KR20190038852A - 고점도 원료 밸브 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제1 통과 개구(27)와 제2 통과 개구(28)과 그리고 양 통과 개구(27, 28)들에 연계된 밸브 부재(32)를 가지는 고점도 원료 밸브에 관한 것이다. 밸브 부재(32)는 회동축(36)에 대해 회동할 수 있도록 장착되고, 밸브 부재(32)는 회동축(36)과 동축으로 굴곡된 밀봉면(38)을 가진다. 제1 상태에서 밸브 부재(32)는 제1 통과 개구(27)를 개방하고 제2 통과 개구(28)를 폐쇄한다. 제2 상태에서 밸브 부재(32)는 제2 통과 개구(28)를 개방하고 제1 통과 개구(27)를 폐쇄한다. 밸브 부재(32)는 밀봉부(35)와 회동부(34)를 구비하고, 회동부(34)가 회동축(36)에서 회전 가능하게 장착되며 그리고 밀봉부(35)는 연결 구조(37)를 통해 회동부(34)에 연결된다. 본 발명에 따른 고점도 원료 밸브는 단순한 구성을 가지며, 고점도 원료 펌프의 유출구(23) 방향으로 연속적인 원료 흐름을 산출하는 데 사용될 수 있다.

Description

고점도 원료 밸브
본 발명은 제1 통과 개구와, 제2 통과 개구와, 그리고 양 통과 개구들과 상호작용하는 밸브 부재를 가지는 고점도 원료 밸브에 관한 것이다.
이러한 밸브들은 생(fresh) 콘크리트 또는 몰탈 등의 고점도 원료(thick stock)의 이송에 사용된다. 이 경우, 고점도 원료가 제1 통과 개구(through opening)를 통과하는 제1 이송 상태(conveying state)와, 고점도 원료가 제2 통과 개구를 통과하는 제2 이송 상태가 존재한다. 고점도 원료 밸브는 특정한 이송 상태에 적절한 고점도 원료 통과 개구를 개방(release)시키는 역할을 한다.
밸브 부재(valve member)가 두 통과 개구들에 연계되는 고점도 원료 밸브는 DE 10 2013 215 990 A1, US 8,827,657, DE 195 03 986 A1, DE 10 2005 008 938 A1 등으로 알려져 있다. 밸브 부재는 그 일단이 제1 통과 개구 또는 제2 통과 개구에 선택적으로 결합될 수 있는 S-형 파이프 세그먼트(pipe segment) 형태를 가진다. 이는 기계적으로 복잡하다.
본 발명이 해결을 제안하고자 하는 문제는 더 단순한 구조를 가지는 고점도 원료 밸브를 제안하는 것이다. 전술한 종래기술로부터 출발하여, 이 문제는 청구항 1의 특징으로 해결된다. 유용한 실시예들은 종속 청구항들에 기재되어 있다.
본 발명에 따른 고점도 원료 밸브에서는, 두 통과 개구들에 연계된 밸브 부재가 회동축(pivot axis)에 대해 회동(pivot)할 수 있게 장착되고, 회동축과 동심으로 굴곡된(curved concentrically) 밀봉면(sealing surface)을 가진다. 제1 상태의 밸브 부재는 제1 통과 개구를 개방시키고 제2 통과 개구를 폐쇄시킨다. 제2 상태의 밸브 부재는 제2 통과 개구를 개방시키고 제1 통과 개구를 폐쇄시킨다. 본 발명의 한 변형예(variant)에서는 밸브 부재가 밀봉부(sealing part)와 회동부(pivot part)를 구비한다. 회동부는 회동축 둘레로 회동할 수 있게 장착된다. 밀봉부는 연결 구조(connection structure)를 통해 회동부에 연결된다.
본 발명에 따른 설계 덕분에 통과 개구들과 밸브 부재의 회동축 사이에 간단한 공간적 상관관계가 존재하여 고점도 원료 밸브의 단순한 설계 구성을 가능하게 한다. 밀봉부가 연결 구조를 통해 회동부에 연결되면, 밀봉부와 통과 개구들 사이에 신뢰성 높은 밀봉 효과가 이뤄질 수 있다.
고점도 원료는 이송하기 어려운 매질의 총칭이다. 고점도 원료는 예를 들어 거친 입자의(coarse-grained) 성분을 포함하는 물질, 유동성(aggressive) 성분을 포함하는 물질 등이 될 수 있다. 고점도 원료는 또한 벌크 원료(bulk material)가 될 수도 있다. 한 실시예에서, 고점도 원료는 생(fresh) 콘크리트이다. 생 콘크리트는 30mm보다 큰 크기까지의 골재(grain)를 포함하고 이를 결속(bind)하여 그 사이의 막힌 공간에 침전물을 형성하는데, 이런 이유로 이송이 어렵다.
밸브 부재는 고점도 원료 밸브의 내부 공간에 배치될 수 있다. 본 발명에 따른 고점도 원료 밸브는 고점도 원료가 통과 개구들을 통해 고점도 원료 밸브의 내부 공간으로 진입하도록 구성될 수 있다. 고점도 원료 밸브는 또한 진입된 고점도 원료가 이를 통해 다시 밸브를 떠나는 배출 개구(exit opening)를 더 가질 수 있다. 배출 개구에는 배관(pipe)이 연결될 수 있는데, 이 배관을 통해 고점도 원료의 후속적 이송이 이뤄진다. 통과 개구들과 배출 개구 사이의 경로는 밸브 부재를 통해 연장되지 않도록 설정될 수도 있다.
