KR20050084260A - 압축 스프링 피봇 기구 및 댐핑 시스템을 갖는 가스 압력구동식 유체 펌프 - Google Patents

Abstract

가스 압력 구동식 유체 펌프는 액체 입구 및 액체 출구를 갖는 펌프 탱크를 갖는다. 부유 조립체는 펌프 탱크의 내부에 지지되고, 저 레벨 위치와 고 레벨 위치 사이에서 이동할 수 있다. 압축 스프링은 부유 조립체와 피봇 부재 사이에 연결된다. 압축 스프링에 의해 인가된 힘으로 인해, 피봇 부재는 부유체가 그의 고 레벨 위치에 도달하는 경우 제1 위치로 회전하고, 그의 저 레벨 위치에 도달하는 경우 제2 위치로 회전한다. 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에서의 피봇 부재의 회전으로 인해 스냅 방식으로 기동 포팅과 배기 포팅 사이에서 전환되도록 밸브 조립체는 피봇 부재에 연결된다. 기동 포팅과 배기 포팅 사이에서 밸브 조립체의 이동을 느리게 하도록 댐퍼 시스템이 밸브 조립체에 연결될 수도 있다.

Description

압축 스프링 피봇 기구 및 댐핑 시스템을 갖는 가스 압력 구동식 유체 펌프{GAS PRESSURE DRIVEN FLUID PUMP HAVING COMPRESSION SPRING PIVOT MECHANISM AND DAMPING SYSTEM}

본 발명은 일반적으로 가스 압력 구동식 유체 펌프에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 스냅 작동 방식으로 가스 포트를 선택적으로 개폐시키는 압축 스프링 링크 장치를 이용하는 이러한 펌프에 관한 것이다.

증기 배관 장치의 응축물 제거 시스템은 종종 전력 없이 기능하는 가스 압력 구동식 펌프를 이용한다. 래들(Radle)에게 허여된 미국 특허 제5,938,409호(참고 문헌으로서 본 명세서에 합체됨)에 설명되어 있는 바와 같이, 이러한 펌프는 통상 액체 입구 및 액체 출구를 갖춘 탱크를 가질 것이다. 탱크의 하부에 인접하여 위치되는 액체 입구 및 액체 출구에는 펌핑 방향으로만 액체의 유동을 허용하도록 입구 체크 밸브 및 출구 체크 밸브가 설치될 것이다. 한 쌍의 상호연결 밸브는 가스 기동 포트(gas motive port)와 가스 배기 포트(gas exhaust)를 제어한다.

펌프는 액체 충전 위상과 액체 배출 위상 사이를 교번함으로써 작동한다. 액체 충전 위상 중에, 기동 포트는 폐쇄되는 반면, 배기 포트는 개방된다. 스냅 작동 링크 장치에 연결되는 부유체는 탱크로 들어가는 액체의 레벨과 함께 상승한다. 부유체가 고 레벨(high level) 위치에 도달하는 경우, 링크 장치는 동시에 기동 포트를 개방시키고 배기 포트를 폐쇄시키도록 스냅체결된다. 그 결과, 펌프는 액체 배출 위상으로 전환될 것이다.

액체 배출 위상 중에, 증기 또는 다른 기동 가스는 기동 포트를 통해 펌프 탱크 속으로 유입된다. 기동 가스는 탱크로부터 액체를 강제하여, 부유체가 액체의 레벨과 함께 하강하도록 만든다. 부유체가 저 레벨(lower level) 위치에 도달하는 경우, 링크 장치는 동시에 배기 포트를 개방시키고 기동 포트를 폐쇄시키도록 스냅체결된다. 그 결과, 펌프는 다시 액체 충전 위상에 있게 될 것이다.

종래 기술의 가스 압력 구동식 펌프에 사용되는 스냅 작동 링크 장치가 잘 기능해 왔지만, 추가의 스냅 작동 밸브 장치에 대한 본 기술 분야에서의 요구가 있다.

당업자에 있어 최상의 방법을 포함하는, 본 발명의 충분하고 완전한 개시 내용이 첨부 도면을 참조하여, 이하 본 명세서에 보다 상세하게 설명될 것이다.

도1은 부유체가 고 레벨 위치에 있는 상태의, 펌프 하우징의 후방 단면도이다.

도2는 부유체가 저 레벨 위치에 있는 상태의, 도1과 유사한 도면이다.

도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 조립체와 압축 스프링 피봇 기구의 개략도이다.

도4는 부유체가 저 레벨 위치에 있는 상태의, 도1의 압축 스프링 피봇 기구의 전방 사시도이다.

도5는 부유체가 고 레벨 위치에 있는 상태의, 도4와 유사한 도면이다.

도6은 도1의 선 6-6을 따라 취한 압축 스프링 링크 장치의 상세한 측단면도이다.

도7은 도2의 선 7-7을 따라 취한 압축 스프링 링크 장치의 상세한 측단면도이다.

도8은 도1의 압축 스프링 피봇 기구의 평면도이다.

도9는 부유체가 저 레벨 위치에 있는 상태의, 도1의 압축 스프링 피봇 기구의 후방 사시도이다.

도10은 부유체가 저 레벨 위치에 있는 상태의, 도1의 압축 스프링 피봇 기구의 측면도이다.

