KR20170127517A - 입자 공급기 - Google Patents

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KR20170127517A
KR20170127517A KR1020177028101A KR20177028101A KR20170127517A KR 20170127517 A KR20170127517 A KR 20170127517A KR 1020177028101 A KR1020177028101 A KR 1020177028101A KR 20177028101 A KR20177028101 A KR 20177028101A KR 20170127517 A KR20170127517 A KR 20170127517A
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다니엘 맬라리
리차드 조셉 브뢰커
로버트 미첼 코콜
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콜드 제트 엘엘씨
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Abstract

본 발명은 수송 유체 유동(8)에 동반된 입자로서 공작물 또는 타겟에 최종적 전달을 위하여, 제 1 압력을 갖는 입자 공급원(4)으로부터 수용된 극저온 입자를 제 2 압력을 갖는 이동 수송 유체 내로 도입하는 장치(10)로서, 장치는 입자 공급원과 이동 수송 유체 유동 사이를 밀봉한다.

Description

입자 공급기
본 발명은 2015년 3월 6일자로 출원된 입자 공급기(Particle Feeder) 명칭의 미국 특허 가출원 62/129483호의 우선권을 주장하고 그 전체를 참조로서 포함한다.
본 발명은 일반적으로 압력차를 가로 질러 제 1 영역으로부터 제 1 영역과 상이한 압력을 갖는 제 2 영역으로 입자를 연속적으로 또는 거의 연속적으로 이송하는 것에 관한 것이고, 특히 입자 이송 중에 두 영역 사이를 밀봉하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 구체적으로 개시되는 것은 제 1 압력을 갖는 입자 공급원으로부터 수용된 극저온 입자를 제 2 압력을 갖는 이동 수송 유체 내로 도입하는 장치로서, 이는 입자 공급원과 이동 수송 유체 유동 사이를 밀봉하는 수송 유체 유동에 동반된 입자로서 공작물 또는 타겟에 최종적으로 전달하기 위한 장치를 개시한다.
수송 가스 내의 입자들을 동반시키고, 동반된 입자들을 대상으로 향하게 하기 위한, 고체 이산화탄소 입자들을 생성하기 위한 장치를 포함하는 이산화탄소 시스템은 잘 알려져 있으며, 노즐과 같은 그것과 관련된 다양한 구성 부품들이 미국 특허 4,744,181, 4,843,770, 5,018,667, 5,050,805, 5,071,289, 5,188,151, 5,249,426, 5,288,028, 5,301,509, 5,473,903, 5,520,572, 6,024,304, 6,042,458, 6,346,035, 6,695,679, 6,726,549, 6,739,529, 6,824,450, 7,112,120, 8,187,057 및 8,869,551호에 개시되어 있으며, 이들은 모두 본원에 그들 전체가 참조로 포함된다. 또한, 이산화탄소 입자 형성 방법 및 장치에 관한 두개의 2011년 5월 19일자로 출원된 미국 특허 가출원 61/487,837호 및 2012년 5월 18일 출원된 미국 비-임시 특허 출원 13/475,454호, 이산화탄소 입자를 크기화하는 방법 및 장치에 대해 2012년 1월 23일에 출원된 미국 특허 가출원 61/589,551호, 이산화탄소 입자의 분배 방법 및 장치에 대해 2012년 1월 30일자로 출원된 미국 특허 가출원 61/592,313호, 적어도 임펠러 또는 분산기 및 이산화탄소 입자 및 사용 방법을 포함하는 장치에 대해 2013년 10월 24일에 출원된 미국 특허 출원 14/062,118호는 모두 본원에 그들 전체가 참조로 포함된다. 이 특허는 본 발명을 설명할 때 특별히 이산화탄소를 언급하지만, 본 발명은 이산화탄소에 국한되지 않고 임의의 적합한 극저온 물질에 적용될 수 있다. 따라서, 여기에서 이산화탄소에 대한 언급은 이산화탄소로 제한되지 않고 임의의 적합한 극저온 물질을 포함하도록 해석되어야 한다.
많은 종래 기술의 블라스팅 시스템은 수송 가스 유동 내로 입자를 수송하기위한 공동 또는 포켓을 갖는 로터와 같은 회전 부재를 포함한다.
적절한 밀봉을 획득하는 동안 접촉으로 인한 기생 손실을 최소화하기 위해 밀봉이 사용되어 압력차를 유지하기 위해 로터 표면에 압박을 가한다.
첨부하는 도면은 실시예를 도시하고, 이하의 상세한 설명을 포함하는 명세서와 함께, 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1은 수송 유체 유동 및 상이한 압력들 사이의 밀봉에서 입자를 동반시키기 위해 본 개시 내용에 따라 구성된 장치를 개략적으로 도시한다.
도 2는 입자 공급기로서 도시된 장치 2의 실시예의 등각도이다.
도 3은 도 2의 공급기의 분해도이다.
도 4는 도 2의 공급기의 단면 측면도이다.
도 5는 도 2의 공급기의 피스톤에 대한 하부 밀봉 패드를 유지하는 패스너의 확대된 부분 단면 측면도이다.
도 6은 도 2의 공급기의 공급기 블록의 부분 단면도이다.
도 7은 도 2의 공급기의 다른 실시예의 단면 측면도이다.
도 8은 도 7의 공급기 블록의 입구 영역의 확대된 부분 부분도이다.
다음의 설명에서, 동일한 도면 부호는 여러 도면에서 동일하거나 대응하는 부분을 나타낸다. 또한, 이하의 설명에서, 전방, 후방, 내측, 외측 등과 같은 용어는 편의상의 단어이며 제한하는 용어로 해석되어서는 안된다. 이 특허에서 사용된 용어는 여기에 기재된 장치 또는 그 일부가 다른 방향으로 부착되거나 활용될 수 있는 한 제한적이지 않는다. 도면을 보다 상세하게 참조하면, 본 발명의 교시에 따라 구성된 실시예가 설명된다.
