KR940003915B1

KR940003915B1 - 수격완충장치

Info

Publication number: KR940003915B1
Application number: KR1019900019356A
Authority: KR
Inventors: 토시아끼 요시미; 유다까 야마다
Original assignee: 가부시기가이샤 이낙스; 이나 테루조; 유다까 야마다
Priority date: 1989-11-29
Filing date: 1990-11-28
Publication date: 1994-05-09
Also published as: EP0430223A1; DE69021838T2; KR910010102A; DE69021838D1; ES2078285T3; EP0430223B1

Abstract

내용 없음.

Description

수격완충장치

제1도는 본 발명의 일실시예인 수격완충장치(水擊緩衝裝置·Water hammer abosrber)의 단면도.

제2도는 동장치의 이점을 설명하기 위한 설명도.

제3동는 본 발명의 다른 실시예인 수격완충장치의 단면도.

제4도는 본 발명의 일실실예인 수격완충장치의 단면도.

제5도 및 제6도는 각각 동장치의 각각 다른 작동상태를 표시한 각 단면도.

제7도는 본 발명의 다른 실시예를 표시한 수격완충장치의 단면구성도.

제8도는 피스톤이 하동(下動)한 상태의 제 7도에 대응한 단면구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 수격완충장치 12 : 통부

16 : 배관 18 : 벤튜리관

20 : 조리개부 22 : 연통구멍

24 : 연통실 26, 89 : 실린더

28 : 연통구 30 : 대기도입구멍

68, 32 : 실린더덮개 34, 60, 91 : 피스톤

36, 90, 93 : O링 38 : 압축코일스프링

40 : 원통부 50, 64 : 공기실

52 : 오목부 62 : 수실

65 : 쿠션고무 70 : 압축코일스프링

72 : 공기도입구멍 74 : 체크밸브

76 : 밸브시이트 80 : 밸브체

78 : 시일부채 79 : 약한스프링

81 : 수격완충장치 82 : 통체

81, 84 : 접속부 85 : 벤튜리

85a : 벤튜리조리개부 86 : 연통구멍

87 : 체크밸브 88 : 연통실

91a : 수납오목부 98 : 압축스프링

92 : 흡기밸브 92a : 본체

92b : 볼록통부 96 : 스프링

95 : 밸브체 94 : 축

97 : 공기구멍

본 발명은 물꼭지의 밸브부를 급폐한 경우등에 생기는 수격현상, 소위 워어터해머 현상을 완화해서 물꼭지기구나 배관등의 손상을 방지하고, 아울러 소음발생을 억제하는 수격완충장치에 관한 것이다.

최근, 물꼭지로서, 핸들을 회전조직해서 밸브체를 축심방향으로 나사돌림으로 틀어서 밸브부를 개폐하는 나사식의 물꼭지 대신, 레버의 회동조직에 의해 밸브부를 개폐히도록한 레버식 물꼭지가 급격히 보급되고 있다.

이런 종류의 레버식 물꼭지는, 밸브부를 전개(全開)로부터 신속히 전폐(全閉)할 수가 있는 등 조작이 간편하고 사용하기 쉬운 이점을 가지고 있는 반면, 밸브부의 급폐(급폐(急閉)에 의해 배관계통에 큰수격을 발생시키기 쉽다. 즉 배관내의 물 또는 뜨거운물(이하 간단히 물이라고 함)이 유속 V로 흐르고 있는 곳에 물꼭지의 밸브부를 급폐하면, 다음(A)식

(ρ:유체의 밀도, C:압력파의 전파속도)로 표시되는 돌발적압력상승 △P가 생겨서 관내에 큰 수격현상이 생기는 것이다. 보다 구체적으로 말하면, 지금 압력이 상승해도 관벽이 신장하지 않는 경우는 C=1400m/s이고, 또 물꼭지를 전개했을때의 관내유속 V≒2m/s정도이다. 그래서 이들 값 및 ρ=1000㎏/㎥의 값을 상기(A)식에 대입하면 물꼭지를 급폐했을때의 압력상승 △P≒2800kpa≒28kgf/㎠의 매우 높은 값에 달한다. 이로인해 관내에 큰수격현상이 생기는 것이다.

그리고 이와 같은 수격현상이 생기면 충격소음이 발생하거나, 물꼭지기구, 배관등이 손상되게 된다.

그래서 이와 같은 수격을 완충하기 위하여 종래 여러 가지 장치가 고려되고 있으나, 충분히 만족될만한 것이 제공되어 있지 못한 것이 실정이다.

본 발명의 수격완충장치는 이와 같은 과제를 해결하기 위하여 안출된 것이고, 그 목적은 수격을 확실히 흡수할 수 있도록 하는데 있다. 본발명의 다른 목적은 수격완충장치를 콤팩트하게 하는데 있다.

본 발명중 제 1형태의 수격완충장치는,

(가) 급수유로상에 배치되고, 수류가 생겼을 때 조리개부에서 압력강하시켜서 저압부를 발생시키는 벤튜리부와,

(나) 내부의 실린더실을 연통구를 통해서 이 벤튜리부의 조리개부에 연통시키는 실린더와,

(다) 이 실린더에 슬라이딩 가능하게 끼워 맞추어진 피스톤과,

(라) 이 피스톤을 상기 실린더실의 연통구쪽을 향해서 가압하는 스프링을 가지고, 또한 이 스프링의 스프링력이 상기 유로내에 수류(水流)가 발생하였을 때 피스톤을 실린더의 앞단부까지 밀어 내고, 상기 유로내에 돌발적 압력상승이 생겨서 피스톤이 밀려 되돌아왔을 때, 실린더의 후단부에 접촉하기 이전에 상기 피스톤을 정지시킬만한 크기로 설정되어 있다.

