KR102584463B1 - Aerator for pipe spillway - Google Patents
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Abstract
본 발명은 관수로식(管水路式) 여수로(10)에 설치되는 공기혼입장치(aerator)에 관한 것으로, 관벽(20) 내주면에 호형(弧形)의 그루브(groove)(30)가 형성되되, 그루브(30) 하부 상류측 관벽(20)에 램프(ramp)(25)가 형성되고, 그루브(30) 상단부에는 상류측으로 유도요부(35)가 형성되며, 관벽(20) 양 측면부 그루브(30)에는 호형의 차단판(40)이 형성되어 그루브(30)가 수류와 격리되는 것이다.
본 발명을 통하여, 관수로식 여수로(10)용 공기혼입장치의 원활하고 안정적인 작동이 가능하며, 이로써 여수로(10)내 수류의 안정성을 확보하고, 여수로(10) 관벽(20)의 파손을 방지하며, 여수로(10)의 내구성 및 성능을 제고할 수 있다.The present invention relates to an air mixing device (aerator) installed in a pipe type spillway (10), wherein an arc-shaped groove (30) is formed on the inner peripheral surface of the pipe wall (20). , a ramp 25 is formed on the pipe wall 20 on the upstream side of the groove 30, a guide recess 35 is formed at the upper end of the groove 30 toward the upstream side, and grooves 30 are formed on both sides of the pipe wall 20. ), an arc-shaped blocking plate 40 is formed to isolate the groove 30 from the water flow.
Through the present invention, smooth and stable operation of the air mixing device for the spillway type spillway (10) is possible, thereby ensuring the stability of the water flow in the spillway (10) and preventing damage to the pipe wall (20) of the spillway (10). can be prevented, and the durability and performance of the spillway 10 can be improved.
Description
본 발명은 관수로식(管水路式) 여수로(10)에 설치되는 공기혼입장치(aerator)에 관한 것으로, 관벽(20) 내주면에 호형(弧形)의 그루브(groove)(30)가 형성되되, 그루브(30) 하부 상류측 관벽(20)에 램프(ramp)(25)가 형성되고, 그루브(30) 상단부에는 상류측으로 유도요부(35)가 형성되며, 관벽(20) 양 측면부 그루브(30)에는 호형의 차단판(40)이 형성되어 그루브(30)가 수류와 격리되는 것이다.The present invention relates to an air mixing device (aerator) installed in a pipe type spillway (10), wherein an arc-shaped groove (30) is formed on the inner peripheral surface of the pipe wall (20). , a
여수로(餘水路)는 저수지의 안전을 위하여 소정 수위 이상의 물을 대량으로 방류하기 위한 수로로서, 주로 홍수 등의 상황에서 저수지 유입수를 댐 구조나 부대시설의 손상없이 하류로 방류할 수 있도록 설치된다.A spillway is a waterway for discharging a large amount of water above a certain level for the safety of the reservoir. It is mainly installed to discharge reservoir inflow downstream without damaging the dam structure or auxiliary facilities in situations such as floods. .
이러한 여수로는 수문을 통한 제어의 가능 여부에 따라 문비식 여수로와 무문식 여수로로 분류될 수 있으며, 수로내 수류의 수리학적 특성에 따라 자유수면을 가지는 개수로식 또는 압력흐름인 관수로식으로 분류될 수 있는데, 이들 형식을 막론하고, 여수로를 통과하는 수류에는 극단적인 유속 및 유량이 발생될 수 밖에 없으며, 따라서 수로 본체는 물론 관련 부속 시설 등에 미치는 영향 또한 일반적인 수로 구조물과는 판이한 양상을 가지게 된다.These spillways can be classified into gated spillways and non-gated spillways depending on whether they can be controlled through floodgates, and can be classified into open channel type with a free water surface or pipe type with pressure flow depending on the hydraulic characteristics of the water flow in the waterway. However, regardless of the type, extreme flow velocities and flow rates are bound to occur in the water flowing through the spillway, and therefore the impact on the waterway main body as well as related auxiliary facilities has a completely different aspect from that of general waterway structures.
