KR20110072674A - 워터젯 커팅장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 혼합수에 원심력을 제공하여 혼합수 내부의 연마재를 혼합수의 수류 중심으로 집중시켜 집중도를 높일 수 있도록 내부에 나선형 격벽이 형성된 서브 노즐을 설치함으로써, 소재의 가공정밀도를 향상시키고, 내구성을 향상시키도록

분말 연마재를 전달하기 위한 연마재공급관과, 상기 연마재공급관에 연결되어 상기 연마재를 보관하기 위한 보조탱크와, 높은 압력의 고압수를 전달하기 위한 고압수공급관과, 상기 보조탱크와 상기 고압수공급관에 연통되어 상기 연마재와 상기 고압수가 혼합된 혼합수를 배출공을 통해 배출하기 위한 메인 노즐과, 상기 메인 노즐의 끝단에서 상기 배출공과 연통되게 결합되며, 상기 혼합수의 내부에서 방사방향으로 분사되는 연마재를 혼합수의 수류 중심으로 집중시키도록 원심력을 제공하는 서브 노즐을 포함하며, 상기 서브 노즐은 원통 형상으로 형성되며, 상부에는 상기 메인 노즐의 배출공과 연통되는 유입홀이 형성되고, 하단에 분사구가 형성되는 노즐 하우징; 및 상기 노즐 하우징의 내부에서 내주면 둘레를 따라 상기 분사구를 향하여 경사지게 형성되는 격벽을 포함하는 워터젯 커팅장치를 제공한다.

워터젯, 커팅, 노즐, 고압수, 연마재, 원심력

Description

워터젯 커팅장치{WATER JET CUTTING DEVICE}

본 발명은 워터젯 커팅 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고압수와 함께 분출되어 소재를 절단 및 가공하는 연마재(Abrasive)를 혼합수의 수류 중심에 집중시켜 집중도를 높이도록 하는 워터젯 커팅장치에 관한 것이다.

일반적으로, 워터젯 커팅장치는 물만을 이용하여 가공하던 것에서 가공성능 향상을 위해 연마재(Abrasive)를 물에 첨가하여 보다 정밀하고 깨끗한 가공이 가능하도록 발전하고 있다.

이러한 워터젯 커팅장치는 철 등의 소재를 절단하거나 가공할 때, 소정 직경을 갖는 입자형태의 연마재를 고압수에 혼합하여 소재를 절단하였으며, 이러한 종래기술의 워터젯 커팅장치는 연마재공급관을 통해 보조탱크 내부로 투입된 연마재가 실린더의 작동에 의해 연마재배출관을 통해 노즐로 유입되고, 고압수배출관을 통해 공급되는 고압수와 함께 노즐을 통해 분출되어 소재를 가공한다.

그러나 상술한 구성을 갖는 종래기술의 워터젯 커팅장치는 노즐을 통과하는 연마재의 밀도가 낮기 때문에, 노즐의 끝단에서 연마재가 고압수와 함께 방사상으로 분사되어 소재의 가공정밀도가 낮아질 수 있는 문제점이 있다.

이를 방지하기 위한 일례로 등록특허 10-0843390호에 게시된 바와 같이, 종래의 워터젯 커팅장치(1)는, 도 4에서 도시한 바와 같이, 연마재공급관(10), 보조탱크(20), 실린더(30), 연마재배출관(40), 고압수공급관(50), 노즐(60) 및 연마재집중노즐(70)을 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 상기 연마재집중노즐(70)은, 도 5에서 도시한 바와 같이, 중공의 원통형상으로 그 내부에 반경방향, 즉 혼합수의 진행방향에 직교하는 방향으로 형성되는 제1, 제2, 제3 내벽(71, 72, 73)에 의해 길이방향으로 제1, 제2, 제3, 제4 챔버(74, 75, 76, 77)가 형성되며, 노즐(60)의 하부에 장착되어 배출공(61)과 연통된다.

상기 각 내벽(71, 72, 73)에는 상기 배출공(61)과 동일한 직경을 갖는 제1, 제2, 제3 오리피스(81, 82, 83)가 각각 형성되며, 상기 제4 챔버(77)는 상기 제1, 내지 제3 오리피스(81, 82, 83)과 동일한 직경을 가지며, 제1 내지 제3 챔버(74, 75, 76)에 의해 집중된 연마재(11)와 고압수를 외부로 배출하는 배출관(84)이 형성된다.