도11은 부유체가 저 레벨 위치에 있는 상태의, 압축 스프링 링크 장치 기구(부분적으로는 단면)의 상세한 측면도이다.

도12는 부유체가 고 레벨 위치에 있는 상태의, 도11과 유사한 상세한 측면도이다.

도13은 압축 스프링과 피봇 부재 사이의 피봇 연결부의 상세도이다.

도14는 부유체와 압축 스프링 사이의 다른 연결부를 도시하는 도11과 유사한 상세한 측면도이다.

도15는 압축 스프링 피봇 기구의 다른 실시예의 개략도이다.

도16은 다른 실시예에 따른 압축 스프링과 피봇 부재 사이의 피봇 연결부를 도시하는, 부분적으로는 단면인 상세한 평면도이다.

도17은 도16의 선 17-17을 따라 취한 압축 스프링과 피봇 부재 사이의 피봇 연결부의 상세한 측단면도이다.

도18은 도16의 실시예에 따른 압축 스프링 링크 장치 기구의 상세한 평단면도이다.

도19는 예시적인 실시예에 따른 앵커와 피봇 부재의 팁부의 상세한 측단면도이다.

도20은 예시적인 실시예에 따른 부싱과 피봇 요소의 팁부의 상세한 측단면도이다.

도21은 본 발명의 실시예에 따라 밸브 시트 상에 경화 금속 합금을 갖는 예시적인 밸브의 상세한 측단면도이다.

도22는 본 발명의 실시예에 따른 부유체와 부유 아암 사이의 관절식 연결부를 도시하는 도면이다.

본 명세서 및 도면에서 도면 부호를 반복적으로 사용하는 것은 본 발명의 동일하거나 또는 유사한 특징 또는 요소를 나타내고자 하는 의도이다.

본 발명은 종래 기술의 구성 및 방법의 전술한 고려 사항 및 다른 사항을 인지하여 해결한다.

일 태양에서, 본 발명은 가스 압력 구동식 유체 펌프를 제공한다. 펌프는 액체 입구 및 액체 출구를 갖는 펌프 탱크를 포함한다. 탱크의 내부에 지지되는 부유 부재는 저 레벨 위치와 고 레벨 위치 사이에서 이동한다.

압축 스프링에는 부유 부재에 피봇식으로 연결되는 제1 단부가 제공된다. 피봇 부재는 압축 스프링의 제2 단부에 작동식으로 연결된다. 피봇 부재는, 압축 스프링에 의해 인가되는 힘으로 인해 부유 부재가 그의 고 레벨 위치에 도달하는 경우, 스냅 방식으로 제1 위치로 회전한다. 피봇 부재는, 압축 스프링에 의해 인가되는 힘으로 인해 부유 부재가 그의 저 레벨 위치에 도달하는 경우, 스냅 방식으로 제2 위치로 회전한다.

밸브 조립체는 피봇 부재에 연결된다. 밸브 조립체는 그의 제1 위치와 제2 위치 사이에서의 피봇 부재의 회전으로 인해 스냅 방식으로 기동 포팅(motive porting)과 배기 포팅(exhaust porting) 사이에서 전환될 수 있다. 밸브 조립체는, 액체가 교번식으로 펌프 탱크에 유입되고 배출되도록 피봇 부재가 그 제1 위치로 스냅체결되는 경우 기동 포팅으로 이동하고, 피봇 부재가 그 제2 위치로 스냅체결되는 경우 배기 포팅으로 이동한다.

본 발명의 또 다른 태양에서, 펌프는 피봇 부재에 작동식으로 연결되는 댐핑 시스템(damping system)을 포함한다. 댐핑 시스템은 밸브를 개폐하는 충격력을 감소시키도록 밸브 조립체의 이동을 느리게 만든다. 그 결과, 밸브 밀봉면에 대한 충격 손상은 상당히 제거되고, 펌프의 소음 수준이 감소된다.

본 명세서에 합체되어 그 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 하나 이상의 실시예들을 도시하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.

첨부 도면에 하나 이상의 예가 도시되어 있는 본 발명의 양호한 실시예들을 상세히 참조할 것이다. 각각의 예는 본 발명을 설명을 위해 제공되고, 본 발명을 제한하지 않는다.

도1 및 도2는 본 발명에 따라 구성된 압력 구동식 펌프(10)를 도시한다. 도시된 바와 같이, 펌프(10)는 부유체(14)가 위치되는 내부를 한정하는 탱크(12)를 갖는다. 부유체(14)는 가압되어, 부력을 증가시키고 그 무게를 낮출 수도 있다. 이러한 가압된 부유체는 유리하게는 높은 압력 또는 수격작용(water hammer) 하의 붕괴를 방지한다.

