KR0179440B1 - 워터 제트룸용 씨실넣기 노즐 - Google Patents

Abstract

워터제트룸용 씨실넣기 노즐에 있어서, 스테빌라이저로부터 오리피스를 향하는 고압수의 정류와 캐비테이션을 억제함으로써 안정된 방출을 가능케 한다.

노즐 본체의 내부에 위사 도입용 니들을 동축 배치하고, 이 니들 선단부의 헤드 주위에 오리피스를 형성함과 동시에 오리피스 상류측에 정류용의 스테빌라이저를 구비한 씨실넣기 노즐에 있어서, 스테빌라이저에는 방사상으로 복수의 슬리트를 유로로서 형성하는 날개를 축선 방향의 거의 전장에 구비하며, 날개의 하류측의 단면을 형성하는 백엣지와 오리피스 사이에 공동부를 형성하여 백엣지 부근에서 발생하는 캐비테이션을 방지한다.

Description

워터 제트룸용 씨실넣기 노즐

본 발명은 워터 제트룸용 씨실넣기 노즐에 관한 것으로, 특히 공급된 압력수를 정류하는 스테빌라이저를 나온 후의 고속 흐름에서 발생되는 캐비테이션을 방지함으로써 스테빌라이저의 정류 효과를 향상시켜 안정된 워터 제트가 얻어지도록 한 유로구조에 관한 것이다.

워터 제트 룸에는 펌프로부터의 압력수를 방출하여 위사를 개구시킨 경사 중으로 진행시키기 위한 씨실넣기 노즐을 구비한다. 이 씨실넣기 노즐은 위사를 씨실넣기 하기 위한 압력수를 공급하여 방출단의 오리피스로부터 위사를 압력수와 함께 소정 방향으로 주행시키는 기능을 가진다. 그리고 이러한 씨실넣기 노즐로서는 예를들어 일본국 실개소 62-88779호 공보나 실공평 2-17025호 공보에 기재된 것이 있다.

이들 씨실넣기 노즐에 있어서는 외부로부터의 고압의 급수 흐름이 정류되어 항상 일정하게 안정된 흐름으로 방출되는 것이 중요시되고 있다. 이 때문에 상기 공보에 기재된 것 뿐만 아니라, 씨실넣기 노즐의 내부 유로에는 공급된 고압수를 오리피스 부분에서 활류화 되지 않도록 스테빌라이저를 마련한 것이 일반적으로 이용되고 있다.

이 스테빌라이저는 예를들어 내부 유로를 복수로 방사상으로 분할하는 단면 형상의 슬리트를 형성한 것이며, 외부로부터 공급된 압력수를 이들 슬리트에 통하게 함으로써 정류를 꾀하는 것이다. 그리고 이러한 정류화를 달성하기 위해서는 슬리트의 유선방향의 길이나 각각의 슬리트의 개구 단면적을 적절히 설정하는 것이 중요하다.

그런데, 노즐내에 공급되어 오리피스로부터 방출되는 압력수는 고압으로 그 유속도 크다. 이 때문에 스테빌라이저로부터 오리피스에 걸친 내부 유로의 설계를 최적화하고 있다 할지라도 압력수의 미묘한 압력 변동이나 유량의 변화가 생기면 스테빌라이저를 마련하고 있더라도 유선이 흐트러지거나 하는 것은 피할 수 없다.

예를들어 이미 열거한 실개소 62-88779호 공보에 기재된 씨실넣기 노즐에서는 스테빌라이저와 오리피스가 상당히 근접한 위치 관계에 있으며, 정류되기 보다 오히려 캐비테이션의 영향이 큰 흐름이 오리피스를 향하는 현상을 발생시킨다. 이는 스테빌라이저의 슬리트를 형성하기 위해 방사상으로 배열된 날개의 존재에 기인한 것이다.

즉, 슬리트를 빠져나가 압력수가 흘러 날개의 단면을 통과할 때에는 흐름이 고속이므로 이 날개의 단면 부분에서 캐비테이션을 일으킨다. 이와같이 스테빌라이저를 나온 직후의 흐름은 슬리트의 유로 단면에 상당하여 정류화가 꾀해지는 한편, 캐비테이션의 발생도 완전히 회피할 수 없다. 따라서 스테빌라이저를 마련하고 있더라도 그 후의 흐름을 안정화할 수 없는 채 오리피스로부터 방출됨으로써 위사의 안정된 씨실넣기에 영향을 미친다.

