KR101029005B1 - 워터젯 분사장치의 필터 유닛 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 캣치 탱크로부터 유입되는 슬러리를 필터링하기 위한 워터젯 분사장치의 필터 유닛에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유입된 슬러리에 와류가 형성되도록 일방향으로 회전하는 내통과, 내통을 감싸며 설치되어 내통과 반대방향으로 회전하는 메쉬 필터를 포함하여 메쉬 필터의 막힘 현상이 방지되고, 메쉬 필터를 통과하는 슬러리 중의 연마재가 고르게 분포되는 워터젯 분사장치의 필터 유닛에 관한 것이다.
워터젯 분사장치, 필터, 메쉬, 진동, 막힘 현상, 회전

Description

워터젯 분사장치의 필터 유닛{Filter unit of water jet system}
본 발명은 캣치 탱크로부터 유입되는 슬러리를 필터링하기 위한 워터젯 분사장치의 필터 유닛에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유입된 슬러리에 와류가 형성되도록 일방향으로 회전하는 내통과, 내통을 감싸며 설치되어 내통과 반대방향으로 회전하는 메쉬 필터를 포함하여 메쉬 필터의 막힘 현상이 방지되고, 메쉬 필터를 통과하는 슬러리 중의 연마재가 고르게 분포되는 워터젯 분사장치의 필터 유닛에 관한 것이다.
여러 금속 및 세라믹 재료의 가공 기술들중 비교적 늦게 개발된 워터젯 분사 절단 기술은 물을 이용하여 공작물을 절단하는 새로운 개념의 가공 기술이다.
워터젯(Water-Jet) 분사 절단 기술의 원리는 자연계에서 흔히 볼 수 있는 물에 의한 침식작용이다. 즉 고속의 워터젯이 공작물에 부딪히는 충격에 의하여 공작물이 침식되어 절단되는 현상을 이용한 기술로, 최근에는 절단 능력을 증강시키기 위해 연마재(abrasives:硏磨材)를 첨가한 워터젯으로 인해 거의 모든 재료의 절단 및 가공에 후가공 없이 응용이 가능한 실정이다.
워터젯 절단장치는 기본적으로 고압 발생장치와 분사 노즐의 2부분으로 나누 어진다. 고압 발생장치는 원하는 압력으로 물을 가압하는 장치로 약 4000기압 이상까지의 압력으로 물을 연속적으로 가압하는 펌프가 실용화되어 사용되고 있으며, 분사 노즐은 고압의 물을 고속의 워터젯으로 바꾸어 주는 기능을 가진다. 분사 노즐은 보통 사파이어나 다이아몬드 같은 초경재료로 제작하며 분사 노즐의 구멍 직경은 대개 1mm이하이다.
워터젯 절단장치는 슬러리(slurry)를 고압용기에 충전시킨 후 분사 노즐을 통하여 분사하는 프리 믹싱 타입(Pre-Mixing Type) 워터젯 절단장치와, 고압 펌프에 의하여 발생된 고압수와 슬러리(slurry)를 인젝션(injection)에서 믹싱(mixing)한 후 분사 노즐을 통하여 분사하는 인젝션 믹싱 타입(Injection Mixing Type) 워터젯 절단장치로 나눌 수 있다. 여기서, 슬러리(slurry)는 연마재와 물이 혼합된 혼합물을 말한다. 이하 동일하다.
그러나, 워터젯 절단장치에 사용되는 연마재는 가격이 고가이고, 한번 사용된 후 폐기되는 문제점을 가지고 있다. 때문에 연마재 비용이 전체 작동비용의 약 2/3이상을 차지하게 되므로 워터젯 절단장치를 생산 현장에 적용하는데 어려움을 가지고 있다. 그렇기 때문에 연마재에 의한 비용문제를 해결하는 방법이 필요하며, 가장 효과적인 방법으로는 한 번 사용한 연마재를 재사용함으로써 운영비용을 낮추는 것이다.
따라서, 워터젯 절단장치에는 분사 노즐로부터 분사된 슬러리(slurry) 및 공작물의 절삭으로 인하여 생긴 스크랩(scrap)을 회수하기 위한 캣치 탱크(catch tank)와, 캣치 탱크(catch tank)로부터 유입되는 슬러리(slurry)를 필터링하기 위 한 필터 유닛이 구비된다. 필터 유닛(filter unit)을 통하여 캣치 탱크(catch tank)에서 걸러지지 않은 스크랩(scrap) 및 일정 입자 크기 이상의 연마제가 걸러진다.