도3을 참조하면, 부유체(14)는 지지 프레임(18)에 피봇식으로 부착된 한 쌍의 부유 아암(16)에 견고하게 연결된다. 스퍼드(20)는 또한 부유체(14)에 연결되고, 압축 스프링(22)의 일 단부에 작동식으로 연결된다. 스퍼드(spud; 20)가 도시된 실시예에서 부유체(14)와 부유 아암(16)에 견고하게 연결되더라도, 도22에 도시되고 이하 설명되는 바와 같이, 부유체(14)와 부유 아암(16) 사이의 연결부가 부유체의 자유 이동을 허용하도록 관절식으로 될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

압축 스프링(22)의 대향 단부는 푸시 로드(push rod; 44)를 제어하는 피봇 부재(24)에 피봇식으로 연결된다. 다음에, 푸시 로드(44)는 밸브 조립체(26)에 연결된다. 밸브 조립체(26)는 기동 밸브(28)와 배기 밸브(30)의 작동을 제어한다.

밸브(28, 30)는 각각 부유체(14)의 위치를 기초로 탱크(12)의 내부로 기동 가스를 유입시키고 그로부터 가스를 배출시키는 기능을 한다. 이를 위해, 기동 파이프(32)는 기동 밸브(28)와 증기 공급원과 같은 기동 가스 공급원 사이에 연결된다. 유사하게는 평형 파이프(34)가 배기 밸브(30)와, 탱크(12)의 내측의 가스가 배기되는 적절한 싱크 사이에 연결된다. 몇몇 경우에는, 예를 들어 평형 파이프(34)는 가스가 대기로 간단히 배기되도록 종결될 수 있다.

일 실시예에서, 밸브(28, 30)는 내구성을 증가시키도록 각각의 밸브 시트 상에 형성된 적절한 합금을 갖는다. 예를 들어, 미조리주 세인트루이스 소재의 스투디 델로로 스텔라이트, 인크.(Stoody Deloro Stellite, Inc.)에 의해 상표명 STELLITE로 판매되는 제품이 밸브(28, 30)의 시트에 적절한 합금일 것이다. 도21에는, 예를 들어 경질 금속 합금으로 제조된 시트(31)와 접촉하는 밸브 스템(29)을 갖는 기동 밸브(28)의 일 예가 도시된다.

도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 탱크(12)는 펌핑될 액체가 유입되는 액체 입구(36)를 한정한다. 탱크(12)는 복귀 라인(40)으로 펌핑될 경우 액체가 통과하는 액체 출구(38)를 추가로 한정한다. 액체가 소정의 방향으로만 유동하도록, 개별 체크 밸브(41, 42)가 액체 입구(36) 및 액체 출구(38)에 제공된다.

탱크(12)가 비게 되는 경우, 부유체(14)는 도2에 도시된 바와 같이 저 레벨 위치로 하강할 것이다. 저 레벨 위치에 도달시, 압축 스프링(22)으로부터의 힘은 그 배기 위치로 스냅 방식으로 피봇 부재(24)를 회전시킨다. 즉, 피봇 부재(24)의 회전은 기동 포팅으로부터 배기 포팅까지 스냅 방식으로 기동 밸브(28)와 배기 밸브(30)를 동시에 전환시키도록 푸시 로드(44)를 이동시킨다. 배기 포팅시, 배기 밸브(30)는 탱크(2)의 내부와 평형 파이프(34) 사이의 유체 연통을 허용하도록 개방되지만, 기동 밸브(28)는 기동 파이프(32)와 탱크(12) 사이의 유체 연통을 차단하도록 폐쇄된다. 당업자라면, 다양한 유형의 밸브가 기동 밸브(28)와 배기 밸브(30)로 사용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

액체 충전 위상의 개시에서, 압력이 체크 밸브(41)를 가로지르는 압력 강하를 극복할 정도로 충분할 경우, 액체는 탱크(12)로의 유동을 시작할 것이다. 액체의 압력이 매우 충분하다면, 체크 밸브(42)를 통해 복귀 라인(40)으로 계속 유동할 것이다. 그러나, 복귀 라인(40)의 배압이 탱크(12)의 내부의 압력을 초과할 경우, 액체는 탱크(12)를 채우기 시작할 것이다. 액체의 레벨이 상승함에 따라, 부유체(145)도 상승한다. 그러나, 기동 밸브(28)와 배기 밸브(30)의 위치는 부유체(14)가 상승할 경우 변하지 않는다.

도1에 도시된 바와 같이, 부유체(14)가 고 레벨 위치에 도달한 경우, 압축 스프링(22)의 힘은 그의 기동 위치로 스냅 방식으로 피봇 부재(24)를 회전시킨다. 즉, 푸시 로드(44)는 배기 포팅으로부터 기동 포팅까지 스냅 방식으로 기동 밸브(28)와 배기 밸브(30)를 동시에 전환시키도록 이동한다. 기동 포팅시, 기동 밸브(28)는 탱크(12)의 내부와 기동 파이프(32) 사이의 유체 연통을 허용한다. 이와 같이 탱크(12)로 유입된 기동 가스는 액체 출구(38)를 통해 복귀 라인(40)으로 액체를 강제할 것이다. 부유체(14)는 탱크(12) 내부의 액체의 레벨과 함께 하강한다. 그러나, 부유체(14)가 저 레벨 위치에 도달할 때까지, 기동 밸브(28)와 배기 밸브(30)의 위치는 동일한 상태로 유지된다. 부유체(14)가 최종적으로 저 레벨 위치로 하강되는 경우, 펌핑 사이클이 다시 시작될 것이다. 본 명세서에 사용된 "저 레벨 위치" 및 "고 레벨 위치"라는 용어는 스냅체결이 일어나는 부유 위치를 표시하려는 것이다. 당업자라면, 이들 위치가 필수적이지는 않지만, 유체가 주행하는 위치상의 극단점과 대체로 동일하다는 것을 알 수 있을 것이다.

