KR101815814B1 - 맥동저감형 사판식 피스톤 펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종래 상사점과 하사점을 연결하는 통로에 설치되는 체크밸브를 대신하여 새로운 구조적 설계안을 제시함으로써, 역류방지기능은 물론 맥동을 저감시키면서도 용적효율을 증가시킬 수 있고, 특히 짝수개의 실린더 및 피스톤을 가지는 경우에 더욱 극대화된 효과를 제고할 수 있는 맥동저감형 사판식 피스톤 펌프에 관한 것으로, 하우징, 회전축, 경사판, 복수의 실린더가 축방향으로 관통 형성된 실린더블럭, 복수의 피스톤과, 밸브플레이트를 포함하고, 상기 실린더블럭은, 후면에 상기 실린더 각각의 개구부 외주방향으로 상기 실린더 각각의 개구부와 연통되도록 복수의 실린더노치가 방사상으로 각각 함몰 형성되고, 상기 밸브플레이트는, 상기 실린더블럭의 회전에 의해 상기 실린더 각각의 축방향을 따라 상기 피스톤 각각이 상사점에서 하사점까지 왕복동하는 경우 일단은 상기 피스톤이 상사점에 위치할 때의 상기 실린더의 개구부와 연통되는 실린더노치와 연결되고, 타단은 상기 피스톤이 하사점에 위치할 때의 상기 실린더의 개구부와 연통되는 실린더노치와 연결되는 맥동저감라인이 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

맥동저감형 사판식 피스톤 펌프{PULSE DECREASING SWASH PLATE TYPE PISTON PUMP}

본 발명은 사판의 경사에 의해 실린더 내 피스톤이 왕복 운동을 하여 유체의 흡입과 토출을 수행하면서, 유체의 흡입과 토출시 발생하는 맥동 및 그에 따른 소음을 저감시킬 수 있는 맥동저감형 사판식 피스톤 펌프에 관한 것이다.

일반적으로 피스톤 펌프는 피스톤의 왕복 운동에 의한 용적변화를 이용하여 유체의 흡입과 토출을 행하는 방식으로서, 그 중 사판의 경사에 의해 피스톤이 왕복 운동을 하게 되어 흡입과 토출을 행하는 것이 사판식 피스톤 펌프이다.

일반적으로 사판식 피스톤 펌프는 도 1에 도시된 바와 같이 하우징(10)과, 상기 하우징(10)을 관통하여 회전 가능하게 설치된 회전축(20)과, 상기 하우징(10)의 내부에 경사지게 설치된 경사판(30)과, 상기 회전축(20)과 결합되어 함께 회전 가능하도록 상기 하우징(10)의 내부에 설치되고, 방사상 복수의 실린더(41)가 축방향으로 관통 형성된 실린더블럭(40)과, 각각의 일단이 피스톤슈(51)를 매개로 상기 경사판(30)에 접촉하여 습동하도록 상기 실린더블럭(40)의 전방으로 상기 실린더(41) 각각에 축방향으로 왕복동 가능하게 삽입 설치된 복수의 피스톤(50)과, 상기 실린더블럭(40)의 후면에 밀착되는 슬라이딩면(61)을 가지고, 상기 실린더(41) 각각의 개구부(41a)와 연통되는 한 쌍의 흡입포트(62) 및 토출포트(63)가 각각 관통 형성된 밸브플레이트(60)를 포함하여 이루어진다.

상기와 같이 구성된 사판식 피스톤 펌프는 회전축(20)의 회전과 함께 실린더블럭(40)이 함께 회전하면서 복수의 피스톤(50)이 각각의 실린더(41) 내에서 상사점(TDC, Top Dead Center, 실린더 내부 체적이 최소치가 됨)과 하사점(BDC, Bottom Dead Center, 실린더 내부 체적이 최대치가 됨) 사이를 왕복운동하게 된다. 이때, 피스톤(50)이 상사점에서 하사점으로 이동하는 흡입행정에서는 밸브플레이트(60)의 흡입포트(62)를 통해 실린더(41) 내부로 유체가 흡입되고, 피스톤(50)이 하사점에서 상사점으로 이동하는 토출행정에서는 밸브플레이트(60)의 토출포트(63)를 통해 실린더(41) 내부로부터 유체가 토출된다.

