KR101852108B1 - 수압 암반절개에 관한 수압 제어 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다수개의 패커가 일정한 인터벌을 가지고 관으로 연결되어 상기 인터벌과 천공 종단부에 구비된 다수개의 분사구에서 분사되는 물에 의한 압력으로 암반을 절개하는 수압파쇄장치의 인터벌에 설치되는 수압 암반절개에 관한 수압 제어 밸브에 관한 것으로, 내부에 수압라인부와 패커라인부로 구분된 물 통로를 가지는 밸브 하우징과, 상기 밸브 하우징 중심부에 가로로 위치하고 좌우로 움직이며 상기 수압라인부의 접속을 전환시키는 밸브 스풀수단 및 상기 밸브 스풀수단과 평행하게 위치하고 상기 밸브 스풀수단과 연결된 카트리지 배출오리피스를 개폐하여 상기 밸브 스풀수단을 구동시키는 밸브 카트리지수단을 포함하며, 상기 밸브 카트리지수단은 기 설정된 이상의 압력이 가해지면 구동되어 상기 카트리지 배출오리피스를 개방함과 동시에 상기 밸브 스풀수단을 이동시킴으로써 상기 밸브에 유입되는 물에 의한 압력을 상기 인터벌 측면과 천공 종단부로 분리하여 가할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 수압 암반절개에 관한 수압 제어 밸브를 제공한다.

Description

수압 암반절개에 관한 수압 제어 밸브{A control valve of water pressure for hydraulic rock splitting}

본 발명은 수압 암반절개에 관한 수압 제어 밸브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스풀과 파일럿 밸브로 구성되고 수압을 이용하는 암반 절개 장치에 장착되어서 상기 장치 내부에서 소통되는 물의 압력을 분배할 수 있는 수압 암반절개에 관한 수압 제어 밸브에 관한 것이다.

토목공사나 건축공사 등을 위해 암반을 절개할 때 사용되는 장치 중에는 암반에 천공을 형성한 후에 팽창성 재료를 주입하여 내부로부터 암반을 절개하는 무진동, 무소음 암반파쇄 장치가 있다.

이러한 무진동, 무소음 암반파쇄 장치는 암반의 무분별한 균열 없이 필요한 부분만을 절개할 수 있기 때문에 암반 강도에 영향을 받지 않고, 진동 및 소음을 현저하게 감소시킬 수 있다는 장점이 있어 근래에 들어 많이 사용되고 있다.

구체적으로는 무진동, 무소음 암반파쇄 장치는 암반에 생성된 일정 깊이의 천공에 삽입된 후 외부에서 주입된 물 또는 공기와 같은 유체를 천공에 주입하면서 압력을 가하여 그 압력으로 내부 천공의 벽면에 균열을 일으켜 암반을 절개하게 되는데, 그 동력원의 종류에 따라 크게 압축공기 구동방식과 유압구동방식으로 나눌 수 있다.

도 1에는 등록특허공보 제646584호에 개시된 종래의 수압파쇄장치가 도시 되어 있는데, 상기 수압파쇄장치는 시추공 내에 목적 심도별로 위치하여 암반의 파쇄압력을 제공하기 위해 양 끝단이 밀폐되며, 내부는 튜브형상이며, 길이방향으로 중앙부에 수압분사구(7)가 형성된 수압공급기(5)와; 상기 수압공급기(5)의 양단에 장착되며, 튜브형상이면서 저압공(9)이 구비된 패커(6)로 이루어지는 수압파쇄부와; 상기 수압파쇄부를 시추공 내에 목적 심도별로 이송하고자 이송로프(18)가 감긴 이송윈치(17)가 마련된 이송부와; 상기 수압파쇄부에 저압 및 고압의 압력을 공급하기 위하여 차량의 동력축으로부터 동력을 공급받아, 저압라인(4)으로부터 패커(6)까지 연결되는 저압압축부(2)및 고압라인(3)으로부터 수압공급기(5)까지 연결되는 고압압축부(1)에 동력을 공급하는 동력공급부와; 물을 이용하는 상기 고압라인(3) 및 저압라인(4)에 각각 고압조절밸브 및 저압조절밸브를 연결하여 수압을 조절하는 압력조절부로서 이루어진다.

상기와 같이 이루어지는 수압파쇄장치는 저압압축부에 의해 패커(6)를 팽창시켜 수압공급기(5)를 고정시킨 후 고압압축부(1)로서 고압의 수압을 수압공급기 내로 공급시키고, 공급된 고압의 물은 수압분사구(7)를 통하여 분사되어 목적하는 암반의 표면에 충돌하여 암반을 파쇄하는 것이다. 이때, 상기 고압조절밸브에 의해 수압분사구(7)를 통해 분사되는 물은 일정 정도의 압력을 가지고 있어야 하는데, 대략 50Mpa 이상의 수압을 가지고 있을 때 암반이 파쇄되게 된다.