부유 아암(16)과 피봇 부재(24)의 피봇 작동이 도3 내지 도8을 참조하여 설명될 것이다. 각각의 부유 아암(16)은 피봇 요소(48)를 갖는 측방향 부재(46)를 갖는 말단부를 갖는다. 각각의 이러한 피봇 요소(48)는 부싱(51)에 한정된 대응 소켓(50)에 수용되는 팁부(49)를 포함한다. 부싱(51)은 이어서 지지 프레임(18)에 고정된다.

따라서, 부유 아암(16)의 측방향 부재(46)는 지지 프레임(18)의 후방부에 피봇식으로 연결되고, 부싱(51)의 소켓(50) 내부에서 자유롭게 피봇될 수도 있다. 각각의 피봇 요소(48)의 팁부(49)와 부싱(51) 사이의 소규모 영역의 접촉은 최소의 마찰을 제공하고, 이에 의해 이들 부품의 고장을 감소시킨다. 피봇 요소(48)와 부싱(51)은 양호하게는 탄화텅스텐(tungsten carbide) 또는 스테인레스강과 같은 높은 내마모성의 재료로 제조될 수도 있다는 것을 이해하여야 한다.

지지 프레임(18)은 피봇 부재(24)가 관통하여 연장되는 개구(52)(도8)를 포함한다. 도8에 가장 잘 도시된 바와 같이, 피봇 부재(24)는 지지 프레임(18)의 부유측("전방") 상에 평탄부(54)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 한 쌍의 피봇 요소(56)는 피봇 부재(24)의 평탄부(54)에 의해 지지된다. 피봇 요소(56)는 각각 부싱(51)에 한정된 대응 소켓(57)에 수용된다. 따라서, 도6 및 도7에 도시된 바와 같이, 피봇 부재(24)와 부유 아암(16)은 지지 프레임(18)의 전방부 및 후방부 상에 각각 위치된 부싱(51)의 대향 방향으로 피봇된다.

도8을 다시 참조하면, 지지 부재(58)는 또한 도시된 실시예에서 각각의 부유 아암(16)으로부터 연장된다. 각각의 지지 부재(58)는, 지지 프레임(18)과 접촉하고 그에 대해 피봇하는 테이퍼진 피봇점(60)(도4 및 도5 참조)을 한정하고, 이에 의해 펌프의 조립을 용이하게 하고, 부유 아암(16)의 측방향 이동을 감소시킨다. 상부 정지부(62) 및 하부 정지부(64)(도10)는, 부유 아암(16)의 회전 범위를 제한하도록 지지 프레임(18)에 고정되어, 바람직하게는 부유체(14)의 이동 범위를 제한한다.

도11 내지 도13을 참조하면, 압축 스프링(22)은 제1 앵커(68)와 제2 앵커(68) 사이에 배치된다. [도14에 도시되 바와 같이, 앵커(66)를 대신해서, 압축 스프링(22)의 이러한 단부가 부유체(14)에 부착될 수도 있다.] 스퍼드(20)는 제1 앵커(66)에 작동식으로 연결되는 반면, 피봇 부재(24)의 평탄부(54)는 제2 앵커(68)에 작동식으로 연결된다(도8 참조).

상세하게는, 제1 앵커(66)와 제2 앵커(68)가 스퍼드(20)의 팁부(67)와 피봇 부재(24)의 팁부(69)를 수용하는 개별 소켓(70, 71)을 한정한다. 부유체(14)가 저 레벨과 고 레벨 위치 사이에서 이동함에 따라, 팁부(67, 69)는 개별 소켓(70, 71) 내부에서 이동한다. 팁부(67, 69)와 대응 소켓(70 또는 71) 사이의 접촉 영역은 상대적으로 작아 마찰을 감소시킨다.

스퍼드(20)의 결합부, 피봇 부재(24) 및 앵커(66, 68)는 양호하게는 탄화텅스텐 또는 스테인레스강과 같은 적절한 높은 내마모성의 재료로 형성될 수도 있다는 것을 이해하여야 한다.

몇몇 예시적인 실시예들에서, 앵커(66, 68)에는 그 개별 소켓(70, 71)으로부터의 안착 해제를 야기할 수도 있는 대응 팁부의 측방향 이동을 감소시키도록 측벽이 제공될 수도 있다. 도16 내지 도18에 도시된 바와 같이, 앵커(18')는 소켓(71')의 각 측으로부터 돌출된 측벽(73)을 갖는다. 측벽(73)은 피봇시 앵커(68)의 소켓(71') 내부에 피봇 부재(24)의 팁부(69)를 유지시킨다.

많은 실시예들에서, 압축 스프링(22)은 그 압력축에 의해서 간단히 스퍼드(20)와 피봇 부재(24) 사이의 제위치에 유지될 수도 있다. 그러나, 앵커(66, 68)가 소정의 상대 이동을 허용하는 핀 또는 다른 적절한 연결부를 사용하여 스퍼드(20)와 피봇 부재(24)에 연결될 수도 있다는 것을 이해하여야 한다.

