KR20100012460A - 대용적 수격방지기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 물, 기름 등의 비 압축성 유체인 액체가 흐르는 배관에 사용되어 수격현상을 방지하는 수격방지기에 관한 것으로서, 좀더 자세하게는 수격방지기의 구조를 특별하게 구성하여, 수격현상의 흡수에 필요한 공기의 체적을 최대한 크게 확보할 수 있는 구조의 수격방지기에 관한 것이다.

본 발명의 수격방지기는, 수격방지기 몸체의 상부가 개방되는 구조로 하고, 탄성막을 수격방지기의 몸체와 거의 같은 크기의 컵 형상으로 하였다. 그리고 몸체의 측면으로 체결부가 돌출되는 것을 방지하기 위하여, 몸체의 상단에 플랜지를 형성하고 이 플랜지에 체결용 볼트를 용접으로 부착하여 덮개를 결합할 수 있게 하였다.

본 발명의 수격방지기는 몸체의 공간 대부분을 공기가 충진되는 동공이 되므로 전체적으로 작은 크기로도 큰 수격현상을 흡수할 수 있다. 그리고 수격현상에 의하여 탄성막이 변형을 하더라도 탄성막에 국부적으로 큰 변형이 발생하지 않아 과도한 변형에 의한 탄성막의 파손의 위험이 없다. 또한 몸체의 측면으로 돌출되는 부위가 없어 외형이 간명하다.

수격현상, 배관, 수격방지기, 동공, 체적, 비압축성 유체, 충격파

Description

대용적 수격방지기{Large Volume Water Hammer Cushion}

본 발명은 물, 기름 등의 비 압축성 유체인 액체가 흐르는 배관에 사용되어 수격현상을 방지하는 수격방지기에 관한 것으로서, 좀더 자세하게는 수격방지기의 구조를 특별하게 구성하여, 수격현상의 흡수에 필요한 공기의 체적을 최대한 크게 확보할 수 있는 구조의 수격방지기에 관한 것이다.

수격(水擊, Water Hammer)현상이란, 물, 기름 등의 비압축성 유체인 액체가 흐르는 유로에서 유로가 갑자기 폐쇄되거나 갑자기 열릴 때, 유체에 충격파(Shock Wave)가 발생하여 순간적으로 아주 높은 압력이 발생하는 현상으로서, 이로 인하여 심할 경우 배관이 파손되고, 마치 망치로 치듯이 관로에 진동과 소음과 진동을 발생시키고, 밸브, 게이지, 이음매 등 관계의 취약 부분을 손상시키고, 누수를 유발하는 원인이 된다. 이 수격 현상의 강도는 유로의 개폐시간이 짧을수록 크다.

이러한 수격현상의 문제는 최근 사용의 편의성을 위해 회전식의 밸브가 원터치(one touch) 방식의 밸브 또는 유/공압 구동 밸브로 전환되어 감에 따라 더욱 심각해지고 있어서 소음과 진동유발이라는 문제뿐만 아니라 배관이나 밸브 또는 펌프 의 손상까지 야기하고 있는 실정이다.

수격방지기란 상기와 같은 수격현상을 억제하기 위하여 관로의 일정부분에 압축성 유체인 공기, 질소 등의 압축성 유체인 기체를 충진하여 둔 동공(Cavity)을 가진 것으로서, 충격파에 의하여 발생하는 높은 압력을 이 동공이 흡수하여 수격현상이 소멸되도록 한 장치이다. 이 동공은 피스톤, 탄성막 등으로 물과 공기를 구분하고 있다. 수격방지기의 경우 동공의 체적이 클수록 층격파의 흡수력이 커진다.

수격방지기의 동공 내의 압축성 기체(이하 이들을 대표하는 기체인 "공기"로 통칭함.)의 압력은 관로를 따라 흐르는 비압축성 유체(이하 이들을 대표하는 유체인 "물"이라 칭함.)의 압력과 같거나 약간 높은 정도로 한다. 만약 관로 내의 물의 압력이 증가하면 피스톤은 압축공기 쪽으로 밀려 올라가서 동공의 체적이 감소하고, 보일의 법칙에 의하여 그만큼 압력이 상승하므로 배관의 수압과 동공 내의 공기의 압력은 동일한 상태에서 평형을 유지하고 있게 된다.

