KR100633044B1

KR100633044B1 - 수압동력발생 펌프의 섭동구조

Info

Publication number: KR100633044B1
Application number: KR1020040058380A
Authority: KR
Inventors: 함영복; 노종호; 박경민; 김광영
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2004-07-26
Filing date: 2004-07-26
Publication date: 2006-10-12
Also published as: KR20060009705A

Abstract

본 발명은 밸브 플레이트(20), 실린더 블록(30), 틸팅캠(40), 피스톤(50), 피스톤 로드(60)를 구비하고, 샤프트(10)의 회전운동을 직선운동으로 변환하여 물을 이송하는 용적형 펌프에 있어서: 상기 밸브 플레이트(20)의 외측 구면, 피스톤(50)의 외주면, 피스톤 로드(60)의 양단의 볼조인트(61)(62)에는 코팅층(25)(55)(65)이 형성되는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 기름이 아닌 물을 작동유체로 하는 수압 피스톤 펌프에 있어서 누수 현상을 방지하고 윤활성을 향상하여 동일한 효율, 성능, 내구성을 유지하도록 하는 효과가 있다.

수압펌프, 피스톤, 코팅, 플라스틱, 효율, 내마모

Description

수압동력발생 펌프의 섭동구조 {Sliding construction of hydraulic power pump}

도 1은 본 발명에 따른 구조가 적용된 펌프를 단면으로 나타내는 구성도,

도 2는 도 1의 피스톤을 확대하여 나타내는 반단면도,

도 3은 도 1의 피스톤 로드를 확대하여 나타내는 부분 도식도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

10: 샤프트 20: 밸브 플레이트

25, 55, 65: 코팅층 30: 실린더 블록

40: 틸팅캠 50: 피스톤

60: 피스톤 로드 61, 62: 볼조인트

본 발명은 수압동력발생 펌프에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기름이 아닌 물을 작동유체로 하는 수압 피스톤 펌프에 있어서 누수 현상을 방지하고 윤활성을 향상하여 동일한 성능, 효율, 내구성을 유지하도록 하는 수압동력발생 펌프의 섭동구조에 관한 것이다.

일반적으로 펌프를 선정함에 있어 형식 레이아웃을 위한 크기, 용량, 총수두, 유체종류, 가격 등을 고려한다. 펌프의 형식은 작동원리와 구조에 따라 크게 터보펌프, 용적형펌프, 특수형펌프 등으로 분류되며, 터보펌프에는 원심식, 사류(斜流)식, 축류식이 있고, 용적형펌프에는 왕복식과 회전식이 있고, 특수형에는 와류펌프, 제트펌프, 진공펌프 등이 있다.

이중에서 용적형펌프의 왕복식에 속하는 피스톤 펌프는 통상 210~450bar의 고압과 가변 용량에 적합한 반면 구조가 복잡하여 가격이 비싸고 상대적으로 흡입능력과 펌프효율이 낮은 단점이 있다. 유압(Oil Hydraulic) 피스톤 펌프인 경우 펌프 내부에는 유압 작동유가 충만 되어 있어 부품상호간의 고체 마찰을 줄여주는 윤활역할을 하지만, 이러한 경우에도 국부적인 직접접촉으로 인해 발생되는 마찰로 유압피스톤 펌프의 효율감소 및 수명단축 현상이 초래된다. 이를 방지하기 위해 섭동운동이 발생되는 부품 상호간에 이종(異種)의 재료를 적용하고, 부품 교체가 용이한 쪽에 마찰계수가 낮으면서 상대적으로 내마모성이 적은 동(銅) 재질을 적용하는 설계가 채용되기도 한다.

그러나 기름(oil)이 아닌 물(water)을 작동유체로 하는 수압(hydraulic) 피스톤 펌프의 경우, 기름보다 물의 점도가 약 32배 낮기 때문에 누수 되기 쉽고 윤활성이 떨어지므로 동일한 효율을 얻기 위해 부품간의 끼워 맞춤 틈새공차를 더욱 줄여야 할 뿐만 아니라 펌프내부 구성부품의 부식을 방지하기 위해 내식성 재료를 고려해야만 한다.