즉, 상기 회전축(20)과 실린더블럭(40)이 함께 회전할 때 실린더블럭(40)은 밸브플레이트(60)의 슬라이딩면(61)에 밀착되어 상대적으로 회전하고, 유체는 실린더블럭(40)의 후면에 형성된 실린더(41)의 개구부(41a)가 밸브플레이트(60)의 흡입포트(62)와 연결될 때 실린더(41) 내부로 흡입되고, 실린더(41)의 개구부(41a)가 밸브플레이트(60)의 토출포트(63)에 연결될 때 실린더(41) 외부로 토출되는 것이다.

한편, 상술한 바와 같이 피스톤(50)의 펌핑 작용에 따라 실린더블럭(40)의 실린더(41) 내부에서는 압력상승과정과 압력하강과정을 반복함에 따른 압력 변동 현상이 발생한다. 이와 같이 실린더(41) 내부에서 압력변동이 발생하는 요인 가운데서 상대적으로 큰 비중을 차지하는 것은 실린더(41)가 흡입 행정을 종료하고, 토출행정을 시작할 때에 실린더(41) 내부로 고압의 유체가 역류하는 현상이다. 이러한 압력의 변동은 기진력으로 작용하게 되어 장치 전체를 진동시키고, 그 결과로 소음을 발생하는 바, 압력상승과정과 압력하강과정에서 압력 변동의 폭이 클수록 진동 및 소음도 증가한다.

상기와 같은 사판식 피스톤 펌프에서의 맥동을 저감시키기 위하여, 특허등록번호 제10-0318870호의 '엑시얼 피스톤 펌프', 특허등록번호 제10-0665717호의 '소음저감형 액시얼 피스톤 펌프의 밸브플레이트' 및 특허등록번호 제10-0872112호의 '유압 피스톤 펌프에서 체적설계를 이용한 압력맥동저감장치' 등이 제시되고 있다.

다만, 상기와 같은 종래 기술에 따른 사판식 피스톤 펌프는 주로 피스톤(50)이 상사점 또는 하사점에 각각 위치할 때의 실린더(41)로부터의 바이패스라인이나 별도의 공간을 마련하는 등의 방법으로 유체를 이동시켜 맥동을 저감시키고자 하지만, 이동된 만큼의 토출유량이 줄어들어 용적효율이 저감되는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하고자, 피스톤(50)이 상사점 부근에 위치할 때의 실린더(41) 내부의 유체를 피스톤(50)이 하사점 부근에 위치할 때의 실린더(41) 내부로 유체를 이동시켜 맥동을 저감시키면서도 용적효율의 저하를 회피하고자 하는 기술들이 제시되고 있다. 예컨대, 'Simulation research on distribution method of axial piston pump utilizing pressure equalization mechanism', Bing Xu, Junhui Zhang and Huayong Yang, MECHANICAL ENGINEERING SCIENCE, 5 October 2012에 발표된 논문이 있다. 이 논문에서는 도 2에 도시된 바와 같이 상사점과 하사점을 연결하는 통로(passage)를 개설하고, 역류방지를 위해 체크밸브(check valve)를 설치한 구조를 제시하였다. 이를 통해 도 3에 도시된 바와 같이 맥동 저감효과가 개선되었음을 확인할 수 있다.

그러나, 회전축(20)이 대략 수천 RPM의 아주 빠른 속도로 회전함에 따라서 복수의 피스톤(50)이 상사점과 하사점을 지나게 되는데, 상기 통로에 설치된 체크밸브는 1분 동안에 회전축(20)의 회전속도 N(rpm)에 피스톤(50)의 개수 Z를 곱한 N×Z회 만큼 빠른 빈도로 개폐되어야 한다. 그에 따라, 첫째 체크밸브의 라이프 사이클이 매우 짧아져 쉽게 파손되어 자주 교체해주어야 하는 문제가 발생하고, 둘째 체크밸브의 개폐에 따른 소음과 그로부터 발생하는 진동도 무시할 수 없는 문제가 되는 것이다.

한편, 일반적인 사판식 피스톤 펌프의 경우 실린더(41) 및 피스톤(50)의 개수를 Z라 하면, 피스톤(50)의 수가 짝수개의 경우 Z회, 홀수개의 경우에는 2×Z회 만큼 맥동이 발생하지만, 맥동의 진폭은 짝수개(예컨대, 6, 8, 10)인 경우 홀수개(예컨대, 5, 7, 9)인 경우 보다 크기 때문에 홀수개 피스톤(50)을 가지는 펌프 구조가 짝수개보다 유리하여 주로 홀수개를 많이 사용하게 된다. 예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이 피스톤(50)의 개수가 9개인 경우와 10개인 경우의 무부하(토출압력이 0bar) 시 유량맥동 특성을 시뮬레이션한 결과(단, 실린더의 행정 용적은 동일하게 설정하였을 때의 결과)를 도시하였고, 회전축(20)이 1회전하는 동안에 발생하는 맥동의 회수는 홀수개의 경우가 많지만 맥동의 진폭은 짝수개의 경우가 큰 것을 알 수 있다. 다만, 평균유량은 피스톤(50)의 개수가 9개인 경우에 비하여 10개인 경우가 더 많을 수밖에 없다.