제1 및 제2 통과 개구들은 각각 밸브 부재의 밀봉면과 상호작용하도록 설계된 밀봉면을 가질 수 있다. 밀봉면은 예를 들어 통과 개구의 둘레에 라운드(round)형으로 연장되는, 고점도 원료 밸브의 하우징의 내면이 될 수 있다. 통과 개구들의 밀봉면들은 밸브 부재의 회동축과 동축의(concentric) 곡률(curvature)을 가질 수 있다. 상호작용하는 밀봉면들의 동축의 곡률 덕분에, 밸브 부재는 곡률의 축에 해당하는 회동축 둘레로 회전할 수 있다. 이러한 방법으로, 개구들 중의 하나가 이를 통한 자유로운 흐름을 가지는 한편, 밸브 부재의 밀봉면이 다른 통과 개구의 밀봉면과 밀봉 상태로 상호작용할 수 있다. (여기서) 밀봉이라는 용어는 적용 영역에 대해 100%의 수밀(tightness)을 요구하지는 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
한 실시예에서, 동축의 곡률은 원통의 외곽(envelope)의 세그먼트(segment)에 해당하는데, 여기서 원통의 축은 회동축과 동일하다. 이 실시예에서, 밸브 부재의 밀봉면과 회동축 사이의 반경방향 간격은 회동축의 길이에 걸쳐 일정하다. 회동축의 길이에 따라 반경방향 간격이 변화되는 실시예들도 포함될 수 있다. 각 경우, 곡률은 원주방향에서의 원의 세그먼트에 해당할 수 있다.
제1 통과 개구와 제2 통과 개구 사이에 중간면(intermediate face)이 배치될 수 있는데, 상기 중간면 역시 마찬가지로 회동축과 동축인 곡률을 가진다. 이러한 방법으로, 회동축에 동축인 연속적인 윤곽(contour)을 형성할 수 있는데, 상기 윤곽은 중간면을 거쳐 제1 통과 개구로부터 제2 통과 개구로 연장된다.
밸브 부재가 제1 또는 제2 통과 개구를 폐쇄하는, 전술한 전환 상태(switching state)들 이외에 고점도 원료 밸브는 제3의 전환 상태(중간 상태)를 가질 수 있는데, 이 상태에서는 제1 통과 개구와 제2 통과 개구 양자 모두 개방된다. 중간 상태에서, 밸브 부재는 제1 통과 개구와 제2 통과 개구 사이에 위치할 수 있다. 두 통과 개구들 사이의 간격은 양 통과 개구들이 완전히 개방될 수 있을 만큼 클 수 있다. 이는 밀봉면들의 모서리들이 개구들을 통해 연장되는 원료 흐름에 노출되지 않는 이점이 있다. 통과 개구들 중의 하나 또는 둘 모두 여전히 밸브 부재로 덮이는 것 역시 가능하다.
밸브 부재는 밀봉부와 회동부를 구비할 수 있는데, 여기서 회동부는 회동축 둘레로 회전할 수 있게 장착된다. 고점도 원료 밸브의 다른 상태들 사이의 전환 과정을 일으키도록 모터 구동부(motorized drive)가 회동부에 맞물릴 수 있다.
밸브 부재는 연결 구조를 구비할 수 있는데, 이는 밀봉부와 회동부 사이의 연결을 형성한다. 연결 구조는 회동축에 대해 작용하는 토크(torque)에 대해 강성을 가지도록(rigid) 설계될 수 있다. 여기서의 강성은 회동축에 대한 회동부의 회전에 따라 밀봉부 역시 대응 회동 운동을 실행한다는 것을 의미한다.
반경방향에 대해서, 연결 구조는 회동부에 대한 밀봉부의 이동을 허용할 수 있다. 이러한 상대 이동에 의해 밀봉부와 회동부 사이의 반경방향 간격이, 밸브 부재와 통과 개구 사이에 원하는 밀봉 효과를 산출하도록 맞춰질 수 있다.
연결 구조는 밀봉부와 회동부 사이에 위피하는 탄성 부재를 구비할 수 있다. 고점도 원료 밸브의 시작 상태에서 탄성 부재가 압축될 수 있다. 작동 중에 밀봉면들 사이에 마모가 발생되면, 탄성 부재가 연신(stretch out)될 수 있다. 이에 따라 마모가 자동으로 보상된다.
이에 추가되거나 이를 대체하여, 본 발명에 따른 밸브 부재는 밀봉부를 회동부에 대해 반경방향으로 이동시키기 위해 구동부(drive)를 구비할 수 있다. 구동부는 작동 중에 회동부에 대한 밀봉부의 위치를 조정하는 데 사용될 수 있다. 또한 구동부를 탄성 부재의 스프링 인장력(spring tension)을 조정하는 데 사용할 수도 있다. 예를 들어 구동부는 유압 구동부 또는 기계적 구동부가 될 수 있다.
한 변형예에서, 밸브 부재는 밀봉면과 회동 가능하게(pivotably) 장착된 축(shaft) 또는 회동 가능하게 장착된 단축(stub shaft) 사이에 강성 연결부(rigid connection)를 구비할 수 있다. 밸브 하우징에 대한 밀봉면의 상대적 이동성은 축 또는 단축이 밸브 하우징에 대해 탄성적으로 장착될 때 얻어질 수 있다. 예를 들어 축 또는 단축 둘레로 연장되는 하나 이상의 탄성 부재들이 구비될 수 있다. 이 실시예는 탄성 부재들이 고점도 원료의 흐름에 의해 영향 받지 않는 이점을 가진다.
밸브 부재는 본 발명에 따른 고점도 원료 밸브의 하우징 내에 배치될 수 있다. 밸브 부재는 하우징의 단부 벽(end wall)에 인접하여 배치될 수 있고, 그 단부 축(end axle)은 회동축에 대해 직각을 향할 수 있다. 그러면 밸브 부재의 회동 운동은 단부 벽에 평행하게 이뤄진다. 밸브 부재는 고점도 원료의 거친 입자의 성분이라도 밸브 부재와 단부 벽 사이에 여유(room)를 가지도록 단부 벽과 이격된다. 이는 밸브 부재의 작동을 촉진시킨다.
한 대체적인 실시예에서, 밸브 부재와 단부 벽 사이의 간격(spacing)은 고점도 원료의 거친 입자의 성분보다 더 작을 수 있다. 이 밸브 부재는 스크레이퍼(scraper)를 구비할 수 있는데, 이는 밸브 부재가 작동될 때 고점도 원료를 단부 벽을 따른 측면으로 밀어 골재가 밸브 부재와 단부 벽 사이에 끼이지 않게 할 수 있다. 스크레이퍼는 단부 벽에 밀착(rest against)되거나 단부 벽과 약간의 간격을 가질 수 있다.
