KR101790750B1

KR101790750B1 - 체크밸브의 슬램 완화 기능을 구비하는 수배관 시스템

Info

Publication number: KR101790750B1
Application number: KR1020170032475A
Authority: KR
Inventors: 양재구; 오재욱; 양지석
Original assignee: 플로우테크 주식회사; 양재구
Priority date: 2017-03-15
Filing date: 2017-03-15
Publication date: 2017-10-26
Anticipated expiration: 2035-09-18
Also published as: KR20170034359A

Abstract

본 발명은 수배관 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 펌프 급정지시 압력탱크 내부의 유체를 체크밸브 전단측으로 공급하여 체크밸브 전단과 후단의 압력차를 줄임으로써 체크밸브의 슬램 현상 및 이로 인한 수충격을 완화할 수 있는 수배관 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 유체를 가압하는 펌프와; 상기 펌프에 의해 가압된 유체를 이송하는 주배관과; 상기 펌프 토출측에 구비되어 유체의 역류를 방지하기 위한 체크밸브와; 상기 주배관의 체크밸브 후단측에 연결되는 압력탱크와; 일단은 상기 주배관의 체크밸브 전단측에 연결되고 타단은 상기 압력탱크에 연결되어, 펌프 정지시 압력탱크 내부의 유체를 체크밸브 전단측으로 공급하기 위한 보조배관과; 상기 보조배관에 설치되어 유로를 개폐하는 제어밸브를 포함한다.

Description

체크밸브의 슬램 완화 기능을 구비하는 수배관 시스템{WATER PIPING METHOD HAVING FUNCTION OF ALLEVIATING SLAMING OF CHECK VALVE}

본 발명은 수배관 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 펌프 급정지시 압력탱크 내부의 유체를 체크밸브 전단측으로 공급하여 체크밸브 전단과 후단의 압력차를 줄임으로써 체크밸브의 슬램 현상 및 이로 인한 수충격을 완화할 수 있는 수배관 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 수배관 시스템에서 펌프 급정지나 밸브 급폐쇄의 경우 유량과 유속이 급격히 변화하는 과도현상(Transient Condition)이 발생하는데 이러한 현상을 수충격 현상 또는 수격 현상(Water Hammer)이라 한다. 이러한 수충격 현상의 결과, 배관 내의 압력이 급격히 높아지거나 혹은 배관 내의 압력이 물의 포화증기압 이하로 내려가서 증기가 발생하며, 그 후 재결합(Column Separation & Return)하는 과정에서는 충격파로 인한 관로의 붕괴 또는 파손을 가져올 수 있다.

예컨대, 도 1과 같이 통상의 수배관 시스템은 흡입측(1)에서 유입된 유체를 가압하는 펌프(2), 가압된 유체가 이송되는 주배관(10) 및 상기 주배관(10)으로부터 전달된 유체가 방류되는 토출측(3)을 포함한다. 또한, 주배관(10)에는 역류를 방지하기 위한 체크밸브(4), 수충격을 방지하기 위한 압력탱크(5), 진동방지를 위한 플렉시블 조인트(미도시) 및 토출측(3)으로 유입되는 물을 단속하는 차단밸브(미도시) 등을 설치하기도 한다.

이러한 수배관 시스템에서 펌프(2)가 급정지되는 경우, 주배관(10)을 통하여 이송되는 유체는 관성에 의해 일시적으로 주배관(10)의 주 흐름 방향으로 계속 흘러가다가, 펌프(2)로부터의 토출량이 급격히 감소됨에 따라 펌프 후단측(출측)에 부압이 발생하면서 배관내 증기 공동(VAPOR CAVITY)이 발생하고, 유체의 역류에 의해 증기 공동이 파괴되면서 높은 압력파가 발생하여 주배관(10) 및 펌프(2)의 파손을 야기할 수 있다. 그러므로 증기 공동에 의한 수충격 완화를 위해 압력탱크(5)를 설치한다.

한편, 수충격은 체크밸브(4)의 급폐에 의한 슬램(SLAM) 현상으로부터 유발될 수도 있다. 슬램 현상은 도 1 에 도시된 바와 같이, 체크밸브(4)를 구성하는 디스크(4a)가 펌프(2) 구동간에는 'A'와 같이 유체 이송 방향으로 회전 개방되었다가 펌프(2) 급정지시 역류하는 유체에 의해 'B' 위치로 급격하게 닫히면서 유체의 높은 압력을 받아 충격파를 형성하는 것으로, 쉽게 설명하면 디스크(4a)가 '쾅' 하고 닫히는 현상을 일컫는다. 이와 같은 슬램 현상으로 인한 충격파는 주배관(10) 및 펌프(2) 등에 전해져 수배관 시스템의 파손으로 귀결될 수 있다.

