KR101279989B1 - 펌프 장치 - Google Patents

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마크 크론
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핼리버튼 에너지 서비시즈 인코퍼레이티드
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Abstract

용기(10, 11, 12, 13)들은 유입부(16)로 통과되는 유입 매니폴드(14)와 결합되는데, 그 각각은 나이프게이트 밸브(17)에 의해 제어된다. 단지 또는 압력 용기(10,12) 및 단지 또는 압력 용기(11,13)의 하단부들은 개별의 유출 나이프게이트 밸브(22)들을 통해서 개별의 제 1 전달 라인(23) 및 제 2 전달 라인(24)으로 물질을 통과시킨다. 한편으로 단지 또는 압력 용기(10,11) 및 다른 한편으로 단지 또는 압력 용기(12,13)의 개별적인 나이프게이트 밸브(17) 및 유출 나이프게이트 밸브(22)들은 개별의 공통적인 공압 액튜에이터(25)들에 의해 작동될 수 있다. 각각의 단지 또는 압력 용기는 벤튜리 기능을 만들도록 상부 챔버(28), 공기 분사기 노즐(30) 및 가속기 튜브(31)를 가진 배출기 조립체(26)를 가진다. 공기 사이클링 밸브(32)는 상부 챔버(28)를 감압 공간과 가압 공간 사이에서 천이시킨다. 가속기 튜브(31)는 전달 라인(23 또는 24)으로 배기된다. 배출기 조립체(26) 공기는 공기 제어 밸브(35)를 통해서 공급된다. 개별의 전달 라인(23,24)은 각각 추출 포트(37)를 가지며, 추출기 포트는 공기가 라인으로 배출되는 것을 허용한다. 완성된 적재 및 배출 사이클은 공압 PLC 및 공압 타이머에 의해서 조절된다.

Description

펌프 장치{Pump apparatus}
본 발명은 특히 미립자의 젖은 슬러리(slurry)를 펌핑하기 위한 펌프 장치에 적용되는 것으로서, 그러나 전적으로 그러한 적용예에 한정된 것은 아니며, 예시적인 목적을 위해서 그러한 적용예를 참조할 것이다. 그러나, 본 발명은 다른 적용예에서 이용될 수 있다는 점이 이해되어야 하며, 예를 들면 액체 및 젖어 있거나 또는 건조한 수반 가능한 미립자를 전체적으로 펌핑하는 것과, 젖어 있거나, 축축하거나 또는 건조한 고체물, 질퍽한 생성물, 슬러리, 액체 및 낟알과 같은 것의 펌핑에서 이용될 수 있다.
본원 명세서에서 임의의 종래 기술에 대한 참고는, 참고된 종래 기술이 오스트레일리아에서 일반적으로 공지된 사실의 일부를 형성하는 사실의 인정이나 또는 임의 형태의 시사인 것은 아니며, 그러한 것으로서 취해져서도 아니된다.
탐사 및 회수를 위한 드릴 작용은 종종 드릴 칩(drill chip)을 수반하는 드릴용 유체를 이용하여 이루어진다. 드릴 칩들은 유체에서 걸러짐으로써 유체 자체의 가치에 대한 재활용을 위해 회수되거나 또는 단순히 물의 균형(water balance)을 유지한다. 어느 경우에나 변화하는 유동성의 칩들의 젖은 결석(gravel) 또는 슬러리를 형성하는 드릴 칩(drill chip)이 남는다. 이러한 칩들은 둘레로 움직일 필요가 있다. 칩들은 덩어리를 형성하는데, 그 덩어리는 불변되게 높은 마모성을 가지고, 종종 고온이거나 화학적으로 활성이고, 또는 그 양쪽의 특성을 가진다.
벨트 콘베이어 및 오거 콘베이어(auger conveyer)는 물질을 강제하지 않고 그리고/또는 높은 유지 관리 요건을 가진다. 임펠러 펌프(impeller pump)는 임펠러가 연마재 혼합물과 접촉하기 때문에 적절하지 않다.
국제 출원 공개 WO/2006/037186 은 펌프 장치를 개시하는데, 이것은 펌프되어야 하는 물질을 위한 재료 유입부 및 전달 유출부, 각각의 유입부 및 유출부상에 있는 밸브 및, 개별의 밸브들을 선택적으로 개방 및 폐쇄시키고 하우징 안의 압력을 순환시키는 제어 수단을 가진다. 유입 밸브가 개방되어 있는 동안 하우징 안의 압력이 낮을 때, 하우징으로 물질이 받아들여진다. 제어 수단이 유입 밸브의 폐쇄에 영향을 미칠 때, 하우징은 가압되고 유출 밸브는 개방되어 상기 물질을 상기 하우징으로부터 배출시킨다. 압력의 순환은 압축 공기 및 벤튜리로 달성된다. 이러한 장치는 작용에 있어서 전적으로 공압을 이용할 수 있어서, 기본적인 작동에 대하여 전자 장치에 대한 의존을 회피한다.
제어 수단은 모두 공압을 이용하고 배출기 조립체를 작동시키는데, 배출기 조립체는 하우징 압력을 주기적으로 감소시키도록 적합화된 벤튜리를 구비한다. 벤튜리에서 소모된 공기는 유출 밸브 하류측의 전달 라인(delivery line)으로 배출되어 추가적인 전달 운동량을 제공한다. 배출기 동체에 대한 압축 공기 공급은 제어하에 밸브 작용을 받아서, 주기의 유입 단계를 위하여 하우징에 진공을 적용하는 것으로부터 배출 단계를 위하여 하우징에 압력을 공급하는 것으로 전환된다.
