KR20190134717A - 물-연마제 현탁액 절단 시스템 및 물-연마제 현탁액 절단 방법 - Google Patents

Abstract

물-연마제 현탁액 절단 시스템(1)은, 고압에서 물을 제공(301)하기 위한 고압 공급원(3), 고압 공급원(3)에 연결된 고압 도관(5), 고압의 연마제 현탁액(13)을 제공(303)하기 위한 압력 탱크(11), 일시적으로 고압 및 일시적으로 저압이 되도록 설계된 잠금 챔버(21), 및 잠금 챔버(21)로부터 압력 탱크(11)를 재충전(311)하기 위한 재충전 밸브(19)를 포함한다. 여기서, 전달 보조 장치(45)가 잠금 챔버(21)에 고압을 제공하는 방식으로 흡입 측에서 압력 탱크(11)에 유체 연결되며, 전달 보조 장치(45)는 잠금 챔버(21)로부터 재충전 밸브(19)를 통해 압력 탱크(11) 내로 연마제 현탁액을 흡입할 수 있다.

Description

물-연마제 현탁액 절단 시스템 및 물-연마제 현탁액 절단 방법

본 발명은 청구항 제1항의 서문에 명시된 특징을 갖는 물-연마제 현탁액 절단 시스템 및 물-연마제 현탁액 절단 방법에 관한 것이다.

물-연마제 현탁액 절단 시스템은 연마제가 첨가된 고압 워터 제트에 의해 재료를 절단하는데 사용된다. 물-연마제 현탁액 절단 시스템은 연마제가 이미 크게 가속된 물의 출구 노즐 내 또는 출구 노즐에만 도입되는 물-연마제 분사 절단 시스템과 구별되어야 한다. 물-연마제 현탁액 절단 시스템의 경우, 고압수를 먼저 연마제와 혼합한 다음 수성 슬러리를 배출 노즐에서 가속한다. 물-연마제 분사 절단 시스템의 경우, 연마제가 배출 노즐에서만 공급되므로 연마제를 물과 고압으로 혼합하는데 아무런 문제가 없지만, 물-연마제 분사 절단 시스템에 관련하여 연마제-물 비율은 절단력과 함께 매우 제한된다. 또한, 물-연마제 분사 절단 시스템의 경우, 포집된 공기는 절단 제트의 높은 공기 성분뿐만 아니라 워터 제트로 흡입되는 연마제 입자의 비효율적인 가속으로 인해 절단 성능을 저하시킨다. 대조적으로, 물-연마제 현탁액 절단 시스템에서는, 출구 노즐의 상류의 고압의 물이 기포없이 연마제와 혼합되도록 제어되기 때문에 연마제-물 비율을 더 높게 설정하고 더 높은 절삭력을 달성할 수 있다. 따라서, 예를 들어 물 흐름의 일부는 압력 용기로 설계된 연마제 용기를 통해 유도될 수 있다. 이러한 시설은 EP 1 199 136에 공지되어 있다. 이러한 시스템의 기술적 과제는 연마제를 재충전하는 것인데, 연마제 용기는 압력이 없는 상태가 되어야만 충전될 수 있으므로, 이를 위해 설비가 작동을 중단해야만 한다. 그러나, 산업적 적용에서, 연마제를 충전하기 위해 설비를 작동시킬 필요가 없는 연속 절단이 종종 요구된다.

EP 2 755 802 B1 및 WO 2015/149867 A1은 설비의 지속적인 작동을 보장하기 위한 잠금 솔루션을 기술하고 있다. 그러나, 특히 2,000 bar를 초과하는 고압으로 인해, 이러한 잠금 솔루션의 안정적인 개방 및 폐쇄는 기술적인 과제이다. 연마제는 또한 잠금 밸브를 클로깅하거나 막을 수 있다.

본 명세서에 개시된 청구항 제1항에 따른 물-연마제 현탁액 절단 시스템은, 앞서 언급한 솔루션과 비교하여 시스템의 지속적인 작동을 보장하기 위해 잠금 밸브는 클로깅(clogging)되거나 막히지 않으며 신뢰할 수 있는 방식으로 개폐될 수 있다는 이점이 있다. 본 개시의 유리한 실시 예는 종속항, 이하의 설명 및 도면에 기재되어 있다.