이러한 체크밸브의 슬램 현상으로 인한 압력변화(△H)는 아래 식(1)로부터 알 수 있는 바와 같이 체크밸브(4)의 디스크(4a)가 닫히는 마지막 순간 유체의 역류 속도 변화량(△V)에 의해 결정된다.

△H = (C/g)△V 식(1)

(여기서, △H : 압력변화(충격파), C : 배관 재질특성에 따른 충격파 전달 속도, g : 중력가속도, △V : 유체 역류 속도 변화)

구체적으로, 펌프(2)의 급정지에 따라 토출량이 급격히 감소하면 일정시간 후 흘러가던 유체가 역류하게 되고, 이에 따라 체크밸브(4)의 디스크(4a)가 닫히게 되는데, 디스크(4a)가 닫히는 순간 역류하던 유체의 급격한 유속의 변화(디스크 급폐)가 발생하여 체크밸브(4)의 전단(1차측)은 부압 또는 저압이 발생되고, 체크밸브(4)의 후단(2차측)은 상승 압력파(슬램현상)가 발생하게 된다. 이러한 문제점(체크밸브 디스크의 급폐)을 해결하기 위해 완폐식 체크밸브등이 고안되었으나, 디스크(4a)가 닫힐수록 역류하는 유체와 디스크(4a)가 역류하는 유체의 힘을 받는 접촉면적이 증가하게 되므로 디스크(4a)가 역류에 의한 힘을 더 받게 되어 디스크(4a)의 닫힘 속도가 점차 증가하게되어 마지막 닫히는 순간은 디스크 닫힘 속도의 가속으로 인해 여전히 급폐가 되는 문제가 발생되고 있으며, 초기에 디스크(4a)의 완폐작용으로 인해 유체의 역류량 또는 역류 유속의 증가를 초래하게 되어 더 큰 슬램현상이 발생되는 문제점이 발생하고 있다. 이와 같이 디스크(4a)의 닫힘 속도 증가와 유체의 역류속도가 증가하면, 식(1)로부터 알 수 있는 바와 같이, 유체 역류 속도 변화량(△V)이 커지게 되므로 압력변화(△H) 또한 커지게 되어 체크밸브 후단(2차측)에 순간적으로 높은 압력이 유발되고, 이에 따라 수충격(슬램현상)이 발생하게 된다. 또한 체크밸브 전단(1차측)은 이러한 체크밸브(4) 디스크(4a)의 급폐로 인해 부압 또는 저압이 발생되어 현재 진공차단밸브 및 공기밸브 등을 설치하여 사용하고 있으나, 진공발생을 방지하는 효과는 볼 수 없으며, 진공이 발생된 뒤에 진공을 해소하는 정도가 현재 기술력의 한계이다.

따라서, 이러한 체크밸브(4)의 슬램에 의한 수충격을 완화하기 위해서는 디스크(4a)의 전단에 발생하는 부압 또는 저압을 효과적으로 차단하고, 디스크(4a) 전후단의 압력차가 극단적으로 커지는 것을 방지하여 체크밸브(4) 디스크(4a)의 급폐를 방지해야 할 필요성이 제기된다.

대한민국 등록특허 제10-0868908호 수충격 방지 시스템 대한민국 등록특허 제10-1538728호 슬램 및 수충격 방지용 체크밸브

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 수배관 시스템의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 수배관의 펌프 급정지시 압력탱크 내부의 유체를 체크밸브 전단에 공급하여 체크밸브 전단의 부압 또는 저압 발생을 방지 또는 최소화하고, 전단과 후단의 압력차를 줄임으로써 체크밸브의 급폐로 인한 슬램 현상 및 이로 인한 수충격을 완화할 수 있는 수배관 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. 즉, 체크밸브 자체의 완폐를 위한 물리적 수단 외의 방법(배관의 유체 흐름을 제어)으로 슬램 및 수충격을 완화하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 유체를 가압하는 펌프와; 상기 펌프에 의해 가압된 유체를 이송하는 주배관과; 상기 펌프 토출측에 구비되어 유체의 역류를 방지하기 위한 체크밸브와; 상기 주배관의 체크밸브 후단측에 연결되는 압력탱크와; 일단은 상기 주배관의 체크밸브 전단측에 연결되고 타단은 상기 압력탱크에 연결되어, 펌프 정지시 압력탱크 내부의 유체를 체크밸브 전단측으로 공급하기 위한 보조배관과; 상기 보조배관에 설치되어 유로를 개폐하는 제어밸브를 포함한다.