본 명세서에 참조로 포함된 것으로 언급된 모든 특허, 출판물 또는 기타 공개 자료는 포함된 자료가 기존의 정의, 진술 또는 본 개시 내용에 설명된 기타 공개 자료와 충돌하지 않는 범위 내에서 전체적으로 또는 부분적으로 본 명세서에 포함된다. 따라서, 필요에 따라, 본원의 명시적 개시는 본원에 참조로 인용된 어떠한 상충되는 자료들보다 우선한다. 여기에 참조로 포함되었지만 여기에 명시된 기존 정의, 진술 또는 기타 공개 자료와 충돌하는 모든 자료 또는 그 일부는 포함된 자료와 기존의 개시된 자료간에 충돌이 발생하지 않는 범위 내에서만 포함된다.
도 1은 입자 공급원(4)으로부터 입자를 수용하고, 수송 유체 공급원(6)으로부터 이동 수송 유체를 수용하고, 이동 수송 유체 내의 입자를 동반시키고, 공작물 또는 다른 타겟에 대해 반대로 향하는 최종 용도로 흐르는 동반 입자 유체 유동(8)을 방출하는 장치(2)를 개략적으로 도시한다. 입자 공급원(4)은 예를 들어 호퍼(hopper) 같은 홀딩 또는 저장 디바이스, 또는, 예를 들어 장치에 입자를 실질적으로 저장하지 않고 입자를 생성하면서 직접적이고 연속적으로 흐르게하는 장치같은 연속 분배 장치같은 임의의 적합한 공급원일 수 있다. 수송 유체 공급원(6)으로부터의 수송 유체는 40psig 내지 300psig와 같은 임의의 적절한 압력에서 공기와 같은 임의의 적합한 수송 유체일 수 있다. 통상적으로, 공급원(4)로부터 장치(2)에 의해 수용되는 위치에서 입자를 둘러싸고 있는 환경의 압력은 장치(2)에의 수송 유체 및/또는 장치(2)내의 수송 유체의 압력과 다르다. 예를 들어, 공급원(4) 및 장치(2)에 의해 수용되는 위치에서의 입자의 압력은 주변 대기압일 수 있는 반면, 수송 유체의 압력은 40psig 이상일 수 있다. 본 개시의 교시 내에서, 장치(2)는 고압 영역으로부터 저압 영역으로의 누출을 방지 또는 최소화하기 위해 상이한 압력 사이에서 수송 유체 유동 및 밀봉으로 입자를 동반하도록 구성된다.
도 2 및 도 3은 장치(2)의 대표적인 실시예인 공급기 조립체(10)를 도시한다. 공급기 조립체(10)는 베이스(12), 공급기 블록(14), 베어링 지지부(16a, 16b), 로터(18), 상부 밀봉부(20) 및 하부 밀봉부(22)를 구비한다. 공급기 블록(14)은 또한 하우징(14)으로 지칭 될 수 있다. 하부 밀봉부(22)는 후술될 하부 밀봉부/피스톤 조립체의 일부일 수 있다. 베어링 지지부(16a, 16b)는 공급기 블록(14)으로부터 위치 설정 보어(24b)로 연장하는 위치 설정 핀(24a)을 구비할 수 있는 정렬 특징부에 의해 그에 대해 정렬되어 공급기 블록(14)에 직접 장착될 수 있다. 베어링 지지부(16a, 16b)는 보어(28; 도 3 참조)를 통해 연장하고 공급기 블록(14)에 나사식으로 결합하는 패스너(26)의 사용과 같은 임의의 적절한 방식으로 공급기 블록(14)에 고정될 수 있다. 베어링 지지부(16a, 16b)는 도시된 실시예에서, 나사 부재가 삽입되어 공급기 블록(14)에 대해 밀어지도록 피더 블록(14)에 대해 밀어지도록 회전되어 공급기 블록(16)으로부터 베어링 지지부(16a, 16b)를 분리하는 나사 구멍인 분해 특징부(30)를 포함할 수 있다.
각각의 베어링 지지부(16a, 16b)는 밀봉된 베어링일 수 있는 각각의 베어링(32a, 32b)을 지지한다. 베어링(32a, 32b)은 로터(18)를 위치시키고 회전을 위해 회전 가능하게 지지한다. 로터(18)는 널리 알려진 방식으로 회전 동력원과 연결되기 위한 인터페이스(18a)를 포함한다. 스러스트 베어링 플레이트(34) 및 유지 플레이트(36)는 로터(18)를 그 다른 단부에 유지한다. 스러스트 베어링 플레이트(34)는 UHMW 플라스틱과 같은 임의의 적합한 재료로 제조될 수 있다. 패스너(38a, 38b, 38c, 38d)는 스러스트 베어링 플레이트(34) 및 유지 플레이트(36)를 베어링 지지부(16a)에 제거 가능하게 고정하여 베어링(32a)을 통해 로터(18)를 후퇴시키는 것을 허용한다.
상부 밀봉부(20) 및 하부 밀봉부(22)는 Ertalyte®의 상표명으로 판매되는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET-P)에 기초한 강화되지 않은 반-결정질의 열가소성 폴리에스테르와 같은 임의의 적합한 재료로 제조될 수 있다. 상부 밀봉부(20)는 로터(18)의 상부면 외주면(18c; 도 4 참조)의 상부(18b)와 밀봉 결합하여 패스너(38a, 38b, 40a, 40b)를 통해 베어링 지지부(16a, 16b)에 의해 지지된다. 상부 밀봉부(20)는 입자 공급원(4)으로부터 입자를 수용하도록 구성된 개구(42)를 포함하는데, 상기 입자 공급기는 상술했듯이, 실질적으로 입자를 저장하지 않고 개구(42)에 직접적으로 개구를 통해 입자를 쉐이빙(shaving) 또는 통과시키는 것과 같은 저장 영역으로부터 입자를 측정하는 디바이스 또는 호퍼와 같은 임의의 적합한 공급원일 수 있다.