그러나 위와 같은 종래의 수압파쇄장치는 수압분사구(7)가 패커(6)와 패커(6) 사이에 하나만이 형성되어 있어 암반 절개 효율이 떨어지게 된다. 설령 수압분사구(7)를 다수 개 형성한다고 하더라도 상기 수압분사구(7)로 분사되는 물의 압력을 조절하기 위한 압력조절부가 외부에 설치되어 있어서 서로 상이한 위치에 형성되어 있는 다수개의 수압분사구(7)로 적절하게 압력을 배분하기가 어렵다는 문제점이 있다.

따라서 유체의 압력을 이용하여 암반을 절개하는 장치에서 다수개의 분사구 각각에 원하는 유체 압력을 전달하여 전체적인 압력을 분배 또는 제어할 수 있는 밸브 구조가 필요하게 된다.

관련 선행기술로는 한국등록특허 10-1523113호(등록일: 2015. 05. 19)가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 다수개의 패커가 일정한 인터벌을 가지고 관으로 연결되어 상기 인터벌과 종단부에 구비된 다수개의 분사구에서 분사되는 물에 의한 압력으로 암반을 절개하는 수압파쇄장치의 인터벌에 설치되어서, 다수개의 분사구 각각에 원하는 수압을 전달하여 전체적인 압력을 분배 또는 제어할 수 있는 수압 암반절개에 관한 수압 제어 밸브를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 실시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다수개의 패커가 일정한 인터벌을 가지고 관으로 연결되어 상기 인터벌과 천공 종단부에 구비된 다수개의 분사구에서 분사되는 물에 의한 압력으로 암반을 절개하는 수압파쇄장치의 인터벌에 설치되는 수압 암반절개에 관한 수압 제어 밸브는, 내부에 수압라인부와 패커라인부로 구분된 물 통로를 가지는 밸브 하우징과, 상기 밸브 하우징 중심부에 가로로 위치하고 좌우로 움직이며 상기 수압라인부의 접속을 전환시키는 밸브 스풀수단 및 상기 밸브 스풀수단과 평행하게 위치하고 상기 밸브 스풀수단과 연결된 카트리지 배출오리피스를 개폐하여 상기 밸브 스풀수단을 구동시키는 밸브 카트리지수단을 포함하며, 상기 밸브 카트리지수단은 기 설정된 이상의 압력이 가해지면 구동되어 상기 카트리지 배출오리피스를 개방함과 동시에 상기 밸브 스풀수단을 이동시킴으로써 상기 밸브에 유입되는 물에 의한 압력을 상기 인터벌 측면과 천공 종단부로 분리하여 가할 수 있도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.

구체적으로, 상기 밸브 하우징은, 상단과 하단에 상기 관과 연결되는 밸브 연결단과, 상기 상단과 하단의 밸브 연결단 사이에 위치한 하우징 몸체 및 상기 하우징 몸체 측면에 형성된 밸브 분사구를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

구체적으로, 상기 패커라인부는, 하나 이상의 관이 상기 밸브의 하우징 몸체를 상하로 직접 관통하여 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.

구체적으로, 상기 수압라인부는, 상기 밸브의 하우징 몸체 상부와 하부 중앙에 형성된 원형의 홈통인 수압라인관과, 일단은 상기 상부의 수압라인관의 종단면 일부와 연결되고 타단은 상기 밸브 스풀수단이 위치한 부위로 연결되게 형성된 스풀 상단오리피스와, 일단은 상기 하부의 수압라인관의 종단면 일부와 연결되고 타단은 상기 밸브 스풀수단이 위치한 부위와 연결되어 상기 스풀 상단오리피스와 측면으로 일정간격 엇갈리도록 형성된 스풀 하단오리피스와, 일단은 상기 상부의 수압라인관의 측면에 위치하고 타단은 상기 밸브 스풀수단을 통해 상기 밸브 카트리지수단이 위치한 부위와 연결되는 카트리지 유입오리피스 및 일단은 상기 밸브 카트리지수단이 위치한 부위와 연결되고 타단은 상기 밸브 스풀수단과 연결되는 카트리지 배출오리피스를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

구체적으로, 상기 밸브 스풀수단은, 일정길이의 원기둥 형상을 하되 제1 단턱부와 제2 단턱부가 일정 간격으로 형성된 스풀을 포함하되, 상기 스풀은 일단에 밸브 스프링이 결합되어 상기 밸브의 하우징 몸체에 삽입 설치되도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.

구체적으로, 상기 밸브 스풀수단은, 상기 밸브 스프링을 마감하는 밸브커버를 더 포함하되, 상기 밸브커버의 회전정도에 따라 상기 밸브 스프링의 장력이 변화함으로써 상기 스풀이 구동되는 압력을 조절할 수 있도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.

