KR100723016B1 - 펌프용 밸브플레이트의 정압베어링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 펌프용 밸브플레이트의 정압베어링에 관한 것으로서, 회전하면서 공급된 오일을 송출시키는 배럴과, 상기 배럴과 접하고 오일을 흡입 및 송출시키는 흡입구와 송출구가 형성된 밸브플레이트를 갖는 펌프에 있어서, 상기 밸브플레이트에는 배럴과의 접촉부에 유막을 형성하는 정압베어링이 구성되되, 상기 정압베어링은 밸브플레이트의 송출구와 연통되어 송출되는 오일의 일부가 유입되는 포켓부가 형성되고, 상기 포켓부의 외주연에는 배럴과 접하는 랜드부가 돌출 형성된 것을 특징으로 하여, 밸브플레이트와 배럴 사이에 유막에 의한 간극을 형성함으로써 밸브플레이트와 배럴간의 마찰열과 마모를 저감시켜 열손실을 감소시키고, 펌프의 수명을 연장시키며, 유지비를 감소시킬 수 있게 된다.

사판, 펌프, 밸브플레이트, 배럴, 정압, 유막, 간극

Description

펌프용 밸브플레이트의 정압베어링{Hydo-static Bearing of Valveplate for Pump}

도 1은 본 발명에 따른 펌프의 일례로서 사판식 펌프를 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 사판식 펌프의 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 사판식 펌프의 구동축과 사판, 실린더배럴, 밸브플레이트를 도시한 도면이다.

도 4는 도 3에서 사판과 밸브플레이트를 제거한 도면이다.

도 5는 본 발명에 따른 밸브플레이트를 도시한 도면이다.

도 6은 본 발명에 따른 밸브플레이트의 내부구조를 보인 도면이다.

도 7은 본 발명에 따른 사판식 펌프의 유압회로도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 펌프 110 : 하우징

111 : 흡입포트 112 : 송출포트

113 : 쿨러포트 114 : 드레인포트

120 : 구동축 121 : 오일공

130 : 사판 131 : 오일공

140 : 배럴 141 : 보어

142 : 오일공 143 : 터빈블레이드

150 : 피스톤 151 : 스프링

152 : 슈 160 : 밸브플레이트

161 : 액츄에이터 162 : 스프링

163 : 피스톤 164 : 흡입구

165 : 송출구 166 : 오일공

167 : 이송관 168 : 오리피스

169 : 랜드부 170 : 정압베어링

171 : 포켓부 172 : 랜드부

173 : 오일공 180,181 : 베어링

본 발명은 펌프용 밸브플레이트의 정압베어링에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 펌프내에 설치된 밸브플레이트에 배럴과 일정한 간격을 유지하도록 한 정압베어링을 구성함으로써 밸브플레이트와 배럴간의 마찰열과 마모를 저감시키도록 한 펌프용 밸브플레이트의 정압베어링에 관한 것이다.

일반적으로, 펌프는 압력작용을 이용하여 관을 통해 유체를 수송하는 기계장치로서, 그 구조와 용도에 따라 다양한 종류로 구분된다.

그 중에서 사판식 펌프는, 일면에 흡입포트와 송출포트가 형성된 하우징과, 상기 하우징내에 회전가능하게 설치된 구동축과, 상기 하우징내에 경사지게 설치된 사판과, 상기 구동축에 의해 회전되는 배럴과, 상기 배럴의 각 보어에 복동가능하게 설치되고 슈를 통해 사판에 접하도록 설치된 피스톤으로 구성되어, 배럴이 회전됨에 따라 배럴내의 피스톤이 각각 흡입행정과 토출행정을 반복적으로 수행하고, 사판의 경사각도를 조절함에 따라 피스톤의 복동스트로크가 변화되어 토출유량이 가변 조절되도록 구성된다. 즉, 사판의 경사각도에 따라서 토출과 흡입유량이 무단 제어됨으로써 펌프로서의 기능을 발휘한다.

그리고, 이와 같이 구성된 사판식 펌프는 용량이 커짐에 따라서 상당량의 고열이 발생된다. 즉, 예를 들면, 95％ 효율의 100㎾ 의 펌프는 입력에너지의 5％ 가 손실되므로 5㎾ 의 열이 생성된다. 따라서, 발생된 열을 냉각시키기 위한 냉각장치가 요구된다.

이러한 점을 감안하여, 종래에는 사판식 펌프에 별도의 냉각오일을 공급하기 위한 쿨러를 연결하여, 냉각오일을 사판식 펌프내로 공급함으로써 펌프를 냉각시켜 왔다.