또한 도 4(로터(18)의 단면이 포켓(44)의 하나의 원주 방향 열의 중간면을 통해 취해진다는 것을 제외하고는 공급기 조립체(10)의 중간면을 통하여 취해진 단면)를 참조하면, 상부 밀봉부(20)는 로터(18) 상에 상당한 항력을 생성하지 않으면 서 상부(18b)와의 적절한 밀봉을 제공한다. 도 5에 도시된 실시예에서, 하부 밀봉부(22)는 하부 밀봉부(22), 피스톤(48) 및 유지 시스템(50)을 구비하는 하부 밀봉부/피스톤 조립체(46)의 일부이다. 유지 시스템(50)은 패스너(52) 및 하중 분배 스트랩(54)을 구비한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 유지 시스템(50)은 하부 밀봉부(22)를 피스톤(48)에 고정하지만 그들 사이의 상대 이동을 허용한다. 상부면(22b)의 개구(22c)를 통해 연장되어 피스톤(48)과 결합하여 하부면(22a)으로부터 상부면(22b)까지의 하부 밀봉부(22)의 높이 치수 H보다 큰 피스톤(48)의 상부면(48a)와 하부면(54a) 사이의 치수 L을 설정하도록 패스너(52)는 상부면(22b)의 개구(22c)를 통해 연장되어 피스톤(48)과 연결되는 숄더 볼트로 도시된 바와 같이 구성될 수 있다. 패스너(52)는 보어(48c)의 각각의 스텝(48b)에 대해 조여지는 숄더 볼트로서 도시되어 상부면(48a)과 하중 분산 스트랩(54)을 지지하는 패스너(52)의 헤드의 하부면 사이의 거리를 설정한다. 개구(22c)와 패스너(52) 사이의 간극 및 비교적 느슨한 끼워 맞춤인, 공급기 블록(14)의 하부 밀봉부(22)와 공동(58) 사이의 간극과 함께 치수 L 및 H 사이의 간극 차이는 하부 밀봉부가 모든 방향으로 이동하고 기울어지게 하며, 이 상대 이동은 본 명세서에서 플로트(float)라고도 지칭된다. 플로트의 양은 하부 밀봉부(22)가 그 자신을 로터(18)에 정렬되도록 허용한다. 특히, 이 플로트는 하부 밀봉부(22)와 외주면 표면(18c) 사이의 원하는 양의 밀봉을 제공하여 하부 밀봉부(22)와 로터(18) 사이에 필요한 정렬을 달성하는데 필요한 정밀도를 감소시킨다. 예를 들어, 도 4는 외주면(18c) 및 하부 밀봉부(22) 사이의 갭(56)을 도시한다. 수송 유체의 유동이(아래에 설명 된 바와 같이) 내부 통로를 통해 시작될 때, 유체 압력은 하부 밀봉부(22)가 본원에 기술된 바와 같이 로터(18)의 외주면(18c)과의 밀봉 연결 내로 가압됨에 따라 상부면(22b)을 외주면(18c)과 정렬되도록 가압하기 위해 피스톤(48)에 대해 하부 밀봉부(22)를 움직일 것이다. 추가적으로, 후술되듯이, 피스톤(48)은 하부 밀봉부(22)를 로터(18)와의 밀봉 연결 내로 가압하도록 구성될 수 있다.
스트랩(54)은 각각의 패스너(52)가 배치되는 각각의 개구(22c)를 둘러싸는 하부면(54a)에 배치된 각각의 홈(54b)을 포함한다. 입구측 챔버(62) 및 출구측 챔버(64)로부터 누설되는 압력에 대해 개구(22c)를 밀봉하도록 각각의 홈(54b)에 Buna-N과 같은 임의의 적절한 재료로 제조될 수 있는 O-링으로 도시된 각각의 밀봉부(60)가 배치된다. 밀봉부(60)는 하부 밀봉부(22)의 플로트의 전체 범위에 걸쳐 밀봉을 제공하도록 구성될 수 있다. 밀봉부(59)는 하부 밀봉부(22)와 공동(58) 사이를 밀봉하는 홈(58a) 내에 배치된다.
로터(18)와 하부 밀봉부(22) 사이의 적절한, 지나치지 않은 밀봉 압력은 유입되는 수송 유체가 공급기 조립체(10)로부터 누출되는 것을 방지하기 위해 필요하다. 미국 특허 제7,112,120호에 기술된 종래 기술은 공동(38) 내에서 수직으로 움직이고 챔버(74, 78)를 통해 하부 밀봉 패드(58)의 전체 표면 영역을 가로질러 작용하는 흐르는 유체 유동의 정압의 결과로서 로터(26)에 가압되는 하부 밀봉 패드(58)를 포함한다. 많은 작동 유체 압력에서, 이것은 하부 밀봉부(58)에 의해 로터(26)에 가해진 높은 밀봉 압력이 밀봉을 위해 필요한 것보다 더 야기될 수 있다. 필요한 밀봉 압력보다 높은 그러한 밀봉 압력은 로터(58) 상의 기생 항력을 발생시키고, 기생 항력을 극복하기 위해 로터(26)를 회전시키고 로터(26) 및 하부 밀봉부(58)의 더 빠른 마모를 야기하는 더 많은 전력(예를 들어 1/2 마력과 같은 더 높은 마력 모터)을 필요로 한다. 낮은 수송 유체 압력에서, 챔버(74, 78)의 전체 하부 밀봉 패드(58) 표면 영역에 작용하더라도, 밀봉 압력은 부적절할 수 있다. 또한, 전술한 선행 기술의 구성의 결과인 밀봉 압력은 수송 유체 작동 압력이 적절한 밀봉 압력을 생성하기에 충분히 높을 때에도 적절한 밀봉을 달성하기 위한 수송 유체 유동의 개시에 비해 적절하게 시간을 맞추지 못할 수도 있다.
