KR20040034562A - 펌프 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 왕복 펌프(13)를 포함한 페인트 순환 시스템용 펌프 장치에 관한 것으로, 교류 유도 모터(15)와, 상기 펌프(13)의 입력과 상기 유도 모터(15)의 출력을 연결하는, 회전 운동을 직선 운동으로 바꾸는 변환장치(16)와, 상기 유도 모터를 제어하는 교류 주파수 변환장치(24a)와, 상기 왕복 펌프(13)의 행정 종료점에서 상기 유도 모터(15)의 회전을 역회전시키는 스위치 수단(26)과, 상기 펌프의 행정 반전이 일어나는 동안 상기 순환 시스템의 압력을 증가시키기 위해 상기 펌프(13)의 상기 출력 측과 연결된 서어지 엘리미네이터(surge eliminator)(28)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

펌프 장치{PUMPING ARRANGEMENT}

하나 이상의 페인트 분무기에 공급하는 하나 이상의 분지 점(take-off point)과 하나의 저장 용기를 포함한 순환로(circuit) 주위로 액체 페인트를 펌핑하기 위해 왕복 피스톤 펌프를 사용하는 것으로 알려져 있다. 왕복 펌프는 일반적으로 회전식 펌프인 것이 바람직한데, 그 이유는 회전식 펌프가 액체 페인트 중에 있는 안료와 그 밖의 다른 함유물에 훨씬 손상을 미치지 않기 때문이다.

공압식 또는 유압식 모터를 이용해서 유압을 통해 왕복 펌프를 구동하는 것으로 알려져 있다. 그러나, 이러한 모터는 비교적 에너지 낭비가 많고, 에너지를 절약하기 위해 유체 모터를 전기 모터로 교체하고자 하는 시도가 이루어져서 가동 비용을 최소화한다.

왕복 펌프의 문제는, 펌프 피스톤이 행정 반전을 할 경우, 펌프 행정 종료점에서 압력의 손실이다. 피스톤의 전진 행정과 귀환 행정 모두가 펌프 행정인 이중 작용 펌프의 경우에도, 피스톤 행정의 양쪽 종료점에서는 공급 압력이 크게 강하한다. 이러한 문제를 최소화하고, 또한 순환 시스템에서 페인트의 압력 변화에 반응할 때 펌프 사이클 속도 변경시 신속한 반응을 얻기 위해, 전기 구동 모터로 서보 모터(servo motor)를 사용할 필요가 있다. 이 서보 모터는 그 제어 메커니즘과 함께 펌프 행정 종료점에서 신속한 행정의 반전을 얻을 수 있어서 페인트 압력의 "감소"를 최소화하고, 또한 펌프 사이클 속도를 변경시키기 위해 신속히 반응해서 페인트 순환 시스템에서 소정의 압력을 유지할 수 있다. 그러나, 서보 모터의 사용은 매우 많은 비용이 드는 것으로 밝혀졌다. 서보 모터 자체가 고가의 제품이고, 항상 행정 내에서 피스톤의 위치를 표시하기 위한 디지털 엔코더(digital encoder)와, 전문가 컴퓨터 소프트웨어를 이용한 비교적 복잡한 서보 제어 장치와, 복잡한 전기 설비를 포함한 고가의 보조 제어 장비를 필요로 하며, 시스템을 유지하기 위한 높은 전문 기술을 요구할 것이다. 따라서, 서보 모터로 구동되는 펌프 시스템은 많은 투자비용을 필요로 하고, 이러한 시스템 사용시 종래의 유체 구동식 모터 시스템과 비교해서 에너지를 절약할 수 있다는 사실에도 불구하고, 잠재적인 고객들이 별 흥미를 느끼는 못하는 것으로 밝혀졌다.

본 발명은, 일차적으로, 하나 이상의 페인트 분무기를 작동시키는 페인트 순환 시스템에서 액체 페인트를 펌프로 퍼내기 위한 펌프 장치에 관한 것이지만, 이에 국한되지는 않는다.

도 1은 펌프 장치를 개략적으로 나타낸 도면.

도 2는 도 1의 장치 일부의 측면도.

본 발명의 목적은, 상술한 단점들이 최소화되는 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명에 따라, 왕복 펌프와, 교류 유도 모터와, 펌프의 입력과 유도 모터의 출력을 연결하는, 회전 운동을 직선 운동으로 바꾸는 변환장치와, 상기 유도 모터를 제어하는 교류 주파수 변환장치와, 왕복 펌프의 행정 종료점에서 유도 모터의 회전을 역회전시키는 스위치 수단과, 펌프의 행정 반전이 일어나는 동안 순환 시스템의 압력을 증가시키기 위해 상기 펌프의 출력 측과 연결된 서어지 엘리미네이터(surge eliminator)를 포함한 페인트 순환 시스템용 펌프 장치가 제공된다.

