KR102336367B1

KR102336367B1 - 로프식 수문의 처짐 방지 제어시스템

Info

Publication number: KR102336367B1
Application number: KR1020210115747A
Authority: KR
Inventors: 오후석
Original assignee: 주식회사 우승산업
Priority date: 2021-08-31
Filing date: 2021-08-31
Publication date: 2021-12-08

Abstract

본 발명은 로프식 수문의 처짐 방지 제어시스템에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 수문의 하중에 의한 와이어로프의 물리적 변형 및 온도에 의한 열변형으로 인해 수문이 더 개방되지 않도록, 와이어로프의 늘어난 길이 만큼 권취드럼을 감는 방향으로 더 회전시키도록 한 기술에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 수문과, 상기 수문에 일측이 고정되어 있는 와이어로프와, 상기 와이어로프가 권취되는 권취드럼과, 상기 권취드럼의 회전력을 전달하여 와이어로프가 권취드럼에 감기거나 풀어지도록 제어하는 권양기와, 상기 권취드럼의 회전축과 연동하여 수문의 열림 정도를 계측하여 표시하는 개도계와, 상기 개도계와 권취드럼 사이에 설치되어 회전축의 동력전달을 선택적으로 연결 또는 차단하는 마그네틱 클러치와, 상기 권양기의 작동신호와 마이네틱 클러치의 작동신호를 제어하는 컨트롤 유닛;으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

로프식 수문의 처짐 방지 제어시스템{Droop prevention control system of rope type water gate}

본 발명은 로프식 수문의 처짐 방지 제어시스템에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 수문의 하중에 의한 와이어로프의 물리적 변형 및 온도에 의한 열변형으로 인해 수문이 더 개방되지 않도록, 와이어로프의 늘어난 길이 만큼 권취드럼을 감는 방향으로 더 회전시키도록 한 기술에 관한 것이다.

일반적으로 전도수문은 관개용수로, 저수지, 하천 등의 수로에 설치되어 상류측에서 유입되는 우수를 일정 수위까지 저수[貯水]시키고, 폭우 발생시 급격히 상류측의 수위가 상승할 경우, 전도수문이 자동으로 전도되도록 제어하여 방류되는 물을 조절함으로써, 하류지역이 침수되는 것을 방지하거나 이를 지연시키는 방식으로 수해를 방지하는 수문에 해당한다.

이러한 전도수문은 물관리를 위해 설치되는 것으로서, 가뭄 시에는 물을 저장해두었다가 필요시에 적절히 사용하고, 비가 많아와서 저수된 물의 양이 필요 이상으로 많아지게 되면, 하류 쪽으로 방류하는 형태로 조절하고 다시 수문을 닫는 형태로 물을 채우게 된다.

전도수문은 수문을 전도시키는 방식에 따라 유압식과 와이어로프식으로 나뉠 수 있는데, 와이어로프식은 수문을 전도시킬 때 별도의 동력을 사용하지 않고 상류측 수압과 수문의 자체 무게로 전도가 이루어지게 되는데, 전도된 수문은 모터의 동력을 이용하여 드럼을 회전시켜 와이어로프를 감아서 다시 인양하게 된다.

와이어로프 방식의 전도수문은 수문을 전도시키거나 다시 상승시키는 과정에서 항시 강한 장력을 받는 구조로 설치되어 있다. 모든 재료는 힘이 가해지면 변형이 발생하게 되는데, 변형은 가해진 힘이 제거되었을 때 원래 상태로 복원되는 형태의 탄성변형[彈性變形]과, 변형이 영구히 유지되는 소성변형[塑性變形]으로 나눌 수 있다.

기계부품으로 사용되는 거의 모든 재료는 약 0.2%의 탄성변형만 허용된다. 이 탄성변형을 넘어가는 소성변형이 발생하게 될 경우, 부품의 치수가 변하게 되어 다른 부품과의 간섭현상이 발생할 수 있으며, 작은 힘에도 재료의 파단이 발생하는 등의 문제점을 일으킬 수 있다.

본 발명에 적용되는 와이어로프 역시 이러한 변형문제와 관련이 있으며, 와이어로프는 수문을 받쳐주는 역할을 하기 때문에, 수문의 중량과 상류 측의 수압으로 인해 많은 장력이 와이어로프에 가해지게 되어 변형을 발생시키게 된다. 이 변형이 설령 탄성변행의 범주(약 0.2%)안에 있더라도 길이가 긴 와이어로프의 특성상 전체적인 변형량은 상당히 큰 편에 속한다.

특히, 여름철의 경우에는 기온 상승으로 인한 온도변화가 크고 이에 따라서,와이어로프의 열변형도 크게 증가하게 된다.