즉, 이와 같이 구성되는 연마재집중노즐(70)은 노즐(60)에 의해 형성된 혼합수의 주흐름으로부터 벗어나 방사방향으로 분사되는 고압수의 일부를 상기 각 내벽에 부딪히는 탄동현상을 통해 와류를 형성하여 각 챔버(74, 75, 76, 77)의 오리피스(81, 82, 83)를 지나 배출관(84)을 통해 배출되는 혼합수 주흐름에 연마재(11)를 집중시켜 연마재(11)의 밀도를 증가시키게 된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 워터젯 커팅장치(1)는 연마재집중노즐(70)에서 발생되는 탄동현상에 의해 연마재(11)와 각 내벽(71, 72, 73) 사이에 마찰이 발생되며, 이에 따라 상기 각 내벽(71, 72, 73)과 오리리스(81, 82, 83), 및 배출관(84)이 마모되어 내구성이 저하되는 문제점이 있다.

또한, 연마재집중노즐(70)의 마모 시, 혼합수의 주흐름에 연마재(11)를 집중시키기 어려워 배출관(84)을 통해 방사상으로 분사되는 일부 연마재(11)로 인하여 소재의 표면 거칠기가 불량해지고, 연마재(11)가 물줄기의 중심부에 위치하지 않고 외부에도 함께 위치하여 분진 등을 발생시키게 되며, 이를 방지하기 위해 연마재집중노즐(70)을 자주 교체해야 함에 따라 비용이 증가되는 문제점도 내포하고 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 혼합수에 원심력을 제공하여 혼합수 내부의 연마재를 혼합수의 수류 중심으로 집중시켜 집중도를 높일 수 있도록 내부에 나선형 격벽이 형성된 서브 노즐을 설치함으로써, 소재의 가공정밀도를 향상시키고, 내구성을 향상시키도록 하는 워터젯 커팅장치를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 워터젯 커팅장치는 분말 연마재를 전달하기 위한 연마재공급관과, 상기 연마재공급관에 연결되어 상기 연마재를 보관하기 위한 보조탱크와, 높은 압력의 고압수를 전달하기 위한 고압수공급관과, 상기 보조탱크와 상기 고압수공급관에 연통되어 상기 연마재와 상기 고압수가 혼합된 혼합수를 배출공을 통해 배출하기 위한 메인 노즐과, 상기 메인 노즐의 끝단에서 상기 배출공과 연통되게 결합되며, 상기 혼합수의 내부에서 방사방향으로 분사되는 연마재를 혼합수의 수류 중심으로 집중시키도록 원심력을 제공하는 서브 노즐을 포함하며,

상기 서브 노즐은 원통 형상으로 형성되며, 상부에는 상기 메인 노즐의 배출공과 연통되는 유입홀이 형성되고, 하단에 분사구가 형성되는 노즐 하우징; 및 상기 노즐 하우징의 내부에서 내주면 둘레를 따라 상기 분사구를 향하여 경사지게 형성되는 격벽을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 격벽은 상기 노즐 하우징의 내주면 둘레를 따라 나선형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 격벽은 상기 노즐 하우징의 길이방향으로 중앙에 혼합수가 통과되는 관통로가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 관통로는 상기 격벽 사이에 각각 형성되며, 상기 노즐 하우징의 상부에서 하부로 갈수록 그 직경이 점차 작아지며, 상기 분사구와 동일한 직경이 되는 것을 특징으로 한다.

상기 혼합수의 수류 중심으로부터 방사방향으로 벗어나는 연마재는 상기 격벽을 통과하면서 혼합수의 수류 중심으로 집중되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 워터젯 커팅장치에 의하면, 혼합수에 원심력을 제공하여 혼합수 내부의 연마재를 혼합수의 수류 중심으로 집중시켜 집중도를 높일 수 있도록 내부에 나선형 격벽이 형성된 서브 노즐을 설치함으로써, 분사되는 혼합수의 수류 중심에 연마재의 밀도를 증가시켜 소재 가공 시, 슬러지 발생을 줄이고, 가공정밀도를 향상시키는 효과가 있다.

또한, 서브 노즐이 나선형 격벽을 이용해 원심력을 제공하여 연마재를 혼합수의 수류 중심에 집중시킴으로써, 방사방향으로 분사되는 연마재에 의해 서브 노즐이 마모되는 것을 방지하여 서브 노즐의 내구성을 향상시키는 효과도 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명 하면 다음과 같다.

이에 앞서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 워터젯 커팅장치의 구성도이고, 도 2는 도 1의 A 부분의 확대도로써, 본 발명의 실시예에 따른 워터젯 커팅장치에 적용되는 서브 노즐의 단면도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 워터젯 커팅장치(100)는 혼합수에 원심력을 제공하여 혼합수 내부의 연마재(111)를 혼합수의 수류 중심으로 집중시켜 집중도를 높일 수 있도록 내부에 나선형 격벽(220)이 형성된 서브 노즐(200)을 설치함으로써, 소재의 가공정밀도를 향상시키고, 내구성을 향상시키도록 한다.

