KR100888266B1 - 등속도 캠을 이용한 3 연식 무맥동 정량펌프 및 제어방법 - Google Patents

등속도 캠을 이용한 3 연식 무맥동 정량펌프 및 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 등속도 캠을 이용한 3 연식 무맥동 정량펌프 및 그 제어방법은, 모터에 의해 발생된 동력으로 구동되며 흡입구와 토출구가 상/하단에 형성된 헤드부와, 상기 흡입구와 토출구에 각각 결합되어 유체를 이송시키는 이송부가 형성된 정량펌프에 있어서, 상기 모터와 결합되며 볼베어링에 의해 양 끝단이 지지되는 캠축 도중에 결합되는 타원 형상의 등속도캠과; 상기 등속도캠이 삽입되도록 중앙 상부에 형성된 상부통공과, 전면에 측면통공이 형성되며 일축을 중심으로 120°각도로 배열된 3개의 몸체가 연결되어 형성된 하우징부와; 상기 몸체에 각각 삽입되며 등속도캠과 접점을 형성하는 제1,2,3전달베어링이 일측단에 결합되고, 내측에 제1,2,3스프링이 삽입되어 압축 후 원상복귀되는 제1,2,3슬라이더가 형성된 구조로 이루어진다.
상기 전술한 바와 같이, 본 발명에 의한 등속도 캠을 이용한 3 연식 무맥동 정량펌프 및 그 제어방법은 타원형태로 가공된 1개의 등속도캠에 의하여 제1,2,3전달베어링이 순차적으로 구동됨으로써 흡입/토출관에서의 유량이 무맥동 파형으로 구현되어 진동 없이 안정적으로 유체가 이송될 뿐만 아니라 기존의 정량펌프에 있어서 맥동을 완화시키기 위한 에어챔버 부착 등이 필요 없어짐으로서 설비비용 절감효과와 배관설비가 간소화되는 이점이 있다.
무맥동, 정량펌프, 등속도캠, 전달베어링, 슬라이더

Description

등속도 캠을 이용한 3 연식 무맥동 정량펌프 및 제어방법{ Triplex Pulseless metering pump and control method using constant velocity cam }
본 발명은 등속도 캠을 이용한 3 연식 무맥동 정량펌프 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 몸체가 120°의 위상차를 갖는 일체형 하우징부 중심에 등속도캠을 삽입하여 각각의 전달베어링과 슬라이더에 운동을 전달함으로써, 유체가 흡입/토출관에서 무맥동 파형을 이루며 정량의 유체가 공급되도록 하는 등속도 캠을 이용한 3 연식 무맥동 정량펌프 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적인 정량펌프는 흡입관을 통하여 액체를 흡입 후 토출관을 통하여 배출하는 것으로 여러 분야에서 사용되고 있다. 특히 폐수처리, 정수처리, 이화학분야등과 같이 일정한 주기로 정확한 양의 유체를 공급해야 하는 특정분야에서는 정량펌프가 필수적으로 사용되고 있다.
도 1은 일반적인 정량펌프로부터 토출되는 유량의 맥동파형을 도시한 그래프이고, 도 2는 일반 편심캠과 다이어프램을 다수개 배열시 토출되는 유량의 맥동파형을 도시한 그래프로서, 일반적인 정량펌프는 공급되어지는 유체가 담겨진 저장탱크와, 모터에 의해 회전되는 편심캠과, 상기 편심캠과 주기적으로 접촉되는 펌핑축 에 의하여 주기적으로 왕복운동되는 다이어프램과, 상기 다이어프램 하부에 결합되어 저장탱크와 연결된 흡입관과, 상기 다이어프램 상부에 결합되어 원하는 장소에 액체를 이송하는 토출관이 결합된 구조로 이루어진다.
도 1은 일반적으로 편심캠을 사용한 정량펌프의 흡입/토출관의 유량 파형으로서, 흡입과 토출이 반복적으로 이루어지게 되며 도면과 같이 정현파를 이루게 되어 흡입/토출관에서 맥동이 발생되는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 보완하기 위하여 다이어프램을 직렬 또는 병렬로 다수개를 연결하여 사용되기도 하지만, 도 2와 같이 3개의 다이어프램을 조합하여 사용했을때는 정현파가 중첩되어 맥동이 저감되나 토출측과 흡입측에서 각각 Pd와 Ps만큼의 맥동이 여전히 발생됨으로써 정량펌프와 연결된 여러배관에 진동을 주고 정량의 유체를 원활히 공급하지 못하는 문제점이 있다.
