KR20210098604A - 그루브 조인트용 수격흡수기의 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배관 내 유체의 흐름을 차단할 시 배관에서 발생하는 수격을 효과적으로 흡수 혹은 감소하도록 하는 수격흡수기에 관한 것이다.
특히 비교적 강한 압력을 받는 배관에 사용하는 두꺼운 두께와 큰 체적의 하우징을 가진 강력한 구조물로 사용하던 것을 얇은 두께의 챔버를 사용할 수 있도록 챔버의 유체 출입구를 유입구의 전후를 전면은 유입하는 유체에 거슬리는 구조로 하고 후면은 순 토출하는 유체에 순조로운 구조에 의하여 챔버 내의 압력을 효과적으로 낮추는 기능을 제공으로 성능개선과 중량감소 그리고 원가 절감을 획기적으로 개선할 수 있도록 하는 그루브 조인트용 수격 흡수기의 구조에 관한 것이다.

Description

그루브 조인트용 수격흡수기의 구조{a structure of water hammer-arrester for the grooved joint}

배관 내에 흐르는 유체를 갑작스런 차단 시 배관 내를 흐르는 유체가 관성의 법칙에 의거 제동이 되지 않아 선행의 흐름이 차단되면 후행하는 유체의 축적과 충돌로 인하여 배관 내 큰 압력의 충격(이하 수격이라 칭함)으로 인하여 배관의 손상과 큰 소음을 가져오게 된다.

특히 압력이 높은 산업시설이나 대형 건물이나 혹은 아파트와 대형 건물의 소방배관에 적용하는 대형 배관에서 발생하는 수격은 안전시설의 기능과 작동에 큰 문제가 될 수 있다.

그러므로 본 발명은 가정의 상수도 배관 등에 사용하는 가정용 수격 흡수기 분야는 물론 일반적으로 위 산업 시설이나 대형 건물에 사용하는 대형의 용량과 보다 고압력에 효율적이고 경제적인 장점을 가진 수격흡수기의 구조에 관한 것으로, 특히 오늘 날 배관의 시공현장에서 널리 사용되는 그루브 조인트용 수격흡수기의 구조에 관한 것이다.

일반적으로 배관 내의 수격을 흡수하기 위한 수격흡수기는 수격 흡수기의 몸통인 용기인 챔버에 고무와 같은 탄성을 가진 고무풍선(9)이나 스프링(8) 혹은 밀폐 공간에 충전한 질소 가스 등의 압력 등에 의하여 외부의 충격에 의한 압력이 가해지면 이들의 재질과 기능의 탄성력으로 행사하기 위하여 설치하는 피스톤 디스크(6)를 내장 설치하는 구조를 기본으로 한다.

그루브 조인트용 수격 흡수기의 구조는 위와 같은 충격을 흡수하기 위하여 큰 체적의 챔버를 사용하고 있음에도 대체로 두께가 두꺼운 구조를 이루어 과중한 중량을 수반하고 이를 저렴한 철 금속 중 덕 타일 같은 재질에 의한 주물로 하우징을 이루고 있다.

이러한 비대한 구조물은 내부에 피스톤 디스크를 설치하여 정밀한 표면 조도가 제품 품질의 관건이다. 그럼에도 가공비가 과다하여 정밀한 표면 조도을 이루기 어려워 이들 생략하거나 거칠게 가공하고 있어 사실 상 품질이 매우 열악한 것으로 알려지고 있다. 더군다나 용기의 결합을 위한 용접이 투박하며 동시에 방청 도색이나 도금의 불편으로 인한 후속 제조비용이 과다한 문제점을 가지고 있다. 그리고 시공성 관련 설치공간의 과다한 점유와 무거운 중량으로 이에 비례하는 구조를 구비하여야 하고 동시에 설치 후 관리에 많은 불편의 문제점도 수반한다.

비록 충분한 수명이 보장되는 황동관이나 스텐관 등에 의한 수격흡수기가 소개되고 있으나 이들은 고가의 제품으로 시장의 가격경쟁 우선의 선택에 의하여 좋은 품질의 제품이 시장 경쟁하기가 대단히 어려운 실정이다.