제1형태의 본 발명의 장치에는, 물꼭지의 밸브부가 닫혀 있어서 유로내에 수류가 발생하고 있지 않을때, 피스톤은 급수압에 의해 실린더의 앞단부 위치로부터 일정거리 후퇴한 상태, 즉 스프링의 가압력에 대항해서 밀려 되돌아온 상태에 있다. 이 상태에서 물꼭지의 밸브부가 열리고 유로내에 흐름이 발생하면, 벤튜리부의 조리계부에 있어서 압력강하가 발생하고, 그곳에서 생긴 저압부의 작용으로 실린더내의 물이 연통구를 통해서 유로내에 빨려나오게 되고, 동시에 피스톤이 스프링이 가압력에 의해 실린더의 앞단부까지 밀려나오게 된다.

한편 물꼭지의 밸브부가 급폐되어서 유로내에 돌발적 압력상승이 발생하면 실린더의 앞단부에 있던 피스톤이 스프링의 가압력에 대항해서 후퇴하고, 이와함께 유로내의 물이 연통구를 통해서 실린더 내부에 유입한다. 이로인해 유로내에 생긴 압력상승이 흡수된다. 그때, 피스톤을 누르고 있는 스프링은 피스톤의 후퇴와 함께 변향량이 많아져서 탄발력(彈發力)을 증가하고, 그리고 피스톤이 실린더의 후단부에 이르기 이전에 그 탄발력, 즉 밀어되돌리는 힘이 피스톤에 작용하는 압력과 균형이 잡혀서 피스톤을 정지시킨다. 스프링의 가압력(스프링 력)이 미리 그와 같은 크기로 설정되어 있기 때문이다.

즉, 피스톤이 실린더의 후단부에 충돌하면, 그때 2차적 압력파가 발생하기 때문에, 본 발명에서는 피스톤이 실린더의 후단부에 접촉하기 이전에 이것을 정지시키도록 되어 있고, 따라서 2차적인 압력파의 발생을 방지하고 있다.

그런데 돌발적 압력상승에 의해 밀어 되돌려진 피스톤은, 계속해서 스프링의 가압력에 의해 실린더의 앞단부쪽으로 밀려나오고, 그리고 그 가압력과 피스톤에 작용하는 급수압이 서로 균형되는 위치에서 정지한다. 그리고 다음 수류가 발생하면 다시 실린더 앞단부까지 전진하게 되고, 다음에 일어나는 돌발적 압력상승을 흡수하기 위하여 대기한다.

이와 같이 본 발명의 수격완충장치는 벤튜리부의 작용으로 피스톤을 효과적으로 작용시켜서, 압력상승을 유효하게 흡수하는 특징을 가진다. 즉, 이와 같은 벤튜리부를 형성하지 않는 경우에는 유로내에 수류가 발생한 경우에 있어서도 피스톤을 급수압에 의해 실린더내부를 일정량 후방으로 밀어 되돌려진 상태에 있고, 따라서 물꼭지 밸브부의 급폐에 의해 유로내에 돌발적 압력상승이 발생하였을 때, 압력흡수를 위하여 후퇴가능한 유효스트로우크가 그 만큼 짧아져서 압력흡수가 효과적으로 행하여지지 못하게 되나, 본 발명의 장치에서는 벤튜리부의 작용에 의거해서 피스톤이 실린더의 앞단부로부터 후퇴해서 압력흡수를 행하기 때문에, 유효하게 압력상승을 억제할 수 있다.

이외에 본 발명의 장치는 실린더를 소형화할 수 있고, 따라서 장치전체를 콤팩트하게 구성할 수 있는 특징을 가진다. 벤튜리부의 작용으로 피스톤을 유효하게 작용시킬 수 있기 때문에, 즉 실린더의 용량을 압력 흡수를 위하여 낭비없이 활용할 수 있기 때문이다.

또한 이 벤튜리부는 조리개부에 있어서 압력강하시킨후 그 하류에서 즉시 압력을 회복시키는 작용이 있으며, 따라서 본 장치를 설치한 경우의 유동저항을 작게 억제할 수 있는 이점이 있다.

본 발명에 따라서 벤튜리부에 의해 저압부를 발생시키는 경우, 급수압이 특별히 높은 경우에 있어서 최대유량을 제한할 수 있는 이점이 생긴다. 이와 같이 급수압이 특별히 높은 경우, 물꼭지밸브부의 전개시의 유량이 불필요하게 현저히 크게 되고, 이 경우에 있어서 밸브부를 전개로부터 전폐했을때의 수격은 매우 크게되어, 이것을 방지하는 것이 실제상 매우 곤란하나, 유로상에 벤튜리부를 형성하였을 경우, 벤튜리부의 조리개부에서 캐비테이션이 일어나서, 물꼭지의 밸브부를 전개해도 일정유량이상의 물이 흐르지 않고 수류량이 제한된다. 따라서 밸브부를 전폐했을때의 수격의 발생도 충분히 억제되는 것이다.

본 발명의 제2의 형태에 관한 수격완충장치는 이와 같은 과제를 해결하기 위하여 안출된 것이며, 그 요지는,

(가) 내부의 실린더실을, 일단부쪽에 형성된 연통구를 통해서 급수관로에 연통시키는 실린더와,

(나) 이 실린더에 슬라이딩 가능하게 끼워 맞추어지고, 실린더실을 연통구쪽의 수실 (水室)과 연통구와 차단된 공기실로 구획하는 피스톤과,

(다) 이 피스톤을 상기 연통구쪽을 향해서 가압하는 스프링과,

(라) 상기 공기실내에 공기를 인도하는 공기도입로와,

(마) 이 공기도입로위에 형성되고, 외부로부터 이 공기실로의 공기의 유입을 허용하는 한편, 반대방향의 흐름을 저지하는 체크밸브를 가지는데 있다.

제2형태의 본 발명 장치에는 물꼭지를 사용하지 않을 때, 피스톤이 서로 반대방향으로 작용하는 급수압과 스프링의 가압력과의 균형위치까지 실린더 앞당부로부터 일정거리 후퇴한 상태에 있다.