부유체(14)가 임계 위치에 도달한 경우, 압축 스프링(22)의 힘은 받침점(72)을 중심으로 스냅 방식으로 피봇 부재(24)를 회전시킬 정도로 충분하다. 도12에 도시된 바와 같이, 부유체(14)가 고 레벨 위치에 도달한 경우, 피봇 부재(24)는 그의 기동 위치로 회전한다. 도11에 도시된 바와 같이, 부유체(14)가 저 레벨 위치에 도달한 경우, 피봇 부재(24)는 그의 배기 위치로 회전한다.

피봇 부재(24)는 핀(74)을 거쳐 푸시 로드(44)에 피봇식으로 연결된다. 피봇 부재(24)의 회전이 푸시 로드(44)의 수직 이동으로 인해 그 종축을 따르게 하도록, 피봇 부재(24)와 푸시 로드(44) 사이의 피봇점은 소정의 거리 만큼 받침점(72)으로부터 오프셋된다. 부유체(14)가 저 레벨 위치에 도달한 경우, 푸시 로드(44)는 그 종축을 따라 제1 방향으로(도2에 도시된 바와 같이 하방으로) 주행한다. 그러나, 부유체(14)가 고 레벨 위치에 도달한 경우, 푸시 로드(44)는 그 종축을 따라 반대 방향으로(도1에 도시된 바와 같이 상방으로) 이동한다. 가이드(76)(도6 및 도7)가, 적당한 경로를 따라 푸시 로드(44)를 안내하도록 제공될 수도 있다.

도18을 참조하면, 핀(74)과 받침점(72) 사이의 거리에 비교되는 팁부(69)의 결합 단부와 받침점 사이의 상대 거리가 기계적 이점을 제공하도록 형상화될 수 있다. 이러한 예시적인 실시예에서는, 예를 들어 팁부(69)의 결합 단부와 받침점(72) 사이의 거리는 "A"로 표시된다. 핀(74)과 받침점(72) 사이의 거리는 "B"로 표시된다. 거리 "A"는 거리 "B"보다 크기 때문에, 보다 적은 힘이 핀(74)을 이동시키도록 팁부(69)의 결합 단부 상에 인가될 수도 있다. 이는 그 밖에 요구되는 것보다 "경량"인 스프링의 사용을 허용한다.

양호하게는, 다양한 팁부 및 그 대응 소켓이 그들 사이의 상대 이동 및 최소한의 마찰을 용이하게 하도록 크기설정될 것이다. 도19에 도시된 바와 같이, 예를 들어 팁부(69)는 R2로 표시된 반경을 갖는 반면, 앵커(68')의 소켓(71')의 반경은 R1으로 표시된다. 도20의 또 다른 예에서는, 팁부(49)의 반경이 R4로 표시되는 반면, 팁부(49)를 수용하는 부싱(51)의 소켓의 반경은 R3로 표시된다. 피봇 부재(24)와 앵커(68') 사이의 피봇 이동을 허용하도록 반경 R1은 반경 R2보다 크다는 것을 알 수 있다. 유사하게는, 부싱(51)과 피봇 요소(48) 사이의 피봇 이동을 허용하도록 반경 R3는 반경 R4보다 크다.

양호하게는, 팁부(49, 69)는 팁부(49, 69)의 파손을 가능한 한 방지하는 작은 반경을 갖는다. 양호한 실시예에서, R1은 대략 0.119cm 내지 0.160 cm(0.047 인치 내지 0.063 인치)의 범위를 갖는 반면, R2는 대략 0.076 cm 내지 0.119 cm(0.030 인치 내지 0.047 인치)의 범위를 갖는다. 또 다른 예시적인 실시예에서, R3는 대략 0.119cm 내지 0.160 cm(0.047 인치 내지 0.063 인치)의 범위를 갖는 반면, R4는 대략 0.076 cm 내지 0.119 cm(0.030 인치 내지 0.047 인치)의 범위를 갖는다. 따라서, 팁부(69)의 작은 반경은 피봇 부재(24)와 앵커(68') 사이의 마찰을 감소시켜, 앵커(68)와 피봇 부재(24) 모두의 수명을 증가시킬 것이다. 유사하게는, 팁부(49)의 갖은 반경이 피봇 요소(48)와 부싱(51) 사이의 마찰을 감소시켜, 피봇 요소(48)와 부싱(51) 모두의 수명을 증가시킬 것이다.