또한, 상기와 같이 여전히 발생되는 맥동을 제거하기 위해서는 에어챔버(Air Chamber), 댐퍼(Damper)와 같은 맥동 방지 장치가 추가로 설치되야 하므로 정량펌프 설치구조가 복잡해지고 설치비용이 증가되는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 몸체가 일축을 중심으로 120°의 각도로 배열된 하우징부 중앙에 삽입된 캠축에 타원형태의 등속도캠이 고정되고, 상기 등속도캠에 의하여 제1,2,3전달베어링이 차례로 구동되어 흡입/ 토출관 유량이 무맥동 파형으로 형성되는 등속도 캠을 이용한 3 연식 무맥동 정량펌프 및 그 제어방법에 관한 것이다.
본 발명은 동력을 전달하는 모터에 의해 구동되며 흡입구와 토출구가 상/하단에 형성된 헤드부와, 상기 흡입구와 토출구에 각각 결합되어 유체를 이송시키는 이송부가 형성된 정량펌프에 있어서, 상기 모터와 결합되며 볼베어링에 의해 양 끝단이 지지되는 캠축 도중에 결합되는 타원 형상의 등속도캠과; 상기 등속도캠이 삽입되도록 중앙 상부에 형성된 상부통공과, 전면에 측면통공이 형성되며 일축을 중심으로 120°각도로 배열된 3개의 몸체가 연결되어 형성된 하우징부와; 상기 몸체에 각각 삽입되며 등속도캠과 접점을 형성하는 제1,2,3전달베어링이 일측단에 결합되고, 내측에 제1,2,3스프링이 삽입되어 압축 후 원상복귀되는 제1,2,3슬라이더가 형성된 구조로 이루어진다.
또한, 상기 제1,2,3전달베어링의 중심이동(y1내지y2) 및 접선(t1내지t2)방정식은, ① 구간에서 제1,2,3전달베어링의 중심이동 방정식은
Figure 112008036682995-pat00001
이고 접선방정식은
Figure 112008036682995-pat00002
으로 형성되며, 이때 θ는 0보다 크거나 같고 w1보다는 작게 형성되고; ② 구간에서 제1,2,3전달베어링의 중심이동 방정식은
Figure 112008036682995-pat00003
이고 접선방정식은
Figure 112008036682995-pat00004
으로 형성되며, θ는 w1보다 크거나 같고
Figure 112008036682995-pat00005
보다 작거나 같게 형성되고; ③ 구간에서 제1,2,3전달베어링의 중심이동 방정식은
Figure 112008036682995-pat00006
이고 접선방정식은
Figure 112008036682995-pat00007
으로 형성되며, θ는
Figure 112008036682995-pat00008
보다 크거나 같고
Figure 112008036682995-pat00009
+w1보다 작거나 같게 형성되고; ④ 구간에서 제1,2,3전달베어링의 중심이동 방정식은
Figure 112008036682995-pat00010
이고 접선방정식은
Figure 112008036682995-pat00011
으로 형성되며, θ는
Figure 112008036682995-pat00012
+w1보다 크거나 같고 π보다 작거나 같게 형성되고; ⑤ 구간에서 제1,2,3전달베어링의 중심이동 방정식은
Figure 112008036682995-pat00013
이고 접선방정식은
Figure 112008036682995-pat00014
으로 형성되며, θ는 π보다 크거나 같고 π+w1보다 작거나 같게 형성되고; ⑥ 구간에서 제1,2,3전달베어링의 중심이동 방정식은
Figure 112008036682995-pat00015
이고 접선방정식은
Figure 112008036682995-pat00016
으로 형성되며, θ는 π+w1보다 크거나 같고
Figure 112008036682995-pat00017
보다 작거나 같게 형성되고; ⑦ 구간에서 제1,2,3전달베어링의 중심이동 방정식은
Figure 112008036682995-pat00018
이고 접선방정식은
Figure 112008036682995-pat00019
으로 형성되며, θ는
Figure 112008036682995-pat00020
보다 크거나 같고
Figure 112008036682995-pat00021
+w1보다 작거나 같게 형성되고; ⑧ 구간에서 제1,2,3전달베어링(31,31a,31b)의 중심이동 방정식은
Figure 112008036682995-pat00022
이고 접선방정식은
Figure 112008036682995-pat00023
으로 형성되며, θ는
Figure 112008036682995-pat00024
+w1보다 크거나 같고 2π보다 작거나 같게 형성되되; 상기 접선(t1내지t2)방정식은 제1,2,3전달베어링의 중심이동 방정식을 미분한 값이고, 상기 c는 등속도캠과 접촉된 제1,2,3전달베어링의 중심이동에 따른 스트로크길이(mm)에 대한 변수이고, w1은 ① 구간의 경계 각도(rad)이고, θ는 등속도캠의 이동 각도(rad)이고, r0은 등속도캠의 기준원의 반지름이고, rn은 제1,2,3전달베어링(31,31a,31b)의 반지름을 나타내는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 등속도캠은 제1,2,3전달베어링의 중심이동 방정식(y1내지y2)에서 수직으로 법선을 형성하되, 상기 법선에서 제1,2,3전달베어링의 반지름 만큼 이동된 점들이 등속도캠의 외측형상으로 형성된다.
