KR20020001047A - 수격 방지기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원통형 본체의 내부에 안내관을 내장하고 이 안내관의 내부에 피스톤을 내장하여 독립된 단일품으로서 기존 배관 및 신설 배관에 관계없이 간편하게 설치할 수 있도록 하며 생산성, 취급성 및 동작성을 향상시킬수 있도록 한 수격방지기에 관한 것으로서, 본 발명은 유로관에 설치되어 상기 유로관 내부에 작용하는 수격력을 완충시키는 수격방지기에 있어서, 상기 유로관에 결합되는 플랜지가 설치되고 내부에는 압축실이 구비된 본체와, 상기 본체의 내부에 형성되는 압축실이 제1공간부와 제2공간부로 분할되도록 본체의 내부에 삽입되며 상부에는 통공이 형성되고 본체의 사이에는 기밀을 유지하는 오링이 삽입된 안내관과, 상기 안내관의 내부에 삽입되고 둘레면에는 기밀을 유지하는 오링이 설치된 피스톤과, 상기 본체의 상측을 폐쇄하는 상부캡과, 상기 본체의 하부측 내부에 결합되고 유체가 이동하는 유로공이 구비된 고정캡을 포함하여서 된것이다.

Description

수격 방지기{WATER HAMMER ARRESTERS}

본 발명은 수격방지기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 원통형 본체의 내부에 안내관을 내장하고 이 안내관의 내부에 피스톤을 내장하여 독립된 단일품으로서 기존 배관 및 신설 배관에 관계없이 간편하게 설치할 수 있도록 하며 생산성, 취급성 및 동작성을 향상시킬수 있도록 한 수격방지기에 관한 것이다.

일반적으로 유체의 흐름중에 유로저항이 변화되면 유체의 압력이 변화하게 된다. 압축성유체인 기체의 경우 유로저항의 변화는 단순한 압력의 변화로 그치게 되지만, 비압축석 유체인 액체의 경우에는 수두(水頭) 자체가 변화하게 된다. 예를들어 넓은 유로로 부터 좁은 유로로 진입되는 액체의 흐름은 그 수두, 즉 액위가 상승되는 수력도약(hydraulic jump)현상이 발생하게 된다.

배관등과 같이 제한된 단면내로 액체가 공급되는 경우에는 이러한 유로저항의 변화에 대한 문제는 더욱 심각해진다. 일예로 수도관의 경우 물의 흐름중 밸브가 차단되면 유로저항의 급격한 변화를 비압축성 유체인 율이 흡수할 수 없으므로 큰 충격파가 형성됨으로써, 수격(water hammer)현상에 의하여 높은 소음과 진동이 발생되는 것이다.

수격 현상이란 유로관속에 가득찬 상태로 흐르는 수류가 흐를때 밸브의 잠금작용으로 급격히 차단하였을때에 유로관 내부 수압의 급격한 상승으로 인하여 발생되는 충격파(수격파)로서 이는 유로관내를 왕복하면서 소음과 진동이 발생되고, 이 소음과 진동은 배관을 거쳐 주위 구조물로 전달되어 구조물 및 시스템에 악영향을 미치는 것이다.

이러한 수격현상의 문제는 밸브가 나사로 서서히 개방되는 회전식 밸브에서는 다소 덜하지만 최근 사용의 편의성을 위하여 회전식의 밸브가 원터치(one touch)방식의 밸브로 전환됨에 따라 수격현상으로 인한 문제는 더욱 심각해지고 있으며, 수격현상에 의한 문제는 소음과 진동 뿐아니라 배관이나 밸브 또는 펌프등의 손상까지 야기하고 있는 것이다.

또한 제한된 관로내에서의 액체의 흐름은 이외에도 밸브등이 급격히 개방되는 경우 액체가 압력강하에 의해 급격히 비등하게 되어 액체내에서 기포를 발생시키고 캐비테이션(cavitation)등을 유발하게 되는 것이다.

따라서 배관계의 안전성 문제가 발생되면 배관계통을 교체 할 때에 수격력을 흡수할 수 있는 수격방지기가 설치된다.

상기한 수격방지기의 적용범위는 펌프의 운전시 맥동을 방지할 수 있는 유로관, 수격현상에 의한 진동을 흡수할 수 있는 장소, 소화 배관설비의 충격압력을 방지할 수 있는 장소, 사람과 인접한 거리에서 정숙한 환경의 보전시 및 냉온용 순환펌프가 자동제어로 시동 또는 종료시 체크밸브 개폐에 따른 진동 발생시 발생되는 소음진동의 감쇄 및 흡수할 수 있는 곳에 설치된다.