여기서, 상기 펌프는 다수개가 병렬로 연결되되, 상기 압력탱크에는 다수개의 보조배관이 연결되고, 각 보조배관은 각 펌프의 토출측에 구비되는 체크밸브의 전단에 각각 연결되며, 각 보조배관에는 각각 제어밸브가 구비될 수 있다.

그리고, 상기 각 보조배관은 일단이 각 펌프의 토출측에 구비되는 체크밸브의 전단에 각각 연결되되, 타단은 헤더에 연결되고, 상기 헤더는 압력탱크에 연결될 수 있다.

또한, 상기 압력탱크 내부에는 상기 보조배관과 연결되는 디퓨저를 추가로 구비하되, 상기 디퓨저는 제어밸브의 후단측에 연결된 보조배관과 연결되고, 압력탱크의 내벽을 둘러 환형으로 설치되며 표면에는 다수의 분사공이 형성될 수 있다.

한편, 상기 압력탱크 내부에는 상기 보조배관과 연결되는 디퓨저를 추가로 구비하되, 상기 디퓨저는 제어밸브의 후단측에 연결된 보조배관과 연결되고 단부가 엘보우형으로 절곡 형성될 수 있다.

그리고, 상기 제어밸브는, 전단이 상기 주배관의 체크밸브 전단에 연결되고, 후단은 상기 압력탱크에 연결된 보조배관에 설치되는 밸브본체와; 내측에 내부를 좌우로 수평 분할하는 디스크가 배치되고, 양단은 각각 상기 체크밸브 전단과 후단에 각각 연결되며, 상기 체크밸브 전단과 후단의 압력차에 따른 상기 디스크의 이동에 의해 상기 밸브본체를 개폐하는 엑츄에이터를 포함하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 엑츄에이터의 전단측에 니들밸브를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 펌프 급정지시 압력탱크 내부의 유체가 체크밸브의 전단측으로 공급되어 체크밸브 전단의 부압 또는 저압 발생을 최소화하고, 양압을 유지하여 체크밸브 전단과 후단의 압력차를 줄임으로써 체크밸브의 급폐로 인한 슬램 현상 및 이로 인한 수충격을 완화할 수 있다. 또한, 펌프의 작동시에는 주배관으로부터 보조배관을 통하여 압력탱크 내부로 유체가 흘러가게 되고, 이에 따라 압력탱크 내부의 유체가 다시 주배관으로 지속적으로 배출되므로 압력탱크 내부에 유체가 장기간 고이는 것을 방지함으로써 압력탱크 내부 유체의 장기간 체류에 의한 수질 오염을 방지할 수 있다.

도 1 은 종래 통상적인 수배관 시스템을 개략적으로 나타낸 도면,
도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수배관 시스템의 구성도,
도 3 은 전기식 제어밸브가 구비된 수배관 시스템의 제어 순서도,
도 4 는 전기식 제어밸브가 구비된 수배관 시스템의 또 다른 제어 순서도,
도 5 는 제어밸브로서 엑츄에이터, 밸브본체 및 니들밸브가 적용된 본 발명에 따른 수배관 시스템의 구성도,
도 6 은 압력탱크 내부에 디퓨저가 구비된 본 발명에 따른 수배관 시스템의 구성도이다.

이하, 본 발명에 따른 체크밸브 슬램 완화 기능을 구비하는 수배관 시스템의 구성 및 작용을 첨부된 도면과 바람직한 실시예를 참조로 상세히 설명한다. 본 발명에서 언급하는 수배관 시스템은 일반 상수도 관로, 냉난방 및 공업용 등의 순환배관, 농공업용수 관로, 석유화학 플랜트 등 모든 유체 배관계를 포함한다.

도 2 에는 본 발명에 따른 체크밸브 슬램 완화 기능을 구비하는 수배관 시스템의 구성도가 도시된다.

먼저, 도 2 의 (a)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수배관 시스템은 유체를 가압하는 펌프(2)와, 상기 펌프(2)에 의해 가압된 유체를 이송하는 주배관(10)과, 상기 주배관(10)의 펌프(2) 토출측에 구비되어 유체의 역류를 방지하기 위한 체크밸브(4)와, 상기 주배관(10)의 체크밸브(4) 후단측에 연결되는 압력탱크(5)를 포함하고, 여기에 보조배관(20) 및 제어밸브(30)가 추가로 구비된다.

