으로 연속적으로 토출하도록 하고, 한 쌍의 실린더를 크랭크축 모듈에 의해 연동하도록 그룹핑하여 토출하도록 구성함으로써, 고압대용량의 물을 한 쌍의 토출구로 원활히 토출할 수 있는 효과가 있다.

또한, 피스톤 헤드에 상단 및 하단 홀과, 이에 상응하는 상단 및 하단 링홈을 형성하여, 피스톤의 스트로크시에, 헤드와 이송실린더 본체의 내벽 사이에 수막을 형성하여서, 헤드 및 내벽의 손상을 방지하여서 내마모성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

더 나아가, 수막에 의해서, 피스톤의 좌우 쏠림을 방지하여 피스톤이 이송실린더 본체의 중심에서 이탈하지 않도록 하여서 헤드 및 내벽의 손상을 방지할 수도 있고, 헤드와 이송실린더 본체의 내벽 사이 공간으로 새는 수압도 최소화할 수 있다.

도 1a는 본 발명에 의한 고압대용량 워터서플라이장치의 내부구성을 보여주는 개략적인 평면도이다.
도 1b는 도 1a의 고압대용량 워터서플라이장치의 내부구성을 보여주는 개략적인 정면도이다.
도 1c는 도 1a의 고압대용량 워터서플라이장치의 내부구성을 보여주는 개략적인 측면도이다.
도 2는 도 1a의 이송실린더 및 피스톤을 각각 확대하여 도시한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 전술한 특징을 갖는 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하고자 한다.

도 1a는 본 발명에 의한 고압대용량 워터서플라이장치의 내부구성을 보여주는 개략적인 평면도이며, 도 1b는 도 1a의 고압대용량 워터서플라이장치의 내부구성을 보여주는 개략적인 정면도이며, 도 1c는 도 1a의 고압대용량 워터서플라이장치의 내부구성을 보여주는 개략적인 측면도이고, 도 2는 도 1a의 이송실린더 및 피스톤을 각각 확대하여 도시한 것이다.

본 발명에 의한 고압대용량 워터서플라이장치는, 물(용수)을 수용하는 저장탱크(110)와, 저장탱크(110)의 물을 토출하는 이송실린더(120)와, 이송실린더(120)를 구동하는 이송실린더 구동부(130)를 전체적인 구성으로 하여서, 물을 요구량만큼 고압 대용량으로 토출하면서도 이송실린더(120) 내벽의 손상을 방지하여 이송실린더(120)의 분해, 수리 및 교체를 최소화하고자 하는 것이다.

도 1a 내지 1c, 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 고압대용량 워터서플라이장치의 전술한 구성, 동작 및 그 효과를 상세히 후술하고자 한다.

첫 번째, 저장탱크(110)는 유입구(112)를 통해서 대용량, 예컨대 40톤 이상의 물을 그 내부에 수용할 수 있고, 그 상단에는 수용된 물이 후술하는 이송실린더(120)에 의해 고압 토출되는 토출구(111a,111b)가 형성된다. 또한, 저장탱크(110)의 내부 하부 영역에는 후술하는 이송실린더(120)를 지지하는 격벽(113)이 형성되고, 격벽(113)에는 격벽(113) 양쪽의 물이 원활히 혼합되어 적정 온도로 냉각되도록 격벽홀(113-1)이 형성된다.

두 번째, 이송실린더(120)는, 저장탱크(110) 내측에 수용되고, 이송실린더 본체(121)와, 상측 및 하측 토출관(122a,122b)과, 피스톤(123)과, 상단 및 하단 체크밸브(124a,124b)를 포함하여서, 피스톤(123)의 한 회의 스트로크 왕복 운동을 통해서 상측 토출관(122a) 및 하측 토출관(122b)으로 연속적으로 고압대용량의 물을 토출하는 (복동) 이송실린더를 구성한다.

이를 구체적으로 각각 상술하면 다음과 같다. 통상, 실린더는 실린더 본체와 실린더 본체 내부의 피스톤을 의미하나, 여기서는, 설명의 편의상, 연관되는 토출관과 체크밸브도 실린더의 부속 구성으로 상술하고자 한다.