도1 및 도2를 다시 참조하면, 푸시 로드(44)는 액츄에이터 판(78)에 부착되어, 푸시 로드(44)의 이동이 또한 액츄에이터 판(78)을 이동시킨다. 당업자라면, 푸시 로드(44)와 액츄에이터 판(78)이 일체형 부재로서 구성되거나, 또는 함께 연결되거나 달리 일치하여 이동하는 2 부분으로 될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

도시된 바와 같이, 액츄에이터 판(78)은 기동 밸브(28) 및 배기 밸브(30)에 연결된다. 따라서, 액츄에이터 판(78)의 이동은 기동 밸브(28) 및 배기 밸브(30)의 포팅을 제어한다. 도2에 도시된 바와 같이, 액츄에이터 판(78)이 정지부(80) 상에 안착되는 경우, 기동 밸브(28)는 폐쇄되고, 배기 밸브(30)는 개방된다. 그러나, 도1에 도시된 바와 같이 액츄에이터 판(78)이 상승된 위치에 있는 경우, 기동 밸브(28)는 개방되고, 배기 밸브(30)는 폐쇄된다. 정지부(80)는 액츄에이터(78)의 하방 이동을 제한하는 반면, 상방 이동은 배기 밸브(30)에 의해 제한된다.

밸브(28, 30)을 개폐하는 충격력을 감소시키도록 댐핑 시스템(82)이 제공될 수도 있다. 본 실시예에서, 댐핑 시스템(82)은 피봇 부재(24)에 견고하게 연결된 판(82)을 포함한다. 탱크(12)의 액체를 통해 판(84)의 이동으로 야기된 항력(drag)은 푸시 로드(44)의 이동을 느리게 만든다. 그 결과, 밸브(28, 30)의 밀봉면에 대한 충격 손상은 상당하게 제거된다. 또한, 댐핑 시스템(82)은 작동시 펌프(10)의 소음 수준을 감소시킨다.

도시된 바와 같이, 한 쌍의 샤프트(86)가 이 실시예의 피봇 부재(24)에 판(84)을 연결시킨다. 그러나, 단일 샤프트 또는 다른 적절한 커넥터가 피봇 부재(24)에 판(84)을 부착시키는데 이용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 판(84)과 피봇 부재(24)가 일체형 부재로서 구성된 실시예들도 고려된다.

도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 자석(88)은 액체 내에 현탁된 자성 산화물을 흡인하도록 탱크 내부(12)에 위치될 수도 있다. 그 결과, 탱크(12) 내부의 해로운 이물질의 존재가 크게 감소된다.

압축 스프링 기구의 작동에 관한 추가의 상세가 도1, 도2 및 도11 내지 도13을 참조하여 설명될 것이다. 액체가 탱크(12)로의 유동을 시작함에 따라, 부유체(14)는 상승한다. 부유체(14)의 이동은 팁부(67, 69)를 앵커(66, 68)의 개별 소켓(70, 71) 내부에서 회전하도록 한다. 그러나, 부유체(14)가 고 레벨 위치에 도달할 때까지, 피봇 부재(24)는 그 기동 위치로 회전하지 않을 것이다. 따라서, 기동 밸브(28)와 배기 밸브(30)의 위치는 동일한 상태로 유지된다.

부유체(14)가 고 레벨 위치에 도달하는 경우, 도12에 도시된 바와 같이, 압축 스프링(22)에 의해 피봇 부재(24)에 가해지는 힘은 그 기동 위치로 스냅 방식으로 피봇 부재(24)를 회전시키는데 충분하다. 피봇 부재(24)의 회전은 그 종축을 따라 상방으로 푸시 로드(44)를 이동시킨다. 기동 위치에서, 도1에 도시된 바와 같이, 액츄에이터 판(78)이 상승되어, 기동 밸브(28)를 개방 위치에, 배기 밸브(30)를 폐쇄 위치에 배치시킨다. 따라서, 기동 밸브(28)는 탱크(12)의 내부와 기동 파이프(32) 사이에 유체 연통을 허용한다.[반면, 배기 밸브(30)는 평형 파이프(34)와 탱크(12) 사이의 유체 연통을 방지한다.]

액체가 탱크(12)로부터 토출됨에 따라, 부유체(14)는 탱크(12)의 액체 레벨과 함께 하강된다. 부유체(14)의 이동은 팁부(67, 68)를 앵커(66, 68)의 소켓(70, 71) 내부에서 회전하도록 한다. 그러나, 부유체(14)가 저 레벨 위치에 도달할 때까지, 피봇 부재(24)는 그 배기 위치로 회전하지 않는다. 따라서, 기동 밸브(28)와 배기 밸브(30)의 위치는 동일한 상태로 유지된다.

부유체(14)가 저 레벨 위치에 도달한 경우, 도11에 도시된 바와 같이, 압축 스프링(22)에 의해 피봇 부재(24)에 가해지는 힘은 그 배기 위치로 스냅 방식으로 피봇 부재(24)를 회전시키는데 충분하다. 피봇 부재(24)의 회전은 그 종축을 따라 하방으로 푸시 로드(44)를 이동시킨다. 배기 위치에서는, 도2에 도시된 바와 같이, 액츄에이터 판(78)이 정지부(80) 상에 안착하여, 배기 밸브(30)를 개방 위치에, 기동 밸브(28)를 폐쇄 위치에 배치시킨다. 따라서, 배기 밸브(30)는 탱크(12)의 내부와 평형 파이프(34) 사이에 유체 연통을 허용한다.[반면, 기동 밸브(28)는 기동 파이프(32)와 탱크(12) 사이의 유체 연통을 방지한다.] 액체 충전 탱크(12)가 부유체(14)를 고 레벨 위치에 도달하게 한 경우, 펌핑 사이클이 다시 시작될 것이다.