본 발명은 원하는 낮은 내지 높은 범위의 수송 유체 작동 압력에 대해 적절한 밀봉 압력을 달성할 수 있게한다. 전술된 플로트는 하부 밀봉 패드(22)가 로터(18)와 적절하게 정렬되도록 하부 밀봉 패드(58)를 탄성적으로 일치시키는 데 필요한 종래 기술의 높은 압력을 피하면서 저압에서 로터(18)와 적절히 정렬되도록 한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 공급기 조립체(10)는 피스톤(48)에 의해 형성된 통로(70)를 통해, 하부 밀봉부(22)에 의해 형성된 통로(72)를 통해, 포켓(44)의 배출 스테이션에서 하부 밀봉부(22)에 의해 형성된 플레넘(74)을 통해, 하부 밀봉부(22)에 의해 형성된 통로(76)을 통해, 그리고 피스톤(48)에 의해 출구(68) 까지 형성된 통로(78)을 통해 입구(66)에서부터 출구까지(68) 연장되는 내부 수송 유체 유동 경로를 형성한다. 하부 밀봉부(22)는 통로(70, 78)와 각각 유체 연결하는 챔버(62, 64)를 포함한다. 수송 유체가 내부 수송 유체 유동 경로를 통해 유동할 때, 유동의 정압은 챔버(62, 64) 및 통로(70, 78)의 내부 표면에 작용하여 하부 밀봉부(22)를 피스톤(48)으로부터 로터(18)로 가압하여 하부 밀봉부가 로터(18)를 향해 가압될 때 그것과 함께 정렬되도록 한다. 하부 밀봉부(22)와 피스톤(48)의 서로로부터의 최대 상대 이동은 플로트의 양에 의해 제한된다. 따라서, 최대 상대 이동에 도달한 후 수송 유체 작동 압력을 증가시켜도 최대값을 초과시키지 않는다. 따라서, 정렬을 허용하는 것 이외에 플로트는 하부 밀봉부(22)의 내부 표면에 작용하는 수송 유체 작동 압력으로부터 야기되는 밀봉 압력의 양을 제한하는 기능을 한다. 대안적으로, 만약 하부 밀봉부(22)와 피스톤(48)이 일체형 구조로 제한되지 않는 경우라면, 하부 밀봉부(22) 및 피스톤(48) 사이의 플로트는 생략될 수 있고, 이러한 구성은 로터(18)에 대해 증가된 밀봉 압력을 야기하지 않는다.
로터(18)에 가해지는 밀봉 압력 레벨에 대한 수송 유체 작동 압력의 효과를 제한하는 하부 밀봉부/피스톤 조립체(46)의 구성에 따라, 원하는 밀봉 압력은 공동(58) 내의 하부 밀봉부/피스톤 조립체(46)의 이동에 의해 달성되고 제어된다. 도 4, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 공급기 블록(14)은 중앙에 배치된 융기부(82)에 의해 내부에 그리고 공동 벽(58a)에 의해 외부에 형성된 그 바닥에 환형 압력 챔버(80)를 구비한다. 피스톤(48)은 리세스(84a)를 둘러싸거나 또는 형성하는 하향 연장된 환형 연장부(84)를 포함한다. 밀봉부 홈(86)은 밀봉부(88)를 수용하는 환형 연장부(84)의 내측에 형성되며, 밀봉부(88)는 Buna-N으로 제조된 O-링과 같은 임의의 적합한 형상 및 재료일 수 있다. 밀봉부(88)는 융기부(82)와 환형 연장부(84) 사이를 밀봉한다. 피스톤(48)과 공동(58) 사이의 측부에는 수송 유체가 환형 압력 챔버(80)를 가압하도록 허용하기 충분한 제한 없는 0.005인치와 같은 간격이 있다. 환형 압력 챔버(80) 내의 압력은 하부 밀봉부/피스톤 조립체(46)를 로터(18)와 밀봉 결합하도록 가압한다. 환형 압력 챔버(80)로부터 중앙 융기부(82)를 밀봉함으로써, 피스톤(48)(또는 종래 기술에서와 같이 하부 밀봉부)의 전체 정상 표면적보다 작은 면이 수송 유체 압력에 의해 작용된다. 표면적을 감소시킴으로써, 표면적에 기초한 압력의 증식 효과가 실질적으로, 또는 그보다 한 단계만큼 감소될 수 있어서, 로터(18)상의 밀봉 압력을 적절한 밀봉 압력보다 작은 범위로 제한하는 것을 용이하게 하여서 종래 기술에 비해 로터에 가해지는 하중을 감소시켜 로터(18)를 회전시키는데 필요한 토크를 감소시켜서 보다 작은 모터의 사용을 허용하고 마모를 감소시킨다. 환형 압력 챔버(80)의 표면적은 원하는 낮은 저 내지 고범위의 수송 유체 작동 압력에 걸쳐 로터(18)에 적절한 밀봉 압력을 제공하도록 선택될 수 있으며, 그러한 선택은 예를 들어 이론적 및 경험적 결정에 기초할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 하부 밀봉부/피스톤 조립체(46)의 상향 이동은 밀봉부(86)에 의해 환형 압력 챔버(80)로부터 밀봉된 피스톤(48)과 중앙에 배치된 융기부(82) 사이의 리세스(84a) 내에 형성된 공동의 부피를 증가시킨다. 하부 밀봉부/피스톤 조립체(46)가 상향 이동함에 따라 공동 내의 진공으로 인한 하부 밀봉부/피스톤 조립체(46)의 자유 이동에 대한 저항을 방지하기 위해, 포트(90)는 공동을 대기로 배출시키기 위해 베이스(12)의 개구(92)와 정렬된 중앙에 배치된 융기부(82)에 형성될 수 있다. 포트(90) 및 개구(92)는 밀봉부(86)를 지나서 누출될 수 있는 유체 수송 유체가 빠져나가 원하는 압력 범위를 초과하는 밀봉 압력에 추가될 수 있는 압력 또는 습기를 방지한다.