사실상 공정 보관 성능이 없다는 것이 드릴 작업의 특징이며, 특히 근해(offshore)의 드릴 작업의 특성이다. 변화되는 체적은 상대적으로 크고 가변적이다. 상기의 장치는 주기 시간 및 공기 압력원을 제어함으로써 좁은 범위의 처리량에 걸쳐 제어 가능하지만, 단일의 장치로 넓은 범위의 처리량을 다를 것을 기대할 수 없다. 기술적으로 적용된 해법은 최대로 기대되는 처리 수요와 같은 많은 "단지(pot)들의 장치를 장착하는 것이다. 처리량의 전문적인 관리를 제거하기 위하여, 단지들은 일반적으로 실제 수요에 무관하게 최적으로 작동되도록 설정된다.
상기의 접근법은 몇가지 불이익을 가진다. 모든 시간 동안 다수의 단지들을 가동시키는데 필요한 공기 플랜트(air plant)의 크기는 영향 범위를 증가시키고 특히 에너지 요건을 증가시킨다. 실제적인 통합이 결여된 것은, 가변적인 드릴 프로그램이 요구하는 바에 따라서 콘테인먼트 시스템(containment system)내에서 드릴 절삭물을 전달하는데 소비되는 에너지 및 처리량 모두에 걸친 융통성 있는 제어를 작업자에게 허용하지 않는다. 단지들을 단순하게 짝을 이루는 것의 역학(dynamics)은 하나의 시스템이 다른 시스템에 불가피하게 종속되는 결과를 초래하여, 라인(line)의 속도를 느리게 한다.
따라서, 합리적인 에너지 소비를 유지하면서 수요의 변화에 대처할 수 있는 펌프 장치에 대한 필요성이 있다.
본 발명의 일 특징에서 본 발명은 펌프 요소들의 적어도 하나의 그룹을 구비하는 펌프 장치가 제공되는데, 각각의 펌프 요소는 물질 유입부를 가진 하우징, 개별의 전달 라인으로의 배출 유출부 및, 물질 유입부 및 배출 유출부의 각각에 있는 밸브를 작동시키는 액튜에이터를 제어하는 제어 수단을 구비하고, 압축 공기의 공급은 적재를 위하여 하우징 압력을 감소시키는 벤튜리 및 압력 배출을 위한 하우징으로 주기적으로 전달되고, 벤튜리 작동 공기는 폐쇄된 유출부 밸브의 하류에 있는 전달 라인으로 배출되고, 제어 수단은 어떤 펌프 요소가 사용중인지를 선택하고 또한 사용중인 각각의 펌프 요소의 상대적인 주기 단계를 선택하도록 작동될 수 있다.
하우징의 진공 감소 동안에 전달 라인으로 벤튜리 작동 공기를 배출하는 것은 몇가지 장점을 가진다. 벤튜리는 사실상 소음(消音) 작용을 하여, 작동중의 시끄러운 소리를 현저하게 감소시킨다. 압력 배출의 대량 전달 효과는 유출 밸브 폐쇄 이후에 전달 라인에서의 커다란 압력 감소 효과를 야기하므로, 배압에 의한 벤튜리의 멈춤(stalling)이 거의 없거나 전혀 없다. 본 발명의 다중 요소 장치에서, 벤튜리로 배출 라인에 배기시키는 능력은 그룹의 각각의 요소에 대하여 상이한 배출 라인들을 이용함으로써 유지되어, 그룹의 요소들이 단계외에서(out of phase) 작동될 수 있게 한다.
펌프 요소들의 그룹은 전달 라인 마다 하나의 단지를 구비할 수 있거나 또는 전달 라인마다 다수의 단지들을 포함할 수 있다. 특정의 전달 라인에서 처리량의 확장성(scalability)을 제공하기 위하여 단계중(in phase)에 있는 전달 라인으로 선택적으로 전달하는 다수의 펌프 요소들이 제공될 수 있다. 전달 라인에는 압력 배출을 보충하는 공기 분사 수단이 제공될 수 있다. 예를 들면, 압력 배출 및 유출 밸브의 폐쇄 이후에, 고압 공기가 전달 라인으로 지향되어 라인에 있는 물질에 힘을 추가할 수 있다. 이후에, 벤튜리의 밸브가 열려서 전달 라인으로 배기되기 전에 추가적인 공기가 차단되고 라인 압력은 강하될 수 있다.
펌프 요소들의 유입부들은 공통의 호퍼(hopper) 또는 다른 재료 공급부로부터 유인되도록 함께 매니폴드(manifold)로 될 수 있다. 매니폴드는 챔버의 형태일 수 있으며, 이것은 그룹의 단계외 작동(out of phase operation)에 의하여 감소된 압력의 실질적으로 일정한 상태에 있을 것이다. 매니폴드는 펌프 작용 이전에 생성물을 축적하기 위한 저장 수단과 결합될 수 있다. 시스템은 생성물의 헤드(head)를 유인할 수 있다. 그러나, 일부 중력의 도움을 제공하고, 생성물을 통한 공기의 평균 자유 경로를 최소화시킴으로써 진공의 효율을 최대화시키기 위하여, 물질은 호퍼로부터 전달되는 것이 바람직스럽다.
하우징 또는 단지는 그 어떤 적절한 압력 용기일 수 있다. 하우징들이 바람직스럽게는 적재 및 배출에 대한 중력의 도움을 제공하도록 상부에 있는 유입부들 및 저부에 있는 전달 유출부와 함께 배향된다. 형상 및 치수의 선택과 결합된 상기의 수직 배향은 주어진 영향 범위에 대한 처리량을 최적화시키는데 도움을 줄 수 있다. 하우징을 포함하는 압력 용기는 주어진 벽 두께에 대하여 압력을 유지하도록 최적화될 수 있다. 예를 들면, 하우징은 압력 변형에 저항하도록 부분적으로 둥글거나 또는 다른 만곡된 단부를 가진 실린더형일 수 있다. 하우징의 하단부는 유출부를 통한 배출에서 중력의 도움을 최적화시키도록 정점에 있는 유출부를 가진 도립의 원추(inverted cone)를 구비할 수 있다. 압력 용기는 압력 유지를 위하여 최적화될 수 있고 유동을 최적화시키기 위해 맞춰진 내부의 원추를 가질 수 있다.
