KR20110013271A - 토크모터가 달린 펄퍼 - Google Patents

Abstract

본 발명은 펄퍼와 그 작동법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 펄퍼의 특징인 구동장치는 다극 동기모터와 같은 3상 동기모터를 포함하는데, 이런 모터는 0~1000 rpm의 속도로 회전하고 극수가 12~64개이며, 필요시 역회전도 가능하다. 이런 구성의 모터는 컨트롤러의 제어를 받는 주파수 인버터의 출력단에 연결되고, 모터의 구동축의 출력단은 중간에 기어를 통하지 않고 로터축에 직접 연결된다. 이때문에 구동축보다 빠르게 회전하는 토크나 힘을 전달하는 전동기구가 불필요하다. 구동축과 로터축 사이의 능동 전동을 위해, 모터의 구동축을 로터의 축에 직접 연결하면, 펄퍼의 로터의 축을 모터의 구동축처럼 사용할 수 있다. 즉, 모터의 구동축의 출력단이 로터의 축을 이루는 것이다.

Description

토크모터가 달린 펄퍼{Pulper with a torque motor}

본 발명은 펄퍼와 그 작동법에 관한 것이다.

펄퍼는 섬유를 쉽게 분리할 수 있는 혼합물을 재생하는 기능을 하는데, 주로 폐지나 생물학적 폐기물과 같은 폐기물에서 재활용 가능한 성분을 분리하는데 이용된다.

이런 펄퍼는 재생할 원료를 물과 함께 담아두는 탱크하우징이 있고, 그 안에 로터가 있다. 로터가 회전하면 고체를 분리하는 강력한 유동이 생기고, 섬유와 함께 고체를 절단하여 용매에 섞는다. 그러나, 원료의 섬유분리 성분들은 용매와 함께 서스펜션을 형성하면서 스크린을 통해 펄퍼에서 배출된다.

독일특허 DE3149135에 소개된 펄퍼의 탱크 바닥에 전동 로터가 설치된다. 유압펌프나 모터를 통해 로터에 회전토크를 전달하는 유압식 로터도 알려져 있는데, 이 경우 유도모터로 작동되는 사각헝 기어장치를 이용한다. 이런 장치는 유지비는 높고 효율은 낮으면서도, 기어식 동력전달구조로 인해 무게가 아주 무거우며, 많은 베어링 연결이 있어 기계적으로도 취약할 수 있다. 그 외에도 이런 장치는 소음도 많다. 이는 기존의 장치의 모터가 대부분 4개이기 때문이다. 또, 펄퍼의 중심과 탱크에 무게가 집중되고, 모터들을 연결하기 때문에 베어링 등에서 마찰손실도 발생하기도 한다.

다른 개념의 펄퍼에서는 벨트를 이용하는데, 이 경우 로터의 회전속도는 간단한 전동구조를 통해 200~500 rpm에 이르지만, 펄프가 아주 대형화되고 고가로 된다. 이 경우 대형 풀리에서 높은 관성 모멘트가 생기기 때문에, 부하를 제한하거나 분리하는 커플링이 축과 풀리 사이의 허브에 필요한데, 바람직하게는 슬립 클러치를 이용해 로터에 균열이 생기는 것을 방지한다. 저속에서도 이중 벨트구동이 필요하므로, 아주 높은 로터 토크를 얻을 수는 있어도, 구동 부품들이 대형화되어 아주 고가로 될 뿐만 아니라 유지비도 많이 들며, 펄퍼가 차지하는 공간도 넓어야 된다.

본 발명은 종래의 이와같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 펄퍼의 로터를 구동하기에 적당한 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이 목적은 청구항 1항과 3항의 펄퍼와 방법에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 펄퍼의 특징인 구동장치는 다극 동기모터와 같은 3상 동기모터를 포함하는데, 이런 모터는 0~1000 rpm의 속도로 회전하고 극수가 12~64개이며, 필요시 역회전도 가능하다. 이런 구성의 모터는 컨트롤러의 제어를 받는 주파수 인버터의 출력단에 연결되고, 모터의 구동축의 출력단은 중간에 기어를 통하지 않고 로터축에 직접 연결된다. 이때문에 구동축보다 빠르게 회전하는 토크나 힘을 전달하는 전동기구가 불필요하다. 구동축과 로터축 사이의 능동 전동을 위해, 모터의 구동축을 로터의 축에 직접 연결하면, 펄퍼의 로터의 축을 모터의 구동축처럼 사용할 수 있다. 즉, 모터의 구동축의 출력단이 로터의 축을 이루는 것이다.

