KR102237175B1 - 배관계 충격완충장치 - Google Patents

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KR102237175B1
KR102237175B1 KR1020200171020A KR20200171020A KR102237175B1 KR 102237175 B1 KR102237175 B1 KR 102237175B1 KR 1020200171020 A KR1020200171020 A KR 1020200171020A KR 20200171020 A KR20200171020 A KR 20200171020A KR 102237175 B1 KR102237175 B1 KR 102237175B1
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김종인
김광수
이송현
문진영
한재희
김정빈
이완하
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유니슨에이치케이알 주식회사
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Abstract

본 발명은, 본체부(100); 커버본체(210)와 커버단부(220)를 포함하고, 상기 본체부(100)의 일부를 덮는 커버(200); 피스톤헤드(310)와 피스톤로드(320)를 포함하고, 상기 피스톤헤드(310)가 상기 본체부(100) 내부에 수용되고, 상기 피스톤로드(320) 일부가 상기 본체부(100)의 일측 외부로 출입하는 피스톤(300); 상기 피스톤로드(320)와 일체로 구비되는 샤프트(400); 상기 샤프트(400)에 고정되는 제1결합부(510); 상기 본체부(100)의 타측에 고정되는 제2결합부(520)를 포함하되, 상기 피스톤(300)의 이동에 의해 상시 변위를 수용하고, 외부충격이 발생하면 상기 본체부(100)가 강체로 거동하면서 배관을 지지하는 것을 특징으로 하는 배관계 충격완충장치에 관한 것이다.

Description

배관계 충격완충장치{Piping system hydraulic snubber}
본 발명은, 배관과 구조물 사이에 설치하여 배관의 상시 변위를 수용하면서, 배관에 가해지는 외부 충격을 완충시키는 배관계 충격완충장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 하우징 내부에 복수의 챔버를 구비하고, 평상시에는 챔버 사이로 오일이 흐를 수 있도록 하여 상시 변위를 수용할 수 있도록 하고, 예기치 못한 외부충격(지진, 폭발, 풍하중, 항공기 충돌, 중량체 낙하 등)이 가해졌을 때에는 하우징 내부가 강체로 거동할 수 있도록 하여 배관을 지지하는 배관계 충격완충장치에 관한 것이다.
원자력발전소에는, 원자로 압력용기, 증기발생기, 냉각재펌프, 가압기 등을 연결하는 1차측 배관과 주증기배관, 주급수배관, 복수기 및 가열기 등으로 구성되는 2차측 배관이 설치된다. 그리고 화력발전소에도 고온, 고압의 배관, 냉각수 배관 등이 설치된다.
위와 같은 발전소의 배관 뿐만 아니라 가스관, 송유관, 수도관 등 각종 배관은 평상시에 운전하중이나 온도변화에 따라 발생하는 상시 변위를 수용할 수 있어야 하고, 예기치 못한 외부충격(지진, 폭발, 풍하중, 항공기 충돌, 중량체 낙하 등)이 배관에 가해졌을 때에는 변형이 허용범위 이내로 유지될 수 있어야 한다.
외부충격이 배관계통에 작용하여 허용 범위를 초과하는 변형이 발생하게 되면, 초과 변형으로 인한 배관의 비정상적인 거동이 발전소 시스템의 오작동 및 운영 효율 저하를 초래할 수 있으므로, 배관과 구조물 사이에는 충격완충장치를 설치하여 초과 변형을 일으키는 외부충격을 지지할 수 있도록 하여야 한다.
또한 배관은 평상시에도 운전하중이나 온도변화에 의해 지속적으로 변위가 발생하고 있으므로, 충격완충장치는 이러한 상시 변위를 수용할 수 있어야 한다.
그러나 종래에는 충격완충장치의 챔버 구조가 효율적이지 못하여 상시에 발생하는 배관의 변형을 원활하게 수용하기 어려웠고, 지진과 같은 외부충격이 배관에 가해졌을 때 충격에 대한 응답성이 신속하지 않았으며, 충격완충장치의 내부 압력이 일정하지 않아 충격흡수가 제대로 되지 않았고, 결과적으로 외부충격에 대해 충격완충장치가 배관을 견고하게 지지하지 못하여 배관의 초과변형을 초래하는 문제가 있었다.
특허문헌 0001은, 제1완충유닛(400), 제2완충유닛(500)으로 구성되고, 제1완충유닛(400)은 제1하우징(130), 제1피스톤(120), 체크밸브(125), 피스톤 로드(110), 제1연결 조인트(100) 및 커버부재(140)를 포함하고, 제2완충유닛(500)은 제2하우징(220), 제2피스톤(240), 스프링(230), 연결로드(210), 제2연결 조인트(200)를 포함하며, 체크밸브(125)는 중앙에 개폐스프링(128)이 위치하고, 개폐스프링 양측에 밸브체가 위치하며, 밸브체(129) 일면에는 오일유로가 형성되어 오일 흐름 저항을 이용하거나 상기 벨브체(129)가 닫힘으로써 제1피스톤의 양방향 움직임을 제한하는 것을 특징으로 하는 배관 충격 완충장치에 관한 것인데, 위와 같은 종래의 문제를 해결하기 어려웠다.
따라서 평상시에 배관에 발생하는 변위를 원활하게 수용하고, 지진과 같은 큰 외부충격을 흡수하고, 배관의 초과변형을 효율적으로 방지할 수 있는 배관계 충격완충장치를 개발할 필요가 있었다.
