KR20190057311A - 베인 펌프 - Google Patents

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KR20190057311A
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디에고 게라토
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델피 테크놀로지스 아이피 리미티드
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Abstract

내부 플레이트(22), 외부 플레이트(24) 및 주변 라이너(26)를 구비한 하우징을 갖는 베인 펌프(12)로서, 상기 주변 면 내로 개방되는 복수의 슬롯을 로터(20)가 구비하고, 각각의 슬롯 내에는 블레이드(40)가 슬라이딩가능하게 배치되고, 상기 블레이드(40)를 외측방향으로 가압하는 상기 슬롯의 하부에서 스프링이 압축되어, 상기 블레이드는 복수의 아치형 챔버(C)를 형성하는 하우징의 상기 라이너(26)에 대해 슬라이딩한다. 상기 블레이드 펌프는 상기 챔버(C) 내로 개방되는 입구(48)와, 상기 슬롯의 내측 단부(38) 내로 개방되는 제2 입구(58)를 구비한다.

Description

베인 펌프
본 발명은 블레이드 펌프, 보다 상세하게 상기 펌프의 블레이드 주위에서 유체 압력을 유지하기 위한 수단에 관한 것이다.
블레이드 펌프에서, 로터의 슬롯 내에서 반경방향으로 슬라이딩하는 블레이드는 로터의 회전 함수로서 그 슬롯 내외로 이동한다. 블레이드가 이동할 때 압력 강하 및 스파이크를 보상하기 위해 유체가 슬롯의 하부를 향해 내측방향으로 흐르게 하도록 유체 연통이 제공된다.
디젤 분사 장비에 있어서, 블레이드 펌프는 일반적으로 저압 탱크로부터 연료를 유도하여 고압 펌프로 전달하는 공급 펌프로서 이용된다. 엔진 장비의 소정의 조건 하에서, 예컨대 높은 RPM과 낮은 대기압에서, 압력 스파이크는 로터에 캐비테이션 침식을 발생시키고 블레이드 변위 및 공급 펌프 작동을 방해하는 블레이드 주위에서 관찰된다.
따라서, 본 발명의 목적은 내부 플레이트, 외부 플레이트, 및 로터가 주축을 중심으로 하여 회전하는 내부 공간을 형성하는 주변 라이너를 구비한 하우징을 갖는 블레이드 펌프를 제공하여 상술한 문제점을 해결하기 위한 것이다. 상기 로터는 내부 플레이트에 대해 슬라이딩하는 제1 면, 상기 외부 플레이트에 대해 슬라이딩하는 제2 면, 및 주변 원통형 면을 갖는다. 상기 로터는 상기 주변 면 내로 개방되는 복수의 슬롯을 구비하고, 각각의 슬롯 내에는 블레이드가 슬라이딩가능하게 배치되고, 상기 블레이드의 내측 단부에 대해 상기 슬롯의 하부 또는 내측 단부에서 스프링이 압축되어 상기 블레이드를 외측방향으로 가압하여, 상기 블레이드는 상기 슬롯 외부로 돌출하고, 상기 블레이드의 외측 단부는 상기 하우징의 상기 라이너에 대해 슬라이딩함으로써, 상기 로터의 주변 면, 상기 라이너 및 상기 블레이드의 외측 단부 사이에 복수의 아치형 챔버를 형성한다. 상기 챔버의 용적은 상기 로터가 회전함에 따라 크고 작게 주기적으로 변화한다.
상기 블레이드 펌프는 큰 용적 챔버 내로 개방하는 입구와, 작은 용적 챔버 내로 개방하는 출구를 더 구비하여, 사용시에 상기 입구에 유입되는 유체가 큰 용적은 충전하고 상기 출구를 향해 압축되어 푸시된다.
상기 블레이드 펌프는 상기 슬롯의 내측 단부 내로 개방하는 제2 입구를 더 구비하여, 사용시에 상기 유체가 상기 제1 입구를 통해 상기 챔버 내로 그리고 상기 제2 개구를 통해 스프링이 압축되는 용적 내로 흐른다
또한, 상기 제2 입구는 각도 폭(angular width)에 걸쳐 연장되어, 사용시에 상기 슬롯의 내측 단부가 상기 로터의 연장된 회전 각도에 걸쳐 충전되게 한다.