상기 보조배관(20)은 펌프(2)의 급정지시 체크밸브(4)의 전단측에 발생하는 부압 또는 저압을 해소하기 위하여 압력탱크(5) 내부의 유체 일부를 체크밸브(4) 전단측으로 공급하기 위한 배관이다. 이를 위해, 상기 보조배관(20)은 일단이 상기 주배관(10)의 체크밸브(4) 전단측에 연결되고 타단은 상기 압력탱크(5)에 연결된다. 여기서, 상기 주배관(10)의 체크밸브(4) 전단측에 연결되는 보조배관(20)은 최대한 체크밸브(4)에 가까운 위치에 연결되는 것이 바람직하다.

상기 보조배관(20)에는 제어밸브(30)가 구비된다. 상기 제어밸브(30)는 보조배관(20)의 유로를 개폐하기 위한 밸브로서, 펌프의 운전중에는 개방되어 있다가 펌프의 정지시 미리 정해진 일정 시간 경과 후에 폐쇄되도록 구성된다.

다수개의 펌프(2,2´,2˝)가 병렬로 연결된 배관 시스템에서는, 도 2 의 (b)에 도시된 바와 같이, 압력탱크(5)에 다수개의 보조배관(20,20´,20˝)이 연결되고, 각 보조배관(20,20´,20˝)은 각 펌프(2,2´,2˝)의 토출측에 구비되는 체크밸브(4,4´,4˝)의 전단에 각각 연결되며, 각 보조배관(20,20´,20˝)에는 각각 제어밸브(30,30´,30˝)가 구비된다.

또한, 도 2 의 (c)에 도시된 바와 같이, 각 보조배관(20,20´,20˝)은 일단이 각 펌프(2,2´,2˝)의 토출측에 구비되는 체크밸브(4,4´,4˝)의 전단에 각각 연결되되, 타단은 헤더(22)에 연결되고, 상기 헤더(22)가 압력탱크(5)와 연결될 수도 있다.

이러한 구성을 갖는 수배관 시스템에서는, 펌프(2)의 운전중에는 펌프(2) 토출측에서 고압으로 유체가 토출되고 관로와 밸브의 마찰저항으로 체크밸브(4) 전단의 압력이 체크밸브(4) 후단의 압력 보다 더 높다. 따라서, 유체는 체크밸브(4)의 디스크를 밀고 통과하여 주배관(10)을 따라 이송된다. 그리고, 이와 동시에 제어밸브(30)가 개방되어 있으므로 펌프에 의해 가압된 유체가 체크밸브(4) 전단측에서 보조배관(20)을 통하여 주배관(10)으로부터 분기 이송된 후 압력탱크(5) 내부로 공급된다. 이에 따라 압력탱크(5) 내부의 데드워터 현상이 해소될 수 있다. 데드워터 현상이란 수충격 방지를 위하여 주배관(10)에 연결되는 압력탱크(5) 내부의 유체가 장기간 고여있음으로 인하여 오염되는 현상을 말한다. 수배관 시스템이 특히 상수도, 순수, 또는 우유 이송 배관 시스템 등인 경우 이러한 데드워터로 인하여 수요처에 공급되는 상수와 순수 및 우유 등의 청정 유체가 오염될 수 있기 때문에 이를 방지하기 위한 조치가 요구되는 바, 본 발명에서는 펌프 작동시 보조배관(20)을 통하여 압력탱크(5) 내부로 유체가 흘러가도록 함으로써 압력탱크(5) 내부의 유체가 주배관(10)으로 지속적으로 배출되게 하므로 장기간 유체가 고이는 것을 방지함으로써 데드워터 현상이 해소된다.

한편, 펌프의 정지시에는 펌프로부터 유체의 토출이 갑작스럽게 중단됨에 따라 체크밸브(4)의 전단측의 압력은 하강하고 이에 따라 체크밸브(4)를 통하여 유체가 역류하면서 체크밸브(4)의 디스크가 폐쇄되기 시작한다. 위에서 이미 설명한 바와 같이, 역류 발생에 따라 체크밸브(4)의 디스크는 급속도로 폐쇄되는데, 이 경우 체크밸브(4) 전단측에 부압 또는 저압 형성이 가속화되면서 체크밸브(4)의 슬램 현상이 발생한다. 그런데, 본 발명에서는 펌프의 정지로 인하여 체크밸브(4) 전단측에 부압 또는 저압이 형성되는 경우 압력탱크(5) 내부의 유체가 보조배관(20)을 통하여 체크밸브(4)의 전단측으로 공급됨에 따라 체크밸브(4) 전단에 부압 또는 저압이 발생되는 것을 방지하고 오히려 양압을 유지할 수 있다. 이에 따라, 체크밸브(4)의 디스크 닫힘 속도가 감소되면서 체크밸브(4)의 슬램 현상이 완화된다.

