KR20090108198A - 유압식 수문 개폐장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저수지 등지에 설치되어 저수량을 조절하는 수문을 개폐하는 유압식 수문 개폐장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 권양 방식의 유압장치구조를 개선하여 수문의 상승속도와 하강속도를 동일하게 함으로써, 수문의 개폐시간을 단축 토록 함은 물론 수문의 개폐시에 소요되는 에너지를 저감시킬 수 있도록 한 유압식 수문 개폐장치에 관한 것이다.

본 발명은 통상의 양방향펌프를 회전시키는 권양 방식의 유압장치에 있어서, 상기의 유압장치에 제3파일럿첵밸브와 제2첵밸브를 추가 설치하여 수문의 상승 및 하강시에 일정한 속도로 양방향펌프를 회전시킴으로써 수문의 상승속도와 하강속도를 동일하게 하는 한편, 작동 유 탱크와 양방향펌프의 하 측을 연결하는 라인을 추가하고 그 라인 상에 제4파일럿첵밸브를 추가설치 하여 수문의 하강시 발생할 수 있는 양방향펌프 하 측 라인에서의 진공발생을 방지하고 있다.

양방향펌프, 제2첵밸브, 제3파일럿첵밸브, 제4파일럿첵밸브

Description

유압식 수문 개폐장치{A hydraulic shutting device for floodgate}

본 발명은 저수지 등지에 설치되어 저수량을 조절하는 수문을 개폐하는 유압식 수문 개폐장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 권양 방식의 유압장치구조를 개선하여 수문의 상승속도와 하강속도를 동일하게 함으로써, 수문의 개폐시간을 단축 토 록 함은 물론 수문의 개폐시에 소요되는 에너지를 저 감 시킬 수 있도록 한 유압식 수문 개폐장치에 관한 것이다.

일반적으로 하천, 저수지, 늪 등지에서는 물을 유로 내로 제한하여 홍수 시 물의 범람을 방지하고 갈수(渴水) 시 물을 효율적으로 활용하기 위한 치수용 제방이 축조된다.

그리고 상기 제방의 일정 지점에는 수로가 형성되고, 이 수로에는 제방 내 저수량을 조절하기 위한 수문이 설치되며, 이러한 수문의 개폐 장치로는 주로 권양 방식의 유압장치가 사용된다.

이러한 권양 방식의 유압장치는 수문(100)을 들어올려 개폐하는 장치로서 도 1에 도시된 바와 같이 유압실린더(101)의 로드(102)가 하측의 수문(100)과 연결되어 유압실린더(101)의 로드(102)가 수축되면 수문(100)이 상승 되어 개방이 이루어 지고 유압실린더(101)의 로드(102)가 신장 되면 수문(100)이 하강 되어 폐쇄가 이루어지게 된다.

종래에는 도 2에 도시된 바와 같은 양방향펌프(92)를 이용한 유압장치(91)로 수문(100)을 개폐시키는 것이므로 별도의 방향변환밸브를 사용하지 않고도 핸들(93)의 회전방향에 의해서만 수문(100)을 상승 및 하강시키게 되는데, 이때 전기모터를 핸들(93)에 연결하여 양방향펌프(92)를 회전시킴에 따라, 수문(100)의 상승시나 하강시 전기모터의 회전속도가 동일해 지면서 양방향펌프(92)의 회전속도도 동일해지는 것으로, 단지 양방향펌프(92)의 회전방향만 반대로 변환되면서 수문(100)의 상승시나 하강시 모두 양방향펌프(92)에서 토출 되는 유량이 동일하게 된다.