그러나, 이와 같은 사판식 펌프의 배럴은 그 일면이 밸브플레이트의 일면에 접한 상태로 회전 즉 습동되므로 인해 이 습동부위로 냉각오일의 공급이 원활치 못 할 뿐만 아니라, 밸브플레이트와 배럴 사이의 접촉면에 고온의 마찰열이 발생되고, 심한 마모가 발생되는 문제점이 있었다.

이에, 본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 밸브플레이트와 배럴이 오일의 유막으로서 일정한 간격을 유지하도록 한 정압베어링을 밸브플레이트에 구성함으로써 밸브플레이트와 배럴간의 마찰열과 마모를 저감시켜 열손실을 감소시키고, 펌프의 수명을 연장시키며, 유지비를 감소시킬 수 있도록 한 펌프용 밸브플레이트의 정압베어링을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 펌프용 밸브플레이트의 정압베어링은, 회전하면서 공급된 오일을 송출시키는 배럴과, 상기 배럴과 접하고 오일을 흡입 및 송출시키는 흡입구와 송출구가 형성된 밸브플레이트를 갖는 펌프에 있어서, 상기 밸브플레이트에는 배럴과의 접촉부에 유막을 형성하는 정압베어링이 구성되되, 상기 정압베어링은 밸브플레이트의 송출구와 연통되어 송출되는 오일의 일부가 유입되는 포켓부가 형성되고, 상기 포켓부의 외주연에는 배럴과 접하는 랜드부가 돌출 형성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 밸브플레이트의 송출구와 포켓부 사이에는 각각 송출구 와 포켓부에 연통된 이송관이 설치되고, 상기 이송관에는 오리피스가 형성된다.

그리고, 상기 흡입구와 송출구 외주연의 밸브플레이트에는 배럴과 접하는 랜드부가 돌출 형성된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

여기서, 본 발명의 실시예에서는 펌프의 바람직한 일례로 사판식 펌프를 들어 설명하지만, 본 발명이 이에 국한되는 것은 아님을 미리 밝혀둔다.

첨부도면 도 1 내지 도 7은 본 발명에 따른 펌프 및 밸브플레이트의 정압베어링을 도시한 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 펌프는 도면으로 도시된 바와 같이, 사판식 펌프(100)로 이루어진다.

상기 사판식 펌프(100)는, 흡입포트(111)와 송출포트(112)가 형성된 하우징(110)과, 상기 하우징(110)내에 회전가능하게 설치된 구동축(120)과, 상기 하우징(110)내에 경사지게 설치된 사판(130)과, 상기 구동축(120)에 의해 회전되는 배럴(140)과, 상기 하우징(110)에 고정되고 배럴(140)에 접한 밸브플레이트(160)와, 상기 배럴(140)에 복동가능하게 설치되고 슈(152)를 통해 사판(130)에 접하도록 설치된 피스톤(150)으로 구성된다.

그리고, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 흡입포트(111)와 송출포트(112) 상부의 하우징(110)에는 쿨러와 드레인이 각각 연결되는 쿨러포트(113)와 드레인포 트(114)가 형성된다.

상기 쿨러포트(113)로는 외부에서 공급되는 냉각오일이 유입되고, 상기 드레인포트(114)로는 펌프(100) 내부를 순환하여 냉각시킨 냉각오일이 배출된다.

그리고, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 배럴(140)의 외주면 일측 즉 밸브플레이트(160)와 인접한 측에는 펌프(100)내의 냉각오일을 순환시키는 터빈블레이드(143)가 배럴(140)의 외주면에 원주방향으로 설치된다.

또한, 상기 배럴(140)의 내부에는, 각각의 피스톤(150)이 복동가능하게 삽입되는 보어(141)가 형성되고, 상기 보어(141)의 일면 즉 밸브플레이트(160)와 접하는 면에는 흡입포트(111)를 통해 유입된 오일을 보어(141)내로 공급하는 오일공(142)이 천공된다.

상기 보어(141)에 삽입된 피스톤(150)은 사판(130)과 대향하는 일단부가 슈(152)를 매개로 사판(130)에 접하고, 보어(141) 내부에 위치된 타단부에는 스프링(151)이 설치된다.

그리고, 도 2에서와 같이, 상기 구동축(120)에는 배럴(140)의 터빈블레이드(143)에 의해 순환되는 냉각오일이 출입되는 다수의 오일공(121)이 방사상으로 천공된다.