특히, 고유속으로 인하여 물의 압력이 증기압 이하가 되면 내재된 기체가 분리되어 기포를 형성하고 이 기포가 주변 수압으로 압괴(壓壞)되면서 주변 구조물을 훼손하는 공동현상(cavitation)이 여수로에서 발생될 수 있으며, 대유량 고유속 수류에 있어서 대기압 이하의 압력 흐름이 발생할 시 구조물과 수류의 계면에 일종의 진공상태가 조성됨에 따라 콘크리트 등의 수로 구조체가 분리 이탈되는 박리현상(separation) 역시 여수로에서 발생될 수 있다.In particular, when the water pressure falls below the vapor pressure due to high velocity, the inherent gas is separated to form bubbles, and these bubbles are crushed by the surrounding water pressure, causing cavitation, which damages surrounding structures, to occur in the spillway. In a high-flow, high-velocity water flow, when a pressure flow below atmospheric pressure occurs, a kind of vacuum is created at the interface between the structure and the water flow, resulting in separation of waterway structures such as concrete, which may also occur in the spillway. You can.
이에, 대형 여수로에서는 전술한 현상에 의한 여수로 구조체의 훼손을 방지하기 위하여 수로 표면에 홈(groove) 형태의 공기 유입 유도로를 형성함으로써 외부의 공기가 수류 하부로 공급될 수 있도록 한 공기혼입장치가 설치되며, 여수로 공기혼입장치 관련 종래기술로는 특허 제653611호 등을 들 수 있다.Accordingly, in large spillways, in order to prevent damage to the spillway structure due to the above-mentioned phenomenon, an air inflow guideway in the form of a groove is formed on the surface of the waterway to allow external air to be supplied to the lower part of the water stream. is installed, and the prior art related to the Yeosu Air Entrainment Device includes Patent No. 653611.
종래의 여수로용 공기혼입장치인 특허 제653611호는 개수로식 여수로에 적용되는 장치로서, 여수로내 수류에 자유수면이 형성될 뿐 아니라 수로 구조물 상단이 외부에 완전히 노출된 조건에서, 수류의 영향이 파급되지 않을 뿐 아니라 수류의 물리적 거동과 완전히 무관한 상태의 외부 공기를 자유롭게 활용할 수 있는 조건에서 작동하게 된다.Patent No. 653611, a conventional air mixing device for spillways, is a device applied to open-channel spillways. Not only is a free water surface formed in the water flow within the spillway, but the influence of the water flow is spread under the condition that the top of the waterway structure is completely exposed to the outside. Not only does it not work, but it operates under conditions in which external air can be freely utilized in a state that is completely unrelated to the physical behavior of the water flow.
뿐만 아니라, 여수로를 구성하는 수로의 측벽은 물론 저판 역시 여수로의 비 가동시에는 외부에 완전히 노출되는 구조로서, 공기혼입장치의 형식 및 제원을 자유롭게 선택할 수 있으며, 용이한 시공이 가능하다.In addition, the side walls of the waterway that make up the spillway as well as the bottom plate are completely exposed to the outside when the spillway is not in operation, so the type and specifications of the air mixing device can be freely selected, and easy construction is possible.