하우징은 제2 단부 벽을 가질 수 있어, 밸브 부재가 제1 및 제2 단부 벽들 사이에 위치한다. 밸브 부재와 제2 단부 벽 사이의 상호작용은 이에 따라 구성될 수 있다.
밸브 부재의 축(shaft)이 고점도 원료 밸브의 하우징에 장착될 수 있다. 두 베어링(bearing)들이 밸브 부재를 그 사이에 감싸도록 여기에 배치될 수 있다. 축은 베어링들 사이에 연장되어 밸브 부재의 회동부의 구성부품이 될 수 있다.
본 발명에 따른 고점도 원료 밸브는 고점도 원료 밸브의 진입 개구와 배출 개구 사이의 직선 연결부(straight connection section)가 회동축과 교차하도록 설계될 수 있다. 밸브 부재의 축이 회동축을 따라 연속적으로 연장되면, 원료 흐름(material flow)은 곡선 궤적을 따라 축을 지나도록 이송되어야 한다.
흐름 저항을 낮게 유지하기 위해, 밸브 부재는 이에 의해 원료 흐름이 축을 통과하도록 하는 안내면(guide surface)을 구비할 수 있다. (밸브 부재의 운동의 방향에서 보아) 안내면은 밀봉면에 인접하여 밸브 부재와 회동축을 통과하는 거의 직선의 경로를 형성(define)할 수 있다. 안내면은 평탄한 안내면, 특히 회동축에 평행한 방향을 가지는 평탄한 안내면이 될 수 있다. 배출 개구에 인접한 단부에, 배출 개구로의 원료 흐름을 촉진하기 위해 안내면이 인입부(recess)를 구비할 수 있다. 밸브 부재는 이러한 두 개의 안내면들을 구비할 수 있는데, 밀봉면이 안내면들 사이에 둘러싸인다. 밸브의 전환 상태에 따라 원료 흐름은 한 및/또는 다른 안내면을 따라 안내될 수 있다.
이러한 안내면은 회동축이 밸브 부재의 몸체(body) 내에 둘러싸이도록 밸브 부재가 설계될 때 특히 유용할 것이다. 밸브 부재의 탄성 부재는 밸브 부재의 축 둘레로 연장되거나 회동축과 밀봉면 사이에 배치될 수 있다.
흐름 저항을 낮게 유지하기 위해, 축(shaft)은 밸브 하우징의 베어링들에 지지되는 두 단축(stub shaft)들을 구비할 수 있다. 두 단축들 사이의 연결은 연결 구조에 의해 이뤄지는데, 그 밀봉면으로부터의 간격은 회동축과 밀봉면 사이의 간격보다 더 작다. 연결 구조가 회동축을 따라 연장되는 대신 밀봉면에 더 가까이 위치하므로, 배출 개구를 향한 경로 상의 원료 흐름이 사용가능한 막히지 않은 공간(clear space)이 유지된다. 특히, 연결 구조는 유출 개구(outlet exit)의 중심점(midpoint)에 대해 폐쇄되지 않은 통과 개구의 중심점으로부터 연장되는 직선이 밸브 부재를 교차하지 않도록 구성될 수 있다.
축과 밀봉부 사이의 연결을 위해, 연결 구조는 밀봉부를 향해 상방으로 연장되는 레그(leg)를 가질 수 있다. 특히 레그는 반경방향을 향할 수 있다. 밀봉부에 대해서는 레그가 중심에 위치할 수 있다. 레그가 밸브 하우징의 단부 벽들로부터 간격을 가지면 고점도 원료는 그 주위로 적절히 흐를 수 있다.
연결 구조가 밀봉부의 반향으로 연장되는 두 레그들을 가지는 것 역시 가능하다. 레그들은 서로 평행하게 반경방향으로 연장될 수 있다. 레그들은 회동축과 밀봉부의 중심 사이에 배치된 영역이 막힘이 없어(kept clear), 고점도 원료가 이를 통해 흐를 수 있도록 배치될 수 있다. 회동축과 밸브 부재의 밀봉면 사이의 간격에 대해서는, 막힘없는 영역(region kept clear)이 적어도 10%, 바람직하기로 적어도 30%, 더욱 바람직하기로 적어도 50%에 걸쳐 연장될 수 있다.
두 레그들은 하우징의 단부 벽들과 간격을 가질 수 있다. 이와는 달리, 레그들이 스크레이퍼(scraper)로 구성되어, 밸브가 작동될 때 고점도 원료가 단부 면(end face)을 따라 옆으로 밀어질 수도 있다.
원료 흐름이 통과 개구들 중의 하나를 통해 밸브의 내부 공간으로 진입하여 밸브 부재를 통과하고 다시 배출 개구를 통해 밸브에서 배출되도록 본 발명에 따른 고점도 원료 밸브가 사용될 때(펌핑 모드), 고점도 원료 밸브의 내부 공간과 밸브 부재에 의해 폐쇄된 통과 개구에 인접한 외부 공간 사이에는 일반적으로 압력 차이가 존재한다. 고점도 원료 밸브는 이 압력 차이가 밸브 부재에 힘을 인가하도록 설계될 수 있는데, 이는 밀봉 효과를 강화시킨다.
내부 공간의 압력이 외부 공간보다 높으면 밸브 부재는 통과 개구의 밀봉면에 대해 반경방향으로 눌릴 것이다. 반경방향이라는 방향성 용어는 밸브 부재의 회동축에 관련된다. 이를 위해, 밸브 부재는 이에 의해 내부 공간 내에 존재하는 압력이 반경방향으로 작용하는 힘으로 변환되는 외면(outer face)을 가질 수 있다. 외면은 고점도 원료 밸브의 내부 공간에서 고점도 원료와 접촉하는 밸브 부재의 영역을 의미한다.