구체적으로, 상기 밸브 카트리지수단은, 원뿔 형상으로 형성된 첨부와 상기 첨부와 연결된 축부로 이루어지는 카트리지를 포함하되, 상기 카트리지는 상기 축부 일단에 카트리지 스프링이 결합되어 상기 밸브의 하우징 몸체에 삽입 설치되도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.

구체적으로, 상기 밸브 카트리지수단은, 상기 카트리지 스프링의 장력을 조절함으로써 상기 카트리지가 구동되는 압력을 조절할 수 있도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 다수개의 패커로 이루어진 수압파쇄장치의 패커와 패커 사이인 인터벌에 설치되어서 수압파쇄장치로 유입되는 물의 압력을 분배하는 기능을 할 수 있기 때문에, 상기 인터벌과 종단부에 구비된 다수개의 분사구 각각에 원하는 수압을 전달하여 전체적인 압력을 용이하게 분배 또는 제어할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 수압파쇄장치를 도시한 개요도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 수압 암반절개에 관한 수압 제어 밸브가 장착된 수압파쇄장치를 도시한 개요도이다.
도 3은 도 2에 도시된 수압 암반절개에 관한 수압 제어 밸브의 외부 및 내부를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시된 수압 암반절개에 관한 수압 제어 밸브의 종단면을 도시한 단면도이다.
도 5는 도 2에 도시된 수압 암반절개에 관한 수압 제어 밸브의 외부 및 내부를 도시한 평면도이다.
도 6은 도 3에 도시된 스풀과 카트리지를 도시한 사시도이다.

본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 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.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 수압 암반절개에 관한 수압 제어 밸브가 설치되는 수압파쇄장치에 대해서 간략히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 수압 암반절개에 관한 수압 제어 밸브가 장착된 수압파쇄장치를 도시한 개요도로서, 수압파쇄장치의 패커가 암반의 천공에 삽입되어 있는 상태를 나타내고 있는데, 다수개의 패커(10), 주입관(11), 관, 상기 패커(10) 사이에 구비된 밸브(100) 및 마지막에 연결된 패커(10)에서 돌출된 관의 종단부(200)를 포함할 수 있다.

패커(10)는 암반에 생성된 천공에 삽입된 후 물의 주입에 의해 팽창 고정됨으로써 패커(10)의 인터벌(I)과 천공 종단부(E)가 위치하는 천공 구간을 격리 및 밀폐함으로써 패커(10)의 인터벌(I)과 천공 종단부(E)가 위치한 천공 구간에 물이 분사되면 압력을 가할 수 있는 기능을 수행한다.

패커(10)는 가장 내측에서부터 지지부재, 가압부재, 확장부재로 구성되는 금속재질의 원통형상의 관으로 이루어진 후 고무 등과 같은 탄성재질의 탄성부재가 그 외부를 감싸는 구조를 갖는다. 그리고 내부 중심 부분에는 물이 지나가는 관이 위치하게 된다.

패커(10)의 확장부재는 절개선에 의해 복수개로 분할되는 구조를 갖고 있어서 물에 의해 내부의 관이 팽창하면 절개선을 기준으로 각각의 분할된 개개의 편들이 분리되면서 외부로 확장되어 겉을 감싸는 탄성재질을 외측으로 밀어내게 되고, 가압부재는 내부에서 분사되는 물의 압력을 통해 상기 확장부재를 외측방향으로 밀어내는 기능을 하고, 지지부재는 그 중심부에 물이 지나가는 관을 수용하며 그 몸체에는 사방으로 물이 분사되도록 복수개의 홀이 일정한 간격으로 형성된 구조를 갖는다(도면 미도시).

관은 패커(10)의 외부로부터 가압부재에 물을 공급하는 기능을 할 뿐만 아니라 후술하게 될 밸브(100)의 분사구(112)를 통해 패커(10) 외부와 천공 내부로 물을 공급하는 기능을 한다. 이때, 가압부재에 공급되는 물과 분사구(112)를 통해 공급되는 물은 개별적으로 다른 경로를 통해 공급되도록 하는 것이 바람직하다.

관에는 상기 패커(10)로 주입되는 물의 압력과 상기 분사구(112)로 주입되는 물의 압력을 개별적으로 조절할 수 있는 압력 조절부가 연결되도록 하는 것이 바람직하다. 이것은 패커(10)가 확장되어서 천공에 고정될 때 인터벌(I) 구간과 천공 종단부(E) 구간이 밀폐가 된 상태에서 물을 분사하여야 상기 구간에 압력을 높여 암반을 절개할 수 있기 때문이다. 만약 패커(10) 내부의 가압부재와 분사구(112)에 동시에 물이 분사되면 밀폐되지 않은 상태에서 물이 분사되어 물이 새어나가게 되어 암반을 절개할 수 없게 된다.