반면, 도 1 내지 도 3에서와 같은 관수로형 여수로(10)의 경우, 여수로(10) 시설물의 대부분의 구간에서 수로 횡단면이 관벽(20)으로 완전 폐합된 구조를 가지며, 특히 도 1에 예시된 바와 같이, 여수로(10)가 지하에 구성되는 경우가 상당한 바, 여수로(10) 내부 구성에 대한 접근이 제한될 뿐 아니라, 공기혼입장치의 형식에도 상당한 제약이 불가피하며, 시공 역시 어려운 한계를 가진다.On the other hand, in the case of the
이에, 종래의 관수로식 여수로(10)에 있어서의 공기혼입장치는 도 2 및 도 3에서와 같이, 여수로(10)를 구성하는 관벽(20)의 내주면 일부에 그루브(30)를 요입 형성하여 여수로(10) 내부 상측에 형성된 공기층으로부터의 공기 유입을 유도하고 있으나, 충분한 공기혼입 효과를 기대할 수 없을 뿐 아니라, 운용상 상당한 문제점이 수반된다.Accordingly, the air mixing device in the conventional
우선, 종래 관수로식 여수로(10)의 그루브(30)형 공기혼입장치는 도 2 및 도 3에서와 같이, 관벽(20) 내주면에 여수로(10) 중심선 및 수류 방향과 직교하는 형태로 단순하게 요입 형성되는 바, 여수로(10)내 수위가 상승됨에 따라 그루부의 침수 구간이 확대되어 그루브(30)를 통한 수면 상부 공기의 원활한 유입에 장애가 초래될 수 밖에 없으며, 설령 그루브(30)를 통하여 미량의 상부 공기가 유입된다 하여도 수류 하부 관벽(20)에서의 방출이 원활하지 못한 문제점이 있었다.First, as shown in Figures 2 and 3, the
특히, 종래의 관수로식 여수로(10)용 공기혼입장치는 그루브(30)의 전구간이 수류에 완전 노출되는 구조로서, 그루브(30)가 수류의 진행을 방해하는 요인으로 작용할 수 밖에 없으며, 이는 과도한 수두(水頭) 손실 및 당해 여수로(10)의 통수능 저하로 직결되어, 여수로(10)의 성능이 심각하게 훼손될 수 밖에 없었다.In particular, the air mixing device for the conventional irrigation canal type spillway (10) has a structure in which the entire section of the groove (30) is completely exposed to the water flow, so the groove (30) inevitably acts as a factor that impedes the progress of the water flow. This was directly related to excessive water head loss and a decrease in the water flow capacity of the
또한, 여수로(10)내 고속 수류가 노출된 그루브(30) 하류단에 지속적으로 돌진하는 과정에서 오히려 공동현상(cavitation)이 촉진될 수 있으며, 이로 인하여 여수로(10)내 수류의 불안정은 물론 여수로(10) 관벽(20)의 파손이 초래되는 심각한 문제점이 있었다.In addition, cavitation may be promoted as the high-speed water current in the
본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안된 것으로, 관수로식 여수로의 공기혼입장치에 있어서, 여수로(10)의 관벽(20) 내주면에는 호형의 홈인 그루브(30)가 형성되되, 그루브(30) 하부의 상류측 관벽(20)에는 상류에서 하류측으로 관벽(20)이 점차 상승되는 램프(25)가 형성되어, 수류가 램프(25) 상면을 통과하면서 램프(25) 하류측 그루브(30) 및 관벽(20) 표면과 수류가 이격되는 공기실(29)이 형성됨을 특징으로 하는 관수로식 여수로의 공기혼입장치이다.The present invention was created in consideration of the above-described problems. In the air mixing device for a spillway type spillway, an arc-
또한, 본 발명은 관수로식 여수로의 공기혼입장치에 있어서, 여수로(10)의 관벽(20) 내주면에는 호형의 홈인 그루브(30)가 형성되되, 그루브(30) 상단부에는 경사면을 형성하면서 요입되는 유도요부(35)가 여수로(10) 상류측으로 형성됨을 특징으로 하는 관수로식 여수로의 공기혼입장치이다.In addition, the present invention relates to an air mixing device for a spillway type spillway, in which a
또한, 본 발명은 관수로식 여수로의 공기혼입장치에 있어서, 여수로(10)의 관벽(20) 내주면에는 호형의 홈인 그루브(30)가 형성되되, 여수로(10) 관벽(20)의 양 측면부에 형성된 그루브(30)에는 호형의 차단판(40)이 형성되어 차단판(40) 외측의 그루브(30)가 여수로(10) 내부의 수류와 격리됨을 특징으로 하는 관수로식 여수로의 공기혼입장치이다.In addition, the present invention relates to an air mixing device for a spillway type spillway, wherein an arc-shaped groove (30) is formed on the inner peripheral surface of the pipe wall (20) of the spillway (10), and both side surfaces of the pipe wall (20) of the spillway (10) are formed. An arc-