이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 워터젯 커팅장치(100)는, 도 1에서 도시하 바와 같이, 연마재공급관(110), 보조탱크(120), 실린더(130), 연마재배출관(140), 고압수공급관(150), 메인 노즐(160), 및 서브 노즐(200)로 구성되며, 이를 각 구성별로 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 연마재공급관(110)은 입자형태의 분말 연마재(111)를 전달하기 위한 것으로, 상기 보조탱크(120)와 연통되고, 상기 보조탱크(120)는 연마재공급관(110)으로부터 공급되는 연마재(111)를 보관한다.

상기 실린더(130)는 워터젯 커팅장치(100)의 구동 시, 선택적으로 구동되어 상기 보조탱크(120)에 보관된 연마재(111)를 연마재배출관(140)으로 지속적으로 공급하며, 상기 연마재배출관(140)은 보조탱크(120)와 메인 노즐(160)에 각각 연결되어 보조탱크(120)에 저장된 연마재(111)를 메인 노즐(160)로 전달한다.

그리고 상기 고압수공급관(150)은 미도시된 펌프 등을 통해 워터젯 커팅장치(100)의 작동 시, 소정의 압력을 갖는 고압수를 상기 메인 노즐(160)로 제공함에 따라, 연마재배출관(140)을 통해 제공되는 연마재(111)와 고압수공급관(150)을 통해 제공되는 고압수가 서로 혼합되며, 상기 메인 노즐(160)은 고압수와 연마제(111)가 혼합된 혼합수를 배출공(161)을 통해 배출한다.

본 실시예에서, 상기 서브 노즐(200)은 상기 메인 노즐(160)의 끝단에서 상기 배출공(161)과 연통되게 결합되며, 혼합수의 내부에서 방사방향으로 분사되는 연마재(111)를 혼합수의 수류 중심으로 집중시키도록 원심력을 제공한다.

이러한 서브 노즐(200)은, 도 2에서 도시한 바와 같이, 노즐 하우징(210)과 격벽(220)으로 구성되며, 이를 각 구성별로 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 노즐 하우징(210)은 원통 형상으로 형성되며, 상부에는 상기 메인 노즐(160)의 배출공(161)과 연통되는 유입홀(211)이 형성되고, 하단에는 분사구(213)가 형성된다.

그리고 상기 격벽(220)은 상기 노즐 하우징(210)의 내부에서 내주면 둘레를 따라 상기 분사구(213)를 향하여 경사지게 형성된다.

여기서, 상기 격벽(220)은 상기 메인 노즐(160)의 배출공(161)으로부터 배출 되는 혼합수에 원심력을 제공하도록 상기 노즐 하우징(210)의 내주면 둘레를 따라 나선형으로 형성되는 것이 바람직하다.

이러한 격벽(220)은 상기 노즐 하우징(210)의 길이방향으로 중앙에 혼합수가 통과되는 관통로(221)가 형성된다.

본 실시예에서, 상기 관통로(221)는 상기 격벽(220) 사이에 각각 형성되며, 상기 노즐 하우징(210)의 상부에서 하부로 갈수록 그 직경이 점차 작아지며, 상기 분사구(213)와 동일한 직경이 되는 것이 바람직하다.

즉, 상기 메인 노즐(160)의 배출공(161)을 통해 혼합수의 배출 시, 상기 혼합수의 수류 중심으로부터 방사방향으로 벗어나는 연마재(111)는 상기와 같이 구성되는 서브 노즐(200)의 격벽(220)을 따라 회전되면서 원심력을 제공받아 혼합수의 수류 중심으로 집중된다.

이에 따라, 혼합수 수류 중심의 연마재(111) 밀도는 상기 격벽(220)을 통과하는 동안 증대된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 워터젯 커팅장치의 작동 및 작용을 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 워터젯 커팅장치의 단계별 작동 상태도이다.

먼저, 연마재배출관(140)과 고압수공급관(150)을 통해 각각 전달되는 연마재(111)와 고압수는, 도 3의 (S1)과 같이, 상기 메인 노즐(160)에서 혼합되어 혼합수가 되며, 이 혼합수는 상기 배출공(161)으로 배출되어 상기 서브 노즐(200)의 유 입홀(211)을 통해 노즐 하우징(210)의 내부로 유입된다.

상기 노즐 하우징(210)으로 유입된 혼합수에서 상기 연마재(111)는 상기 배출공(161)으로부터 방사방향으로 배출되는데, 이 때, 설정각도로 경사진 나선형상으로 형성되는 상기 격벽(220)은 상기 혼합수를 회전시킴으로써, 상기 혼합수에 원심력을 제공하게 된다.

이 원심력은 상기 연마재(111)에 작용하게 되는 바, 도 3의 (S2)와 같이, 상기 노즐 하우징(210)의 상부에서 하부로 상기 관통로(221)를 따라 상기 혼합수가 이동하면서, 상기 연마재(111)는 상기 혼합수의 수류 중심으로 점차 집중된다.