이 상태에서 물꼭지의 밸브부가 열리고, 이어서 동밸브부가 급폐되면, 상기 (A)식에서 표시한 바와 같은 돌발적 압력상승이 발생해서 이것이 관로내를 전파한다. 그러면 피스톤이 스프링의 가압력에 대항해서 실린더내를 후퇴하여, 관내의 물을 실린더의 수실로 유입시킨다. 그리고 그 피스톤의 후퇴운동 및 수실로의 물의 유입에 의해 관내의 압력상승이 흡수되고, 수격이 완충된다. 이에 의해 충격소음의 발생 및 물꼭지기구, 배관등의 손상이 방지된다.

본 발명의 장치는 실린더 내부에 형성된 공기실과 체크밸브와의 작용에 의해 관내의 압력상승을 효과적으로 흡수할 수 있는 특징을 가진다.

즉 본 발명의 장치에 있어서는, 관내에 돌발적 압력상승이 발생했을 때, 피스톤이 스프링의 가압력에 대항해서 실린더내를 후퇴당하지만, 그때 스프링의 가압력이 약하면 피스톤이 실린더의 후단부에 충돌하거나, 스프링의 각 권선(捲線)이 밀착해(코일스프링의 경우) 버리게되어 피스톤이 급격히 정지당하고, 그곳에서 새로이 압력파를 발생하게 된다.

한편 이것을 방지하기 위해 스프링의 가압력을 강하게 설정해두면, 관내에 돌발적 압력상승이 발생하였을 때 피스톤이 실린더내를 부드럽게 후퇴하지 못하고, 압력의 흡수성능이 나빠진다.

이에 대해서 본 발명장치에는 피스톤의 뒤쪽에 공기실이 형성되어 있어서, 피스톤이 후퇴당했들 때 그 공기실에 가두어졌던 공기가 압축되어서 공기스프링으로서 작용한다.

그리고 그 공기스프링의 탄력은, 피스톤의 후퇴운동과 함께 급격히 강하게 된다. 즉 통상의 스프링의 경우에는 피스톤의 후퇴와 더불어 탄발력이 직선적으로 커지는데 비해서, 공기스프링의 경우에는 피스톤의 후퇴와 더불어 즉 공기실의 용적감소와 동시에 급격히 탄발력이 높아진다. 따라서 관내의 돌발적 압력상승에 의거하여 피스톤에 대해서 강한 압력이 작용해도 피스톤을 실린더 후단부에 충돌하는 일없이 직전에서 확실하게 정지되고, 또한 완만하게 정지하게 된다. 따라서 피스톤의 후퇴단부에서 2차적인 압력파를 발생시키는 일이 없다.

또 공기스프링의 작용으로 피스톤을 완만하게 또한 확실하게 정지시킬 수 있기 때문에, 스프링의 스프링정수를 약하게 설정할 수 있다. 스프링의 스프링정수를 약하게 설정할 수 있으면, 피스톤이 후퇴초기에 있어서 이것을 원활이 후퇴시킬 수 있어, 압력의 흡수특성이 양호하게 된다.

또한 본 발명의 장치에 있어서는 외부의 공기는 대기도입로 및 체크밸브를 경유해서 공기실내에 유입한다. 따라서 예를 들면 관로내에 수류에 의해서 저압을 발생시키는 저압부를 형성해 놓고 이것을 실린더와 연통시켜 놓으면, 관내에 수류가 발생하였을때, 피스톤이 저압부의 작용으로 전진하게 되는 동시에, 외부의 공기가 체크밸브를 열고 공기실 내부에 유입한다.

본 발명의 장치는 이외에 피스톤과 실린더와의 끼워맞춤시일부에 있어서 만일 누수가 발생하였을 경우에도 이것을 외부에 누출시키지 않는 이점을 가진다. 동부분에 있어서 실린더의 수실로부터 공기실로 물이 새는 일이 있어도, 체크밸브의 작용으로 그물이 외부로 새는 것이 저지되기 때문이다.

제3의 형태에 있어서는 수로내에서 발생한 충격파를 실린더내에 스프링을 개재해서 설치된 피스톤의 이동에 의해 흡수하는 형식의 수격완충장치에 있어서, 상기 피스톤에는 상기 스프링을 수납할 수 있는 오목부가 형성되고, 이 오목부내에 피스톤이 최대로 이동했을 때 실린더내의 대항한 쪽에 고정설치된 흡기밸브의 적어도 일부가 헐겁게 끼워질 수 있도록 구성되어 있다.

이 제3의 형태에 있어서도, 수로내에서 발생한 충격파는 실린더내에 내장되어 있는 피스톤의 이동에 의해 양호하게 흡수되나, 피스톤이 이동한 상태에 있어서 또 돌발적인 충격파등이 발생했을때는, 더욱 피스톤은 스프링의 가압력에 대항해서 이동되고, 피스톤의 오목부내에 실린더내에 설치되어 있는 흡기밸브의 일부가 삽입상태가 된다. 이 흡기밸브의 일부가 피스톤의 오목부내에 삽입될 때 오목부내의 공기를 강력하게 압축하게 되고, 오목부내에서 압축된 공기의 반발력에 의해 상기 스프링의 가압력이상의 발력(反力)을 발생시켜서 강력히 충격파를 흡수할 수 있다.

다음에 본 발명의 실시예를 도면에 의거해서 상세히 설명한다.

제1도에 있어서 (10)은 본 발명의 일실시예인 수격완충장치로서, 통부(12)를 가지고 있다. 퉁부(12)의 양단부에는 배관(16)과의 접속부(14)가 형성되어 있고, 또 각 접속부(14)의 내면에는 배관(16)과의 나사결합을 위한 암나사가 형성되어 있다.

통부(12)의 내부에는 벤튜리관(18)이 설치되어 있다. 벤튜리관(18)의 조리개부(20)에는 연통구멍(22)이 형성되어 있고, 이 연통구멍(22)을 개재해서 벤튜리관(18)의 내부와 외부의 연통실(24)이 연통되어 있다.

