KR101187454B1 - 에어 밸브, 멈치 및 퍼핏을 구비한 왕복식 피스톤 펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 메인 에어 밸브(16)의 전환을 제어하기 위해 피스톤(10) 작동식 퍼핏 조립체(40)를 사용하는 왕복식 피스톤 펌프(5)를 위한 에어 밸브 시스템에 관한 것이다. 밸브 배기는 안정성을 보장하기 위해 메인 배기를 통하기보다는 통로(50)를 통해 직접 대기로 통기된다. 램프 멈치(32)는 에어 밸브(16)가 중심이 맞춰지는 것을 방지한다.

에어 밸브, 퍼핏 조립체, 피스톤 펌프, 램프 멈치, 밸브 시스템

Description

에어 밸브, 멈치 및 퍼핏을 구비한 왕복식 피스톤 펌프 {Reciprocating Piston Pump with Air Valve, Detent And Poppets}

본 출원은 2005년 7월 29일 제출된 미국 출원 일련 번호 제60/704,046호 및 2006년 5월 18일 제출된 미국 출원 일련 번호 제60/747,604호를 우선권 주장한다.

에어(air)로 작동되는 왕복 피스톤 펌프는 다양한 유체를 펌핑하기 위한 것으로 공지되어 있다. 이러한 펌프는 통상적으로 피스톤의 2개의 측부로의 에어 유동을 제어하기 위해 기계적으로 또는 공압적으로 작동되는 에어 밸브를 구비한다.

따라서, 본 발명의 목적은 전환(changeover) 시간을 최소화하고 밸브가 결빙하는 경향을 감소시켜서, 왕복식 에어 모터의 향상된 제어를 허용하는 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명은 결빙의 효과를 최소화하기 위해 에어 밸브에서 배기 포트를 짧게 한다. 이러한 실시예는 배기 에어를 방향 전환해야 하는 통상적인 u-컵 설계와 관련된 컵 리프트(cup lift)를 없애도록, 배기가 밸브를 통해 직선으로 유동하도록 한다. 밸브 활성화 힘은 대향하는 밸브 플레이트로 인한 공급 압력에 무관하다.

에어 밸브는 2개의 대향하는 고정식 밸브 판들과 상기 판들 사이에 위치된 이동식 관통-컵으로 구성된다. 관통-컵(들)은 4방 밸브 역할을 하는 개별 배기 포트 및 공급 포트를 구비한다. 관통-컵은 조립체를 직선으로 관통하는 밀봉된 배기 포트를 구비한 2개의 스프링이 장착된 정합 컵으로 구성된다.

일 실시예에서, 하나의 공급 포트와 하나의 배기 포트를 구비한 이중 관통-컵이 있다. 이러한 구성은 실린더 A, B 포트와, 두 개의 배기 포트(각각의 컵에 대해 하나씩)와, 압축된 에어를 공급하는 밀봉된 밸브 하우징을 요구한다. 이러한 구성의 장점은 개별 밸브 기구가 포트 길이를 최소화하기 위해 실린더의 단부에 위치될 수 있다는 것이다.

또 다른 실시예에서, 단일의 관통-컵은 배기 포트만을 갖는다. 이러한 구성은 실린더 A, B 포트와, 하나의 배기 포트와, 압축된 에어를 공급하는 밀봉된 밸브 하우징을 요구한다. 이러한 실시예에 있어서, 오직 하나의 관통-컵만이 요구된다.

또 다른 실시예에서, 단일의 관통-컵에는 하나의 중심 공급 포트와 두 개의 배기 포트가 제공된다. 이것은 역전된 파이럿 포팅(inverted pilot porting) 없이 리키 로직 파이럿 방안(leaky logic pilot scheme)을 허용한다.

모터 밸브는 두 개의 퍼핏 조립체를 포함하는데, 그 중 하나는 상부 캡에 위치되고 다른 하나는 하부 캡에 위치된다. 퍼핏 조립체는 양면에서 밀봉되는 t자형 밀봉 재료를 포함한다. 대부분의 모터 스트로크를 통해, 퍼핏 조립체의 A 측부는 밀봉되어서, 밸브 피스톤으로부터의 에어 누출을 방지한다. 모터가 그 스트로크의 종점에 이르렀을 때, 모터 피스톤은 퍼핏의 A 측부를 개방하는 한편, B 측부를 밀봉한다. 퍼핏이 개방되면, 퍼핏은 밸브를 전환시키면서 피스톤 밸브의 일 측부를 통기시킨다. 퍼핏을 B 측부에 밀봉하는 것은 밸브 피스톤의 압력 해제된 측부에 에어 공급이 보충되지 않아서 밸브 속도를 최대화하는 것을 보장한다. 모터 전환 후에, 퍼핏은 그의 정상 위치로 재설정된다. 신속한 전환 및 밸브 속도는 펌프로부터의 출력 압력 맥동을 감소시키고 성능 및 효율을 향상시킨다.