또한 후자의 공보에 기재된 씨실넣기 노즐에서는 스테빌라이저가 플라스틱제로 되어 있으므로 고압수의 고속 유동 및 날개 단면에서의 캐비테이션의 발생에 따라 날개에 미소 진동을 일으키기 쉽다. 이러한 진동은 슬리트를 빠져나가는 흐름에 대해서 난류화를 촉진시키는 결과가 되어, 스테빌라이저를 마련하고 있더라도 난류를 유기시키게 된다.

이와같이 스테빌라이저를 마련하고 있더라도 오리피스를 향하는 흐름으로부터 캐비테이션의 발생을 완전히 방지하기에는 큰 곤란성을 수반하여 최적의 씨실넣기의 달성에 장해가 되기 쉽다.

본 발명에 있어서 해결해야 할 과제는 스테빌라이저로부터 오리피스를 향하는 고압수의 정류와 캐비테이션의 방지를 꾀함으로써 안정된 방출이 가능한 씨실넣기 노즐을 제공하는 것에 있다.

도 1은 본 발명의 워터 제트룸용 씨실넣기 노즐의 일실시예를 나타낸 요부의 종단면도이다.

도 2는 도 1의 A-A선에서 본 종단면도이다.

도 3은 다른 실시예를 나타낸 씨실넣기 노즐의 요부의 종단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 노즐 본체 4 : 스테빌라이저

1a : 공급공 4a : 날개

1b : 홀딩시트 4b : 슬리트

2 : 니들 4 : 백엣지

2a : 도입공 5 : 오리피스

2b : 헤드 6 : 공동부

3 : 슬로트 블록 3a : 테이퍼

3b : 슬로트 3c : 캐비티

3d : 스페이서

본 발명은 노즐 본체의 내부에 위사 도입용 니들을 동축 배치하고, 상기 니들의 선단부의 헤드 주위에 오리피스를 형성하며, 또한 상기 오리피스의 상류측에 정류용의 스테빌라이저를 구비한 씨실넣기 노즐에 있어서, 상기 스테빌라이저는 방사상으로 복수의 슬리트를 유로로서 형성하는 날개를 축선방향의 거의 전장에 구비하며, 상기 날개의 하류측 단면을 형성하는 백엣지와 상기 오리피스 사이에 상기 슬리트의 엣지에 의해 발생하는 캐비테이션을 제어가능한 내부 용적을 가지는 공동부를 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에 있어서, 오리피스를 니들의 헤드의 외주면과 그 주변에 배치한 슬로트 블록의 내부면에 의해 형성하며, 슬로트 블록이 공동부를 향하는 면을 하류측을 향해 유로 면적이 축소되는 테이퍼 형상으로 한 것으로 할 수 있다.

스테빌라이저와 오리피스 사이에 마련한 공동부는 스테빌라이저의 슬리트 엣지에 의해 발생되는 캐비테이션을 억제하도록 작용한다. 따라서 캐비테이션에 의한 불연속적인 압력수의 흐름이 유기되지 않고 항상 연속 흐름으로서 오리피스측으로 공급할 수 있다.

또한 슬로트 블록과 니들의 헤드 사이에 오리피스를 형성한 것에서는 공동부를 향하는 슬로트 블록면을 하류측을 향하여 직경이 축소되는 테이퍼 형상으로 함으로써 공동부 내로부터의 흐름을 원활하게 오리피스측으로 이끄는 가이드가 가능해진다.

도 1은 본 발명의 씨실넣기 노즐의 요부를 나타낸 종단면도, 도 2는 도 1의 A-A선에서 본 종단면도이다.

도면에 있어서, 직기의 동작에 연동하여 워터 제트용 펌프의 압력수가 공급되는 노즐 본체(1)중에 니들(2)이 동축상에서 조립되어 있다.

노즐 본체(1)은 그 축선방향의 거의 중간부분의 주벽에 적절한 수의 공급공(1a)을 원주방향으로 일정 피치로 뚫어, 이들 공급공(1a)으로부터 일정한 압력수의 유입을 가능케 한다. 또한 노즐 본체(1)의 내주벽은 그 기단부를 제외한 공급공(1a)의 약간 선단까지는 동일 직경으로 형성되며, 선단부는 약간 내경을 크게 한 홀딩시트(1b)로 하고 있다.