본 발명의 제1 측면에 따르면,

-고압에서 물을 제공하기 위한 고압 공급원,

-상기 고압 공급원에 연결된 고압 도관,

-고압의 연마제 현탁액을 제공하기 위한 압력 탱크,

-일시적으로 고압 및 일시적으로 저압이 되도록 설계된 잠금 챔버, 및

-상기 잠금 챔버로부터 상기 압력 탱크를 재충전하기 위한 재충전 밸브를 포함하고,

전달 보조 장치가 상기 잠금 챔버에 고압을 제공하는 방식으로 흡입 측에서 상기 압력 탱크에 유체 연결되며, 상기 전달 보조 장치는 잠금 챔버로부터 재충전 밸브를 통해 압력 탱크 내로 연마제 현탁액을 흡입할 수 있는 것을 특징으로 하는 물-연마제 현탁액 절단 시스템이 제공된다.

여기서, "고압"은 100 bar 초과의 압력을 나타내며 "저압"은 100 bar 미만의 압력을 나타낸다. 저압은 바람직하게는 주변 압력이다. 전달 보조 장치는 고압에 노출되므로 바람직하게는 고압을 위해 설계된다. 전달 보조 장치는 가능한 한 더 적은 연마제가 위치해 있는 압력 탱크의 영역, 예를 들어 압력 탱크의 측면 상부 영역에 유체 연결되어 있지만, 펌핑된 물은 전달 보조 장치의 마모를 촉진하는 연마제를 포함할 수 있다.

선택적으로, 바람직하게는 니들 밸브인 전달 보조 장치 차단 밸브는 전달 보조 장치와 상기 잠금 챔버 사이에 배치된다. 상기 니들 밸브는 압축 디스크를 통해 공압식으로 차단할 수 있다. 여기에서 니들은, 고압 입구에서 밸브 시트를 밀봉식으로 가압하기 위해, 압력 탱크에 연결된 고압 입구와 동축으로 그리고 이와 반대편에 배치될 수 있다.

순환을 생성하기 위해, 전달 보조 장치는 선택적으로 전달 측에서 잠금 챔버의 상부 영역에 유체 연결될 수 있다. 전달 보조 장치는, 바람직하게는 가능한 적은 연마제가 위치되어 전달 보조 장치에 의해 흡입되지 않고 가능한 한 순수한 물이 있는 압력 탱크의 상부 영역에 흡입 측에서 유체 연결된다. 잠금 챔버는 바람직하게는 재충전 밸브의 수직으로 위에 배치되고 압력 탱크는 재충전 밸브의 수직으로 아래에 배치되어, 재충전 밸브가 열리면 연마제는 중력에 의해 보조되는 방식으로 잠금 챔버로부터 재충전 밸브를 통해 압력 탱크로 가라 앉을 수 있다. 전달 보조 장치는 압력 탱크와 잠금 챔버 사이에서 적어도 일시적으로 생성되는 압력 차이에 의해 이러한 수직적인 연마제 흐름을 추진, 보조 및/또는 가속시킬 수 있다. 연마제에 의해 변위되고 전달 보조 장치에 의해 압력 탱크로부터 흡입된 물은 순환을 통해 다시 잠금 챔버로 공급될 수 있다. 출구 측 압력을 갖는 전달 보조 장치는 압력 탱크와 잠금 챔버 사이에 적절한 압력 차를 적어도 일시적으로 생성할 수 있고, 따라서 재충전 밸브를 통한 흐름을 가속화시킨다.

선택적으로, 전달 보조 장치는 저압부 및 고압부를 포함하고, 저압부는 저압, 바람직하게는 대기압이 있는 영역에 위치하며, 고압부는 고압이 있는 영역에 위치한다. 여기에서, 고압부는 저압부에 의해 또는 저압부로부터 고압부로 이어지는 샤프트를 통해 유도적으로 구동될 수 있는 임펠러를 선택적으로 포함할 수 있다. 임펠러의 대안으로, 고압부는 저압부에 의해 구동될 수 있는 피스톤을 포함할 수 있다.

본 발명의 제2 측면에 따르면,

-고압 공급원을 통해 고압 도관에 고압으로 물을 제공하는 단계,

-압력 탱크에 고압의 연마제 현탁액을 제공하는 단계,

-압력 탱크로부터 연마제 현탁액을 제거하면서, 연마제 현탁액을 적어도 부분적으로 포함하는 고압 제트에 의해 재료를 절단하는 단계,

-저압 상태인 잠금 챔버를 연마제로 충전하는 단계,

-잠금 챔버를 고압으로 가압하는 단계, 및

-전달 보조 장치를 통해 연마제 현탁액을 압력 탱크 내로 적어도 일시적으로 흡입하는 동안, 고압 상태인 잠금 챔버로부터 압력 탱크로, 압력 탱크를 연마제로 재충전하는 단계를 포함하는 물-연마제 현탁액 절단 방법이 제공된다.

선택적으로, 지속적인 절단 작업을 보장하기 위해, 충전하는 단계, 가압하는 단계 및 재충전하는 단계는 절단하는 단계 동안 연속적이고 주기적으로 진행된다.

