전도식 수문{Turnover type watergate}
본 고안은 유압실린더의 작용으로 상하 회전하며 수로를 개폐하는 전도식 수문에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수압이나 자중 등 하중의 영향을 적게 받아 이에 따른 변형이나 파손 등을 최소화할 수 있음은 물론 유압실린더가 바로 보이지 않으므로 외관이 미려하여 주위의 경관과 조화를 잘 이루는 전도식 수문에 관한 것이다. 일반적으로 하천, 저수지, 늪 등지에는 물을 일정한 유로 내로 제한하여 홍수 시 물의 범람을 방지하고, 갈수 시 물을 효율적으로 활용하기 위한 치수용 제방이 축조된다. 그리고 제방의 일정 지점에는 수로가 내어져 있고, 이 수로에는 제방 내 수심 등을 조절하기 위한 수문이 설치된다. 도 1a 및 도 1b는 종래기술에 따른 수문이 도시된 단면도로서, 하단을 중심으로 원호를 그리도록 상하 운동하며 수로를 개폐하는 전도식 수문이다. 도 1a, 1b에서와 같이 종래기술에 따른 전도식 수문은 수로의 바닥 쪽에 폭을 따라 설치된 고정축(1)과, 상기 고정축(1)에 하단이 회전 가능하게 설치되어 수로를 개폐하는 수문함체(2)와, 상기 수문함체(2)에 내장되고 수문함체(3)를 회전시키는 구동수단(3)(4)으로 구성된다. 여기에서 상기 구동수단(3)(4)은 선단(3a)이 수문함체(2)의 배면(2a)을 향하도록 고정축(1)에 설치된 고정암(3)과, 상기 고정암(3)의 선단(3a)과 수문함체(2)의 정면(2b) 일정 위치에 양끝이 각각 회전 가능하도록 연결된 유압실린더(4)로 구성된다. 이때 상기 구동수단(3)(4)은 수로의 폭에 비례하여 수문함체(2)에 작용하는 수압과 수문함체(2)의 자중 등에 따라 설치 개수나 간격 등이 결정된다. 이러한 종래기술은 유압실린더(4)를 조작, 피스톤 로드(4a)를 실린더 하우징(4b)에서 빼내면 도 1a와 같이 수문함체(2)가 고정축(1)을 중심으로 세워지게 회전하여 수로가 폐쇄되고, 반대로 피스톤 로드(4a)를 실린더 하우징(4b)에 진입시키면 도 1b와 같이 수문함체(2)가 넘어지게 회전하여 수로가 개방된다. 그러나 상기와 같은 종래기술은 수문함체(2)를 지탱하는 유압실린더(4)가 고정암(3)을 매개로 고정축(1)과 연결되어 있기 때문에 수압과 수문함체(2)의 자중등 각종 하중이 고정축(1)에 집중되어 고정축(1)이 쉬이 변형되거나 파손되는 문제점이 있다. 이것의 대표적 예로는 수로를 폐쇄하였을 때 수문함체(2)는 자중과 수압 등의 영향으로 항시 넘어지게 회전하려 하고, 반면에 고정축(1)은 고정되어 있으므로 상호 상반되게 작용하는 힘에 의해 발생되는 고정축(1)의 비틀림 현상을 꼽을 수 있다. 게다가 상기 문제점은 수로의 폭이 넓고 높이가 높을수록 정도가 심화되는 바, 이로써 폭이 넓고 높이가 높은 수로의 경우 종래기술의 적용을 기피했던 것이 현 실정이다. 도 2a 및 도 2b는 다른 종래기술에 따른 전도식 수문이 도시된 단면도이다. 도 2a, 2b에서와 같이 다른 종래기술에 따른 전도식 수문은 도 1a, 1b와 달리 수문함체(6)에 작용하는 하중을 고정축(5)이 아닌 수로의 바닥이 받도록 구성된 것으로서, 이를 위해 유압실린더(7)는 외부로 노출되고, 그 양끝은 각각 수문함체(6)의 배면(6a)과 수로의 바닥에 회전 가능하게 연결된다. 