본 발명은 그루브 조인트용 수격흡수기에 있어 피스톤디스크를 내장하는 그루브 조인트용 수격흡수기임에도 종래에 내장하는 충전압의 유지 내구성을 충분히 연장하고 그럼에도 시장 가격에 대응할 수 있는 구조를 이루려는 것이다.

이를 위하여 종래의 그루브조인트용 수격흡수기가 사용 배관의 압력의 증가에 따라 커지는 충격을 흡수하기 위하여 체적의 기하급수적인 증대를 챔버의 체적과 용기의 두께 증가로 인하여 덕타일 주물로 생산하여 피스톤 디스크의 작동 내구성을 보장하기에 턱없이 낮은 가동품질에 과다하게 비대하고 무거운 비효율성의 구조의 문제를 본 발명은 챔버를 얇고 가벼운 내주면의 표면 조도가 월등히 높은 품질을 확보하여 전통의 탄성구조인 가스, 질소에 의한 충전 탄성구조나 혹은 스프링, 고무등의 탄성체를 내장할 수 있도록 하려는 것이다.

또한 본 발명의 용기는 얇은 두께이므로 이에 적합한 압력을 위하여 종래의 문제의 근본 원인이 결국 챔버 바닥에 유도관을 결합하고 이들의 출입구를 수평 부분의 중앙에 관통한 홀에 의존하여 챔버 몸통의 구경이 통상 1/5 이하의 유도관 몸통의 구경과 현격한 차이가 있음에도 중립적 구조를 이루는 것에 있다. 결국 작은 구경의 유도관을 통하여 집중화된 배관의 유체와 수격 압력은 제한된 챔버의 체적에 내장된 탄성체에 의존하도록 하는 종래의 중립적 경계판인 고정 게이트의 구조를 개선하려는 것이다.

이를 위하여 본 발명은 용기를 얇은 재질의 금속판을 딥드로잉 성형으로 하여 내부 조도를 정밀 수준으로 유지하여 피스톤 디스크의 패킹 수명을 획기적으로 연장하고 특히 이들 재질은 주물과 유사한 철금속을 사용하여 저렴한 원가 수준을 유지하여 해결하려 한다.

또한 위 용기의 얇은 두께에 적합하도록 흡수하는 수격을 효과적으로 조정할 수 있는 구조를 구비하려 한다. 본 발명은 작은 몸통 구경의 유도관과 5배 이상의 몸통 구경의 챔버가 동일한 출입구를 두고 유입과 토출을 하는 결합에 있어 동일한 평면의 경계판인 고정 게이트에 의한 중립적인 구조물에 전적으로 의존하는 왜곡된 구조의 문제점을 해결하려는 것이다.

이를 개선하기 위하여 종래의 중립적인 경계판으로 인하여 결국 절대적으로 압력 흡수하기에 구조적으로 불리하였던 챔버 측에 인센티브를 제공하는 구조를 형성하거나 혹은 유리하였던 유도관 측에 핸디캡을 부여하거나 혹은 이 둘을 모두 채택하는 구조로 해결하려는 것이다. 동일한 고정 게이트를 이루는 경계판에 상하를 달리하여 챔버 내의 유체 관로의 구조를 보다 효과적으로 토출할 수 있게 하고 유도관의 유입구조를 비효율적이 되도록 상반되는 구조를 구현하려는 것이다.

즉, 챔버의 유체 출입구를 중심으로 배관 내 가압된 유체가 모여져 작은 구경의 유도관 측에는 유체의 유통에는 유체의 흐름을 거슬리는 구조를 강화하는 구조를 부여하고, 챔버에서 토출하는 유체는 구경이 큰 구조적 특징으로 토출력이 분산되는 유체에는 순기능의 구조를 부여하여 쉽게 빠져나오게 하여 적은 토출력 으로도 배출이 용이한 구조를 부여하여 해결하려 한다.

본 발명이 채택하는 공법에 의한 용기는 종래의 밸로즈 내장형 수격 흡수기와 형상은 일응 비슷하나 내주면의 진원도는 월등히 높고 표면조도는 거의 유사하거나 보다 높은 수준이다. 따라서 피스톤 디스크를 사용할 수 있게 되며 동시에 기능과 수명의 내구성이 대단히 높게 되는 효과를 기대할 수 있다.