한국등록특허공보 10-1345996호
위와 같은 종래기술의 문제점을 개선하기 위해, 본 발명에서는, 외부충격이 발생하더라도 배관에 초과변형이 발생하는 것을 방지해주는 배관계 충격완충장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에서는 충격완충장치 내부에 부하를 주지 않고, 배관의 상시 변위를 원활하게 수용할 수 있는 배관계 충격완충장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명에서는 이상 충격에 대한 응답성이 신속하고, 충격완충장치 내부의 압력을 일정하게 유지하여 양 방향 충격에 대해 동일한 완충작용을 할 수 있는 배관계 충격완충장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에서는, 본체부(100); 커버본체(210)와 커버단부(220)를 포함하고, 상기 본체부(100)의 일부를 덮는 커버(200); 피스톤헤드(310)와 피스톤로드(320)를 포함하고, 상기 피스톤헤드(310)가 상기 본체부(100) 내부에 수용되고, 상기 피스톤로드(320) 일부가 상기 본체부(100)의 일측 외부로 출입하는 피스톤(300); 상기 피스톤로드(320)와 일체로 구비되는 샤프트(400); 상기 샤프트(400)에 고정되는 제1결합부(510); 상기 본체부(100)의 타측에 고정되는 제2결합부(520)를 포함하되, 상기 피스톤(300)의 이동에 의해 상시 변위를 수용하고, 외부충격이 발생하면 상기 본체부(100)가 강체로 거동하면서 배관을 지지하는 것을 특징으로 하는 배관계 충격완충장치를 제공한다.
상기 본체부(100)는, 원통형으로 형성되어 본체부(100)의 외면을 형성하는 하우징(110); 상기 하우징(110)의 일측 단부에 고정되는 전면커버(121); 상기 하우징(110)의 타측 단부에 고정되는 후면커버(122); 상기 전면커버(121)의 안쪽에 구비되는 전면격벽(141); 상기 후면커버(122)의 안쪽에 구비되는 후면격벽(142); 상기 전면격벽(141)과 후면격벽(142) 사이에 구비되는 실린더(150)를 포함하고, 상기 실린더(150) 내부에서 상기 피스톤헤드(310)가 이동 가능한 것을 특징으로 한다.
상기 본체부(100)는, 상기 전면커버(121)와 전면격벽(141) 사이에 구비되는 전면배플(131); 상기 후면커버(122)와 후면격벽(142) 사이에 구비되는 후면배플(132); 상기 피스톤헤드(310), 후면격벽(142) 및 실린더(150)에 의해 형성되는 제1챔버(191); 상기 피스톤헤드(310), 전면격벽(141) 및 실린더(150)에 의해 형성되는 제2챔버(192); 상기 전면격벽(141), 전면배플(131) 및 하우징(110)에 의해 형성되는 제3챔버(193); 상기 후면격벽(142), 후면배플(132) 및 하우징(110)에 의해 형성되는 제4챔버(194); 상기 실린더(150), 하우징(110), 전면격벽(141) 및 후면격벽(142)에 의해 형성되는 제5챔버(195)를 더 포함하고, 상기 제1챔버(191), 제2챔버(192), 제3챔버(193), 제4챔버(194) 및 제5챔버(195) 내부에는 작동유체가 충전되는 것을 특징으로 한다.
상기 후면격벽(142)에 제1밸브공(1422)이 형성되고, 상기 제1밸브공(1422)에는 제1밸브(160)가 구비되며, 상기 전면격벽(141)에 제2밸브공(1412)이 형성되고, 상기 제2밸브공(1412)에는 제2밸브(170)가 구비되며, 상기 후면격벽(142)에는, 상기 제4챔버(194)와 제5챔버(195)를 연통시키는 제1통공(1421)이 구비되고, 상기 전면격벽(141)에는, 상기 제3챔버(193)와 제5챔버(195)를 연통시키는 제2통공(1411)이 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1밸브(160)는, 밸브콘(161); 락너트(162); 및 상기 밸브콘(161)과 락너트(162) 사이에 구비되는 밸브스프링(163)을 포함하고, 상기 제2밸브(170)는, 밸브콘(171); 락너트(172); 및 상기 밸브콘(171)과 락너트(172) 사이에 구비되는 밸브스프링(173)을 포함한다.
상기 밸브콘(161)은, 기단부(1611); 상기 기단부(1611)보다 단면이 작은 선단부(1612); 상기 기단부(1611) 및 선단부(1612)의 내부를 관통하여 형성되는 오리피스(1613); 상기 오리피스(1613)로부터 상기 선단부(1612)의 측면으로 구비되는 제1유로(1614); 상기 오리피스(1613)로부터 상기 선단부(1612)의 단부로 구비되는 제2유로(1615)를 포함하고, 상기 락너트(162)는, 상기 밸브스프링(163)이 안착될 수 있는 안착부(1621); 상기 제1유로(1614) 및 제2유로(1615)와 연통되는 관통공(1622)을 포함하며, 상기 밸브콘(171)은, 기단부(1711); 상기 기단부(1711)보다 단면이 작은 선단부(1712); 상기 기단부(1711) 및 선단부(1712)의 내부를 관통하여 형성되는 오리피스(1713); 상기 오리피스(1713)로부터 상기 선단부(1712)의 측면으로 구비되는 제1유로(1714); 상기 오리피스(1713)로부터 상기 선단부(1712)의 단부로 구비되는 제2유로(1715)를 포함하고, 상기 락너트(172)는, 상기 밸브스프링(173)이 안착될 수 있는 안착부(1721); 상기 제1유로(1714) 및 제2유로(1715)와 연통되는 관통공(1722)을 포함한다.