따라서 유로관에 간편하게 설치하여 수격현상등을 방지할 수 있는 수격방지기가 절실히 요구되고 있는 실정이다.

종래의 수격방지기(10a)는 도 1a에 도시된 바와같이 밸브(V)가 구비된 유로관(P)에 플랜지(11a)로 결합되고 본체(12a)의 내부에 형성되는 압축실(13a)은 오리피스구멍(14a)이 형성된 분리판(15a)에 의해서 제1공간부(16a)와 제2공간부(17a)로 분할되어 있으며 상기 본체(10a)의 상측에는 니플(18a)이 구비된 상부캡(19a)이 용접고정되어 내부를 밀봉시키도록 되어있다.

한편 본체(12a)의 하부측 내부에는 자바라형의 에어백(20a)이 내장되어 있고 상기 에어백(20a)의 하부는 유로공(21a)이 구비된 고정캡(22a)에 의해서 고정되어 있다.

따라서 이러한 종래의 수격방지기(10a)는 유로관(P)의 내부로 유체가 흐르는 상태에서 밸브(V)를 급히 폐쇄시켜 유체의 흐름을 차단시키게 되면 유로관(P)을 흐르는 유체가 순간적으로 역류하면서 수격력이 발생하고, 이 압력이 수격방지기(10a)의 본체(12a)에 설치된 고정캡(22a)의 유로공(21a)을 통해 에어백(20a)의 내부로 유입된다.

상기 에어백(20a)은 유체의 수격력에 의해 순간적으로 팽창되고, 이에따라 제1공간부(16a) 내부에 수용된 공기가 오리피스구멍(14a)을 통해 제2공간부(17a)로 배출되면서 수격력이 완충 감쇄된다.

그러나, 이러한 종래의 수격방지기(10a)는 상부캡(19a)에 설치된 니플(18a)을 통해 제1공간부(16a) 및 제2공간부(17a)에 수용된 공기가 외부로 배출되어 에어백(20a)이 팽창될 때에 공기저항이 감소됨으로써 에어백(20a)의 수격력 흡수기능이 저하되었고, 본체(12a)의 내부에 설치된 에어백(20a)은 신축성을 갖는 합성고무 또는 합성수지로 형성되어 순간적인 충격력에 의해 찢어져 손상됨으로써 수격력을 흡수할 수 없게 되었으며 상기 찢어진 에어백(20a)을 통하여 압축실(13a)로 유체가 유입되어 상부캡(19a)에 설치된 니플(18a)을 통하여 외부로 배출되는 문제점이 발생하였으며, 본체(12a)의 내부에 분리판(15a)을 용접고정하고, 본체(12a)의 상부에상부캡(19a)을 용접고정하며, 하부에 에어백(20a) 및 고정캡(22a)을 설치함으로써 수격방지기(10a)의 제작이 어렵게 되는 문제점이 있으며, 수격방지기(10a)를 유로관(P)에 설치할 때에 플랜지(11a)의 체결공에 볼트를 삽입하여 유로관(P)에 체결하는 작업이 쉽게 이루어지지 않는 문제점이 있었다.

한편, 일본국 특허공개 평1-131,388호에는 유로배관 내의 수압이 상승하면 피스톤의 원리를 이용하여 수격을 방지하도록한 수격방지장치가 알려지고 있는 바, 이 수격방지장치는 유로관에 일체로 형성한 밸브 하우징에 유로관을 개폐하는 제1피스톤을 약한 스프링을 종방향으로 탄력설치하고, 제1피스톤과 직교되는 횡방향으로 제2피스톤을 강한 스프링을 횡방향으로 탄력설치하여, 수압에 따라 제1피스톤을 자동으로 개폐시키고, 수격력을 감쇄시키도록 구성되어 있다.

이 수격방지장치는 유로관의 수압이 높아지면 제1피스톤과 제2피스톤의 실린더 중간부에 설치된 압력실과 유로관 내의 수압이 균등하게 되고, 약한 스프링을 탄지되어 있는 제1피스톤이 수압에 의해 자동으로 개방되며, 유로관 내의 수압이 다시 낮아지면 제1피스톤이 다시 닫히게 된다. 그리고, 수압이 크게 상승하면 제1피스톤이 자동으로 개방됨과 동시에 강한스프링으로 탄지되어 있는 제2피스톤이 이동하여 수격력을 감쇄시킨다.