구조와 기능에 있어서, 본 발명의 장치를 가진 수격 방지기는 유체가 관성의 법칙에 따라 연달아 일어나는 압력에 의한 충격과 맥동에 대하여 유입과 배출의 순환이 원활하여 수격 흡수기의 하우징 내에 점증하는 압력을 일시에 많은 배출이 일어나 결국 고압의 충격을 흡수하고 낮아진 배관의 압력에는 신속히 균형을 이루어 종래에 수격을 흡수하기 한 밸로즈나 피스톤 디스크에 전달되는 압력을 급속히 저감할 수 있게 된다.

이러한 결과 하우징의 크기와 두께를 획기적으로 줄일 수 있게 되고 내부에 설치하는 피스톤 디스크의 크기 감소와 효율성 증대를 기대할 수 있고 동시에 하우징 내부에 충전하는 질소 등의 기체를 압력을 줄일 수 있어 획기적인 원가절감과 하자절감 그리고 시공의 편의성과 제품의 내구성의 제고를 이룰 수 있게 된다.

도1은 본 발명의 대표도.
도2는 본 발명을 적용한 다른 예시도.
도3은 본 발명을 적용한 또 다른 예시도.
도4는 본 발명의 또 다른 예시도.
도5는 종래의 예시 단면도.

위에서 적시한 배경에 입각하여 본 발명을 구체적으로 상설한다.

배관 내의 수격 감소를 위한 장치로서 내부에 탄성구조를 내장한 용기인 챔버를 배관과 결합하도록 하는 장치를 수격 흡수기라 한다.

챔버 내부에는 위 밸로즈를 내장하는 장치외에 가장 보편적인 구조로 수격을 받을 시 용기의 내장하는 피스톤 디스크(6)가 상승하고 배관 내의 수압이 감소하거나 혹은 용기 내에 강력한 압력으로 내장된 탄성구조가 반발력을 발휘하면 피스톤 디스크가 용기 내의 유체를 밀어내는 방식으로 수격을 흡수하게 된다. 위 내장된 탄성구조는 용기 내에 스프링(8), 고무 풍선, 혹은 가압된 질소충전 등으로 탄성력을 얻게 되고 이들 하부에는 피스톤 디스크를 설치하여 배관 내의 유체의 수격이나 유체의 압력을 받는 구조를 일반적으로 사용하고 있다.

이들 수격 흡수기를 내장한 챔버는 용기에 유체를 공급하는 배관과 결합하기 위한 그루브 홈(2)을 수반하여 배관에 동일하게 형성한 홈과 그루브 조인트의 결합으로 연결된다. 결국 챔버가 일체로 배관과 결합하는 결합부를 형성한 연결구 기능을 구비하는 구조이다.

그러나 본 발명의 수격흡수기의 챔버는 얇은 두께를 이루고 있음에 반하여 그루브 조인트는 매우 강력한 조임력으로 기밀과 동시에 연결 결합기능을 이루도록 되어 있어 이를 충족하여 하고 동시에 내부에 구비하는 피스톤 디스크가 외부로 이탈되지 않도록 이탈방지 스토퍼 구조를 구비하여야 한다.

따라서 본 발명은 이를 해결하기 위하여 그루브 홈을 구비한 링 브라켓(10)을 챔버 내주면에 내장 설치하는 구조로 해결하려 한다. 즉, 내장된 그루브 홈이 형성도록 링 브라켓의 홈을 따라 챔브의 외표면을 압착 접합하여 이루는 그루브 홈(11)은 내장된 링 브라켓의 강도의 지지를 받는 그루브 홈을 이루게 되고 동시에 접합 결합으로 내장된 링 브라켓의 상단은 피스톤 디스크의 승강 행정의 하한 선을 이루는 스토퍼가 되는 것이다. 한편 접합 결합 방법은 링 브라켓과 챔브 사이에 패킹을 사이에 두고 결합하거나 혹은 아예 상호간에 용접을 하는 등 공지의 수단을 적용하면 된다.