본 발명을 통하여, 관수로식 여수로(10)용 공기혼입장치의 원활하고 안정적인 작동이 가능하며, 이로써 여수로(10)내 수류의 안정성을 확보하고, 여수로(10) 관벽(20)의 파손을 방지하며, 여수로(10)의 내구성 및 성능을 제고할 수 있다.Through the present invention, smooth and stable operation of the air mixing device for the spillway type spillway (10) is possible, thereby ensuring the stability of the water flow in the spillway (10) and preventing damage to the pipe wall (20) of the spillway (10). can be prevented, and the durability and performance of the
특히, 본 발명의 관수로식 여수로(10) 공기혼입장치에서는 그루브(30) 상단에 형성되는 유도요부(35)를 통하여 수로 상부 공기층으로부터 그루브(30)로 공기가 안정적이고 원활하게 유입될 수 있으며, 그루브(30) 하단의 상류측 관벽(20)에 형성되는 램프(25)를 통하여 공기실(air chamber)(29)을 조성함으로써 그루브(30)를 통하여 공급된 공기가 수류 하단으로 원활하게 방출, 혼입될 수 있다.In particular, in the water-type spillway (10) air mixing device of the present invention, air can be stably and smoothly introduced into the groove (30) from the upper air layer of the waterway through the guide recess (35) formed at the top of the groove (30). , By creating an
또한, 관벽(20) 측면부에 형성된 그루브(30)를 차단판(40)을 통하여 수류와 격리함으로써, 그루브(30)로의 불필요한 수류 유입을 억제하여 그루브(30)의 통기성을 유지함과 동시에, 그루브(30) 형성 지점 관벽(20) 측면부의 평활성을 유지함으로써, 수두손실을 최소화하고 수류의 그루브(30) 충돌로 인한 공동현상을 억제할 수 있다.In addition, by isolating the
도 1은 관수로식 여수로 설명도
도 2는 종래의 관수로식 여수로 대표 단면도
도 3은 종래의 관수로식 여수로 발췌 사시도
도 4는 본 발명의 대표 단면도
도 5는 본 발명의 하류 시점 발췌 사시도
도 6은 본 발명의 상류 시점 발췌 사시도
도 7은 차단판이 적용된 본 발명의 일 실시예 대표 단면도
도 8은 도 7 실시예의 하류 시점 발췌 사시도
도 9는 도 7 실시예의 상류 시점 발췌 사시도
도 10은 부착식 차단판이 적용된 본 발명 실시예의 하류 시점 발췌 사시도Figure 1 is an explanatory diagram of a irrigation canal type spillway.
Figure 2 is a representative cross-sectional view of a conventional irrigation canal type spillway.
Figure 3 is a perspective view of a conventional irrigation ditch type spillway.
Figure 4 is a representative cross-sectional view of the present invention
Figure 5 is a perspective view of a downstream viewpoint of the present invention
Figure 6 is a perspective view of the upstream viewpoint of the present invention
Figure 7 is a representative cross-sectional view of an embodiment of the present invention to which a blocking plate is applied.
Figure 8 is a perspective view taken from a downstream perspective of the embodiment of Figure 7;
Figure 9 is a perspective view of the upstream viewpoint of the embodiment of Figure 7
Figure 10 is a perspective view of a downstream viewpoint of an embodiment of the present invention to which an adhesive blocking plate is applied.
본 발명의 상세한 구성 및 작용을 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.The detailed structure and operation of the present invention will be described through the attached drawings as follows.