펌프 장치의 일차적인 발동 장치로 교류 유도 모터 (교류 주파수 변환장치와 스위치 수단을 통해 제어됨)를 제공하는 것은, 기존의 서보 모터 및 이와 관련된 제어 메커니즘보다 매우 저렴한 일차 발동장치를 나타내는 것으로 인식될 것이다. 그러나, 주파수 변환장치 제어부를 구비한 유도 모터는 기존의 서보 모터 장치를 통해 얻을 수 있는 반전보다 더 느린 행정 반전을 얻는 것으로 인지되고, 이러한 단점은 행정 반전이 일어나는 동안 시스템의 압력을 증가시키기 위해 페인트 순환로 시스템에 서어지 엘리미네이터를 포함함으로써 극복된다. 교류 유도 모터와 서어지 엘리미네이터의 결합물은, 기존의 서보 모터 장치에 비해 초기 비용과 유지 비용을 크게 줄일 수 있는 효과적이고 제어 가능한 펌프 장치를 제조한다.

상기 펌프는 전진 행정과 귀환 행정 모두가 펌프 행정인 이중 작용 펌프인 것이 바람직하다.

상기 서어지 엘리미네이터는 능동 서어지 엘리미네이터인 것이 바람직하다.

편리하게, 서어지 엘리미네이터 기체 챔버의 부피는 이에 연결되어 있는 추가 압력 챔버만큼 확장된다.

안전 스위치 접점부는 상기 행정 반전 스위치 접점부와 결합되어 펌프 행정이 소정의 행정 반전 지점을 초과할 경우 작동하는 것이 바람직하다.

펌프 출력 압력을 관찰하는 압력 변환기가 제공되는 것이 바람직하다.

모터와 변환장치 사이에 위치한 감소 기어 상자가 제공되는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예는 첨부된 도면에 예시된다.

도면을 참조하면, 펌프 장치(11)는 페인트 순환 시스템(12)에 압력을 가할 경우 액체 페인트의 유동을 제공하고, 왕복 피스톤 펌프(13), 바람직하게는 펌프(13) 피스톤(14)의 전진 행정과 귀환 행정 모두가 출력 압력을 발생시키는 행정인 이중 작동 펌프를 포함한다. 왕복 피스톤 펌프(13)는 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 변환장치를 포함한 엑추에이터(16)를 통해 교류 유도 모터(15)로 구동되는데, 이 변환장치는 유도 모터(15)의 출력 샤프트 회전을 펌프(13) 피스톤(14)의 직선 왕복으로 변환시키는 볼 또는 롤러 나사 타입의 장치를 포함한다. 편리하게 기어상자(17)는 모터(15)와 엑추에이터(16) 사이에 놓여서 모터(15)의 출력 샤프트의 회전 속도를 줄인다.

펌프(13)의 출력포트는 하나 이상의 분무기(미도시)를 작동시키는 페인트 공급 순환로(paint supply circuit)(12)의 유동 라인(18)에 연결된다. 페인트 공급 순환로의 귀환 라인(19)은 배압 밸브(21)를 포함하고, 페인트 저장용기 또는 혼합 탱크(22) 안으로 들어가는데, 이 저장용기 또는 혼합 탱크로부터 페인트는 흡입 라인(23)을 통해 펌프(13)의 입구 포트로 빨아 당겨진다.

유도 모터 제어 유닛(24)은 편리하게 펌프 장치(11)와 떨어져 위치하고, 전원(25)에서 모터(15)로의 전원 공급을 제어한다. 편리하게 전원(25)은 접지가 있는 3상인 400 볼트, 3kW가 될 수 있다. 모터 제어 유닛(24)은 모터(15)에 전원을 공급하거나 공급을 중단함으로써 메인 온-오프 기능을 제어하도록 사용된다. 그러나, 또한 모터 제어 유닛은 펌프 사이클 속도와 펌프 반전을 제어한다. 모터(15)의 회전을 역회전함으로써 펌프 반전이 이루어진다. 모터(15)의 적절한 반전을 이루기 위해, 펌프(13) 피스톤(14)과 동일하게 움직이는 엑추에이터(16)의 구성요소(16a)에 의해 구동되는 전기 스위치 메커니즘(26)이 제공된다. 이 스위치 메커니즘(26)은 피스톤(14)의 작동 행정 중 제 1 종료점에 해당하는 지점에서 엑추에이터(16)의 구성요소(16a)를 통해 작동하는 제 1 스위치 접점부(26a)와, 피스톤(14)의 작동 행정 중 맞은편의 제 2 종료점에 해당하는 지점에서 작동하는 제 2 스위치 접점부(26b)를 포함한다. 제 1 접점부(26a) 또는 제 2 접점부(26b)의 클로저(closure)는 모터(15)에 대한 전원의 극성을 반전시키기 위해 모터 제어 유닛(24)에 신호를 전송한다. 따라서, 피스톤(14) 작동 행정의 각 종료점에서 모터(15)의 회전 방향은 반대로 바뀌고, 이에 따라 피스톤(14)의 행정은 반대로 바뀐다. 또한, 스위치 메커니즘(26)은 상기 제 1 및 제 2 스위치 접점부(26a,26b)를 작동시키기 위해 엑추에이터(16)의 상기 구성요소의 이동 범위 밖에 놓여있는 안전 스위치 접점부(26c,26d)를 포함한다. 이 안전 스위치 접점부(26c,26d)는 정상 상태에서는 작동하지 않지만, 정상적인 행정 반전이 일어나지 않는 장애 상황에서는,피스톤 운동의 최종 기계 한계와 동일한 피스톤(14)의 운동 지점에서 안전 스위치 접점부가 작동하고, 안전 스위치 접점부의 작동은 모터에 대한 전류 공급을 차단하고, 경보음이 울리도록 할 것이다. 그래서 안전 스위치 접점부는 펌프 장치에 물리적인 손상이 일어나는 지점까지 부주의하게 피스톤이 구동되는 것을 차단한다.