이와 같은 종래의 수격방지장치는 밸브 하우징의 내부에 제1피스톤과 제2피스톤이 서로 직교되는 방향으로 결합되어 유로관을 수압에 따라 자동으로 개폐함으로써, 일정 수압 이하의 범위에서 유체가 흐르도록 조절하는 자동 개폐밸브로서, 독립된 수격방지기가 아니므로 통상의 다양한 밸브가 설치되어 있는 일반 유로관에서 수격을 방지하기 위한 목적으로 설치할 수 없게 되는 문제점이 있었다.

또한 종래의 다른 실시예의 수격방지기(10b)는 도시한 도 1b에서와 같이 밸브(V)가 구비된 유로관(P)에 나사결합되는 본체(12b)의 내부에 오링(12b)으로 밀폐되는 피스톤(13b)이 삽입되어 있고 상기 피스톤(13b)의 상부측에는 스프링(14b)이 탄력설치되어 있으며 상기 본체(11b)의 상측에는 상부캡(15b)이 나사결합되어 있다.

이러한 수격방지기(10b)는 유로관(P)의 내부로 유체가 흐르는 상태에서 밸브(V)를 급히 폐쇄시켜 유체의 흐름을 차단시키게 되면 유로관(P)을 흐르는 유체가 순간적으로 역류하면서 수격력이 발생하고, 이 압력이 수격방지기(10b)의 본체(11b)에 내장된 피스톤(13b)에 가해지게 되므로 상기 피스톤(13b)은 스프링(14b)을 압축시키면서 상승하게 되고 수격력이 해제되면 스프링(14b)의 복원력에 의해서 초기상태 즉 하부로 하강하게 되는 것이다.

그러나 이러한 수격방지기는 수격력을 완충시키는 스프링(14b)은 탄성요소 이므로 효율적인 감쇠가 이루어지지 못하고 반작용이 커지게 된다. 이러한 문제의 해결을 위해서는 내부적 마찰에 의한 에너지 소산(消散)이 큰 대형 스프링을 사용하면 가능하나 이때에는 수격방지기(10b)의 길이 및 크기가 커지게되어 설치공간상에 제약을 받게된다.

또한 수격현상은 밸브(V)의 개폐시 발생되로 스프링(14b)에 피로현상이 발생되고 탄성이 큰 스프링 강(鋼)은 내식성이 약하므로 배관등 다습한 환격에 사용되는 경우에는 내구성이 약하게 된다.

따라서 스프링(14b)이 내장된 수격방지기(10b)는 압축기체의 유출에의한 문제점을 해결할 수는 있지만 구조가 복잡하여 제조상의 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 결함 및 문제점을 해소하기 위하여 발명한 것으로서, 수격력을 완충시킴은 물론 본체 내부의 압축기체가 유출되는 것을 방지하며 제조 및 설치를 간편하게 할 수 있는 수격방지기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 유로관에 설치되어 상기 유로관 내부에 작용하는 수격력을 완충시키는 수격방지기에 있어서, 상기 유로관에 결합되는 플랜지가 설치되고 내부에는 압축실이 구비된 본체와, 상기 본체의 내부에 형성되는 압축실이 제1공간부와 제2공간부로 분할되도록 본체의 내부에 삽입되며 상부에는 통공이 형성되고 본체의 사이에는 기밀을 유지하는 오링이 삽입된 안내관과, 상기 안내관의 내부에 삽입되고 둘레면에는 기밀을 유지하는 오링이 설치된 피스톤과, 상기 본체의 상측을 폐쇄하는 상부캡과, 상기 본체의 하부측 내부에 결합되고 유체가 이동하는 유로공이 구비된 고정캡을 포함하여서 된것이다.

도 1a 및 도 1b - 종래의 수격 방지기가 유로관에 설치된 상태의 단면도.

도 2 - 본 발명에 따른 수격 방지기를 도시한 분해사시도.

도 3 - 본 발명에 따른 수격 방지기를 도시한 결합상태 단면도.

도 4a 및 도 4b - 본 발명에 따른 수격 방지기가 유로관에 설치되어 작동되는 상태를 도시한 단면도.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※

P : 유로관 11 : 플랜지

12 : 본체 13 : 압축실

14 : 통공 15 : 안내관

16 : 제1공간부 17 : 제2공간부

19 : 상부캡 20 : 피스톤

21 : 유로공 22 : 고정캡

23 : 오링

이하, 본 발명을 도시한 첨부도면 도 2 및 도 3을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 수격 방지기를 도시한 분해사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 수격 방지기를 도시한 결합상태 단면도로서, 본 발명에 따른수격방지기(10)는 밸브(V)가 구비된 유로관(P)에 결합되는 플랜지(11)가 본체(12)의 하부에 설치되어 있고 상기 본체(12)의 내부에 형성되는 압축실(13)은 상부에 통공(14)이 형성된 안내관(15)에 의해서 제1공간부(16)와 제2공간부(17)로 분할되어 있으며 상기 본체(12)와 안내관(15)의 사이에는 기밀을 유지하도록 오링(23)이 삽입되어 있다.