한편, 상기의 구체적인 작동설명에 앞서 유압실린더(101) 내부에 공급되는 작동 유에 대해 살펴보면, 유압실린더(101) 내의 피스톤을 기준으로 유압실린더(101)의 내부 하측은 로드(102)가 유압실린더(101)의 내부 전체공간 중 일부를 차지하므로 수문(100)이 일정한 거리만큼 상승 및 하강시 유압실린더(101) 내부 하 측에 유입 및 유출되는 작동 유의 양은 적은 반면, 유압실린더(101) 내부 상측은 상 측 전체면적에 작동 유가 들어가기 때문에 수문(100)이 일정한 거리만큼 상승 및 하강시 유압실린더(101) 내부 상 측에 유출 및 유입되는 작동 유의 양은 유압실린더(101) 내부 하 측보다 많다는 것을 알 수 있는바, 예를 들어 양방향펌프(92)의 토출유량을 양방향펌프(92)의 회전방향에 관계없이 200 cc/s로 가정할 때, 유압실린더(101) 내부 상 측의 가압면적을 20 ㎠, 유압실린더(101) 내 부 하 측의 가압면적을 10 ㎠로 가정하여 설명하게 되면, 먼저 수문(100)의 상승시에는 양방향펌프(92)의 토출유량이 양방향펌프(92)의 하 측 라인을 경유하여 카운터밸런스밸브(97), 제2파일럿첵밸브(96)를 차례로 통과하여 유압실린더(101)의 내부 하 측으로 유입되는데, 이 경우 수문(100)의 상승속도는 양방향펌프(92)의 토출유량값, 200 cc/s를 유압실린더(101) 내부 하 측의 가압면적, 10 ㎠로 나누어 구할 수 있으며 그 결과값은 20 cm/s 이다.

이때 유압실린더(101) 내부 상측에서 유출되는 작동 유의 유량은 수문(100)의 상승속도값, 20 cm/s 에 유압실린더(101)의 내부 상측 가압면적 값, 20 ㎠를 곱하여 구할 수 있으며, 그 결과 값은 400 cc/s 이므로 유압실린더(101) 내부 상측에서 유출된 유량의 일부인 200 cc/s 는 양방향펌프(92)의 상 측으로 유입되며 나머지 200 cc/s 는 제1파일럿첵밸브(95)를 통하여 작동 유 탱크(94)로 귀환한다.

그러나, 수문(100)의 하강시에는 양방향펌프(92)의 토출유량이 양방향펌프(92)의 상측 라인을 경유하여 유압실린더(101)의 내부 상 측으로 유입되는데, 이 경우 수문(100)의 하강 속도는 양방향펌프(92)의 토출유량값, 200 cc/s를 유압실린더(101) 내부 상 측의 가압면적 20 ㎠로 나누어 구할 수 있으며 그 결과값은 10 cm/s 이고, 이때 유압실린더(101) 내부 하 측에서 유출되는 작동 유의 유량은 수문(100)의 하강 속도 값, 10 cm/s에 유압실린더(101)의 내부 하측 가압 면적 값, 10 ㎠을 곱하여 구할 수 있으며, 그 결과값은 100 cc/s이다.

그러므로 유압실린더(101)의 내부 하 측에서 유출된 유량 100 cc/s는 제2파일럿첵밸브(96)와 카운터밸런스밸브(97)를 차례로 통과하여 양방향펌프(92)의 하 측으로 유입되며 또한 작동 유 탱크(94)에서 제1첵밸브(98)를 통과한 작동 유 유량 100 cc/s가 양방향펌프(92)의 하 측으로 유입되고, 결국 양방향펌프(92)의 하 측 및 상 측을 통과하는 유량은 항상 200 cc/s를 유지한다.

결과적으로 수문(100)의 상승속도는 수문(100)의 하강속도의 2배가 되는 것을 알 수 있으며, 수문(100)의 상승속도와 수문(100)의 하강속도를 동일하게 하려면 유압장치에서 양방향펌프(92)의 하 측 라인에 추가적으로 유량제어밸브 및 릴리프밸브를 설치하여 양방향펌프(92)에서 토출된 유량의 절반을 강제적으로 작동 유 탱크(94)로 귀환시켜야 하는데, 이는 상당한 에너지 손실을 초래하고 수문(100)의 상승속도를 반으로 저감시켜 수문(100)의 개폐시간을 2배로 증가시키는 비효율적인 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안 출 된 것으로 유압장치에서 일정한 속도로 양방향펌프를 회전시킴으로써 수문을 상승 및 하강시켜 개폐시킬 때, 수문의 상승속도와 수문의 하강속도가 동일하도록 한 유압식 수문 개폐장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 통상의 양방향펌프를 회전시키는 권양 방식의 유압장치에 있어서, 상기의 유압장치에 제3파일럿첵밸브와 제2첵밸브를 추가 설치하여 수문의 상승 및 하강시에 일정한 속도로 양방향펌프를 회전시킴으로 써 수문의 상승속도와 하강속도를 동일하게 하는 한편, 작동 유 탱크와 양방향펌프의 하 측을 연결하는 라인을 추가하고 그 라인 상에 제4파일럿첵밸브를 추가설치 하여 수문의 하강시 발생할 수 있는 양방향펌프 하 측 라인에서의 진공발생을 방지하고 있다.