다른 실시예에서, 시동시 또는 수송 유체의 작동 압력이 낮을 때에 밀봉력을 보충하기 위해 제어된 제 2 유체 압력이 공동에 인가될 수 있다. 물론, 이러한 제어된 제 2 유체 압력은 환형 압력 챔버(80)에 대한 임의의 적절한 수정을 통해 로터(18)에 대한 밀봉력의 제 1 또는 단독 공급원으로서 사용될 수 있다. 로터(18) 및/또는 하부 밀봉부/피스톤 조립체(46)의 상이한 설계 범위는 포트(90)를 통해 가해진 제 2 유체 압력에 의해 보상될 수 있다.
압력 챔버(80)는 중앙 융기부(82) 주위에 배치된 환형 형상을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 임의의 적합한 형상, 크기 및 위치를 가질 수 있음이 인정될 것이다. 예를 들어, 압력 챔버(80)는 융기부에 의해 둘러싸여서 중앙에 배치될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 시동 중에, 수송 유체가 막 유동하기 시작하면, 압력이 형성되기 시작할 때, 수송 유체는 하부 밀봉부(22)를 압력이 하부 밀봉부(22)를 로터(18)와 연결되도록 이동시켜 갭(56)을 폐쇄하고 이들 사이의 유체 유동을 방지하기에 충분할 때까지, 수송 유체는 로터(18)와 하부 밀봉부(22) 사이의 갭(56)으로 유동할 수 있다. 갭(56)을 폐쇄하는 타이밍은 중요하다: 갭(56)이 폐쇄되어 있지 않으면, 갭(56)에서의 유체 유동의 부피 및 속도는 시간이 경과함에 따라 증가한다. 부피와 속도가 증가함에 따라, 갭(56)을 폐쇄하기 위해 압력 챔버(80) 내에 더 많은 압력이 필요하다. 그 결과, 통과하는 너무 많은 유체 유동이 발생하기 전에 갭(56)이 폐쇄되지 않으면, 낮은 작동 압력에서 로터(18)에 대한 적절한 밀봉이 달성될 수 없다. 따라서, 시스템이 가압 되어 갭(56)이 통과하는 유동 이전에 폐쇄되어 대응하는 시간에 이용 가능한 압력 이상으로 하부 밀봉부(22)를 로터(18)와의 밀봉 연결으로 가압하는데 필요한 압력을 증가시키기에 충분하도록 구성된다면, 성능은 향상된다. 일 실시예에서, 제어된 제 2 유체 압력은 시동시에 포트(90)를 통해 인가될 수 있어, 적절한 시간에 갭(56)이 폐쇄되는 타이밍을 제어한다. 이러한 제어된 제 2 유체 압력은 시스템이 켜져 있는 시간을 통해 유지되거나 갭(56)이 폐쇄되자마자 제거될 수 있다.
예를 들어, 40psig와 같은 낮은 작동 압력에서 시동되는 동안, 하부 밀봉부(22)와 로터(18) 사이의 적절한 정상 상태 밀봉을 달성하는 것을 방지하기 위해 갭(56)을 통해 하부 밀봉부(22)와 로터(18) 사이에 충분한 유체가 흐르기 전에 하부 밀봉부(22)와 로터(18) 사이에 충분한 밀봉을 얻는 것이 중요하다. 하부 밀봉부/피스톤 조립체(46)의 질량 및 그것과 공동 벽(58) 사이의 마찰은 시동시 변화하지 않는다: 유체 유동 전에 갭(56)을 폐쇄하기 위해 시동시 하부 밀봉부(22)와 로터(18) 사이의 충분한 밀봉을 달성하는데 요구되는 힘의 레벨은 폐쇄 갭(56)을 동일하게 유지되는 것을 방지하기에 충분히 커지게 되나, 낮은 작동 압력으로 인해 피스톤(48)에 작용가능한 압력은 적다.
도 7을 참조하면, 초기 시동 동안 원하는 시간에 로터(118)와 밀봉부(122) 사이에 원하는 밀봉을 제공하기에 충분한 환형 압력 챔버 내의 압력에 도달하는 개선 된 응답 시간을 제공하고, 로터(118) 상에 밀봉부(122)에 의한 과도한, 따라서 유해한 힘을 발생시키지 않으면서 정상 상의 작동 동안 로터(118) 상에 20psig만큼 낮은 저압을 포함하는 넓은 범위의 수송 유체 작동 압력에 걸쳐서 작동하는 적절한 밀봉을 제공하는 실시예가 도시된다. 공급기 조립체(110)는 공급기 블록(114)이 환형 압력 챔버(180)가 입구(166)와 직접 유체 연결 상태로 배치되는 입구 통로(194) 및 환형 압력 공동(180)이 출구(168)와 직접 유체 연결 상태로 배치되는 출구 통로(196)를 통해 구성되는 점을 제외하고는 공급기 조립체(10)와 동일하다. 입구(166)에서, 수송 유체의 주요 유동은 내부 통로(170), 내부 통로(172), 관통 플레넘(174), 관통 통로(176), 관통 통로(178)를 통해 출구(168)로 유동한다. 입구 통로(194)를 통해, 환형 압력 챔버(180)를 통해 제 1 유동과 재결합하는 출구 통로(196)로 흐르는 제 2 유동이 있다. 피스톤(148)은 입구 통로(194) 및 출구 통로(196)와 정렬된 양 단부에서 도시된 슬롯과 같은 임의의 적합한 구성일 수 있는 통로(148d)를 포함한다. 원하는 저 내지 고 범위의 수송 유체 작동 압력에 걸쳐 하부 밀봉부(122) 및 로터(118) 사이에 적절한 밀봉력을 생성하기 위해 환형 압력 챔버(180) 내에 충분한 압력을 제공하고, 수송 유체의 유동이 갭(156)을 폐쇄하기 충분하도록 크게 되기 전에 하부 밀봉부(122)와 로터(118) 사이에 충분한 밀봉력을 언제나 생성하도록 원하는 응답 시간을 가지도록 입구 통로(194) 및 출구 통로(196)는 크기가 정해지고, 각지게 위치된다. 비 제한적인 예로서, 입구 통로(194)는 직경이 .25 인치일 수 있고 입구(166)의 축에 대해 30 °각도로 형성될 수 있으며, 출구 통로(196)는 직경이 .125 인치일 수 있고 출구(168)의 축에 대해 30 °각도로 형성될 수 있다.