이러한 구조로 결합하는 링 브라켓에는 배관에서 공급되는 유체의 통로가 되도록 출입구를 구성하는 고정 게이트(4)를 구비한 바닥 판을 결합할 수도 있다.

이를 위하여 본 발명은 종래의 평면으로 이루어진 바닥판에 형성한 고정 게이트의 출입구는 챔버 측에 인센티브 구조를 이루거나 혹은 유인 관측에 핸디캡 구조를 적용할 수 있다.

위와 같은 인센티브 혹은 핸디캡 구조의 구현방법은 도1과 같이 고정된 유체의 출입 게이트인 고정 게이트(4)가 구비된 바닥판(9)에 직접 구조를 이루는 방법과 도2와 같이 경계판에 형성한 고정 게이트에 또 다른 장치인 변위 게이트의 조합으로 구성하는 방법이 있다.

우선 경계판에 인센티브와 핸디캡을 직접 형성방법을 상술한다. 챔버나 유도관의 어느 일측에 인센티브 혹은 핸디캡을 적용하면 자연히 타측은 반대구조가 됨을 전제하는 것으로 비록 추가적인 설명이 없어도 이해되어야 한다. 따라서 편의 상 보다 적극적인 기능 부여를 중심으로 서술한다.

바닥판(9)에 직접 형성방법은 챔버의 내측에서 토출되는 출입구인 고정 게이트에 이르는 바닥의 경계면을 유체가 모여지는 구조를 위하여 넓은 바닥을 내측에서 출입구 쪽으로 향할수록 점점 좁게하는 내광외협의 순응구조를 이루려는 것으로 판 자체를 성형하거나 혹은 두꺼운 재질의 판을 절삭하여 이루도록 한다.

반면에 유도관 측의 경계 면에 핸디캡을 주는 방식은 위 챔버의 인센티브 구조를 형성하는 것만으로 상대적인 핸디캡이 부여되는 구조로 이룰 수 있으나 보다 적극적으로 유도관 내측으로 출입구를 돌출하게 되면 배관으로부터 유입되는 유체의 흐름을 색출하는 거르는 구조와 거슬리는 저항구조를 이루게 하는 구조이다.

즉, 우선 챔버 측의 고정 게이트에 의한 출입구는 마치 마치 물고기가 통발에 쉽게 들어가는 입구와 같은 구조로 하고, 유인관에서 챔버로 들어가는 출입구는 마치 통발에 들어간 물고기가 빠져 나올 때와 같이 거슬리는 구조를 이루어 유체의 상당부분을 걸러내는 구조로 하는 것이다. 결국 챔버의 유입구과 토출구의 구조를 달리하여 작은 유입과 많은 유출이 이루어 질수 있도록 챔버의 바닥의 수평 방향의 형상을 변경하는 것이다.

본 발명은 또 다른 방법은 바닥판에 형성된 고정게이트와 변위 게이트의 상호 작동으로 배관으로부터 수격 흡수기의 챔버에 유체가 유입할 경우에는 유입구가 작은 면적의 변위 게이트의 중앙 통로(31)로 이루어지도록 하고 수격 흡수 위 챔버로부터 토출 시에는 배출 통로(32)의 면적을 월등이 크게 확보하는 것에 특징이 있다. 이를 위하여 작은 면적의 통로를 이룰 시에는 닫힘(폐) 상태로 하고 큰 면적의 통로를 이룰 시에는 열림(개) 되는 개폐에 따라 입소 출광의 통로로 압력 차에 따라 변하는 개폐 밸브를 이루게 하는 것이다.

본 발명에 있어서 위 개폐밸브의 개폐는 서술과 설명의 편의를 위한 용어의 선택으로 개는 챔버로부터 유체의 토출 시 형성되는 넓은 통로 혹은 다수 통로의 결합으로 넓은 면적을 이루는 통로의 복합적 의미로 사용하는 것이며 배관으로부터 유입 시 폐는 단일 혹은 전체의 결합이 위의 대와 대비하여 작은 면적의 통로의 복합적 의미인 것으로 사용한다.