이와 같이 와이어로프가 탄성변형 및 열변형으로 인해 길이가 늘어나게 되면, 수문은 와이어로프가 늘어난 양에 비례해서 밑으로 열리게 된다. 즉, 수문이 일정각도를 유지한 상태로 기립 되어 있어야 하나 와이어로프의 탄성변형으로 인해 일정 각도를 유지할 수 없게 된다. 수문이 일정 각도를 유지하지 못하고 처지게 되면 수문이 저장해야 할 물의 양이 감소하게 되므로 농번기에 사용할 물의 양이 줄어드므로 농사에 피해를 주는 문제점이 있었다.

등록특허 제10-0987960호 등록특허 제10-0832115호 등록특허 제10-2085934호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 수문과 연결된 와이어로프의 탄성변형과 같은 물리적인 변형 또는 열변형에 의해 길이가 늘어났을 때, 와이어로프가 늘어난 길이만큼 와이어로프가 감겨있는 드럼을 감을 수 있도록 제어함으로써, 와이어로프 변형에 의한 수문처짐 문제를 해결할 수 있는 로프식 수문의 처짐 방지 제어시스템을 제공함에 목적을 두고 있다.

본 발명은 수문과, 상기 수문에 일측이 고정되어 있는 와이어로프와, 상기 와이어로프가 권취되는 권취드럼과, 상기 권취드럼의 회전력을 전달하여 와이어로프가 권취드럼에 감기거나 풀어지도록 제어하는 권양기와, 상기 권취드럼의 회전축과 연동하여 수문의 열림 정도를 계측하여 표시하는 개도계와, 상기 개도계와 권취드럼 사이에 설치되어 회전축의 동력전달을 선택적으로 연결 또는 차단하는 마그네틱 클러치와, 상기 권양기의 작동신호와 마이네틱 클러치의 작동신호를 제어하는 컨트롤 유닛;으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 컨트롤 유닛은 와이어로프가 늘어나게 되면, 마그네틱 클러치로 OFF신호를 인가하여 개도계로 연결되는 동력을 차단한 상태에서 권양기로 작동신호를 인가하여, 권취드럼이 와이어로프를 감는 형태로 회전하여 수문을 들어올려서 오차를 조정하고, 마그네틱 클러치에 ON신호를 인가하여 개도계로 동력이 연결되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 수문의 일측에는 수문의 처짐각도를 측정할 수 있는 센서부가 더 설치되어, 상기 컨트롤 유닛은 센서부의 측정에 따라 수문의 처짐 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 수문과 연결된 와이어로프의 탄성변형과 같은 물리적인 변형 또는 열변형에 의해 길이가 늘어났을 때, 와이어로프가 늘어난 길이만큼 와이어로프가 감겨있는 드럼을 감을 수 있도록 제어함으로써, 와이어로프 변형에 의한 수문처짐 문제를 해결함으로써, 우수의 손실을 최소화하고 물의 저장량을 충분히 확보할 수 있으며, 농업용수의 사용량을 높여 주변 농가에 도움을 주는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 로프식 수문의 처짐 방지 제어시스템의 전체 구성을 나타낸 도면
도 2는 본 발명의 로프식 수문의 처짐 방지 제어시스템의 또 다른 실시예의 전체 구성을 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 로프식 수문의 처짐 방지 제어시스템의 작동 과정을 나타낸 플로우 차트

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 로프식 수문의 처짐 방지 제어시스템은 도 1에 도시한 바와 같이 수문(100)과, 상기 수문(100)에 일측이 고정되어 있는 와이어로프(200)와, 상기 와이어로프(200)가 권취되는 권취드럼(300)과, 상기 권취드럼(300)의 회전력을 전달하여 와이어로프(200)가 권취드럼(300)에 감기거나 풀어지도록 제어하는 권양기(400)와, 상기 권취드럼(300)의 회전축과 연동하여 수문(100)의 열림 정도를 계측하여 표시하는 개도계(500)와, 상기 개도계(500)와 권취드럼(300) 사이에 설치되어 회전축의 동력전달을 선택적으로 연결 또는 차단하는 마그네틱 클러치(600)와, 상기 권양기(400)의 작동신호와 마이네틱 클러치의 작동신호를 제어하는 컨트롤 유닛(700);으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 로프식 수문의 처짐 방지 제어시스템은 로프식 전도 수문(100)에 적용되는 기술로서, 수문(100)에 연결된 와이어로프(200)가 팽팽한 상태의 장력을 유지한 상태로 전도시에는 상류층의 수압과 수문(100)의 자중에 의해 전도가 이루어지고, 인양시에는 권양기(400)를 통해 와이어로프(200)를 감아서 수문(100)을 들어올리는 형태로 인양하게 된다.