입구 통로(194)는 환형 압력 챔버(180) 내에서 원하는 압력을 제공하도록 동압 및 정압의 합으로서 총 압력의 관계를 이용한다. 도 8을 참조하면, 동압은 유체의 밀도 및 속도의 함수인 이동하는 수송 유체의 단위 부피당 운동 에너지의 척도이기 때문에, 입구로 들어가는 전체 압력은 전체 압력의 대응 입구 속도 크기 및 방향을 나타내는 벡터(198)로 표현될 수 있다. 동적 속도는 또한 벡터(200)로도 표현될 수 있다.
입구 통로(194)의 각도 및 크기를 포함하는 배향은 입구 통로(194)에서의 정압 및 동압의 레벨은 통로 정렬 각(α)으로부터 적어도 부분적으로 발생하는 입구 통로(194)에서의 수송 유체의 총 압력에 대해 선택된다. 입구 통로(194)의 각도 α 및 크기는 입구 통로(194)를 통해 환형 압력 챔버(180) 내로의 제 2 유동에서 시동시 충분한 양의 동압이 이용 가능하도록 선택되어 환형 압력을 가압함으로써 충분히 빠른 응답 시간 내에 원하는 밀봉을 제공한다. 출구 통로(196) 및 환형 압력 챔버(180)는 작동 압력 범위 중 가장 낮은 압력에서 피스톤(148) 상에 가해지는 결과적인 힘이 하부 밀봉부(122)와 로터(118) 사이의 적절한 밀봉 압력을 생성하도록 크기가 정해진다. 입구 통로(194), 환형 압력 챔버(180) 및 출구 통로(196)는 또한 시동시 하부 밀봉부(122) 및 갭(156)에서의 로터(118) 사이의 수송 유체 유동이 정상 상태 낮은 작동 압력에서 하부 밀봉부(122)와 로터(118) 사이의 적절한 정상 상태 밀봉을 획득하는 것을 방지하는 것을 방지할 만큼 하부 밀봉부(122)가 로터(118)에 대해 밀봉하도록 충분히 빠르게 충분하게 빠른 힘의 응답시간을 제공하도록 구성된다. 제 2 유동이 입구 통로(194)에서 환형 압력 챔버(180)로 이동함에 따라 제 2 유동에 의해 경험되는 유효 유동 영역은 증가한다. 제 2 유동의 결과적인 속도 강하는 정압의 상관 증가를 생성하는 동적 압력을 감소시킨다. 환형 압력 챔버(180)의 경계를 형성하는 피스톤(148)의 표면적은 원하는 응답 시간 및 그에 작용하는 환형 압력 챔버(180) 내의 정압에 의해 생성된 정상 상태 밀봉력을 제공하도록 크기가 정해진다. 입구 통로(194), 환형 압력 챔버(180) 및 출구 통로(196)를 구비하는 도시된 실시예에서 제 2 유동을 위한 제 2 유동 경로는 임의의 적절한 구성 및 구조일 수 있다. 예를 들어, 환형 압력 챔버(180)는 로터(118)와 밀봉부(122) 사이의 밀봉을 수행하는 원하는 밀봉부 및 타이밍을 생성하도록 기능하는 임의의 형상 및 체적을 가질 수 있다. 입구 통로(194)는 입구(166)의 수송 유체와 상류와 유체 연결 구성될 수 있으며, 이는 예를 들어 밀봉 및 밀봉의 타이밍의 원하는 기능을 달성하기에 충분한 제 2 유동에서 충분한 레벨의 전체 압력을 제공하기에 충분한 배향으로 배치된 상류 수송 유체 통로와 연결되도록 형성되는 탭 또는 포트로서 구성될 수 있다. 출구 통로(196)는 출구 통로(196)에서 제 2 유동에 원하는 저항을 제공함으로써 정압을 적절하게 증가시키도록 동적 압력을 감소시키기 위해 환형 압력 챔버(180) 내의 제 2 유동의 적절하고 바람직한 속도 감소를 제공하는 기능을 한다. 출구 통로(196)의 다른 실시예는 환형 압력 챔버(180) 내에서 원하는 정압을 생성하도록 임의의 적절한 방식으로(예를 들어, 수동으로 또는 전자적으로 제어되는) 작동될 수 있는 유동 제어 밸브를 구비한다. 이러한 유동 제어 밸브에 의해 제공되는 제한의 양은 예를 들어 수송 유체 작동 압력에 따라 달라질 수 있다. 환형 압력 챔버(180) 내의 정압이 가해지는 피스톤(148)의 표면 영역의 크기는 환형 압력 챔버(180) 내의 정압에 적어도 부분적으로 기초한다. 도면으로부터 명백한 바와 같이, 도시된 실시예에서, 중앙에 배치된 융기부(182)의 크기는 환형 압력 챔버(180) 내의 정압이 작용하는 피스톤(148)의 표면 영역의 크기에 상보적이다.
정상 상태 작동 중에, 입구 통로(194), 환형 압력 챔버(180) 및 출구 통로(196)를 통한 연속적인 제 2 유동이 존재하며, 이물질의 축적 또는 제 2 유동의 경로의 오염 가능성을 줄이는 크기로 될 수 있다. 예를 들어, 입구 통로(194)를 통해 진입하는 물 또는 모래 또는 먼지와 같은 2차 오염 입자는 방해 없이 제 2 유동에 의해 챔버(180) 및 출구 통로(196)를 통해 운반될 것이다.