대안적인 실시예가 도15에 개략적으로 도시되어 있다. 이 실시예에서는, 이전 실시예와 비교할 때, 부싱(51)의 피봇 소켓이 대략 90도로 회전된다. 이 실시예의 다른 작동은 실질적으로 상술된 바와 동일하다.

부유체(14)와 부유 아암(16) 사이의 다른 연결부가 도22에 도시된다. 강체 연결부 대신에, 부유체(14)는 부유체(14)의 소정의 자유 이동을 허용하도록 부유 아암(16)에 피봇식으로 연결된다. 이러한 관절식 연결부는 피봇과 앵커의 물리적 주행을 최소화하면서, 동일한 행정 또는 행정 체적을 달성한다. 도시된 실시예에서, 부유 아암(16)은 부유체(14)가 연결되는 U자형 연장부(90)를 갖는다. 돌출부(92)는 부유체(14)로부터 연장되고, 연장부(90)의 구멍과 정렬되는 구멍을 갖는다. 핀(94)은, 피봇 연결부를 형성하도록 연장부(90)와 돌출부(92)의 구멍을 통해 배치된다. 몇몇 실시예들에서는, 부유체(14)가 피봇될 수 있는 범위를 제한하도록, 정지부(96)가 제공될 수도 있다. 다른 적절한 피봇 장치가 부유체(14)와 부유 아암(16)을 연결시키는데 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

따라서, 본 발명은 가스 압력 구동식 펌프에 사용하기 위한 향상된 스프링 기동식 기구를 제공한다는 것을 알 수 있을 것이다. 탄화텅스텐과 같은 높은 내마모성의 재료를 사용하는 것은 3백만 사이클 이상으로 부품의 수명을 연장시킨다는 것이 확인되었다.

당업자라면, 본 발명의 압축 스프링 링크 장치가 가스 압력 구동식 펌프와는 다른 다양한 용도에 이용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 이러한 용도에서, 기구는 다양한 장치 및 기구에 의해(예컨대, 손, 부력, 전기, 공압 등에 의해) 작동될 수 있다.

다양한 실시예의 태양들이 전체적으로 또는 부분적으로 모두에서 상호교환될 수도 있다는 것을 또한 알 수 있을 것이다. 또한, 당업자라면, 전술한 설명은 단지 예시일 뿐이며, 첨부된 청구의 범위에 설명된 본 발명을 제한하려는 것은 아니라는 것을 이해할 것이다.

Claims (29)

1. 가스 압력 구동식 유압 펌프이며,

   액체 입구 및 액체 출구를 갖는 펌프 탱크와,

   상기 펌프 탱크 내부에 지지되고 저 레벨 위치와 고 레벨 위치 사이에서 이동하도록 작동할 수 있는 부력 부유체를 포함하는 부유 조립체와,

   상기 부유 조립체에 작동식으로 연결된 제1 단부, 및 제2 단부를 갖는 압축 스프링과,

   상기 압축 스프링의 상기 제2 단부에 작동식으로 연결되고, 상기 부유체가 상기 고 레벨 위치에 도달한 경우 제1 위치로 회전하며 상기 부유체가 저 레벨 위치에 도달한 경우 제2 위치로 회전하는 피봇 부재와,