또한, 상기 등속도캠은 관통된 캠축의 중심점(O)에서 가장 멀리 떨어진 외주연 지점(A)에서 180°까지의 구간(A')과, 캠축(11)의 중심점(O)에서 가장 가까운 외주연 지점(B)에서 360°까지의 구간(B')에서 압력의 증감이 없는 안정화구간이 형성된다.
또한, 상기 등속도캠은 하우징부 중앙에 수직으로 삽입되어 캠축을 중심으로 순차적으로 각각의 제1,2,3전달베어링에 운동을 전달하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 헤드부는 유체의 흡입/토출이 반복되는 도중에 안정화구간에 의해 체크볼이 체크공에 완전하게 밀/탈착되어 형성된다.
등속도캠 제어방법에 있어서, 캠축과 결합된 타원 형태의 등속도캠이 하우징 부 중앙에 고정되는 고정단계, 등속도캠의 H지점에 제1전달베어링이 접촉되는 제1접촉단계, 상기 단계에서 120°회전된 위치의 등속도캠 I지점에 제2전달베어링이 접촉되는 제2접촉단계, 상기 단계에서 120°회전된 위치의 등속도캠 J지점에 제3전달베어링이 접촉되는 제3접촉단계, 제1,2,3전달베어링이 등속도캠의 H,I,J지점에 접촉된 상태에서 등속도캠이 회전되며 흡입/토출관에서 등속의 유량그래프를 형성하는 단계를 포함하는 구조로 이루어진다.
또한, 등속도캠은 제1,3슬라이더가 중첩되는 0~30°구간과, 제1,2슬라이더가 중첩되는 120~150°구간과, 제2,3슬라이더가 중첩되는 240~270°구간에서 유량그래프가 중첩되어 토출관에서 무맥동파형이 형성된다.
또한, 등속도캠은 제2,3슬라이더가 중첩되는 60~90°구간과, 제1,3슬라이더가 중첩되는 180~210°구간과, 제1,2슬라이더가 중첩되는 300~330°구간에서 유량그래프가 중첩되어 흡입관에서 무맥동파형이 형성된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의한 등속도 캠을 이용한 3 연식 무맥동 정량펌프 및 그 제어방법은 타원형태로 가공된 1개의 등속도캠에 의하여 제1,2,3전달베어링이 순차적으로 구동됨으로써 흡입/토출관에서의 유량이 무맥동 파형으로 구현되어 진동 없이 안정적으로 유체가 이송될 뿐만 아니라 기존의 정량펌프에 있어서 맥동을 완화시키기 위한 에어챔버 부착 등이 필요 없어짐으로서 설비비용 절감효과와 배관설비가 간소화되는 이점이 있다.
이하 본 발명에 의한 등속도 캠을 이용한 3 연식 무맥동 정량펌프의 구성 및 작용에 따른 바람직한 실시예를 첨부도면과 함께 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 등속도 캠을 이용한 3 연식 무맥동 정량펌프 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 등속도 캠을 이용한 3 연식 무맥동 정량펌프 분해도이고, 도 5는 본 발명에 따른 등속도 캠을 이용한 3 연식 무맥동 정량펌프 평단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 등속도 캠을 이용한 3 연식 무맥동 정량펌프의 도 3의 수직단면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 등속도 캠을 이용한 3 연식 무맥동 정량펌프의 등속도 캠에 의한 제1,2,3전달베어링의 이동자취 곡선도이고, 도 8은 본 발명에 따른 등속도 캠 개략도이고, 도 9는 제1,2,3슬라이더에 의한 각각의 흡입/토출구 유량 그래프이고, 도 10은 본 발명에 따른 등속도 캠을 이용한 3 연식 무맥동 정량펌프의 유량 그래프이고, 도 11은 본 발명에 따른 등속도 캠의 제어방법 블록도로서, 도면 중에 표시되는 도면부호 1은 본 발명에 의해서 형성된 정량펌프를 지시하는 것이다.