특히, 밸브 부재는 밀봉면과 반대쪽에 위치하는 외면을 가질 수 있다. 외면은 반경방향을 직각으로 교차하는 방향을 가질 수 있다. 그러면 외면에 작용하는 압력이 직접적으로 밀봉 효과를 강화하는 방향을 향하게 된다.
밸브 부재가 반경방향에 대해 경사진 외면을 가져 가압력(pressure force)의 일부만이 밀봉면의 방향으로 작용하도록 하는 구성 역시 가능하다.
밸브 부재는 또한 두 반대방향을 향하는 경사 외면들을 가질 수 있다. 반대는 반경방향으로 작용하는 압력에 의한 힘의 성분들이 가산(add up)되도록 외면들이 방향을 가지는 것을 의미한다,
원료 흐름이 반전된 방향으로 이동하도록 본 발명에 따른 고점도 원료 밸브가 사용될 때는(흡입 모드; suction mode), 압력 차이는 일반적으로 밸브 부재의 밀봉 효과를 강화하는 데 사용될 수 없다. 그러면 밀봉 효과는 주로 밀봉부 상에 회동부로부터 인가되는 힘에 의한다. 전술한 바와 같이 이 힘은 탄성 바이어싱(elastic biasing) 또는 능동(active) 구동 유닛에 의해 제공될 수 있다.
본 발명은 또한 이러한 고점도 원료 밸브를 구비한 펌프에 관련된다. 고점도 원료 밸브는 펌핑 작동 동안 펌프의 이송 부재(conveying member)에 의해 이동되는 원료가 제1 및/또는 제2 개구를 통해 고점도 원료 밸브의 내부 공간으로 진입하도록 배치될 수 있다.
펌프는 제1 이송 실린더(conveying cylinder)와 제2 이송 실린더를 구비할 수 있다. 각 이송 실린더에는 펌핑 작동 동안의 후진 이동(backward movement)으로 고점도 원료를 이송 실린더의 내부 공간으로 흡입(suck in)하고, 전진 이동(forward movement)으로 고점도 원료를 고점도 원료 밸브의 통과 개구 방향으로 이송시키는 피스톤이 배치될 수 있다.
두 이송 실린더들의 이송 흐름(conveying stream)들은 고점도 원료 밸브의 상류에서는 분리되고 고점도 원료 밸브에서 공통의 이송 흐름으로 조합될 수 있다. 제1 이송 실린더로부터의 이송 흐름은 고점도 원료 밸브의 제1 통과 개구를 통해 고점도 원료 밸브의 내부 공간으로 진입될 수 있다. 제2 이송 실린더로부터의 이송 흐름은 고점도 원료 밸브의 제2 통과 개구를 통해 고점도 원료 밸브의 내부 공간으로 진입될 수 있다.
피스톤들은 후진 이동이 전진 이동보다 더 짧은 시간 간격 내에 이뤄지도록 작동될 수 있다. 한 피스톤의 전진 이동의 시작은 다른 피스톤의 전진 이동의 종단과 중첩될 수 있다. 그러면 양 피스톤들이 원료를 고점도 원료 밸브의 방향으로 평행하게 이송하는 시간 간격이 존재한다.
고점도 원료 밸브의 전환 위치들은 이송 실린더 내의 피스톤의 이동에 맞춰질 수 있다. 제1 이송 실린더의 피스톤이 전진 이동 중이고 제2 이송 실린더의 피스톤이 후진 이동 중이면, 고점도 원료 밸브는 제1 통과 개구가 개방되고 제2 통과 개구가 폐쇄되는 제1 상태로 전환될 수 있다. 제2 이송 실린더의 피스톤이 전진 이동 중이고 제1 이송 실린더의 피스톤이 후진 이동 중이면, 고점도 원료 밸브는 제2 통과 개구가 개방되고 제1 통과 개구가 폐쇄되는 제2 상태로 전환될 수 있다. 양 이송 실린더들의 피스톤들이 모두 전진 중인 중간 상태(phase)에서는, 고점도 원료 밸브는 어느 통과 개구도 폐쇄되지 않는 상태로 전환될 수 있다. 바람직하기로, 양 통과 개구들 모두 고점도 원료 밸브의 중간 상태에서 개방된다.
제1 이송 실린더의 피스톤이 후진 이동 중이고 제2 이송 실린더의 피스톤이 전진 이동 중이면, 고점도 원료 밸브의 제1 통과 개구 양단에(across) 압력 차이가 존재한다. 고점도 원료 밸브의 내부 공간의 압력은 대략 제2 이송 실린더의 피스톤의 원료에 대한 전진 이동에 의해 인가되는 압력에 해당한다. 제1 통과 개구의 상류에는 훨씬 더 낮은 제1 이송 실린더의 흡입 압력이 존재한다. 이 압력 차이는 전술한 바와 같이 밸브 부재와 제1 통과 개구 사이의 밀봉 효과를 강화시키는 데 사용될 수 있다. 역으로, 제1 이송 실린더의 피스톤이 후진 이동 중이고 제1 이송 실린더의 피스톤이 전진 이동 중이면, 해당 압력 차이가 고점도 원료 밸브의 제1 통과 개구 양단에 존재한다.
밸브 부재 양단에 존재하는 압력 차이는 고점도 원료 밸브의 전환 과정에 방해가 된다. 그러므로 고점도 원료 밸브는 밸브 부재 양단에 존재하는 압력 차이가 이 압력 차이에 대해 감소될 때 전환 과정이 이뤄지도록 설계될 수 있다. 이를 위해, 통과 개구가 밸브 부재에 의해 폐쇄되는 피스톤의 후진 이동이 완료되었을 때만 전환 과정이 이뤄지도록 하는 것이 바람직하다. 각 피스톤이 전진 이동을 개시하여 다시 한 번 각 통과 개구 전방에 압력이 이미 축적(build up)되었을 때 전환 과정이 이뤄지는 것이 더욱 바람직할 것이다.