   상기 피봇 부재에 연결되고, 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에서의 상기 피봇 부재의 회전으로 인해 스냅 방식으로 기동 포팅(motive porting)과 배기 포팅(exhaust porting) 사이에서 전환될 수 있는 밸브 조립체를 포함하는 펌프.
2. 제1항에 있어서, 상기 압축 스프링의 상기 제2 단부에 위치된 앵커를 더 포함하고, 상기 앵커는 상기 피봇 부재에 의해 결합되는 소켓을 갖는 펌프.
3. 제2항에 있어서, 상기 피봇 부재는 상기 앵커의 상기 소켓과 결합하는 팁부를 갖는 펌프.
4. 제2항에 있어서, 상기 팁부에 의한 측방향 분리를 방지하도록 적어도 하나의 벽이 상기 소켓의 주변부로부터 돌출하는 펌프.
5. 제3항에 있어서, 상기 팁부는 탄화텅스텐으로 형성되는 펌프.
6. 제1항에 있어서, 상기 부유 조립체는 고정 지지 구조물에 피봇식으로 연결되는 한 쌍의 부유 아암을 포함하는 펌프.
7. 제6항에 있어서, 상기 부유 아암의 각각으로부터 연장되는 지지 부재를 더 포함하는 펌프.
8. 제6항에 있어서, 상기 압축 스프링은 상기 부유 아암들 사이에 위치되는 펌프.
9. 제1항에 있어서, 상기 피봇 부재에 작동식으로 연결되는 댐퍼 시스템을 더 포함하는 펌프.
10. 제9항에 있어서, 상기 댐퍼 시스템은 상기 피봇 부재에 부착되는 판을 포함하는 펌프.
11. 제1항에 있어서, 상기 탱크 내부에 위치되는 자석을 더 포함하는 펌프.
12. 제1항에 있어서, 상기 부유체는 가압되는 펌프.
13. 제1항에 있어서, 상기 피봇 부재는 받침점을 중심으로 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에서 회전하고, 상기 밸브 조립체는 상기 받침점으로부터 오프셋된 위치에서 상기 피봇 부재에 피봇식으로 연결되는 푸시 로드를 갖는 펌프.
14. 제13항에 있어서, 상기 압축 스프링의 상기 제2 단부에 위치되는 앵커를 더 포함하고, 상기 피봇 부재는 상기 앵커의 소켓과 결합하는 팁부를 갖는 펌프.
15. 제13항에 있어서, 상기 피봇 부재는 상기 받침점과, 상기 피봇 부재의 상기 팁부의 말단부 사이에 한정되는 제1 거리가, 상기 받침점과, 상기 푸시 로드와 상기 피봇 부재 사이의 피봇 연결부 사이의 제2 거리보다 크도록 치수가 설정되는 펌프.
16. 제13항에 있어서, 상기 피봇 부재의 회전 이동은 그의 종축을 중심으로 상기 푸시 로드가 이동하게 하는 펌프.
17. 제13항에 있어서, 상기 푸시 로드의 경로를 제어하기 위한 가이드를 더 포함하는 펌프.
18. 제1항에 있어서, 상기 밸브 조립체는 상기 펌프 탱크와 기동 가스 공급원 사이에 연결되는 기동 밸브와, 상기 탱크와 싱크 사이에 연결되는 배기 밸브를 포함하고, 상기 기동 밸브와 상기 배기 밸브 모두는 다른 하나가 폐쇄되는 동안 하나는 개방되도록 작동식으로 상호연결되는 펌프.
19. 제1항에 있어서, 상기 부유 조립체의 상방 이동이 상기 고 레벨 위치를 지나 연장되는 것을 제한하기 위한 상부 정지부를 더 포함하는 펌프.
20. 제1항에 있어서, 상기 부유 조립체의 하방 이동이 상기 저 레벨 위치를 지나 연장되는 것을 제한하기 위한 하부 정지부를 더 포함하는 펌프.
21. 제6항에 있어서, 상기 압축 스프링의 상기 제1 단부에 위치되는 앵커를 더 포함하고, 상기 앵커는 상기 부유 아암 중 적어도 하나에 의해 결합되는 소켓을 갖는 펌프.
22. 제21항에 있어서, 상기 부유 아암 중 적어도 하나는 상기 소켓과 결합하는 팁부를 갖는 펌프.
23. 제22항에 있어서, 상기 팁부는 대략 0.076 cm 내지 대략 0.119 cm(대략 0.030 인치 내지 대략 0.047 인치) 범위의 반경을 갖는 펌프.
24. 제23항에 있어서, 상기 소켓은 대략 0.119 cm 내지 대략 0.160 cm(대략 0.047 인치 내지 대략 0.063 인치) 범위의 반경을 갖는 펌프.
25. 제1항에 있어서, 상기 밸브 조립체는 경화 금속 합금으로 형성되는 밸브 시트를 갖는 펌프.
26. 가스 압력 구동식 유체 펌프이며,

    액체 입구 및 액체 출구를 갖는 펌프 탱크와,

    상기 펌프의 내부에 지지되는 부력 부유체를 포함하고, 저 레벨 위치와 고 레벨 위치 사이에서 이동하도록 작동할 수 있는 부유 조립체와,

    상기 부유체에 작동식으로 연결되고, 상기 고 레벨 위치와 상기 저 레벨 위치 사이에서의 상기 부유체의 회전으로 인해 스냅 방식으로 기동 포팅과 배기 포팅 사이에서 전환될 수 있는 밸브 조립체와,

    상기 밸브 조립체에 작동식으로 연결되고, 상기 기동 포팅과 상기 배기 포팅에 대한 상기 밸브 조립체의 이동을 느리게 하는 댐퍼 시스템을 포함하는 펌프.
27. 제26항에 있어서, 상기 댐퍼 시스템은 상기 탱크의 액체를 통해 항력을 생성하도록 구성된 판을 포함하는 펌프.
28. 제26항에 있어서, 상기 탱크 내부에 위치되는 자석을 더 포함하는 펌프.
29. 가스 압력 구동식 유체 펌프이며,

    액체 입구 및 액체 출구를 갖는 펌프 탱크와,

    상기 펌프 탱크 내부의 저 액체 레벨과, 상기 펌프 탱크 내부의 고 액체 레벨을 검출하기 위한 수단과,

    검출 수단에 작동식으로 연결되고, 상기 검출 수단에 반응하여 스냅 방식으로 기동 포팅과 배기 포팅 사이에서 전환될 수 있는 밸브 조립체와,

    상기 밸브 조립체에 작동식으로 연결되고, 상기 기동 포팅과 상기 배기 포팅에 대한 상기 밸브 조립체의 이동을 느리게 하는 댐퍼 시스템을 포함하고,

    상기 밸브 조립체는 액체가 교번식으로 상기 펌프 탱크에 유입되고 배출되도록, 상기 검출 수단이 상기 펌프 탱크 내부에서 고 액체 레벨을 검출하는 경우 상기 기동 포팅으로 이동하고, 상기 검출 수단이 상기 펌프 탱크 내부에서 저 액체 레벨을 검출하는 경우 배기 포팅으로 이동하는 펌프.