본 발명에 따른 펄퍼는 종래의 펄퍼에 비해 큰 장점을 갖는다. 상류측에 주파수 인버터를 설치한 동기모터를 사용하면, 펄퍼의 로터에서 생기는 토크를 전속력 범위에서 최대화할 수 있어, 일정 부하에서 시동될 수 있도록 시동 위상을 잘 활용할 수 있다. 로터의 저속회전 상태에서 펄프원료 혼합물이 내부로 들어가는데, 이런 비유동 상태는 로터와 로터날이 움직이지 않는 플러그 상태라 한다. 로터가 정지상태인 시동 위상에서 로터는 펄프의 구조적인 점성에 적응하게 된다. 점성이 증가할수록 시동상태에서 로터의 토크도 상승한다.

로터의 작동 위상에 따라 속도를 융통성 있게 설정할 수 있으므로 기어가 불필요하여, 구동장치에서의 관성 모멘트 대부분을 업앨 수 있고, 이때문에 갑자기 플러그 상태가 되어도 전동기구와 이로인해 로터가 파손될 위험도 없앨 수 있다. 또, 슬립클러치, 파워시프트, 전단 핀커플링과 같은 커플링 보호수단도 필요없어진다. 종래의 펄퍼에서의 로터와 전동기구는 분리할 수 없는 고체가 원료에 포함되었을 때 심각한 충격에 노출된다. 기존의 전동기구는 그 회전운동이 동기모터의 자기장을 완전히 약화시키고 전동기구가 모터의 기어박스에 닿는 것을 방해한다. 관련 부품수를 크게 줄여 전동기구의 전체 효율도 개선되고, 결국 에너지가 크게 절감된다. 그 외에도, 부품수가 적어, 전동기구가 상대적으로 경량이고 유지비도 거의 들지 않는다. 또, 동기모터와의 접촉 없이 동력이 전달되고 구동모터가 로터와 같은 속도로 회전하므로, 정숙 회전이 가능하다. 또, 동기모터를 로터에 직접 연결하게 되어 설치공간과 중량도 줄어들게 되어, 본 발명의 펄퍼는 이동식도 가능하다. 또, 작동상태의 변화에 즉각적으로 적합하게 펄퍼의 작동상태를 바꿀 수 있다. 이는 전동부의 관성모멘트가 작고 컨트롤러에 의해 속도나 토크를 아주 간단히 바꿀 수 있기 때문이다.

따라서, 본 발명의 요지는 가변속도 동기모터를 기어나 전동요소 없이 펄퍼의 로터에 직접 연결하는데 있다. 최대 토크를 유지하면서 동작 상태나 토크에 맞춰 속도를 조절할 수 있다.

작동상태에서 로터가 플러그 상태에 빠지는 것을 방지하기 위해, 부하전류를 감지하는 수단과 동기모터의 구동축의 회전을 감지하는 수단을 설치하고, 그 출력단에 컨트롤러를 연결해 동작상태의 변화에 즉각 반응하도록 한다. 로터가 플러그되자 마자, 컨트롤러가 감지하는 전류소비가 증가하여, 모터의 변수, 예컨대 구동축의 속도를 동작상태의 변화에 맞게 바꿀 수 있다. 또, 원료의 막힘이 뚫리면 컨트롤러가 모터의 전류소비 감소를 감지하여, 이전 표적 변수로 돌아간다.

전술한 바와 같이, 주파수 인버터에 연결된 3상 동기모터를 기어 없이 바로 펄퍼의 로터에 연결하기 때문에, 모든 작동상태의 변화에 즉각 반응할 수 있으므로, 대부분의 펄퍼에서 일어나는 플러그 상태도 바로 감지할 수 있다. 그러나, 본 발명의 펄퍼는 플러그 상태에 있어도, 낮은 관성 모멘트를 내고 전동구기의 속도를 완벽히 조절할 수 있으므로, 실제 부하전류나 실제 로터리 상태에 맞게 구동축을 요동시켜 로터의 플러그 상태를 쉽게 극복할 수 있다.

모터의 회전 전력은 10~500 kW이다.

본 발명에 따라 펄퍼를 작동시키는 방법에 의하면, 로터가 정지상태에서 시동되는 제1 위상에서, 상기 동기모터의 속도가 부하전류 한계값을 이용하는 표적 속도까지 상승되어 일정한 토크를 내다가, 로터의 플러그를 감지했을 때 구동축이 역회전되고, 이어서 일정 시간 동안의 구동축의 역회전을 감지한 뒤 정회전 동작으로 돌아간다. 따라서, 플러그 상태에 빠진 구동축이 자동으로 일정 시간 동안 역회전하거나 부하전류한계내의 속도에 이를 때까지 역회전했다가 정회전 상태로 돌아간다. 이런 상황이 부하전류의 증가를 감지하자마자 일어나, 관성모멘트가 낮기 때문에, 펄퍼가 플러그상태에 빠질 모든 위험이 효과적으로 감소되거나 방지된다.

로터가 토크모터의 도움으로 역회전할 수 있어, 좀더 분리가 어려운 원료혼합물도 분리하는 속도까지 높일 수 있어 원료의 취급에 있어 유리하다.