그런데, 위와 같이 펌프 정지시 보조배관(20)을 통한 체크밸브(4) 전단으로의 유체 공급은 미리 정해진 일정 시간 동안만 이루어지는 것이 바람직하다. 만일 보조배관(20)을 통하여 체크밸브(4) 전단으로 지속적으로 다량의 유체가 공급되는 경우에는 펌프의 역회전 발생 등으로 손상을 유발할 수 있으며, 관로의 모든 유체가 다시 펌프 방향으로 되돌아와 큰 사고로 이어질 수 있다. 따라서, 보조배관(20)을 통한 체크밸브(4) 전단측으로의 유체 공급은 체크밸브(4)의 완폐(천천히 폐쇄)를 유도할 수 있을 정도의 미리 정해진 일정 시간 동안만 일시적으로 수행되는 것이 바람직하다. 이러한 시간은 수배관 시스템의 규모나 운전 상황에 따라 미리 경험적으로 적절한 값으로 결정될 수 있다. 경험적 수치에 의하면 압력탱크가 설치된 배관계에서의 체크밸브(4)가 닫히는 시간은 펌프가 급정지된 후 수초이내로 매우 짧다.

이와 같이 펌프의 급정지시 보조배관(20)을 통하여 체크밸브(4) 전단측에 일정 시간 동안 유체를 공급하기 위해, 상기 제어밸브(30)는 펌프의 정지 시점으로부터 일정 시간 경과후 자동으로 폐쇄되거나, 점진적으로 천천히 폐쇄되는 완폐형 밸브로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 제어밸브(30)는 전기적으로 자동 개폐되는 전기제어밸브로 구성될 수 있다. 이 경우 상기 제어밸브(30)를 제어하는 제어부(미도시)가 추가로 구비되며, 여기서, 상기 제어부는 펌프 등 전체 수배관 시스템의 각 구성부를 제어하는 것일 수도 있고, 상기 제어밸브(30)만을 독립적으로 제어하는 것일 수도 있다.

도 3 에는 이러한 전기식 제어밸브(30)가 구비된 수배관 시스템의 제어 순서도가 도시된다. 최초 제어부는 수배관 시스템을 통한 유체의 이송을 위해 펌프를 운전하여(S1) 주배관(10) 및 보조배관(20)을 통하여 유체가 흘러가도록 한 후 제어밸브(30)를 개방(S2)한다. 그 다음, 제어부는 펌프의 운전 여부를 실시간으로 감시(S3)한다. 펌프의 운전 여부 감시는 펌프의 회전수 감시, 전원 공급개폐기 감시, 전원공급 센서 감시, 유량 계측기 감시, 압력센서 감시, 펌프의 부하 전류 감지 등의 방법으로 수행할 수 있다. 여기서, 제어밸브(30)의 개폐는 펌프가 회전(운전) 중이더라도 공회전, 무부하 운전 등이 발생하였을 때 오작동을 방지하기 위해 압력값과 비교하여 동작하는 것이 바람직하다.

펌프의 운전 여부 감시 결과 펌프가 정지된 것으로 판단되면, 제어부는 미리 정해진(제어부에 미리 입력된) 일정 시간이 경과된 후 제어밸브(30)를 폐쇄(S4)한다. 이를 위해, 상기 제어밸브(30) 자체에 타이머가 내장되어 제어부로부터 제어 명령 도달 시점으로부터 일정 시간 경과 후 제어밸브(30)가 폐쇄되도록 구성될 수 있다.

한편, 도 4 에는 전기식으로 개폐가 제어되는 제어밸브(30)가 구비된 수배관 시스템의 또 다른 제어 방법이 순서도로 도시된다. 최초 제어부는 수배관 시스템을 통한 유체의 이송을 위해 펌프를 운전(S100)하여 주배관(10) 및 보조배관(20)을 통하여 유체가 흘러가도록 한 후 제어밸브(30)를 개방한다(S200). 그 다음, 제어부는 체크밸브(4) 전단 및 후단의 압력값을 실시간으로 전달받아 이를 상호 비교한다(S300). 이를 위해, 본 실시예에서는 체크밸브(4)의 전단측 압력과 후단측 압력을 측정하는 제1압력센서(미도시)와 제2압력센서(미도시)를 추가로 포함하거나, 체크밸브(4)의 전단측과 후단측의 차압을 감지하는 차압센서(미도시)를 포함하는 것이 바람직하다.