밸브(100)는 각 패커(10) 마다 연결 및 분리가 용이하도록 설계되는데, 본 발명의 일실시예에서는 인터벌(I) 구간에 위치한 것을 예시하였다.

종단부(200)는 관과 연결된 종단부 몸체(210)와 상기 종단부 몸체(210)에 형성된 종단부 분사구(220)를 포함한다.

위와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예에 따른 암반파쇄장치의 동작을 살펴보면 아래와 같다.

먼저, 절개하고자 하는 암반에 천공을 생성한다. 다음으로 암반의 절개를 촉진할 수 있도록 천공 내부 벽면에 슬롯을 형성한다. 본 발명의 일실시예에서는 인터벌(I)이 위치할 천공 벽면에 형성된 길이방향으로 수직슬롯(S1)과, 천공 종단부(E)의 벽면에는 길이방향과 직각으로 형성된 수평슬롯(S2)을 예시하였다.

다음으로 상기 천공 내측에 패커(10)를 삽입하고, 물을 가압부재에 공급하면 가압부재가 늘어나면서 확장부재를 외측으로 밀어내고 확장부재의 개개의 편들이 분리되면서 외부로 밀려난다. 이때, 확장부재의 개개의 편 사이에 가압부재의 돌기가 위치하면서 확장부재를 지지해준다. 또한, 금속재질의 확장부재에 의해 가압부재의 탄성재질이 외부 충격으로 파손되는 것을 방지하게 된다.

이어서, 확장부재가 확장되면서 확장부재 외주면을 둘러싸고 있는 탄성부재가 따라서 확장되어 천공 내부벽을 채우게 되고 결과적으로 패커(10)와 패커(10) 사이의 인터벌(I)과 천공 종단부(E)는 밀폐된 공간이 된다.

다음으로 상기 밸브(100)와 종단부(200)에 구비된 분사구를 통해 물이 인터벌(I)과 천공 종단부(E)의 밀폐된 공간으로 분출되어서 암반의 표면에 충돌함으로써 암반을 파쇄하게 된다. 이 때 밸브(100)가 유입되는 물에 의한 압력을 밸브(100)의 측면과 종단부(200)로 적절하게 분배하는 기능을 수행한다.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 밸브(100)에 대해서 설명하기로 한다.

도 3은 도 2에 도시된 수압 암반절개에 관한 수압 제어 밸브의 외부 및 내부를 도시한 사시도이고, 도 4는 도 2에 도시된 수압 암반절개에 관한 수압 제어 밸브의 종단면을 도시한 단면도이고, 도 5는 도 2에 도시된 수압 암반절개에 관한 수압 제어 밸브의 외부 및 내부를 도시한 평면도로서, 다수개의 패커(10)가 일정한 인터벌을 가지고 관으로 연결되어 상기 인터벌(I)과 천공 종단부(E)에 구비된 다수개의 분사구에서 분사되는 물에 의한 압력으로 암반을 절개하는 수압파쇄장치의 인터벌(I)에 설치되는 수압 암반절개에 관한 수압 제어 밸브(100)는, 내부에 수압라인부(140)와 패커라인부(150)로 구분된 물 통로를 가지는 밸브 하우징(110)과, 상기 밸브 하우징(110) 중심부에 가로로 위치하고 좌우로 움직이며 상기 수압라인부(140)의 접속을 전환시키는 밸브 스풀수단(120) 및 상기 밸브 스풀수단(120)과 평행하게 위치하고 상기 밸브 스풀수단(120)과 연결된 카트리지 배출오리피스(144)를 개폐하여 상기 밸브 스풀수단(120)을 구동시키는 밸브 카트리지수단(130)을 포함할 수 있다.

위와 같이 이루어진 수압 암반절개에 관한 수압 제어 밸브(100)에 의하면, 상기 밸브 카트리지수단(130)이 기 설정된 이상의 압력이 가해지면 구동되어 폐쇄하고 있던 카트리지 배출오리피스(144)를 개방함과 동시에 상기 카트리지 배출오리피스(144)로 연결된 밸브 스풀수단(120)을 이동시킨다. 이어서 이동된 밸브 스풀수단(120)은 상기 밸브 스풀수단(120)이 위치한 부위와 연결된 분사구 오리피스(112A)를 개방함과 동시에 수압라인부(140)의 스풀 상단오리피스(141)와 스풀 하단오리피스(142)가 서로 연통되도록 함으로써 밸브(100)에 유입되는 물에 의한 압력을 상기 인터벌(I) 측면과 천공 종단부(E)로 분리하여 가할 수 있도록 하게 된다.

밸브 하우징(110)은 내부에 수압라인부(140)와 패커라인부(150)로 구분된 물 통로를 가지며 금속재질로 이루어지는데, 밸브 하우징(110)의 외부와 내부는 물에 의한 부식을 방지하기 위하여 도금을 하게 된다.