또한 조리개부(20)의 내경 d은 관로내경 D에 대해서 그다지 작지 않고, d=0.3D 정도로 억제되어 있고, 또한 확대각 θ는 가장 손실이 작은 7° 정도로 되어 있으므로, 동부분을 물이 유통할 때 큰압력손실을 생기지 않는다.

(26)은 통부(12)와 일체적으로 형성된 실린더로서, 일단부에 연통구(28)가 형성되고, 내부의 실린더실이 이 연통구(28)를 통해서 상기 연통실(24) 및 벤튜리관(18)의 조리개부(20)의 내부에 연통되어 있다.

이 실린더(26)의 타단부쪽의 개구에는, 대기도입구멍(30)을 가진 실린더덮개(32)가 나사결합에 의해 고정되어 있다.

실린더(26)의 내부에는 피스톤(34)이 슬라이딩가능하게 끼워 맞추어져 있다. 피스톤(34)의 외주면에는 환상홈이 형성되어 있어서, 그 환상홈내에 O링(35)이 장착되고, 그와같은 O링(36)에 의해서 피스톤(34)과 실린더(26) 내면과의 끼워 맞춤부가 수밀(水密)하게 시일되어 있다.

이 피스톤(34)과 실린더덮개(32)와의 사이에는 압축코일스프링(38)이 설치되어 있다. 스프링(38)은 일단부가 실린더덮개(32)에 접촉되고, 또 타단부가 피스톤(34)의 후면에 접촉되어 있다. 또한 피스톤(34)에는 원통부(40)가 형성되어 있고, 스프링(38)의 일부가 이 원통부(40)의 내부에 수용되어 있다.

본예의 장치에 있어서는 유로내에 수류가 생겼을 때 피스톤(34)이 실린더(26)의 도면중 하단부(앞단부)에 접촉하고, 또 유로내에 돌발적압력 상승이 생겨서 피스톤(34)이 후퇴했을 때, 피스톤(34)이 실린더덮개(32)에 접촉하는 직전에서 정지하도록 스프링(38)의 스프링력이 설정되어 있다.

다음에 본 장치의 작용을 설명한다.

본 실시예의 장치에 있어서는 물꼭지의 밸브부가 닫혀 있는 상태에서는 피스톤(34)이 급수압에 의해 도면중 위쪽으로 일정량 밀려 되돌려지고, 그 급수압과 이것을 반대 방향으로 가압하는 스프링(38)의 가압력이 균형되는 위치에서 정지하고 있다.

이 상태에서 밸브부가 열려서 유로내에 수류가 발생하면, 벤튜리관(18)의 조리개부(20)에서 발생하는 저압부의 작용 및 스프링(38)의 가압력으로, 실린더내에 들어와 있든 물이 유로내에 빨려나가게 되는 동시에, 피스톤(34)이 도면중 하단부(앞단부)까지 밀려 나간다.

다음 수도전밸브부가 급폐되면 동부에 상기 (A)식으로 규정되는 돌발적 압력상승 △P=ρCV가 발생하여 배관유로내를 전파한다. 그러면 그 압력상승에 의거해서 유로내의 물이 피스톤(34)을 밀어 올리면서 연통구멍(22), 연통실(24), 연통구(28)를 통해서 실린더(26) 내부에 유입한다. 즉 유로내의 물이 실린더(26) 내부에 도망쳐 들어가고, 이에 의해 압력상승이 흡수되어서 수격현상의 발생이 회피된다.

또한 그때 피스톤(34)은 스프링(38)을 휘게 하면서 실린더(26)의 후단부 바로 근처까지 후퇴하고, 그리고 동위치에서 피스톤(34)에 작용하는 작용하는 압력과 스프링(38)의 스프링력이 균형잡혀서 그곳에서 일단 정지한다.

그런데 일단 실린더(26)의 후단부 바로 근처까지 후퇴한 피스톤(34)은 계속하여 스프링(38)에 의해서 밀려나오고, 그 가압력과 피스톤(34)에 작용하는 급수압이 균형잡히는 위치에서 정지한다. 그리고 다시 유로내에서 수류가 발생하면, 벤튜리관(18)의 작용으로 전진하게 되고, 유로내에 돌발적 압력상승이 발생하였을 때 재차 실린더(26)내를 끝까지 후퇴해서 압력상승을 흡수한다.

또한 상기와 같은 벤튜리관(18)을 설치하지 않고, 단지 실린더실을 유로와 연통시킨 것뿐인 경우에도, 유로내의 압력상을 어느정도 흡수할 수 있다. 그러나 이 경우에는 여러 가지 불편이 발생한다.

예를 들면 벤튜리관(18)을 설치하지 않고, 또한 상기와 마찬가지 스프링(38)을 사용하였을 경우, 유로내에 수류가 발생하여도 피스톤(34)은 실린더(26)의 앞단부까지 전진하지 않고, 실린더(26)의 앞단부로부터 일정거리 후퇴한 위치에서, 즉 급수압과 스프링(38)의 가압력이 균형잡힌 위치에서 정지하고 있다. 그리고 유로내에 돌발적 압력상승이 발생했을 때, 그 위치로부터의 후퇴운동에 의해서 압력상승을 흡수한다. 그때의 이통스트로우크는 작으며, 따라서 실리더(26) 내로의 물의 유입량도 적어지므로, 압력상승을 효과적으로 흡수 할 수 없다.

이에 대해서 본 발명의 장치에서는 장치에서는 피스톤(34)이 실린더(26)의 거의 전체 스트로우크 후퇴해서 압력흡수를 행하기 때문에, 유로내의 압력상승을 효과적으로 억제할 수 있다.

또 본 실시예의 장치는 압력상승을 흡수하기 위하여 실린더실을 충분히 활용하기 때문에 소형의 실린더로도 충분히 목적을 달성할 수 있고, 수격완충장치를 콤팩트하게 구성할 수 있다.