상기 오일공(121)은 밸브플레이트(160)가 결합된 구동축(120)의 일측과, 상기 사판(130)과 하우징(110)에 각각 결합된 구동축(120)의 일측에 축방향과 수직하게 천공되어, 상기 오일공(121)으로 출입되는 냉각오일이 구동축(120)과 이에 접한 습동부 즉 마찰부위측으로 유입되어 마찰부에서 발생된 열을 냉각시키게 된다.

그리고, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 구동축(120)에 경사지게 설치된 사판(130)에도 구동축(120)의 오일공(121)을 통한 냉각오일이 출입되는 다수의 오일공(131)이 방사상으로 천공된다.

상기 사판(130)의 오일공(131)은 구동축(120)과 접한 내주면에서 외주면측으로 천공되어, 상기 구동축(120)의 오일공(121)에서 토출된 냉각오일을 사판(130)의 외주연측으로 토출시키게 된다.

또한, 상기 하우징(110)의 내측 후면과 대향되는 밸브플레이트(160)의 후면에는 도 2 및 도 3, 도 7에 도시된 바와 같이, 하우징(110)과의 사이에서 냉각오일이 유동할 수 있는 통로를 확보하도록 하우징(110)과 일정간격으로 이격된 간격을 유지토록 하는 액츄에이터(161)가 설치된다.

상기 액츄에이터(161)는 밸브플레이트(160)의 송출구(165)에 천공된 오일공(166)을 통해 송출구(165)와 연통되게 내장되고, 그 일단은 하우징(110)의 내측 후면에 접하도록 돌출되며 타단에는 배럴(140)내의 피스톤(150)에 의해 발생된 송출압이 작용하는 피스톤(163)으로 구성되고, 상기 피스톤(163)과 밸브플레이트(160) 사이에는 스프링(162)이 개재되어 설치된다.

이는, 상기 배럴(140)의 고온의 압력에 의해 배럴(140)이 밸브플레이트(160)측으로 밀리면서 밸브플레이트(160)를 하우징(110)측으로 밀게 되는데, 이때 배럴(140)내의 피스톤(150)에 의해 밸브플레이트(160)를 통해 송출포트(112)로 배출되는 오일의 일부를 송출압 그대로 밸브플레이트(160)의 액츄에이터(161)로 바이패스시켜 이의 송출압이 바로 액츄에이터(161)의 피스톤(163)을 미는 힘으로 작용되 게 함으로써 밸브플레이트(160)가 밀리지 않아 밸브플레이트(160)와 하우징(110) 사이의 간격은 일정하게 유지될 수 있게 된다.

한편, 상기 밸브플레이트(160)의 전면에는 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 배럴(140)과의 접촉부상에 유막을 형성하기 위한 정압베어링(170)이 구성된다.

상기 정압베어링(170)은 액츄에이터(161)와 마찬가지로 밸브플레이트(160)의 송출구(165)와 연통되어 액츄에이터(161)로 유입되는 일부의 오일이 정압베어링(170)측으로 유입된다.

상기 정압베어링(170)은 배럴(140)의 후면에 대향되는 밸브플레이트(160)의 전면에 액츄에이터(161)로 유입되는 일부의 오일이 공급되는 포켓부(171)가 형성되고, 상기 포켓부(171)의 외주연에는 배럴(140)의 후면과 접하는 랜드부(172)가 돌출 형성된다.

또한, 상기 밸브플레이트(160)의 흡입구(164)과 송출구(165)의 외주연에도 배럴(140)의 후면과 접하는 랜드부(169)가 돌출 형성되어, 상기 밸브플레이트(160)와 배럴(140)간의 접촉면적을 최소화하게 된다.

그리고, 상기 송출구(165)와 포켓부(171) 사이에는 그 양단부가 각각 송출구(165)와 포켓부(171)의 오일공(173)과 연통된 이송관(167)이 밸브플레이트(160)에 내장되게 설치되고, 상기 이송관(167)에는 송출구(165)측에서 포켓부(171)측으로 직경이 축소된 오리피스(168)가 형성된다.

여기서, 미설명부호 "180", "181"은 각각 구동축(120)에 접한 베어링을 도시 한 것이다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 펌프용 밸브플레이트의 정압베어링의 작동을 설명한다.