그러나, 도 5에 도시된 바와 같이 부하(예컨대, 200bar) 시의 맥동 특성 시뮬레이션 결과를 비교하여 보면 피스톤(50)의 개수가 9개인 경우와 10개인 경우에 있어서의 맥동 진폭의 차이가 거의 없음을 알 수 있고, 따라서 부하시에는 피스톤(50)의 개수가 짝수인 경우와 홀수인 경우의 유불리가 희석되는 것이다. 그 이유는 피스톤(50)이 하사점(BDC) 부근을 회전하면서 토출포트(63)로부터 실린더(41) 내부로 고압의 유체가 역류하여 큰 진폭의 유량맥동이 발생하며, 피스톤(50) 개수에 따른 기구학적인 맥동은 상대적으로 작은 영향을 미치기 때문이다.

한편, 피스톤(50)의 개수가 홀수인 경우에 비하여 짝수인 경우, 보다 구체적으로 9개에 비하여 10개인 경우에는 회전축(20)을 중심으로 각각의 실린더(41)를 대칭이 되도록 배치할 수 있고, 대칭점에 위치한 2개의 실린더(41)가 180°의 위상각을 가지고 각각 흡입 및 토출행정을 수행하므로 이들 2개의 실린더(41) 사이를 연결통로로 연결함으로써 유량맥동 저감화 설계를 적용하기가 용이하다.

이러한 점을 근거로, 맥동저감을 위하여 짝수개의 피스톤을 가지는 사판식 피스톤 펌프에서 상사점과 하사점을 연결하는 통로를 개선할 경우 종래 일반적으로 널리 사용되는 홀수개의 피스톤(50)이 배열된 사판식 피스톤 펌프에 비하여 더욱 우수한 유량 맥동 저감 효과 및 용적효율 개선 효과를 꾀할 수 있을 것이다.