선택적으로, 전달 보조 장치는 니들 밸브 형태의 전달 보조 장치 차단 밸브에 의해 잠금 챔버로부터 일시적으로 차단된다. 이는 바람직하게는 압력 탱크의 재충전 이후에 그리고 저압 상태인 잠금 챔버를 충전하는 단계 이전에 수행되는데, 이는 재충전 작업 이후에 잠금 챔버가 다음 충전 작업을 위해 압력을 배출하기 때문이다. 전달 보조 장치 차단 밸브는 바람직하게는 잠금 챔버가 저압일 때 폐쇄되고, 잠금 챔버가 고압일 때 개방된다.

본 명세서에 개시된 청구항 제1항에 따른 물-연마제 현탁액 절단 시스템은, 앞서 언급한 솔루션과 비교하여 시스템의 지속적인 작동을 보장하기 위해 잠금 밸브는 클로깅(clogging)되거나 막히지 않으며 신뢰할 수 있는 방식으로 개폐될 수 있다는 이점이 있다.

이하, 도면에 도시된 실시 예에 의해 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 물-연마제 현탁액 절단 시스템의 제1 실시 예의 개략적인 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 물-연마제 현탁액 절단 시스템의 제2 실시 예의 개략적인 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 물-연마제 현탁액 절단 시스템의 제3 실시 예의 개략적인 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 물-연마제 현탁액 절단 시스템의 제4 실시 예의 개략적인 블록도이다.
도 5는 본 발명에 따른 물-연마제 현탁액 절단 시스템의 제5 실시 예의 개략적인 블록도이다.
도 6a-c는 본 발명에 따른 물-연마제 현탁액 절단 시스템의 전달 보조 장치의 세 개의 상이한 실시 예의 개략적인 부분 블록도이다.
도 7a-c는 본 발명에 따른 물-연마제 현탁액 절단 시스템의 연마제 흐름 제어의 세 개의 상이한 실시 예의 개략적인 부분 블록도이다.
도 8-12는 본 발명에 따른 물-연마제 현탁액 절단 시스템의 연마제 재충전 장치의 다섯 개의 상이한 실시 예의 개략적인 블록도이다.
도 13은 본 발명에 따른 물-연마제 현탁액 절단을 위한 방법의 실시 예의 개략적인 순서도이다.
도 14는 본 발명에 따른 물-연마제 현탁액 절단 시스템의 실시 예에 따른 잠금 챔버, 압력 탱크 및 고압 도관에서의 압력-시간 다이어그램이다.
도 15a-b는 본 발명에 따른 물-연마제 현탁액 절단 시스템의 일 실시 예에 따른, 두 개의 상이한 개방 위치에서 재충전 밸브를 관통하는 xz-평면에서의 단면도이다.
도 16a-b는 본 발명에 따른 물-연마제 현탁액 절단 시스템의 일 실시 예에 따른, 두 개의 상이한 폐쇄 위치에서 재충전 밸브를 관통하는 xz-평면에서의 단면도이다.
도 17a-b는 본 발명에 따른 물-연마제 현탁액 절단 시스템의 두 개의 다른 실시 예에 따른 폐쇄 위치에서 재충전 밸브를 관통하는 yz-평면의 단면도이다.
도 18a-b는 본 발명에 따른 물-연마제 현탁액 절단 시스템의 일 실시 예에 따른 재충전 밸브의 사시도이다.
도 19a-b는 본 발명에 따른 물-연마제 현탁액 절단 시스템의 개방 위치에서, 두 개의 상이한 실시 예에 따른 니들 밸브 형태의 차단 밸브를 관통하는 단면도이다.

도 1에 도시된 물-연마제 현탁액 절단 시스템(1)은 약 1,500 내지 4,000 bar의 고압 p0 에서 고압 도관(5)에 물을 제공하는 고압 공급원(3)을 포함한다. 고압 도관(5)은 고압 하의 물이 제트(9)에서 매우 빠른 속도로 빠져 나가는 출구 노즐(7)에 연결된다. 제트(9)가 재료를 절단하기 위한 절단 제트로서 효과적으로 사용될 수 있도록, 고압 도관(5)은 고압 도관(5)을 통한 관통 흐름의 적어도 일부가 물-연마제 현탁액(13)이 위치된 압력 탱크(11)를 통과하여 유도되는 방식으로 분기된다. 출구 노즐로의 물-연마제 현탁액(13)의 공급은 차단 밸브(15)를 통해 켜고 끌 수 있다. 제트(9)에서 물-연마제 현탁액(13)의 비율은 스로틀(17)을 통해 조절될 수 있으며, 스로틀링되어 압력 탱크(11)로 유도되는 고압 도관(5)의 보조 라인에서의 처리량에 의하여 조절된다. 스로틀(17)은 예를 들어 홀 플레이트 형태로 정적으로 설계되거나 조절 가능하거나 제어 가능하게 설계될 수 있다. 스로틀(17)은 바람직하게는 조절이 가능하여 스로틀(17)이 압력 탱크(11)로 공급되는 흐름을 차단할 수 있고, 또한 차단 밸브(15) 없이도 완전하게 차단할 수 있다. 스로틀(17)은 바람직하게 조절 가능하며, 연마제 제거 흐름의 특징이며 센서 또는 사용 가능한 작동 파라미터로부터 얻을 수 있는 신호가 스로틀(17)의 개방을 조절하기 위한 제어 변수로서 사용될 수 있다(도 7a-c 참조).