이상과 같은 본 발명에 따른 유압식 수문 개폐장치는 유압장치의 양방향펌프 하 측 라인에 제2첵밸브를 추가하고, 또한 양방향펌프 하 측 라인에서 양방향펌프의 상 측 라인으로 분기 되는 라인에 제3파일럿첵밸브를 추가하여 수문을 상승 및 하강시키기 위해 양방향펌프를 일정한 속도로 회전시킬 때, 수문의 상승속도와 하강속도가 동일하게 되어 수문의 개폐시간을 단축함은 물론 수문의 개폐시에 소요되는 에너지를 저 감 시킬 수 있는 효과가 있는 것이고, 또한 작동 유 탱크와 양방향펌프의 하 측을 연결하는 라인을 추가하고 그 라인 상에 제4파일럿첵밸브를 추가설치하여 수문의 하강시 발생할 수 있는 양방향펌프 하 측 라인에서의 진공발생을 방지함으로써 유압식 수문 개폐장치의 내구성을 향상시키는 효과가 있는 것이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부된 도면과 관련하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 유압장치의 전체 구성도면이다.

통상의 양방향펌프(12)를 회전시키는 권양 방식의 유압장치(10)에 있어서,

양방향펌프(12) 하 측 라인에 제2첵밸브(27)를 추가하고, 또한 양방향펌프(12) 하 측 라인에서 양방향펌프(12)의 상 측 라인으로 분기 되는 라인에 제3파일럿첵밸브(25)를 추가 설치하여서 된 구성이다.

또한, 양방향펌프(12)의 하 측 라인으로 작동 유 탱크(14)와 연결하는 라인을 추가하고 그 라인 상에 제4파일럿첵밸브(22)를 추가 설치하여서 된 구성이다.

또한, 양방향펌프(12)와 수동조작핸들(13) 사이에는 변속 레버로 기어를 변속하여 속도를 가변할 수 있는 변속기(28)를 설치하여 양방향펌프(12)에서 토출되는 작동 유의 속도를 조절하여서 된 구성이다.

위와 같이 구성된 본 발명의 작동을 가상의 수치를 예로 들어 설명하면 다음과 같다.

예컨대 양방향펌프(12)의 토출유량은 양방향펌프(12)의 회전방향에 관계없이 200 cc/s로 가정하고, 유압실린더(11) 내부 상측의 가압면적을 20 ㎠, 유압실린더(11) 내부 하 측의 가압면적을 10 ㎠로 가정한 후, 수문의 상승시 작동과정을 살펴보면, 먼저 양방향펌프(12)의 토출유량이 양방향펌프(12)의 하 측 라인을 경유하여 제2첵밸브(27), 카운터밸런스밸브(17), 제2파일럿첵밸브(16)를 차례로 통과하여 유압실린더(11)의 내부 하 측으로 유입되는데, 이때 양방향펌프(12)의 하 측 압력은 제3파일럿첵밸브용파일럿배관(26)을 통해 제3파일럿첵밸브(25)에 작용하여 제3파일럿첵밸브(25)를 닫히게 한다.

즉,양방향펌프(12)의 하 측 토출유량은 제3파일럿첵밸브(25)를 통해 유압실린더(11) 상 측으로 흘러갈 수 없으며, 양방향펌프(12)의 하 측 토출유량은 모두 제2첵밸브(27), 카운터밸런스밸브(17), 제2파일럿첵밸브(16)를 차례로 통과하여 유 압실린더(11)의 내부 하 측으로 유입된다.

이 경우에 수문(19)의 상승속도는 양방향펌프(12)의 토출유량값 200 cc/s를 유압실린더(11) 내부 하 측의 가압면적 10 ㎠로 나누어 구할 수 있으며 그 결과 값은 20 cm/s 이다.

이때 유압실린더(11) 내부 상 측에서 유출되는 작동 유의 유량은 수문(19)의 상승속도값 20 cm/s에 유압실린더(11)의 내부 상 측 가압 면적 값 20 ㎠을 곱하여 구할 수 있으며, 그 결과 값은 400 cc/s 이다.

따라서 유압실린더(11)의 내부 상 측에서 유출된 유량의 일부인 200 cc/s는 양방향펌프(12)의 상 측으로 유입되며, 나머지 200 cc/s는 제1파일럿첵밸브(15)를 통해 작동 유 탱크(14)로 귀환 된다.