만약 수격현상이 발생하여 관로 내부에의 물에 아주 높은 압력이 갑자기 발생하면, 이 압력은 관로를 따라 전파되다가 수격방지기의 벨로우즈, 탄성막, 또는 피스톤 등에 전달되고, 이에 따라 벨로우즈가 부풀거나, 탄성막이 상부로 팽창하거나, 피스톤이 상부로 밀리면서 관로 내부의 압력을 흡수하여 수격현상이 일어나는 것을 억제한다. 수격현상은 배관의 직경, 길이, 배관 내부를 흐르는 유체의 종류와 온도 압력 등의 상태, 유로 개폐 속도 등에 따라 수격 발생시 최대 압력인 수격의 강도가 달라진다.

통상적으로 사용되는 수격방지기는 도 1과 같이 관로의 일부분에 압축기체를 주입한 동공(Cavity)을 가진 형태이고, 높은 압력에 견딜 수 있도록 몸체는 일정 두께의 금속으로 제작하고, 몸체의 내부에 고무 등의 신축재료로 제작한 벨로우즈를 설치한 벨로우즈형(a), 고무막 등의 탄성막을 설치한 탄성막형(b), 또는 금속 또는 플라스틱 등으로 제작한 피스톤을 설치한 피스톤형(c)의 것이 주로 사용되고 있다.

상기와 같은 여러 가지의 형태의 수격방지기 중에서, 벨로우즈형(a)은 압축기체의 체적이 커서 충격파의 흡수격은 좋으나, 벨로우즈가 아주 유연하지 않으면 충격파의 흡수에 문제점이 있다. 그리고 평소에는 동공의 공기압력으로 벨로우즈가 압착되어 있는데, 유연한 고무막이 장시간 압착되어 있으면 접힌 부분에서 열화가 빨리 진행되어 이 부분에서 벨로우즈가 파손될 염려가 있다.

탄성막형 수격방지기(b)의 경우, 비교적 두꺼운 탄성막을 사용하므로 부식에 강한 장점이 있으나, 동공의 체적이 작아지고, 수격현상 발생시 고무막이 과도하게 신장하여, 특히 몸체와의 결합부위에서 파손이 쉽게 일어난다.

피스톤을 설치한 피스톤형의 수격방지기(c)는 작동이 원활하고, 고무 등과는 달리 부식이 쉽게 일어나지 않으므로 내구성이 좋다. 그러나 부품의 가공에 많은 비용이 소요되고, 피스톤의 측면 틈새로 공기가 액체로 누설되어 동공에 충진된 공기가 소모되는 문제점이 있다.

상기와 같이 현재 사용되고 있는 여러 형태의 수격방지기들은 각각 장점과 함께 단점이 있는바, 큰 동공의 체적을 확보할 수 있고, 제작비용이 저렴하고, 장시간 사용시에도 내구력을 가진 새로운 형태의 수격방지기가 필요하다.

그리고 수격방지기는 좁은 공간에 설치할 수 있도록 측면으로 돌출되는 부위가 없이 외부가 간명한 구조여야 한다.

본 발명의 수격방지기는 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 수격방지기 몸체의 상부가 개방되는 구조로 하고, 탄성막을 수격방지기의 몸체와 거의 같은 크기의 컵 형상으로 하였다. 그리고 몸체의 측면으로 체결부가 돌출되는 것을 방지하기 위하여, 몸체의 상단에 플랜지를 형성하고 이 플랜지에 체결용 볼트를 용접으로 부착하여 덮개를 결합할 수 있게 하였다.

본 발명의 수격방지기는 몸체의 공간 대부분을 공기가 충진되는 동공이 되므로 전체적으로 작은 크기로도 큰 수격현상을 흡수할 수 있다.

본 발명의 수격방지기는 수격현상에 의하여 탄성막이 변형을 하더라도 탄성막에 국부적으로 큰 변형이 발생하지 않아 과도한 변형에 의한 탄성막의 파손의 위 험이 없다. 그리고 수격방지기 몸체 상단 전체를 개방할 수 있는 구조이므로 탄성막의 조립이 용이하여 두께가 두꺼운 탄성막을 사용할 수 있고, 그만큼 수격방지기 전체의 내구성이 향상된다.

본 발명의 수격방지기는 아주 간편한 구조로 탄성막을 조립하고 밀봉할 수 있으며, 또한 몸체의 측면으로 돌출되는 부위가 없어 외형이 간명하다. 따라서 여러 종류의 구성품이 설치되는 복잡한 배관라인에 용이하게 설치할 수 있다.