이러한 다른 종래기술에 따른 전도식 수문은 수문함체(6)와 유압실린더(7)가 서로 반대로 넘어지게 회전하면 수로가 개방되는 타입으로, 상기 고정축(5)과 유압실린더(7)의 수로 바닥 연결부 간의 거리가 멀어야만 유압실린더(7)에 의한 수문함체(6)의 회전 구동이 가능하게 된다. 따라서 유압실린더(7)의 스트로크가 길어질 수밖에 없고, 이에 길이가 그 횡단면의 치수에 비해 상대적으로 크게 되어 유압실린더(7)의 양끝에 가해지는 압축하중이 어느 크기에 이르면 갑자기 휘는 좌굴현상이 발생되는 문제점이 있다. 참고로 도시된 바는 없으나 다른 종래기술에 따른 전도식 수문의 문제를 해결하기 위해 고정축과 가깝도록 수로 바닥에 일정 깊이의 홈을 형성하고, 이 홈의 바닥과 수문함체의 배면에 유압실린더의 양끝을 각각 힌지 연결한 타입의 전도식 수문이 안출된 바 있으나, 이 타입의 경우는 상기 홈에 모래 등 이물이 유입, 쌓이게 되어 유압실린더의 작동불능 등 각종 오작동이 유발되는 문제가 있어 실용화되지 못하였다. 한편 상기와 같이 유압실린더가 외부로 노출된 전도식 수문들은 유압실린더에 의해 전체적으로 보았을 때 그 외관이 수려하지 못한 문제점도 갖고 있다. 특히나 이들을 관광지에 시공한 경우 주위의 경관과 부조화를 이루게 되는 바, 시공자들로 하여금 시공 시 이들 타입의 선택을 기피하게끔 만드는 중요 요인이 아닐 수 없다. 또 한편 유압실린더 노출형 수문이 갖는 좌굴현상이나 이물에 의한 유압실린더의 오작동을 방지하고자 수로의 바닥에 브래킷을 설치하고, 이 브래킷의 한쪽에 수문함체의 하단을 힌지 연결하며, 수문함체의 배면 및 브래킷의 다른 쪽에 유압실린더의 양끝을 각각 힌지 연결한 타입의 전도식 수문이 제안된 바 있으나, 이 타입의 경우 하중을 받는 브래킷이 힌지 연결만을 위한 극히 단순한 구조로 이루어졌기 때문에 강도가 취약하기 마련이고, 이에 브래킷이 하중을 견디지 못해 쉽게 변형되거나 파손되는 문제점이 있었다.
본 고안은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 수로의 바닥에 접합 부분이 일체성을 가지고 완전히 단단하게 접합되어 있는 구조의 브래킷을 설치하고, 여기에 수문함체와 유압실린더의 하단을 각각 힌지 연결하여 각종 하중을 수로의 바닥이 받도록 함과 아울러 수문함체와 유압실린더의 거리가 가까운 까닭에 유압실린더의 길이를 짧게 함으로써 하중의 영향이 적을 뿐 아니라 하중에 충분히 견딜 수 있는 구조적 강도를 지니도록 하고, 수문함체에 수납부를 형성하고 여기에 유압실린더가 수용함으로써 전체적으로 외관이 간결하도록 한 전도식 수문을 제공하는 데 목적이 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래기술에 따른 전도식 수문이 도시된 단면도, 도 2a 및 도 2b는 다른 종래기술에 따른 전도식 수문이 도시된 단면도, 도 3a 및 도 3b는 본 고안에 따른 전도식 수문이 도시된 단면도, 도 4는 본 고안에 따른 전도식 수문이 도시된 분해사시도, 도 5는 본 고안에 따른 전도식 수문의 힌지 브래킷이 도시된 사시도, 도 6은 도 5의 AA선에 따른 단면도이다. <도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명> 10 : 베이스 프레임 20 : 힌지 브래킷 21 : 수문용 힌지 브래킷 22 : 수평 플레이트 23 : 수문용 힌지부재 24 : 보강 플레이트 25 : 실린더용 힌지 브래킷 26 : 체결 플레이트 27 : 실린더용 힌지부재 27a : 수직 플레이트부 27b : 힌지 본체부 30 : 수문함체 31 : 수문함체의 배면 32 : 힌지 플레이트 33 : 실린더 수납홈부 40 : 유압실린더 41a : 실린더 하우징의 힌지 연결부 42a : 피스톤 로드의 힌지 연결부 L : 제방 P : 힌지핀 W : 수로