니들(2)은 축선방향으로 위사의 도입공(2a)을 관통시킨 것으로, 제1도에 도시한 바와 같이 노즐 본체(1)에 결합하여 조립했을 때에는 공급공(1a)에 상당하는 위치로부터 급격히 선단이 가늘어지는 프로파일을 가지는 헤드(2b)를 형성하고 있다. 그리고 이 헤드(2b)는 선단측으로 감에 따라 외경이 점차 축소되고, 그 선단을 홀딩시트(1b)에 둘러싸인 부분에 동축상에 위치시키고 있다.

홀딩시트(1b) 속에는 슬로트 블록(3) 및 스테빌라이저(4)를 각각 동축 배치로서 조립한다. 또한 이들 슬로트 블록(3)과 스테빌라이저(4)의 홀딩시트(1b)에의 조립은 예를들어 압입법 등에 의해 행한다.

슬로트 블록(3)의 기단측에는 개구 면적이 점차 축소되는 테이퍼(3a)를 형성함과 동시에 테이퍼(3a)의 종단으로부터 단면이 약간 축소되는 슬로트(3b)를 마련하고, 또한 이 슬로트(3b)의 종단으로부터 선단에 걸친 부분을 개구 단면이 큰 캐비티(3c)로 하고 있다. 그리고 슬로트 블록(3)의 슬로트(3b)가 니들(2)의 헤드(2b) 부분에 대응하는 조립으로 함으로써 슬로트(3b)와 헤드(2b)의 주위에 환상 유로 단면으로서 압력수를 증속시켜 워터 제트화하기 위한 오리피스(5)가 형성된다.

스테빌라이저(4)는 예를들어 금속 또는 세라믹 등을 소재로 한 것으로서, 제2도에 도시한 바와 같이 원주방향으로 일정 피치로 배치한 복수의 날개(4a)를 축선방향의 전장에 형성한 환상 단면을 가진다. 이들 날개(4a)들 사이에는 모두 유로 형성이 동일하게 유로 단면도 똑같은 슬리트(4b)가 형성된다. 그리고 슬리트(4b)의 저부까지의 깊이는 도 1에 도시한 바와 같이 공급공(1a)측의 노즐 본체(1)의 내주에 거의 일치되도록 하여 고압수의 흐름에 대한 저항이 없도록 한다.

날개(4a)는 도 1에 도시한 바와 같이 공급공(1a)을 향하는 단면을 원호부(4c)로 하고, 이에 연결되어 헤드(2b)의 선단이 가는 형상으로 거의 일치시킨 경사를 가지는 인너 엣지(4b)를 형성하며, 또한 그 종단부에는 유로 축선과 예각을 이루는 백엣지(4e)를 마련하고 있다. 이 백엣지(4e)는 슬로트 블록(3)의 테이퍼(3a)와 선대칭이 되는 프로파일을 가진다.

여기서 스테빌라이저(4)는 홀딩시트(1b)의 가장 안쪽까지 끼워넣어지고, 그 백엣지(4e)의 단부와 슬로트 블록(3)의 테이퍼(3a)사이에는 간격을 가지도록 하고 있다. 즉, 스테빌라이저(4)와 슬로트 블록(3) 사이에는 테이퍼(3a)와 날개(4a)의 후단의 백엣지(4e)에 의해 구획되어 스테빌라이저(4)로부터 오리피스(5)까지 사이에서 유로 면적이 최대가 되는 영역을 포함하는 공동부(6)가 형성되어 있다. 그리고 고압수는 이 공동부(6)를 관통한 후에 테이퍼(3a)에 의해 점차 좁혀져 유속을 올리면서 오리피스(5)에서 최대 유속이 되어 고속으로 분사된다.

이상의 구성에 있어서, 공급공(1a)으로부터의 고압수는 헤드(2b)를 따르면서 스테빌라이저(4)의 슬리트(4b)를 통과하여 공동부(6)로 흘러들며, 테이퍼(3a)에 의해 오리피스(5) 측으로 유도된다. 이러한 압력수의 유동시 종래기술 란에서도 설명한 바와 같이 슬리트(4b)를 빠져나간 후의 고속류에 의해 백엣지(4e)의 후단측 특히 단면 부근에서는 캐비테이션을 발생시키기 쉽다.