상측 및 하측 토출관(122a,122b)은, 저장탱크(110)의 토출구(111a,111b)와 연통되어 연결되고, 이송실린더 본체(121)의 상측 및 하측 측벽에 형성된 홀과 각각 연통된다. 즉, 도 1c에 도시된 바와 같이, 상측 토출관(122a)은 이송실린더 본체(121)의 상측 측벽과 연통되고, 하측 토출관(122b)은 이송실린더 본체(121)의 하측 측벽과 연통되어서, 이송실린더 본체(121) 내부의 물이 각각의 토출관(122a,122b) 및 토출구(111a,111b)를 통해서 외부로 고압 대용량으로 토출된다.

피스톤(123)은 상측 및 하측 토출관(122a,122b) 사이에서 이송실린더 본체(121) 내벽을 따라 상승 또는 하강 방향으로 스트로크하여 이송실린더 본체(121) 내부의 물을 상측 토출관(122a) 또는 하측 토출관(122b)을 통해서 토출한다.

즉, 구체적으로, 피스톤(123)의 상승 스트로크시에는, 이송실린더 본체(121) 내부 상단 영역에 수용된 물에 압력을 가하여 상측 토출관(122a)을 통해서 토출구(111a)로 토출시키고, 피스톤(123)의 하강 스트로크시에는, 이송실린더 본체(121) 내부 하단 영역에 수용된 물에 압력을 가하여 하측 토출관(122b)을 통해서 토출구(111b)로 토출시킨다.

상단 체크밸브(124a)는, 피스톤(123)의 하강 스트로크시에는 개방되고, 피스톤(123)의 상승 스트로크시에는 이송실린더 본체(121)의 상단을 밀폐하여 상측 토출관(122a)을 통해 물이 원활히 토출되도록 한다. 또한, 하단 체크밸브(124b)는, 피스톤(123)의 상승 스트로크시에는 개방되고, 피스톤(123)의 하강 스트로크시에는 이송실린더 본체(121)의 하단을 밀폐하여 하측 토출관(122b)을 통해 물이 원활히 토출되도록 한다.

한편, 도 1b에 도시된 바와 같이, 후술하는 이송실린더 구동부(130)의 크랭크축 모듈에 의해 피스톤(123)의 스트로크 방향이 상반되는 한 쌍(A,B)의 제1 및 제2 이송실린더(120)로 그룹핑되어 구성되는 적어도 하나 이상의 이송실린더부로 구성되고, 이송실린더부의 각 이송실린더(120)(A,B)의 상측 및 하측 토출관(122a,122b)은 상호 연통되어 하나의 토출구(111a,111b)로 연결된다.

따라서, 전술한 구성에 의해서, 피스톤(123)의 한 회의 스트로크 왕복 운동만으로도 상측 토출관(122a) 및 하측 토출관(122b)으로 연속적으로 물을 토출함으로써, 단일한 토출구(111a,111b)를 통해서 고압대용량으로 토출할 수 있다.

또한, 도 2에 확대 도시된 바와 같이, 피스톤(123)의 헤드(123-1)의 상부면 및 하부면에는 적어도 하나 이상의 상단 홀(123-1a) 및 하단 홀(123-1b)이 각각 형성되고, 상단 홀 및 하단 홀(123-1a,123-1b)은 헤드(123-1)의 측면에 형성된 상단 링홈(123-2a) 및 하단 링홈(123-2b)과 각각 연통되어서, 피스톤(123)의 상승 스트로크시, 이송실린더 본체(121) 상측 내부의 물이 상단 홀(123-1a)을 통해서 헤드(123-1)의 측면의 상단 링홈(123-2a)으로 미량 유동하고, 피스톤(123)의 하강 스트로크시, 이송실린더 본체(121) 하측 내부의 물이 하단 홀(123-1b)을 통해서 헤드(123-1)의 측면의 하단 링홈(123-2b)으로 미량 유동한다.