또한 벤튜리관(18)을 설치하지 않는 경우에 있어서, 스프링을 미리 압축한 상태에서 세트하므로서, 유로내에 수류가 발생하고 있는 상태에서 피스톤(34)을 실린더(26)의 앞단부까지 전진시킨 상태로 할 수도 있다(이 경우 저압부는 발생하지 않으므로, 수류의 유무에 관계없이 피스톤(34)은 실린더(26)의 앞단부까지 전진한 상태가 되다). 그러나, 이 경우에는 다음과 같은 불편이 발생한다.

수격에 의한 압력상승을 효과적으로 흡수하기 위해서는 이하의 조건, 즉

(가) 통수시에는 피스톤(34)이 실린더(26)의 앞단부까지 전진하고, 압력상승에 의해서 실린더(26)의 후단부까지 후퇴함으로서, 실린더(26)내에 유로내의 물을 보다 많이 유입시킬 수 있을 것.

(나) 피스톤(34)이 후퇴단부에서 정지할 때, 될수 있는한 완만히 정지할 것.

(다) 스프링에 작용하는 전단응력 τ가 작고, 최대치τ_max가 τ_a이하일 것. 등의 조건을 충족시킬 것이 필요하다.

그래서, 제2도에 표시한 바와 같이 실린더실의 직경을 Dc, 실린더실 길이를lc, 스프링의 평균직경을 Da, 선직경을 da, 유효권수를 n, 장착시 길이를l로하면, 전단응력 τ 및 스프링정수 K는 다음과 같이 된다.

여기서 G는 가로 탄성계수이고, 스테인레스강선의 경우 7500㎏f/㎟정도이다.

또 ①식의 압축력 W의 최대치 W_max는

로 부여된다. 여기서 P_max는 수격에 의해 발생한 최대압력으로, 이것이 피스톤(34)에 작용한다.

그런데 급수압에 이겨서 피스톤(34)을 실린더(26)의 앞단부에 접촉시키기 위해, 스프링을 사전압축을 해서 세트한 경우, 스프링의 스프링정수는 사전압축을 부여하지 않는 경우에 비해서 작아진다.

즉 어느 경우에도 압력상승에 의해서 피스톤(34)이 실린더(26)의 거의 후단부까지 후퇴한다고 했을 경우, 그때의 스프링의 최대압축력은

이 된다. 여기서 x는 자유상태로부터의 변위량이고, 그 변위량은 사전압축을 부여하였을 경우 쪽이 사전압축을 부여하지 않는 경우에 비해서 당연히 커진다. 따라서 k의 값은 사전압축을 부여한 경우의 쪽이 작아진다. 그리고 k의 값이 작아지면, ②식으로부터 n, Da가 동등할 경우, da>da'(da'는 사전압축을 부여한 경우,이하 사전 압축을 부여한 것에 대해서는 '를 붙여서 표시함)이 되고, ①식으로부터 τ〈τ'이 된다. 즉 사전압축을 부여하였을 경우, 스프링에 의해 큰 전단응력이 발생한다.

한편 피스톤(34)이 후퇴단부에 달했을 때의 τ를 τ_max로해서 τ의 허용치 τa와 동등하게 했을때, Da=αDc로서 이것을 W=W_max=π/4·Dc²P_max와 함께 ①식에 넣으면,

이 된다. 여기서 예를 들면 α-0.7, P_max=7㎏f/㎠, τa=90㎏f/㎟라고 하면,

이 된다.

다른 한편 스프링의 직경 Da는 De가 부여되면 그 범위내에서 될 수 있는 한 크게 한쪽이 좋고, 따라서 이것도 Dc의 값에 따라서 정해진다. 따라서 스프링에 사전압축을 부여하는 경우에는, ②식으로부터 스프링의 유효권수 n을 크게 잡게 된다(k의 값이 사전압축을 부여하지 않는 경우에 비해서 작다).

그리고 권수 n을 크게 하면, 피스톤(34)의 최대스트로우크

는 작아지고, 피스톤(34) 후퇴시에 실린더(26) 내부에 도입할 수 있는 물의 양이 적어진다. 즉 수격시의 압력흡수효과는, 스프링에 사전압축을 부여하지 않는 경우 비해서 작아진다. 환언하면, 본 실시예와 같이 벤튜리관(18)을 설치함으로써, 수격을 보다 효과적으로 완충할 수 있는 것이다.

제3도는 본 발명의 다른 실시예를 표시하고 있다. 이 예에서는 실린더실에 보울밸브체(42)와, 약한 스프링(44)와, 지지부재(46)로 이루어진 소형의 체크밸브(48)를 설치하고 있다.

본 실시예의 경우, 피스톤(34)과 실린더덮개(32)와의 사이에 공기실(50)이 형성되고, 공기실(50) 내부에 흡입되고 또한 가두어진 공기가, 피스톤(34)이 후퇴할 때 공기스프링으로서 작용하여 피스톤(34)이 실린더덮개(32)에 충돌하는 것을 억제한다.

그리고 공기실(50)내에 가두어진 공기는 피스톤(34)의 후퇴와 더불어 탄발력을 급격히 높혀서 피스톤(34)의 충돌방지를 행하므로, 그 만큼 스프링의 스프링력을 약하게 설정할 수 있는 이점이 생긴다. 또한 제3도에 표시한 바와 같이 원통부(40)내에 볼록부(52)를 형성하는 등을 해서 피스톤(34)이 후퇴했을때의 공기실(50)의 용적을 될수 있는한 작게하면, 공기의 압축율이 보다 높아져서 공기스프링의 탄발력이 강하게 되어, 편리하다.

제4도∼제6도를 참조해서 다른 형태를 설명한다.