수직이 되는 용기의 배향은 회수되고 전달되는 그 어떤 물질이라도 습기 함량이 훨씬 넓은 범위가 되는 것을 허용한다.
유입 밸브 및 유출 밸브는 각각 나이프게이트 유형의 밸브를 포함할 수 있다. 밸브를 위한 액튜에이터들이 공압으로 작동하는 것이 바람직스럽다. 특정 펌프 요소의 유입 밸브 및 유출 밸브는 단지의 적재 및 배출을 위하여 개별적인 밸브들의 주기적인 작동을 이루도록 작동되게 상호 연결될 수 있다. 작동의 상호 연결은 기계적일 수 있으며, 예를 들면 공통의 2 중 작용 액튜에이터(double-action actuator)에 의한 것일 수 있다.
대안으로서, 근접한 펌프 요소들의 물질 유입 밸브 및 배출 밸브들의 개별적인 쌍들은, 개별 단지들이 단계외 작동에서 정확히 같은 방식(lock-stepping)을 이루도록, 교대의 작동을 위하여 작동 가능하게 상호 연결될 수 있다. 작동상의 상호 연결은 기계적일 수 있으며, 예를 들면 개별적인 공통의 2 중 작용 액튜에이터들에 의한 것일 수 있다.
압축 공기로 구동되는 벤튜리는 배출기 조립체의 일부를 형성할 수 있다. 배출기 조립체는 가속기 튜브에 대하여 좁아지는 낮은 저항의 상부 챔버를 구비하는 신장된 동체를 구비할 수 있다. 벤튜리 효과는 고압의 공기를 공기 공급부로부터 상부 챔버를 가로질러 가속기 튜브로 지향시키는 분사기 노즐에 의해 제공될 수 있어서, 상부 챔버내의 압력을 낮춘다. 상부 챔버는 하우징 안의 압력 감소를 이루도록 하우징의 상부 부분과 유체 소통될 수 있다. 분사기 노즐로의 공기 공급은 공기 제어 밸브에 의해 전환될 수 있다. 공기 제어 밸브는 주기(cycle)의 적재 부분 및 배출 부분 양쪽을 통하여 개방될 수 있으며, 필요하지 않을 때 펌프 요소를 불능화시키도록 폐쇄될 수 있다.
분사기 노즐들 및 가속기 튜브들(또는 확산기(diffuser))은 하나 또는 그 이상의 가변적이거나 또는 상호 교체 가능한 것일 수 있다. 이러한 수단에 의해서 구성은 이용 가능한 공기에 맞춰질 수 있으며, 따라서 더 많거나 더 적은 공기로 같은 수준의 진공을 유지하도록 유닛(unit)이 설치될 수 있다. "포획된 공기(entrapped air)"의 체적도 변화될 수 있다. 대형의 노즐 및 그에 대응하는 가속기 튜브는 라인에서의 빠른 속도를 만들 수 있다. 대안으로서, 선택된 진공은 특정의 적용예에 맞춰질 수 있으며, 예를 들면 작동의 범위를 통해서 25"Hg 진공을 유지하는 것에 맞춰질 수 있다.
진공을 발생시키는 공기 공급으로부터 하우징을 가압하는 공기 공급으로의 전환은 그 어떤 적절한 전환 수단(switching means)에 의해서 이루어질 수 있다. 예를 들면, 벤튜리의 상류에 선택 가능한 디버터(diverter)가 제공될 수 있으며, 이것은 하우징으로의 가압 유입부와 벤튜리 사이에서 공기 공급을 교대로 전환(switch)시키도록 적합화될 수 있다. 대안으로, 바람직한 배출기 조립체는 가속기 튜브 또는 벤튜리 배기부를 가로질러 사이클링 밸브(cycling valve)를 구비할 수 있으며 이것은 벤튜리 배기 경로를 교대로 개방 및 차단하도록 작동될 수 있다. 개방된 사이클링 밸브의 폐쇄부는 벤튜리의 작동을 허용하고 하우징의 압력을 감소시킨다. 폐쇄된 사이클링 밸브는 벤튜리를 멈추게 하고, 전달 라인으로의 벤튜리 배기 경로를 폐쇄시키고, 상부 챔버 및 하우징을 가압한다.
그 효과는, 공기 제어 밸브가 개방되어 있는 동안, 그리고 유입 밸브 및 사이클링 밸브가 개방되고 유출 밸브가 폐쇄되어 있는 동안, 물질이 진공하에 하우징으로 적재되는 것이다. 유입 밸브를 폐쇄시키고, 유출 밸브를 개방하고, 사이클링 밸브를 폐쇄되게 전환시키는 단순한 조치에 의해서, 벤튜리는 막히게 되고 하우징은 가압되어 하우징의 내용물을 전달 라인으로 속도를 가지고 방출시킨다.
적재를 위한 진공을 일으키도록 유출 밸브가 폐쇄되는 반면에, 벤튜리 작동 공기는 폐쇄된 유출 밸브 하류측의 전달 라인으로 배기된다. 주어진 전달 라인에서 작동하는 단지들이 실질적으로 동기화되는 것이 매우 바람직스럽다. 공기 소비가 정점에서 이루어지는 대신에 평균적인 공기 소비로써 작동이 가능하고 일정한 유인을 달성하기 위하여, 분리된 전달 라인상의 단지들이 단계외에서 균일하게 작동되는 것이 바람직스럽다. 2 개의 전달 라인들을 가지는 시스템들의 경우에, 교대되는 전달 라인들에 있는 단지들의 유입 밸브들을 공압으로, 유압으로 또는 기계적으로 연결시키는 것은 하나가 개방되어 있을 때 다른 것이 폐쇄되는 것을 보장할 수 있으며, 마찬가지로 유출 밸브들에 대해서도 그러하다. 유입 밸브 및/또는 유출 밸브와 결합된 리미트 스위치(limit switch)들은 제어 수단이 사이클링 밸브를 작동시키기 전에 밸브들이 적절하게 설정되는 것을 보장하는데 이용될 수 있다.