밸브 하우징(110)은, 상단과 하단에 관과 연결되는 밸브 연결단(111)과, 상기 상단과 하단의 밸브 연결단(111) 사이에 위치한 하우징 몸체(113) 및 상기 하우징 몸체(113) 측면에 형성된 밸브 분사구(112)를 포함할 수 있다.

밸브 연결단(111)은 일정 길이의 원기둥 형상을 가지되 내부에 원형의 홈이 형성되고 내부 표면에 나사산 등이 형성됨으로써 관과 용이하게 결합 및 분리가 이루어질 수 있도록 한다.

하우징 몸체(113)는 상술한 바와 같이 물의 통로가 되는 수압라인부(140)와 패커라인부(150)를 내부에 구비하고 있으며, 그 외에도 후술하게 될 밸브스풀수단(120)과 밸브 카트리지수단(130)이 내부에 장착될 수 있도록 그에 맞는 공간을 형성하고 있게 된다.

또한, 하우징 몸체(113)의 측면의 양쪽에는 밸브 분사구(112)가 형성되어서 상기 밸브 연결단(111)으로 유입된 물이 측면으로 분사될 수 있도록 한다.

밸브 스풀수단(120)은 일정길이의 원기둥 형상을 하되 상기 원기둥의 중간 위치에 일정 간격으로 형성된 제1 단턱부(121c)와 제2 단턱부(121d)와, 상기 원기둥 일단에 돌출된 돌출축부(121a)와 상기 제1 단턱부(121c)와 제2 단턱부(121d) 사이의 축인 중간축부(121b)를 포함하는 스풀(121)을 포함할 수 있다(도 6 (a) 참조).

밸브 스풀수단(120)은 스풀(121)의 일단인 돌출축부(121a)에 결합되는 밸브 스프링(123)을 더 포함하고, 밸브 스프링(123)이 결합된 스풀(121)은 하우징 몸체(113)에 삽입 설치된다.

이 때 스풀(121)이 삽입된 부위에서 밸브 스프링(123) 측은 밸브 스풀커버(124)로 마감되고 반대편은 밸브커버(122)로 마감된다.

여기서, 상기 밸브 스프링(123)을 마감하는 밸브 커버(122)와 밸브 스풀커버(124)는, 그 회전정도에 따라 밸브 스프링(123)을 조이거나 느슨하게 함으로써 장력을 변화시킬 수 있다. 그럼으로써 스풀(121)을 구동시키기 위한 압력을 조절할 수 있다.

위와 같이 이루어지는 밸브 스풀수단(120)은 밸브 하우징(110) 중심부에 가로로 위치하고 밸브 스프링(123)이 위치한 곳으로 유입되는 물의 압력에 의해 좌우로 움직이면서 상기 수압라인부(140)의 접속을 전환시키는 기능을 하게 되는데, 즉, 스풀 상단오리피스(141)와 스풀 하단오리피스(142)의 연통을 제어할 수 있다.

밸브 카트리지수단(130)은 원뿔 형상으로 형성된 첨부(131a)와 상기 첨부(131a)와 연결된 축부(131b)로 이루어지는 카트리지(131)를 포함할 수 있다(도 6 (b) 참조).

밸브 카트리지수단(130)은 상기 축부(131b) 일단에 카트리지 스프링(132)이 결합되어 상술한 바와 같이 밸브 스풀수단(120)과 평행하게 위치하고 일정 정도 이격되어 상기 하우징 몸체(113)에 삽입 설치되며 카트리지 커버(133)에 의해 마감된다.

밸브 카트리지수단(130)이 위치한 부위는 상술한 바와 같이 수압라인부(140)의 수압라인관(145)의 일부분과 연결된 카트리지 유입오리피스(143)와 연결되어서 주입된 물이 기 설정된 압력 이상이 되면 카트리지 스프링(132)의 장력을 이겨내며 카트리지(131)를 밀어내게 된다.

그리고 카트리지(131)가 막고 있던 카트리지 배출오리피스(144)가 개방되어서 물이 연통되고 연통된 물은 밸브 스풀수단(120)과 연결된 카트리지 배출오리피스(144)를 통과하여 밸브 스풀수단(120)의 스풀(121)을 밀어냄으로써 밸브 스풀수단(120)을 구동시키게 된다.

밸브 스풀수단(120)이 움직이면 상술한 바와 같이 수압라인부(140)의 스풀 상단오리피스(141)와 스풀 하단오리피스(142)가 연통되어 밸브(100) 아래에 연결된 수압라인관(145)으로 물이 흐르게 되어 종단부(200)로 이어지도록 함과 동시에 하우징 몸체(113) 양 측면으로 형성된 분사구 오리피스(112A)로도 물이 흐르게 되어 밸브 분사구(112)로 물이 분사되도록 함으로써 밸브(100)에 주입된 물의 압력으로 밸브(100) 양 측면과 종단부(200)로 분배하게 된다.