실린더(26)의 내부에는 피스톤(60)이 슬라이딩가능하게 끼워 맞추어지고, 실린더실이 연통구(28)쪽의 수실(62)과, 연통구(28)와 차단된 공기실(64)로 구획되어 있다. 이 피스톤(60)의 외주면에는 원환홈이 형성되어 있어서, 이 원환홈내에 O링(36)이 끼워지고, 그와 같은 O링(36)에 의해서 피스톤(60)과 실린더(26) 내면과의 끼워 맞춤부가 시일되어 있다. 또한 피스톤(60)의 앞단부(도면중 하단부)에는 쿠션고무(65)가 설치되어 있다.

실린더(26)의 개구쪽에는 실린더덮개(68)가 나가결합에 의해 고정되어 있다. 이 실린더덮개(68)과 피스톤(60)과의 사이에는 압축코일스프링(70)이 개재설치되고, 그와 같은 스프링(70)에 의해서 피스톤(60)이 전진쪽(도면중 아래쪽)으로 가압되어 있다.

실린더덮개(68)에는 외부의 공기를 공기실(64)로 인도하기 위한 공기도입구멍(72)이 형성되어 있다. 또 이 공기도입구멍(72)으로부터 공기실(64)로의 공기의 유입통로상에는 체크밸브(74)가 짜넣어져 있다. 체크밸브(74)는 외부로부터 공기실(64)로 향하는 공기의 흐름만을 허용하고, 반대방향의 흐름을 저지함으로서, 공기실(64)에 공기를 가두는 것으로서, 실린덮개(68)에 형성된 밸브시이트(76)와, 이 밸브사이트(76)에 시일부재(78)를 개재해서 착좌 혹은 이간되는 밸브체(80)와, 밸브체(80)를 닫는 방향으로 가압하는 약한 스프링(79)를 가지고 있다.

제4도∼6도의 기타 부호는 제1∼3도와 같은 부재를 표시한다.

다음에 본예의 장치 작용을 설명한다.

물꼭지를 사용하고 있지 않을 때, 즉 물꼭지의 밸브부가 닫혀져 있을 때, 제4도에 표시한 바와 같이 피스톤(60)은 급수압 및 이것과 반대방향의 스프링(70)의 가압력이 균형잡히는 위치까지, 실린더(26) 내부를 후퇴당한 상태에 있다. 이 상태에서 물꼭지의 밸브부가 열려서 관로내에 수류가 발생하면, 벤튜리관(18)의 조리개부(20)에서 압력강하가 생겨서 그곳에 저압부가 발생한다. 그러면 피스톤(60)은 이 저압부의 흡인작용 및 스프링(70)의 가압력에 의해서, 실린더(26)의 앞단부까지 밀려나오고(제5도 참조), 이와 동시에 실린더(26)의 수실(62)내의 물이 관로(16)내에로 빨려 나간다. 이때 실린더덮개(68)에 설치된 체크밸브(74)가 동시에 열리고, 외부의 공기가 공기실(64)로 도입된다.

한편 이 상태에서 물꼭지의 밸브부가 급폐되어서 관로(16)내에 돌발적압력 상승이 발생하면, 제6도에 표시한 바와 같이 이번에는 관로내의 물이 연통구멍(22), 연통실(24), 연통구(28)를 통해서 실린더(26)의 수실(62)내에 유입함과 동시에, 이에 의해서 피스톤(60)이 스프링(70)의 가압력에 대항해서 뒤쪽으로 밀려 되돌아간다. 이에 의해서 관로(16)내의 압력상승이 흡수되고, 수격의 발생이 억제된다.

또한 관로내의 돌발적 압력상승에 의해서 피스톤(60)은 당초 힘쎄게 후퇴되나, 이때 스프링(70)은 압축변형에서 탄발력을 차차 강하게 한다. 이와동시에 체크밸브(74)에 의해 공기실(64)내에 가두어진 공기가 압축되고, 마찬가지로 탄발력을 저장한다. 그리고 스프링(70)의 탄발력(압축반력)은 피스톤(60)의 후퇴와 동시에 거의 직선적으로 증대하나, 공기의 탄발력(공기실64내의 압력)은 피스톤(60)의 후퇴에 따라서 비직선적으로 급격히 증대한다. 따라서 당초는 힘쎄게 후퇴한 피스톤(60)도, 실린더(26)의 후단부 근처에 있어서 브레이크힘이 충분히 높아지므로, 체크밸브(74)에 충돌하기 이전에 스프링압과 공기압과의 누름에 의해서 정지한다. 따라서 실린더(26) 후단부에 있어서의 피스톤(60)의 급격한 정지에 의거한 2차적인 압력파의 발생이 방지된다.

또 공기스프링의 작용으로 피스톤(60)이 확실하게 또한 완만하게 정지하게 되므로 스프링(70)의 스프링정수를 작게 설정하는 것이 가능하며, 그리고 스프링(70)의 스프링정수를 작게 설정할 수 있으면, 피스톤(60)을 부드럽게 후퇴시킬 수 있어, 관내의 압력상승을 양호하게 흡수할 수 있다.

또한, 장기간에는 피스톤(60)과 실린더(26) 내면과의 시일을 행하는 O링(36) 부분에서 누수가 발생할 염려가 있다. 그러나 본 실시예의 장치에서는 O링(36)에 의한 시일부를 통과해서 수실(62)로부터 공기실(64)로 누수가 되는 일이 있어도, 다시 관로내에 수류가 발생하였을 때 벤튜리관(18)의 저압부의 흡인작용으로 누수가 다시 수실(62)쪽으로 흡인되고, 또 가령 공기실(64)내에 누수가 남았다고 해도, 체크밸크(74)의 작용으로 외부로 누출되는 것이 저지된다. 즉 본실시예의 장치에 있어서는, 가령 내부적으로 물의 누출이 있었다고 해도 이것이 외부로 누출되는 일은 없다.

이상 본 발명의 실시예를 상시히 설명하였으나, 본 발명은 기타의 형태로 구성하는 것도 가능하다.

예를 들면 피스톤(60)이 후퇴하였을 때 용적이 될 수 있는한 작아지도록 공기실의 형상을 정해서, 가두어진 공기의 압축률을 높일 수 있게 할 수도 있고, 또 상기 벤튜리관 이외의 수단에 의해 관로내에 저압부를 발생시킨 것도 가능하다.