도 3 내지 도 6에 있어서, 본 발명의 등속도 캠을 이용한 3 연식 무맥동 정량펌프는, 모터(c)와 결합되어 구동력을 전달하는 캠축(11)과 결합되어 회전되는 등속도캠(10)과, 상기 등속도캠(10)이 삽입되도록 상부통공(21)이 원형으로 상부에 형성된 하우징부(20)와, 상기 하우징부(20)에 삽입되어 등속도캠(10)에 의해 수평직선운동하는 슬라이더(30,30a,30b)와, 상기 슬라이더(30,30a,30b)에 의해 흡입구(41)와 토출구(42)를 통하여 유체를 흡입/토출하는 헤드부(40)와, 상기 흡입구(41)와 토출구(42)에 각각 너트(d)로 결합되는 흡입관(51)과 토출관(52)을 통하 여 유체가 이송되도록 하는 이송부(50)가 결합된 구조로 이루어진다.
상기 등속도캠(10)은 볼베어링(111)에 의해 양끝이 지지되어 회전되는 캠축(11) 도중에 결합되고, 캠축(11)과 함께 하우징부(20) 내측 중앙에 수직으로 고정되는 것이다. 또한 등속도캠(10)은 후술되는 제1,2,3전달베어링 중심이동 방정식과 같은 수식에 따라 가공되며, 등속도캠(10)의 중심은 캠축(11) 중심과 일치되어 형성된다.
또한, 등속도캠(10)은 캠축(11) 중심점(O)에서 가장 멀리 떨어지 외주연 지점(A)에서 180°까지의 구간(A')과, 가까운 외주연 지점(B)에서 360°까지의 구간(B')은 등속도캠(10)이 제1,2,3전달베어링(31,31a,31b)과 압력의 증감없이 접촉되는 안정화구간이 형성된다.
한편, 하우징부(20)는 캠축(11) 삽입 후 베어링하우징(211)에 의해 밀폐되는 상부통공(21)과, 내측에는 후술할 제1,2,3슬라이더(30,30a,30b)가 이동되는 소정공간이 형성되되, 전면에 원형으로 개방된 측면통공(221)이 형성되며 일축을 중심으로 120°의 각을 이루며 배열되어 연결된 몸체(22)가 형성된다.
상기 슬라이더(30,30a,30b)는 몸체(22) 내측에 각각 삽입되며 일측단에 고정되어 등속도캠(10)과 접촉되는 제1,2,3전달베어링(31,31a,31b)과, 캠축(11)에 의해 압축된 제1,2,3슬라이더(30,30a,30b)가 원위치로 복귀되도록 하는 제1,2,3스프링(32,32a,32b)이 형성된다.
한편 제1,2,3슬라이더(30,30a,30b)의 타측단은 후술되는 프렌지(43)의 삽입공(431)에 삽입되어 수평으로 이동되고, 제1,2,3스프링(32,32a,32b)은 프렌지(43) 내측에 형성된 지지대(432)에 지지되어 제1,2,3슬라이더(30,30a,30b)가 등속도캠(10)에 의하여 압축된 후 원위치로 복귀되도록 하는 것이다.
또한, 헤드부(40)는 하단에 유체를 흡입하는 흡입구(41)와, 상단에 유체를 토출하는 토출구(42)와, 측면통공(221)에 밀착 후 볼트(e) 결합되는 프렌지(43)와, 흡입구(41)와 토출구(42)를 연결하는 내측이송관(441)과 접촉되는 다이어프램(44)과, 상기 내측이송관(441) 상/하부에 각각 형성된 체크공(451)에 밀/탈착되며 유체 이송을 조절하는 체크볼(45)이 형성된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제1,2,3전달베어링(31,31a,31b)의 중심은 등속도캠(10)의 외주연에서 등거리만큼 이동한 위치에서 이동되며, 상기 제1,2,3전달베어링(31,31a,31b)의 중심이동(y1내지y2) 및 접선(t1내지t2)방정식은, ① 구간에서 제1,2,3전달베어링(31,31a,31b)의 중심이동 방정식은
Figure 112008036682995-pat00025
이고 접선방정식은
Figure 112008036682995-pat00026
으로 형성되며, 이때 θ는 0보다 크거나 같고 w1보다는 작게 형성되고; ② 구간에서 제1,2,3전달베어링(31,31a,31b)의 중심이동 방정식은
Figure 112008036682995-pat00027
이고 접선방정식은
Figure 112008036682995-pat00028
으로 형성되며, θ는 w1보다 크거나 같고
Figure 112008036682995-pat00029
보다 작거나 같게 형성되고; ③ 구간에서 제1,2,3전달베어링(31,31a,31b)의 중심이동 방정식은
Figure 112008036682995-pat00030
이고 접선방정식은
Figure 112008036682995-pat00031
으로 형성되며, θ는
