KR20110132818A - 대용적 수격방지기 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 물, 기름 등의 비 압축성 유체인 액체가 흐르는 배관에 사용되어 수격현상을 방지하는 수격방지기에 관한 것으로서, 좀더 자세하게는 수격현상의 흡수에 필요한 공기의 체적을 최대한 크게 확보할 수 있는 구조의 수격방지기와, 이 수격방지기를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 수격방지기는 수격방지기 몸체의 상부가 개방되는 구조로 하고, 벨로우즈를 수격방지기의 몸체와 거의 같은 크기의 컵 형상으로 하여 큰 동공체적을 확보하였다. 그리고 수격방지기 몸체를 한번의 프레스가공으로 제작할 수 있도록 하였고, 몸체 자체에 플랜지가 형성되게 하여 벨로우즈를 결합할 수 있게 하였다. 그리고 몸체와 덮개를 용접으로 결합하였다.
본 발명의 수격방지기는 몸체의 공간 대부분을 공기가 충진되는 동공이 되므로 전체적으로 작은 크기로도 큰 수격현상을 흡수할 수 있다. 그리고 수격방지기 몸체를 한번의 프레스가공으로 제작할 수 있도록 하고, 몸체와 덮개를 용접으로 결합하는 방식을 취하여, 구성품의 제작과 조립을 능률적으로 할 수 있고, 그만큼 생산성이 향상된다. 또한, 몸체와 벨로우즈 그리고 덮개가 중찹되는 부위는 압착된 상태로 용접이 되므로 완벽한 기밀과 수밀이 이루어진다.

Description

대용적 수격방지기 및 그 제조방법{Large Volume Water Hammer Cushion and Fabrication Method of That}

본 발명은 물, 기름 등의 비 압축성 유체인 액체가 흐르는 배관에 사용되어 수격현상을 방지하는 수격방지기에 관한 것으로서, 좀더 자세하게는 수격현상의 흡수에 필요한 공기의 체적을 최대한 크게 확보할 수 있는 구조의 수격방지기와, 이 수격방지기를 제조하는 방법에 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 펌프의 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.

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 지속되는 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 이러한 수격방지기는 조립에 과도한 시간이 소요되는 볼트 결합방법 대신에 용접 결합방식을 취하여, 돌출부가 적고 저렴한 방법으로 제작할 수 있어야 한다.

수격방지기를 용접 결합방식으로 제작할 경우, 몸체 내부에 장착되는 고무 재질의 벨로우즈가 용접열에 의하여 손상될 수 있으므로, 특별한 용접방법이 강구되어야 한다. 또한 복잡한 구조의 수격방지기 몸체를 저렴하고 생산성 높은 방법으로 제작할 수 있는 방안이 강구되어야 한다.

본 발명의 수격방지기는 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 수격방지기 몸체의 상부가 개방되는 구조로 하고, 벨로우즈를 수격방지기의 몸체와 거의 같은 크기의 컵 형상으로 하여 큰 동공체적을 확보하였다.

그리고 수격방지기 몸체를 한번의 프레스가공으로 제작할 수 있도록 하였고, 몸체 자체에 플랜지가 형성되게 하여 벨로우즈를 결합할 수 있게 하였다. 그리고 몸체와 덮개를 용접으로 결합하였다.

몸체와 덮개를 용접할 때 고무재질의 벨로우즈가 손상되는 것을 방지하기 위하여, 덮개를 뒤집어 물에 잠기게 하고, 그 위에 벨로우즈가 장착된 몸체를 결합한 후 몸체의 상부에 힘을 주어 가압한 상태에서 덮개와 몸체의 결합부위를 용접하는 방식을 취하였다.

본 발명의 수격방지기는 몸체의 공간 대부분을 공기가 충진되는 동공이 되므로 전체적으로 작은 크기로도 큰 수격현상을 흡수할 수 있다. 그리고 수격현상에 의하여 벨로우즈가 큰 변형을 하더라도 국부적으로 큰 변형이 발생하지 않아 과도한 변형에 의한 벨로우즈의 파손위험이 없다.