이에 본 발명은 상기한 점에 착안하는 것으로서, 기름이 아닌 물을 작동유체로 하는 수압 피스톤 펌프에 있어서 누수 현상을 방지하고 윤활성을 향상하여 동일한 효율, 성능, 내구성을 유지하도록 하는 수압동력발생 펌프의 섭동구조를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 밸브 플레이트(20), 실린더 블록(30), 틸팅캠(40), 피스톤(50), 피스톤 로드(60)를 구비하고, 샤프트(10)의 회전운동을 직선운동으로 변환하여 물을 이송하는 용적형 펌프에 있어서:

상기 밸브 플레이트(20)의 외측 구면, 피스톤(50)의 외주면, 피스톤 로드(60)의 양단의 볼조인트(61)(62)에는 코팅층(25)(55)(65)이 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징으로서, 상기 피스톤(50)은 양단에서 일정 거리(W1)만큼 코팅층(25)이 배제된다.

본 발명의 또 다른 특징으로서, 상기 코팅층(25)(55)(65)은 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 또는 엔지니어링 플라스틱을 사용한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 구조가 적용된 펌프를 단면으로 나타내는 구성도가 도시된다.

본 발명은 밸브 플레이트(20), 실린더 블록(30), 틸팅캠(40), 피스톤(50), 피스톤 로드(60)를 구비하고, 샤프트(10)의 회전운동을 직선운동으로 변환하여 물을 이송하는 용적형 펌프에 관련된다. 용적형 펌프는 왕복식과 회전식이 있는 바, 본 발명은 왕복식의 피스톤 펌프에 한정하여 설명한다. 유압 피스톤 펌프 구조를 수압 피스톤 펌프로 변경함에 있어서 커다란 문제점이었던 과도한 누수와 부식 그리고 마찰력 증대를 해소하는 목적을 달성하고자 한다.

도 1에 나타낸 바와 같이 실린더 블록(30)의 전면에는 밸브 플레이트(20)가 접하고, 내부에는 피스톤(50)이 수용되고, 피스톤(50)은 피스톤 로드(60)를 개재하여 틸팅캠(40)과 연결된다. 실린더 블록(30)과 틸팅캠(40)은 동일한 샤프트(10)에 장착되어 회전함에 따라 피스톤(50)의 직선운동이 유도된다. 밸브 플레이트(20)는 회전되지 않고 고정된다. 이에 따라 밸브 플레이트(20), 피스톤(50), 피스톤 로드(60)에서 회전운동 및 직선운동에 의한 상대운동이 유발되므로 이들 부품은 미끄럼마찰 또는 섭동운동을 하게 된다.

그러므로 점도가 낮은 물을 이용하여 수동력을 발생함에 있어 부품간의 끼워 맞춤 틈새공차를 더욱 축소함에 따른 펌프의 효율감소 및 수명단축 현상을 방지하기 위해서는 윤활성, 내마모성, 내식성을 향상하는 것이 필요하다.

본 발명에 따르면 상기 밸브 플레이트(20)의 외측 구면, 피스톤(50)의 외주면, 피스톤 로드(60)의 양단의 볼조인트(61)(62)에는 코팅층(25)(55)(65)이 형성된다. 실린더 블록(30), 틸팅캠(40), 피스톤(50)은 스테인레스 재질을 사용하고, 코팅층(25)(55)(65)은 엔지니어링 플라스틱을 사용한다. 스테인레스 재질의 실린더 블록(30)과 엔지니어링 플라스틱을 코팅한 피스톤(50)이 상대왕복운동을 하게 하고, 스테인레스 재질의 실린더 블록(30)과 엔지니어링 플라스틱을 코팅한 밸브 플레이트(20)가 상대회전운동을 하게 한다. 또한 양쪽 볼조인트(61)(62)가 엔지니어링 플라스틱으로 코팅되어진 피스톤 로드(60)를 삽입하여 피스톤(50)과 틸팅캠(40) 사이에서 상대조인트운동을 하도록 한다.

도 2는 도 1의 피스톤을 확대하여 나타내는 반단면도가 도시된다.

본 발명의 상기 피스톤(50)은 양단에서 일정 거리(W1)만큼 코팅층(25)이 배제된다. 피스톤(50)의 외주면에는 요홈(50a)을 형성하고 여기에 코팅층(25)이 충진되도록 한다. 피스톤(50)의 양단에서 일정 거리(W1)만큼 이격시킨 폭으로 코팅하는 것은 피스톤(50)의 직선운동 중에 스테인레스와의 접합면에 외력이 작용하여 코팅층(25)이 분리되는 것을 방지하는 측면에서 유리하다.