제어 수단은 기능들의 체계(hierarchy)를 제어하는 하나 또는 그 이상의 통합되거나 또는 독립적인 콘트롤러를 포함할 수 있다. 제어 수단은 하나 또는 그 이상의 전자 콘트롤러 및 공압 콘트롤러를 포함할 수 있다. 콘트롤러는 프로그래머블 로직 콘트롤러(programmable logic controller; PLC)를 포함할 수 있다. PLC 는 전자 부품을 회피하도록 100 % 공압 PLC 일 수 있다. 제어 수단은 적재 체적 제어, 배출 체적 제어, 단지의 온/오프(on/off) 제어, 공기 압력 조절, 유입 밸브 및 유출 밸브의 타이밍(timing), 벤튜리 작동 및 하우징 가압 제어의 기능들중 임의의 하나 또는 그 이상을 직접 또는 간접적으로 제어할 수 있다.
콘트롤러는 그 어떤 적절한 수단에 의해서도 개별 요소의 작동 단계를 제어할 수 있다. 유입 밸브들의 상호 연결 및 유출 밸브들의 상호 연결에 의한, 단계외 잠금(out of phase locking)이 위에 설명되었지만, 개별의 밸브들이 연결되지 않은 상이한 접근 방식이 단계 제어에서 필요하게 될 것이다. 예를 들면, 각각의 단지의 유입 밸브 및 유출 밸브는 작동을 위해서 2 중 작용 공압 액튜에이터에 의해 상호 연결될 수 있고, 각각의 액튜에이터는 단계가 제어되는 것을 보장하는 제어 수단의 공기 분배기 기능의 작동 제어하에 있을 수 있다.
콘트롤러는 프로세스 타이밍 제어(process timing control)를 위해서 공압 타이머에 동력을 공급하도록 공기 공급부로부터 공기를 끌어올 수 있다. 예를 들면, 공압 타이머는, 공기를 바람직한 나이프게이트 밸브 액튜에이터로 향하게 하는 공기 솔레노이드(air solenoid) 또는 액튜에이터를 제어할 수 있고, 또한 용기를 배출시키는 모드로부터 용기를 가압하는 모드로 벤튜리를 변화시키는, 바람직한 밸브용 액튜에이터를 제어할 수 있다. 바람직한 공압 PLC 는 통합된 타이머 기능들을 포함할 수 있거나, 또는 외부 타이머들을 제어할 수 있다. 장치에 대한 공기의 공급을 제어하는 공기 제어 밸브는 나이프게이트 밸브와 결합된 스위치 수단을 포함하여, 공기가 작업을 수행하여 진공을 유인하거나 하우징을 가압하기 전에 나이프게이트 밸브들은 완전히 개방되거나 또는 폐쇄되어야 한다. 타이머들이 타이밍을 제어하는 동안, 스위치 수단은 공기가 시스템을 통하는 것을 허용하기 전에 개별의 나이프게이트가 완전히 일 방향이거나 또는 다른 방향으로 이루어지는 것을 보장한다.
제어 수단은 임의의 적절한 수단에 의해서 각각의 주기(cycle)에 대하여 하우징으로 받아들여지는 물질의 양을 제어할 수 있다. 예를 들면 콘트롤러는 타이머 기능을 구비할 수 있고, 적재(積載;load)는 물질의 특성과 관련된, 실험적으로 결정된 시간의 기초(time basis)로 결정될 수 있다. 대안으로서, 적재는 중량에 의해 계량될 수 있는데, 여기에서는 트랜스듀서(transducer) 또는 그와 유사한 것이 제어 수단과 함께 작용하고, 또는 체적에 의해서 계량될 수 있는데, 이것은 유입 공급부에 있는 패들휘일(paddlewheel)과 같은 것에 의해 이루어진다.
본 발명의 다른 측면에서 본 발명은 확장 가능한 산출량의 펌프 팩을 제공하는데, 이것은 가변적인 속도로 물질을 받아들이는 유입 매니폴드, 상기 매니폴드로부터 유인된 물질 유입부를 가진 하우징을 각각 구비하는 펌프 요소들의 적어도 하나의 그룹, 개별의 전달 라인으로의 배출 유출부 및, 물질 유입부 및 배출 유출부 각각에 있는 밸브를 작동시키는 액튜에이터를 제어하는 공압 제어 수단을 구비하고, 압축 공기 공급은 주기적으로, 적재를 위한 하우징 압력을 감소시키는 벤튜리 및 압력 배출을 위하여 하우징으로 전달되고, 벤튜리 작용 공기는 폐쇄된 유출부 밸브의 하류측에 있는 전달 라인으로 배기되고, 제어 수단은, 어떤 펌프 요소들이 사용중인지를 선택하도록 공기 공급에서 작동될 수 있고, 상기의 주기적인 전달 및 액튜에이터들을 제어하여 단계중(in phase)에 있는 전달 라인으로 배출되는 펌프 요소들을 작동시키고, 단계외(out of phase)에 있는 다른 전달 라인들로 배출되는 펌프 요소들을 작동시키도록 작동될 수 있다.
본 발명에 의하여, 합리적인 에너지 소비를 유지하면서 수요의 변화에 대처할 수 있는 펌프 장치가 제공될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 바와 같은 다음의 비제한적인 구현예를 참조하여 설명될 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 장치의 평면도이다.
도 2 는 도 1 의 장치에 대한 정면도이다.