위의 챔버의 게이트가 입소출광의 자동 통로를 이루는 개폐 밸브는 유도관(2) 내에 장착 고정되는 고정 케이트(4)와 유도관 내에서 위치가 승강하여 이동하는 변위 게이트(3)가 상호 간에 접합과 분리를 통하여 유로의 통로가 넓게 되거나 좁게 되는 작동구조를 이룬다.

위 고정 게이트와 변위 게이트의 구조와 형상은 변위 게이트의 승강 이동 시 유동이 적은 작동이 하도록 의존하는 가이드가 유로관 내주 면이냐 혹은 고정 게이트의 중앙 관통 통로이냐에 따라 구조를 달리한다.

유로관 내주면을 승강 이동 가이드로 하려면 고정 게이트는 중앙 관통 통로의 구경을 크게 하고 동시에 변위 게이트의 테두리가 넓게 하여 유로관의 내주면과 접할 수 있도록 하여야 하고, 고정 게이트의 중앙 관통 통로를 승강 이동 가이드로 하려면 적어도 변위 게이트의 중앙 관통 통로를 작게하고 대신에 돌출 기둥이 되도록 하고 동시에 테두리가 위 변위 게이트 보다 작게 하는 것이 별도의 관통 통로를 형성하기 않고도 외측의 틈새를 토출구로 활용할 수 있어 편리하다. 물론 넓은 테두리를 형성하고 외측으로 관통 통로를 형성하여도 토출 기능을 충분히 기대할 수 있다.

이와 결합하는 변위 게이트는 유로관이 승강 이동 가이드인 경우에는 중앙에 작은 관통 통로를 개설하고 외측에도 관통 통로를 개설한 구조를 이루면 고정 게이트와 변위 게이트가 접하면 변위 게이트의 작은 관통 통로를 통하여 배관 내의 높은 압력의 유체가 챔버에 공급된다. 그리고 챔버 내부의 압력이 높아지게 되면 유체의 토출 압력으로 변위 게이트 하강하여 고정 게이트로부터 분리되어 고정게이트의 중앙 관통 통로를 통하여 토출되는 유체는 하부의 변위 게이트의 외측에 형성한 관통 통로를 통하여 배관으로 배출되게 된다.

고정 게이트의 중앙 관통 통로가 승강 이동 가이드가 되는 경우에는 변위 게이트의 중앙 통로(31)를 돌출 튜브를 형성하여 상호 간에 凹凸의 결합 구조를 이루어 유도관의 내주면에 의존하지 않고도 바른 승강이 되며 이는 변위 게이트의 외측 테두리를 작게할 수 있고 이는 외측 태두리와 유도관의 내주면이 이루는 틈새를 그대로 토출되는 유체의 배출통로가 된다.

배관 내의 갑작스런 고압에 의한 수격의 충격을 받게 되면 변위 게이트가 고정 게이트에 돌진하여 충격을 주거나 혹은 소음을 발생할 수 있으므로 고정 게이트와 변위 게이트 사이에 유체의 이동 혹은 변위 게이트의 돌출 튜브를 삽입할 수 있는 중앙 관통 통로를 형성한 패킹 부재를 설치하게 되면 변위 게이트와 고정 게이트 간에 충돌 시 충격과 소음을 줄인다.

그리고 변위 게이트가 고정 게이트와 밀접하게 위치하면 위의 수격에 의한 충격이 갑자기 발생하더라도 충격과 소음을 방지할 수 있으므로 하부에는 스프링(8)을 설치하는 것도 유용한 방책이 될 수 있다. 이때 사용하는 스프링은 단지 변위 게이트가 제 위치에 있도록 지지하는 기능이 전부이므로 도5의 강력한 스프링 보다 월등이 반발력이 약한 것의 채용으로 충분하다.

위와 같은 승강 이동의 기능을 가진 변위 게이트는 챔버로 부터 유체가 토출되더라도 유로관 내에서 더 밀리지 않고 멈추어 이탈이 되지 않도록 하는 장치가 요구된다. 이를 위하여 유도관의 내벽에 고정 결합되는 버팀 판(5)을 구비하여 해결하도록 한다.