본 발명의 권양기(400)는 구동모터에 의해 작동되며, 구동모터의 작동에 따라 권취드럼(300)의 회전방향을 제어하여 와이어로프(200)를 감거나 푸는 형태로 조정하는 역할을 한다. 상기 권양기(400)의 일측에는 감속기 역할을 하는 기어박스(미도시)가 결합되어 전도되는 수문(100)의 속도를 늦추어 기계적 안정성을 갖도록 하는 것이 좋다.

상기 권양기(400)는 도면에 도시한 바와 같이 전도장치(800)와 연결될 수 있다. 전도장치(800)는 수문(100)을 자동으로 전도시키는 구성으로서, 상류측의 수위가 일정높이 이하일 경우에는 권양기(400)의 회전축이 회전하지 않도록 고정해주어 수문(100)이 자동으로 전도되지 않도록 하고, 상류측의 수위가 일정높이 이상일 경우에는 권양기(400)의 회전축을 고정하지 않도록 하여 수문(100)의 자중에 의해 자동으로 전도되도록 하는 것이다.

상기 개도계(500)는 권취드럼(300)의 회전축과 연동하여 권취드럼(300)의 회전량으로 수문(100)의 열림정도를 계측하여 표시하는 장치이다. 개도계(500)는 수문의 열림 정도를 바늘형태로 표시함과 동시에 전기신호도 출력하므로, 본 발명에서는 컨트롤 유닛(700)에서의 제어 편의성을 위해 전기신호를 이용하는 것이 바람직하다.

상기 마그네틱 클러치(600)는 개도계(500)와 권취드럼(300) 사이에 설치되는 것으로서, 권취드럼(300)에서 개도계(500)로 전달되는 회전동력을 연결하거나 차단하는 기능을 갖는 기계장치 이다. 즉, 마그네틱 클러치(600)를 이용하여 회전동력을 차단하게 되면 권취드럼(300)이 회전하여 와이어로프(200)를 감아서 수문(100)을 들어올리더라도 개도계(500)에 표시되는 수문(100)각도는 변하지 않는 것이다. 그리고 상기 마그네틱 클러치(600)는 컨트롤 유닛(700)의 작동신호를 통해 작동되는 것으로서, 전자신호에 의해 작동이 이루어지게 된다.

본 발명의 컨트롤 유닛(700)은 권양기(400)의 작동신호와 마이네틱 클러치의 작동신호를 각각 제어하는 구성이다. 즉, 권양기(400)로 작동신호를 인가하여 수문(100)을 강제로 전도시키거나 전도된 수문(100)을 인양할 수 있도록 제어하고, 와이어로프(200) 변형시 마그네틱 클러치(600)를 작동시켜 와이어로프(200) 변형으로 인한 개도계(500)의 오차를 바로 잡을 수 있도록 한다.

상기 컨트롤 유닛(700)은 와이어로프(200)가 늘어나게 되면, 마그네틱 클러치(600)로 OFF신호를 인가하여 개도계(500)로 연결되는 동력을 차단한 상태에서 권양기(400)로 작동신호를 인가하여, 권취드럼(300)이 와이어로프(200)를 감는 형태로 회전하여 수문(100)을 들어올려서 오차를 조정하고, 마그네틱 클러치(600)에 ON신호를 인가하여 개도계(500)로 동력이 연결되도록 제어하게 되는 것이다.

도 2는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸 것으로서, 수문(100)의 일측에는 수문(100)의 처짐각도를 측정할 수 있는 센서부(710)가 더 설치되어, 상기 컨트롤 유닛(700)은 센서부(710)의 측정에 따라 수문(100)의 처짐 여부를 판단하도록 한다. 상기 센서부(710)가 더 설치됨에 따라 수문(100)의 처짐각도를 정확하게 파악할 수 있으며, 상기 센서부(710)의 측정신호를 컨트롤 유닛(700)이 제공받아 수문(100)의 처짐방지 기능이 자동으로 이행되도록 구성할 수 있다.

상기 센서부(710)는 수문(100)의 일측에 설치되는 것으로서, 방수기능을 갖는 리미트 스위치 형태로 적용되는 것이 바람직하다. 즉, 수문(100)이 완전히 닫혀져 있는 상태에서 일정각도까지는 ON 상태의 신호를 발생시키고, 리미트 스위치의 각도를 벗어나는 범위로 개방되면 OFF 신호를 발생하게 된다. 이러한 센서부(710)의 ON/OFF 신호는 컨트롤 유닛(700)에서 수신하게 된다.