도면에는 펌프 장치가 제공되어 있는데, 펌프 장치는 팔렛(pallet)에 장착되도록 적합화되고, 4 개의 압력 용기(10, 11, 12, 13) 또는 단지(pot)를 포함하며, 상기 압력 용기들은 정사각형의 장착 지점상에 배치되어 있다. 유입 매니폴드(14)는 단지들 또는 압력 용기들 위에 지지되고, 중앙의 200 mm 의 상부 플랜지 접근 포트(top flanged access port, 15)로부터, 개별의 80 mm 단지 유입부(pot inlet) 또는 압력 용기 유입부(16)로 물질을 통과시키고, 압력 용기 유입부들 각각은 유입부 나이프게이트 밸브(inlet knifegate valve, 17)에 의해 제어된다. 압력 용기(10, 11, 12, 13)들의 하단부에는 도립의 원추형 벽 집적기(inverted conical-wall collector, 20)가 제공되는데, 상기 집적기는 각각 유출부 나이프게이트 밸브(22)에 의해 제어되는 유출부(21) 안으로 물질을 통과시킨다. 단지 또는 압력 용기(10, 12)의 유출부(21)는 제 1 전달 라인(23) 안으로 통과된다. 단지 또는 압력 용기(11, 13)의 유출부(21)는 제 2 전달 라인(24) 안으로 통과된다.
상기 압력 용기(10,11,12,13) 또는 단지는 각각 제 1 하우징, 제 2 하우징, 제 3 하우징 및 제 4 하우징에 해당한다. 또한 각각의 압력 용기 유입부(16)는 제 1 물질 유입부, 제 2 물질 유입부, 제 3 물질 유입부 및, 제 4 물질 유입부에 해당하고, 각각의 유출부(21)는 제 1 배출 유출부, 제 2 배출 유출부, 제 3 배출 유출부 및 제 4 배출부에 해당된다. 청구항에 기재된 바와 같이, 제 1 펌프 요소는, 제 1 물질 유입부 및, 제 1 전달 라인으로의 제 1 배출 유출부를 가진 제 1 하우징을 포함하고; 제 2 펌프 요소는, 제 2 물질 유입부 및, 제 2 전달 라인으로의 제 2 배출 유출부를 가진 제 2 하우징을 포함하고; 제 3 펌프 요소는 제 3 물질 유입부 및, 상기 제 1 전달 라인으로의 제 3 배출 유출부를 가진 제 3 하우징을 포함하고, 제 4 펌프 요소는 제 4 물질 유입부 및, 상기 제 2 전달 라인으로의 제 4 배출 유출부를 가진 제 4 하우징을 포함한다.
단지 또는 압력 용기(10, 11)의 유입 나이프게이트 밸브(17)들은 상호 연결되고, 공통의, 2 중 작용 공압 액튜에이터(25)에 의해 작동될 수 있다. 단지 또는 압력 용기(10, 11)의 유출부 나이프게이트 밸브(22)들도 상호 연결되고 공통의, 2 중 작용 공압 액튜에이터(25)에 의해 작동될 수 있다. 마찬가지로, 단지 또는 압력 용기(12, 13)들의 유입부 나이프게이트 밸브(17)들은 상호 연결되고, 공통의 2 중 작용 공압 액튜에이터(25)에 의해 작동될 수 있다. 단지 또는 압력 용기(12, 13)들의 유출부 나이프게이트 밸브(22)들도 상호 연결되고, 공통의 2 중 작용 공압 액튜에이터(25)에 의해 작동될 수 있다.
각각의 단지 또는 압력 용기(10, 11, 12, 13)는 단지 또는 압력 용기의 상부에서 플랜지화된 개구(flanged opening, 27)에 볼트 결합된 배출기 조립체(26)를 가진다. 배출기 조립체(26)는 플랜지화된 개구(27)로부터 하방향으로 전환된 도관을 형성하는 상부 챔버(28)를 가진다. 공기 분사기 노즐(30)은 상부 챔버(28)의 측벽을 통하여 아래로 지향된다. 상부 챔버(28)의 하단부는 분사기 노즐(30)과 정렬된 상대적으로 좁은 가속기 튜브(31)로 이행되어 벤튜리 기능을 만든다. 공기 사이클링 밸브(air cycling valve, 32)는 가속기 튜브(31) 안에 개재되어 상부 챔버(28)를 감압된 공간과 가압된 공간 사이에서 천이시킨다. 가속기 튜브(31)는 팽창 도관(33)으로 배기되는데, 팽창 도관은 차례로 개별적인 배출 라인(23,24)으로 비워진다.
상기 벤튜리 기능을 만드는 벤튜리로서, 각각의 단지 또는 압력 용기(10,11,12,13)에 대하여, 제 1 벤튜리, 제 2 벤튜리, 제 3 벤튜리 및 제 4 벤튜리가 연계된다. 즉, 제 1 하우징, 제 2 하우징, 제 3 하우징 및 제 4 하우징에 대하여 각각 제 1 벤튜리, 제 2 벤튜리, 제 3 벤튜리 및 제 4 벤튜리가 연계된다. 또한 압력 용기(10)에 해당하는 제 1 하우징에 대하여, 제 1 분사기 노즐, 제 1 상부 챔버, 제 1 가속기 튜브 및 제 1 공기 사이클링 밸브가 포함된다. 마찬가지로 다른 압력 용기(11,12,13)에 해당하는 제 2 내지 제 4 하우징에 대하여, 제 2 내지 제 4 분사기 노즐, 제 2 내지 제 4 상부 챔버들, 제 2 내지 제 4 가속기 튜브들 및 제 2 내지 제 4 공기 사이클링 밸브가 각각 포함된다.
각각의 배출기 조립체(26)의 공기 분사기 노즐(30)은 개별의 공기 제어 밸브(35)를 통하여 압축 공기 공급 라인(34)으로부터 공기를 공급받는다. 공기 제어 밸브(35)는 개별의 단지 또는 압력 용기를 라인으로부터 분리시키기 위한 온-오프(on-off) 스위치를 구비한다. 압축 공기 공급 라인(34)은 수동 차단 볼 밸브(manual shut off ball valve, 36)를 구비하여 전체 장치가 하나의 지점에서 차단될 수 있게 한다. 상기 압축 공기 공급 라인(34)은 청구항에 기재된 압축 공기 공급부에 해당한다.