고점도 원료 밸브는 다른 피스톤의 후진 이동이 개시되기 전에 전환 과정을 종료하도록 설계될 수 있다. 특히, 고점도 원료 밸브는 다른 피스톤의 전진 이동이 완료되기 전에 전환 과정을 완료하도록 설계될 수 있다. 전환 상태는 밸브 부재가, 통과 개구들 중의 하나가 폐쇄되고 다른 것이 개방되는 제1 전환 상태로부터, 어느 통과 개구도 폐쇄되지 않는 중간 상태를 거쳐, 각 다른 통과 개구가 개방 또는 폐쇄되는 제2 전환 상태로 이동되도록 설계될 수 있다. 특히, 펌프는 밸브 부재의 전화 과정이 밸브 부재 양단의 압력 차이가 작을 때만 이뤄지도록 설계될 수 있다.
이상의 설명은 펌프의 펌핑 모드(pumping mode)에 관련된다. 펌프는 또한 반대 방향으로 흡입 모드(suction mode)에서 작동될 수 있다. 흡입 모드는 예를 들어 고점도 원료 밸브 및 부착된 이송 배관을 세척시키거나 이 영역의 이물질(obstruction)을 제거하는 기능을 할 수 있다. 그러면 이송 실린더들과 고점도 원료 밸브의 상호작용은 반대 방식으로 서로 맞춰진다.
흡입 모드에서, 밸브 부재 양단의 압력 차이는 일반적으로 밸브 부재의 밀봉 효과를 감소시키는 경향을 가진다. 그러므로 밸브 부재는 음의(negative) 압력 차이 하에서도 적절한 밀봉 효과를 가지도록 설계되어야 하는데, 여기서 통과 개구의 방향에 작용하는 힘은 회동부를 통해 밀봉부로 인가된다.
이하 본 발명이 첨부된 도면을 참조한 바람직한 실시예들을 통해 예시적으로 설명될 것이다. 도면에서:
도 1: 본 발명에 따른 고점도 원료 밸브를 구비한 고점도 원료 펌프를 가지는 차량;
도 2: 본 발명에 따른 고점도 원료 밸브를 구비한 고점도 원료 펌프의 블록도(유압계통도);
도 3: 본 발명에 따른 고점도 원료 밸브를 가지는 고점도 원료 펌프의 사시도;
도 4: 도 3의 펌프의 단면도;
도 5 내지 8: 도 3의 고점도 원료 펌프의 다른 상태들의 개략도들;
도 9: 본 발명에 따른 밸브 부재의 개략도;
도 10: 밸브 부재의 밀봉부에 작용하는 압력의 개략도;
도 11: 본 발명에 따른 고점도 원료 밸브의 밸브 부재의 부분 단면도;
도 12 및 13: 본 발명의 대체적인 실시예들에서의 밸브 부재들; 그리고
도 14: 도 13의 실시예의 단면도.
도 1에 도시된 트럭(14)의 화물 적재면(cargo surface)상에는 콘크리트 펌프 형태의 고점도 원료 펌프(thick stock pump; 15)가 배치되어 있다. 고점도 원료 펌프(15)는 저장조(reservoir)(도시 안 됨)로부터 콘크리트가 충전되는 사전 충전 탱크(prefilling tank; 16)를 구비한다. 고점도 원료 펌프(15)는 사전 충전 탱크로부터 콘크리트를 흡입하여, 분배 붐(distributing boom; 18)을 따라 연장되는 연결관(connecting pipe; 17)을 통해 콘크리트를 이송시킨다. 분배 붐(18)은 회전 링(slew ring; 19) 상에 장착되고 몇 개의 관절들을 통해 펼쳐질(unfold) 수 있어 관(17)의 단부가 트럭(14)으로부터 거리(spacing)를 가지는 위치에 위치될 수 있다. 이 위치에서 콘크리트가 연결관(17)으로부터 부어진다.
도 2에 따른 고점도 원료 펌프는 제1 이송 실린더(conveying cylinder)(21)와 제2 이송 실린더(22)를 구비한다. 각 이송 실린더(21, 22)는 피스톤을 구비하는데, 이는 후퇴 이동으로 사전 충전 탱크(16)로부터 콘크리트를 흡입하고 전진 이동으로 콘크리트를 펌프의 유출구(outlet; 23) 방향으로 이송한다.
제1 이송 실린더(21)는 제1 유입 밸브(inlet valve)(24)와 연계된다. 제1 유입 밸브(24)는 제1 이송 실린더(21)의 후진 이동 동안 개방되어 이송 실린더(21)가 사전 충전 탱크(16)로부터 콘크리트를 흡입할 수 있다. 유입 밸브(24)는 제1 이송 실린더(21)의 전진 운동 동안 폐쇄되어 콘크리트가 펌프 유출구(23) 방향으로 이송될 수 있다. 제2 이송 실린더(22)는 그 전환 과정이 제2 이송 실린더(22)의 후진 및 전진 이동에 따라 맞춰진 제2 유입 밸브(25)에 연계된다.
펌프는 고점도 원료 밸브(26)를 구비하는데, 이는 제1 이송 실린더(21)와 제2 이송 실린더(22)에 대한 공통의 유출 밸브(outlet valve)를 형성한다. 고점도 원료 밸브(26)는 제1 이송 실린더(22)로 이송되는 콘크리트에 대한 제1 통과 개구(through opening)(27)와 제2 이송 실린더(22)로 이송되는 콘크리트에 대한 제2 통과 개구(28)를 구비한다. 제1 전환 상태(switching state)(29)에서의 고점도 원료 밸브의 밸브 부재(32)는 제1 통과 개구(27)를 폐쇄시키고 제2 통과 개구(28)를 개방시켜 둔다. 제2 전환 상태에서, 고점도 원료 밸브(26)는 제2 통과 개구(28)를 폐쇄시키고 제1 통과 개구(27)를 개방시켜 둔다. 제3 전환 상태(중간 상태)에서는, 양 통과 개구(27, 28)들이 모두 개방된다.