Figure 112008036682995-pat00032
보다 크거나 같고
Figure 112008036682995-pat00033
+w1보다 작거나 같게 형성되고; ④ 구간에서 제1,2,3전달베어링(31,31a,31b)의 중심이동 방정식은
Figure 112008036682995-pat00034
이고 접선방정식은
Figure 112008036682995-pat00035
으로 형성되며, θ는
Figure 112008036682995-pat00036
+w1보다 크거나 같고 π보다 작거나 같게 형성되고; ⑤ 구간에서 제1,2,3전달베어링(31,31a,31b)의 중심이동 방정식은
Figure 112008036682995-pat00037
이고 접선방정식은
Figure 112008036682995-pat00038
으로 형성되며, θ는 π보다 크거나 같고 π+w1보다 작거나 같게 형성되고; ⑥ 구간에서 제1,2,3전달베어링(31,31a,31b)의 중심이동 방정식은
Figure 112008036682995-pat00039
이고 접선방정식은
Figure 112008036682995-pat00040
으로 형성되며, θ는 π+w1보다 크거나 같고
Figure 112008036682995-pat00041
보다 작거나 같게 형성되고; ⑦ 구간에서 제1,2,3전달베어링(31,31a,31b)의 중심이동 방정식은
Figure 112008036682995-pat00042
이고 접선방정식은
Figure 112008036682995-pat00043
으로 형성되며, θ는
Figure 112008036682995-pat00044
보다 크거나 같고
Figure 112008036682995-pat00045
+w1보다 작거나 같게 형성되고; ⑧ 구간에서 제1,2,3전달베어링(31,31a,31b)의 중심이동 방정식은
Figure 112008036682995-pat00046
이고 접선방정식은
Figure 112008036682995-pat00047
으로 형성되며, θ는
Figure 112008036682995-pat00048
+w1보다 크거나 같고 2π보다 작거나 같게 형성된다.
또한 상기 접선(t1내지t2)방정식은 제1,2,3전달베어링(31,31a,31b)의 중심이 동 방정식을 미분한 값이고, 상기 c는 등속도캠(10)과 접촉된 제1,2,3전달베어링(31,31a,31b)의 중심이동에 따른 스트로크길이(mm)에 대한 변수이고, w1은 ① 구간의 경계 각도(rad)이고, θ는 등속도캠(10)의 이동 각도(rad)이고, r0은 등속도캠(10)의 기준원의 반지름이고, rn은 제1,2,3전달베어링(31,31a,31b)의 반지름을 나타내는 것이다.
특히, 제1,2,3전달베어링(31,31a,31b)의 중심이동 방정식(y1내지y8) 어느 한 접점에서 법선(n)을 형성하고, 상기 법선(n)에서 제1,2,3전달베어링(31,31a,31b)의 반지름 만큼 이동된 점들이 등속도캠(10)의 형상이 되는 것이다.
이하에서는 상기 구성에 의한 등속도캠의 제어방법에 대하여 살펴보기로 한다. 설명의 편의를 위하여 도 8과 같이, 제1전달베어링(31)과 접촉되는 등속도캠(10)의 H지점을 시작점이라 하고, 120°의 각도를 이루며 제2,3전달베어링(31a,31b)과 접촉되는 위치를 각각 I,J지점이라 하였다.
도 11에 도시된 바와 같이, 3 연식 등속도캠(10)은 모터(c)에 의해 회전되는 캠축(11)과, 상기 캠축(11)에 결합된 등속도캠(10) 하우징부(20) 중앙에 고정된다.(S10) 상기 단계(S10)에서 등속도캠(10) H지점에 제1전달베어링(31)이 접촉되고(S20), 상기 단계(S20)에서 120°회전된 위치의 등속도캠(10) I지점에 제2전달베어링(31a)이 접촉되고(S30), 상기 단계(S30)에서 120°회전된 위치의 등속도캠(10) J지점에 제3전달베어링(31b)이 접촉된다.(S40) 등속도캠(10)의 H,I,J지점에 제1,2,3전달베어링(31,31a,31b)이 접촉된 상태에서 등속도캠(10)이 회전되며 흡입/토 출관(51,52)에서 등속의 유량그래프를 형성하게 된다.(S50)
또한, 토출측에서는 도 9와 같이 등속도캠(10)의 제1,3슬라이더가(30,30b) 중첩되는 0~30°구간과, 제1,2슬라이더가(30,30a) 중첩되는 120~150°구간과, 제2,3슬라이더가(30,30b) 중첩되는 240~270°구간에서 유량그래프가 중첩되어 토출관(52)에서 무맥동파형이 형성된다.
