KR20130040666A

KR20130040666A - 고형물합체분리기 동력전달 및 로터배열

Info

Publication number: KR20130040666A
Application number: KR1020110105589A
Authority: KR
Inventors: 조기환
Original assignee: 조기환
Priority date: 2011-10-15
Filing date: 2011-10-15
Publication date: 2013-04-24

Abstract

고형물 분리기를 효율적이고 안정되게 운용하기 위해서는 분리기 하우징 하단에 동심을 이루도록 스핀들 뭉치를 배열하고, 고정회전로터와 가변회전로터가 결합될 때 합체분리기 하우징 상단에 동심을 이루도록 로터 위치변환 리프터 부싱이 배열되게 하며, 고정회전로터 중심축에 수(+) 스플라인이 동심을 이루게 고정하고, 가변회전로터중심축에 중공형 암(-) 스플라인이 동심을 이루게 고정하여, 두 로터가 결합될 때 동시에 수(+) 스플라인과 암(-) 스플라인이 결합되어 동심축을 형성하여 동력을 안정적으로 전달한다.

Description

고형물합체분리기 동력전달 및 로터배열{Power Transmission and Rotors Array Method in Plate Particle Separator}

입자를 유체로부터 분리하기 위해 중력 또는 원심력을 이용하는 기법이 있다. 부상력이 있는 입자를 분리하려면 입자의 농도와 집적도를 고려해야 한다. 유체 중의 입자는 자신보다 비중이 낮은 유체 내에서 중력에 의해 침강되며, 입자의 직경과 밀도에 따라 상이한 침강 속도를 보인다. 따라서 유체 내에서 작은 크기의 입자를 효과적으로 분리하려면 분리 면적을 넓히거나 작은 입자를 합체하여 침강속도를 높여야 한다. 작은 입자인 경우 중력에 의해 침강할 때 원심력을 부가하여 분리 효율을 높일 수 있다. 원심력을 이용하는 장치로는 튜블라 원심분리기, 데칸터 원심분리기, 디스크 원심분리기 등 산업용 제품을 이용할 수 있으며, 이들 제품의 분리되는 입자의 크기는 원심분리기의 회전력에 기인하는 원심가속도의 적용 정도에 따라 구분된다.

댐퍼는 고속 회전 기계의 시스템 안정성을 개선하고 초기 한계 속도 주변의 공진을 억제하기 위해 광범위하게 이용된다. 로터 시스템에는 필름막 댐퍼(squeeze film damper), 능동형 자기댐퍼(active magnetic damper), 자기반응형 자기댐퍼(passive magnetic damper) 등 여러 종류의 댐퍼가 제안되고 실험되었다. 자기반응형 댐퍼는 댐핑 힘이 단지 정 전류가 전자석에 공급되면 발생하는 것을 보여 주었다. 이러한 종류의 댐퍼는 센서 및 폐쇄 루프 컨트롤이 필요 없으며, 현존하는 다른 댐퍼와 비교하면 단순 비-접촉구조, 저 비용, 높은 신뢰성 등의 장점을 가진다.

출원자는 고형물 합체 분리기 (출원번호: 10-0000008. 2011. 1. 2)에 대한 특허를 출원하였다. 동 출원은 원심분리기의 로터 내부에 가변 회전판 및 고정 회전판을 회전축을 중심으로 등 간격으로 배치하여 동일한 로터 내부 공간에 입자의 통과 경로를 최소화 함으로서 로터 용적과 유량에 따라 정해지는 일정한 체류시간 내에 입자가 회전판에 부착되어 유체로부터 효과적으로 분리되게 하였으며, 입자의 분리 면적은 내장된 회전판의 회전 방향 쪽 총 면적에 상응하므로 기존의 연속식 원심분리기 보다 입자 분리 효율이 높였으며,

기존 디스크 원심분리기에서 점성이 높거나 거친 입자가 포함된 유체를 처리할 경우 디스크 판 사이의 유체 통과 경로가 빈번히 막히는 현상으로 사후 관리에 어려움이 많았으나, 가변회전판 및 고정회전판을 상하로 분리시켜 침적된 고형물을 1차 이격한 후, 가변회전판을 임의 회전시켜 침적된 고형물을 털어낼 수 있으며, 고정회전판에 침적된 고형물은 가변회전판 상단에 고형물 분리판을 부착하여 고형물을 긁어 낼 수 있게 하여 고형물 및 유체의 특성이 다양하여도 안정적으로 유체에서 고형물을 연속적으로 분리할 수 있는 것을 특징으로 하고 있다.