압축 공기는 압축 공기 공급 라인(34)으로 공급되고 압축 공기 공급 라인은 공기를 엔크로져(enclosure) 안에 위치된 공압 제어 회로 및 공기 제어 밸브(35)로 공급한다. 압력 용기(10,12)들이 작동 단계의 진공 부분에 있는 것으로 취해지면, 유입 나이프게이트 밸브(17)들은 유입 매니폴드(14)로 개방되게 포트(port)를 형성하는 반면에, 압력 용기(11,13)들은 그들의 대응하는 유입부 나이프게이트 밸브(17)들을 통해서 유입 매니폴드(14)로부터 격리되어 유지된다. 모든 4 개의 공기 제어 밸브(35)들이 개방(ON)으로 선택되면, 공기는 유연성 매니폴드 라인들을 통해 각각의 공기 분사기 노즐(30)로 유출된다. 압력 용기(10,12)들은 진공 모드에 있으므로, 개별의 공기 사이클링 밸브(32)들이 개방되어 공기가 공기 분사기 노즐(30)을 통하여 가속기 튜브(31)로 통과될 수 있고, 따라서 진공을 발생시켜서 유입 매니폴드(14)에서 같아진 진공이 압력 용기(10,12)상에 유인된다. 가속기 튜브(31)로부터의 배출 공기는 팽창 도관(33) 안으로 팽창될 수 있고 다음에 제 1 전달 라인(23)으로 지향된다.
그에 대응하여 압축 공기 공급 라인(34) 및 공기 제어 밸브(35)들을 통해 압력 용기(11,13)로 지향된 공기는 각각의 경우에 상부 챔버(28)를 통해 공기 분사기 노즐(30)로부터 이동하지만, 공기 사이클링 밸브(32)들에서 정지되며 따라서 압력 용기(11,13) 안으로 다시 지향되어, 압력을 가하고, 내용물을 방출시킨다. 그 내용물은 제 2 전달 라인(24)을 통해 배출된다.
개별의 전달 라인(23,24) 각각은 작은 솔레노이드 제어 추출 포트(37)를 가지는데, 이것은 공기가 라인으로 유출될 수 있게 하여 생산물에 공기를 씌우게 하고 필요하다면 직렬의 콘베이어 속도를 올린다. 추출 포트(37)들은 제어 엔크로져(control enclosure) 안에 있는 분리된 스위치들을 통해서 제어된다. 완성된 적재 및 배출 주기(load and discharge cycle)는 공압 타이머에 의해 조절되며, 공압 타이머는 물질 점도에 따라서 가변적인 주기의 길이(cycle length)를 허용한다.
한편으로는 단지 또는 압력 용기(10, 11)들이, 다른 한편으로는 단지 또는 압력 용기(12,13)들이 협동하여 작동한다는 점이 이해되어야 한다. 즉, 단지 또는 압력 용기(10) 및 단지 또는 압력 용기(11)는 나이프게이트 밸브(17,22)가 주기의 배출 부분에 있고, 단지 또는 압력 용기(11,13)들은 주기의 적재 부분(load part)에 있게 된다.
압축 공기가 압축 공기 공급 라인(34)으로 공급될 때, 임의의 개별적인 공기 제어 밸브(35)가 작동될 수 있다. 공기가 배출됨으로써 제어 솔레노이드를 구비한 제어 시스템에 에너지가 제공된다. 공기 제어 밸브(35)가 단지 또는 압력 용기(10)를 개방 위치로 선택되게 하는 정상의 작동시에, 단지 또는 압력 용기(10)를 가압하도록 상부 챔버(28)를 통해 이동하는 공기는 배출 타이머를 통과하여 그것을 과정중에 활성화시킨다. 다음에 공기는 제어 솔레노이드를 작동시키는데, 제어 솔레노이드는 작동 공기 사이클링 밸브(32)가 폐쇄되는 것과 함께 단지 또는 압력 용기(10)에 대한 유입 나이프게이트 밸브(17)의 폐쇄측 및 유출 나이프게이트 밸브(22)의 개방측으로 공기를 유출시킨다. 공기는 주 매니폴드로부터 배출되어 주 솔레노이드를 제어하는 공압 타이머로 공급되는데, 주 솔레노이드는 공기를 나이프게이트 밸브(17) 및 공기 사이클링 밸브(32)의 액튜에이터들로 지향시킨다.
공기 분사기 노즐(30)로의 공급을 제어하는 공기 제어 밸브(35)는 각각의 나이프게이트 밸브와 관련된 마이크로스위치로부터 작동 신호를 얻는다. 스위치 접촉이 타격기 핀(striker pin)을 통해 이루어질 때, 스프링은 각각의 주기(cycle) (적재 및 배출) 사이에서 공기 제어 밸브(35)를 폐쇄시킨다. 이러한 방식으로, 공기가 작동하여 진공을 유인하거나 또는 하우징을 가압하기 전에, 나이프게이트 밸브들이 완전히 개방되거나 또는 폐쇄되어야 한다. 압축 공기가 공기 사이클링 밸브(32)에서 정지되고 상부 챔버(28)를 통해 단지 또는 압력 용기(10) 안으로 다시 지향될 때, 내용물들이 압력하에 방출된다.
유입 나이트게이트 밸브(17)에 부착된 배출 타이머의 시간이 다했을 때, 제어 솔레노이드로의 신호는 정지되고 제어 솔레노이드는 디폴트 위치(default position)로 복귀된다. 이것은 다시 공기를 단지 또는 압력 용기(10)에 대한 유출 나이트게이트 밸브(22)의 폐쇄측 및 유입 나이트게이트 밸브(17)의 개방측으로 유출시킨다. 다음에 공기는 적재 타이머(load timer)를 통과하며, 적재 타이머는 타이머 솔레노이드를 작동시키고 공기를 공기 제어 밸브(35)로 유출시킨다. 이것은 공기 사이클링 밸브(32)를 통한 유동을 허용함으로써 벤튜리 효과가 진공을 단지 또는 압력 용기(10)에 유인될 수 있게 한다. 단지 또는 압력 용기(11)는 이제 배출 주기에 있게 된다. 적재 타이머의 시간이 끝났을 때, 주기는 공기 공급이 끝날 때까지 반복된다.