두 이송 실린더(21, 22)들은 후진 이동이 전진 이동보다 다 짧은 시간 간격 내에 이뤄지도록 구동된다. 한 이송 실린더의 전진 이동의 시작은 다른 이송 실린더의 전진 이동의 종단과 중첩된다. 이에 따라 콘크리트가 언제나(at every instant of time) 적어도 하나의 이송 실린더(21, 22)로부터 고점도 원료 밸브(26)의 방향으로 이송된다.
고점도 원료 밸브(26)의 밸브 부재(32)는 구동 유닛(drive unit)을 통해 다른 전환 상태들 사이에서 능동적으로 전환된다. 제1 이송 실린더(21)가 전진 이동 중이고 제2 이송 실린더(22)가 후진 이동 중이면 고점도 원료 밸브(26)는 제1 이송 실린더(21)로부터의 원료 흐름(material flow)만이 고점도 원료 밸브(26)를 통과할 수 있는 전환 상태(30)에 있게 된다. 제2 이송 실린더(22)가 전진 이동 중이고 제1 이송 실린더(21)가 후진 이동 중이면 고점도 원료 밸브(26)는 제2 이송 실린더(22)로부터의 원료 흐름만이 고점도 원료 밸브(26)를 통과할 수 있는 전환 상태(29)에 있게 된다. 양 이송 실린더(21, 22)들이 모두 전진 이동 중인 중첩 상태(overlapping phase)에서는 고점도 원료 밸브(26)가 중간 상태(intermediate state; 31)에 있게 되어, 양 이송 실린더(21, 22)들로부터의 원료 흐름들이 모두 고점도 원료 밸브(26)를 통과할 수 있게 된다.
두 이송 실린더(21, 22)들은 전진 이동에 대해 기본 속도(basic speed)를 가진다. 전진 이동의 기본 속도는 각 다른 이송 실린더(21, 22)가 후진 이동 중인 동안 사용된다. 기본 속도는 이 상태에서 펌프 유출구(23) 방향으로 이송되는 원료 흐름을 형성(define)한다. 양 이송 실린더(21, 22)들이 모두 전진 이동 중인 중첩 상태에서는 속도가 기본 속도에 비해 저하되어 두 전진 이동의 속도들의 합이 기본 속도가 된다. 이러한 방법으로 중첩 상태 동안이라도 펌프 유출구(23) 방향으로 일정한 원료 흐름이 유지된다.
도 3은 본 발명에 따른 고점도 원료 펌프의 사시도를 도시한다. 유입 밸브(25)가 개방 상태에 있어 펌프의 해당 진입 개구(entry opening; 45)가 열림으로써 고점도 원료가 사전 충전 탱크(16)(도 1)로부터 제2 이송 실린더(22)로 흡입될 수 있다. 제1 유입 밸브(24)는 폐쇄 상태에 있다. 제1 이송 실린더(21)의 피스톤이 전진 이동할 때, 원료 흐름은 고점도 원료 밸브(26)의 제1 통과 개구(27)를 통해 펌프 유출구(23)의 방향으로 통과한다. 도 4 참조.
이하 도 5 내지 8의 개략도를 참조하여 펌프의 작동 시퀀스(sequence)를 설명한다.
도 5a에서, 고점도 원료 밸브(26)의 밸브 부재(32)가 전환되어 제1 이송 실린더(21)의 통과 개구(27)를 폐쇄하고 상기 밸브 부재가 제2 이송 실린더(22)의 통과 개구(28)를 개방시켜 둔다. 제2 이송 실린더(22)의 유입 밸브(25)는 폐쇄된다. 도 5b 참조. 제2 이송 실린더(22)가 전진 이동 중에 있어 통과 개구(28)를 통해 콘크리트를 고점도 원료 밸브(26)의 내부 공간과 펌프 유출구(23)로 이송시킨다. 밸브 부재(32) 양단의(across) 압력 차이 덕분에 밸브 부재(32)와 통과 개구(27) 사이의 밀봉 효과가 강화된다. 제1 이송 실린더(21)의 유입 밸브(24)가 개방되어 있으므로 제1 이송 실린더(21)의 후진 이동으로 콘크리트를 사전 충전 탱크(16)으로부터 펌프의 유입 개구(inlet opening; 44)를 통해 흡입할 수 있다.
제1 이송 실린더(21)의 후진 이동은 제2 이송 실린더(22)의 전진 이동보다 더 일찍 종료한다. 도 6은 제1 이송 실린더(21)의 전진 이동이 개시되고 제2 이송 실린더(22)의 전진 이동이 막 종료하는 상태를 도시한다. 양 유입 밸브(24, 25)들이 모두 폐쇄된다. 제1 이송 실린더(21)가 다시 한 번 통과 개구(27)의 전방에 이미 압력을 축적하였으므로 고점도 원료 밸브(26)의 중간 상태(31)로의 전환(switchover)이 개시되어 밸브 부재(32) 양단에는 경미한 압력 차이만이 남아있다(still present). 전환 후에는 고점도 원료 밸브(26)가 중간 상태(31)에 있는데, 여기서 밸브 부재(32)는 제1 통과 개구(27)와 제2 통과 개구(28) 모두를 개방시켜 둔다. 양 이송 실린더(21, 22)의 전진 이동의 속도들이 모두 저하되어, 이송 실린더(21, 22)들은 함께 이전에 제2 이송 실린더(22)만으로 이송되었던 양의 원료를 이송한다.
제2 이송 실린더(22)의 전진 이동의 종료 후, 유입 밸브(25)가 개방된다. 도 7 참조. 압력을 완화(relieve)시키기 위해, 제2 이송 실린더(22)는 유입 밸브(25)의 개방에 앞서 이미 제1 후진 이동을 수행하였다. 유입 밸브(25)가 개방되면, 제2 이송 실린더(22)는 후진 이동으로 콘크리트를 사전 충전 탱크(16)로부터 펌프의 유입 개구(45)를 통해 흡입한다. 제1 이송 실린더(21)가 기본 속도로 전진하여 펌프 유출구(23)를 향한 원료 흐름이 변함없이 유지된다.