이때, 위와 같이 수압라인부(140)의 수압라인관(145)으로 유입되는 주압력을 이용해 밸브 스프링(123)을 직접 구동하지 않고 밸브 카트리지수단(130)을 이용하여 간접적으로 오리피스 등을 통하여 밸브 스프링(123)을 구동하는 것은 주압력이 가지는 압력이 너무 커서 직접 밸브 스프링(123)을 구동시키게 되면 파손의 우려가 있기 때문이다.

따라서 수압라인관(145)으로 유입되는 물의 압력을 수압라인관(145)이 가지는 전체 면적 일부분에 해당하는 매우 작은 직경의 통로를 가지는 카트리지 유입오리피스(143)로 인하여 압력을 1/10 내지 1/5 정도로 감소 시켜서 밸브 스풀수단(120)으로 전달하는 방식을 사용한다.

또한, 밸브 카트리지수단(130)은, 카트리지 스프링(132)의 장력을 조절함으로써 밸브 카트리지수단(130)이 구동되는 수압을 조절할 수 있도록 할 수 있다. 다시 말하면, 서로 다른 장력을 가지는 카트리지 스프링(132)을 선택 장착함으로써 수압파쇄장치를 조정범위 압력에서 구동되도록 하게 되는 것이다.

수압라인부(140)는, 스풀 상단오리피스(141), 스풀 하단오리피스(142), 카트리지 유입오리피스(143), 카트리지 배출오리피스(144) 및 수압라인관(145)을 포함할 수 있다.

스풀 상단오리피스(141)는 밸브 하우징(110)의 하우징 몸체(113) 내부에 형성된 물 이동 통로로서, 일단은 상부의 수압라인관(145)의 종단면 일부와 연결되고 타단은 상기 밸브 스풀수단(120)이 위치한 부위로 연결되게 형성되어서 스풀(121)의 움직임에 따라 스풀 하단오리피스(142)와 연통 또는 폐쇄되게 된다.

스풀 하단오리피스(142)는 밸브 하우징(110)의 하우징 몸체(113) 내부에 형성된 물 이동 통로로서, 일단은 상기 하부의 수압라인관(145)의 종단면 일부와 연결되고 타단은 상기 밸브 스풀수단(120)이 위치한 부위와 연결되어 상기 스풀 상단오리피스(141)와 측면으로 일정간격 엇갈리도록 형성되어서 스풀(121)의 움직임에 따라 스풀 상단오리피스(141)와 연통 또는 폐쇄되게 된다.

카트리지 유입오리피스(143)는 밸브 하우징(110)의 하우징 몸체(113) 내부에 형성된 물 이동 통로로서, 일단은 상기 상부의 수압라인관(145)의 측면에 위치하고 타단은 상기 밸브 스풀수단(120)을 통해 상기 밸브 카트리지수단(130)이 위치한 부위와 연결되어서 수압라인관(145)으로 유입된 물의 압력을 일부분 밸브 카트리지수단(130)으로 향하게 한 후 물이 일정 정도의 압력 이상이 되면 밸브 카트리지수단(130)을 구동 시키도록 하는 물 통로로 기능하게 된다.

카트리지 배출오리피스(144)는 일단은 상기 밸브 카트리지수단(130)이 위치한 부위와 연결되고 타단은 상기 밸브 스풀수단(120)과 연결되도록 한다.

수압라인관(145)으로 유입된 물 일부는 카트리지 유입오리피스(143)로 유입되어 밸브 카트리지수단(130)을 구동시켜 카트리지 배출오리피스(144)로 연통되고 밸브 스풀수단(120)을 구동시킨다.

밸브 스풀수단(120)이 구동되면 유입된 물은 연통된 밸브(100)의 하우징 몸체(113) 상하에 구비된 수압라인관(145)을 지나가고 동시에 밸브(100)의 하우징 몸체(113) 측면에 형성된 분사구 오리피스(112A)를 지나가서 수압은 측면의 수압과 종단부(200)의 수압으로 분배되게 된다.

수압라인관(145)은 밸브 하우징(110)의 밸브 연결단(111)이 위치한 하우징 몸체(113)의 상부와 하부 중앙에 형성된 원형의 홈통이다.

패커라인부(150)는 하우징 몸체(113)를 직접 관통할 수 있는 구조를 갖는다. 하나 이상의 관으로 이루어지되 그 위치는 수압라인관(145)의 주위에, 그리고 밸브 연결단(111)으로 연결된 하우징 몸체(113) 위치에 형성된다. 패커라인부(150)를 이루고 있는 상기 하나 이상의 관은 밸브(100)의 하우징 몸체(113)를 상하로 직접 관통하여 형성된다.