상기의 구현예에 따른 장치는, 가변적인 드릴 프로그램이 요구하는 바에 따라서 콘테인먼트 시스템(containment system)내에서 드릴 절삭물을 전달하는데 소요되는 에너지 및 작업 처리량에 대하여 작업자가 융통성 있게 제어하는 것을 허용한다. 이것은 각각의 단지 또는 압력 용기가 시간당 최대 10,000 + 리터의 젖어있거나 또는 건조한 절단물을 전달할 수 있고 오직 150 CFM 의 공기를 필요로 하면서, 작업자에게 개별적인 단지 또는 압력 용기의 제어를 부여함으로써 이루어져서, 보다 관리 가능하고 에너지 효율적인 시스템을 산출한다. 이러한 시스템의 성능의 장점은 쌍둥이식(twin) 단지 또는 압력 용기의 기능에 의해 발생되는 증가된 직렬 공기의 흐름이다. 보통의 2 중 벤튜리 과정에서, 하나의 시스템은 불가피하게 다른 것에 종속되는데, 상기 구현예들의 구성은 그러한 것을 회피하며 우수한 직렬의 이송 속도를 산출한다.
상기의 설명이 본 발명의 예시적인 것으로서 주어졌지만, 상기의 모든 설명 및 다른 변형들과 수정은 당업자가 이해하는 바와 같이 첨부된 청구 범위에 기재된 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 한다는 점이 물론 이해될 것이다.
10.11.12.13. 압력 용기 15. 접근 포트(access pot)
16. 압력 용기 유입부 17. 유입부 나이프게이트 밸브
20. 집적부 22. 유출부 나이프게이트 밸브

Claims (27)

  1. 제 1 펌프 요소, 제 2 펌프 요소, 제 1 벤튜리, 제 2 벤튜리, 콘트롤러 및 압축 공기 공급부를 구비하는 펌프 장치로서,
    상기 제 1 펌프 요소는, 제 1 물질 유입부 및, 제 1 전달 라인으로의 제 1 배출 유출부를 가진 제 1 하우징을 포함하고,
    상기 제 2 펌프 요소는, 제 2 물질 유입부 및, 제 2 전달 라인으로의 제 2 배출 유출부를 가진 제 2 하우징을 포함하고,
    상기 제 1 벤튜리는 제 1 하우징과 연계되고,
    상기 제 2 벤튜리는 제 2 하우징과 연계되고,
    상기 콘트롤러는 상기 제 1 물질 유입부상의 제 1 유입 밸브, 상기 제 2 물질 유입부상의 제 2 유입 밸브, 상기 제 1 배출 유출부상의 제 1 배출 밸브, 상기 제 2 배출 유출부상의 제 2 배출 밸브를 작동시키는 액튜에이터들을 제어하고,
    상기 제 1 펌프 요소 및 상기 제 2 펌프 요소가 모두 작동중일 때, 상기 제 1 펌프 요소 및 상기 제 2 펌프 요소중 하나가 배출 국면에 있는 동안, 상기 제 1 펌프 요소 및 상기 제 2 펌프 요소중 다른 하나는 적재 국면에 있는 방식으로, 상기 제 1 펌프 요소 및 상기 제 2 펌프 요소가 각각 적재 국면(load phase)과 배출 국면(discharge phase) 사이에서 교번(alternatie)하고,
    상기 제 1 펌프 요소 또는 상기 제 2 펌프 요소의 오직 하나만이 작동중일 때, 상기 제 1 펌프 요소 및 상기 제 2 펌프 요소중 오직 하나만이 적재 국면과 배출 국면 사이에서 교번하도록,
    콘트롤러는 상기 제 1 유입 밸브, 제 2 유입 밸브, 제 1 배출 밸브 및 상기 제 2 배출 밸브를 제어하도록 구성되고,
    상기 압축 공기 공급부는,
    적재를 위하여 상기 제 1 하우징의 압력을 감소시키는 상기 제 1 벤튜리 및 압력 배출을 위하여 상기 제 1 하우징으로 주기적으로(cyclically) 압축 공기를 전달하고, 또한,
    적재를 위하여 상기 제 2 하우징의 압력을 감소시키는 상기 제 2 벤튜리 및 압력 배출을 위하여 상기 제 2 하우징으로 주기적으로 압축 공기를 전달하는, 펌프 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 펌프 장치는 제 3 펌프 요소 및 제 4 펌프 요소를 더 포함하고,
    상기 제 3 펌프 요소는 제 3 물질 유입부 및, 상기 제 1 전달 라인으로의 제 3 배출 유출부를 가진 제 3 하우징을 포함하고,
    상기 제 4 펌프 요소는 제 4 물질 유입부 및, 상기 제 2 전달 라인으로의 제 4 배출 유출부를 가진 제 4 하우징을 포함하고,
    상기 제 3 펌프 요소는 상기 제 1 펌프 요소와 연결되어 상기 제 1 전달 라인으로 선택적으로 전달이 이루어지도록 구성되고,
    제 4 펌프 요소는 상기 제 2 펌프 요소와 연결되어 제 2 전달 라인으로 선택적으로 전달이 이루어지도록 구성되는, 펌프 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전달 라인 및 상기 제 2 전달 라인은 상기 제 1 전달 라인 및 상기 제 2 전달 라인에 있는 물질에 힘을 가하도록 고압의 공기를 상기 제 1 전달 라인 및 상기 제 2 전달 라인으로 지향시키는 공기 분사 수단을 구비하는, 펌프 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 물질 유입부 및 상기 제 2 물질 유입부는 공통의 물질 공급부로부터 유인되도록 함께 매니폴드로 이루어지는, 펌프 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 펌프 요소 및 상기 제 2 펌프 요소중 하나가 배출 국면에 있는 동안, 상기 제 1 펌프 요소 및 상기 제 2 펌프 요소중 다른 하나가 적재 국면에 있는 것에 의하여, 상기 매니폴드는 일정한 감압 상태에 있는 챔버의 형태인, 펌프 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    매니폴드는 펌프 작용 이전에 생산물을 축적시키기 위한 저장 수단과 관련되는, 펌프 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    저장 수단은 호퍼(hopper)이며, 호퍼는 중력에 의한 도움을 제공하고 생산물을 통한 공기의 평균 자유 경로를 감소시키도록 구성되는, 펌프 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 물질 유입부 및 상기 제 2 