그러나, 필터 유닛으로 그물 격자 형상의 메쉬 필터를 사용하는 경우 슬러리(slurry) 중의 연마재가 메쉬 필터의 격자에 끼임으로써 메쉬 필터가 제 기능을 수행할 수 없게 되는 문제점이 발생하였다. 따라서, 연마재에 의한 메쉬 필터의 막힘 현상을 방지하고자 필터 유닛에는 진동장치가 추가로 구비되었다.
그러나, 진동장치가 구비되는 필터 유닛은 진동장치에 따른 소음이 발생하여 생산 현장의 작업 환경을 해치는 문제점이 있다.
본 발명은 추가적인 진동장치가 필요하지 않고, 따라서 진동발생에 따른 소음이 발생하지 않으면서도 메쉬 필터의 격자 막힘 현상이 발생하지 않는 워터젯 분사장치의 필터 유닛을 제공하고자 한다.
본 발명은 캣치 탱크(20)로부터 유입되는 슬러리를 필터링하기 위한 워터젯 분사장치의 필터 유닛(100)에 있어서, 일측단에 슬러리 유입구(111)가 형성되고, 둘레면에 슬러리 유출구(113)가 형성되는 내통(110); 상기 내통(110)에 유입된 슬러리 중의 연마재를 부유시키기 위하여, 상기 내통(110)에 연결되어 상기 내통(110)을 일방향으로 회전시키는 내통 회전축(115); 상기 내통(110)의 슬러리 유출구(113)를 통하여 유출된 슬러리를 필터링하기 위하여 상기 내통(110)을 감싸며 설치되는 통형상의 메쉬 필터(120); 상기 메쉬 필터(120)로부터 유출되는 슬러리 중의 연마재가 상기 메쉬 필터(120)의 격자에 막힘 현상을 일으키는 것을 방지하도록, 상기 메쉬 필터(120)에 연결되어 상기 메쉬 필터(120)를 상기 내통(110)과 반대 방향으로 회전시키는 필터 회전축(125); 상기 메쉬 필터(120)를 통과한 슬러리를 배출하기 위한 배출구(133)가 형성되고 상기 메쉬 필터(120)를 감싸며 설치되는 외부 케이싱(130); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 워터젯 분사장치의 필터 유닛에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 내통(110)의 내측 둘레면에는 상기 내통(110)에 유 입된 슬러리에 와류를 형성하기 위한 와류 형성 날개(117)가 돌출 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 필터 회전축(125)은 중공축으로 형성되되, 일측단이 상기 캣치 탱크(20)에 연결되고 타측단이 상기 필터 회전축(125)을 통하여 상기 슬러리 유입구(111)에 끼워져 상기 내통(110)의 회전을 지지하는 슬러리 유입관(140)을 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 메쉬 필터(120)의 회전을 지지하도록, 상기 외부 케이싱(130)의 내측에는 상기 내통 회전축(115)을 감싸며 돌출되어 상기 메쉬 필터(120)에 끼워지는 중공축 형상의 필터 회전 지지축(135)이 형성될 수 있다.
본 발명은 상기 슬러리 유입관(140)과의 마찰 감소를 위하여 상기 슬러리 유입구(111)에 설치되어 상기 슬러리 유입관(140)이 끼워지는 제1 베어링(151); 상기 필터 회전 지지축(135)과의 마찰 감소를 위하여 상기 메쉬 필터(120)에 설치되어 상기 필터 회전 지지축(135)이 끼워지는 제2 베어링(152); 상기 필터 회전축(125)의 회전을 지지하도록 상기 외부 케이싱(130)의 일측에 설치되어 상기 필터 회전축(125)이 끼워지는 제3 베어링(153); 상기 내통 회전축(115)의 회전을 지지하도록 상기 외부 케이싱(130)의 타측에 설치되어 상기 내통 회전축(115)이 끼워지는 제4 베어링(154); 을 포함할 수 있다.
본 발명은 내통을 감싸는 메쉬 필터가 내통과 반대방향으로 회전함으로써 메쉬 필터의 막힘 현상이 방지되는 장점이 있다.