회전판 고형물 합체분리기를 효율적이고 안정되게 운용하기 위해서는,

첫째: 분리되거나 결합되는 2개의 회전 로터에 동력을 전달하는 방법,

둘째: 고속 회전하는 로터의 고유 주파수에 기인하는 진동의 감소 방안 및 회전판에 미량 남아 있는 고형물의 불균형에 기인된 진동의 감소 방안,

셋째: 고정회전로터와 가변회전로터가 결합할 때 두 회전 로터가 용이하게 결합하는 방법,

등이 필요하다.

회전판 고형물 합체분리기를 효율적이고 안정되게 운용하기 위해서는

첫째, 합체분리기 하부하우징 하단에 동심을 이루도록 스핀들 뭉치를 배열하고, 고정회전로터와 가변회전로터가 결합될 때 합체분리기 하부하우징 상단에 동심을 이루도록 로터 위치변환 리프터 부싱이 배열되게 하며, 고정회전로터 중심축에 수(+) 스플라인이 동심을 이루게 고정하고, 가변회전로터중심축에 중공형 암(-) 스플라인이 동심을 이루게 고정하여, 두 로터가 결합될 때 동시에 수(+) 스플라인과 암(-) 스플라인이 결합되어 동심축을 형성하여 동력을 안정적으로 전달한다.

둘째: 자기반응형 댐퍼(passive magnet damper)를 스핀들 뭉치 하단과

로터 위치변환 리프터상단에 동심을 이루도록 각각 배치하여, 고속 회전 로터의

안정성을 개선하고 한계 속도 주변의 고유진동과, 회전판에 미량 남아 있는 고형물

의 불균형에 기인된 진동을 최소한으로 억제한다.

셋째, 고정회전로터와 가변회전로터는 정지된 상태에서 결합하지만 두 로터는 자유회전 하므로 두 로터가 결합할 때 각 로터에 고정된 수(+) 스플라인 경사면 첨단과, 암(-) 스플라인 첨단이 교차할 수 있다. 이때, 무리한 힘이 가해져서 시스템 고장의 원인이 된다. 고속 회전을 위한 구성은 고정축(스핀들 뭉치), 자유회전축(가변회전로터), 자유회전축(고정회전로터), 상하 이동축(로터 위치변환 리프터)로 이루어 지므로, 스핀들 뭉치와 가변회전로터의 각 경계 면에 각각 영구자석을 N극 및 S극 순서로 수조 배치하여 가변회전로터가 정지할 때 각 영구자석의 N극과 S극이 상호 흡인되는 지점에 위치되게 하며, 로터 위치변환 리프터와 고정회전로터의 각 경계 면에 각각 영구자석을 N극 및 S극 순서로 수조 배치하여 고정회전로터가 정지할 때 각 영구자석의 N극과 S극이 흡인되는 지점에 위치하게 한다. 이때,

수(+) 스플라인 경사면 첨단과 암(-) 스플라인 첨단이 교차하지 않는 위치에

스플라인 뭉치 및 로터 위치변환 리프터 측 영구자석을 각각 배치하면, 여기에

상응하여 정지시 수(+) 스플라인 첨단과 암(-) 스플라인 첨단은 결합시 상호

교차하지 않는다.

본 발명품은 유체에 함유된 고형물 입자를 회전판에서 합체 분리 시키는 고형물합체분리기의 운영에 있어, 고정회전로터와 가변회전로터간의 동력전달 및 진동을 최소화하고, 두 로터 결합이 간편하고 용이하게 이루어 질 수 있어 기기의 효율성과 운전 편의성을 높여준다.

[도 1] 로터 회전축 구성 개요도
[도 2] 고정회전로터 및 가변회전로터 단면 예시도

본 발명은 고속 회전을 위한 고정축(스핀들 뭉치), 자유 회전축 (가변회전로터), 자유 회전축(고정회전로터), 상하 이동축(로터 위치변환 리프터)으로 구성되는 회전판 고형물 합체 분리기의 동력전달, 진동 최소화 및 고정회전로터(3)와 가변회전로터(2)의 결합을 용이하게 하는 장치에 관한 것이다.

[도 1]에 도시한 것과 같이, 고정축인 스핀들 뭉치(1)의 상단에는 스핀들 뭉치 상부 덮게(18)가 동심을 이루도록 장착되며, 스핀들 뭉치(1)의 내측하단부에 하부 자기반응형 댐퍼(9)가 장착된다. 동 스핀들 뭉치 상부 덮게(18)와 하부 자기반응형 댐퍼(9)를 관통하여 스핀들 샤프트(7)가 장착된다. 스핀들 뭉치 상부 덮게(18)의 상단에는 영구자석이 N극 및 S극 순으로 등간격을 이루며 수조 배치 되고, 스핀들 샤프트 플랜지(17) 하단에는 영구자석이 N극 및 S극 순으로 등간격을 이루며 수조 배치된다.