상기와 같은 관점에서 안출된 본 발명의 목적은, 종래의 일반적인 밸브플레이트의 상사점과 하사점을 연결하는 압력맥동 저감기구를 대신하여 새로운 구조적 설계안을 제시함으로써, 역류방지기능은 물론 맥동을 저감시키면서도 용적효율을 증가시킬 수 있고, 특히 짝수개의 실린더 및 피스톤을 가지는 경우에 더욱 극대화된 효과를 얻을 수 있는 맥동저감형 사판식 피스톤 펌프를 제공하는 데 있다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관된 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 맥동저감형 사판식 피스톤 펌프는, 하우징과, 상기 하우징을 관통하여 회전 가능하게 설치된 회전축과, 상기 하우징의 내부에 경사지게 설치된 경사판과, 상기 회전축과 결합되어 함께 회전 가능하도록 상기 하우징의 내부에 설치되고, 방사상 복수의 실린더가 축방향으로 관통 형성된 실린더블럭과, 각각의 일단이 피스톤슈를 매개로 상기 경사판에 접촉하여 습동하도록 상기 실린더블럭의 전방으로 상기 실린더 각각에 축방향으로 왕복동 가능하게 삽입 설치된 복수의 피스톤과, 상기 실린더블럭의 후면에 밀착되는 슬라이딩면을 가지고, 상기 실린더 각각의 개구부와 연통되는 한 쌍의 흡입포트 및 토출포트가 각각 관통 형성된 밸브플레이트를 포함하고, 상기 실린더블럭은, 후면에 상기 실린더 각각의 개구부 외주방향으로 상기 실린더 각각의 개구부와 연통되도록 복수의 실린더노치가 방사상으로 각각 함몰 형성되고, 상기 밸브플레이트는, 상기 실린더블럭의 회전에 의해 상기 실린더 각각의 축방향을 따라 상기 피스톤 각각이 상사점에서 하사점까지 왕복동하는 경우 일단은 상기 피스톤이 상사점에 위치할 때의 상기 실린더의 개구부와 연통되는 실린더노치와 연결되고, 타단은 상기 피스톤이 하사점에 위치할 때의 상기 실린더의 개구부와 연통되는 실린더노치와 연결되는 맥동저감라인이 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 밸브플레이트는, 상기 맥동저감라인의 일단과 상기 피스톤이 상사점에 위치할 때의 상기 실린더의 개구부와 연통되는 실린더노치의 연결이 끊어지는 순간부터 상기 맥동저감라인의 일단과 연결이 끊어지는 상기 실린더의 개구부와 연통되도록 상사점노치가 상기 흡입포트의 시작단에 함몰 형성되고, 상기 맥동저감라인의 타단과 상기 피스톤이 하사점에 위치할 때의 상기 실린더의 개구부와 연통되는 실린더노치의 연결이 끊어지는 순간부터 상기 맥동저감라인의 타단과 연결이 끊어지는 상기 실린더의 개구부와 연통되도록 하사점노치가 상기 토출포트의 시작단에 함몰 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 실린더블럭은, 짝수개의 실린더를 가지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 실린더블럭은, 10개의 실린더가 회전축을 중심으로 36도 각도로 방사상 배열되고, 상기 밸브플레이트는, 상기 실린더블럭의 실린더 각각에 대하여 상기 상사점 및 하사점을 기준으로 상기 토출포트 및 흡입포트가 대칭을 이루도록 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 맥동저감형 사판식 피스톤 펌프는, 종래의 일반적인 밸브플레이트의 상사점과 하사점을 연결하는 압력맥동 저감기구를 대신하여 복수의 실린더노치 및 맥동저감라인을 구조적으로 제시함으로써, 역류방지기능은 물론 맥동을 저감시키면서도 용적효율을 증가시킬 수 있고, 특히 짝수개의 실린더 및 피스톤을 가지는 경우에 상사점 및 하사점을 기준으로 대칭되게 설치할 수 있어 더욱 극대화된 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 일반적인 사판식 피스톤 펌프의 일 실시예를 도시한 측단면도이고,
도 2는 종래 기술에 따른 상사점과 하사점을 연결하는 통로 및 체크밸브가 구비된 사판식 피스톤 펌프의 일 실시예를 도시한 측단면도 및 A-A선에서 바라본 단면도이며,
도 3은 도 2의 실시예를 통해 회전각도에 따른 측정된 유량맥동을 도시한 그래프이고,
도 4는 일반적인 사판식 피스톤 펌프에 있어서 실린더 및 피스톤 개수가 9개인 경우와 10개인 경우의 무부하 운전시 유량맥동을 시뮬레이션한 결과를 도시한 그래프이며(실린더 행정용적 17.8×9cm³/rev 및 17.8×10cm³/rev, 회전속도 1800rpm, 토출압력 0bar),
도 5는 일반적인 사판식 피스톤 펌프에 있어서 실린더 및 피스톤 개수가 9개인 경우와 10개인 경우의 부하 운전시 유량맥동을 시뮬레이션한 결과를 도시한 그래프이고(시뮬레이션 조건은 도 4와 동일, 단 토출압력은 200bar),
도 6은 본 발명에 따른 맥동저감형 사판식 피스톤 펌프의 일 실시예를 도시한 측단면도이며,
도 7은 도 6의 실시예의 분해 사시도이고,
도 8은 도 6의 실시예 중 실린더의 개구부를 바라보는 방향에서 실린더블럭을 도시한 평면도이며,
도 9는 도 6의 실시예 중 슬라이드면을 바라보는 방향에서 밸브플레이트의 일 실시예를 도시한 평면도이고,
도 10은 도 6의 실시에에서 실린더블럭의 개구부와 밸브플레이트의 슬라이드면이 접촉된 상태에서 밸브플레이트를 기준으로 실린더블럭의 실린더를 파선으로 표현한 평면도이며,
도 11 내지 13은 도 10의 실시예를 기준으로 실린더블럭의 회전에 따라 실린더의 개구부가 회전하면서 실린더 내부의 피스톤이 상사점 및 하사점을 각각 지나가면서 실린더노치 및 맥동저감라인의 작동과정을 도시한 평면도이고,
도 14는 도 6의 실시예 중 슬라이드면을 바라보는 방향에서 밸브플레이트의 다른 실시예를 도시한 평면도이며,
도 15 및 16은 도 14의 실시예를 기준으로 실린더블럭의 회전에 따라 실린더의 개구부가 회전하면서 실린더 내부의 피스톤이 상사점 및 하사점을 각각 지나가면서 상사점노치 및 하사점노치의 작동과정을 도시한 평면도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 맥동저감형 사판식 피스톤 펌프의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 맥동저감형 사판식 피스톤 펌프는, 도 6 내지 16에 도시된 바와 같이 하우징(100), 회전축(200), 경사판(300), 실린더블럭(400), 피스톤(500) 및 밸브플레이트(600)를 포함하여 이루어진다. 상기 실린더블럭(400)에는 복수의 실린더(410)가 설치되며, 개구부(411) 및 복수의 실린더노치(412)가 형성되고, 상기 피스톤(500)에는 피스톤슈(510)가 결합된다. 또한, 상기 밸브플레이트(600)에는 슬라이딩면(610), 흡입포트(620), 토출포트(630), 맥동저감라인(640), 상사점노치(650) 및 하사점노치(660)가 형성된다.