한편, 피스톤(50)의 내면에는 피스톤 로드(60)의 볼조인트(61)를 수용하는 삽착공(50b)이 형성되는데, 삽착공(50b)은 전방으로 통공(50c)을 연장하여 물에 의한 윤활과 냉각이 수행되도록 하는 것이 좋다.

도 3은 도 1의 피스톤 로드를 확대하여 나타내는 부분 도식도이다.

도 2와 같은 이유로 볼조인트(61)(62)의 중심선에서 일정 거리(W2)를 초과하는 범위로 코팅층(65)을 형성하는 것이 좋다. 즉, 각도 범위로는 볼의 중심에서 적어도 180° 이상에 걸쳐 코팅한다.

이때, 본 발명에 따른 코팅층(25)(55)(65)은 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 또는 엔지니어링 플라스틱을 사용한다. 엔지니어링 플라스틱은 1964년 폴리이미드(PI)의 개발을 시작으로 1970년대 이후로 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리아미드이미드(PAI), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르이미드(PEI), 액정폴리 에스테르(LCP), 폴리에테르케톤(PEK) 등이 개발되고 있다. PEEK(PolyethereKetone; 피크)는 통칭 슈퍼엔지니어링 플라스틱으로서 내약품성이 매우 우수하고 내열성, 내마모성, 난연성도 우수한 편이다.

이외에 예를 든다면, PPS(폴리페니렌설파이드)는 결정성의 슈퍼 엔지니어링 플라스틱으로서 연속사용온도 200℃에 이를 만큼 우수한 내열성을 가지며 고온도 사용범위 중에서 장시간 사용해도 물성열화가 거의 없어 바람직하다. 유리섬유 강화 폴리아미드는 엔지니어링 플라스틱 중에서도 가장 높은 강도, 단성율을 가지고 있으며 내유성이나 내열성에 있어서도 우수하지만 연속사용온도 105℃로 낮은 편이므로 저부하용으로 적절하다.

코팅층(25)(55)(65)의 두께는 0.8㎜로 하고 연삭가공을 통하여 0.5㎜ 이상으로 유지한다. 코팅두께가 너무 얇으면 열변형이나 취성에 의해 파손되기 용이한 반면 너무 두꺼우면 부품의 전체적인 기계적 강도가 크게 약화된다.

이와 같은 구조의 수압 액셜 피스톤 펌프에 있어서 서로 상대운동 하는 부분의 일측(부품 교체가 용이한 쪽)의 부품에 PEEK 재료와 같은 엔지니어링 플라스틱을 코팅하여 부품 상호간 마찰계수를 줄인다. 기름을 사용하는 유압 펌프에서 적용된 끼워맞춤 틈새공차보다 작게 되도록 하여 물을 작동유체로 사용하는 수압피스톤 펌프에서도 누설량을 줄이면서 부식을 방지하는 동시에 마찰력을 감소시켜 부품의 수명을 연장시킬 수 있다. 그러므로 수압피스톤 펌프가 유압피스톤 펌프와 동등한 수준의 성능을 발휘 할 수 있게 된다.

상술한 본 발명의 구성 및 작용에 의하면 기름이 아닌 물을 작동유체로 하는 수압 피스톤 펌프에 있어서 누수 현상을 방지하고 윤활성을 향상하여 동일한 효율, 성능, 내구성을 유지하도록 하는 효과가 있다.

Claims

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밸브 플레이트(20), 실린더 블록(30), 틸팅캠(40), 피스톤(50), 피스톤 로드(60)를 구비하고, 샤프트(10)의 회전운동을 직선운동으로 변환하여 물을 이송하는 용적형 펌프에 있어서:

상기 밸브 플레이트(20)의 외측 구면과, 피스톤(50)의 외주면 및 피스톤 로드(60) 양단의 볼조인트(61)(62)에는 각각 코팅층(25)(55)(65)을 형성하되, 상기 피스톤(50)은 양단에서 일정 거리(W1)만큼 코팅층(25)이 배제되고, 상기 피스톤 로드(60)는 볼조인트(61)(62)의 중심선에서 일정 거리(W2)를 초과하는 범위로 코팅층(65)을 형성하는 것을 특징으로 하는 수압동력발생 펌프의 섭동구조.
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