한편, 상기 안내관(15)의 내부에는 기밀이 유지되도록 둘레면에 오링(23)이 설치된 피스톤(20)이 내장되어 있고, 본체(12)의 상측에는 상부캡(19)이 용접고정되어 내부를 밀봉시키도록 되어있으며, 본체(12)의 하부측 내부에는 유로공(21)이 구비된 고정캡(22)이 삽입되어 있다. 여기서, 상기 피스톤(20)은 내부가 비어 있는 컵 형상으로 이루어져 있다.

이와같이 구성된 본 발명 수격방지기(10)는 유로관(P)의 내부로 유체가 흐를때에는 도 4a에 도시된 바와같이 본체(12)의 압축실(13)에 충진된 압축기체의 압력에 의해서 피스톤(20)이 하부로 하강된 상태를 유지하게 되는 것이다.

이러한 상태에서 밸브(V)를 급히 폐쇄시켜 유체의 흐름을 차단시키게 되면 유로관(P)을 흐르는 유체가 순간적으로 역류하면서 수격력이 발생하고, 이 압력이 수격방지기(10)의 본체(12)에 설치된 고정캡(22)의 유로공(21)을 통해 피스톤(20)에 작용하게 되므로 상기 피스톤(20)은 상부로 상승하게 되어 제1공간부(16)에 수용된 공기는 통공(14)을 통하여 제2공간부(17)로 배출되면서 수격력이 완충 감쇄된다.

한편 밸브(V)의 개폐시 발생되는 수격력은 피스톤(20)의 승강동작으로 완충되므로 파손에 의한 수격력의 완충저하가 방지됨은 물론 압축실(13)의 압축공기가 외부로 배출되면 피스톤(20)이 상승되어 통공(14)을 밀폐시켜 유로관(P)으로 흐르는 유체가 제2공간부(17)로 유입되는 것을 방지하게 되는 것이다.

이상에서와 같이 본 발명은 독립된 단일품으로 구성되어 있으므로 제작이 용이하고 대량 생산성 및 취급성이 우수한 이점이 있고, 배관 및 밸브의 종류에 구애됨이없이 수격방지기를 독립적으로 설치할 수 있게 되는 것이다.

또한, 유로관에 발생되는 수격력을 피스톤의 승강동작으로 완충시켜 사용수명을 연장시키게됨은 물론 압축실의 압력이 저하되면 상기 피스톤이 통공을 폐쇄시켜 유체가 외부로 배출되는 것을 방지할 수 있게되는 매우 유용한 발명이다.

Claims (3)

1. 유로관(P)에 설치되어 상기 유로관(P) 내부에 작용하는 수격력을 완충시키는 수격방지기에 있어서,

   상기 유로관(P)에 결합되는 플랜지(11)가 설치되고 내부에는 압축실(13)이 구비된 본체(12)와;

   상기 본체(12)의 내부에 형성되는 압축실(13)이 제1공간부(16)와 제2공간부(17)로 분할되도록 본체(12)의 내부에 삽입되며 상부에는 통공(14)이 형성되고 하단에서 본체(12)와의 사이에는 기밀을 유지하는 오링(23)이 삽입된 안내관(15)과;

   상기 안내관(15)의 내부에 삽입되고 둘레면에는 기밀을 유지하는 오링(23)이 설치된 피스톤(20)과;

   상기 본체(12)의 상측을 폐쇄하는 상부캡(19)과;

   상기 본체(12)의 하부측 내부에 결합되고 유체가 이동하는 유로공(21)이 구비된 고정캡(22)을 포함하는 구성을 특징으로 하는 수격방지기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 피스톤(20)이 안내관(15)의 최상단에 위치하였을 때, 상기 통공(14)이 피스톤(20)에 설치된 오링(23)의 상측에 위치되어 피스톤(20)의 하측으로부터 유입되는 물과 차단되도록 된 것을 특징으로 하는 수격방지기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 피스톤(20)은 내부가 비어 있는 컵 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 수격방지기.