패커라인부(150)를 지나가는 물은 패커(10) 내부로 유입된 후 패커(10)를 팽창시킴으로서 패커(10)가 암반 등의 천공에 삽입된 후에 상기 천공을 밀폐할 수 있도록 하는 기능을 수행한다.

이하에서는 위와 같이 구성된 본 발명의 일실시예인 수압 암반절개에 관한 수압 제어 밸브(100)의 작동 과정에 대해서 설명하기로 한다.

수압파쇄장치는 본 발명의 일실시예에서 두 개의 패커(10) 구조를 갖는데, 두 개의 패커(10)는 밸브(100)의 상하부에 형성된 밸브 연결단(111)이 관과 결합됨으로써 서로 연결된다. 전체적으로, 패커(10)와 패커(10) 사이의 인터벌(I)에는 밸브(100)가 위치하고 마지막 단에는 종단부(200)가 위치한다.

패커(10)의 암반의 천공에 삽입되고 나면 패커(10)의 관으로 물이 주입된다. 이때, 물은 분사구로 가는 물을 위한 수압라인부(140)와 패커(10)를 팽창시키기 위해 패커(10)로 가는 패커라인부(150)로 나뉘어져 주입된다.

패커라인부(150)로 주입된 물은 먼저 두 개의 패커(10) 중에 첫 번째 패커(10) 내부로 주입되어 첫 번째 패커(10)를 팽창시키고 난후 계속하여 관과 밸브(100)를 직접적으로 관통하며 두 번째 패커(10)로 주입되어 두 번째 패커(10)를 팽창시킨다.

위와 같이 패커(10)의 팽창으로 암반의 천공 내부에 패커(10)가 고정되고 나면 천공 내부는 인터벌(I)과 천공 종단부(E)로 나뉘어져 각각은 밀폐된다.

다음으로 수압라인부(140)로 주입된 물은 첫 번째 패커(10)를 곧바로 관통하며 밸브(100)의 수압라인관(145)에 도착한다. 이 때 수압라인관(145)의 종단면은 밸브 스풀수단(120)의 스풀(121)로 막혀 있게 된다.

수압라인관(145)에 있던 물은 수압라인관(145)의 일부분에 형성된 카트리지 유입오리피스(143)로 흘러 들어가 밸브 카트리지수단(130)의 카트리지(131)에 의해 막히게 된다. 이때 수압이 카트리지(131)의 축부(131b)에 결합된 카트리지 스프링(132)이 갖고 있는 장력을 이겨낼 정도가 되면 카트리지(131)를 밀어내어서 막혀 있던 카트리지 배출오리피스(144)를 개방하게 된다.

카트리지 배출오리피스(144)를 통과한 물은 밸브 스풀수단(120)의 스풀(121)에 의해 막히게 된다. 위와 마찬가지로 수압이 밸브 스프링(123)이 갖고 있는 장력을 이겨낼 정도가 되면 스풀(121)을 움직여서 막혀 있던 스풀 상단오리피스(141)와 스풀 하단오리피스(142)를 서로 연통시킴과 동시에 양 측면으로 형성된 분사구 오리피스(112A)를 연통시킨다.

따라서 주입된 물 일부는 밸브(100)의 하우징 몸체(113)의 양 측면에 형성된 밸브 분사구(112)로 분사되고 나머지 일부는 상하부의 수압라인관(145)을 관통하여 종단부(200)로 이어져 종단부 몸체(210)에 형성된 종단부 분사구(220)로 분사된다.

따라서 위와 같이 본 발명의 일실시예인 수압 암반절개에 관한 수압 제어 밸브(100)는 유입되는 물의 압력을 분배하여 측면의 수압과 하단부의 수압으로 분배하는 역할을 수행하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 다수개의 패커로 이루어진 수압파쇄장치의 패커와 패커 사이인 인터벌에 설치되어서 수압파쇄장치로 유입되는 물의 압력을 분배하는 기능을 할 수 있기 때문에, 상기 인터벌과 종단부에 구비된 다수개의 분사구 각각에 원하는 물 압력을 전달하여 전체적인 압력을 용이하게 분배 또는 제어할 수 있는 효과가 있다.

이상의 설명에서는 본 발명의 다양한 실시예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다.