또한, 흡입측에서는 등속도캠(10)의 제2,3슬라이더가(30a,30b) 중첩되는 60~90°구간과, 제1,3슬라이더가(30,30b) 중첩되는 180~210°구간과, 제1,2슬라이더가(30,30b) 중첩되는 300~330°구간에서 유량그래프가 중첩되어 흡입관(51)에서 무맥동파형이 형성되는 것이다.
이하에서는 본 발명의 등속도 캠을 이용한 3 연식 무맥동 정량펌프의 작동과 그 제어방법에 대하여 첨부된 도면에 의거하여 살펴보기로 한다.
본 발명은 모터(c)와 결합된 캠축(11)이 회전하게 되면 캠축(11)에 결합된 등속도캠(10) 역시 같이 회전하며 제1,2,3전달베어링(31,31a,31b)을 차례로 밀어내게 된다. 이때 제1,2,3전달베어링(31,31a,31b)이 일측단에 고정된 제1,2,3슬라이더(30,30a,30b) 타단이 다이어프램(44)을 밀게되어 이송부(50)를 통하여 유체가 흡입 후 토출되는 것이다.
도 9a는 제1슬라이더(30)에 의한 흡입/토출관(51,52) 등속도그래프이고, 도 9b는 제2슬라이더(30a)에 의한 흡입/토출관(51,52) 등속도그래프이며, 도 9c는 제3슬라이더(30b)에 의한 흡입/토출관(51,52) 등속도그래프이다. 상기 등속도그래프는 등속도캠(10)이 제1,2,3전달베어링(31,31a,31b)과 접점을 형성하며 운동할 경우 제 1,2,3슬라이더(30,30a,30b) 작동에 의한 흡입관(51)과 토출관(52)의 유량변화를 제1,2,3슬라이더(30,30a,30b)별 변화를 도시한 그래프로서, 도시된 바와 같이 제1,2,3슬라이더(30,30a,30b)는 일정구간에서 등속으로 운전하며 흡입과 토출을 반복하게 된다.
등속도캠(10)의 중심으로 120°의 각도를 이루며 배열된 제1,2,3슬라이드(30,30a,30b)로 인하여 최종적으로 흡입관(51)와 토출관(52)에서 발생되는 유량의 변화는 도 10과 같이 도 9의 각각의 그래프가 합쳐진 형태로 이루어져 등속도 구간이 흡입/토출관(51,52)에서 일직선으로 형성되어 정량펌프가 무맥동 파형을 이루며 구동되는 것이다.
또한 도 8과 같이 등속도캠(10)은 캠축(11)의 중심점(O)에서 가장 멀리 떨어진 외주연 지점(A)과, 가까운 외주연 지점(B)이 서로 교차되며 제1,2,3전달베어링(31,31a,31b)과 균일한 접점을 형성하게 된다. 따라서 먼 외주연 지점(A)에서 180°까지의 구간(A')과, 가까운 외주연 지점(B)에서 360°까지의 구간(B')은 압력이 증감되지 않음으로써, 유체가 흡입/토출되기 전에 체크볼(45)이 체크공(451)에 밀/탈착됨으로써 항상 정량의 유체가 이송되도록 하는 효과가 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의한 등속도 캠을 이용한 3 연식 무맥동 정량펌프 및 그 제어방법은 제1,2,3전달베어링 중심이동 방정식과 같은 수식에 따라 형성된 등속도캠에 의하여 제1,2,3전달베어링이 순차적으로 구동됨으로써 흡입/토출관에서의 유량이 무맥동 파형으로 구현되어 진동없이 안정적으로 유체가 이송될 뿐만 아니라 기존의 정량펌프에 있어서 맥동을 완화시키기 위한 에어챔버 부착 등이 필요 없어짐으로서 설비비용 절감효과와 배관설비가 간소화되는 이점이 있다.