상기 제1밸브공(1422)에는 단턱부(1423)가 구비되고, 상기 단턱부(1423)에 상기 기단부(1611)가 지지되며, 상기 밸브스프링(163)은 상기 안착부(1621)와 상기 기단부(1611) 사이에 구비되고, 상기 제2밸브공(1412)에는 단턱부(1413)가 구비되고, 상기 단턱부(1413)에 상기 기단부(1711)가 지지되며, 상기 밸브스프링(173)은 상기 안착부(1721)와 상기 기단부(1711) 사이에 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 락너트(162)는 나사결합에 의해 제1밸브공(1422)에 결합되고, 상기 락너트(162)의 나사결합 깊이를 조절함으로써 상기 밸브스프링(163)의 강성을 조절할 수 있으며, 상기 락너트(172)는 나사결합에 의해 제2밸브공(1412)에 결합되고, 상기 락너트(172)의 나사결합 깊이를 조절함으로써 상기 밸브스프링(173)의 강성을 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 하우징(110)의 외면에, 상기 하우징(110)의 외면 둘레를 따라 형성되는 변위지시구(600)가 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 전면커버(121)와 전면배플(131) 사이에는 전면스프링(181)이 구비되고, 상기 후면커버(122)와 후면배플(132) 사이에는 후면스프링(182)이 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 배관계 충격완충장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 제1챔버와 제4챔버 사이에 제1밸브가 구성되고, 제2챔버와 제3챔버 사이에 제2밸브가 구성되며, 제1챔버와 제2챔버 사이에 피스톤헤드가 구비되는 직결형 구조이므로, 외부충격이 가해질 경우 충격에 의한 강체형성이 신속하게 이루어지고, 그 결과 외부충격에 의한 배관의 변형을 최소화할 수 있다.
둘째, 제1, 2챔버의 외측으로 실린더의 둘레를 따라 제5챔버가 구성되고, 제5챔버는 제1,2통공을 통해 각각 제4챔버 및 제3챔버와 연결되며, 작동유체가 제1, 4, 5챔버 및 제2, 3, 5챔버를 상호 이동할 수 있는 구조이므로, 하우징 내부의 압력이 전체적으로 일정하게 유지될 수 있고, 충격이 전달되는 방향(전방에서 오는 경우 및 후방에서 오는 경우)에 상관없이 동일한 완충성능을 발휘할 수 있다.
셋째, 제5챔버는 제3챔버와 제4챔버를 연결해주는 동시에 항시 일정량의 작동유체를 보유하고 있어, 피스톤의 순간적인 움직임에 의한 작동유체의 체적 변화를 수용하면서 하우징 내부에서 작동유체에 의해 밸런스가 잘 유지될 수 있도록 해준다.
넷째, 제5챔버는 실린더의 외부 둘레를 원주방향으로 빙둘러 형성되므로, 본체부 내부의 밸런스를 잘 유지할 수 있도록 해준다.
다섯째, 외부충격이 가해지면 작동유체의 압력에 의해 제1밸브 또는 제2밸브가 순간적으로 닫히게 되고, 피스톤헤드가 이동할 수 없게 되어 충격완충장치는 순간적으로 강체(rigid body, 剛體)로 거동하면서 외부충격에 대해 배관을 견고하게 보호할 수 있다.
여섯째, 제1, 2밸브의 차단기능(Lock up)은 인가되는 충격의 크기 압력/속도의 정도에 의해 작동 여부가 결정될 수 있는데, 스프링 상수(강성)를 조절함으로써 차단기능이 발현될 수 있는 충격의 크기를 결정할 수 있다. 즉, 밸브에 구비되는 밸브스프링 자체의 강성을 조절할 수도 있고, 밸브스프링을 설치하는 락너트의 나사결합 깊이를 조절하여 스프링 강성을 조절할 수 있다.
일곱째, 외부충격이 없는 평상시에는 제1, 2밸브가 개방되어 있고, 오리피스 및 제1, 2유로를 통해 작동유체가 이동 가능하므로, 무부하 상태에서 실린더 내에서 피스톤이 부드럽게 이동함으로써 온도변화 등에 의한 상시 변위를 원활하게 흡수할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 충격완충장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 배관계 충격완충장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 배관계 충격완충장치의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 배관계 충격완충장치의 측단면도이다.
도 5는 본 발명의 배관계 충격완충장치의 중앙부 확대도이다.
도 6은 본 발명의 제1챔버 내지 제5챔버의 확대도이다.
도 7은 본 발명의 제1밸브 확대도이다.
도 8은 본 발명의 제2밸브 확대도이다.
도 9는 본체부의 전방 측 확대도이다.
도 10은 본체부의 후방 측 확대도이다.
도 11은 제1결합부의 정면도이다.
도 12는 제2결합부의 정면도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2, 3에는 본 발명의 배관계 충격완충장치의 외부가 도시되어 있고, 도 4에는 종방향 단면도가 도시되어 있다.
도 2, 3, 4에 도시되어 있는 것과 같이, 본 발명의 배관계 충격완충장치는, 상시 변위 수용과 충격완충 기능을 발휘하는 본체부(100)와 상기 본체부(100)의 일부를 덮는 커버(200)를 포함한다.
커버(200)는 상기 본체부(100)를 덮는 커버본체(210)와 상기 커버본체(210)의 일측 단부를 차폐하면서 피스톤로드(320)와 결합되는 커버단부(220)를 포함한다. 상기 커버본체(210)의 내부 쪽에는 피스톤로드(320)가 고정되고, 외부 쪽으로는 샤프트(400)가 고정된다.
본체부(100)의 일측(도면의 우측)으로는 피스톤로드(320), 샤프트(400) 및 제1결합부(510)가 구비되고, 본체부(100)의 타측(도면의 좌측)으로는 제2결합부(520)가 구비된다.
상기 제1결합부(510)와 제2결합부(520)는 충격완충장치를 배관 또는 구조물에 결합하기 위한 구성으로, 회전이 가능한 핀 구조로 구비한다.