본 발명의 수격방지기는 도 2에 도시한 바와 같이, 몸체(1), 탄성막(2), 그리고 덮개(3)로 구성된다.

몸체(1)는 수격방지기의 외형을 구성하는 외통(11), 상기 외통(11)의 하단에 부착되어 본 수격방지기가 사용되는 배관에 결합되는 결합부(12), 상기 외통(11)의 내부 하단에 부착되어 탄성막을 보호하는 보호판(13), 상기 외통(11)의 상단에 형성되는 덮개결합플랜지(14), 그리고 상기 덮개결합플랜지(14)에 부착되는 체결볼트(15)로 구성된다.

외통(11)은 강(Steel), 황동, 알루미늄합금 등 충분한 강도를 가지는 재료의 원통관으로 제작하는데, 원통관의 하단에는 배관에 부착된 플랜지에 결합될 수 있도록 단면이 축소되는 원뿔대 형상의 축소부가 있고, 축소부의 끝에는 수격방지기를 배관에 결합하기 위한 결합부(12)인 플랜지가 부착된다. 소형 수격방지기의 경우 축소부를 두지 않고, 원통관의 하단에 직접 결합부(12)를 부착할 수도 있다. 만 약 배관의 수격방지기 연결부가 플랜지결합식이 아닌 나사결합식 등인 경우, 결합부(12)는 그에 부합하는 결합수단으로 한다.

외통(11)의 상단에는 통의 내부를 향하여 형성되는 덮개결합플랜지(14)가 구비되는데, 이 덮개결합플랜지(14)에는 다수개의 체결볼트(15)가 부착된다. 체결볼트(15)는 여러 가지 방법으로 덮개결합플랜지(14)에 부착할 수 있으나, 덮개결합플랜지(14)에 구멍을 형성하고 이 구멍에 체결볼트의 하단을 삽입하여 용접으로 부착하는 것이 편이하다. 이 체결볼트 결합부의 상단에는 탄성막(2)의 플랜지로 수밀이 되므로, 체결볼트를 덮개결합플랜지(14)의 구멍에 전둘레 용접을 할 필요는 없고, 용접강도가 보장되는 범위에서 점용접으로 하여도 무방하다.

덮개결합플랜지(14)는 별도로 제작된 플랜지를 외통에 용접으로 부착할 수도 있으나, 외통의 상단을 일정 폭만큼 내부로 접어서 플랜지를 형성하는 것이 제작이 용이하고 누수의 염려가 없어서 좋다. 외통(11)은 원통관을 프레스가공 또는 스피닝가공 등의 방법으로 축소부와 덮개결합플랜지(14)를 일체로 제작할 수 있다.

보호판(13)은 외통의 하단 내부에 부착되어 탄성막(2)이 내부 공기압에 의하여 외통(11)의 하단으로 팽창하는 것을 방지하는 기능을 하고, 판의 전면에 다수개의 통수공(131)이 형성되어 배관의 수압이 전달되도록 한다. 이 보호판은 사용중에 큰 힘을 받지 않으므로 외통(11)의 내면 몇 개 점에 점용접으로 부착하면 된다.

탄성막(2)은 내구성이 좋고 탄성이 큰 네오프렌 등의 고무재료를 컵 형상으로 성형하여 제작하는데, 상부에는 상기 몸체(1)의 덮개결합플랜지(14)에 결합되는 결합플랜지가 형성되어 있다, 이 결합플랜지에는 덮개결합플랜지(14)에 부착되어 있는 체결볼트(15)가 관통할 수 있는 구멍이 형성되어 있다.

덮개(3)는 상기 몸체(1)의 상단 개구부를 밀봉하는 것으로서, 가장자리 부위에는 상기 체결볼트(15)가 통과하는 구멍들이 다수 개가 형성되어 있고, 중앙에는 타이어의 공기주입구와 동일한 공기주입구(31)가 구비되어 있다. 이 덮개(3)는 가장자리가 하방으로 일정 길이만큼 접혀서 상기 몸체(1)의 상단을 감싸는 형태로 제작하고, 중앙부는 하방으로 함몰되어 있어서 공기주입구의 끝단이 외부로 돌출되지 않도록 하여 이를 보호하는 것이 좋다.