본 발명은 상기한 특징의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
도 1은 일반적인 정량펌프로부터 토출되는 유량의 맥동파형 그래프
도 2는 일반 편심캠과 다이어프램이 다수개 배열된 정량펌프의 유량 맥동파형 그래프
도 3은 본 발명에 따른 등속도 캠을 이용한 3 연식 무맥동 정량펌프 사시도
도 4는 본 발명에 따른 등속도 캠을 이용한 3 연식 무맥동 정량펌프 분해도
도 5는 본 발명에 따른 등속도 캠을 이용한 3 연식 무맥동 정량펌프 평단면도
도 6은 본 발명에 따른 등속도 캠을 이용한 3 연식 무맥동 정량펌프의 도 3의 수직단면도
도 7은 본 발명에 따른 등속도 캠을 이용한 3 연식 무맥동 정량펌프의 등속도 캠에 의한 제1,2,3전달베어링의 이동자취 곡선도
도 8은 본 발명에 따른 등속도 캠 개략도
도 9는 제1,2,3슬라이더에 의한 각각의 흡입/토출구 유량 그래프
도 10은 본 발명에 따른 등속도 캠을 이용한 3 연식 무맥동 정량펌프의 유량 그래프
도 11은 본 발명에 따른 등속도 캠의 제어방법 블록도
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
1 : 정량펌프 10 : 등속도캠
11 : 캠축 111 : 볼베어링
20 : 하우징부 21 : 상부통공
211: 베어링하우징 22 : 몸체
221 : 측면통공 30,30a,30b : 제1,2,3슬라이더
31,31a,31b : 제1,2,3전달베어링 32,32a,32b : 제1,2,3스프링
40 : 헤드부 41 : 흡입구
42 : 토출구 43 : 프렌지
431 : 삽입공 432 : 지지대
44 : 다이어프램 441 : 내측이송관
45 : 체크볼 451 : 체크공
50 : 이송부 51 : 흡입관
52 : 토출관

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 모터와 결합되며 볼베어링(111)에 의해 양 끝단이 지지되는 캠축(11) 도중에 결합되는 타원 형상의 등속도캠(10)과, 상기 등속도캠(10)이 삽입되도록 중앙 상부에 형성된 상부통공(21)과, 전면에 측면통공(221)이 형성되며 일축을 중심으로 120°각도로 배열된 3개의 몸체(22)가 연결되어 형성된 하우징부(20)와, 상기 몸체(22)에 각각 삽입되며 등속도캠(10)과 접점을 형성하는 제1,2,3전달베어링(31,31a,31b)이 일측단에 결합되고, 내측에 제1,2,3스프링(32,32a,32b)이 삽입되어 압축 후 원상복귀되는 제1,2,3슬라이더(30,30a,30b)와, 상기 모터에 의해 발생된 동력으로 구동되며 흡입구(41)와 토출구(42)가 상/하단에 형성된 헤드부(40)와, 상기 흡입구(41)와 토출구(42)에 각각 결합되어 유체를 이송시키는 이송부(50)가 형성된 정량펌프에 있어서,
    상기 제1,2,3전달베어링(31,31a,31b)의 중심이동(y1내지y2) 및 접선(t1내지t2)방정식은, ① 구간에서 제1,2,3전달베어링(31,31a,31b)의 중심이동 방정식은
    Figure 112009001809078-pat00049
    이고 접선방정식은
    Figure 112009001809078-pat00050
    으로 형성되며, 이때 θ는 0보다 크거나 같고 w1보다는 작게 형성되고; ② 구간에서 제1,2,3전달베어링(31,31a,31b)의 중심이동 방정식은
    Figure 112009001809078-pat00051
    이고 접선방정식은
    Figure 112009001809078-pat00052
    으로 형성되며, θ는 w1보다 크거나 같고
    Figure 112009001809078-pat00053
    보다 작거나 같게 형성되고; ③ 구간에서 제1,2,3전달베어링(31,31a,31b)의 중심이동 방정식은
    Figure 112009001809078-pat00054
    이고 접선방정식은
    Figure 112009001809078-pat00055
    으로 형성되며, θ는
    Figure 112009001809078-pat00056
    보다 크거나 같고
    Figure 112009001809078-pat00057
    +w1보다 작거나 같게 형성되고; ④ 구간에서 제1,2,3전달베어링(31,31a,31b)의 중심이동 방정식은
    Figure 112009001809078-pat00058
    이고 접선방정식은
    Figure 112009001809078-pat00059
    으로 형성되며, θ는
    Figure 112009001809078-pat00060
    +w1보다 크거나 같고 π보다 작거나 같게 형성되고; ⑤ 구간에서 제1,2,3전달베어링(31,31a,31b)의 중심이동 방정식은
    Figure 112009001809078-pat00061
    이고 접선방정식은
    Figure 112009001809078-pat00062
    으로 형성되며, θ는 π보다 크거나 같고 π+w1보다 작거나 같게 형성되고; ⑥ 구간에서 제1,2,3전달베어링(31,31a,31b)의 중심이동 방정식은
    Figure 112009001809078-pat00063
    이고 접선방정식은