상기 각도 폭은 2개의 연속적인 슬롯들 사이의 각도의 실질적으로 2/3이다.
또한, 상기 제2 개구는 아치형 형상을 갖는다.
또한, 상기 로터는 제1 측면 내로 파인 그루브를 더 구비하며, 각각의 그루브는 상기 슬롯의 내측 단부 내의 입구 단부에서 개방되며 폐쇄 단부를 향해 상기 제1 측면 내로 연장되어, 사용시에 상기 제2 입구를 통해 유입되는 유체가 상기 슬롯의 내측 단부를 향해 상기 그루브 내로 흐르는 한편, 상기 내측 단부가 상기 제2 입구에 더 이상 대면하지 않는다.
또한, 상기 그루브는 각도 폭(W)에 걸쳐 연장되어, 상기 펌프의 작동시에, 상기 슬롯의 내측 단부가 연장된 시간 동안에 충전되게 한다.
상기 그루브의 각도 폭은 2개의 연속적인 슬롯들 사이의 각도의 실질적으로 2/3이다.
또한, 각각의 블레이드는 상기 라이너에 대해 슬라이딩하는 2개의 밀봉 팁 에지와, 유체 연통 채널을 갖는 외측 단부를 가지고 있으며, 상기 유체 연통 채널은 상기 블레이드를 통해 상기 스프링이 압축되는 상기 슬롯의 내측 단부 내로 상기 채널이 개방되는 내측 단부로부터 상기 채널이 상기 팁 에지들 사이로 개방되는 외측 단부까지 연장된다.
또한, 본 발명은 연료 분사 장비 내에 배치되는 연료 펌프 조립체에 관한 것으로서, 상기 연료 펌프 조립체는 저압 탱크로부터 연료를 유도하여 고압 펌프로 전달하기 위한 공급 펌프를 포함하며, 상기 공급 펌프는 상술한 바와 같은 블레이드 펌프이다.
첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 예로서 설명한다.
도 1은 블레이드 펌프 및 고압 펌프를 포함하는 디젤 펌프의 단면도이다.
도 2는 주축(X1)을 중심으로 하여 회전하는, 도 1의 블레이드 펌프의 축방향 단면도이다.
도 3은 도 2의 일부에 대한 확대도로서, 상기 도면은 축방향(X1) 단면에서의 블레이드의 영역을 상세하게 도시한다.
도 4는 도 2의 블레이드 펌프에 대한 반경방향 단면도로서, 상기 단면도는 펌프의 제1 측면을 볼 수 있다.
도 5는 상기 제1 측면에 배치된 입구 영역에 대한 도 4의 확대도이다.
도 6은 반경방향(X1) 단면에서의 블레이드를 상세하게 도시한 확대도이다.
도 7은 도 2의 펌프의 로터에 대한 3D 도면이다.
직접 연료 분사 장비를 구비한 내연 기관에서, 도 1에 나타낸 펌프 조립체(10)는 연료를 가압하여 전달하는 저압 탱크로부터 연료 인젝터로 분배되는 고압 저장기로 연료를 유도한다.
선택된 실시예에서, 디젤 펌프인 연료 펌프 조립체(10)는, 이송 펌프(12) 및 고압 펌프(14)를 포함하며 양자의 펌프는 캠박스(16)에 고정된다. 상기 캠박스(16) 내에서 회전하는 캠샤프트(18)는 이송 펌프(12)에 회전 운동을 그리고 고압 펌프(14)의 하나 이상의 피스톤에 왕복 선형 운동을 부여한다.
기술된 이송 펌프(12)는 도 2 내지 7을 참조하여 나타내어 기술된 블레이드 펌프(12)이다.
전형적인 블레이드 펌프(12)는 로터(20)가 주축(X1)을 중심으로 하여 회전하는 내부 공간(S)를 형성하는 주변 벽을 구비한 하우징을 갖는다. 주변 벽은 상기 주축(X1)에 횡방향인 내부 플레이트(12)(분배 플레이트(22)로도 부름), 상기 주축(X1)에 횡방향인 외부 플레이트(24), 및 원통형 트랙을 형성하는 주변 라이너(26)를 포함한다.