이에 대해, 슬리트(4b)를 빠져나간 후의 고속류는 유로 면적이 스테빌라이저(4)의 그것보다 큰 공동부(6)로 흘러든 후에 슬로트 블록(3)의 테이퍼(3a)에 의해 좁혀진다. 즉, 슬리트(4b)로부터 공동부(6)에 걸친 캐비테이션을 포함한 고속류는 공동부(6)에서의 유로 면적의 확대에 의해 소멸시켜 테이퍼(3a)에 의해 유도된다. 따라서 슬리트(4b)를 빠져나간 후의 고속류는 공동부(6) 속에서 안정된 흐름으로 변환되어 오리피스(5)에서 좁혀져 증속하고, 이 오리피스(5)를 통과할 때 최대 유속이 되어 고속의 분사류가 얻어지며, 니들(2)의 도입공(2a)으로 부터의 위사(도시하지 않음)를 고정도로 방출할 수 있다.

한편, 공동부(6)를 마련함으로써 스테빌라이저(4)로부터 오리피스(5)까지의 유선은 일단 외측으로 확대되도록 하고, 흐름의 속도 프로파일에도 변동이 나타난다. 이에 대해 공급공(1a)로부터의 압력수의 흐름은 슬리트(4b)를 관통할 때에 유로 단면의 주방향으로 똑같이 되어 있어 테이퍼(3a)부에서 캐비테이션을 소멸시켜 연속 흐름으로 하는 것이 가능해짐으로써 이 일시적인 유선의 확대는 슬로트(3b)를 통과하여 증속될 때에는 소멸되어 적정 분류(噴流)가 얻어진다.

도 3은 다른 실시예로서, 이는 슬로트 블록(3)이 스테빌라이저(4)에 대향하는 면에 스페이서(3b)를 일체로 형성한 것이다.

스페이서(3d)의 내경은 스테빌라이저(4)의 슬리트(4b)의 깊이가 거의 동일한 것으로 하며, 슬리트(4b)를 빠져나간 고속류는 스페이서(3d)로 안내되어 테이퍼(3a)측으로 유도된다. 이러한 스페이서(3d)를 마련함으로써 슬로트 블록(3)이 스테빌라이저(4)를 구속하는 부재가 되는 이외에 슬로트 블록(3) 자신도 그 위치결정이 가능하므로 홀딩시트(1b)에의 슬로트 블록(3) 및 스테빌라이저(4)의 조립 정밀도의 향상을 꾀할 수 있다.

본 발명에서는 스테빌라이저와 오리피스 사이에 공동부를 마련하여 스테빌라이저의 슬리트 엣지에 의해 발생할 가능성이 있는 캐비테이션을 억제함으로써 오리피스로부터 양호한 고압수의 분사가 가능해지며, 위사를 고정도로 적정한 방향으로 씨실넣기 가능하다.

Claims (2)

1. 노즐 본체의 내부에 위사 도입용 니들을 동축 배치하고, 상기 니들의 선단부의 헤드 주위에 오리피스를 형성하며, 또한 상기 오리피스의 상류측에 정류용의 스테빌라이저를 구비한 씨실넣기 노즐에 있어서, 상기 스테빌라이저는 방사상으로 복수의 슬리트를 유로로서 형성하는 날개를 축선방향의 거의 전장에 구비하며, 상기 날개의 하류측 단면을 형성하는 백엣지와 상기 오리피스 사이에 상기 슬리트의 엣지에 의해 발생하는 캐비테이션을 제어가능한 내부 용적을 가지는 공동부를 형성하여 이루어지는 워터 제트룸용 씨실넣기 노즐.
2. 제1항에 있어서, 상기 오리피스를 상기 니들의 헤드의 외주면과 그 주변에 배치한 슬로트 블록의 내주면에 의해 형성하며, 상기 슬로트 블록이 상기 공동부를 향하는 면을 하류측을 향해 유로 면적이 축소되는 테이퍼 형상으로 이루어지는 워터 제트룸용 씨실넣기 노즐.