상기에서와 같은 기술적 과제를 실현하기 위한 본 고안의 전도식 수문은 제방의 수로 바닥에 매설된 베이스 프레임과, 상기 수로의 바닥에 폭을 따라 일정 간격을 두고 배치되게 상기 베이스 프레임의 상면에 설치된 다수의 힌지 브래킷과, 하단에 다수의 힌지 플레이트가 고착되어 상기 각 힌지 브래킷의 한쪽에 힌지 연결됨으로써 상기 수로를 개폐하는 수문함체와, 양끝에 각각 힌지 연결부가 형성되어 상기 각 힌지 브래킷의 다른 쪽과 수문함체의 배면에 각각 힌지 연결된 유압실린더를 포함하고, 상기 각 힌지 브래킷은 수평 플레이트 및 상기 수평 플레이트의 상면에 마주보게 일체로 세워지고 사이에 상기 수문함체의 힌지 플레이트가 끼워져 힌지핀으로 연결된 1쌍의 수문용 힌지부재로 구성되는 수문용 힌지 브래킷과, 상기 베이스 프레임에 체� ��된 체결 플레이트 및 상기 체결 플레이트의 상면에 마주보게 일체로 세워지고 한쪽에 상기 수평 플레이트의 양쪽을 받친 상태로 고착된 수직 플레이트부가 형성되며 상기 수직 플레이트부에서 다른 쪽으로 힌지 본체부가 일체로 연장되고 상기 힌지 본체부 사이에 상기 유압실린더의 힌지 연결부가 끼워져 힌지핀으로 연결된 1쌍의 실린더용 힌지부재로 구성되는 실린더용 힌지 브래킷을 포함하며, 상기 수문함체는 배면에 상기 유압실린더가 각각 수용되게 상하로 기다란 다수의 실린더 수납홈부가 상기 힌지 브래킷과 동일 간격으로 형성된 것을 특징으로 한다. 이하 첨부도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 도 3a 및 도 3b는 본 고안에 따른 전도식 수문이 도시된 단면도이고, 도 4는 본 고안에 따른 전도식 수문이 도시된 분해사시도이다. 도 3a, 3b, 4에서와 같이 본 고안의 전도식 수문은 제방(L)에 내어 있는 수로(W)의 바닥에 매설된 베이스 프레임(10)과, 수로(W)의 바닥에 그 폭을 따라 배치되게 상기 베이스 프레임(10)의 상면에 일정한 간격을 두고 설치된 다수의 힌지 브래킷(20)과, 상기 각 힌지 브래킷(20)의 한쪽에 상하 방향으로 회전 가능하도록 연결되어 수로(W)를 개폐하는 수문함체(30)와, 상기 각 힌지 브래킷(20)의 다른 쪽과 수문함체(30)의 배면(31)에 양끝이 각각 회전 가능하도록 연결되어 상기 수문함체(30)를 회전 구동시키는 유압실린더(40)로 구성된다. 여기에서 상기 수문함체(30)는 그 하단에 상기 힌지 브래킷(20)과 동일한 간격으로 동일한 개수의 힌지 플레이트(32)가 각각 용접으로 수직하도록 고착되어 상기 힌지 브래킷(20)과 각각 힌지 연결된다. 그리고 상기 유압실린더(40)는 그 실린더 하우징(41)이 힌지 브래킷(20)과, 피스톤 로드(42)가 수문함체(30)와 각각 힌지 연결되는 바, 이를 위해서 상기 실린더 하우징(41)과 피스톤 로드(42)의 끝에는 각각 힌지 연결부가(41a)(42a)가 형성된다. 도 5는 본 고안에 따른 전도식 수문의 힌지 브래킷이 도시된 사시도이고, 도 6은 도 5의 AA선에 따른 단면도이다. 도 5, 6에서와 같이 상기 각 힌지 브래킷(20)은 여기에 각각 힌지 연결되어 있는 수문함체(30) 및 유압실린더(40)로부터 가해지는 각종 하중을 분배 받아 베이스 프레임(10), 즉 수로(W)의 바닥으로 전달함으로써 결과적으로 수로(W)의 바닥이 하중을 받게 하는 것이다. 