    Figure 112009001809078-pat00064
    으로 형성되며, θ는 π+w1보다 크거나 같고
    Figure 112009001809078-pat00065
    보다 작거나 같게 형성되고; ⑦ 구간에서 제1,2,3전달베어링(31,31a,31b)의 중심이동 방정식은
    Figure 112009001809078-pat00066
    이고 접선방정식은
    Figure 112009001809078-pat00067
    으로 형성되며, θ는
    Figure 112009001809078-pat00068
    보다 크거나 같고
    Figure 112009001809078-pat00069
    +w1보다 작거나 같게 형성되고; ⑧ 구간에서 제1,2,3전달베어링(31,31a,31b)의 중심이동 방정식은
    Figure 112009001809078-pat00070
    이고 접선방정식은
    Figure 112009001809078-pat00071
    으로 형성되며, θ는
    Figure 112009001809078-pat00072
    +w1보다 크거나 같고 2π보다 작거나 같게 형성되되; 상기 접선(t1내지t2)방정식은 제1,2,3전달베어링(31,31a,31b)의 중심이동 방정식을 미분한 값이고, 상기 c는 등속도캠(10)과 접촉된 제1,2,3전달베어링(31,31a,31b)의 중심이동에 따른 스트로크길이(mm)에 대한 변수이고, w1은 ① 구간의 경계 각도(rad)이고, θ는 등속도캠(10)의 이동 각도(rad)이고, r0은 등속도캠(10)의 기준원의 반지름이고, rn은 제1,2,3전달베어링(31,31a,31b)의 반지름을 나타내는 것을 특징으로 하는 등속도 캠을 이용한 3 연식 무맥동 정량펌프.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 등속도캠(10)은 제1,2,3전달베어링(31,31a,31b)의 중심이동 방정식(y1내지y2)에서 수직으로 법선(n)을 형성하되, 상기 법선(n)에서 제1,2,3전달베어링(31,31a,31b)의 반지름 만큼 이동된 점들이 등속도캠(10)의 외측형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 등속도 캠을 이용한 3연식 무맥동 정량펌프.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 등속도캠(10)은 관통된 캠축(11)의 중심점(O)에서 가장 멀리 떨어진 외주연 지점(A)에서 180°까지의 구간(A')과, 캠축(11)의 중심점(O)에서 가장 가까운 외주연 지점(B)에서 360°까지의 구간(B')에서 압력의 증감이 없는 안정화구간이 형성된 것을 특징으로 하는 등속도 캠을 이용한 3 연식 무맥동 정량펌프.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 등속도캠(10) 제어방법에 있어서,
    캠축(11)과 결합된 타원 형태의 등속도캠(10)이 하우징부(20) 중앙에 고정되는 고정단계(S10), 등속도캠(10)의 H지점에 제1전달베어링(31)이 접촉되는 제1접촉 단계(S20), 상기 단계(S20)에서 120°회전된 위치의 등속도캠(10) I지점에 제2전달베어링(31a)이 접촉되는 제2접촉단계(S30), 상기 단계(S30)에서 120°회전된 위치의 등속도캠(10) J지점에 제3전달베어링(31b)이 접촉되는 제3접촉단계(S40), 제1,2,3전달베어링(31,31a,31b)이 등속도캠(10)의 H,I,J지점에 접촉된 상태에서 등속도캠(10)이 회전되며 흡입/토출관(51,52)에서 등속의 유량그래프를 형성하는 단계(S50)를 포함하는 것을 특징으로 하는 등속도 캠의 제어방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    등속도캠(10)은 제1,3슬라이더가(30,30b) 중첩되는 0~30°구간과, 제1,2슬라이더가(30,30a) 중첩되는 120~150°구간과, 제2,3슬라이더가(30,30b) 중첩되는 240~270°구간에서 유량그래프가 중첩되어 토출관(52)에서 무맥동파형이 형성되는 것을 특징으로 하는 등속도 캠의 제어방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    등속도캠(10)은 제2,3슬라이더가(30a,30b) 중첩되는 60~90°구간과, 제1,3슬라이더가(30,30b) 중첩되는 180~210°구간과, 제1,2슬라이더가(30,30b) 중첩되는 300~330°구간에서 유량그래프가 중첩되어 흡입관(51)에서 무맥동파형이 형성되는 것을 특징으로 하는 등속도 캠의 제어방법.
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CN110131123A (zh) * 2019-06-17 2019-08-16 深圳市协鸿环保设备有限公司 一种无脉动计量泵
EP4102069A1 (en) 2021-06-09 2022-12-14 Idromeccanica Bertolini S.p.A. Alternating pump

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