하우징(100)은 도 6 및 7에 도시된 바와 같이 후술하는 각종 구성요소가 내부에 취부 및 결합되고, 유체가 외부로 새어나가지 않도록 밀폐된다. 이러한 하우징(100)에는 후술할 회전축(200)과의 관계에서 복수의 베어링이 설치되고, 유압유 누출 방지를 위한 패킹 등이 설치된다. 하우징(100)의 축방향 전후로 커버가 결합되며, 후술할 실린더블럭(400)의 실린더(410) 내부로 유체가 흡입되거나 외부로 토출되도록 연통된 밸브플레이트(600)가 구비된다.

회전축(200)은 도 6 및 7에 도시된 바와 같이 상기 하우징(100)을 관통하여 회전 가능하게 설치된다. 회전축(200)은 유압시스템에서 구동장치(예컨대, 전동기)의 회전력을 전달받아 회전하는 것이다.

경사판(300)은 도 6 및 7에 도시된 바와 같이 상기 하우징(100)의 내부에 경사지게 설치된다. 이러한 경사판(300)은 도면에는 도시하지 않았으나 작동부하에 감응하여 필요한 압력 및 유량을 공급하도록 각도 조절이 가능하게 설치될 수 있다. 경사판(300)은 기울어진 경사면을 가지는데 경사판(300)의 경사면을 통해 후술할 실린더블럭(400)의 실린더(410) 내에서 피스톤(500)이 왕복 운동을 하게 하여 유체의 흡입과 토출을 수행하게 된다.

실린더블럭(400)은 도 6 및 7에 도시된 바와 같이 상기 회전축(200)과 결합되어 함께 회전 가능하도록 상기 하우징(100)의 내부에 설치되고, 방사상 복수의 실린더(410)가 축방향으로 관통 형성된다. 실린더블럭(400)은 명칭 그대로 복수의 실린더(410)가 합쳐진 것으로서, 복수의 실린더(410)는 방사상으로 형성되어 있다. 실린더블럭(400)은 회전축(200)과 스플라인 또는 키 결합되어 함께 회전한다. 실린더블럭(400)의 실린더(410) 각각은 내부로 유체를 흡입하거나 토출하는데, 후술하는 밸브플레이트(600)를 통해 상기 실린더블럭(400)의 실린더(410) 각각으로 유체를 흡입 또는 토출시킨다.

피스톤(500)은 도 6 및 7에 도시된 바와 같이 복수가 구비되고, 각각의 일단이 피스톤슈(510)를 매개로 상기 경사판(300)에 접촉하여 습동하도록 상기 실린더블럭(400)의 전방으로 상기 실린더(410) 각각에 축방향으로 왕복동 가능하게 삽입 설치된다. 피스톤(500)과 피스톤슈(510)는 볼조인트 결합되고, 피스톤슈(510)는 경사판(300)의 경사면에 접동한다. 이러한 피스톤(500)은 실린더블럭(400)의 실린더(410)에 축방향으로 삽입되어 왕복동함으로써 실린더(410) 내부로 유체를 흡입 및 토출시킨다.

밸브플레이트(600)는 도 6 및 7에 도시된 바와 같이 상기 실린더블럭(400)의 후면에 밀착되는 슬라이딩면(610)을 가지고, 상기 실린더(410) 각각의 개구부(411)와 연통되는 한 쌍의 흡입포트(620) 및 토출포트(630)가 각각 관통 형성된다. 즉, 밸브플레이트(600)의 흡입포트(620)를 통해 유체가 흡입되어 실린더(410) 내부로 흡입되고, 밸브플레이트(600)의 토출포트(630)를 통해 실린더(410) 내부로부터 외부로 유체가 토출되는 것이다.