이와 같은 각 힌지 브래킷(20)은 한쪽에서 수문함체(30)와 힌지 연결이 이루어지는 수문용 힌지 브래킷(21)과, 다른 쪽에서 상기 수문용 힌지 브래킷(21)을 수로(W)의 바닥에서 상측으로 일정 거리 떨어지게 지지한 상태로 상기 베이스 프레임(10)에 설치되어 유압실린더(40)와 힌지 연결이 이루어지는 실린더용 힌지 브래킷(25)으로 구성된다. 상기 수문용 힌지 브래킷(21)은 평평한 직사각형 모양으로 형성된 수평 플레이트(22)와, 상기 수평 플레이트(22)의 상면 좌우에 각각 수직하게 일체로 세워져 서로 마주보고 그 사이에 상기 수문함체(30)의 힌지 플레이트(32)가 끼워져 힌지핀(P) 및 이와 결합되는 스냅링(S)에 의해 힌지 연결된 한 쌍의 수문용 힌지부재(23)로 구성된다. 상기 실린더용 힌지 브래킷(25)은 베이스 프레임(10)의 상면에 용접으로 고착된 베이스 플레이트(11)와 볼트, 너트로 체결된 평평한 직사각형 모양의 체결 플레이트(26)와, 상기 체결 플레이트(26)의 상면 좌우에 각각 서로 마주보게 수직하도록 일체로 세워져 상기 수문용 힌지 브래킷(21)을 지지함과 아울러 그 사이에 상기 유압실린더(40)의 실린더 하우징(41) 쪽 힌지 연결부(41a)가 끼워져 힌지핀(P) 및 스냅링(S)에 의해 힌지 연결된 한 쌍의 실린더용 힌지부재(27)로 구성된다. 여기에서 상기 실린더용 힌지부재(27)는 한쪽에 상기 수문용 힌지 브래킷(21)의 수평 플레이트(22) 양측을 각각 떠받친 상태로 용접으로 고착된 수직 플레이트부(27a)가 형성되고, 상기 수직 플레이트부(27a)에서 다른 쪽으로 상기 유압실린더(40)와 힌지 연결되는 힌지 본체부(27b)가 일체로 연장 형성된다. 이와 같은 힌지 브래킷(20)에 있어서, 상기 수문용 힌지 브래킷(21)은 그 수평 플레이트(22)의 하면 중앙에 끝이 상기 실린더용 힌지 브래킷(25)의 체결 플레이트(26)에 용접으로 고착되어 상기 수평 플레이트(22)의 휨을 방지하는 보강 플레이트(23)가 수직하도록 일체로 연결된다. 한편 상기 수문함체(30)는 배면(31)에 힌지 브래킷(20)과 동일한 간격 및 동일한 개수로 상기 각 유압실린더(40)가 각각 수용되는 상하로 기다란 실린더 수납홈부(33)가 형성된다. 그리고 상기 각 실린더 수납홈부(33)의 상부에는 상기 수문함체(30)에 유압실린더(40)의 피스톤 로드(42) 쪽 힌지 연결부(42a)를 힌지 연결하기 위한 힌지부재(34)가 용접된다. 상기에서와 같이 구성된 본 고안의 작용을 살펴보면 아래와 같다. 수로(W)를 개방하고자 할 경우, 유압실린더(40)로 공급된 작동유의 압력에너지를 제거한다. 그러면 피스톤 로드(42)는 수압 및 수문함체(30)의 자중에 의해 실린더용 힌지 브래킷(25)과 힌지 플레이트(32)의 연결부를 중심으로 넘어지게 회전하려는 수문함체(30)의 작용에 의해 실린더 하우징(41)으로 진입하게 된다. 이때 도 3b와 같이 상기 실린더 하우징(41)에 피스톤 로드(42)가 완전히 진입하여 상기 수문함체(30)가 더 이상 회전운동을 할 수 없게 되면 수로(W)는 완전히 개방된다. 반대로 수로(W)를 폐쇄하고자 할 경우, 유압펌프(도시되지 않음)를 작동시켜 유압실린더(40)로 작동유를 공급, 압력에너지를 제공한다. 