먼저, 펌프(100)의 작동시는, 모터에 연결된 구동축(120)의 회전에 의해 배럴(140)이 하우징(110)내에서 회전 구동되고, 회전되는 배럴(140)에 의해 배럴(140)의 보어(141)에 삽입된 피스톤(150)이 보어(141)내에서 출입되면서 왕복운동을 하게 된다.

이와 같이 왕복운동하는 피스톤(150)은 배럴(140)의 오일공(142)을 통해 흡입라인측에서는 흡입압력을 발생시키고, 송출라인측에서는 송출압력을 발생시키게 된다.

따라서, 상기와 같은 피스톤(150)의 왕복운동에 의해 유압 즉 오일은 하우징(110)의 흡입포트(111)와 밸브플레이트(160)의 흡입구(164)를 통해 배럴(140)의 보어(141)내로 공급되고, 이와 같이 공급된 오일은 피스톤(150)의 가압력에 의해 밸브플레이트(160)의 송출구(165)와 하우징(110)의 송출포트(112)를 통해 외부로 배출된다.

이때, 오일이 밸브플레이트(160)의 송출구(165)를 통해 배출될 때, 대부분의 오일은 그대로 배출되지만, 일부의 오일은 송출압 그대로 송출구(165)의 오일공(166)을 통해 액츄에이터(161)로 공급되고, 또 다른 일부는 송출압 그대로 정압베어링(170)측으로 공급된다.

이와 같이 정압베어링(170)으로 공급되는 오일은 이송관(167)의 오리피스(168)와 포켓부(171)의 오일공(173)을 통해 포켓부(171)로 공급되며, 공급된 오일은 액츄에이터(161)로 공급된 오일과 동일한 압력으로 작용됨으로써 밸브플레이트(160)가 힘평형을 이루게 된다.

따라서, 상기와 같이 공급된 오일에 의해 포켓부(171)의 랜드부(172)와 배럴(140)의 후면 사이에는 유막에 의한 간극이 형성되고, 이 유막간극에 의해 배럴(140)과 밸브플레이트(160)간의 마찰열과 마모는 현저하게 저감된다.

또한, 상기와 같은 배럴(140)의 회전시는, 쿨러포트(113)를 통해 하우징(110)내로 공급된 냉각오일이 배럴(140)의 터빈블레이드(143)에 의해 하우징(110)의 각 부위로 압송되어 순환됨으로써 냉각오일이 한곳에 정체되지 않고 순환되어 펌프(100)의 냉각성능이 향상된다.

이와 같이 순환되는 냉각오일 중 일부는 액츄에이터(161)에 의해 하우징(110)과 밸브플레이트(160) 사이에 형성된 간극으로 유입되고, 간극으로 유입된 냉각오일은 구동축(120)과 일측의 베어링(180)(181) 및 하우징(110) 사이로 유입되어, 구동축(120)의 오일공(121)을 통해 각 습동부위 즉 마찰부위로 공급되어 윤활 및 냉각시키게 된다.

따라서, 펌프(100)의 열발생을 저감시켜 열손실과 마모율을 감소시키므로 펌프(100)의 수명을 연장시키고, 유지비를 감소시킬 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 펌프용 밸브플레이트의 정압베어링에 따르면, 밸브플레이트와 배럴 사이에 유막에 의한 간극이 형성됨으로써 밸브플레이트와 배럴간의 마찰열과 마모를 저감시켜 열손실을 감소시키고, 펌프의 수명을 연장시키며, 유지비를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 회전하면서 공급된 오일을 송출시키는 배럴과, 상기 배럴과 접하고 오일을 흡입 및 송출시키는 흡입구와 송출구가 형성된 밸브플레이트를 갖는 펌프에 있어서,

   상기 밸브플레이트에는 배럴과의 접촉부에 유막을 형성하는 정압베어링이 구성되되, 상기 정압베어링은 밸브플레이트의 송출구와 연통되어 송출되는 오일의 일부가 유입되는 포켓부가 형성되고, 상기 포켓부의 외주연에는 배럴과 접하는 랜드부가 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 펌프용 밸브플레이트의 정압베어링.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 밸브플레이트의 송출구와 포켓부 사이에는 각각 송출구와 포켓부에 연통된 이송관이 설치된 것을 특징으로 하는 펌프용 밸브플레이트의 정압베어링.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 이송관에는 오리피스가 형성된 것을 특징으로 하는 펌프용 밸브플레이트의 정압베어링.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 흡입구와 송출구 외주연의 밸브플레이트에는 배럴과 접하는 랜드부가 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 펌프용 밸브플레이트의 정압베어링.

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