암(-) 스플라인(6)을 중심축에 장착한 가변회전로터(2)와 스핀들 샤프트 (7)는 고정 볼트로 견고하게 고정되어 일단의 가변 축을 구성하며, 자유 회전하는 가변회전로터(2)가 정지할 때 스핀들 뭉치 상부 덮게(18)에 배열된 영구자석의 극에 스핀들 샤프트 플랜지(17) 하단에 배열된 영구자석의 극이 상호 흡인(N극 -S극 또는 S극 - N극)되는 지점에 위치하게 된다.

리프터 PM나사(12)의 회전에 따라 상하로 이동하는 로터 위치변환 리프터(4)의 부싱 내측 상단에는 상부 자기 반응형 댐퍼(10)가 장착되며, 로터 위치변환 리프터 부싱 하단에는 하부덮게(15)가 장착된다. 동 리프터 부싱 하부덮게(15) 하단에는 영구자석이 S극 및 N극 순으로 등간격을 이루며 수조 배치된다.

고정회전로터(3)는 중심축에 수(+) 스플라인(5)을 장착한다. 동 수(+) 스플라인 플랜지(16)의 상단에는 영구자석이 S극 및 N극 순서로 등간격을 이루며 수조 배치된다. 고정회전로터(3)는 위치변환 리프트(4)의 부싱 상단에 장착된 상부 자기반응형 댐퍼와 동심을 이루도록 로크너트로 고정되어 자유회전 한다.

고정회전로터(3)가 정지할 때 로터 위치변환 리프터 부싱 하부덮게(15)에 배열된 영구자석의 극에 고정회전로터 스플라인 플랜지(16) 상단에 배열된 영구자석의 극이 상호 흡인(S극- N극 또는 N극 - S극)되는 지점에 위치하게 된다.

도시외의 회전판 고형물 합체 분리기 하부하우징 하단에 동심을 이루도록 스핀들 뭉치(1)를 배열하고, 고정회전로터(3)와 가변회전로터(2)가 결합될 때 합체분리기 하부하우징 상단에 동심을 이루도록 로터 위치변환 리프터(4) 부싱이 배열되게 하면, 고정회전로터(3) 중심축에 수(+) 스플라인(5)이 동심을 이루게 고정되며, 가변회전로터(2)중심축에 중공형 암(-) 스플라인(6)이 동심을 이루게 고정되어, 두 로터가 결합될 때 동시에 수(+) 스플라인과 암(-) 스플라인이 결합되어 동심축을 형성하여 동력을 안정적으로 전달할 수 있게 된다.

수(+) 스플라인의 하단 과 암(-) 스플라인의 상단은 각각 수직 측면에서 30~60 도의 경사면을 이루며 맞물리게 구성되어, 고정회전로터(3)와 가변회전로터(2)가 결합할 때 수(+) 스플라인과 암(-) 스플라인이 동 경사면을 따라 미끄러지므로 간편하게 결합할 수 있다. 단, 두 로터의 결합이 정지 시에 이루어지지만, 고정회전로터(3) 및 가변회전로터(2)는 각각 자유회전 하므로 각 스플라인의 경사면 첨단이 상호 교차하지 않는 위치에 스플라인 뭉치 및 로터 위치변환 리프터 측 영구자석을 각각 배치하면, 여기에 상응되어 수(+) 스플라인 첨단과 암(-) 스플라인 첨단은 결합시 상호 교차하지 않는다.

이상으로 본 발명에 의한 회전판 고형물 합체 분리기의 동력전달, 진동 최소화 및 고정회전로터(3)와 가변회전로터(2)의 결합을 용이하게 하는 장치에 대해 설명 하였으나, 본 발명의 권리 범위는 도면에 도시된 구조에 한정되는 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 사항과 균등한 범위의 모든 기술적 사상에 대하여 미친다고 할 것이다.

1 : 스핀들 뭉치
2 : 가변회전로터
3 : 고정회전로터
4 : 로터 위치변환 리프터
5 : 수(+) 스플라인
6 : 암(-) 스플라인
7 : 스핀들 샤프트
8 : 합체 플레이트
9 : 하부 자기반응형 댐퍼(passive magnet damper)
10 : 상부 자기반응형 댐퍼(passive magnet damper)
11 : 리프터 지지 뭉치
12 : 리프터 PM나사
13 : 리프터 구동 기어
14 : 처리수 배출 장치
15 : 로터 위치변환 리프터 부싱 하부 덮게
16 : 고정회전로터 스플라인 플랜지
17 : 스핀들 샤프트 플랜지
18 : 스핀들 뭉치 상부 덮게