제7도는 제3의 형태에 관한 수격완충장치의 단면구성도이며, 이 수격완충장치(81)는 물꼭지쇠장식등의 배관수로속에 설치되는 것이며, 통체(82)의 상단부 및 하단부에는 각각 접속부(83)(84)가 형성되고, 이 접속부(83)(84)에 각각 배관 접속가능하게 되어 있고, 접속부(83)쪽에는 물꼭지쇠장식등이 또, 접속부(84)쪽에는 수도관등이 접속된다. 이 통체(82)의 내부에는 벤튜리(85)가 설치되어 있고, 이 벤튜리(85)의 조리개부(85a)에는 1개 또는 2개 이상의 연통구멍(86)이 뚫려 형성되어 있다. 이 연통구멍(86)은 벤튜리(85)의 주위에 형성된 연통실(88)과 연통상태가 되어있다. 또, 벤튜리(85)의 도면표시 하부에는 체크밸브(87)가 설치되어 있으며, 상기 접속부(84)쪽으로부터 유입하는 탕수를 도면표시 위쪽으로는 통하게 하나 반대방향으로는 통하지 못하게 구성되어 있다.

상기 연통실(88)의 도시 우측에는 실린더(89)가 수밀형상으로 나사결합으로 일체화되어 있으며, 이 실린더(89)의 내부에는 O링(90)을 개재해서 수밀형상으로 피스톤(91)이 상하슬라이딩가능하게 설치되어 있다. 이 피스톤(91)은 도시 아래쪽으로 개구된 수납오목부(91a)를 안쪽에 형성하고 있으며, 이 수납오목부(91a)내에 압축스프링(98)의 상단부가 삽입되어 있다. 또, 압축스프링(98)의 도시 하단부는 실린더(89)내의 하단부위에 고정설치된 흡기밸브(92)에 접촉상태로 되어 있다.

이 흡기밸브(92)는 O링(93)을 개재해서 수밀형상으로 실린더(89)내에 고정된 본체(92a)와, 이 본체(92a)위쪽으로 돌출형상으로 일체화된 블록통부(92b)를 구비하고, 볼록통부(92b)내에는 스프링(96)이 설치되어 있고, 또 중앙부에는 상단부에 밸브체(95)를 구비된 축(94)이 상하동가능하게 설치되어 있다. 축(94)의 하단부는 니이들로 되어 있고, 실린더(89)의 바닥면쪽에 외기와 연통형상으로 뚫려 형성된 공기구멍(97)을 개폐할 수 있도록 접촉하고 있다. 이 공기구멍(97)을 개재해서 외기를 흡기밸브(92)를 통해서 상기 실린더(89)내에 도입할 수 있고, 흡기밸브(92)는 실린더(89)쪽으로의 도입방향에 있어서는 공기를 통하게 하나, 반대방향에 있어서는 공기구멍(97)을 폐쇄시켜서 역류를 방지할 수 있는 것으로 되어 있다.

또, 본 실시예에서는 이 흡기밸브(92)의 상기 볼록통부(92b)는 상기 피스톤(91)의 수납오목부(91a)내에 헐겁게 끼워지는 것이 가능한 치수로 형성되어 있고, 피스톤(91)의 하동해서 흡기밸브(92)의 본체(92a)와 접촉한 상태에서는, 흡기밸브(92)의 볼록통부(92b)가 수납오목부(91a)내에 삽입되는 것으로 되어 있다.

이와 같은 구조에 있어서, 도시하지 않는 물꼭지 쇠장식의 급수로내에 급수압이 가해진 상태에서는 급수압은 벤튜리(85)의 연통구멍(86)으로부터 연통실(88)로 작용하고, 연통실(88)내에 물이 충만하고, 이 충만된 물은 압축스프링(98)의 가압력에 대항해서 피스톤(91)을 대략 제8도에 표시한 바와 같은 위치까지 밀어 내린다. 이 상태에서는 실린더(89)의 상부에는 물이 충만하고, 실린더(89)의 하부부위에서는 압축스프링(98)와 함께 공기가 압축된 상태로 되어서 균형상태가 된다.

이 상태에서 도시하지 않은 물꼭지 쇠장식이 코크가 열리면, 상기 벤튜리(85)내를 탕수가 통과하고, 이때에 조리개부(85a)의 내압이 감소하기 때문에, 이 내압의 감소에 따라서 상기 연통실(88)내에 충만하고 있는 물이 연통구멍(86)를 개재해서 벤튜리(85)내에 배출된다. 이 상태에서는 피스톤(91)은 상동하고, 그에 수반하여 실린더(89)내의 공기압이 대기압이하가 되었을 경우는 상기 흡기밸브(92)가 열려서, 흡기밸브(92)의 밸브체(95)의 개방과 동시에 실린더(89)내에는 공기구멍(97)으로부터 외기가 도입된다.

이 상태에서 물꼭지 쇠장식의 코크가 급폐되면 급수로내에 충격파가 발생하고, 이 발생한 충격파는 벤튜리(85)를 통과하여 조리개부(85a)의 연통구멍(86)으로부터 연통실(88)내에 전파된다. 연통실(88)내에 전파된 충격파는 피스톤(91)을 아래쪽으로 순간적으로 누르고, 피스톤(91)은 하동하고, 압축스프링(98)의 반력에 의해 충격파는 양호하게 흡수된다. 또, 이때에는 흡기밸브(91)는 닫혀 있기 때문에 실린더(89)내의 공기도 피스톤(91)의 하동에 의해 압축당하게 되며, 이 공기의 압축된 반력에 의해서도 충격파를 흡수할 수 있다.