체크밸브(4) 전단의 압력이 높다는 것은 펌프가 운전중이라는 것을 의미하고, 체크밸브(4) 후단의 압력이 크다는 것은 펌프가 정지되었다는 것을 의미한다. 따라서, 제어부는 체크밸브(4) 전단측 압력이 후단측 압력 보다 높은 경우(펌프 운전중)에는 제어밸브(30)를 계속 개방 상태로 유지하고, 그 외의 경우, 즉, 체크밸브(4) 후단측 압력이 전단측 압력보다 높은 경우(펌프 정지) 등에는 미리 정해진 일정 시간 경과 후 제어밸브(30)가 폐쇄되도록 제어한다(S400).

또 다른 실시예로서, 상기 제어밸브(30)는 유량센서(미도시)에 의해 개폐 제어되도록 구성될 수도 있다. 여기서, 상기 유량센서(미도시)는 주배관(10)의 체크밸브(4) 후단측에 설치되어, 감지된 유체의 흐름에 근거하여 펌프가 정지된 것으로 판정되는 경우 일정 시간 경과 후에 제어밸브(30)가 폐쇄되도록 한다.

지금까지는 상기 제어밸브(30)가 전기식으로 제어되는 유형의 밸브인 경우에 대하여 설명하였으나, 상기 제어밸브(30)는 기계식으로 제어되는 유형의 밸브로 구성될 수도 있다. 이러한 기계식 제어밸브(30)는 별도의 제어부와 같은 구성이 필요없이 밸브의 기계적 구성에 의해 펌프의 정지시 자동으로 일정 시간 경과 후 폐쇄되도록 구성된다. 이와 같이 펌프 정지시 제어밸브(30)가 자동으로 일정 시간 경과 후 폐쇄되도록 하기 위해서는 제어밸브(30)가 기계식 완폐형 밸브로 구성되어야 한다.

기계식 완폐형 밸브에는 여러가지 종류가 있다. 예컨대, 상기 제어밸브(30)는 완폐형 체크밸브로 구성될 수 있다. 이 경우 펌프 운전중에는 디스크(4a)가 개방되고, 펌프의 급정지시에는 체크밸브(4)가 먼저 폐쇄되고, 보조배관(20)의 제어밸브(30)가 후에 폐쇄되도록 한다. 즉, 제어밸브(30)의 디스크가 일정 시간 경과 후에 닫히도록 제어밸브(30)의 디스크가 닫히는 방향의 반대 방향으로 완충력을 제공하는 유압실린더가 구비된 체크밸브가 제어밸브(30)로 채택될 수 있다. 또한, 이러한 제어밸브(30)의 디스크 닫힘 속도를 더욱 늦추기 위하여 본 발명의 출원인이 기 출원하여 등록받은 병렬실린더형 체크밸브(특허 제10-1487748호)가 제어밸브(30)로 채택될 수도 있다.

도 5 에는 이러한 기계식 완폐형 밸브의 바람직한 실시예가 도시된다. 도 5 에 도시된 바와 같이, 상기 제어밸브(30)는 엑츄에이터(30b)와 밸브본체(30a)를 포함하여, 엑츄에이터(30b) 전후단의 압력차에 따라 밸브본체(30a)가 개폐 작동되도록 구성되며, 추가적으로 니들밸브(30c)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 밸브본체(30a)는 주배관(10)의 체크밸브(4) 전단과 압력탱크(5)를 연결하는 보조배관(20)에 설치된다. 즉, 상기 밸브본체(30a)의 전단은 체크밸브(4)의 전단에 연결되고 후단은 압력탱크(5)에 연결된다. 그리고, 상기 엑츄에이터(30b)는 상기 밸브본체(30a)와 연결된다. 보다 구체적으로, 상기 엑츄에이터(30b)는 내측에 내부를 좌우로 수평 분할하는 디스크(D)가 배치되고, 양단은 각각 상기 주배관(10)의 체크밸브(4) 전단과 후단에 각각 유압호스 또는 통상적인 배관으로 연결된다. 그리고, 상기 엑츄에이터(30b) 내측의 디스크(D)는 밸브본체(30a) 내부에서 유로를 단속(개폐)하는 밸브체와 연결되어, 디스크(D)의 이동에 따라 밸브체가 작동하여 밸브본체(30a) 내부의 유로를 개폐하도록 구성된다. 상기 디스크(D)와 밸브본체(30a)의 밸브체는 디스크(D)의 이동에 따라 밸브본체(30a)의 개폐가 가능하다면 그 구조와 연결관계에는 제한이 없다. 바람직하게는, 상기 디스크(D)의 수평 이동에 밸브체 또한 수평이동하여 밸브본체(30a) 내부의 유로를 개폐하도록 구성될 수도 있고, 디스크(D)와 밸브체 사이에 래크피니언 등의 기어를 사용하여 디스크(D)의 수평 이동시 밸브체가 회전되어 개방되도록 구성할 수도 있다. 밸브체가 회전되는 방식으로 개폐되는 경우 밸브본체(30a)는 볼밸브나 버터플라이밸브가 사용될 수 있다. 이러한 구성을 통하여, 체크밸브 전단과 후단의 유체가 엑츄에이터(30b) 전단과 후단으로 각 유입되면, 양단의 압력차에 의해 엑츄에이터(30b) 내측에 구비된 디스크(D)가 어느 한쪽으로 이동하게 되고, 상기 디스크(D)의 이동에 따라 이와 연결된 밸브본체(30a)의 밸브체가 이동하여 보조배관(20)의 유로가 개폐된다.