모터의 과부하 방지를 위해, 일정 부하전류 한계를 넘으면 모터의 속도가 자동으로 낮아지고, 과부하 상태가 끝나면 표적속도로 자동으로 복귀한다.

기본적으로, 모터는 일정 작동상태에 응답하도록 작동되는데, 한편으로는 로터축이 플러그상태에 빠지는 것을 방지하고, 다른 한편으로는 모터가 과부하에 걸리지 않게 한다. 이 목적으로, 원료의 중량, 부피, 습도와 같은 변수를 동기모터의 속도제어회로에서 감지할 수 있다.

본 발명에 따른 방법에서, 동기모터의 전속력 범위를 커버하도록 설치된 출력공급기를 동기모터의 전류소비의 함수로 제어하도록 할 수도 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명한다.

도 1은 토크모터가 달린 펄퍼의 개략도;
도 2는 펄퍼 로터를 토크모터에 연결하는 방식을 보여주는 확대도.

도 1에 도시된 펄퍼(10)의 원통형 케이싱(12)의 내부 중심에 로터(20)가 설치된다. 로터(20)의 하단에 달린 스크린(22)은 분리되고 용해된 물질만 통과시킨다. 로터(20)는 3상 동기모터에 의해 작동되는데, 이 모터케이싱(14)은 펄퍼 케이싱(12)의 중앙 상단에 설치되고, 모터케이싱(14)의 하단에 플랜지(19)가 달려있다(도 2 참조). 이 펄퍼는 내용물을 아래쪽으로 배출한다.

도 2는 플랜지(19)에 의해 토크모터가 펄퍼케이싱에 부착되는 방식을 보여주는 확대도이다. 모터케이싱(14)의 파단면을 통해 모터의 고정자(16)와 회전자(15)를 볼 수 있다. 연결부(17)에서 모터의 회전축이 펄퍼 로터의 회전축에 연결된다.

10; 펄퍼 12; 펄퍼케이싱
14; 토크모터 케이싱 15; 모터 회전자
16; 모터 고정자 17; 연결부
19; 플랜지 20; 로터
22; 스크린

Claims (7)

1. 재생할 원료혼합물에서 섬유를 분리하기 위한 로터가 설치된 케이싱과, 섬유분리 배출물을 케이싱에서 배출하기 위한 스크린을 갖고, 로터가 전동모터로 작동되며, 전동모터의 구동축이 로터에 동력을 전달하는 폐기물 재생용 펄퍼에 있어서:
   상기 전동모터는 0~1000 rpm의 속도로 동작하는 3상 동기모터로서, 컨트롤러로 제어되는 주파수 인버터의 출력단에 연결되고, 상기 구동축의 출력단이 상기 로터에 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 펄퍼.
2. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러가 부하전류를 감지하는 수단의 출력단과, 3상 동기모터의 구동축 출력단의 회전을 감지하는 수단의 출력단에 연결되고, 상기 로터가 플러그될 때 상기 컨트롤러는 주파수 인버터를 작동시켜, 구동축의 실제 부하전류나 실제 회전위치에 응답해 구동축의 출력단을 왕복운동시킴으로써, 상기 로터가 요동하도록 하는 것을 특징으로 하는 펄퍼.
3. 제1항 또는 제2항에 따른 펄퍼를 작동시키는 방법에 있어서:
   로터가 정지상태에서 시동되는 제1 위상에서, 상기 동기모터의 속도가 부하전류 한계값을 이용하는 표적 속도까지 상승되어 일정한 토크를 내다가, 로터의 플러그를 감지했을 때 구동축이 역회전되고, 이어서 일정 시간 동안의 구동축의 역회전을 감지한 뒤 정회전 동작으로 돌아가는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제3항에 있어서, 정상 동작 위상에서 컨트롤러에 의해 주파수 인버터가 작동되어 부하전류 한계를 유지하면서 동기모터의 표적 속도를 유지하고, 동기모터의 속도는 부하전류가 한계를 넘자마자 줄어들었다가 과부하 동작 위상이 끝나자마자 상기 표적속도로 돌아가는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제4항에 있어서, 정상 동작 위상에서 구동축이 로터의 플러그를 감지하지마자 구동축이 역회전되고, 그 뒤 일정 시간 동안 구동축의 역회전을 감지하거나 부하전류 한계에서 설정된 역회전 속도를 얻었을 때 출력이 정회전 동작으로 복귀되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제3항 내지 제5항 중의 어느 하나에 있어서, 상기 구동축이 역회전되었다가 정지된 것을 감지하자마자 구동축이 정회전 상태로 돌아가는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제3항 내지 제6항 중의 어느 하나에 있어서, 상기 로터의 회전에너지와 동기모터의 토크를 이용해 상기 구동축의 회전방향이 반복적으로 바뀌도록 하여 로터를 플러그 상태에서 요동시키는 것을 특징으로 하는 방법.
   

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