본체부(100) 내부에 일부가 수용되어 이동하는 피스톤(300)은, 피스톤헤드(310)와 피스톤로드(320)를 포함하고, 상기 피스톤헤드(310)가 상기 본체부(100) 내부에 수용되고, 상기 피스톤로드(320) 일부가 상기 본체부(100)의 일측 외부로 출입하게 된다.
상기 본체부(100)는, 하우징(110), 전면커버(121), 후면커버(122), 전면배플(baffle)(131), 후면배플(baffle)(132), 전면격벽(141), 후면격벽(142), 실린더(150), 제1밸브(160), 제2밸브(170), 전면스프링(181), 후면스프링(182)을 포함한다.
하우징(110)은 전체적으로 원통 구조로 되어 있고, 본체부(100)의 외면을 형성하는 구성이다. 그리고, 상기 하우징(110)의 일측(도면의 우측) 단부에는 상기 전면커버(121)가 고정되고, 상기 하우징(110)의 타측(도면의 좌측) 단부에는 후면커버(122)가 고정된다. 상기 전면커버(121)와 후면커버(122)는 본체부(100)의 양단을 마무리하는 구성이다.
상기 전면커버(121)의 중앙에는 관통공이 형성되어 피스톤로드(320)가 삽입된다. 전면커버(121)에는 로드씰(rod seal)(321)이 구비될 수 있다(도 9 참조).
상기 후면커버(122)는 본체부의 타측을 마무리하면서 제2결합부(520)를 체결하기 위한 구성이다.
상기 전면커버(121)의 중앙쪽 인접한 부분에는 전면배플(131)이 구비되고, 상기 후면커버(122)의 중앙쪽 인접한 부분에는 후면배플(132)이 구비되며, 상기 전면배플(131)의 중앙쪽 인접한 부분에는 전면격벽(141)이 구비되고, 상기 후면배플(132)의 중앙쪽 인접한 부분에는 후면격벽(142)이 구비된다.
그리고 상기 전면격벽(141)과 후면격벽(142) 사이에는 실린더(150)가 고정되며, 상기 실린더(150) 내부에서 상기 피스톤헤드(310)가 이동 가능하게 된다.
상기 전면배플(131), 후면배플(132), 전면격벽(141), 후면격벽(142) 및 실린더(150)는 본체부의 내부에서 피스톤을 수용하면서 본체부 내부에 여러 개의 챔버를 만들어 상시 변위 수용 및 충격완충 기능을 발휘하기 위해 구비되는 구성이다.
즉, 상기 피스톤헤드(310), 후면격벽(142) 및 실린더(150)에 의해 제1챔버(191)가 형성되고, 상기 피스톤헤드(310), 전면격벽(141) 및 실린더(150)에 의해 제2챔버(192)가 형성되며, 상기 전면격벽(141), 전면배플(131) 및 하우징(110)에 의해 제3챔버(193)가 형성되고, 상기 후면격벽(142), 후면배플(132) 및 하우징(110)에 의해 제4챔버(194)가 형성되며, 상기 실린더(150), 하우징(110), 전면격벽(141) 및 후면격벽(142)에 의해 제5챔버(195)가 실린더 외부 둘레를 따라 원주방향으로 빙둘러 형성된다. 그리고 상기 제1챔버(191), 제2챔버(192), 제3챔버(193), 제4챔버(194) 및 제5챔버(195) 내부에는 작동유체가 충전된다. 작동유체는 실리콘오일을 사용할 수 있다.
상기 제1챔버(191)와 제2챔버(192) 사이에는 피스톤헤드(310)가 구비되는데, 배관의 변위와 외부충격에 따라 피스톤헤드(310)가 후면격벽(142) 쪽으로 이동하거나, 전면격벽(141) 쪽으로 이동하게 된다.
후면격벽(142) 쪽으로 이동하게 되면, 제1챔버의 체적이 작아지고 작아지는 만큼 제2챔버의 체적이 커지게 되며, 전면격벽(141) 쪽으로 이동하게 되면 반대로 제1챔버의 체적이 커지고, 커지는 만큼 제2챔버의 체적이 작아지게 된다.
제1챔버와 제2챔버의 체적 변화 및 피스톤헤드의 이동은 작동유체가 챔버 사이를 이동할 수 있기 때문에 가능하다.
작동유체의 이동을 가능하게 하면서 외부충격이 가해졌을 때 락 업(lock up)할 수 있도록 하기 위해, 상기 후면격벽(142)에 제1밸브공(1422)이 형성되고, 상기 제1밸브공(1422)에는 제1밸브(160)가 구비되며, 상기 전면격벽(141)에 제2밸브공(1412)이 형성되고, 상기 제2밸브공(1412)에는 제2밸브(170)가 구비된다.
아울러, 상기 후면격벽(142)에는, 상기 제4챔버(194)와 제5챔버(195)를 연통시키는 제1통공(1421)이 구비되고, 상기 전면격벽(141)에는, 상기 제3챔버(193)와 제5챔버(195)를 연통시키는 제2통공(1411)이 구비된다.
따라서 평상시에 배관에 가해지는 온도변화 등에 따라 피스톤헤드가 이동하게 되고, 그와 함께 작동유체는 ‘제1챔버 ↔ 제4챔버 ↔ 제5챔버’ 및 ‘제2챔버 ↔ 제3챔버 ↔ 제5챔버’ 사이를 이동할 수 있게 된다.
제1, 2통공(1421, 1411)은 각각 1개 이상 구비할 수 있고, 복수 개를 구비하는 경우, 본체부 내에서의 밸런스 유지를 위해 원주를 따라 대칭되도록 구비하는 것이 바람직하다.