이러한 제어밸브는 펌프(2)의 작동 여부에 따라 개폐가 제어된다. 펌프(2) 작동중에는 체크밸브(4) 전단측의 압력이 후단측 압력 보다 더 크고, 펌프(2) 정지시에는 체크밸브(4) 전단측 압력이 후단측 압력 보다 작다. 이에 따라, 펌프(2)의 작동 중에는 엑츄에이터(30b)의 디스크(D)가 체크밸브(4)의 전단측에서 후단측 방향(도 5 기준으로 좌측에서 우측)으로 이동하여 밸브본체(30a)가 개방되고, 주배관(10)의 체크밸브(4) 전단측 유체가 보조배관(20)을 통해 압력탱크(5)로 이송된다. 반면, 펌프(2)의 정지시에는 체크밸브(4) 후단측의 압력이 더 크기 때문에 엑츄에이터(30b)의 디스크(D)가 체크밸브(4) 후단측에서 전단측 방향(도면상 좌측)으로 이동되면서 밸브본체(30a)를 폐쇄하게 된다.

한편, 상기 엑츄에이터(30b)의 전단측에는 니들밸브(30c)가 추가로 설치되는 것이 바람직하다. 니들밸브(30c)를 설치할 경우 최초 개도 설정을 통하여 펌프 정지시 엑츄에이터(30b)의 디스크(D)가 전단측으로 이동할때 엑츄에이터(30b) 내부에서 주배관으로 빠져나오는 유량을 조절함으로써 디스크(D)가 후단측에서 전단측으로 이동하는 속도를 늦출수 있으며, 이를 통해 밸브본체(30a)의 완폐 효과를 볼 수 있다.

위에서 상기 엑츄에이터(30b)는 전단과 후단이 각각 체크밸브 전단과 후단에 연결되는 것으로 설명하였으나, 엑츄에이터(30b) 전단은 체크밸브 전단에 연결된 보조배관에 연결되고, 엑츄에이터(30b) 후단은 체크밸브 후단에 연결된 보조배관에 연결될 수도 있다.

이 밖에도 제어밸브(30)로서 펌프 정지시 일정 시간 경과 후 폐쇄될 수 있는 것이라면, 니들밸브형, 스프링형, 다이아프램 방식 밸브, 릴리프 밸브 등 다양한 유형의 기계식 완폐형 밸브가 사용될 수 있다.

한편, 도시되지는 않았으나, 주배관(10)이 순환배관으로 구성되는 시스템에서는 보조배관(20)을 통하여 주배관(10) 내부에 있는 기체가 압력탱크(5)로 이동되므로, 상기 보조배관(20)이 주배관(10)내 기체 배출 용도로 사용될 수 있다.

대부분의 현장에는 펌프 출구에 체크밸브, 유량제어용 전동밸브(미도시), 수동 차단밸브(미도시) 등이 설치되어 사용되며, 이로 인해 큰 마찰손실이 발생되어 체크밸브(4) 전단의 압력과 압력탱크(5)와 주배관(10)의 연결부에 압력차이가 발생하게 된다. 이로 인해 마찰손실이 거의 없는 보조배관을 통해 압력탱크로 유체가 이동할 수 있는 환경이 만들어지며, 유량제어용 전동밸브(미도시)를 유량제어를 위해 약 10%~50% 정도 닫은 상태에서 펌프를 운전할 경우 보다 많은 압력차가 발생되어 더욱 효과적으로 데드워터 방지 기술을 사용할 수 있게 된다. 또한 유량제어용 전동밸브(미도시)의 개도조정을 통해 보조배관(20)으로 흐르는 유체의 양을 조정할 수도 있다.