그리고 수격방지기 몸체를 한번의 프레스가공으로 제작할 수 있도록 하고, 몸체와 덮개를 용접으로 결합하는 방식을 취하여, 구성품의 제작과 조립을 능률적으로 할 수 있고, 그만큼 생산성이 향상된다.

또한, 몸체와 벨로우즈 그리고 덮개가 중찹되는 부위는 압착된 상태로 용접이 되므로 완벽한 기밀과 수밀이 이루어진다.

도 1은 통상의 수격방지기의 구성도이다.
도 2는 본 발명 수격방지기의 구성도이다.
도 3은 본 발명 수격방지기의 제작공정도이다.
도 4는 수격방지지 몸체의 성형공정을 도시한 것이다.
도 5는 몸체와 덮개를 용접하는 공정을 도시한 것이다.

본 발명의 수격방지기는 도 2에 도시한 바와 같이, 몸체(1), 벨로우즈(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 결합플랜지(12), 그리고 상기 외통(11)의 내부 하단에 부착되어 탄성막을 보호하는 보호판(13)으로 구성된다.

외통(11)은 강(Steel), 황동, 알루미늄합금 등 충분한 강도를 가지는 금속재료의 원통관으로 제작하는데, 원통관의 하단에는 배관에 부착된 플랜지에 결합될 수 있도록 단면이 축소되는 원뿔대 형상의 축소부(111)가 형성되고, 축소부의 끝에는 수격방지기를 배관에 결합하기 위한 결합플랜지(12)가 부착된다.

소형 수격방지기의 경우 축소부를 두지 않고, 원통관의 하단에 직접 결합플랜지(12)를 부착할 수도 있다. 만약 배관의 수격방지기 연결부가 플랜지 결합방식이 아닌 나사 결합방식인 경우, 결합플랜지(12)를 사용하는 대신에 나사를 형성할 수 있다.

외통(11)의 상단에는 통의 내부를 향하여 형성되는 덮개결합플랜지(112)가 형성되는, 이 덮개결합플랜지(112)의 상면에는 홈(113)이 형성되어 벨로우즈(2)의 플랜지(22)에 형성된 돌기가 압착되어 누수를 방지하는 구조로 하는 것이 좋다.

덮개결합플랜지(112)는 외통의 상단을 일정 폭만큼 내부로 접어서 플랜지를 형성하는 것이 제작이 용이하고 누수의 염려가 없어서 좋다. 외통(11)은 원통관을 프레스가공 방법으로 축소부(111)와 덮개결합플랜지(112)를 일체로 제작할 수 있다. 외통의 자세한 제작방법은 후술한다.

보호판(13)은 외통의 하단 내부에 부착되어 벨로우즈(2)가 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 지점에 점용접으로 부착하면 된다.

벨로우즈(2)는 내구성이 좋고 탄성이 큰 네오프렌 등의 고무재료를 성형하여 제작하는데, 컵 형상의 벨로즈몸체(21)의 상부에 상기 몸체(1)의 덮개결합플랜지(14)에 결합되는 플랜지(22)가 형성되어 있다, 이 플랜지(22)에는 상하로 돌기(23)가 형성되어 덮개결합플랜지(112)의 상면에 형성된 홈(113)이 밀착되어 수밀이 되게 한다.

덮개(3)는 상기 몸체(1)의 상단 개구부를 밀봉하는 것으로서, 중앙에 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 공기주입구(31)의 끝단이 외부로 돌출되지 않도록 하여 이를 보호하는 것이 좋다. 덮개(3)의 내면 벨로우즈(2)의 플랜지(22)와 잡하는 부위에 홈(32)을 형성하여 기밀이 이루어지게 하는 것이 좋다. 덮개(3)도 소재 판을 원형으로 절단하여, 프레스 작업으로 한번에 성형할 수 있다.