본 발명의 이러한 그리고 다른 목적 및 장점은 수개의 도면에 걸쳐 유사한 도면 부호는 동일하거나 유사한 부분을 가리키는 첨부 도면과 함께 후속하는 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.

도1은 본 발명의 에어 밸브의 단면을 도시한다.

도2A 내지 도2C는 본 발명의 에어 밸브의 (도1의 단면과 대향하는) 단면을 도시한다.

도3A 내지 도3B는 본 발명의 에어 밸브의 분해도를 도시한다.

도4는 닫힌 위치에 있는 퍼핏 밸브의 단면을 도시한다.

도5는 열린 위치에 있는 퍼핏 밸브의 단면을 도시한다.

도6은 피스톤이 상향 이동하는 동안 에어 밸브 및 퍼핏을 통한 에어 유동의 개략도를 도시한다.

도7은 피스톤이 이동의 상한점에서 전환되는 동안 에어 밸브 및 퍼핏을 통한 에어 유동의 개략도를 도시한다.

도8은 밸브가 전환된 후 에어 밸브 및 퍼핏을 통한 에어 유동의 개략도를 도시한다.

도9는 피스톤이 하향 이동하는 동안 에어 밸브 및 퍼핏을 통한 에어 유동의 개략도를 도시한다.

도10은 본 발명의 멈춤된 에어 밸브의 단면도를 도시한다.

도11은 본 발명의 멈춤된 에어 밸브의 상세한 단면도를 도시한다.

도12는 본 발명의 에어 밸브 조립체 및 솔레노이드를 도시한다.

에어 밸브는 2개의 대향하는 고정식 밸브 판들과 상기 판들 사이에 위치된 이동식 관통-컵으로 구성될 수 있다. 관통-컵(들)은 4방 밸브 역할을 하는 개별 배기 포트 및 공급 포트를 구비한다. 관통-컵은 조립체를 직선으로 관통하는 밀봉된 배기 포트를 구비한 2개의 스프링이 장착된 정합 컵으로 구성된다.

양호한 실시예에서, 단일의 관통-컵은 배기 포트만을 갖는다. 이러한 구성은 실린더 A, B 포트와, 하나의 배기 포트와, 압축된 에어를 공급하는 밀봉된 밸브 하우징을 요구한다. 이러한 실시예에 있어서, 오직 하나의 관통-컵만이 요구된다.

일 실시예에서, 하나의 공급 포트와 하나의 배기 포트를 구비한 이중 관통-컵이 있다. 이러한 구성은 실린더 A, B 포트와, 두 개의 배기 포트(각각의 컵에 대해 하나씩)와, 압축된 에어를 공급하는 밀봉된 밸브 하우징을 요구한다. 이러한 구성의 장점은 개별 밸브 기구가 포트 길이를 최소화하기 위해 실린더의 단부에 위치될 수 있다는 것이다. 또 다른 실시예에서, 단일의 관통-컵에는 하나의 중심 공급 포트와 두 개의 배기 포트가 제공된다. 이것은 역전된 파이럿 포팅 없이 리키 로직 파이럿 방안을 허용한다.

모터 밸브는 두 개의 퍼핏 조립체(40)를 포함하는데, 그 중 하나는 상부 캡에 위치되고 다른 하나는 하부 캡에 위치된다. 퍼핏 조립체(40)는 두 개의 기능을 수행한다. 첫째로, 이것은 밸브 피스톤(47, 48)으로 에어를 공급할 것이고, 둘째로, 이것은 밸브 피스톤 영역(47, 48) 내의 에어 압력을 통기할 것이다.

정상 위치 또는 닫힌 위치에 있는 동안, 퍼핏 조립체(40)는 압축된 공급 에어가 퍼핏 하우징(41) 내의 상부 구멍(41a)을 통해, 퍼핏(43) 내의 구멍(43a)을 통해, 퍼핏 하우징(41) 내의 하부 구멍(41b)을 통해, 밸브 피스톤 영역(47, 48)으로 보내지도록 허용할 것이다.