본 발명은 내통이 회전함으로써 내통에 유입되는 슬러리 중의 연마재가 가라 앉지 않고 부유하게 되어 메쉬 필터를 통과하는 슬러리 중의 연마재 분포가 고르게 되어 필터링 효과가 좋아지는 장점이 있다.
이하, 도면을 참조하면 본 발명의 일실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도1은 워터젯 분사장치의 주요부의 개략도를, 도2는 본 발명의 일실시예의 개략도를, 도3은 도2의 내통의 사시도를, 도4는 도3의 내통의 횡단면도를 나타낸다.
도1을 참조하면 워터젯 분사장치는 분사 노즐(10), 캣치 탱크(catch tank)(20), 필터 유닛(100) 및 호퍼(hopper)(30)를 포함한다.
분사 노즐(10)은 고압의 슬러리(slurry)를 분사시켜 공작물을 절삭하는 장치이다. 프리 믹싱 타입(Pre-Mixing Type) 워터젯 절단장치의 경우 분사 노즐(10)은 슬러리(slurry)가 충전된 고압용기에 연결되고, 인젝션 믹싱 타입(Injection Mixing Type) 워터젯 절단장치의 경우 분사 노즐(10)은 인젝션(injection)에 연결된다. 상기 인젝션(injection)에서 고압 펌프에 의하여 발생된 고압수와 필터 유닛(100)을 통하여 필터링된 슬러리(slurry)가 믹싱(mixing)된다.
분사 노즐(10)의 하부에는 캣치 탱크(catch tank)(20)가 설치된다. 캣치 탱크(catch tank)(20)는 분사 노즐(10)을 통하여 분출된 슬러리(slurry) 및 공작물의 절삭으로 인하여 발생된 스크랩(scrap)을 회수하기 위한 것이다. 도면에 도시되지 않았으나, 캣치 탱크(catch tank)(20)에는 상기 스크랩(scrap)을 걸러내기 위한 필터가 구비될 수 있다.
캣치 탱크(catch tank)(20)에는 필터 유닛(filter unit)(100)이 연결된다. 필터 유닛(filter unit)(100)은 캣치 탱크(catch tank)(10)로부터 유입되는 슬러리(slurry)를 필터링하기 위한 것이다. 필터 유닛(filter unit)(100)을 통하여 캣치 탱크(catch tank)(20)에서 걸러지지 않은 스크랩(scrap) 및 일정 입자 크기 이상의 연마제가 걸러진다. 필터 유닛(filter unit)(100)에 대하여는 후술한다.
필터 유닛(filter unit)(100)에는 호퍼(hopper)(30)가 연결된다. 호퍼(hopper)(30)는 필터 유닛(filter unit)(100)을 통과한 슬러리(slurry)를 수집하기 위한 것이다. 프리 믹싱 타입(Pre-Mixing Type) 워터젯 절단장치의 경우 호퍼(hopper)(30)는 고압용기에 연결되고, 인젝션 믹싱 타입(Injection Mixing Type) 워터젯 절단장치의 경우 호퍼(hopper)(30)는 상기 인젝션(injection)에 연결된다.
이하, 도2 내지 도4를 참조하며 본 발명의 일실시예인 필터 유닛(filter unit)(100)에 대하여 상세히 설명한다.
도2를 참조하면 필터 유닛(filter unit)(100)은 내통(110)을 가진다. 도3을 참조하면 내통(110)은 일측단에 슬러리 유입구(111)가 형성되고, 둘레면에 슬러리 유출구(113)가 형성된다. 내통(110)은 원통형으로 형성될 수 있는데, 슬러리 유입구(111)는 내통(110)의 길이방향을 지나는 중심축선 상에 형성되고, 슬러리 유출구(113)는 내통(110) 둘레면에 길이방향을 따라 일자형으로 다수개 형성된다.
도2를 참조하면 내통(110)의 타측단에는 내통(110)을 일방향으로 회전시키기 위한 내통 회전축(115)이 연결된다. 내통 회전축(115)은 그 축선이 내통(110)의 길 이방향을 지나는 중심축선과 일치하도록 설치된다. 내통 회전축(115)은 내통(110)을 회전시킴으로서 내통(110)에 유입된 슬러리에 와류를 형성함으로써, 내통(110)에 유입된 슬러리 중의 연마재를 부유시키기 위한 것이다. 따라서, 도4를 참조하면 내통(110)의 내측 둘레면에는 내통(110)에 유입된 슬러리에 와류를 형성하기 위한 와류 형성 날개(117)가 다수개 돌출 형성된다. 와류 형성 날개(117)는 내통(110)의 내측 둘레면에 내통(110)의 길이방향을 따라 일자형으로 형성될 수 있다. 와류 형성 날개(117)에 의하여 내통(110)에 유입된 슬러리에 와류가 활발하게 형성된다.