상기 덮개(3)는 상기 밸로우즈(2)가 결합된 몸체(1)의 개구부에 씌운 후 용접을 하여 몸체(1)와 결합된다. 덮개(3)를 몸체(1)에 용접하는 방법은 후술한다.

상기와 같이 구성된 수격방지기의 제작과정은 도 3에 도시한 바와 같은데, 다음의 단계를 순차적으로 수행하여 제작된다.

1. 소재준비단계

소재준비단계에서는 금속관을 일정한 길이로 절단하여 외통(11) 소재를 제작하고, 금속판을 원형으로 절단하고 구멍을 형성하여 보호판(13) 소재를 제작하고, 그리고 금속판을 원형으로 절단하여 덮개(3) 소재를 제작한다.

2. 몸체제작단계

몸체제작단계에서는 상기 소재준비단계에서 제작한 보호판(13) 소재를 외통(11) 소재의 내부에 용접으로 부착하여 몸체(1) 소재를 제작한다. 용접은 점용접으로 하여도 충분하다.

3. 구성품성형단계

구성품성형단계에서는 상기 소재준비단계에서 제작한 덮개(3) 소재를 프레스 가공을 하여 덮개(3)를 제작하고, 상기 몸체제작단계에서 제작한 몸체(1) 소재를 프레스 가공을 하여 몸체(1)를 제작하고, 고무를 성형하여 벨로우즈(2)를 제작한다.

몸체(1)는 도 4에 도시한 바와 같은 금형을 이용하여 프레스 작업으로 제작하는데, 하부금형은 몸체(1)의 덮개결합플랜지(112)가 형성될 수 있도록 오목한 형상으로 제작하고, 상부금형은 몸체(1)의 축소부(111)가 형성될 수 있는 형상으로 한다.

프레스의 베드에 고정된 하부금형에 몸체(1) 소재를 삽입하여 장착하고 상하운동을 하는 슬라이드에 장착된 상부금형을 내리면, 하부금형에 의하여 덮개결합플랜지(112)가 형성되고, 상부금형에 의하여 축소부(111)가 한꺼번에 형성된다.

벨로우즈(2)는 고무성형기를 이용하여 벨로즈몸체(21)의 상부에 플랜지(22)가 형성도록 성형한다.

덮개(3)도 금형을 이용하여 프레스 작업으로 성형한다. 성형이 끝난 몸체(1)와 덮개(3)는 벨로우즈와 접촉하는 부위에 홈을 가공하는 등 필요한 후가공을 한다.

4. 덮개용접단계

덮개용접단계는 상기 구성품성형단계에서 각각 성형한 몸체(1)에 벨로우즈를 장착하고 그위에 덮개(3)을 씌워 용접하는 단계이다. 이 용접단계에서 통상의 용접방법으로 용접을 하면, 덮개(3)와 몸체(1)의 덮개결합플랜지(112) 사이에 놓이는 고무재질의 벨로우즈(2)의 플랜지(22)가 용접시 발생하는 열에 의하여 손상된다.

따라서 도 5에 도시한 바와 같이, 덮개(3)를 뒤집어 물에 잠기게 하고, 그 위에 벨로우즈(2)가 장착된 몸체(1)를 결합한 후 몸체의 상부에 힘을 주어 가압한 상태에서 덮개(3)와 몸체(1)의 결합부위를 용접한다. 용접은 전둘레용접을 하여 수밀이 확실히 되도록 하는 것이 좋다.

상기와 같이 덮개(3)를 물에 잠기게 하고 가압하면서 용접을 하면, 용접시 발생한 열이 물에 의하여 냉각되어 벨로우즈가 상하지 않고, 벨로우즈의 플랜지가 압착되어 결합부위로 물 또는 공기가 누설되지 않는다.

5, 플랜지용접단계

플랜지용접단계는 상기 덮개용접단계가 종료된 후 결합플랜지(13)를 몸체(1)에 용접으로 결합하는 단계이다. 플랜지를 용접하는 방법은 배관에 플랜지를 용접하는 통상의 용접방법과 동일하다.