상기 제1밸브(160)와 제2밸브(170)는 평상시에는 개방된 상태로 작동유체가 무부하상태로 이동할 수 있도록 하고, 외부충격시에 락 업 시키기 위한 구성을 포함한다.
즉, 상기 제1밸브(160)는, 밸브콘(161), 락너트(162) 및 상기 밸브콘(161)과 락너트(162) 사이에 구비되는 밸브스프링(163)을 포함하고, 상기 제2밸브(170)는, 밸브콘(171), 락너트(172) 및 상기 밸브콘(171)과 락너트(172) 사이에 구비되는 밸브스프링(173)을 포함한다. 제1, 2밸브는 1개 이상 구비할 수 있다.
상기 밸브콘(161)은 도 7에 도시되어 있는 것과 같이 단면형상이 전체적으로 ㅗ자 형태를 이루고 있고, 기단부(1611)와 상기 기단부(1611)보다 단면적이 작은 선단부(1612)를 구비한다. 상기 기단부와 선단부는 원기둥 형상으로 구비할 수 있고, 상기 선단부의 끝은 작동유체의 이동을 효과적으로 차단하기 위해 모따기할 수 있다.
상기 기단부(1611)는 제1챔버(191) 쪽으로 위치하도록 하고, 상기 선단부(1612)는 제4챔버(194) 쪽으로 위치하도록 구비한다.
그리고 기단부(1611)에서 선단부(1612)의 길이방향을 따라 내부를 관통하여 오리피스(1613)가 구비되고, 상기 오리피스(1613)로부터 상기 선단부(1612)의 측면 방향으로 제1유로(1614)가 구비되며, 상기 오리피스(1613)로부터 상기 선단부(1612)의 단부로 제2유로(1615)가 구비된다. 상기 제2유로(1615)의 단면적은 상기 제1유로(1614)의 단면적 및 오리피스(1613)의 단면적 보다 작게 구비하여 작동유체가 미세하게 이동할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
상기 락너트(162)는 도 7에 도시되어 있는 것과 같이 단면형상이 바닥이 편평한 U자 형태를 이루고 있고, 락너트(162)의 내부로는 상기 밸브스프링(163)이 안착될 수 있는 안착부(1621)를 구비하고, 바닥 쪽으로는 관통공(1622)이 구비된다. 상기 제1유로(1614)는 상기 제1밸브공(1422)의 빈 공간을 거쳐 상기 관통공(1622)과 연통되고, 상기 제2유로(1615)는 상기 관통공(1622)과 마주하고 있다.
상기 제1밸브공(1422)에 상기 제1밸브(160)를 설치하기 위해, 상기 제1밸브공에는 상기 기단부(1611)가 안착되어 지지될 수 있는 단턱부(1423)가 구비되고, 상기 제1밸브공(1422) 중 상기 락너트(162)가 고정되는 부분과 락너트(162)의 외면에는 나사산을 형성하여 나사결합에 의해 제1밸브공(1422)에 락너트(162)를 결합할 수 있다(경우에 따라 락너트를 용접에 의해 제1밸브공에 고정할 수도 있다).
상기 밸브스프링(163)은 상기 안착부(1621)와 상기 기단부(1611) 사이에 구비되어, 안착부(1621)와 기단부(1611) 사이에 밸브스프링의 복원력이 상시 작용하도록 한다.
따라서 평상시에는 밸브스프링(163)의 탄성력에 의해 기단부(1611)가 단턱부(1423)를 향해 미는 상태로 체결되고, 제1밸브는 평상시에 개방되어 있는 상태가 된다.
도 7에서 우측에 위치한 ‘제1밸브공(1422) ↔ 오리피스(1613) ↔ 제1유로(1614) ↔ 제1밸브공(1422) ↔ 관통공(1622)’으로 평상시에 작동유체가 흐를 수 있고, 아울러 제2유로(1615)를 통해서도 미량의 작동유체가 이동할 수 있다.
제1결합부(510) 또는 제2결합부(520)를 통해, 제1챔버가 수축하는 방향으로 예기치 못한 외부충격(지진, 폭발, 풍하중, 항공기 충돌, 중량체 낙하 등)이 가해지면 순간적으로 피스톤헤드(310)를 제1밸브(160) 쪽으로 이동시키는 힘이 전달되고, 그 힘에 의해 제1챔버(191)에 있는 작동유체에 순간적인 압력이 전달되고, 그 압력이 상기 기단부(1611)를 밀어 선단부(1612)가 관통공(1622) 쪽으로 이동하여 선단부(1612) 끝이 관통공(1622)을 막게 되어 작동유체의 이동을 순간적으로 차단하고, 본체부는 순간적으로 강체로 거동하면서 외부충격을 지지하게 되는 것이다.
외부충격에 대한 밸브콘(161)의 이동 여부(차단 여부)는 외부충격의 크기, 속도와 밸브스프링(163)의 강성에 따라 결정된다. 따라서 차단이 필요한 외부충격의 크기, 속도를 결정하고, 외부충격의 크기, 속도에 맞는 밸브스프링의 강성을 결정하면 된다.
이때 밸브스프링의 강성은 스프링 자체의 강성을 조절하여 결정할 수도 있고, 나사결합되는 락너트(162)의 나사결합 깊이를 조절함으로써 상기 밸브스프링(163)의 강성을 조절할 수 있다. 즉, 락너트(162)를 상기 기단부(1611)에 가깝게 결합시킬수록 스프링에는 더 큰 압축력이 작용하게 되므로, 스프링의 강성을 높일 수 있다.