한편, 보조배관(20)을 통하여 공급된 유체가 압력탱크(5) 내부에 골고루 분사되도록, 상기 압력탱크(5) 내부에는 상기 보조배관(20)에 연결된 디퓨저(50)를 추가로 구비하는 것이 바람직하다. 상기 디퓨저(50)는 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 제어밸브(30)의 후단측에 연결된 보조배관(20)과 연결되되, 압력탱크(5)의 내벽을 둘러 환형으로 설치되며 표면에는 다수의 분사공이 형성되어 있다. 또한, 상기 디퓨저(50)는 도 6에 (b)에 도시된 바와 같이, 단부가 엘보우형으로 절곡 형성될 수도 있다. 이 경우, 유체가 압력탱크의 원주방향으로 회전되면서 하방으로 이동된다. 이 밖에도, 상기 디퓨저(50)는 고정식 또는 부유식 등 다양한 형태로 구성될 수 있다.

지금까지, 본 발명의 실시예를 기준으로 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시예와 실질적 균등범위까지 포함된다 할 것이다.

2 : 펌프 4 : 체크밸브
4a : 디스크 5 : 압력탱크
10 : 주배관 20 : 보조배관
30 : 제어밸브 50 : 디퓨저

Claims

유체를 가압하는 펌프와;
상기 펌프에 의해 가압된 유체를 이송하는 주배관과;
상기 펌프 토출측에 구비되어 유체의 역류를 방지하기 위한 체크밸브와;
상기 주배관의 체크밸브 후단측에 연결되는 압력탱크와;
일단은 상기 주배관의 체크밸브 전단측에 연결되고 타단은 상기 압력탱크에 연결되어, 펌프 정지시 압력탱크 내부의 유체를 체크밸브 전단측으로 공급하기 위한 보조배관과;
상기 보조배관에 설치되어 유로를 개폐하는 제어밸브를 포함하는 체크밸브의 슬램 완화 기능을 구비하는 수배관 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 펌프는 다수개가 병렬로 연결되되, 상기 압력탱크에는 다수개의 보조배관이 연결되고, 각 보조배관은 각 펌프의 토출측에 구비되는 체크밸브의 전단에 각각 연결되며, 각 보조배관에는 각각 제어밸브가 구비된 것을 특징으로 하는 체크밸브의 슬램 완화 기능을 구비하는 수배관 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 각 보조배관은 일단이 각 펌프의 토출측에 구비되는 체크밸브의 전단에 각각 연결되되, 타단은 헤더에 연결되고, 상기 헤더는 압력탱크에 연결된 것을 특징으로 하는 체크밸브의 슬램 완화 기능을 구비하는 수배관 시스템.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 압력탱크 내부에는 상기 보조배관과 연결되는 디퓨저를 추가로 구비하되, 상기 디퓨저는 제어밸브의 후단측에 연결된 보조배관과 연결되고, 압력탱크의 내벽을 둘러 환형으로 설치되며 표면에는 다수의 분사공이 형성된 것을 특징으로 하는 체크밸브의 슬램 완화 기능을 구비하는 수배관 시스템.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 압력탱크 내부에는 상기 보조배관과 연결되는 디퓨저를 추가로 구비하되, 상기 디퓨저는 제어밸브의 후단측에 연결된 보조배관과 연결되고 단부가 엘보우형으로 절곡 형성된 것을 특징으로 하는 체크밸브의 슬램 완화 기능을 구비하는 수배관 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제어밸브는,
전단이 상기 주배관의 체크밸브 전단에 연결되고, 후단은 상기 압력탱크에 연결된 보조배관에 설치되는 밸브본체와;
내측에 내부를 좌우로 수평 분할하는 디스크가 배치되고, 양단은 각각 상기 체크밸브 전단과 후단에 각각 연결되며, 상기 체크밸브 전단과 후단의 압력차에 따른 상기 디스크의 이동에 의해 상기 밸브본체를 개폐하는 엑츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 체크밸브의 슬램 완화 기능을 구비하는 수배관 시스템.
제 6 항에 있어서,
상기 엑츄에이터의 전단측에 니들밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 체크밸브의 슬램 완화 기능을 구비하는 수배관 시스템.