상술한 바와 같이 하우징(100), 회전축(200), 경사판(300), 실린더블럭(400), 피스톤(500) 및 밸브플레이트(600)의 구성에 따라 회전축(200)의 회전으로 실린더블럭(400)이 회전하고, 피스톤(500)은 실린더블럭(400)의 실린더(410) 내부에서 경사판(300)의 경사면에 습동하면서 왕복동하며, 피스톤(500)의 왕복동운동으로 실린더(410) 내부로 밸브플레이트(600)의 흡입포트(620)를 통해 유체가 흡입되거나 실린더(410) 내부의 유체가 밸브플레이트(600)의 토출포트(630)를 통해 외부로 토출되는 것이다.

종래의 사판식 피스톤 펌프에서는 실린더블럭(400)이 회전함에 따라서 실린더(410)의 개구부가 상사점(TDC) 부근에서 토출포트(630)와 연결이 끊긴 상태에 있게 되고, 실린더(410)의 내부(dead volume)에 잔존하는 유체는 흡입포트(620)와 연결되면서 압력 강하로 인하여 유체가 팽창(역류)하여 펌프의 용적효율이 낮아지는 문제가 발생하였다. 또한, 실린더(410)의 개구부가 하사점(BDC) 부근에서 흡입포트(620)와 연결이 끊긴 상태로 토출포트(630)와 연결되면서, 토출포트(630)의 고압의 유체가 실린더(410) 내부로 역류하여 유량맥동을 발생하였다. 그에 따라, 유압펌프의 진동 및 소음의 원인이 되었다.

이러한 문제를 해결하고자 종래기술로 제시한 도 2에 도시된 바와 같이 상사점(TDC)과 하사점(BDC)을 연결하는 통로(passage)를 형성하는 설계안이 제시되었다. 이러한 통로(passage)를 통해서 상사점(TDC)을 지나는 실린더에서 송출행정후 버려지는 고압의 유체를 하사점(BDC) 부근에 위치한 실린더에 공급함으로써 펌프의 용적효율을 높일 수 있고, 고압의 유체를 공급하여 실린더 내부의 유체를 미리 가압함으로써 유량맥동을 저감시킬 수 있었다.

그러나, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 통로(passage)를 사용하기 위해서는 역류를 방지하기 위한 체크밸브 등이 필수불가결하게 구성될 수밖에 없다. 상사점(TDC)와 하사점(BDC)을 통로(passage)로 연결하면 송출포트와 흡입포트가 언제나 연결된 상태가 유지되므로 펌프가 정상적으로 유량을 송출할 수 없기 때문이다. 이 경우 펌프가 고속으로 회전함에 따라 체크밸브는 1분 동안에 회전축의 회전속도 N(rpm)에 피스톤의 개수 Z를 곱한 N×Z회 만큼 빠른 빈도로 개폐되어야 하므로 체크밸브의 내구성을 유지하기 어렵다.

본 발명은 상술한 문제점을 개선하기 위하여 도 8에 도시된 바와 같이 각각의 실린더(410) 개구부(411)와 연통되는 실린더노치(412)를 실린더블럭(400)에 함몰 형성하고, 도 10에 도시된 바와 같이 맥동저감라인(640)을 밸브플레이트(600)에 형성하여 종래와 같이 체크밸브를 설치하지 않고도 역류방지 기능을 가질 수 있는 새로운 메카니즘을 제시한다.

즉, 상기 실린더블럭(400)은 도 6 및 8에 도시된 바와 같이 후면에 상기 실린더(410) 각각의 개구부(411) 외주방향으로 상기 실린더(410) 각각의 개구부(411)와 연통되도록 복수의 실린더노치(412)가 방사상으로 함몰 형성된다.

또한, 상기 밸브플레이트(600)는 도 6 및 9 내지 13에 도시된 바와 같이 상기 실린더블럭(400)의 회전에 의해 상기 실린더(410) 각각의 축방향을 따라 상기 피스톤(500) 각각이 상사점(TDC)에서 하사점(BDC)까지 왕복동하는 경우 일단은 상기 피스톤(500)이 상사점(TDC)에 위치할 때의 상기 실린더(410)의 개구부(411)와 연통되는 실린더노치(412)와 연결되고, 타단은 상기 피스톤(500)이 하사점(BDC)에 위치할 때의 상기 실린더(410)의 개구부(411)와 연통되는 실린더노치(412)와 연결되는 맥동저감라인(640)이 상기 슬라이딩면(610)에 함몰 형성된다.

