KR20010067769A - 플런저 펌프의 밸브구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 응답성과 효율성을 크게 향상시킨 플런저 펌프의 밸브구조에 관한 것이다. 일반적으로 플런저 펌프의 밸브는 플런저의 왕복운동에 따라 흡입행정에서는 흡입압력에 의해 흡입밸브가 자동으로 열리고 토출행정에서는 밸브의 자중이나 스프링의 탄성력에 의해 흡입밸브가 닫히게 되고, 토출밸브는 유체(물) 흐름의 힘으로 열리도록 설계 된다. 그리고 밸브의 무게는 개폐시기나 열리는 변위량에 큰 영향을 미치게 된다.

즉, 밸브가 너무 무거우면 응답성이 떨어져 열림시기가 늦어지고, 반대로 밸브가 너무 가벼우면 닫힘시기가 빨라지게 되므로 적당한 탄성력의 스프링으로 밸브의 개폐시간을 조정하고는 있지만 효율은 그 만큼 떨어지게 된다. 특히 밸브는 유체 흐름에 대한 저항이 적어야 할 뿐 아니라 신속ㆍ정확하고 원활한 개폐와, 밸브 시트의 마모방지 및 충격을 감소시키기 위하여 중량과 양정이 적당해야 한다. 또한, 밸브와 밸브 시트를 정밀하게 가공하여 누수를 줄이고 내구성이 있어야 한다.

따라서, 본 발명은 유체의 흐름을 원활하게 하면서 흡입밸브와 토출밸브 사이에 연결회로 역할을 수행하는 밸브블럭을 설치하여 밸브의 응답성을 획기적으로 개선하도록 하고, 상기 밸브블럭에는 언제나 유체(물)이 채워져 있도록 함으로서 흡입행정 및 토출행정 사이의 충격을 크게 완화시켜 응답성이 우수한(높은 응답성) 고효율의 플런저 펌프를 제공하도록 한 것이다.

Description

플런저 펌프의 밸브구조{Valve structure for the plunger pump}

본 발명은 응답성과 효율성을 크게 향샹시킨 플런저 펌프의 밸브구조에 관한 것으로, 유체의 흐름을 원활하게 하면서 흡입밸브와 토출밸브 사이에 연결회로 역할을 수행하는 밸브블럭을 설치하여 흡입행정과 토출행정이 연속적으로 이루어지게 함으로서 밸브의 응답성을 획기적으로 개선하고, 상기 밸브블럭에는 언제나 유체가 채워져 있게 함으로서 흡입행정 및 토출행정 사이의 충격을 크게 완하시켜 응답성이 우수한(높은 응답성) 고효율의 플런저 펌프를 제공하도록 한 것이다.

왕복펌프(Riciprocating Pump)의 일종인 플런저 펌프(Plunger Pump)는 크랭크기구ㆍ플런저ㆍ실린더ㆍ흡입밸브ㆍ토출밸브 등으로 크게 구성되며, 상기 플런저는 크랭크 기구에 의해 실린더 내부를 직선 왕복운동하면서 진공압력(흡입압력)과 토출압력을 발생시키게 된다.

상기 진공압력과 토출압력은 펌프블럭로 곧바로 전달되어 물과 같은 유체를 흡입한 다음 고압으로 토출하게되며, 플런저 펌프의 토출용량을 높이기 위하여 복수 개의 플런저 펌프를 병렬로 접속시켜 2련식이나 3련식 또는 이상으로 구성하기도 한다.

한편, 플런저 펌프의 밸브는 플런저의 직선왕복운동에 따라 흡입행정에서는 흡입압력에 의해 흡입밸브가 자동으로 열리고 토출행정에서는 밸브의 자중이나 스프링의 탄성력에 의해 흡입밸브가 닫히게 되며, 토출밸브는 물과 같은 유체의 흐름압력에 의해 열리도록 설계 된다. 그리고 밸브의 무게는 개폐시기나 열리는 변위량에 큰 영향을 미치게 된다.

즉, 밸브가 너무 무거우면 응답성이 떨어져 열림시기가 늦어지고, 반대로 밸브가 너무 가벼우면 닫힘시기가 빨라지게 되므로 적당한 탄성력(탄발력)의 스프링으로 밸브의 개폐시간을 조정하고는 있지만 개ㆍ폐 전환과 응답성 조정이 신속히 이루어지지 아니하여 펌프효율이 그 만큼 떨어지게 된다. 특히 밸브는 유체흐름에 대한 저항이 적어야 할 뿐 아니라 신속ㆍ정확 및 원활한 개폐와, 밸브시트의 마모방지 및 충격을 감소시키기 위하여 중량과 양정이 적당해야 한다. 또한, 밸브와 밸브 시트를 정밀하게 가공하여 누수를 줄이고 내구성이 있어야 한다.