물질 유입부는 상부에 있고 상기 제 1 배출 유출부 및 상기 제 2 배출 유출부는 저부에 구성됨으로써 적재 및 배출에 중력에 의한 도움이 제공되도록 상기 제 1 하우징 및 상기 제 2 하우징이 구성되는, 펌프 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 하우징 및 상기 제 2 하우징의 하부 단부는, 유출부를 통한 배출에서 중력에 의한 도움을 최적화시키도록, 상기 제 1 배출 유출부 또는 상기 제 2 배출 유출부가 정점에 있는 도립된 원추부(inverted cone)를 구비하는, 펌프 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 하우징 및 상기 제 2 하우징은, 압력의 유지를 위해서 최적화되고, 유동을 최적화시키도록 맞춰진 내측의 상기 도립된 원추부를 가지는, 펌프 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 물질 유입부, 상기 제 2 물질 유입부, 상기 제 1 배출 유출부 및 상기 제 2 배출 유출부는 각각 나이프게이트(knifegate) 유형의 밸브를 포함하는, 펌프 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 물질 유입부, 상기 제 2 물질 유입부, 상기 제 1 배출 유출부 및 상기 제 2 배출 유출부는 각각 공압 액튜에이터들을 포함하는, 펌프 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 물질 유입부 및 상기 제 2 배출 유출부와, 상기 제 2 물질 유입부 및 상기 제 2 배출 유출부는 상기 제 1 펌프 요소 및 상기 제 2 펌프 요소의 주기적인 작동을 이루도록 작동 가능하게 상호 연결되는, 펌프 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    작동상의 상호 연결은 공통의 2 중 작용 액튜에이터(double-action actuator)에 의해 기계적으로 이루어지는, 펌프 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 물질 유입부 및 상기 제 2 물질 유입부와, 상기 제 1 배출 유출부 및 상기 제 2 배출 유출부는 교대의 작동을 위해 작동 가능하게 상호 연결되는, 펌프 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    작동의 상호 연결은 개별의 공통의 2 중 작용 액튜에이터에 의해 기계적으로 이루어지는, 펌프 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 벤튜리(venturi)는 제 1 가속기 튜브로 좁아지는 낮은 저항의 제 1 상부 챔버를 가지는 신장된 제 1 동체를 구비한 제 1 배출기 조립체의 부분을 형성하고, 벤튜리 효과는 공기 공급부로부터 상기 제 1 상부 챔버를 가로질러 상기 제 1 가속기 튜브로 고압 공기를 향하게 하는 제 1 분사기 노즐에 의해 제공되어, 상기 제 1 상부 챔버내의 압력을 저하시키는, 펌프 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 상부 챔버는 상기 제 1 하우징의 상부 부분과 유체 소통되어 상기 제 1 하우징 안의 압력 감소를 이루는, 펌프 장치.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 분사기 노즐로의 공기 공급은 공기 제어 밸브에 의해 스위치(switch)되는, 펌프 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 공기 제어 밸브는, 주기(cycle)의 적재 부분 및 배출 부분 양쪽을 통해 개방되고, 상기 제 1 펌프 요소가 작동중이 아닐 때 상기 제 1 펌프 요소를 불능화시키도록 폐쇄되는, 펌프 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 1 배출기 조립체는 상기 제 1 가속기 튜브 또는 벤튜리 배기부를 가로지르는 제 1 사이클링 밸브(cycling valve)를 구비하고, 상기 제 1 사이클링 밸브는 교대로, 벤튜리 배기부를 개방하여 상기 제 1 벤튜리가 작동하여 제 1 하우징 안의 압력이 감소될 수 있게 하고, 상기 벤튜리 배기부를 폐쇄하여 벤튜리가 멈추게 하고, 전달 라인으로의 벤튜리 배기부를 폐쇄시키며, 제 1 상부 챔버 및 제 1 하우징을 가압하도록 작동될 수 있는, 펌프 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 제 1 물질 유입부 및 상기 제 1 배출 유출부와 연계된 리미트 스위치들은, 제어 수단이 사이클링 밸브들을 작동시키기 전에 상기 제 1 물질 유입부 및 상기 제 1 배출 유출부가 올바르게 설정되는 것을 보장하도록 이용되는, 펌프 장치.
  23. 제 1 항에 있어서,
    상기 콘트롤러는 공압 콘트롤러를 포함하는, 펌프 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 콘트롤러는 프로그래머블 로직 콘트롤러(programmable logic controller;PLC)를 포함하는, 펌프 장치.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 콘트롤러는 적재 체적 제어, 배출 체적 제어, 하우징 온/오프(on/off) 제어, 공기 압력 조절, 유입 및 유출 밸브 타이밍(timing), 벤튜리의 작동 및, 하우징 가압 제어(housing pressurization control)의 기능들중 임의의 하나 이상을 직접적으로 또는 간접적으로 제어하는, 펌프 장치.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 콘트롤러는 타이머 기능을 포함함으로써 각각의 주기에 대하여 상기 제 1 하우징 및 상기 제 2 하우징으로 받아들여지는 물질의 양을 제어하는, 펌프 장치.
  27. 삭제
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