도 8에서, 제1 이송 실린더(21)의 전진 이동이 종료되는 한편 제2 이송 실린더(22)의 전진 이동이 다시 개시된다. 제1 이송 실린더(21)의 전진 이동의 종료로 사이클(cycle)이 완료되고 펌프는 다시 도 5의 상태로 복귀된다.
고점도 원료 밸브(26)의 밸브 부재(32)는 도 9에 도시된 바와 같이 회동부(pivot part; 34)와 밀봉부(sealing part; 35)를 구비한다. 회동부(34)는 축(shaft; 33)의 두 부분을 구비하고, 이에 의해 회동부가 회동축(pivot axis; 36)에 대해 회전 가능하게 장착된다. 축(33)과 밀봉부(35) 사이에는 도 9에 개략적으로만 도시된 연결 구조(connection structure; 48)가 형성된다. 이 연결 구조(48)에 의해 밀봉부(35)와 축(33) 사이의 간격(spacing)이 변화될 수 있다. 반면 연결 구조는 토크(torque)에 대해 강성(rigid)이다. 이에 따라 축이 특정한 각도로 회전하면 밀봉부(35)도 동일한 각도만큼 회동 운동을 수행하게 된다.
밀봉부(35)의 하면은 회동축(36)과 동축인(oriented concentrically) 원통의 세그먼트(segment) 형태의 밀봉면(sealing face; 38)을 형성한다. 고점도 원료 밸브(26)의 하우징은 마찬가지로 원통 세그먼트 형태의 이에 대응하는(matching) 맞물림 면(mating surface)을 가진다. 고점도 원료 밸브(26)의 통과 개구(27, 28)들은 이 맞물림 면 내에 형성된다. 밸브 부재(32)의 밀봉면(38)은 밸브 하우징의 맞물림 면과 상호작용하여 전환 상태에 따라 통과 개구(27) 또는 통과 개구(28) 중의 어느 것을 밀봉시킬 수 있다.
도 10은 고점도 원료 밸브의 내부 공간에 밀봉부(35)로 폐쇄된 통과 개구(27)의 전방보다 더 높은 압력이 존재하는 고점도 원료 밸브의 상태를 도시한다. 밸브 부재(32)는 밀봉면(38)에 대향하여 위치하는 외면(outer face; 43)을 가지는데, 이에 대해 고점도 원료 밸브(26) 내에 존재하는 원료의 압력이 반경방향으로 작용한다. 외측에 대한 압력 차이가 밸브 부재(32)와 밸브 하우징 사이의 밀봉 효과를 강화시킨다. 밸브 부재(32)는 또한 서로 대칭으로 위치한 두 외면(44, 45)들을 가진다. 외면(44, 45)에 작용하는 원료의 압력도 마찬가지로 반경방향의 성분을 가져, 외면(44, 45) 역시 밀봉 효과의 강화를 촉진시킨다.
도 11에 도시된 밸브 부재(32)에서, 회동부(34)는 밀봉부(35)의 대응 홈에 맞물리는 돌기(peg; 50)를 구비한다. 돌기(50)와 함께 미끄럼 안내부(sliding guide)가 형성되어 밀봉부(35)가 이를 따라 축(33)에 대해 반경방향으로 이동할 수 있다. 미끄럼 안내부는 다른 방향의 힘들에 대해서는 강성이다.
회동부(34)와 밀봉부(35) 사이에는 탄성 재질의 판(plate; 37)이 배치된다. 이 판(37)은 회동부(34)와 밀봉부(35) 사이의 연결 구조의 일부이다. 반경 방향의 압력에 의해 판(37)이 탄성적으로 압축되어 밀봉부(35)가 미끄럼 안내부를 따라 회동부(34)에 더 가까이 이동할 수 있다.
본 발명에 따른 고점도 원료 밸브(26)는 공장 출하 상태(factory ready state)에서 판(37)이 탄성적으로 압축되도록 맞춰지고, 결과적으로 밀봉부(35)는 밸브 하우징에 대해 탄성 압력을 가한 상태가 되는데, 이 압력은 판(37)에 의해 반경방향으로 인가된다. 펌프의 작동 동안, 밸브 부재(32) 또는 밸브 하우징에 마모가 발생되면, 이는 탄성 판(37)의 연신(stretching)에 의해 자동으로 보상된다. 흡입 모드에서, 판(37)은 밀봉부(35)와 밸브 하우징 사이에 적당한 가압력(pressing force)의 인가를 보장한다.
도 11에 도시된 밸브 부재(32)는 또한 두 단축(33)들 사이에 자유 공간(free space)이 둘러싸이도록 설계되어 원료 흐름은 통과 개구(27, 28)들로부터의 직선 경로(direct path) 상을 펌프 유출구(23)의 방향으로 이동할 수 있다. 회동부(34)는 반경방향으로 연장되어 그 사이의 자유 공간을 둘러싸는 두 레그(leg; 51, 52)들을 구비한다. 반경방향으로, 자유 공간은 회동축(36)과 밀봉면(38) 사이의 간격의 50%보다 크게 연장된다.
도 12의 실시예에서, 유출 개구 방향의 이송 흐름의 이동을 촉진하기 위해 자유 공간이 마찬가지로 두 단축(33)들로 둘러싸인다. 중앙 레그(central leg; 53)가 반경방향으로 연장되어 밀봉부(35)의 중심에 연결된다. 레그(53) 둘레에는 원료 흐름의 이동에 충분한 공간(room)이 있다. 뿐만 아니라, 도 11과 유사한 연결 구조가 탄성판(37)과 도 12에 보이지 않는 미끄럼 안내부를 가지도록 구성된다.
도 13은 본 발명에 따른 밸브 부재(32)의 대체적인 실시예를 도시한다. 밀봉부(35)가 회동부(34) 둘레로 연장되어 회동부(34)의 단면(section)이 밀봉부의 내부에 수납된다. 도 14의 단면도에 따르면, 회동부(34)는 밀봉부(35) 내부에서 사각형 단면을 가진다. 밀봉부(35)는 이 사각형 단면에 맞는 슬롯(slot)을 가지는데, 탄성 부재(37)들이 회동부(34)의 상부 및 하부에 배치되어, 밀봉부(35)와 회동부(34) 사이의 상대적 회전 운동은 방지되면서 밀봉부(35)가 회동부(34)에 대해 반경방향으로 이동할 수 있게 된다. 회동부(34)는 밸브 부재(32)를 다른 전환 상태들 사이에서 전환시키기 위해 구동 유닛이 맞물리는 레버(lever; 39)를 구비한다.