종래 플런저 펌프는 흡입밸브와 토출밸브의 구조상 흡입밸브가 완전히 닫히지 않은 상태에서 유체가 역류하는 현상이 있어서 응답성이 늦어지게되고, 연속적인 동작이 아닌 순차적인 동작과정으로 흡입행정과 토출행정이 이루어지게 되므로 펌프의 효율이 전반적으로 떨어지는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 유체의 흐름을 원활하게 하면서 흡입밸브와 토출밸브 사이에 연결회로 역할을 수행하는 밸브블럭을 설치하여 흡입행정과 토출행정이 연속적으로 이루어지게 함으로서 밸브의 응답성을 획기적으로 개선하고, 상기 밸브블럭에는 언제나 유체(물)이 채워져 있도록 함으로서 흡입행정 및 토출행정 사이의 충격을 크게 완하시켜 응답성이 우수한(높은 응답성) 고효율의 플런저 펌프를 제공하도록 함을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 펌프블럭의 흡입실에 펌핑실과 복수 개의 흡입공이 형성된 밸브블럭을 설치하고, 상기 펌프블럭의 토출실에 스프링으로 탄지되는 토출밸브를 설치하여 밸브블럭에 면접촉하도록 하고, 흡입공은 흡입실과 연통하도록 하고, 헤드 케이스에 토출실과 연통되는 토출공을 형성하도록 한다.

또한, 흡입공은 밸브블럭의 중앙 외주면 방향으로 경사지게 형성하고, 밸브블럭의 외주면과 만나는 흡입공 단부에 흡입실과 연통되는 개방홈을 형성하여 유체가 자연스럽게 흡입되도록 하고, 토출공과 안내홈은 연결공으로 서로 연결하여 유체가 토출되도록 한다.

또한, 밸브블럭에는 언제나 유체(물)가 채워져 있도록 하여 흡입행정 및 토출행정에서의 충격을 크게 완화시켜 응답성과 펌프효율을 향상시키도록 한다.

또한, 흡입밸브와 토출밸브를 탄지하는 스프링은 비슷한 탄발력으로 하여 밸브가 적당한 시기에 신속 정확하게 개폐되고, 밸브 시트의 마모방지 및 충격을 감소되어 사용 수명이 연장되도록 한다.

도 1 : 본 발명의 단면 구성도로 밸브가 폐쇄된 상태도.

도 2 : 본 발명의 요부를 부분 절개한 상태의 분해 사시도.

도 3 : 본 발명의 흡입행정 상태 단면도.

도 4 : 본 발명의 토출행정 상태 단면도.

도 5 : 본 발명의 사용 상태 단면도.

도 6 : 본 발명 펌프블럭 부분 평면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

(2)--플런저 펌프 (4)--펌프블럭

(6)--흡입실 (8)--토출실

(10)--흡입구 (12)--토출구

(14)(22)--결합공 (16)(24)--걸림턱

(18)--실린더 (20)(28)--너트

(26)--헤드 케이스 (30)--안내홈

(32)(72)--스프링 (34)--삽입홈

(36)--토출공 (38)--연결공

(40)--토출밸브 (42)(44)--오링

(46)--크랭크 기구 (48)--플런저

(50)--패킹 (52)--밸브블럭

(54)--연결봉 (56)(68)--디스크면

(58)--흡입밸브 (60)--펌핑실

(62)--흡입공 (64)--개방홈

(66)(70)--밀착부 (74)--구멍

(76)--부시

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명 플런저 펌프(2)의 단면 구성도이고, 도 2는 본 발명 플런저 펌프(2)의 요부를 부분 절개한 상태의 분해 사시도로, 플런저 펌프(2)의 펌프블럭(4) 내부에 내경이 상이한 흡입실(6)과 토출실(8)이 이웃하여 형성되고, 펌프블럭(4)의 측면에는 흡입실(6)과 연결되는 흡입구(10)와 토출실(8)과 연결되는 토출구(12)가 각각 형성된다.

상기 흡입실(6)과 흡입구(10) 및 토출실(8)과 토출구(12)의 내경은 서로 상이하다. 즉, 흡입실(6)과 흡입구(10)의 내경은 비교적 큰 편이며, 흡입구(10)와 흡입실(6)과 유입된 유체를 고압으로 토출하는 토출실(8)과 토출구(12)는 흡입실(6)과 흡입구(10)에 비하여 그 내경이 작은 편이다.