로터(20)는 원통 형상을 가지며, 하우징의 내부 플레이트(22)의 내부면에 대해 슬라이딩하도록 구성된 제1 면(28), 하우징의 외부 플레이트(24)의 내부면에 대해 슬라이딩하도록 구성된 평행한 제2 면(30), 및 라이너(26)로부터 떨어진 주변 원통형 면(32)을 갖는다.
로터(20)는 주변 면(32) 내의 외측 개구(36)로부터 축(X1)에 더 가까운 내측 단부(38)까지 반경방향으로 연장되는 복수의 슬롯(34)을 구비한다. 각각의 슬롯(34) 내에는, 슬롯의 내측 단부(38)에 가까운 내측 단부(42)로부터 로터의 주변 면 내의 외측 개구(36)를 통해 슬롯으로부터 돌출하는 외측 단부(44)까지 연장되는 블레이드(40)가 슬라이딩가능하게 배치된다. 각각의 블레이드(40)는 슬롯의 내측 단부(38)와 블레이드의 내측 단부(42) 사이에서 압축되는 스프링(46)에 의해 외측방향으로 푸시되며, 상기 블레이드의 외측 단부(44)는 하우징의 라이너(26)에 대해 접촉하여 가압되어, 사용시에 라이너(26)에 대해 슬라이딩한다. 주축(X1) 및 라이너 축(X2)은 오프셋되며, 하우징 내의 로터의 구성은 로터의 주변 면(32), 하우징의 라이너(26) 및 블레이드의 외측 단부(44) 사이에서, 사용시에 로터가 회전함에 따라 용적이 큰 용적과 작은 용적 사이에서 주기적으로 변화하는 복수의 아치형 챔버(C)를 형성한다.
블레이드 펌프(12)는 입구(48) 및 출구(50)를 더 포함하며, 양자는 하우징의 내부 플레이트(2) 내에 제공되고, 입구(48)는 용적이 증가하는 제1 챔버(C1) 내로 개방하고, 출구(50)는 용적이 감소하는 제2 챔버(C2) 내로 개방한다. 주축(X1)과 라이너 축(X2) 간의 오프셋은 로터(20)의 상부가 라이너에 거의 접선이어서, 상부에 있는 챔버가 거의 0의 용적을 갖는 한편, 하부에 있는 챔버의 용적은 최대가 되도록 설정된다.
사용시에, 연료는 제1 챔버(C1)를 충전하고, 로터(20)가 주축(X1)을 중심으로 하여 회전함에 따라, 상기 연료는 출구(50)를 향해 이동되어 압축된다. 출구(50)를 통해 배출되는 연료는 고압 펌프(14)로 전달된다. 또한, 도 4에서 보이고 도 6에서 확대된 바와 같이, 각각의 블레이드(40)는 이중 팁 에지(52, 54) 및 내측 채널(56)을 구비하며, 상기 내측 채널(56)은 상기 채널이 스프링 구획부 내로 개방하는 블레이드의 내측 단부(42)와, 상기 채널(52)이 상기 2개의 팁 에지(52, 53)들 사이로 개방하는 블레이드의 외측 단부(44) 사이에서 반경방향으로 연장되며, 상기 팁 에지(52, 53) 각각은 라이너(26)에 대해 슬라이딩한다. 사용시에, 블레이드(40)는 각각의 슬롯(34) 내외로 주기적으로 슬라이딩하고, 연료는 상기 채널(56)을 통해 흘러서 슬롯의 내측 단부(38) 내의 압력 강하 및 압력 스파이크를 회피한다.
입구(48) 및 출구(50)는, 도 4의 배면도에서 보이는 바와 같이, 서로 90°로 4개의 블레이드를 갖는 블레이드 펌프의 선택된 예시적인 실시예에서, 대략 90°인 각도 폭(angular width)을 포함하도록 직경방향으로 대향되게 배치된 기다랗고 아치형의 개구이다. 로터(20)는 도 4의 시계방향으로 회전하며, 제1 챔버(C1)의 좁아지는 테일이 입구(48)를 통해 보이는 한편, 제2 챔버(C2)의 좁아지는 헤드는 출구(50)를 통해 보인다.