밸브 부재(32)는 축방향을 향하는 그 두 단부 면(end face)들이 고점도 원료 밸브(26)의 하우징에 직접 지지되도록 하는 크기를 가진다. 밸브 부재의 단부 면들은 스크레이퍼(scraper; 55)로 구성될 수 있다. 밸브 부재(32)의 전환 과정 동안 스크레이퍼(55)는 고점도 원료를 하우징의 단부 면을 따라 옆으로 밀어준다.
밸브 부재의 측면(57)은 안내면(guide surface)으로 구성된다. 안내면을 따라 원료 흐름이 고점도 원료 밸브의 배출 개구의 방향으로 이송될 수 있다. 밸브 부재(32)의 상측에는 홈(recess; 56)이 구비되는데, 이에 의해 유출 개구 방향으로의 원료 흐름의 이동이 촉진된다.

Claims (14)

  1. 제1 통과 개구(27)와 제2 통과 개구(28)과 그리고 양 통과 개구(27, 28)들에 연계된 밸브 부재(32)를 가지는 고점도 원료 밸브로, 밸브 부재(32)가 회동축(36)에 대해 회동할 수 있도록 장착되고, 밸브 부재(32)가 회동축(36)과 동축으로 굴곡된 밀봉면(38)을 가지며, 밸브 부재(32)가 제1 상태(30)에서 제1 통과 개구(27)를 개방하고 제2 통과 개구(28)를 폐쇄하며, 밸브 부재(32)가 제2 상태(29)에서 제2 통과 개구(28)를 개방하고 제1 통과 개구(27)를 폐쇄하며, 그리고 밸브 부재(32)가 밀봉부(35)와 회동부(34)를 구비하고, 회동부(34)가 회동축(36)에서 회전 가능하게 장착되며 그리고 밀봉부(35)가 연결 구조(37)를 통해 회동부(34)에 연결되는 고점도 원료 밸브.
  2. 청구항 1에서,
    밸브 부재(32)가 고점도 원료 밸브의 내부 공간에 배치되는 것을
    특징으로 하는 고점도 원료 밸브.
  3. 청구항 1 또는 2에서,
    제1 통과 개구(27)와 제2 통과 개구(28) 사이에 중간면이 배치되고, 상기 중간면이 회동축(36)에 동축인 곡률을 가지는 것을
    특징으로 하는 고점도 원료 밸브.
  4. 청구항 1 내지 3 중의 한 항에서,
    밸브 부재(32)의 제3 전환 상태에서 밸브 부재(32)가 제1 통과 개구(27)와 제2 통과 개구(28) 사이에 위치하는 것을
    특징으로 하는 고점도 원료 밸브.
  5. 청구항 1 내지 4 중의 한 항에서,
    연결 구조(37)가 회동축(36)에 작용하는 토크에 대해 강성인 것을
    특징으로 하는 고점도 원료 밸브.
  6. 청구항 1 내지 5 중의 한 항에서,
    연결 구조(37)가 회동부(34)에 대한 반경방향으로의 밀봉부(35)의 이동을 허용하는 것을
    특징으로 하는 고점도 원료 밸브.
  7. 청구항 1 내지 6 중의 한 항에서,
    연결 구조가 밀봉부(35)와 회동부(34) 사이에 위치하는 탄성 부재(37)를 구비하는 것을
    특징으로 하는 고점도 원료 밸브.
  8. 청구항 1 내지 7 중의 한 항에서,
    탄성 부재가 밸브 부재(32)의 축(33)과 밸브의 하우징(46) 사이에 위치하는 것을
    특징으로 하는 고점도 원료 밸브.
  9. 청구항 1 내지 8 중의 한 항에서,
    밸브 부재(32)가 회동축(36)에 장착된 두 단축(33)들을 구비하고, 단축(33)들이 그 사이의 자유 공간을 둘러싸는 것을
    특징으로 하는 고점도 원료 밸브.
  10. 청구항 1 내지 9 중의 한 항에서,
    밸브 부재(32)가 회동축(36)과 밀봉면(38) 사이에 연장되는 한 레그(51, 52, 53)를 구비하고, 레그(51, 52, 53)가 고점도 원료 밸브(26)의 하우징(46)의 단부 면과 이격되는 것을
    특징으로 하는 고점도 원료 밸브.
  11. 청구항 1 내지 9 중의 한 항에서,
    밸브 부재(32)가, 밸브 부재(32)의 전환 과정 동안 스크레이퍼가 고점도 원료 밸브(26)의 단부 면을 따라 이동하는 스크레이퍼(55)를 가지는 것을
    특징으로 하는 고점도 원료 밸브.
  12. 청구항 1 내지 11 중의 한 항에서,
    밸브 부재(32)가, 이에 의해 밸브 부재(32) 양단에 존재하는 압력 차이가 반경방향으로 작용하는 힘으로 전환되는 외면(43, 44, 45)들을 구비하는 것을
    특징으로 하는 고점도 원료 밸브.
  13. 청구항 1 내지 12의 고점도 원료 밸브를 가지는 고점도 원료 펌프에서,
    고점도 원료 펌프가, 펌프의 이송 부재에 의해 이동하게 되는 원료가 제1 및/또는 제2 유입 개구(27, 28)을 통해 고점도 원료 밸브의 내부로 진입되도록 설계되는 것을
    특징으로 하는 고점도 원료 펌프.
  14. 청구항 13에서,
    고점도 원료 펌프가, 밸브 부재(32) 양단에 압력 차이가 없을 때 고점도 원료 밸브(26)의 상태들 사이를 전환하도록 설계되는 것을
    특징으로 하는 고점도 원료 펌프.
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