펌프블럭(4)의 전면에 형성된 결합공(14)에는 걸림턱(16)을 갖는 실린더(18)가 결합되어 너트(20)로 체결되며, 펌프블럭(4)의 후면에 형성된 결합공(22)에는 걸림턱(24)을 갖는 헤드 케이스(26)가 결합된 다음 너트(28)로 체결된다.

토출실(8)에 결합되는 헤드 케이스(26)의 선단부 중앙에는 흡입실(6) 방향으로 개방되는 안내홈(30)과 스프링(32) 삽입홈(34)이 각각 형성되며, 안내홈(30)의 바깥으로는 복수 개의 토출공(36)이 일정한 간격으로 빙둘러 형성된다.

상기 토출공(36)의 선단은 흡입실(6) 방향으로 개방되고, 토출공(36)의 후단은 직각 또는 경사지게 꺾임된 다음 토출실(8)과 연결되고, 토출공(36)과안내홈(30)은 연결공(38)으로 서로 연결하여 토출밸브(40)의 원할한 동작과 유체의 원할한 흐름이 이루어지도록 한다.

상기 결합공(14)(22)의 단턱부에는 오링(42)(44)이 각각 삽입되어 수밀이 유지되며, 실린더(18)의 내부에는 크랭크기구(46)에 의해 직선왕복운동하는 플런저(48)가 결합되고, 플런저(48)와 실린더(18) 사이의 간극에는 수밀유지용 패킹(50)이 설치된다.

펌프블럭(4)의 흡입실(6)에는 원통형상의 밸브블럭(52)이 결합 설치되고, 토출실(8)에는 스프링(32)으로 탄지되는 토출밸브(40)가 설치된다.

상기 토출밸브(40)의 후단에 형성되는 연결봉(54)은 헤드 케이스(26)의 안내홈(30)에 헐겁게 결합되어 길이방향으로 전ㆍ후진 운동할 수 있게되며, 흡입행정시에는 연결봉(54)에 끼워지는 스프링(32)의 탄발력에 의해 토출밸브(40)의 디스크면(56)이 밸브블럭(52)의 후측면과 접촉하면서 수밀이 유지된다.

상기 밸브블럭(52)은 유체의 흐름을 원활하게 하면서 흡입밸브(58)와 토출밸브(40) 사이에 연결회로 역할을 수행하게 되므로 흡입행정과 토출행정이 연속적으로 이루어지면서 밸브의 응답성이 획기적으로 개선된다.

또한, 상기 밸브블럭(52)에는 언제나 유체가 채워져 있게 되므로 흡입행정 및 토출행정 사이의 충격이 크게 완하되어 응답성이 높고 펌프효율이 크게 향상된다.

상기 밸브블럭(52)은 길이방향 중앙으로 펌핑실(60)이 형성되고, 상기 펌핑실(60)의 바깥 부분에는 복수 개의 유체 흡입공(62)이 일정간격으로 빙둘러 형성되며, 펌핑실(60)의 내경은 흡입행정시 폐쇄될 수 있게 토출밸브(40)의 디스크면(56)의 평면적보다 작은 크기로 형성된다.

토출행정시에 상기 흡입공(62)의 선단은 흡입밸브(58)의 디스크면(68)에 면접촉으로 밀착된다.

또한, 도 1, 도 2에서 볼 수 있듯이 흡입공(62)의 선단은 밸브블럭(52)의 중앙 외주면 방향으로 비스듬히 경사져 있으며, 밸브블럭(52)의 외주면과 만나는 흡입공(62)의 단부에는 흡입실(6)과 연결되는 개방홈(64)이 각각 형성되고, 밸브블럭(52)의 후측면에는 토출밸브(40)의 디스크면(56)이 밀착되는 밀착부(66)가 돌출형성되고, 밸브블럭(52)의 전면에는 흡입밸브(58)의 디스크면(68)이 밀착되는 또 다른 밀착부(70)가 돌출형성된다.

밸브블럭(52)의 외주면에 형성되는 상기 개방홈(64)은 특정 형상에 구애됨이 없이 유체저항이 적으면서 흡입실(6)과 연결되어 유체를 충분히 흡입할 수 있으면 대체로 만족한다.

따라서, 크랭크 기구(46)에 의해 플런저(48)가 하강하는 흡입행정에서 유체의 흐름 경로는 흡입구(10) →흡입실(6) →흡입공(62) →펌핑실(60)이 된다.