본 발명의 실시예에 대한 상기 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제공되었다. 이는 본 발명을 개시된 정확한 형태로 제한하거나 포괄하려는 것은 아니다. 전술 한 교시에 비추어 명백한 수정 또는 변형이 가능하다. 실시예는 본 발명의 원리 및 그 실제 응용을 가장 잘 설명하기 위해 선택 및 설명되어 당업자가 다양한 실시예에서 본 발명을 가장 잘 활용할 수 있게 하고 의도된 특정 용도에 적합한 다양한 수정을 가할 수 있다. 비록 제한된 수의 실시예만이 상세히 설명되었지만, 본 발명은 그 범위가 전술한 설명 또는 도면에 예시된 구성 요소의 구조 및 배열의 세부 사항의 범위로 제한되지 않는다는 것을 이해되어야한다. 이 혁신은 다른 실시예로 가능하고 다양한 방법으로 실행되거나 수행될 수 있다. 또한 명확성을 위해 특정 용어가 사용되었다. 각각의 특정 용어는 유사한 목적을 달성하기 위해 유사한 방식으로 작동하는 모든 기술적 등가물을 포함한다는 것이 이해되어야 한다. 본 발명의 범주는 본 명세서와 함께 제출된 청구 범위에 의해 정의되는 것으로 의도된다.

Claims (22)

  1. 블라스트 매개물을 매개물의 공급원으로부터 수송 가스의 유동 내로 수송하도록 구성되는 공급기 조립체로서, 상기 공급기는
    a. 외주면을 구비하고, 회전축에 대해 회전 가능한 로터;
    b. 적어도 하나의 공동(cavity) 벽 및 공동 바닥에 의해 형성되고, 공동 축을 구비하는 공동;
    c. 상기 외주면의 적어도 일부분에 인접하여 배치되는 제 1 표면을 구비하는 밀봉부;
    d. 상기 공동에 적어도 부분적으로 이동 가능하게 배치되고, 상기 공동 축을 따라 이동 가능하며, 바닥을 갖는 피스톤;
    e. 수송 유체 공급원에 연결 가능한 입구;
    f. 출구;
    g. 수송 유체 유동 경로로서, 상기 수송 유체 유동 경로의 적어도 일부분이 상기 밀봉부 및 상기 피스톤에 의해 형성되고, 상기 수송 유체 유동 경로는 유입구 및 유출구를 구비하며, 상기 유입구는 상기 입구와 유체 연결하며, 상기 유출구는 상기 출구와 유체 연결하는, 상기 수송 유체 유동 경로;
    h. 상기 피스톤과, 상기 적어도 하나의 공동 벽 및 상기 공동 바닥의 적어도 각각의 부분에 의해 형성되는 압력 챔버로서, 상기 피스톤 및 상기 밀봉부는 상기 압력 챔버 내의 압력이 상기 제 1 표면이 상기 외주면에 대해 얼마만큼의 밀봉력으로 가압되는지를 제어하도록 구성되는, 상기 압력 챔버를 구비하는, 공급기 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 밀봉부 및 상기 피스톤은 일체형 구조인, 공급기 조립체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 밀봉부는 상기 피스톤에 대해 이동 가능한, 공급기 조립체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 압력 챔버의 압력이 제 1 압력을 초과할 때, 상기 피스톤은 상기 밀봉부와 접촉하는, 공급기 조립체.
  5. 제 3 항에 있어서,
    유지 시스템을 구비하되, 상기 유지 시스템은 상기 밀봉부와 상기 피스톤 사이의 상대 이동을 허용하는 한편, 상기 밀봉부를 상기 피스톤에 고정시키는, 공급기 조립체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    하우징을 구비하되, 상기 하우징은 상기 적어도 하나의 공동 벽 및 상기 공동 바닥을 구비하는, 공급기 조립체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력 챔버는 환형(annular)이고 상기 피스톤은 상기 환형 압력 챔버에 상보적으로 형상화된 환형 연장부를 구비하는, 공급기 조립체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 수송 유체 유동 경로를 통하여 유동하는 상기 수송 유체의 압력은 상기 압력 챔버에 대한 압력 공급원인, 공급기 조립체.
  9. 제 1 항에 있어서,
    입구 통로를 구비하되, 상기 입구 통로는 제 1 단부 및 제 2 단부를 구비하며, 상기 제 1 단부는 상기 수송 유체 유동 경로와 유체 연결하게 배치되고, 상기 제 2 단부는 상기 제 1 압력 챔버와 유체 연결하게 배치되어, 이를 통해 상기 수송 유체 유동 경로를 유동하는 수송 유체가 상기 압력 챔버 내의 압력의 공급원이 되는, 공급기 조립체.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 압력 챔버와 유체 연결하는 출구 통로를 구비하는, 공급기 조립체.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 입구 통로, 상기 압력 챔버 및 상기 출구 통로는, 상기 제 1 표면과 상기 외주면 사이의 수송 유체 유동이 상기 수송 유체 유동의 낮은 정상 상태 작동 압력 중에 상기 제 1 표면과 상기 외주면 사이의 적절한 정상 상태 밀봉을 달성하는 것을 방해하는 것을 방지할 만큼 충분히 빠르게 상기 제 1 표면이 상기 외주면에 대해 밀봉하도록, 상기 수송 유체 유동 경로를 통과하는 수송 유체 유동의 시동 중에 충분히 빠른 힘의 응답시간을 제공하도록 구성되는, 공급기 조립체.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 입구 통로는 상기 수송 유체 유동 경로에 대해 크기가 정해지고 배향되어, 상기 수송 유체 유동 경로를 통과하는 수송 유체 유동의 시동 중에, 상기 수송 유체 유동 경로를 통과하여 유동하는 수송 유체가 상기 외주면에 대해 상기 제 1 표면을 상기 제 1 표면과 상기 외주면 사이를 유동하는 임의의 수송 유체의 상기 압력을 극복할만큼 충분히 빠르게 가압한 결과로서 상기 압력 챔버가 충분한 압력으로 압력을 받아, 상기 제 1 표면과 상기 외주면 사이에 밀봉을 형성하는, 공급기 조립체.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 입구 통로는 상기 수송 유체 유동 경로에 대해 크기가 정해지고 배향되어, 상기 수송 유체 유동 경로를 통과하는 수송 유체 유동의 시동 중에, 상기 수송 유체 유동 경로를 통과하여 유동하는 상기 수송 유체의 동압의 충분한 양이 상기 외주면에 대해 상기 제 1 표면을 상기 제 1 표면과 상기 외주면 사이를 유동하는 임의의 수송 유체를 극복할만큼 충분히 빠르게 가압하도록 충분한 압력으로 상기 압력 챔버를 압박하도록 상기 제 1 단부 하류의 입구 통로에서 이용가능하여 상기 제 1 표면과 상기 외주면 사이에 밀봉을 형성하는, 공급기 조립체.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 단부는 상기 입구와 유체 연결하는, 공급기 조립체.