에어 압력 및 스프링(42)의 힘은 닫힌 위치에서의 퍼핏(43)이 시트(44) 상에서 밀봉되게 유지한다. 모터 피스톤(10)은 스프링(46)의 압력이 퍼핏(43)이 시트(44)로부터 떨어지도록 하는 스프링(42) 및 공급 에어의 결합된 유지 압력을 초과할 때까지 스프링(46)을 가압하는 퍼핏 액츄에이터(46) 상으로 가압한다. 에어 압력을 유지하는 힘은 신속히 떨어져서, 퍼핏(43)이 스냅 개방하도록 한다. 퍼핏(43)이 개방되면, 밸브 피스톤 영역(47, 48) 중 하나를 포트(41b), 액츄에이터(45) 내의 플루트(45a) 및 출구 포트(44a)를 통해 통로(50)로 통기하고, 상기 피스톤 영역으로의 공급 에어를 차단하여 밸브(20)가 전환하도록 한다. 통기된 에어는 통로(50)를 통해 밸브 배기로부터 독립적으로 대기로 향하게 됨에 따라서, 밸브 배기가 제한되더라도 완전한 밸브(20) 전환이 보장된다. 이것은 펌프의 행잉 업(hanging up) 방지에 있어서 중요하다.

대부분의 모터 스트로크를 통해, 퍼핏 조립체의 A 측부는 밀봉되어서, 밸브 피스톤으로부터의 에어 누출을 방지한다. 모터가 그 스트로크의 종점에 이르렀을 때, 모터 피스톤은 퍼핏의 A 측부를 개방하는 한편, B 측부를 밀봉한다. 퍼핏이 개방되면, 피스톤 밸브의 일 측부는 통기되어서 밸브는 전환된다. 퍼핏을 B 측부에서 밀봉하는 것은 밸브 피스톤의 압력 해제된 측부에 에어 공급이 보충되지 않아서 밸브 속도를 최대화하는 것을 보장한다. 모터 전환 후에, 퍼핏은 그의 정상 위치로 재설정된다. 신속한 전환 및 밸브 속도는 펌프로부터의 출력 압력 맥동을 감소시키고 성능 및 효율을 향상시킨다.

도6 내지 도9에 도시된 바와 같이 간단히 두면, 밸브 피스톤(19)은 항상 메인 피스톤(10)이 이동하는 방향과 동일한 단부에서 위치된다. 따라서, 도6에서, 메인 피스톤(10)은 상향 이동하고 밸브 피스톤(20)은 밸브 하우징(14)의 상단부에 위치된다. 유사하게, 도9에서, 메인 피스톤(10)은 하향 이동하고 밸브 피스톤(20)은 밸브 하우징(14)의 하단부에 위치된다. 상부 퍼핏 조립체(40)가 하부 밸브 피스톤 영역(48)과 연통하는 반면 하부 퍼핏 조립체(40)는 상부 밸브 피스톤 영역(47)과 연통하는 것이 운전을 시각화하는 데 도움이 된다.

메인 에어 밸브(16)는 피스톤(10)의 상부(24) 및 하부(26)와 교호식으로 연통하는 배기 컵(22)이 제공된 피스톤(20)을 가진다. 에어 밸브 하우징(14)의 내부 영역(28)에는 압축된 에어의 소스가 제공된다. 밸브 피스톤(16)은 이동하고, 피스톤(10)의 상부(24) 및 하부(26)로 각각 이어지는 포트(30, 32)를 교호식으로 개방시킨다.

멈치(detent)가 메인 에어 밸브(16) 상에 제공되고 밸브 컵(22)의 후방에 장 착된 롤러 조립체(31), 스프링(34) 및 램프(33)로 구성된다. 롤러 조립체(31)는 램프(33) 및 밸브 컵 조립체(22)가 램프 리지(33a)에 닿기 전에 약 0.15 인치(3.81㎜) 이동하는 것을 허용한다. 롤러 조립체(31) 및 램프(33)의 기하학적 형상은 퍼핏 조립체(40)로부터의 에어 신호가 밸브 컵(22)을 완전히 이동시키기에 충분할 때까지 밸브(16)를 정위치에 유지시킨다. 램프의 반경 및 돌출된 리치(33a) 때문에, 밸브 조립체(16)는 리지(33a)에서 불안정하다. 이것은 밸브 조립체(16)가 모터를 실속(stall)시키는 중심 위치에서 정지하는 것을 방지한다. 이것은 밸브 조립체(16)가 개시 문제를 유발할 수 있는 전환 도중에 중심에 설정되는 것을 방지한다.

멈치의 또 다른 기능은 런어웨이 상태가 발생한 후 밸브 컵 조립체(22)가 밸브 조립체(16)를 차단하기 위해 연장하는 솔레노이드(35)로부터 벗어나는 것을 보장하는 것이다. 솔레노이드(35)는 배터리로 전원 공급되고 낮은 후퇴력을 갖는다. 통전되었을 때, 밸브 조립체(16)는 솔레노이드(35)와 접촉하게 되기 전에 0.15 인치(5.59㎜) 이동하도록 허용된다. 그 다음, 솔레노이드(35)는 밸브 조립체(16)가 더 이동하여 모터를 정지시키는 것을 방지한다.