그리고, 크랭크 기구(46)에 의해 플런저(48)가 상승하는 토출(송출)행정에서 유체의 흐름 경로는 펌핑실(60) →토출실(8) →토출공(36) →토출구(12)가 되며, 이러한 과정의 반복으로 유체의 연속적인 흡입/토출이 이루어진다.

그리고 흡입행정시에는 밸브블럭(52)과 스프링(32) 탄지되는 토출밸브(40)에 의해 흡입실(6)과 토출실(8)이 서로 격리되며, 토출행정시에는 토출압력에 의해 토출밸브(40)가 헤드 케이스(26) 방향으로 이동하면서 펌핑실(60)과 토출실(8)이 연통된다.

밸브블럭(52)의 전면에 형성된 밀착부(70)에는 스프링(72)으로 탄지되는 흡입밸브(58)의 디스크면(68)이 밀착되며, 다스크면(68)의 중앙에는 펌핑실(60)과 같은 내경의 구멍(74)이 형성되어 플런저(48)에 의한 진공(흡입)압력과 토출압력이 펌핑실(60)로 고스란히 전달되며, 상기 스프링(72)의 타측은 패킹(50)을 압지하는 부시(76)에 지지된다.

흡입밸브(58)와 토출밸브(40)를 탄지하는 스프링(72)(32)은 동일하거나 비슷한 탄발력으로 하여 이들 밸브(58)(40)의 원할한 동작이 이루어지도록 한다.

본 발명에서 플런저(2)는 크랭크 기구(46)와 같은 동력전달수단에 의해 실린더(4) 내부를 직선왕복운동하면서 진공압력(흡입압력)과 토출압력을 발생시키게 되며, 상기 진공압력과 토출압력은 펌프블럭(4)로 곧바로 전달되므로 흡입구(10)로 흡입된 유체가 흡입된 다음 토출구(12)로 고압 토출된다.

또한, 흡입밸브(58)를 탄지하고 있는 스프링(72)과 토출밸브(40)를 탄지하고 있는 스프링(32)의 탄발력이 비슷하거나 동일하므로 밸브(58)(40)가 적당한 시기에 신속 정확하게 개폐되어 응답속도가 향상된다.

또한, 플런저(48)가 하강하는 흡입행정 시에 유체(물)가 흡입되면 흡입력에 의해 흡입밸브(58)가 하강하면서 스프링(72)이 압축되며, 스프링(72)의 압축력이 부시(76)로 전달되고 패킹(50)의 압력이 자동으로 조절되면서 플런저(48)에 밀착되므로 패킹(50)의 기밀성과 수밀성이 유지된다.

그리고 플런저(48)가 상승 전진할 때 작용(인가)되는 고압 때문에 패킹(50)이 후방으로 밀리면서 양호한 수밀이 이루어지며, 스프링(72)에 의해 패킹(50)의 완충이 이루어지므로 패킹(50)의 마모나 손상 및 누수가 방지된다.

도 3은 본 발명의 흡입행정을 도시한 도면이다.

즉, 크랭크 기구(46)의 작용에 의해 플런저(48)가 후진(하강)하게되면, 펌핑실(60)이 저압(진공압)으로 되어 흡입압력이 발생되며, 외부의 유체가 흡입구(10) →흡입실(6) →개방홈(64) →흡입공(62)으로 유입되고 밸브블럭(52)에 밀착되어 있던 흡입밸브(58)가 하강하면서 이격되어 흡입공(64)과 펌핑실(60)이 연결되어 흡입로가 형성된다.

따라서, 펌핑실(60)과 실린더(18) 내부로 유체가 흡입되며, 유체의 흡입에 의해 진공압력이 떨어지면서 스프링(72)의 탄발력에 의해 흡입밸브(58)가 상승하고 밸브블럭(52)에 밀착되면서 복수 개의 흡입공(62)을 막게되므로 흡입로가 차단된다.

그리고, 밸브블럭(52)이 토출실(8)을 막고 있고, 토출밸브(40)가 펌핑실(60)의 후방을 막아 토출로를 차단하고 있으므로 흡입된 유체는 펌핑실(60)과 흡입밸브(58)의 구멍(74)과 실린더(18)의 내부에 머물게 된다.

상기 크랭크 기구(46)는 도시안된 모터 또는 원동기와 같은 구동원에 의해 회전 또는 구동하게 된다.