  15. 블라스트 매개물을 매개물의 공급원으로부터 수송 가스의 유동 내로 수송하도록 구성되는 공급기 조립체로서, 상기 공급기는
    a. 외주면을 구비하고, 회전축에 대해 회전 가능한 로터;
    b. 적어도 하나의 공동(cavity) 벽 및 공동 바닥에 의해 형성되고, 공동 축을 구비하는 공동;
    c. 상기 공동에 적어도 부분적으로 이동가능하게 배치되고, 상기 공동 축을 따라 이동가능하며, 제 1 표면을 구비하는 밀봉부로서, 상기 밀봉부 상기 제 1 표면이 상기 외주면의 적어도 일부분에 인접하여 배치되는 상기 밀봉부;
    d. 수송 유체 유동 경로의 적어도 일부분이 상기 밀봉부에 의해 형성되는, 상기 수송 유체 유동 경로;
    e. 상기 밀봉부 및 상기 적어도 하나의 공동 벽 사이의 간격(clearance)으로서, 상기 간격은 상기 밀봉부가 상기 외주면과의 밀봉 연결되게 가압될 때 상기 수송 유체 유동 경로 내의 압력의 응답하여 상기 제 1 밀봉부가 상기 외주면의 부분과 정렬되도록 허용하도록 구성되는, 상기 간격을 구비하는, 공급기 조립체.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 공동에 적어도 부분적으로 이동 가능하게 배치되는 피스톤을 구비하되, 상기 피스톤은 상기 공동 축을 따라 이동가능하고. 상기 수송 유체 유동 경로의 일부분은 상기 피스톤에 의해 형성되고, 상기 피스톤이 상기 로터를 향해 가압될 때 상기 밀봉부는 상기 로터를 향해 부수적으로 가압되는, 공급기 조립체.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 밀봉부는 상기 피스톤에 대해 이동가능한, 공급기 조립체.
  18. 제 17 항에 있어서,
    유지 시스템을 구비하되, 상기 유지 시스템은 상기 밀봉부와 상기 피스톤 사이의 상대 이동을 허용하면서 상기 밀봉부를 상기 피스톤에 고정시키는, 공급기 조립체.
  19. 공급기 조립체의 로터의 외주면 및 밀봉부의 밀봉 표면 사이를 밀봉하는 방법으로서,
    수송 가스 유동 경로를 통해 수송 유동의 유동을 시작하는 단계로서, 상기 수송 가스 유동 경로는 상기 밀봉부에 의해 부분적으로 형성되고, 상기 밀봉부는 상기 수송 가스 유동 경로 내의 수송 가스의 상기 유동의 결과로서 상기 밀봉 표면이 상기 외주면과의 밀봉되게 가압되지 않도록 구성되는, 상기 수송 가스 유동 경로를 통해 수송 유동의 유동을 시작하는 단계;
    상기 수송 가스 유동 경로를 통해 유동하는 수송 가스의 분류를 압력 챔버 내로 지향시키는 단계로서, 상기 압력 챔버는, 상기 밀봉 표면이 상기 외주면에 대해 얼마만큼의 밀봉력으로 가압되는지를 상기 압력 챔버 내의 압력이 제어하도록 구성되는, 상기 수송 가스 유동 경로를 통해 유2016036동하는 수송 가스의 분류를 압력 챔버 내로 지향시키는 단계; 및
    상기 밀봉 표면과 상기 외주면 사이의 수송 유체 유동이 상기 수송 유체 유동의 낮은 정상 상태 작동 압력 중에 상기 밀봉 표면과 상기 외주면 사이의 적절한 정상 상태 밀봉을 달성하는 것을 방해하는 것을 방지할 만큼 충분히 빠르게 상기 밀봉 표면을 상기 외주면에 대해 가압하도록, 상기 분류로 인해 유발되는 상기 압력 챔버 내의 압력을 상승시키는 단계를 구비하는, 공급기 조립체의 로터의 외주면 및 밀봉부의 밀봉 표면 사이를 밀봉하는 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 분류를 지향시키는 단계는 상기 압력을 상승시키는 상기 단계를 수행하도록 상기 분류가 상기 유동하는 수송 가스의 동압의 충분한 양을 갖게 되는 단계를 구비하는, 공급기 조립체의 로터의 외주면 및 밀봉부의 밀봉 표면 사이를 밀봉하는 방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 압력을 상승시키는 단계는 상기 압력 챔버 내의 정압을 적절하게 증가시키도록 상기 분류의 동압을 감소시키는 단계를 구비하는, 공급기 조립체의 로터의 외주면 및 밀봉부의 밀봉 표면 사이를 밀봉하는 방법.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 분류는 상기 압력 챔버를 통과하는 제 2 유동을 구비하는, 공급기 조립체의 로터의 외주면 및 밀봉부의 밀봉 표면 사이를 밀봉하는 방법.
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