이와 같이 구성될 경우, 컨트롤 유닛(700)에서는 센서부(710)의 ON 신호와 OFF 신호의 상태와, 개도계로(500)부터 제공되는 전자신호를 비교하여 와이어로프(200)의 변형으로 판단하는 것이다.

도 3은 본 발명의 시스템에서 수문(100)의 자동전도 및 수문(100)의 처짐문제를 해결하는 과정의 플로우차트를 나타낸 것으로서, 수문(100)의 자동전도 과정은 좌측에 도시한 바와 같이 권양기(400)가 작동하지 않은 상태에서 전도장치(800)의 플로터가 설정수위를 넘어서게 될 경우, 전도장치(800)가 작동하게 된다. 이때 전도장치(800)는 권양기(400)를 통해 수문(100)이 자동으로 전되도록 제어하고, 수문(100)이 완전히 개방되어 개도계(500)의 출력이 하한 신호값에 도달하게 되면 수문(100)이 완전히 개방된 것으로 감지하여, 다시 권양기(400)를 통해 수문(100)을 닫을 수 있도록 하는 것이다.

이 과정에서 수문(100)의 처짐을 감지하는 방법으로는 도면에 도시한 바와 같이 개도계(500)의 상한 신호값과 하한 신호값을 통해 개도계(500)를 통한 수문(100)의 상태와, 수문(100)의 일측에 설치된 센서부(710)의 리미트 스위치의 ON/OFF 신호를 통해 수문(100)의 처짐을 비교하여 알 수 있게 되는 것이다.

즉, 개도계(500)에서 상한 신호값은 ON 상태로 수신되는데, 수문(100)의 센서부(710)는 OFF 신호를 출력하게 되면, 개도계(500)를 통해 측정되는 수문(100)의 각도보다 실제 수문(100)의 각도는 더 처진 것으로 판단되어 컨트롤 유닛(700)을 통해 해결하게 된다.

이렇게 컨트롤 유닛(700)에서 수문(100)의 처짐을 감지하게 되면, 마그네틱 클러치(600)로 OFF신호를 인가하여 개도계(500)로 연결되는 동력을 차단한 상태에서 권양기(400)로 작동신호를 인가하여, 권취드럼(300)이 와이어로프(200)를 감는 형태로 회전하여 수문(100)을 들어올려서 오차를 조정하고, 마그네틱 클러치(600)에 ON신호를 인가하여 개도계(500)로 동력이 연결되도록 제어하여 개도계(500)의 정상작동이 이루어지게 한다.

이상에서 본 발명은 상기 실시예를 참고하여 설명하였지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.

100 : 수문 200 : 와이어로프
300 : 권취드럼 400 : 권양기
500 : 개도계 600 : 마그네틱 클러치
700 : 컨트롤 유닛 710 : 센서부
800 : 전도장치

Claims

수문(100)과,
상기 수문(100)에 일측이 고정되어 있는 와이어로프(200)와,
상기 와이어로프(200)가 권취되는 권취드럼(300)과,
상기 권취드럼(300)의 회전력을 전달하여 와이어로프(200)가 권취드럼(300)에 감기거나 풀어지도록 제어하는 권양기(400)와,
상기 권취드럼(300)의 회전축과 연동하여 수문(100)의 열림 정도를 계측하여 표시하는 개도계(500)와,
상기 개도계(500)와 권취드럼(300) 사이에 설치되어 회전축의 동력전달을 선택적으로 연결 또는 차단하는 마그네틱 클러치(600)와,
상기 권양기(400)의 작동신호와 마이네틱 클러치의 작동신호를 제어하는 컨트롤 유닛(700);으로 이루어지고,
상기 컨트롤 유닛(700)은 와이어로프(200)가 늘어나게 되면, 마그네틱 클러치(600)로 OFF신호를 인가하여 개도계(500)로 연결되는 동력을 차단한 상태에서 권양기(400)로 작동신호를 인가하여, 권취드럼(300)이 와이어로프(200)를 감는 형태로 회전하여 수문(100)을 들어올려서 오차를 조정하고, 마그네틱 클러치(600)에 ON신호를 인가하여 개도계(500)로 동력이 연결되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 로프식 수문의 처짐 방지 제어시스템
삭제
제 1항에 있어서,
상기 수문(100)의 일측에는 수문(100)의 처짐각도를 측정할 수 있는 센서부(710)가 더 설치되어, 상기 컨트롤 유닛(700)은 센서부(710)의 측정에 따라 수문(100)의 처짐 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 로프식 수문의 처짐 방지 제어시스템