블레이드 펌프(12)는 제1 입구(48)에 평행하게 반경방향 및 내측방향으로 배치된 제2 입구(58)를 더 구비한다. 제공된 실시예에서, 상기 제2 입구(58)는 기다항고 아치형 형상과, 90 °의 각도 폭(W58)을 갖는다. 다른 실시예에서, 제2 입구(58)은 단순한 구멍일 수 있다. 제1 입구(48)와 제2 입구(58) 사이의 반경방향 거리는 실질적으로 슬롯(34)의 길이이므로, 제1 입구(48)가 제1 챔버(C1)를 충전함에 따라, 제2 입구(58)는 채널(56)을 바이패싱하는 슬롯의 내측 단부(38)에서 제2 입구(58)가 스프링 구획부 내에 직접 충전한다.
또한, 블레이드 펌프의 로터(20)는 로터의 제1 면(28) 내로 파이며 떨어진 폐쇄된 뾰족한 단부(64)를 향해 각각의 슬롯의 내측 단부(38) 내로 개방하는 큰 입구(62)로부터 연장되는 아치형 그루브(60)를 구비한다. 도 7의 3D 도면에서 보이는 바와 같이, 그루브(60)는 주축(X1)으로부터 실질적으로 일정한 반경방향 거리에서 80°보다 대략 약간 더 짧은 원호 상에서 연장되며, 상기 뾰족한 단부(64)에 접근함에 따라 좁아지는 형상을 갖는다. 도 4 및 5에 도시된 바와 같이, 그루브(60)는 제2 입구(58)의 정면을 통과하고, 슬롯(34)이 제1 입구(48) 및 제2 입구(58)의 개구에서 나올 때, 그루브(60)는 제2 입구(58)에 계속적으로 대면하여 상기 제2 입구(58)로부터 슬롯의 내측 단부(38)로의 유체 연통을 개방 유지한다. 제2 입구(58)의 각도 폭(W58)과 그루브(60)의 각도 폭(W60)을 조합할 때, 그루브의 내측 단부(38)는 약 170°의 로터의 회전에 대략 대응하는 연장된 시간 동안에 입구와 유체 연통을 유지한다. 매 360°/N로 펼쳐진 N 블레이드를 갖는 펌프의 일반적인 경우에, 제2 입구 개구(58)의 각도 폭(W58)은 대략 상기 각도 360°/N를 갖고, 그루브(60)의 각도 폭(W60)은 상기 각도 360°/N보다 약간 더 짧다. 좁아지는 형상 대신에, 일정한 폭을 가질 수 있는 그루브(60)에 대한 다른 실시예가 가능하다. 또한, 도면에서, 그루브(60)는 슬롯(34)을 따르는데, 이는 사용시에 슬롯(34)이 우선 입구 전방을 통과하고, 그루브(60)가 따른다는 것을 의미한다.
X1: 주축
S: 내부 공간
C: 챔버
C1: 제1 챔버 - 입구 챔버
C2: 제2 챔버 - 출구 챔버
W58: 입구의 각도 폭
W60: 그루브의 각도 폭
10: 연료 펌프 조립체
12: 이송 펌프 - 블레이드 펌프
14: 고압 펌프
16: 캠박스
18: 캠샤프트
20: 로터
22: 하우징의 내부 플레이트
24: 하우징의 외부 플레이트
26: 라이너
28: 로터의 제1 면
30: 로터의 제2 면
32: 로터의 주변 면
34: 슬롯
36: 외측 개구
38: 내측 단부
40: 블레이드
42: 블레이드의 내측 단부
44: 블레이드의 외측 단부
46: 스프링
48: 입구
50: 출구
52: 팁 에지
54: 팁 에지
56: 블레이드 내측 채널
58: 제2 입구
60: 그루브
62: 그루브의 큰 입구
64: 그루브의 뾰족한 단부 - 폐쇄 단부

Claims (8)

  1. 내부 플레이트(22), 외부 플레이트(24) 및 주변 라이너(26)를 구비한 하우징을 갖는 베인 펌프(12)로서, 상기 주변 라이너(26)는 로터(20)가 주축(X1)을 중심으로 하여 회전하는 내부 공간(S)을 형성하고, 상기 로터(20)는 내부 플레이트(22)에 대해 슬라이딩하는 제1 면(28)과, 상기 외부 플레이트(24)에 대해 슬라이딩하는 제2 면(30)과, 주변 원통형 면(32)을 갖고, 상기 로터(20)는 상기 주변 면(32) 내로 개방되는 복수의 슬롯(34)을 구비하고, 각각의 슬롯(34) 내에는 블레이드(40)가 슬라이딩가능하게 배치되고, 상기 블레이드의 내측 단부(42)에 대해 상기 슬롯의 하부 또는 내측 단부(38)에서 스프링(46)이 압축되어 상기 블레이드(40)를 외측방향으로 가압하여, 상기 블레이드는 상기 슬롯(34) 외부로 돌출하고, 상기 블레이드의 외측 단부(44)는 상기 하우징의 상기 라이너(26)에 대해 슬라이딩함으로써, 상기 로터의 주변 면(32), 상기 라이너(26) 및 상기 블레이드의 외측 단부(44) 사이에 복수의 아치형 챔버(C, C1, C2)를 형성하고, 상기 챔버(C, C1, C2)의 용적은 상기 로터(20)가 회전함에 따라 크고 작게 주기적으로 변화하고,