상기 밸브콘(171)은 도 8에 도시되어 있는 것과 같이 단면형상이 전체적으로 ㅗ자 형태를 이루고 있고, 기단부(1711)와 상기 기단부(1711)보다 단면적이 작은 선단부(1712)를 구비한다. 상기 기단부와 선단부는 원기둥 형상으로 구비할 수 있고, 상기 선단부의 끝은 작동유체의 이동을 효과적으로 차단하기 위해 모따기할 수 있다.
상기 기단부(1711)는 제2챔버(192) 쪽으로 위치하도록 하고, 상기 선단부(1712)는 제3챔버(193) 쪽으로 위치하도록 구비한다.
그리고 기단부(1711)에서 선단부(1712)의 길이방향을 따라 내부를 관통하여 오리피스(1713)가 구비되고, 상기 오리피스(1713)로부터 상기 선단부(1712)의 측면 방향으로 제1유로(1714)가 구비되며, 상기 오리피스(1713)로부터 상기 선단부(1712)의 단부로 제2유로(1715)가 구비된다. 상기 제2유로(1715)의 단면적은 상기 제1유로(1714)의 단면적 및 오리피스(1713)의 단면적 보다 작게 구비하는 것이 바람직하다.
상기 락너트(172)는 도 8에 도시되어 있는 것과 같이 단면형상이 바닥이 편평한 U자 형태를 이루고 있고, 락너트(172)의 내부로는 상기 밸브스프링(173)이 안착될 수 있는 안착부(1721)를 구비하고, 바닥 쪽으로는 관통공(1722)이 구비된다. 상기 제1유로(1714)는 상기 제2밸브공(1412)의 빈 공간을 거쳐 상기 관통공(1722)과 연통되고, 상기 제2유로(1715)는 상기 관통공(1722)과 마주하고 있다.
상기 제2밸브공(1412)에 상기 제2밸브(170)를 설치하기 위해, 상기 제2밸브공에는 상기 기단부(1711)가 안착되어 지지될 수 있는 단턱부(1413)가 구비되고, 상기 제2밸브공(1412) 중 상기 락너트(172)가 고정되는 부분과 락너트(172)의 외면에는 나사산을 형성하여 나사결합에 의해 제2밸브공(1412)에 락너트(172)를 결합할 수 있다(경우에 따라 락너트를 용접에 의해 제2밸브공에 고정할 수도 있다).
상기 밸브스프링(173)은 상기 안착부(1721)와 상기 기단부(1711) 사이에 구비되어, 안착부(1721)와 기단부(1711) 사이에 밸브스프링의 복원력이 상시 작용하도록 한다.
따라서 평상시에는 밸브스프링(173)의 탄성력에 의해 기단부(1711)가 단턱부(1413)를 향해 미는 상태로 체결되고, 제2밸브는 평상시에 개방되어 있는 상태가 된다.
도 8에서 좌측에 위치한 ‘제2밸브공(1412) ↔ 오리피스(1713) ↔ 제1유로(1714) ↔ 제2밸브공(1412) ↔ 관통공(1722)’으로 평상시에 작동유체가 흐를 수 있고, 아울러 제2유로(1715)를 통해서도 미량의 작동유체가 이동할 수 있다.
제1결합부(510) 또는 제2결합부(520)를 통해, 제2챔버가 수축하는 방향으로 예기치 못한 외부충격(지진, 폭발, 풍하중, 항공기 충돌, 중량체 낙하 등)이 가해지면 순간적으로 피스톤헤드(310)를 제2밸브(170) 쪽으로 이동시키는 힘이 전달되고, 그 힘에 의해 제2챔버(192)에 있는 작동유체에 순간적인 압력이 전달되고, 그 압력이 상기 기단부(1711)를 밀어 선단부(1712)가 관통공(1722) 쪽으로 이동하여 선단부(1712) 끝이 관통공(1722)을 막게 되어 작동유체의 이동을 순간적으로 차단하고, 본체부는 순간적으로 강체로 거동하면서 외부충격을 지지하게 되는 것이다.
외부충격에 대한 밸브콘(171)의 이동 여부(차단 여부)는 외부충격의 크기, 속도와 밸브스프링(173)의 강성에 따라 결정된다. 따라서 차단이 필요한 외부충격의 크기, 속도를 결정하고, 외부충격의 크기, 속도에 맞는 밸브스프링의 강성을 결정하면 된다.
이때 밸브스프링의 강성은 스프링 자체의 강성을 조절하여 결정할 수도 있고, 나사결합되는 락너트(172)의 나사결합 깊이를 조절함으로써 상기 밸브스프링(173)의 강성을 조절할 수 있다. 즉, 락너트(172)를 상기 기단부(1711)에 가깝게 결합시킬수록 스프링에는 더 큰 압축력이 작용하게 되므로, 스프링의 강성을 높일 수 있다.
그리고 평상시에 배관 변형량의 적정 여부(충격완충장치의 수축량 또는 신장량의 적정 여부)를 점검하기 위해, 상기 하우징(110)의 외면 둘레를 따라 형성되는 변위지시구(600)를 구비할 수 있다(도 2 참조).
변위지시구(600)는 상기 하우징(110)의 외면 둘레에 복수 개의 홈을 형성하고 홈에 변위량의 적정성 여부를 나타내는 색상을 표시함으로써 적정 여부를 직관적으로 관찰할 수 있다. 즉 일정 범위 이내는 정상상태를 나타내는 녹색으로 표시하고, 적정 변위량을 초과한 범위(압축 위험상태 또는 인장 위험상태)에는 적색을 표시할 수 있다. 아울러, 적색과 녹색 사이에 주의나 경고를 표시하는 노란색을 추가로 표시할 수도 있을 것이다.
본 발명의 변위지시구는 하우징의 외부 둘레를 따라 빙둘러 형성되기 때문에 충격완충장치의 360도 모든 부분에서 관측할 수 있어 관측이 용이하고 직관적으로 판단할 수 있다는 장점이 있다.