Claims

동력 전달 및 진동을 최소화 하기 위해 고정축(스핀들 뭉치), 자유 회전축(가변회전로터), 자유 회전축(고정회전로터), 상하 이동축(로터 위치변환 리프터)으로 구성된 고형물 분리기
고정축(스핀들 뭉치)에 있어, 상단에는 스핀들 뭉치 상부 덮게가 동심을 이루도록 장착되며, 스핀들 뭉치의 내측하단부에 하부 자기반응형 댐퍼가 장착되고, 동 스핀들 뭉치 상부 덮게와 하부 자기반응형 댐퍼(9)를 관통하여 스핀들 샤프트가 장착되며, 스핀들 뭉치 상부 덮게의 상단에는 영구자석이 N극 및 S극 순으로 등 간격을 이루며 수조 배치된 고정축 스핀들 뭉치.
스핀들 샤프트 플랜지에 있어, 스핀들 뭉치 덮게와 대면하는 샤프트 플랜지 하단에는 영구자석이 N극 및 S극 순으로 등 간격을 이루며 수조 배치되게 구성된 스핀들 샤프트 플랜지.
자유회전축(가변회전로터)에 있어, 중심축에 동심을 이루며 암(-) 스플라인이 장착되고 하단에는 스핀들 샤프트와 고정 볼트로 견고하게 고정되어 일단의 가변 축을 구성하여, 자유 회전하다가 멈출 때 스핀들 뭉치 상부 덮게에 배열된 영구자석의 극에 스핀들 샤프트 플랜지 하단에 배열된 영구자석의 극이 상호 흡인(N극 - S극 또는 S극 - N극)되는 지점에 멈추게 구성된 자유회전축 (가변회전로터).
상하 이동축(위치변환 리프터)에 있어, 리프터 PM나사의 회전에 따라 상하로 이동하며, 로터 위치변환 리프터의 부싱 내측 상단에는 상부 자기 반응형 댐퍼가 장착되고, 로터 위치변환 리프터 부싱 하단에는 하부덮게가 장착된고, 동 하부 덮게 하단에는 영구자석이 S극 및 N극 순으로 등 간격을 이루며 수조 배치게 구성된 상하 이동축(위치변환 리프터).
자유회전축(고정회전로터)에 있어, 중심축에 동심을 이루도록 수(+) 스플 라인이 장착되며, 리프터 부싱 하부덮게에 대면하는 수(+) 스플라인 플랜지의 상단에는 영구자석이 S극 및 N극 순서로 등 간격을 이루며 수조 배치되고, 위치변환 리프트의 부싱 내측 상단에 장착된 상부 자기반응형 댐퍼와 동심을 이루도록 로크너트로 고정되어 자유회전 하며, 멈출 때 로터 위치변환 리프터 부싱 하부덮게에 배열된 영구자석의 극에 고정회전로터 스플라인 플랜지 상단에 배열된 영구자석의 극이 상호 흡인(S극- N극 또는 N극 - S극)되는 지점에 멈추게 구성된 자유회전축(고정회전로터).
분리 또는 결합되는 2개의 회전로터의 동력전달 및 진동 최소화 기법에 있어, 하우징 하단에 동심을 이루도록 스핀들 뭉치가 배열되고, 고정회전로터와 가변회전로터가 결합될 때 합체분리기 하우징 상단에 동심을 이루도록 로터 위치변환 리프터 부싱이 배열되며, 고정회전로터 중심축에 동심을 이루게 고정된 수(+) 스플라인과 가변회전로터 중심축에 동심을 이루게 고정된 중공형 암(-) 스플라인이 결합되면 동심축이 형성되어 동력이 전달되고, 동 동심축 일단에 배치된 상부 자기반응형 댐퍼와 동 동심축 타단에 배치된 하부 자기반응형 댐퍼를 통해 진동을 최소화 하도록 구성된 2개의 회전로터에 동력을 전달하고 진동을 최소화하는 기법.
2개의 스플라인 결합 방법에 있어, 수(+) 스플라인의 하단 과 암(-) 스플라인의 상단은 각각 수직 측면에서 30~60 도의 경사면을 이루며 맞물리게 구성되어, 고정회전로터와 가변회전로터가 결합할 때 수(+) 스플라인과 암(-) 스플라인이 동 경사면을 따라 미끄러지므로 간편하게 결합되며, 각 스플라인의 경사면 첨단이 상호 교차하지 않는 위치에 스플라인 뭉치 및 로터 위치변환 리프터 측 영구자석을 각각 배치하여 수(+) 스플라인 첨단과 암(-) 스플라인 첨단이 결합시 상호 교차하지 않게 구성한 2개의 스플라인 결합방법.