그러면 피스톤 로드(42)는 실린더 하우징(41)에서 빠지게 되고, 이 작용으로 수문함체(30)는 세워지게 서서히 회전하게 된다. 이때 도 3a와 같이 상기 실린더 하우징(41)에서 피스톤 로드(42)가 완전히 빠져 상기 수문함체(30)가 더 이상 회전운동을 할 수 없게 되면 수로(W)는 완전히 폐쇄된다. 이와 같이 수로(W)가 폐쇄되면 수문함체(30)는 수압을 받게 되고, 상기 수문함체(30)를 세워진 상태로 지탱하는 유압실린더(40)는 수압과 더불어 수문함체(30)의 자중을 함께 받게 된다. 때문에 상기 유압실린더(40)에는 상당한 압축하중이 가해지나, 이에 따른 좌굴현상은 상기 유압실린더(40)가 수문함체(30)와 함께 힌지 브래킷(20)에 각각 힌지 연결되어 있어 서로간의 거리가 가까우므로 전체 길이가 짧아 방지된다. 아울러 상기 각 힌지 브래킷(20) 역시 유압실린더(40)를 통해 상기수문함체(30)가 받는 수압과 수문함체(30)의 자중을 받게 되는 바, 그 하중은 힌지 브래킷(20)이 베이스 프레임(10)의 상면에 설치되기 때문에 결과적으로 수로(W)의 바닥이 받게 된다. 게다가 상기 힌지 브래킷(20)을 구성하는 실린더용 힌지 브래킷(25)의 실린더용 힌지부재(27)가 수문용 힌지 브래킷(21)의 수평 플레이트(22)와 용접되어 있어 실린더용 힌지부재(27)의 하중에 따른 벌어짐이 방지되고, 수문용 힌지 브래킷(21)과 실린더용 힌지 브래킷(25) 사이에서 실린더용 힌지 브래킷(25)의 체결 플레이트(26)에 용접되어 수평 플레이트(22)를 지지하는 수문용 힌지 브래킷(21)의 보강 플레이트(24)에 의해 수평 플레이트(22)의 휨이 방지된다. 즉 전체적으로 보았을 때 일체성을 가지고 완전히 단단하도록 접합되어 있는 구조인 것이다. 그러므로 상기 각 힌지 브래킷(20)은 수로(W) 폐쇄 시 가해지는 각종 하중에 따른 변형이나 파손 등이 최소화된다. 한편 유압실린더(40)는 실린더 수납홈부(33)에 수용된 상태에서 모든 작동이 이루어진다. 따라서 수문함체(30)가 세워진 상태에서도 상기 유압실린더(40)가 바로 보이지 않으므로 외관이 간결해 보이게 된다. 이상 설명되지 않은 도면부호 12는 수문함체(30)가 넘어지도록 회전될 때 초래될 수 있는 수문함체(30)와 수로(W) 바닥 간의 충돌로 수문함체(30)에 가해지는 충격을 완화시키기 위한 고무 등의 완충부재이다.
이상에서와 같이 구성되고 작용하는 본 고안은 수로의 바닥에 폭을 따라 힌지 브래킷이 다수 설치되고, 상기 힌지 브래킷의 한쪽에 수문함체가 힌지 연결되며, 상기 수문함체의 배면과 힌지 브래킷의 다른 쪽에 각각 유압실린더의 양끝이 힌지 연결되어 수로 폐쇄 시 수문함체에 가해지는 하중 및 수문함체의 자중을 수로 바닥이 받게 되므로 하중에 따른 영향이 적어 변형이나 파손 등을 최소화할 수 있는 이점이 있다. 또한 힌지 브래킷의 수평 플레이트와 실린더용 힌지부재가 실린더용 힌지부재의 벌어짐을 방지할 수 있게 용접되어 수문용 힌지 브래킷과 실린더용 힌지 브래킷이 상호 보완성을 가지고 일체로 단단히 접합되고, 여기에 보강 플레이트가 수평 플레이트를 휨을 보강하는 구조이므로 전체적으로 튼튼하여 자체 변형이나 파손이 없음은 물론 수문함체 및 유압실린더와의 견실한 힌지 연결 상태를 유지할 수 있는 이점이 있다. 또한 수문함체의 배면에 실린더 수납홈부가 형성되어 여기에 유압실린더가 수용되므로 유압실린더가 바로 보이지 않아 외관이 미려하고, 이에 주위 경관과의조화가 잘 이루어진다는 이점이 있다. |