도2를 참조하면 내통(110)의 외측에는 통형상의 메쉬 필터(120)가 내통(110)을 감싸며 설치된다. 메쉬 필터(120)란 격자를 갖는 그물 망 형태의 필터를 말한다. 메쉬 필터(120)는 내통(110)의 슬러리 유출구(113)를 통하여 유출된 슬러리를 필터링하기 위한 것이다.
도2를 참조하면 메쉬 필터(120)의 일측단에는 메쉬 필터(120)를 내통(110)과 반대 방향으로 회전시키기 위한 필터 회전축(125)이 연결된다. 필터 회전축(120)은 메쉬 필터(120)를 회전시킴으로써 메쉬 필터(120)로부터 유출되는 슬러리 중의 연마재가 메쉬 필터(120)의 격자에 끼임으로써 메쉬 필터(120)에 막힘 현상을 일으키는 것을 방지하기 위한 것이다. 메쉬 필터(120)의 막힘 현상은 필터 회전축(120)이 메쉬 필터(120)를 내통(110)과 반대방향으로 회전시킴으로써 더욱 효과적으로 방지된다. 한편, 필터 회전축(125)은 중공축으로 형성된다.
도2를 참조하면 메쉬 필터(120) 외측에는 메쉬 필터(120)를 감싸며 외부 케이싱(130)이 설치된다. 외부 케이싱(130)의 하단에는 메쉬 필터(120)를 통과한 슬 러리를 배출하기 위한 배출구(133)이 형성된다.
도2를 참조하면 필터 회전축(125)에는 슬러리 유입관(140)이 끼워진다. 슬러리 유입관(140)은 일측단이 캣치 탱크(20, 도1 참조)에 연결되고 타측단이 내통(110)의 슬러리 유입구(111, 도3 참조)에 인입된다. 슬러리 유입관(140)에 의하여 캣치 탱크(20, 도1 참조)와 내통(110)이 연결됨으로써, 캣치 탱크(20, 도1 참조)에 수집된 슬러리가 내통(110)에 유입된다. 한편, 슬러리 유입구(111, 도3 참조)의 타측단이 내통(110)의 슬러리 유입구(111, 도3 참조)에 인입됨으로써, 내통(110)의 일측단을 지지하여 내통(110)이 안정적으로 회전할 수 있게 된다.
도2를 참조하면 외부 케이싱(130)의 내측에는 내통 회전축(115)을 감싸며 돌출되어 메쉬 필터(120)에 끼워지는 중공축 형상의 필터 회전 지지축(135)이 형성된다. 필터 회전 지지축(135)은 메쉬 필터(120)의 회전을 지지하기 위한 것으로, 그 중심축이 필터 회전축(125)의 중심축과 일치하도록 형성된다.
도2를 참조하면 슬러리 유입구(111, 도3 참조)에는 제1 베어링(151)이 고정 설치된다. 제1 베어링(151)에는 슬러리 유입관(140)의 타측단이 끼워진다. 제1 베어링(151)으로 인하여 내통(110) 회전시 슬러리 유입관(140)과의 마찰이 감소한다.
도2를 참조하면 메쉬 필터(120)에는 제2 베어링(152)이 고정 설치된다. 제2 베어링(152)에는 필터 회전 지지축(135)이 끼워진다. 제2 베어링(152)으로 인하여 메쉬 필터(120) 회전시 필터 회전 지지축(135)과의 마찰이 감소한다.
도2를 참조하면 외부 케이싱(130)의 일측에는 제3 베어링(153)이 고정 설치된다. 제3 베어링(153)에는 필터 회전축(125)이 끼워진다. 제3 베어링(153)으로 인 하여 필터 회전축(125)의 회전에 따른 회전 마찰력이 감소한다.
도2를 참조하면 외부 케이싱(130)의 타측에는 제4 베어링(154)이 고정 설치된다. 제4 베어링(154)에는 내통 회전축(115)이 끼워진다. 제4 베어링(154)으로 인하여 내통 회전축(115)의 회전에 따른 회전 마찰력이 감소한다.