우선, 도 4는 본 발명이 적용된 여수로(10)의 횡단면 및 종단면을 도시한 것으로, 도시된 바와 같이, 본 발명은 관수로형 여수로(10)에 설치되는 공기혼입장치로서, 여수로(10)의 관벽(20) 내주면에는 횡단면상 호형(弧形)의 홈인 그루브(30)가 요입 형성되되, 그루브(30)의 양측 상단은 여수로(10)의 중심 상측에 위치하게 된다.First, Figure 4 shows the cross-section and longitudinal cross-section of the
또한, 도 5는 본 발명이 적용된 여수로(10)의 하류 시점(視點) 발췌 사시도로서, 본 발명 공기혼입장치의 그루브(30)가 형성된 지점에서 하류측에 시점이 위치한 상태에서의 여수로(10) 부분절단 사시도이고, 도 6은 본 발명이 적용된 여수로(10)의 상류 시점 발췌 사시도로서, 본 발명 공기혼입장치의 그루브(30)가 형성된 지점에서 상류측에 시점(視點)이 위치한 상태에서의 여수로(10) 부분절단 사시도이다.In addition, Figure 5 is a perspective view of the downstream view of the
이러한 도 4 내지 도 6을 통하여 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에서는 그루브(30) 하부의 상류측 관벽(20)에는 상류에서 하류측으로 관벽(20)이 점차 상승되는 램프(25)가 형성되는데, 램프(25)는 그 사전적 의미에서와 같이, 완만한 경사를 가지는 유도로로서, 상류에서 하류측으로 관벽(20) 하단부의 표면이 점차 여수로(10) 중심측으로 상승되는 구조를 가진다.As can be seen through FIGS. 4 to 6, in the present invention, a
또한, 램프(25)의 종점 즉, 하류단은 그루브(30)의 하단부에 형성되며, 따라서 그루브(30) 하단부에 있어서 그루브(30) 상류측 관벽(20)은 하류측 관벽(20)에 비하여 그 두께가 확대된 형태를 가지게 된다.In addition, the end point of the
이러한 램프(25)의 형성을 통하여, 도 4에서와 같이, 수류가 램프(25) 상면을 통과하면서 램프(25) 하류측 그루브(30) 및 관벽(20) 표면과 수류가 이격되는 공기실(air chamber)(29)이 조성되는데, 이로써 그루브(30)를 통하여 유입된 공기가 수류 하부와 관벽(20)간 경계부로 일층 원활하게 혼입될 수 있다.Through the formation of this
또한, 본 발명에서는 도 4 내지 도 6에서와 같이, 그루브(30) 상단부에 경사면을 형성하면서 요입되는 유도요부(35)가 여수로(10) 상류측으로 형성되는데, 유도요부(35)는 여수로(10) 내부 상측에 형성된 공기층으로부터 공기가 그루브(30)로 원활하게 유입될 수 있도록 유도로를 형성하는 구성으로서, 유도요부(35) 내부의 경사면은 하류측이 관벽(20)에 깊이 요입되고 상류측으로 점차 깊이가 감소되는 구조를 가진다.In addition, in the present invention, as shown in FIGS. 4 to 6, a guide recess 35 that is recessed while forming an inclined surface at the upper end of the
즉, 도 6에서와 같이, 그루브(30) 상단에서 상류측 방향으로 형성되는 홈으로서, 유도요부(35)를 형성하는 홈의 종점이 그루브(30) 상단과 연결되고, 그 시점(始點)은 그루브(30)에서 상류측으로 이격된 지점에 형성되며, 유도요부(35)의 상류측 시점으로부터 하류측 종점에 이르는 여수로(10) 외측 방향의 경사면이 형성되는 것이다.That is, as shown in FIG. 6, it is a groove formed in the upstream direction from the top of the
따라서, 도 4에서와 같이, 여수로(10)내 수류에 의하여 상부 공기층이 동반 이송되는 과정에서, 상류에서 하류측으로 이송되던 공기가 유도요부(35)로 진입된 후 그루브(30)로 원활하게 유입될 수 있으며, 이로써 별도의 인위적인 가압 내지 가속 수단 없이도 그루브(30)로의 공기 유입을 촉진할 수 있다.Therefore, as shown in FIG. 4, in the process of transporting the upper air layer by the water flow in the