실제 제 1 및 제 2 스위치 접점부가 필수가 아니고, 역전 스위치 접점부 한 세트가 제공될 수 있으며, 제어 유닛(14)은 역전 스위치 접점부가 작동될 때마다 모터(15)에 대한 전원의 극성을 반대로 바꾸는 논리 회로를 포함하는 것으로 인지될 것이다.

모터(15)의 회전 속도는 펌프(13)의 사이클 속도를 결정하는 것으로 인지될 것이다. 모터 제어 유닛은 종래의 교류 주파수 변환장치(24a)를 포함하고, 이 변환장치는 행정 반전의 신호가 전송될 때 모터(15)에 대한 전원의 극성 반전이 일어나도록 하고, 또한 모터의 회전 속도를 제어하기 위해 모터(15)에 대한 전원을 제어한다. 제어 유닛(24)은 수동식 제어 장치를 가질 수 있고, 이를 통해 작업자는 서로 다른 모터 속도를 설정할 수 있고, 이에 따라 펌프 행정은 펌프 장치를 사용하는 페인트 순환 시스템의 요건에 펌프 장치의 출력이 맞도록 한다. 또한, 압력 변환기(27)는 펌프(13) 출구에서 압력을 관찰하고, 제어 유닛(24)에 제어 신호를 보낸다. 변환기(27) 및 변환기와 제어 유닛(24)의 상호작용에 대한 일정 범위의 작업이 제공될 수 있다. 예를 들어, 변환기(27)는 펌프 출구에서의 압력이 안전한 작동 압력을 초과할 경우 펌프(13) 출구에서의 압력을 간단히 관찰해서 모터(15)의 스위치가 차단되는 것을 보장할 수 있다. 그러나, 변환기(27)는 또한 모터(15) 작동 속도를 증가시키고, 이를 통해 펌프(13)의 사이클 속도를 증가시키기 위해 낮은 압력에 반응하는 신호를 제공한다. 이러한 결과를 이루기 위한 모터 제어 유닛의 디자인은, 교류 유도 모터의 제어 분야에 종사하는 기술자들이 잘 알고 있다.

바람직하게, 제어 유닛(24)은 디스플레이 모듈을 가질 것이고, 이를 통해 작업자는 펌프 장치의 작동 상태를 쉽게 측정할 수 있고, 발생할 수 있는 임의 장애 조건을 쉽게 확인할 수 있다.

비교적 간단한 교류 유도 모터/주파수 변환장치 시스템의 단점은, 훨씬 더 복잡한 서보 모터 장치를 통해 이루어지는 제어와 비교해서, 펌프 행정 반전에 대한 제어가 상대적으로 느리다는 사실이다. 따라서, 펌프(13)의 행정 반전과 동일한 페인트 순환 시스템에서, 바람직하지 않은 압력의 요동, 특히 압력의 강하 위험이 존재한다. 이러한 단점은, 펌프(13)로부터 나오는 유동 라인(18)에 서어지 엘리미네이터(surge eliminator)(28)를 결합함으로써 극복된다. 서어지 엘리미네이터는 물론 페인트 순환 시스템의 압력 조건을 "완충하는" 장치로 잘 알려져 있다. 라인(18)의 압력이 강하할 경우, 저장 압력이 라인(18)으로 방출되는 간단한 서어지 엘리미네이터는 펌프(13)에서 행정 반전시 라인(18)의 압력이 강하하는 문제에 대한 부분적인 해결책을 제공할 것이다. 그러나, 바람직한 해결책은, 편리하게는 공동 계류 중인 유럽 특허 출원 명세서 제 1079169호에 개시된 형태인 능동 서어지 억제장치를 사용하는 것으로, 이 출원 명세서의 내용은 이 참조에 의해 표시된다. 훨씬 더 바람직한 해결책은, 공동 계류 중인 유럽 특허 출원 명세서 제 1079170호에 개시된 능동 서어지 억제장치를 보조 압력 챔버(28a)(도 1)와 함께 사용하는 것으로, 이 출원 명세서의 내용은 이 참조에 의해 표시된다.