본 수격방지기의 조립은 아주 간단한데, 덮개(3)가 분해되어 상부가 열린 몸체(1)의 내부에 상부를 통하여 탄성막(2)을 삽입하고, 탄성막(2)의 결합플랜지의 구멍이 체결볼트(15)를 관통하여 탄성막(2)의 결합플랜지가 몸체(1)의 덮개결합플랜지(14) 상에 안착되도록 한다. 이와 같이 탄성막(2)의 결합플랜지가 몸체(1)의 덮개결합플랜지(14) 상에 안착되면, 덮개(3)의 가장자리의 구멍이 체결볼트를 관통하도록 하여 몸체(1)의 상단에 결합하고, 체결너트(16)로 덮개를 고정한다.

본 발명인 수격방지기에는 공기주입구(31)를 통하여 사용하고자 하는 배관의 수압과 같거나 약간 높은 정도로 공기 또는 질소가 충진된다. 이렇게 충진된 공기는 상기 탄성막(2)의 내부와 덮개(3)로 형성되는 공간에서 동공으로 작용한다. 이렇게 형성된 동공의 부피는 수격방지기의 목부분을 제외한 수격방지기 몸체의 전체 의 부피와 거의 같은 크기가 되어, 여타 형식의 수격방지기에 비하여 동공의 부피가 아주 커고, 따라서 전체적으로 작은 크기의 수격방지기로도 큰 수격현상을 흡수할 수 있다.

본 발명인 수격방지기는 수격현상의 염려가 있는 배관라인에 결합되어 사용되는데, 만약에 배관에 수격현상이 발생하여 큰 압력의 충격파가 발생하면 이 충격파의 압력은 몸체(1)의 보호판(13)에 형성된 통수공(131)을 통하여 동공을 형성하고 있는 탄성막(2)의 외면에 전달되고, 탄성막(2)이 동공의 내부로 수축하면서 동공 속의 압축공기의 부피가 감소하여 쿠션역할을 하게 된다. 이와 같이 동공이 쿠션역할을 하면서 충격파의 압력을 흡수해버리면, 충격파는 더 이상 진행되지 않고 수격현상은 소멸된다. 수격현상이 소멸되면 동공 내부의 공기압력으로 탄성막이 본래의 형상으로 회복된다.

도 1은 통상의 수격방지기의 구성도이다.

도 2는 본 발명인 대용적 수격방지기의 구성도이다.

※ 중요 구성품 번호

1 : 몸체, 2 : 탄성막, 3 : 덮개,

11 : 외통, 12 : 결합부, 13 : 보호판(13), 14 : 덮개결합플랜지,

15 : 체결볼트, 16 : 체결너트, 31 : 공기주입구

Claims (2)

1. 수격방지기의 외형을 구성하는 외통(11), 상기 외통(11)의 하단에 부착되어 본 수격방지기가 사용되는 배관에 결합되는 결합부(12), 상기 외통(11)의 내부 하단에 부착되어 탄성막을 보호하는 것으로서 통수공(131)이 형성된 보호판(13), 상기 외통(11)의 상단에 형성되는 덮개결합플랜지(14), 그리고 상기 덮개결합플랜지(14)에 부착되는 체결볼트(15)로 구성되는, 몸체(1);

   고무재료를 컵 형상으로 성형하여 제작하고, 상부에는 상기 몸체(1)의 덮개결합플랜지(14)에 결합되는 플랜지가 형성되어 있고, 플랜지에는 덮개결합플랜지(14)에 부착되어 있는 체결볼트(15)가 관통할 수 있는 구멍이 형성되어 있는, 탄성막(2);

   그리고, 상기 몸체(1)의 상단 개구부를 밀봉하는 것으로서, 몸체(1)의 상단에 체결너트(16)로 결합되고, 가장자리 부위에는 상기 체결볼트(15)가 통과하는 구멍들이 다수 개가 형성되어 있고, 중앙에는 공기주입구(31)가 구비되어 있는, 덮개(3);

   를 포함하여 구성되는, 대용적 수격방지기.
2. 제1항에 있어서, 상기 덮개는,

   가장자리가 하방으로 일정 길이만큼 접혀서 상기 몸체(1)의 상단을 감싸는 형태이고, 중앙부는 하방으로 함몰되어 있어서 공기주입구(31)의 끝단이 외부로 돌 출되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는, 대용적 수격방지기.

Images