이러한 복수의 실린더노치(412)와 맥동저감라인(640)의 구체적인 작동과정을 살펴보면, 먼저 도 11에 도시된 바와 같이 상사점(TDC)에 접근하는 실린더(410)의 개구부(411)는 아직도 토출포트(630)와 연결되어 토출이 진행되는 상태이고, 하사점(BDC)에 접근하는 실린더(410)의 개구부(411)는 흡입포트(620)와 연결되어 흡입이 진행되는 상태이다. 상사점(TDC)에 위치한 실린더(410) 내부(dead volume)에 잔존하는 유체는 흡입포트(620)와 연결되면서 실린더(410) 내부로 기름이 팽창(역류)한다.

이를 방지하기 위하여, 상기 실린더노치(412)와 맥동저감라인(640)이 그 역할을 하게 되는 것이다. 즉, 상사점(TDC)에 도달한 실린더(410)의 내부에는 유체가 잔존하게 되는데, 상사점(TDC)에 위치하는 실린더(410)의 개구부(411)는 밸브플레이트(600)의 토출포트(630)와 연결되지 못한 상태이다. 그러나, 도 12에 도시된 바와 같이 개구부(411)의 외주방향으로 연통된 실린더노치(412)와 맥동저감라인(640)을 통하여 상사점(TDC)에 위치하는 실린더(410)의 내부에 잔존하는 고압의 유체는 하사점(BDC)에 위치하는 실린더(410)의 내부로 흐르게 된다. 즉, 상사점(TDC)에 위치하는 실린더(410) 내부의 고압 유체는 맥동저감라인(640)의 일단으로 유체를 토출하고, 토출된 유체는 맥동저감라인(640)을 거쳐 맥동저감라인(640)의 타단을 거쳐 하사점(BDC)에 위치하는 실린더(410) 내부로 흡입되는 것이다. 따라서, 흡입행정에서 버려지던 고압의 유체를 송출행정에서 다시 사용함으로써 펌프의 용적효율이 높아진다. 또한 고압의 유체를 하사점(BDC)에 위치하는 실린더(410)와 연결함으로써 실린더(410) 내부 압력을 미리 가압하고, 토출포트(630)로 역류하는 유량을 줄여서 유량 맥동을 저감시키는 것이다.

도 13은 맥동저감라인(640)과 실린더(410) 간에 연결이 단절된 상황을 나타낸다. 맥동저감라인(640)은 밸브플레이트(600) 내부에 가공되어 있고, 실린더노치(412)는 실린더(410)의 개구부(411) 외주방향으로 함몰 형성되어 있기 때문에, 펌프가 상사점(TDC) 및 하사점(BDC)을 지나서 회전하는데 일정 각도 구간에서는 실린더노치(412)와 맥동저감라인(640) 간의 연결이 끊어지므로 역류에 따른 문제가 발생하지 않는 것이다.

다만, 도 15 및 16에 도시된 바와 같이 상사점(TDC)을 순간 벗어나면서 맥동저감라인(640)의 일단과는 연결이 끊어지지만 흡입포트(620)와는 연통되지 못하는 상태 및 하사점(BDC)을 순간 벗어나면서 맥동저감라인(640)의 타단과는 연결이 끊어지지만 토출포트(630)와는 연통되지 못하는 상태가 발생할 수 있다. 이때, 상사점(TDC)을 지난 실린더(410)는 내부로 유체가 흡입되어야 하고, 하사점(BDC)을 지난 실린더(410)의 내부는 유체가 토출되어야 한다. 이를 위하여, 밸브플레이트(600)에 상사점노치(650) 및 하사점노치(660)를 형성하는 것이다.

즉, 도 14 내지 16에 도시된 바와 같이 상기 밸브플레이트(600)는 상기 맥동저감라인(640)의 일단과 상기 피스톤(500)이 상사점(TDC)에 위치할 때의 상기 실린더(410)의 개구부(411)와 연통되는 실린더노치(412)의 연결이 끊어지는 순간부터 상기 맥동저감라인(640)의 일단과 연결이 끊어지는 상기 실린더(410)의 개구부(411)와 연통되도록 상사점노치(650)가 상기 흡입포트(620)의 시작단에 함몰 형성된다.

또한, 상기 밸브플레이트(600)는 상기 맥동저감라인(640)의 타단과 상기 피스톤(500)이 하사점(BDC)에 위치할 때의 상기 실린더(410)의 개구부(411)와 연통되는 실린더노치(412)의 연결이 끊어지는 순간부터 상기 맥동저감라인(640)의 타단과 연결이 끊어지는 상기 실린더(410)의 개구부(411)와 연통되도록 하사점노치(660)가 상기 토출포트(630)의 시작단에 함몰 형성된다.