후속하는 청구 범위에 의해 한정되는 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고, 다양한 변경예 및 개조예가 밸브 및 퍼핏에 이루어질 수 있다는 것을 알 수 있다.

Claims (4)

1. 제1 및 제2 단부를 구비한 실린더와, 상기 실린더 내의 피스톤과, 제1 및 제2 단부를 구비한 메인 에어 밸브를 가지는, 압축된 에어 소스와 함께 사용되기 위한 에어 작동식 왕복 피스톤 펌프이며,

   피스톤의 스트로크 종점에서 피스톤과 접촉하기 위해 상기 제1 및 제2 실리더 단부 내에 위치된 제1 및 제2 퍼핏을 더 포함하고, 상기 퍼핏은 스프링 및 에어 압력에 의해 닫힌 위치로 편의되고 상기 피스톤에 의해 제2 위치로 작동 가능하므로, 상기 닫힌 위치에서 상기 압축된 에어 소스는 상기 메인 밸브의 단부 중 하나로 연결되고 상기 제2 위치에서 상기 하나의 밸브 단부를 대기로 직접 통기하는 에어 작동식 왕복 피스톤 펌프.
2. 제1항에 있어서, 상기 메인 에어 밸브를 상기 단부들 중 어느 하나로 가압하는 램프 멈치를 더 포함하는 에어 작동식 왕복 피스톤 펌프.
3. 축과, 축방향으로 이격된 제1 및 제2 세트의 하우징 포트를 가지는 퍼핏 하우징과,

   상기 하우징 내에서 일 세트의 시트 포트를 가지는 퍼핏 시트와,

   상기 퍼핏 하우징 내에 위치되고 상기 시트에 의해 내부에서 유지되며, 일 세트의 퍼핏 포트를 구비하고, 제1 위치에서 상기 시트에 대해 편의되고 상기 시트 로부터 멀리 제2 위치로 이동 가능한 퍼핏과,

   상기 시트 내에 위치되고 상기 퍼핏을 부분적으로 둘러싸며, 상기 퍼핏으로부터 멀리 편의됨으로써, 상기 퍼핏이 제1 위치에 있을 때 상기 제1 세트의 하우징 포트는 상기 퍼핏 포트를 통해 상기 제2 세트의 하우징 포트와 유체 연통하고, 상기 퍼핏이 제2 위치에 있을 때 상기 제1 세트의 하우징 포트는 상기 시트 포트와 유체 연통하는 퍼핏 액츄에이터를

   포함하는 퍼핏 조립체.
4. 제1 및 제2 단부를 구비한 실린더와, 상기 실린더 내의 피스톤과, 제1 및 제2 단부를 구비한 메인 에어 밸브를 가지는, 압축된 에에 소스와 함께 사용되기 위한 에어 작동식 왕복 피스톤 펌프이며,

   피스톤의 스트로크 종점에서 피스톤과 접촉하기 위해 상기 제1 및 제2 실리더 단부 내에 위치된 제1 및 제2 퍼핏 조립체를 더 포함하고, 퍼핏은 스프링 및 에어 압력에 의해 닫힌 위치로 편의되고 상기 피스톤에 의해 제2 위치로 작동 가능하고, 상기 퍼핏 조립체는

   축과, 축방향으로 이격된 제1 및 제2 세트의 하우징 포트를 가지는 퍼핏 하우징과,

   상기 하우징 내에서 일 세트의 시트 포트를 가지는 퍼핏 시트와,

   상기 퍼핏 하우징 내에 위치되고 상기 시트에 의해 내부에서 유지되며, 일 세트의 퍼핏 포트를 구비하고, 제1 위치에서 상기 시트에 대해 편의되고 상기 시트 로부터 멀리 제2 위치로 이동 가능한 퍼핏과,

   상기 시트 내에 위치되고 상기 퍼핏을 부분적으로 둘러싸며, 상기 퍼핏으로부터 멀리 편의됨으로써, 상기 퍼핏이 제1 위치에 있을 때 상기 제1 세트의 하우징 포트는 상기 퍼핏 포트를 통해 상기 제2 세트의 하우징 포트와 유체 연통하고, 상기 퍼핏이 제2 위치에 있을 때 제1 세트의 하우징 포트는 상기 시트 포트와 유체 연통함으로써, 상기 닫힌 위치에서 상기 압축된 에어 소스는 상기 메인 밸브의 단부 중 하나로 연결되고 상기 제2 위치에서 상기 하나의 밸브를 대기로 직접 통기하는 퍼핏 액츄에이터를

   포함하는 에어 작동식 왕복 피스톤 펌프.

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