도면부호 161은 내통 회전축(115)을 회전시키기 위한 제1 모터를 나타내고, 도면부호 162는 필터 회전축(125)을 회전시키기 위한 제2 모터를 나타낸다.
상기한 일실시예는 내통(110)을 감싸는 메쉬 필터(120)가 내통(110)과 반대방향으로 회전함으로써 메쉬 필터(120)의 막힘 현상이 방지되는 장점이 있다. 또한 내통(110)이 회전함으로써 내통(110)에 유입되는 슬러리 중의 연마재가 가라앉지 않고 부유하게 되어 메쉬 필터(120)를 통과하는 슬러리 중의 연마재 분포가 고르게 되어 필터링 효과가 좋아지는 장점이 있다.
도1은 워터젯 분사장치의 주요부의 개략도.
도2는 본 발명의 일실시예의 개략도.
도3은 도2의 내통의 사시도.
도4는 도3의 내통의 횡단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110:내통 120:메쉬 필터
130:외부 케이싱 140:슬러리 유입관

Claims (5)

  1. 캣치 탱크(20)로부터 유입되는 슬러리를 필터링하기 위한 워터젯 분사장치의 필터 유닛(100)에 있어서,
    일측단에 슬러리 유입구(111)가 형성되고, 둘레면에 슬러리 유출구(113)가 형성되는 내통(110);
    상기 내통(110)에 유입된 슬러리 중의 연마재를 부유시키기 위하여, 상기 내통(110)에 연결되어 상기 내통(110)을 일방향으로 회전시키는 내통 회전축(115);
    상기 내통(110)의 슬러리 유출구(113)를 통하여 유출된 슬러리를 필터링하기 위하여 상기 내통(110)을 감싸며 설치되는 통형상의 메쉬 필터(120);
    상기 메쉬 필터(120)로부터 유출되는 슬러리 중의 연마재가 상기 메쉬 필터(120)의 격자에 막힘 현상을 일으키는 것을 방지하도록, 상기 메쉬 필터(120)에 연결되어 상기 메쉬 필터(120)를 상기 내통(110)과 반대 방향으로 회전시키는 필터 회전축(125);
    상기 메쉬 필터(120)를 통과한 슬러리를 배출하기 위한 배출구(133)가 형성되고 상기 메쉬 필터(120)를 감싸며 설치되는 외부 케이싱(130);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 워터젯 분사장치의 필터 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내통(110)의 내측 둘레면에는 상기 내통(110)에 유입된 슬러리에 와류를 형성하기 위한 와류 형성 날개(117)가 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 워터젯 분사장치의 필터 유닛.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 필터 회전축(125)은 중공축으로 형성되되,
    일측단이 상기 캣치 탱크(20)에 연결되고 타측단이 상기 필터 회전축(125)을 통하여 상기 슬러리 유입구(111)에 끼워져 상기 내통(110)의 회전을 지지하는 슬러리 유입관(140)을 포함하는 것을 특징으로 하는 워터젯 분사장치의 필터 유닛.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 메쉬 필터(120)의 회전을 지지하도록, 상기 외부 케이싱(130)의 내측에는 상기 내통 회전축(115)을 감싸며 돌출되어 상기 메쉬 필터(120)에 끼워지는 중공축 형상의 필터 회전 지지축(135)이 형성되는 것을 특징으로 하는 워터젯 분사장치의 필터 유닛.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 슬러리 유입관(140)과의 마찰 감소를 위하여 상기 슬러리 유입구(111)에 설치되어 상기 슬러리 유입관(140)이 끼워지는 제1 베어링(151);
    상기 필터 회전 지지축(135)과의 마찰 감소를 위하여 상기 메쉬 필터(120)에 설치되어 상기 필터 회전 지지축(135)이 끼워지는 제2 베어링(152);
    상기 필터 회전축(125)의 회전을 지지하도록 상기 외부 케이싱(130)의 일측에 설치되어 상기 필터 회전축(125)이 끼워지는 제3 베어링(153);
    상기 내통 회전축(115)의 회전을 지지하도록 상기 외부 케이싱(130)의 타측에 설치되어 상기 내통 회전축(115)이 끼워지는 제4 베어링(154);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 워터젯 분사장치의 필터 유닛.
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