즉, 상단 링홈(123-2a) 및 하단 링홈(123-2b)으로 유동한 미량의 물은 헤드(123-1)와 이송실린더 본체(121)의 내벽 사이에 수막을 형성하여서, 피스톤(123)의 상승 및 하강 스트로크시, 헤드(123-1) 및 내벽의 손상을 방지하며, 피스톤(123)의 좌우 쏠림을 방지하여 피스톤(123)이 이송실린더 본체(121)의 중심에서 이탈하지 않도록 하고, 헤드(123-1)와 이송실린더 본체(121)의 내벽 사이 공간으로 새는 수압도 최소화한다.

세 번째, 이송실린더 구동부(130)는, 모터모듈(131)과, 모터모듈(131)의 회전력을 전달받아 이송실린더(120)의 피스톤(123)을 스트로크하는 크랭크축 모듈로 구성된다.

모터모듈(131)은 회전속도를 조절하여 최종 토출구로 토출되는 물의 수압을 조절할 수 있다.

크랭크축 모듈은, 세부적으로, 모터모듈(131)로부터 회전력을 전달받는 회전 디스크(132-1)와, 회전 디스크(132-1)의 회전축인 크랭크축(132-2)과, 크랭크축(132-2)에 결합되어 피스톤(123)을 스트로크하는 한 쌍의 제1 및 제2 크랭크(132-3a,132-3b)와, 제1 및 제2 크랭크(132-3a,132-3b)와 각각 순차적으로 힌지결합하는 제1 및 제2 연동축(133-1,133-2)으로 구성되고, 제1 및 제2 연동축(133-1,133-2)이 각 이송실린더(120)의 피스톤(123)과 힌지결합하여서, 각 피스톤(123)를 스트로크한다. 또한, 크랭크축(132-2)은 지지축(134)에 의해 지지되어 고속 회전하는데, 지지축(134)에는 베어링(미도시)이 형성되어 크랭크축(132-2)의 원활한 회전을 가이드한다.

여기서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 크랭크(132-3a,132-3b)는 크랭크축(132-2)에 대해 상반되는 방향으로 형성되는데, 제1 크랭크(132-3a)는 제1 이송실런더(A)의 피스톤(123)을 상승방향으로 스트로크하고, 제2 크랭크(132-3b)는 제2 이송실린더(B)의 피스톤(123)을 하강방향으로 교차하여 스트로크하여서, 제1 이송실린더(A)는 상측 토출관(122a)으로부터 토출구(111a)로 물을 토출하고, 동시에 제1 이송실린더(A)는 하측 토출관(122b)으로부터 토출구(111b)로 물을 토출하게된다.

따라서, 한 회의 크랭크축(132-2) 회전 및 이에 상응하는 피스톤(123)의 한 회의 스트로크 왕복 운동으로 상측 토출관(122a) 및 하측 토출관(122b)으로 연속적으로 토출하도록 하고, 한 쌍의 실린더(A,B)를 크랭크축 모듈에 의해 연동하도록 그룹핑하여 토출하도록 구성함으로써, 고압대용량의 물을 한 쌍의 토출구(111a,111b)로 원활히 토출할 수 있다.

한편, 한 쌍의 토출구(111a,111b)로 각각 구분하여 도시하고 기재하였으나, 도시되지는 않았으나, 한 쌍의 토출구(111a,111b)는 하나의 토출관(미도시)으로 연결되어서, 한 쌍의 이송실린더(A,B)로 구성되는 하나의 이송실린더부로터 하나의 토출관으로 물이 최종적으로 고압으로 토출된다.