10: 패커 11: 주입관
100: 밸브 110: 밸브 하우징
111: 밸브 연결단 112: 밸브 분사구
112A: 분사구 오리피스 113: 하우징 몸체
120: 밸브 스풀수단 121: 스풀
121a: 돌출축부 121b: 중간축부
121c: 제1 단턱부 121d: 제2 단턱부
122: 밸브 커버 123: 밸브 스프링
124: 밸브 스풀커버 130: 밸브 카트리지수단
131: 카트리지 131a: 첨부
131b: 축부 132: 카트리지 스프링
133: 카트리지 커버 140: 수압라인부
141: 스풀 상단오리피스 142: 스풀 하단오리피스
143: 카트리지 유입오리피스 144: 카트리지 배출오리피스
145: 수압라인관 150: 패커라인부
200: 종단부 210: 종단부 몸체
220: 종단부 분사구
H: 천공 I: 인터벌
E: 천공 종단부 S1: 수직슬롯
S2: 수평슬롯

Claims (8)

1. 다수개의 패커가 일정한 인터벌을 가지고 관으로 연결되어 상기 인터벌과 천공 종단부에 구비된 다수개의 분사구에서 분사되는 물에 의한 압력으로 암반을 절개하는 수압파쇄장치의 인터벌에 설치되는 수압 암반절개에 관한 수압 제어 밸브에 있어서,
   내부에 수압라인부와 패커라인부로 구분된 물 통로를 가지는 밸브 하우징;
   상기 밸브 하우징 중심부에 가로로 위치하고 좌우로 움직이며 상기 수압라인부의 접속을 전환시키는 밸브 스풀수단; 및
   상기 밸브 스풀수단과 평행하게 위치하고 상기 밸브 스풀수단과 연결된 카트리지 배출오리피스를 개폐하여 상기 밸브 스풀수단을 구동시키는 밸브 카트리지수단;을 포함하며,
   상기 밸브 카트리지수단은 기 설정된 이상의 압력이 가해지면 구동되어 상기 카트리지 배출오리피스를 개방함과 동시에 상기 밸브 스풀수단을 이동시킴으로써 상기 밸브에 유입되는 물에 의한 압력을 상기 인터벌 측면과 천공 종단부로 분리하여 가할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 수압 암반절개에 관한 수압 제어 밸브.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 밸브 하우징은,
   상단과 하단에 상기 관과 연결되는 밸브 연결단;
   상기 상단과 하단의 밸브 연결단 사이에 위치한 하우징 몸체; 및
   상기 하우징 몸체 측면에 형성된 밸브 분사구;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수압 암반절개에 관한 수압 제어 밸브.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 패커라인부는,
   하나 이상의 관이 상기 밸브의 하우징 몸체를 상하로 직접 관통하여 형성된 것을 특징으로 하는 수압 암반절개에 관한 수압 제어 밸브.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 수압라인부는,
   상기 밸브의 하우징 몸체 상부와 하부 중앙에 형성된 원형의 홈통인 수압라인관;
   일단은 상기 상부의 수압라인관의 종단면 일부와 연결되고 타단은 상기 밸브 스풀수단이 위치한 부위로 연결되게 형성된 스풀 상단오리피스;
   일단은 상기 하부의 수압라인관의 종단면 일부와 연결되고 타단은 상기 밸브 스풀수단이 위치한 부위와 연결되어 상기 스풀 상단오리피스와 측면으로 일정간격 엇갈리도록 형성된 스풀 하단오리피스;
   일단은 상기 상부의 수압라인관의 측면에 위치하고 타단은 상기 밸브 스풀수단을 통해 상기 밸브 카트리지수단이 위치한 부위와 연결되는 카트리지 유입오리피스; 및
   일단은 상기 밸브 카트리지수단이 위치한 부위와 연결되고 타단은 상기 밸브 스풀수단과 연결되는 카트리지 배출오리피스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수압 암반절개에 관한 수압 제어 밸브.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 밸브 스풀수단은,
   일정길이의 원기둥 형상을 하되 제1 단턱부와 제2 단턱부가 일정 간격으로 형성된 스풀을 포함하되, 상기 스풀은 일단에 밸브 스프링이 결합되어 상기 밸브의 하우징 몸체에 삽입 설치되도록 하는 것을 특징으로 하는 수압 암반절개에 관한 수압 제어 밸브.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 밸브 스풀수단은,
   상기 밸브 스프링을 마감하는 밸브커버를 더 포함하되, 상기 밸브커버의 회전정도에 따라 상기 밸브 스프링의 장력이 변화함으로써 상기 스풀이 구동되는 압력을 조절할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 수압 암반절개에 관한 수압 제어 밸브.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 밸브 카트리지수단은,
   원뿔 형상으로 형성된 첨부와 상기 첨부와 연결된 축부로 이루어지는 카트리지를 포함하되, 상기 카트리지는 상기 축부 일단에 카트리지 스프링이 결합되어 상기 밸브의 하우징 몸체에 삽입 설치되도록 하는 것을 특징으로 하는 수압 암반절개에 관한 수압 제어 밸브.
   
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 밸브 카트리지수단은,
   상기 카트리지 스프링의 장력을 조절함으로써 상기 카트리지가 구동되는 압력을 조절할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 수압 암반절개에 관한 수압 제어 밸브.

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