급작스러운 외부충격에 대한 완충기능을 높이고, 충격완충장치의 파손을 방지하기 위해, 상기 전면커버(121)와 전면배플(131) 사이에는 전면스프링(181)을 구비하고, 상기 후면커버(122)와 후면배플(132) 사이에는 후면스프링(182)을 구비한다.
피스톤헤드(310)와 실린더(311) 내면 사이에는 피스톤씰(311)이 구비될 수 있고, 피스톤로드(320)와 전면커버(121), 전면배플(131), 전면격벽(141) 사이에는 로드씰(321)이 구비될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 배관계 충격완충장치가 작동되는 과정에 대해 설명한다.
평상시에는 위에서 설명한 것과 같이, 제1, 2밸브는 밸브스프링에 의해 개방되어 있고, 제1, 2밸브 및 제1, 2통공을 통해 작동유체가 이동이 가능하므로, 무부하 상태에서 평상시의 온도변화 등에 의한 배관의 변위를 충격완충장치가 흡수한다.
이후 다양한 원인에 의해 외부충격이 가해지면, 피스톤헤드(310)를 전면격벽(141) 쪽 또는 후면격벽(142) 쪽으로 이동시키는 힘이 발생하게 된다.
도면을 기준으로 설명하면, 제1결합부(510)를 우측으로 이동시키는 충격이나 제2결합부(520)를 좌측으로 이동시키는 충격이 작용하면, 피스톤헤드를 전면격벽(141) 쪽으로 이동시키는 힘(제2챔버를 수축시키는 힘)이 발생하게 되고, 반대로 제1결합부(510)를 좌측으로 이동시키는 충격이나 제2결합부(520)를 우측으로 이동시키는 충격이 작용하면, 피스톤헤드를 후면격벽(142)으로 이동시키는 힘(제1챔버를 수축시키는 힘)이 발생하게 된다.
위와 같은 힘에 의해 작동유체가 압력을 받게 되고, 그 압력은 제1밸브의 기단부(1611) 또는 제2밸브의 기단부(1711)를 밀어서 제1밸브 또는 제2밸브가 순간적으로 닫혀 작동유체의 이동을 멈추게 하고, 충격완충장치가 순간적으로 강체로 거동하도록 하여 외부충격에 의한 배관의 파손, 변형을 방지하게 된다.
이때 본 발명의 밸브콘 선단부 끝에는 오리피스의 직경보다 작은 미세한 제2유로(1615, 1715)가 구비되어 있어, 밸브가 닫힌 상태에서 작동유체가 미세하게 유출(bleed)될 수 있어, 순간적인 강체 거동 후 열에 의한 미세 변형을 수용할 수 있다.
본 발명의 충격완충장치는, 제1, 2챔버의 외측으로 실린더의 둘레를 따라 제5챔버가 구성되고, 제5챔버는 제1,2통공을 통해 각각 제4챔버 및 제3챔버와 연결되며, 작동유체가 제1, 4, 5챔버 및 제2, 3, 5챔버를 상호 이동할 수 있는 구조이므로, 평상시 하우징 내부의 압력이 전체적으로 일정하게 유지될 수 있고, 충격이 전달되는 방향(제1챔버를 수축하는 방향 및 제2챔버를 수축하는 방향)에 상관없이 동일한 완충성능을 발휘할 수 있다는 장점이 있다.
강체로 거동하여 외부충격에 대해 저항한 후, 이후 외부충격이 없어지면, 다시 제1, 2밸브가 개방되고, 작동유체가 무부하상태에서 이동할 수 있게 되어 평상시의 변위를 수용할 수 있게 된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100. 본체부
110. 하우징
121. 전면커버 122. 후면커버
131. 전면배플 132. 후면배플
141. 전면격벽 142. 후면격벽
1421. 제1통공 1411. 제2통공
1422. 제1밸브공 1423. 단턱부
1412. 제2밸브공 1413. 단턱부
150. 실린더
160. 제1밸브
161. 밸브콘
1611. 기단부 1612. 선단부
1613. 오리피스 1614. 제1유로
1615. 제2유로
162. 락너트
1621. 안착부 1622. 관통공
163. 밸브스프링
170. 제2밸브
171. 밸브콘
1711. 기단부 1712. 선단부
1713. 오리피스 1714. 제1유로
1715. 제2유로
172. 락너트
1721. 안착부 1722. 관통공
173. 밸브스프링
181. 전면스프링 182. 후면스프링
191. 제1챔버
192. 제2챔버
193. 제3챔버
194. 제4챔버
195. 제5챔버
200. 커버
210. 커버본체 220. 커버단부
300. 피스톤
310. 피스톤헤드 320. 피스톤로드
311. 피스톤씰 321. 로드씰
400. 샤프트
510. 제1결합부 520. 제2결합부
600. 변위지시구

Claims (10)

  1. 본체부(100); 커버본체(210)와 커버단부(220)를 포함하고, 상기 본체부(100)의 일부를 덮는 커버(200); 피스톤헤드(310)와 피스톤로드(320)를 포함하고, 상기 피스톤헤드(310)가 상기 본체부(100) 내부에 수용되고, 상기 피스톤로드(320) 일부가 상기 본체부(100)의 일측 외부로 출입하는 피스톤(300); 상기 피스톤로드(320)와 일체로 구비되는 샤프트(400); 상기 샤프트(400)에 고정되는 제1결합부(510); 상기 본체부(100)의 타측에 고정되는 제2결합부(520)를 포함하되,
    상기 본체부(100)는,
    원통형으로 형성되어 본체부(100)의 외면을 형성하는 하우징(110);
    상기 하우징(110)의 일측 단부에 고정되는 전면커버(121);
    상기 하우징(110)의 타측 단부에 고정되는 후면커버(122);
    상기 전면커버(121)의 안쪽에 구비되는 전면격벽(141);
    상기 후면커버(122)의 안쪽에 구비되는 후면격벽(142);
    상기 전면격벽(141)과 후면격벽(142) 사이에 구비되는 실린더(150);
    상기 전면커버(121)와 전면격벽(141) 사이에 구비되는 전면배플(131);
    상기 후면커버(122)와 후면격벽(142) 사이에 구비되는 후면배플(132);
    상기 피스톤헤드(310), 후면격벽(142) 및 실린더(150)에 의해 형성되는 제1챔버(191);