또한, 예를들면 제8도에 표시한 바와 같이 피스톤(91)이 아래쪽으로 이동하고 있을 때 충격파가 급수로내에서 발생하는 경우가 있으며, 그와 같은 경우에 있어서는 제8도의 상태(급수압력이 높은 상태, 또는 물곡지쇠장식을 죈상태)에서 실린더(89)의 상부에 전파된 충격파는 다시 피스톤(91)을 아래쪽으로 누르게 되어, 이때에는 피스톤(91)은 흡기밸브(92)의 본체(92a)와 접촉하는 최대이동위치 가까이까지 하동하고, 압축스프링(98)은 피스톤(91)의 수납오목부(91a)내에 압축되어 수납상태가 된다. 또 이때 흡기밸브(92)의 볼록통부(92b)는 피스톤(91)의 수납오목부(91a)내에 들어가, 수납오목부(91a)내에 존재하는 압축공기를 또 이 볼록통부(92b)에 의해 압축하게 되어, 수납오목부(91a)내의 공기는 매우 압축된 상태가 되어, 강력한 반력을 발생하여 상기 압축된 압축스프링(98)의 반발력도 보태서 매우 강대한 반력을 생성하고, 충격파에 대항하여 충격파를 양호하게 흡수할 수 있다.

또한, 본 실시예에 있어서는 수납오목부(91a)내에 흡기밸브(92)의 볼록통부(92b)가 헐겁게 끼워지는 것이 가능하기 때문에, 그만큼 피스톤(91)의 이동량은 종래의 것보다도 크고, 피스톤(91)의 하동거리를 크게 확보할 수 있어, 충격파에 대한 흡수기능을 증대시킬 수 있다.

또 상술한 바와 같이 돌발적인 충격파가 발생한 경우에도, 피스톤(91)의 최대 이동위치에 있어서 수납오목부(91a)내에서 강력하게 공기가 압축되기 때문에 공기의 압축반력에 의해 충격파를 흡수해서 급수관로등의 파손을 양호하게 방지할 수 있다.

이와 같이 제7,8도의 형태에서는 수로내에서 발생한 충격파를 실린더내에 스프링을 개재해서 설치된 피스톤의 이동에 의해 흡수하는 형식의 수격완충장치에 있어서, 상기 피스톤에는 상기 스프링을 수납할 수 있는 오목부가 형성되고, 이 오목부내에 피스톤이 최대로 이동했을 때 실린더내의 대향쪽에 고정설치된 흡기밸브의 적어도 일부가 헐겁게 끼워질 수 있도록 구성하므로서, 수로내에서 발생한 충격파를 스프링의 반력파, 피스톤과 흡기밸브에 의해서 압축되는 압축공기의 반력에 의해 양호하게 흡수하여, 급수관등의 파손을 양호하게 방지할 수 있다. 특히 피스톤의 최대이동시에는 피스톤의 오목부내에 흡기밸브의 일부와 삽입된 상태가 되기 때문에, 오목부내에서 강력히 공기가 압축되어서 돌발적인 충격파에 강력하게 대항할 수 있다. 또, 종래보다도 피스톤의 이동량을 크게 확보할 수 있기 때문에 수격방지기능을 양호하게 발휘할 수 있는 효과를 가진다.

Claims

급수유로상에 설치되고, 수류가 발생하였을 때 조리개부(20,85a)에서 압력강하시켜서 저압부를 발생시키는 벤튜리부와, 내부의 실린더실을 연통구(28)를 통해서 상기 벤튜리부의 조리개부(20,85a)에 연통시킨 실린더(26,89)와, 이 실린더내에 슬라이딩가능하게 끼워 맞추어진 피스톤(34,60,91)과, 그리고 이 피스톤을 상기 실린더실의 연통구쪽을 향해서 가압하는 스프링(38,70,98)으로 구성되고, 상기 스프링은 상기 유로내에 수류가 생겼을 때 피스톤을 실린더의 앞단부까지 밀어내고, 상기 유로내에 돌발적 압력상승이 발생하여 피스톤이 되밀렸을 때, 실린더의 후단부에 접촉하기 이전에 상기 피스톤을 정지하게 하는 크기의 스프링력을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 수격완충장치.
제1항에 있어서, 상기 실린더중 피스톤을 사이에 두고 반대쪽의 공간부는 공기통로(72,97)를 개재해서 대기에 통하고 있는 동시에, 이 공기통로에 실린더내를 향하는 공기흐름을 허용하고, 그것과 반대방향의 공기흐름을 저지하는 체크밸브(74,92)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 수격완충장치.
내부의 실린더실을, 일단부쪽에 형성된 연통구(28)를 통해서 급수관로에 연통시키는 실린더(26,89)와, 이 실린더에 슬라이딩가능하게 끼워 맞추어지고, 실린더실을 연통구쪽의 수실(62)과 이 연통구와 차단된 공기실(64)로 구획하는 피스톤(60,91)과, 이 피스톤을 상기 연통구쪽을 향해서 가압하는 스프링(70,98)과, 상기 공기실내에 공기를 인도하는 공기도입로(72,97)와, 그리고 이 공기도입로상에 설치되고, 외부로부터 이 공기실(64)로의 공기의 유입을 허용하는 한편, 반대방향의 흐름을 저지하는 체크밸브(74,92)로 구성되는 것을 특징으로 하는 수격완충장치.
제2항에 있어서, 상기 피스톤(91)에는 상기 스프링(98)을 수납할 수 있는 오목부(91a)가 형성되고, 이 오목부내에 피스톤이 최대로 이동하였을 때 실린더내의 대향쪽에 고정설치된 체크밸브(92)의 적어도 일부가 헐겁게 끼워질 수 있도록 구성하여 이루어진 것을 특징으로 하는 수격완충장치.
제3항에 있어서, 상기 피스톤(91)에는 상기 스프링(98)을 수납할 수 있는 오목부(91a)가 형성되고, 이 오목부내에 피스톤이 최대로 이동했을 때 실린더내의 대항쪽에 고정설치된 체크밸브(92)의 적어도 일부가 헐겁게 끼워질 수 있도록 구성하여 이루어진 것을 특징으로 하는 수격완충장치.