한편, 상사점(TDC) 및 하사점(BDC)에 위치하는 실린더(410)의 개구부(411)를 서로 연통시킬 때 홀수개의 피스톤(500)을 갖는 경우보다 짝수개의 피스톤(500)으로 배열된 구조가 상사점(TDC) 및 하사점(BDC)을 기준으로 대칭을 이루면서 보다 균일하고 정밀한 유량 및 맥동조절이 가능한 특성을 가지게 된다.

이를 위하여, 도 7 내지 16에 도시된 바와 같이 상기 실린더블럭(400)은 짝수개의 실린더(410)를 가지고, 각각의 실린더(410)에 삽입되어 왕복동하는 피스톤(500) 역시 동일한 짝수개를 가지게 된다.

보다 구체적으로, 상기 실린더블럭(400)은 10개의 실린더(410)가 회전축(200)을 중심으로 36도 각도로 방사상 배열되고, 상기 밸브플레이트(600)는 상기 실린더(410) 각각에 대하여 상기 상사점(TDC) 및 하사점(BDC)을 기준으로 상기 토출포트(630) 및 흡입포트(620)가 대칭을 이루도록 설치된다.

이러한 짝수개, 즉 10개의 피스톤(500)을 가지는 대칭구조는 9개의 피스톤(500)을 가지는 대칭구조와 대비하여, 보다 균일하고 정밀한 맥동 및 유량 조절이 가능한 효과가 있다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

TDC : 상사점
BDC : 하사점
100 : 하우징
200 : 회전축
300 : 경사판
400 : 실린더블럭 410 : 실린더
411 : 개구부 412 : 실린더노치
500 : 피스톤 510 : 피스톤슈
600 : 밸브플레이트 610 : 슬라이딩면
620 : 흡입포트 630 : 토출포트
640 : 맥동저감라인 650 : 상사점노치
660 : 하사점노치

Claims (4)

1. 하우징과, 상기 하우징을 관통하여 회전 가능하게 설치된 회전축과, 상기 하우징의 내부에 경사지게 설치된 경사판과, 상기 회전축과 결합되어 함께 회전 가능하도록 상기 하우징의 내부에 설치되고, 방사상 복수의 실린더가 축방향으로 관통 형성된 실린더블럭과, 각각의 일단이 피스톤슈를 매개로 상기 경사판에 접촉하여 습동하도록 상기 실린더블럭의 전방으로 상기 실린더 각각에 축방향으로 왕복동 가능하게 삽입 설치된 복수의 피스톤과, 상기 실린더블럭의 후면에 밀착되는 슬라이딩면을 가지고, 상기 실린더 각각의 개구부와 연통되는 한 쌍의 흡입포트 및 토출포트가 각각 관통 형성된 밸브플레이트를 포함하고,
   상기 실린더블럭은,
   10개의 실린더가 상기 회전축을 중심으로 36도 각도로 방사상 배열되며, 후면에 상기 실린더 각각의 개구부 외주방향으로 상기 실린더 각각의 개구부와 연통되도록 복수의 실린더노치가 방사상으로 각각 함몰 형성되고,
   상기 밸브플레이트는,
   상기 실린더블럭의 회전에 의해 상기 실린더 각각의 축방향을 따라 상기 피스톤 각각이 상사점에서 하사점까지 왕복동하는 경우 일단은 상기 피스톤이 상사점에 위치할 때의 상기 실린더의 개구부와 연통되는 실린더노치와 연결되고, 타단은 상기 피스톤이 하사점에 위치할 때의 상기 실린더의 개구부와 연통되는 실린더노치와 연결되는 맥동저감라인이 상기 흡입포트 또는 토출포트의 외경방향으로 상기 슬라이딩면에 함몰 형성되고,
   상기 맥동저감라인의 일단과 상기 피스톤이 상사점에 위치할 때의 상기 실린더의 개구부와 연통되는 실린더노치의 연결이 끊어지는 순간부터 상기 맥동저감라인의 일단과 연결이 끊어지는 상기 실린더의 개구부와 연통되도록 상사점노치가 상기 흡입포트의 시작단에 함몰 형성되고,
   상기 맥동저감라인의 타단과 상기 피스톤이 하사점에 위치할 때의 상기 실린더의 개구부와 연통되는 실린더노치의 연결이 끊어지는 순간부터 상기 맥동저감라인의 타단과 연결이 끊어지는 상기 실린더의 개구부와 연통되도록 하사점노치가 상기 토출포트의 시작단에 함몰 형성된 것을 특징으로 하는 맥동저감형 사판식 피스톤 펌프.
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