    상기 피스톤헤드(310), 전면격벽(141) 및 실린더(150)에 의해 형성되는 제2챔버(192);
    상기 전면격벽(141), 전면배플(131) 및 하우징(110)에 의해 형성되는 제3챔버(193);
    상기 후면격벽(142), 후면배플(132) 및 하우징(110)에 의해 형성되는 제4챔버(194);
    상기 실린더(150), 하우징(110), 전면격벽(141) 및 후면격벽(142)에 의해 형성되는 제5챔버(195)를 포함하고,
    상기 제1챔버(191), 제2챔버(192), 제3챔버(193), 제4챔버(194) 및 제5챔버(195) 내부에는 작동유체가 충전되며,
    상기 피스톤(300)의 이동에 의해 상시 변위를 수용하고,
    외부충격이 발생하면 상기 본체부(100)가 강체로 거동하면서 배관을 지지하는 것을 특징으로 하는
    배관계 충격완충장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 후면격벽(142)에 제1밸브공(1422)이 형성되고, 상기 제1밸브공(1422)에는 제1밸브(160)가 구비되며,
    상기 전면격벽(141)에 제2밸브공(1412)이 형성되고, 상기 제2밸브공(1412)에는 제2밸브(170)가 구비되며,
    상기 후면격벽(142)에는, 상기 제4챔버(194)와 제5챔버(195)를 연통시키는 제1통공(1421)이 구비되고,
    상기 전면격벽(141)에는, 상기 제3챔버(193)와 제5챔버(195)를 연통시키는 제2통공(1411)이 구비되는 것을 특징으로 하는
    배관계 충격완충장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1밸브(160)는, 밸브콘(161); 락너트(162); 및 상기 밸브콘(161)과 락너트(162) 사이에 구비되는 밸브스프링(163)을 포함하고,
    상기 제2밸브(170)는, 밸브콘(171); 락너트(172); 및 상기 밸브콘(171)과 락너트(172) 사이에 구비되는 밸브스프링(173)을 포함하는
    배관계 충격완충장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 밸브콘(161)은, 기단부(1611); 상기 기단부(1611)보다 단면이 작은 선단부(1612); 상기 기단부(1611) 및 선단부(1612)의 내부를 관통하여 형성되는 오리피스(1613); 상기 오리피스(1613)로부터 상기 선단부(1612)의 측면으로 구비되는 제1유로(1614); 상기 오리피스(1613)로부터 상기 선단부(1612)의 단부로 구비되는 제2유로(1615)를 포함하고,
    상기 락너트(162)는, 상기 밸브스프링(163)이 안착될 수 있는 안착부(1621); 상기 제1유로(1614) 및 제2유로(1615)와 연통되는 관통공(1622)을 포함하며,
    상기 밸브콘(171)은, 기단부(1711); 상기 기단부(1711)보다 단면이 작은 선단부(1712); 상기 기단부(1711) 및 선단부(1712)의 내부를 관통하여 형성되는 오리피스(1713); 상기 오리피스(1713)로부터 상기 선단부(1712)의 측면으로 구비되는 제1유로(1714); 상기 오리피스(1713)로부터 상기 선단부(1712)의 단부로 구비되는 제2유로(1715)를 포함하고,
    상기 락너트(172)는, 상기 밸브스프링(173)이 안착될 수 있는 안착부(1721); 상기 제1유로(1714) 및 제2유로(1715)와 연통되는 관통공(1722)을 포함하는
    배관계 충격완충장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1밸브공(1422)에는 단턱부(1423)가 구비되고, 상기 단턱부(1423)에 상기 기단부(1611)가 지지되며,
    상기 밸브스프링(163)은 상기 안착부(1621)와 상기 기단부(1611) 사이에 구비되고,
    상기 제2밸브공(1412)에는 단턱부(1413)가 구비되고, 상기 단턱부(1413)에 상기 기단부(1711)가 지지되며,
    상기 밸브스프링(173)은 상기 안착부(1721)와 상기 기단부(1711) 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는
    배관계 충격완충장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 락너트(162)는 나사결합에 의해 제1밸브공(1422)에 결합되고, 상기 락너트(162)의 나사결합 깊이를 조절함으로써 상기 밸브스프링(163)의 강성을 조절할 수 있으며,
    상기 락너트(172)는 나사결합에 의해 제2밸브공(1412)에 결합되고, 상기 락너트(172)의 나사결합 깊이를 조절함으로써 상기 밸브스프링(173)의 강성을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는
    배관계 충격완충장치.
  9. 제1항 및 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징(110)의 외면에, 상기 하우징(110)의 외면 둘레를 따라 형성되는 변위지시구(600)가 구비되는 것을 특징으로 하는
    배관계 충격완충장치.
  10. 제1항 및 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전면커버(121)와 전면배플(131) 사이에는 전면스프링(181)이 구비되고,
    상기 후면커버(122)와 후면배플(132) 사이에는 후면스프링(182)이 구비되는 것을 특징으로 하는
    배관계 충격완충장치.







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