    상기 블레이드 펌프(12)는 큰 용적 챔버(C1) 내로 개방하는 입구(48)와, 작은 용적 챔버(C2) 내로 개방하는 출구(50)를 더 구비하여, 사용시에 상기 입구(48)에 유입되는 유체가 큰 용적은 충전하고 상기 출구(50)를 향해 압축되어 푸시되고,
    상기 블레이드 펌프(12)는 상기 슬롯의 내측 단부(38) 내로 개방하는 제2 입구(58)를 더 구비하여, 사용시에 상기 유체가 상기 제1 입구(48)를 통해 상기 챔버(C1) 내로 그리고 상기 제2 개구(58)를 통해 스프링이 압축되는 용적 내로 흐르고,
    상기 로터(20)는 제1 측면(28) 내로 파인 그루브(60)를 더 구비하며, 각각의 그루브(60)는 상기 슬롯의 내측 단부(38) 내의 입구 단부(62)에서 개방되며 폐쇄 단부(64)를 향해 상기 제1 측면 내로 연장되어, 사용시에 상기 제2 입구(58)를 통해 유입되는 유체가 상기 슬롯의 내측 단부(38)를 향해 상기 그루브(60) 내로 흐르는 한편, 상기 내측 단부(38)가 상기 제2 입구(58)에 더 이상 대면하지 않는
    것을 특징으로 하는,
    베인 펌프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 입구(58)는 각도 폭(angular width)(W)에 걸쳐 연장되어, 사용시에 상기 슬롯의 내측 단부(28)가 상기 로터의 연장된 회전 각도에 걸쳐 충전되게 하는,
    베인 펌프.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 각도 폭은 2개의 연속적인 슬롯들 사이의 각도의 실질적으로 2/3인,
    베인 펌프.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 개구(58)는 아치형 형상을 갖는,
    베인 펌프.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 그루브(60)는 각도 폭(W60)에 걸쳐 연장되어, 상기 펌프(12)의 작동시에, 상기 슬롯의 내측 단부(38)가 연장된 시간 동안에 충전되게 하는,
    베인 펌프.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 그루브의 각도 폭(W60)은 2개의 연속적인 슬롯(34)들 사이의 각도의 실질적으로 2/3인,
    베인 펌프.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 블레이드(40)는 상기 라이너(26)에 대해 슬라이딩하는 2개의 밀봉 팁 에지(52, 54)와, 유체 연통 채널(56)을 갖는 외측 단부(44)를 가지고 있으며, 상기 유체 연통 채널(56)은 상기 블레이드(40)를 통해 상기 스프링(46)이 압축되는 상기 슬롯의 내측 단부(38) 내로 상기 채널(56)이 개방되는 내측 단부(42)로부터 상기 채널(56)이 상기 팁 에지(52, 54)들 사이로 개방되는 외측 단부(44)까지 연장되는,
    베인 펌프.
  8. 연료 분사 장비 내에 배치되는 연료 펌프 조립체(10)에 있어서,
    상기 연료 펌프 조립체(10)는 저압 탱크로부터 연료를 유도하여 고압 펌프(14)로 전달하기 위한 공급 펌프(12)를 포함하며, 상기 공급 펌프는 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 블레이드 펌프(12)인,
    연료 펌프 조립체.
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