본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

110 : 저장탱크 111a,b : 토출구
112 : 유입구 113 : 격벽
120 : 이송실린더 121 : 이송실린더 본체
122a,b : 상측 및 하측 토출관 123 : 피스톤
123-1 : 헤드 123-1a,b : 상단 및 하단 홀
123-2a,b : 상단 및 하단 링홈 124a,b : 상단 및 하단 체크벨브
130 : 이송실린더 구동부 131 : 모터모듈
132-1 : 회전 디스크 132-2 : 크랭크축
132-3a,b : 크랭크 133-1,2 : 제1 및 제2 연동축
134 : 지지축

Claims (5)

1. 대용량의 물이 수용되고, 물이 토출되는 토출구가 형성된 저장탱크;
   상기 저장탱크 내측에 수용되며, 이송실린더 본체와, 상기 저장탱크의 토출구와 연결되고 상기 이송실린더 본체의 상측 및 하측 측벽과 각각 연통된 상측 및 하측 토출관과, 상기 상측 및 하측 토출관 사이에서 스트로크하여 물을 상기 토출관을 통해서 토출하는 피스톤과, 상기 피스톤의 상승 스트로크시에 상기 이송실린더 본체의 상단을 밀폐하여 상기 상측 토출관을 통해 물이 토출되도록 하는 상단 체크벨브와, 상기 피스톤의 하강 스트로크시에 상기 이송실린더 본체의 하단을 밀폐하여 상기 하측 토출관을 통해 물이 토출되도록 하는 하단 체크벨브로 구성되어서, 상기 피스톤의 한 회의 스트로크 왕복 운동을 통해서 상기 상측 토출관 및 상기 하측 토출관으로 물을 고압대용량으로 토출하는, 이송실린더; 및
   모터모듈과, 상기 모터모듈의 회전력을 전달받아 상기 이송실린더의 피스톤을 스트로크하는 크랭크축 모듈로 구성되는 이송실린더 구동부;를 포함하되,
   상기 저장탱크의 내부 하부 영역에는, 상기 이송실린더를 지지하는 격벽이 형성되고, 상기 격벽에는 양쪽의 물이 혼합되도록 격벽홀이 형성되는 것을 특징으로 하는, 고압대용량 워터서플라이장치.
   
2. 제1 항에 있어서,
   상기 피스톤의 헤드의 상부면 및 하부면에는 적어도 하나 이상의 상단 홀 및 하단 홀이 각각 형성되고, 상기 상단 홀 및 하단 홀은 상기 헤드의 측면에 형성된 상단 링홈 및 하단 링홈과 각각 연통되어서,
   상기 피스톤의 하강 스트로크시, 상기 이송실린더 본체 하측 내부의 물이 상기 하단 홀을 통해서 상기 헤드의 측면의 하단 링홈으로 유동하고,
   상기 피스톤의 상승 스트로크시, 상기 이송실린더 본체 상측 내부의 물이 상기 상단 홀을 통해서 상기 헤드의 측면의 상단 링홈으로 유동하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 고압대용량 워터서플라이장치.
   
3. 제1 항에 있어서,
   상기 이송실린더 구동부의 크랭크축 모듈에 의해 상기 피스톤의 스트로크 방향이 상반되는 한 쌍의 제1 및 제2 이송실린더로 구성되는 적어도 하나 이상의 이송실린더부로 구성되고,
   상기 제1 및 제2 이송실린더의 상측 및 하측 토출관은 상호 연통되어 하나의 상기 토출구로 연결되는 것을 특징을 하는, 고압대용량 워터서플라이장치.
   
4. 제3 항에 있어서,
   상기 크랭크축 모듈은,
   상기 모터모듈로부터 회전력을 전달받는 회전 디스크와, 상기 회전 디스크의 회전축인 크랭크축과, 상기 크랭크축에 결합되어 피스톤을 스트로크하는 한 쌍의 제1 및 제2 크랭크로 구성되되,
   상기 제1 크랭크 및 상기 제2 크랭크는 상기 크랭크축에 대해 상반되는 방향으로 형성되어서, 상기 제1 크랭크는 상기 제1 이송실런더의 피스톤을 상승방향으로 스트로크하고, 상기 제2 크랭크는 상기 제2 이송실린더의 피스톤을 하강방향으로 스트로크하는 것을 특징으로 하는, 고압대용량 워터서플라이장치.
   
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