한편, 도 7 내지 도 10은 그루브(30)의 여수로(10) 중심측 방향에 그루브(30)의 노출을 차단하는 차단판(40)이 구성된 실시예를 도시한 것으로, 여수로(10) 관벽(20)의 양 측면부에 형성된 그루브(30)에는 호형(弧形)의 차단판(40)이 형성되어 차단판(40) 외측의 그루브(30)가 여수로(10) 내부의 수류와 격리된다.Meanwhile, FIGS. 7 to 10 show an embodiment in which a blocking
이러한 본 발명의 차단판(40)에 있어서, 도 7에서와 같이, 차단판(40)의 내주면은 관벽(20) 내주면과 일치하며, 차단판(40)의 하단부가 개방되어 그루브(30)의 하단부는 여수로(10) 중심측으로 노출된다.In the blocking
즉, 호형 차단판(40)의 내경과 여수로(10) 관벽(20)의 내경이 일치하여, 도 8 및 도 9에서와 같이, 차단판(40) 형성 지점의 관벽(20) 및 차단판(40) 표면이 평활하게 조성되며, 따라서 관벽(20) 측면부의 그루브(30) 형성지점에서 빈발한 수류의 그루브(30) 충돌, 이로 인한 수두 손실 및 공동현상(cavitation) 촉진 문제를 해소할 수 있는 것이다.That is, the inner diameter of the arc-shaped
또한, 그루브(30)의 측면부 대부분의 구간이 차단판(40)에 의하여 수류와 격리됨으로써 그루브(30)의 침수에 따른 공기 이송 장애도 근본적으로 해소할 수 있다.In addition, most of the side section of the
특히, 도 10에서와 같이, 별도의 금속제 판체 등으로 차단판(40)을 사전 제작하고 이를 여수로(10) 관벽(20)에 부착하는 부착식 차단판(40)을 적용함으로써, 시공 편의성을 확보할 수 있을 뿐 아니라, 기설 여수로(10)에 대한 차단판(40) 적용도 가능하게 된다.In particular, as shown in FIG. 10, convenience of construction is achieved by pre-fabricating the blocking
10 : 여수로
20 : 관벽
25 : 램프
29 : 공기실
30 : 그루브
35 : 유도요부
40 : 차단판10: Yeosu-ro
20: pipe wall
25: lamp
29: air room
30: groove
35: Judo waist
40: blocking plate
Claims (3)
횡단면이 관벽(20)으로 완전 폐합된 관수로인 여수로(10)의 관벽(20) 내주면에는 호형의 홈인 그루브(30)가 형성되되;
그루브(30) 상단부에는 경사면을 형성하면서 요입되는 유도요부(35)가 여수로(10) 상류측으로 형성되고, 유도요부(35) 내부의 경사면은 하류측에서 상류측으로 점차 깊이가 감소되어, 여수로(10)내 수류에 의하여 상류에서 하류측으로 동반 이송되던 상부 공기층이 유도요부(35)로 진입됨을 특징으로 하는 관수로식 여수로의 공기혼입장치.In the air mixing device of the irrigation canal type spillway,
A groove 30, which is an arc-shaped groove, is formed on the inner peripheral surface of the pipe wall 20 of the spillway 10, which is a pipe whose cross section is completely closed by the pipe wall 20;
At the upper end of the groove 30, a guide recess 35 that is recessed while forming a slope is formed on the upstream side of the spillway 10, and the slope inside the guide recess 35 gradually decreases in depth from the downstream side to the upstream side, leading to the spillway 10. (10) An air mixing device for a conduit-type spillway, characterized in that the upper air layer, which was transported from upstream to downstream by the internal water flow, enters the guide recess (35).
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