상기와 같이 제작된 본 발명인 수격방지기는 공기주입구(31)를 통하여 사용하고자 하는 배관의 수압과 같거나 약간 높은 정도로 공기 또는 질소가 충진된다. 이렇게 충진된 공기는 상기 벨로우즈(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 크고, 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 벨로우즈(2)의 외면에 전달되고, 벨로우즈(2)가 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 벨로우즈(2)가 본래의 형상으로 회복된다.

1 : 몸체, 2 : 벨로우즈, 3 : 덮개,
11 : 외통, 12 : 결합플랜지, 13 : 보호판(13),
15 : 체결볼트, 16 : 체결너트, 31 : 공기주입구,
21 : 벨로우즈몸체, 22 : 플랜지, 23 : 돌기,
31 : 공기주입구, 32 : 홈.

Claims (2)

1. 대용적 수격방지기를 제조하는 방법에 있어서,
   1. 금속관을 일정한 길이로 절단하여 외통(11) 소재를 제작하고, 금속판을 원형으로 절단하고 구멍을 형성하여 보호판(13) 소재를 제작하고, 그리고 금속판을 원형으로 절단하여 덮개(3) 소재를 제작하는, 소재준비단계;
   2. 상기 소재준비단계에서 제작한 보호판(13) 소재를 외통(11) 소재의 내부에 용접으로 부착하여 몸체(1) 소재를 제작하는, 몸체제작단계;
   3. 상기 소재준비단계에서 제작한 덮개(3) 소재를 프레스 가공을 하여 덮개(3)를 제작하고, 상기 몸체제작단계에서 제작한 몸체(1) 소재를 하부금형은 몸체(1)의 덮개결합플랜지(112)가 형성될 수 있도록 오목한 형상을 가지고 상부금형은 몸체(1)의 축소부(111)가 형성될 수 있는 형상을 가진 프레스 금형을 이용하여 프레스 가공을 하여 몸체(1)를 제작하고, 고무를 성형하여 벨로우즈(2)를 제작하는, 구성품성형단계;
   4. 상기 구성품성형단계에서 각각 성형한 몸체(1)에 벨로우즈(2)를 장착하고 그위에 덮개(3)을 씌워 용접하는 단계로서, 덮개(3)를 뒤집어 물에 잠기게 하고 그 위에 벨로우즈(2)가 장착된 몸체(1)를 결합한 후 몸체의 상부에 힘을 주어 가압한 상태에서 덮개(3)와 몸체(1)의 결합부위를 용접하는 , 덮개용접단계;
   5, 상기 덮개용접단계가 종료된 후 결합플랜지(13)를 몸체(1)에 용접으로 결합하는, 플랜지용접단계;
   를 순차적으로 수행하여, 수격방지기를 제조하는 방법.
2. 제1항의 방법으로 제조되는 것으로서,
   수격방지기의 외형을 구성하는 것으로서 상단에 통의 내부를 향하여 덮개결합플랜지(112)가 형성된 외통(11), 상기 외통(11)의 하단에 부착되어 수격방지기가 사용되는 배관에 결합되는 결합플랜지(12), 그리고 상기 외통(11)의 내부 하단에 부착되어 하기 벨로우즈(2)를 보호하는 것으로서 통수공(131)이 형성된 보호판(13)으로 구성되는, 몸체(1);
   상기 몸체(1)의 내부에 장입되는 것으로서, 고무재료를 컵 형상으로 성형하여 제작하고, 몸체(21)의 상부에 상기 몸체(1)의 덮개결합플랜지(14)에 밀착되어 결합되는 플랜지(22)가 형성되어 있는, 벨로우즈(2):
   그리고, 상기 몸체(1)의 상단 개구부를 밀봉하는 것으로서, 벨로우즈(2)가 결합된 몸체(1)의 상단에 씌워져서 몸체(1)의 외통(11)에 용접으로 결합되고, 중앙에는 공기주입구(31)가 구비되어 있는, 덮개(3);
   를 포함하여 구성되는, 대용적 수격방지기.

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