구체적으로, 능동 서어지 억제 장치는 압력을 가한 상태에서 공기 또는 이와 다른 기체의 공급과 연결되고, 유압을 맞추기 위해 다이어프램 맞은편 면의 기체 압력을 조절함으로써 페인트 라인의 압력 변화에 반응할 경우, 페인트 라인의 유압이 작용하는 서어지 억제 장치의 다이어프램(diaphragm)이 항상 신속하게 평형 위치로 복구될 수 있도록 보장하는 동적 밸브 장치를 포함한다. 공동 계류 중인 유럽 특허 제 1079170호에 개시된 추가 압력 챔버(28a)의 사용은, 다이어프램이 작용하는 공기의 부피가 페인트 라인에 존재하는 유압에 개방된 장치의 챔버 부피보다 매우 커서, 페인트 라인의 유압 변화에 의한 다이어프램의 휨으로부터 발생하는 공기 챔버에서 받는 차압 변화를 최소화한다는 점을 보장한다. 기체 부피가 증가된 능동 서어지 억제의 사용은, 느린 행정 반전에도 불구하고 페인트 순환 시스템의 압력이 원하는 값 또는 이 값에 가깝게 유지되도록 보장함으로써, 비교적 느린 행정 반전에서 발생하는 문제들을 해결하는 것으로 밝혀진다.

제어 유닛(24)은, 특히 페인트 운반체로 가연성 용매가 사용된 경우, 펌프 장치(11)에서 멀리, 바람직하게는 건물의 서로 다른 방에 배치하는 것이 바람직한 것으로 인지될 것이다. 또한, 표준 시행을 유지할 경우, 스위치 유닛(26)에서 스파크가 일어날 임의의 위험을 방지하기 위해, 스위치 장치(26)와 제어 유닛(24) 사이의 신호 라인에 나무르 장벽(Namur barrier)이 제공될 것이다. 또한 물론 모터의 작동 온도는, 예를 들어 모터의 온도가 안전한 작동 온도를 초과할 경우 모터에 대한 전류를 차단하는 써미스터 릴레이(thermistor relay)를 통해 관찰될 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 종래의 유체 구동식 모터 시스템이 갖고 있는 단점을 극복한 전기 구동식 모터 시스템을 제공한다.

Claims (7)

1. 왕복 펌프(13)를 포함한 페인트 순환 시스템용 펌프 장치로서,

   교류 유도 모터(15)와,

   상기 펌프(13)의 구동 입력과 상기 유도 모터(15)의 출력을 연결하는, 회전 운동을 직선 운동으로 바꾸는 변환장치(16)와,

   상기 유도 모터를 제어하는 교류 주파수 변환장치(24a)와,

   상기 왕복 펌프(13)의 행정 종료점에서 상기 유도 모터(15)의 회전을 역회전시키는 스위치 수단(26)과,

   상기 펌프의 행정 반전이 일어나는 동안 상기 순환 시스템의 압력을 증가시키기 위해 상기 펌프(13)의 상기 출력 측과 연결된 서어지 엘리미네이터(surge eliminator)(28)를

   포함하는 것을 특징으로 하는, 펌프 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 서어지 엘리미네이터(28)는 능동 서어지 엘리미네이터인 것을 특징으로 하는, 펌프 장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 서어지 엘리미네이터(28)의 기체 챔버 부피는 이에 연결된 추가 압력 챔버(28a)만큼 확장되는 것을 특징으로 하는, 펌프 장치.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 안전 스위치 접점부(26a)는 상기 펌프 행정이 소정의 행정 반전 지점을 초과할 경우 작동할 수 있도록 하기 위해, 상기 행정 반전 스위치 접점부(26)와 결합되는 것을 특징으로 하는, 펌프 장치.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 압력 변환기(27)는 상기 펌프 출력 압력을 관찰하는 것을 특징으로 하는, 펌프 장치.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펌프(13)는 전진 행정과 귀환 행정 모두가 펌프 행정인 이중 작용 펌프인 것을 특징으로 하는, 펌프 장치.
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 감소 기어 상자(reduction gear box)(17)는 상기 모터(15)와 상기 변환장치(16) 사이에 위치한 것을 특징으로 하는, 펌프 장치.