다음, 수문의 하강시 작동과정을 살펴보면, 양방향펌프(12)의 토출유량이 양방향펌프(12)의 상 측 라인을 경유하여 유압실린더(11)의 내부 상 측으로 유입되는 한편, 수문(19)의 하강에 의해 유압실린더(11) 하 측에서 유출되는 작동 유 유량은 제2파일럿첵밸브(16)와 카운터밸런스밸브(17)를 차례로 통과하지만 이때 제2첵밸브(27)에 막혀 양방향펌프(12)의 하 측으로 유입되지 않으며, 그대신 제3파일럿첵밸브(25)를 통하여 유압실린더(11) 상 측으로 유입된다.

결과적으로 유압실린더(11)의 내부 상 측으로 유입되는 유량 값은 양방향펌프(12)의 상측 토출유량값 200 cc/s와 유압실린더(11)의 내부 하 측에서 유출되어 제3파일럿첵밸브(25)를 경유하여 유압실린더(11)의 내부 상 측으로 유입되는 유량 값 200 cc/s의 합인 400 cc/s가 된다.

이 경우 수문(19)의 하강속도는 유압실린더(11)의 내부 상 측으로 유입되는 유량값 400 cc/s를 유압실린더(11) 내부 상 측의 가압면적 20 ㎠로 나누어 구할 수 있으며, 그 결과 값은 20 cm/s 이다.

그리고 양방향펌프(12)의 상 측 토출유량이 200 cc/s이므로 양방향펌프(12)의 하 측으로 유입되는 유량은 반드시 200 cc/s가 되어야 하며, 그렇지 않을 경우 양방향펌프(12)의 하 측 라인에서 진공이 발생하여 작동 유에 기포가 발생하여 수문(19)의 작동이 불가능해진다.

이때 작동 유 탱크(14)에 있는 작동 유가 제1첵밸브(18)와 제4파일럿첵밸브(22)를 경유하여 양방향펌프(12)의 하 측으로 유입된다.

결과적으로 양방향펌프(12)의 토출유량은 양방향펌프(12)의 회전방향에 관계없이 일정하고 유압실린더(11) 내부 상 측의 가압면적이 유압실린더(11) 내부 하 측의 가압면적의 2배인 경우 수문(19)의 상승속도와 하강속도는 같다는 것을 알 수 있다.

도 1 은 통상적인 권양 기의 설치상태를 보인 실시예시도

도 2 는 종래 유압장치의 회로구성도

도 3 은 본 발명에 따른 유압장치의 회로구성도

<도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 유압장치 11 : 유압실린더

12 : 양방향펌프 13 : 핸들

14 : 작동 유 탱크 15 : 제1파일럿첵밸브

16 : 제2파일럿첵밸브 17 : 카운터밸런스밸브

18 : 제1첵밸브 19 : 수문

20 : 제1파일럿첵밸브용 파일럿배관 21 : 제2파일럿첵밸브용 파일럿배관

22 : 제4파일럿첵밸브 23 : 제4파일럿첵밸브용 파일럿배관

24 : 카운터밸런스밸브용 외부파일럿배관

25 : 제3파일럿첵밸브 26 : 제3파일럿첵밸브용 파일럿배관

27 : 제2첵밸브

Claims (3)

1. 양방향펌프(12)를 회전시키는 권양 방식의 유압장치(10)에 있어서,

   양방향펌프(12) 하 측 라인에 제2첵밸브(27)를 추가하고, 또한 방향펌프(12) 하 측 라인에서 양방향펌프(12)의 상 측 라인으로 분기 되는 라인에 제3파일럿첵밸브(25)를 추가 설치하여서 됨을 특징으로 하는 유압식 수문 개폐장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기, 양방향펌프(12)의 하 측 라인으로 작동 유 탱크(14)와 연결하는 라인을 추가하고 그 라인 상에 제4파일럿첵밸브(22)를 추가 설치하여서 됨을 특징으로 하는 유압식 수문 개폐장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기, 양방향펌프(12)와 수동조작핸들(13) 사이에는 변속 레버로 기어를 변속하여 속도를 가변할 수 있는 변속기(28)를 설치하여 양방향펌프(12)에서 토출되는 작동 유의 속도가 조절됨을 특징으로 하는 유압식 수문 개폐장치.

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