이러한 상태가 계속해서 진행되면, 상기 연마재(111)는, 도 3의 (S3)과 같이, 상기 혼합수가 격벽(220)을 회전하면서 관통로(221)를 따라 이동하여 분사구(213)를 통해 배출될 때, 상기 혼합수의 수류 중심에 집중된 상태로 배출된다.

이에 따라, 상기 분사구(213)로부터 배출되는 연마재(111)는 상기 노즐 하우징(210)의 내부에서 격벽(220)에 의해 회전하는 혼합수와 함께 관통로(221)를 따라 상부에서 하부로 이동하면서, 수류 중심에 최대로 집중되기 때문에 연마재(111)의 밀도도 높아지며, 연마재(111)가 방사방향으로 분사됨이 없이 배출되어 가공 소재로 집중된다.

한편, 본 실시예에서, 상기 연마재(111)는 상기 혼합수와 함께 나선형상의 상기 격벽(220)을 따라 회전되면서 관통로(221)로 이동하여 혼합수의 수류 중심으로 집중됨으로써, 상기 노즐 하우징(210)의 분사구(213) 주변이나 상기 격벽(220)이 연마재(111)에 의해 마모되는 것을 최소화시킬 수 있게 된다.

본 실시예에서, 상기 격벽(220)의 설정각도와 상기 노즐 하우징(210)의 내부에 회전되는 횟수는 본 실시예에 한정되는 것은 아니며, 상기 연마재(111)의 입자크기, 연마재(111)의 분량 공급수의 압력 등의 요건에 따라 자유롭게 변경할 수 있다.

따라서, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 워터젯 커팅장치(100)를 적용하면, 혼합수에 원심력을 제공하여 혼합수 내부의 연마재(111)를 혼합수의 수류 중심으로 집중시켜 집중도를 높일 수 있도록 내부에 나선형 격벽(220)이 형성된 서브 노즐(200)을 설치함으로써, 분사되는 혼합수의 수류 중심에 연마재(111)의 밀도를 증가시켜 소재 가공 시, 슬러지 발생을 줄이고, 가공정밀도를 향상시킬 수 있다.

또한, 서브 노즐(200)이 나선형 격벽(220)을 이용해 원심력을 제공하여 연마재(111)를 혼합수의 수류 중심에 집중시킴으로써, 방사방향으로 분사되는 연마재(111)에 의해 서브 노즐(200)이 마모되는 것을 방지하여 서브 노즐(200)의 내구성을 향상시킬 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 워터젯 커팅장치의 구성도이다.

도 2는 도 1의 A 부분의 확대도로써, 본 발명의 실시예에 따른 워터젯 커팅장치에 적용되는 서브 노즐의 단면도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 워터젯 커팅장치의 단계 별 작동 상태도이다.

도 4는 종래 기술에 따른 워터젯 커팅장치의 구성도이다.

도 5는 도 4의 X 부분의 확대도이다.

Claims (5)

1. 분말 연마재를 전달하기 위한 연마재공급관과,

   상기 연마재공급관에 연결되어 상기 연마재를 보관하기 위한 보조탱크와,

   높은 압력의 고압수를 전달하기 위한 고압수공급관과,

   상기 보조탱크와 상기 고압수공급관에 연통되어 상기 연마재와 상기 고압수가 혼합된 혼합수를 배출공을 통해 배출하기 위한 메인 노즐과,

   상기 메인 노즐의 끝단에서 상기 배출공과 연통되게 결합되며, 상기 혼합수의 내부에서 방사방향으로 분사되는 연마재를 혼합수의 수류 중심으로 집중시키도록 원심력을 제공하는 서브 노즐을 포함하며,

   상기 서브 노즐은

   원통 형상으로 형성되며, 상부에는 상기 메인 노즐의 배출공과 연통되는 유입홀이 형성되고, 하단에 분사구가 형성되는 노즐 하우징; 및

   상기 노즐 하우징의 내부에서 내주면 둘레를 따라 상기 분사구를 향하여 경사지게 형성되는 격벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 워터젯 커팅장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 격벽은 상기 노즐 하우징의 내주면 둘레를 따라 나선형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 워터젯 커팅장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 격벽은 상기 노즐 하우징의 길이방향으로 중앙에 혼합수가 통과되는 관통로가 형성되는 것을 특징으로 하는 워터젯 커팅장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 관통로는 상기 격벽 사이에 각각 형성되며, 상기 노즐 하우징의 상부에서 하부로 갈수록 그 직경이 점차 작아지며, 상기 분사구와 동일한 직경이 되는 것을 특징으로 하는 워터젯 커팅장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 혼합수의 수류 중심으로부터 방사방향으로 벗어나는 연마재는 상기 격벽을 통과하면서 혼합수의 수류 중심으로 집중되는 것을 특징으로 하는 워터젯 커팅장치.

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