이와 달리 고정게이트의 중앙 관통 통로를 승강 이동 가이드로 할 경우에는 고정 게이트 상부에 스프링을 설치하고 변위 게이트의 중앙 돌출 튜브의 상단에 스프링이 빠지지 않도록 캡을 고정하여 해결 하도록 하고 버팀 판은 위와 동일하게 설치하면 된다.

한편 수격 충격이 과중한 경우에는 이를 대비하기 위하여 종래의 도5와 같이 강력한 스프링의 반발력을 구비하는 것이 요구된다. 따라서 본 발명은 도3에서와 같이 유도관의 전방에 강력한 스프링을 채용하기 위하여 상하 변위 케이트 사이에 이를 설치하는 구조를 이루도록 하여 해결한다. 이렇게 되면 본 발명의 기본 구조는 상부에는 챔버의 수격흡수 기능과 하부에는 유도관 내에 수격 흡수기 기능을 구비하게 되면 유도관에 유입되는 강력한 충격의 수격을 사전 완충 흡수단계와 정상 흡수단계의 복합 단계를 이룬 수격 흡수기로 구현할 수 있게 된다.

챔버(1), 유도관(2), 변위 게이트(3), 고정 게이트(4), 버팀 판(5), 피스톤 디스크(6), 벨로즈(7), 스프링(8), 경계판(9), 링 브라켓(10). 그루브 홈(11)

Claims (6)

1. 상부가 막힌 원통형에 탄성을 가진 밀폐 공간을 이루도록 설치되는 원형의 차단판이 외주면에 패킹부재를 구비하여 압력의 변동에 따라 승강하여 유체 압력에 의한 충격을 흡수하는 공지의 장치를 이루는 피스톤 디스크와; 링의 외주면을 따라 형성한 홈으로 이루어진 결합 홈을 구비한 링 브라켓을; 내장하고 링브라켓의 결합 홈을 따라 압착 결합 한 용기인 챔버로 이루어진 그루브 조인트용 수격 흡수기의 구조.
2. 제 1항에 있어서,
   원형으로 이루어진 판의 중앙 부분에 형성한 홀인 고정 게이트를 구비한 판을 수평방향으로 링 브라켓과 결합하여 바닥판을 이루도록 한 용기인 챔버로 이루어진 그루브 조인트용 수격 흡수기의 구조.
3. 제 2항에 있어서,
   챔버의 내측 방향은 넓고 출입구의 끝단으로 갈수록 점점 협소하게 경사면을 이루는 점진적인 내광외협의 경사면을 이루는 바닥판으로 한 용기인 챔버로 이루어진 그루브 조인트용 수격 흡수기의 구조.
4. 제2항에 있어서,
   바닥판의 중앙 홀 보다 작은 중앙 관통 통로를 형성하여 유체의 유입과 토출에 따라 상하 이동의 변위 작동하는 변위 게이트와; 중앙에 관통 통로가 형성하여 바닥판과 변위 게이트 사이에 설치되는 패킹 부재와; 중앙에 관통 통로를 형성한 판체로 유도관의 내주면에 고정 결합하여 변위 게이트의 이동 시 하단 정지와 이탈을 방지하는 버팀 판과; 변위 게이트와 버팀 판 사이에 설치하는 스프링 부재로; 구성하는 장치를 내장한 유도관으로 하는 그루브 조인트용 수격 흡수기의 구조.
5. 제4항에 있어서,
   상하 이동 시 유동이 적은 이동을 위한 이동 승강 가이드를 유도관의 내주 면으로 할 수 있도록 외측 테두리를 유도관 내주 면의 지름에 근사치의 크기를 이루고 위 외측 테두리와 중앙 관통 통로 사이에 1개 이상의 관통 통로를 형성한 변위 게이트로 하여 내장하는 유도관으로 하는 그루브 조인트용 수격 흡수기의 구조.
6. 제4항에 있어서,
   경계판의 중앙에 삽입하는 중앙 관통 통로가 개설된 돌출 기둥을 형성한 변위 게이트와: 중앙의 관통 통로 주변에 1개 이상의 관통통로를 형성한 고정 게이트로 하는 그루브 조인트용 수격 흡수기의 구조.
   

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