도 4는 본 발명의 토출행정을 도시한 도면으로, 크랭크 기구(46)의 작용에 의해 플런저(48)가 전진(상승)하면서 펌핑실(60)로 강한 압력이 작용되며,펌핑실(60)과 흡입밸브(58)의 구멍(74)과 실린더(18)의 내부에 머물고 있던 유체로 토출압력이 곧 바로 전달된다.

한편, 스프링(72)의 탄발력에 의해 상승한 흡입밸브(58)가 상승하여 밸브블럭(52)에 밀착되면서 흡입공(62)을 막고 있으므로 흡입공(62)으로의 유체역류가 방지되며, 토출압력에 의해 밸브블럭(52)에 면접촉하여 있던 토출밸브(40)가 상승하면서 이격되고 펌핑실(60)과 토출실(8)이 연결되어 토출로가 형성된다.

따라서, 펌핑실(60)과 흡입밸브(58)의 구멍(74)과 실린더(18)의 내부에 머물고 있던 유체가 펌핑실(60)을 경유하여 토출실(8)과 토출공(36)과 토출구(12)로 고압분출된다.

고압으로 송출되는 일부의 유체는 연결공(38)을 통하여 토출공(36)이나 안내홈(30)으로 흐르게 되며, 상기 연결공(38)에 의해 안내홈(30)과 토출공(36)이 연결되므로 연결봉(54)과 토출밸브(40)의 원할한 운동이 이루어 지게된다.

토출행정이 완료되면 상승해 있던 토출밸브(26)가 스프링(32)의 탄발력에 의해 하강 복귀하여 밸브블럭(52)에 면접촉하면서 펌핑실(60)을 막게되고 토출로가 차단되며, 이러한 과정의 반복으로 유체의 흡입과 고압토출이 반복되게 된다.

도 5에 도시된 플런저 펌프는 3연식(Tripler type)이며 3본의 플런저와 밸브장치를 갖추고 있다.

미 설명 부호 (78)은 크랭크 로드, (80)은 연결봉, (82)는 오일씰, (84)는 나사구멍, (86)은 케이스, (88)은 실린더 실 이다.

이상과 같이 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면으로 한정되는것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하며, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 것이다.

이상과 같이 본 발명은 펌프블럭의 흡입실에 유체의 흐름을 원활하게 하면서 흡입밸브와 토출밸브 사이에 연결회로 역할을 수행하는 밸브블럭이 설치되어 있어서 흡입행정과 토출행정이 연속적으로 이루어지면서 밸브의 응답성이 획기적으로 개선되고 펌프효율이 크게 향상되는 효과가 있다.

또한, 밸브블럭에는 언제나 유체(물)가 채워져 있게 되므로 흡입행정 및 토출행정 사이의 충격이 크게 완화되므로 응답성이 자연 높아지고 펌프효율이 크게 향상된다.

또한, 스프링의 탄발력과 흡입 및 토출압력에 의해 밸브가 적당한 시기에 신속 정확하게 개폐되고, 밸브 시트의 마모방지 및 충격을 감소되어 사용 수명이 연장되는 등의 효과가 있는 유용한 발명이다.

Claims (4)

1. 플런저의 왕복운동에 의해 흡입 유체가 고압으로 토출되는 플런저 펌프에 있어서, 펌프블럭(4)의 흡입실(6)에 펌핑실(60)과 복수 개의 흡입공(62)이 형성된 밸브블럭(52)을 설치하고, 펌프블럭(4)의 토출실(8)에 스프링(32) 탄지되는 토출밸브(40)를 설치하여 밸브블럭(52)의 밀착부(66)에 면접촉하도록 하고, 스프링(72) 탄지되는 흡입밸브(58)는 밸브블럭(52)의 밀착부(32)에 면접촉하도록 하고, 흡입공(62)과 흡입실(6)을 연통하고, 펌프블럭(4)에 체결되는 헤드 케이스(26)에 토출실(8)과 연통되는 토출공(36)을 형성하여서 된 플런저 펌프의 밸브구조.
2. 제 1 항에 있어서, 흡입공(62)은 밸브블럭(52)의 중앙 외주면 방향으로 경사지게 형성하고, 밸브블럭(52)의 외주면과 만나는 흡입공(62) 단부에 흡입실(6)과 연통되는 개방홈(64)을 형성하여서 된 플런저 펌프의 밸브구조.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 토출공(36)과 안내홈(30)은 연결공(38)으로 서로 연결하여서 된 플런저 펌프의 밸브구조.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 흡입밸브(58)와 토출밸브(40)를 탄지하는 스프링(72)(32)은 비슷한 탄발력으로 함을 특징으로 하는 플런저 펌프의 밸브구조.