절단시, 물-연마제 현탁액(13)은 압력 탱크(11)로부터 취해지고 물은 고압으로 이것에 공급되며, 따라서 압력 탱크(11) 내에 마련된 연마제는 소비된다. 따라서 압력 탱크(11)는 연속적으로 또는 순차적으로 연마제로 재충전되어야 한다. 이를 위해, 볼 콕 형태의 재충전 밸브(19)가 압력 탱크(11) 위에 배열된다. 재충전 밸브(19)는 재충전 밸브(19) 위에 배치된 잠금 챔버(21)를 압력 탱크(11)에 연결한다. 이어서, 잠금 챔버(21) 위에 배치된 재충전 깔때기(25)를 잠금 챔버(21)에 연결하는 충전 밸브(23)가 잠금 챔버(21) 위에 배치된다. 충전 밸브(23)는 볼 콕 형태의 재충전 밸브(19)와 실질적으로 동일한 구성으로 설계될 수 있다.

재충전 깔때기(25)는 가압 상태가 아니므로, 건조, 습윤 또는 습식 연마제 또는 물-연마제 현탁액을 위로부터 채울 수 있다(도 8 내지 12 참조). 이는 적어도 부분적으로 절단 제트(9)로부터 회수되는 연마제 및 건조, 습식, 냉동, 펠릿 또는 현탁 형태로 전달 장치를 통해 상부에서 재충전 깔때기(25)에 충전될 수 있는 연마제일 수 있다(도 8 내지 도 12 참조). 재충전 밸브(19)가 폐쇄되면, 잠금 챔버(21)는 일시적으로 압력이 없을 수 있다. 예를 들어, 잠금 챔버(21) 내의 압력은 니들 밸브 형태의 압력 릴리프 밸브(27)를 통해 배출부(29)로 방출될 수 있다. 충전 밸브(23)는 가압되지 않은 잠금 챔버(21)에서 개방될 수 있으며, 연마제가 재충전 깔때기(25)로부터 잠금 챔버(21) 내로 떨어지도록 한다. 중력에 의해 연마제를 잠금 챔버(21)로 충전하는 것은 펌프(31)에 의해 보조되거나 가속될 수 있다. 펌프(31)는 흡입 측이 잠금 챔버(21)에 그리고 전달 측이 재충전 깔때기(25)에 연결될 수 있다. 펌프(31)는 잠금 챔버 내로 연마제를 흡입할 수 있다. 무엇보다도, 이는 연마제가 재충전 깔때기(25)의 테이퍼진 하부 영역에서 또는 충전 밸브(23)에서 막히는 경우에 특히 의미가 있다. 펌프(31)에 의해 연마제를 아래쪽으로 흡입함으로써 클로깅이 극복되거나 클로깅의 발생을 방지할 수 있다. 펌프(31)가 고압으로 설계될 필요가 없도록, 니들 밸브 형태의 펌프 차단 밸브(33)에 의해 펌프가 잠금 챔버(21)로부터 차단될 수 있는 것이 유리하다. 펌프 차단 밸브(33)는 여기에서, 예를 들어 니들 밸브 형태의 밸브 시트와 밸브 본체를 연마제가 없이 퍼지하기 위해 퍼지 가능하도록 설계될 수 있다(도 19a-b 참조). 이것에 의해, 펌프 차단 밸브(33)의 밀봉된 폐쇄가 보장되는 한편, 밸브의 재료 마모가 감소된다. 펌프(31)는 상류에 배열된 필터 및/또는 분리기(도시되지 않음)에 의해 연마제로부터 높은 정도로 보호될 수 있다.

펌프 차단 밸브(33)는 잠금 챔버(21)에 이미 압력이 없는 경우에만 개방된다. 이러한 이유로, 펌프 차단 밸브(33)에는 도 19a에 따른 니들 밸브의 제1 실시 예가 사용될 수 있으며, 측면 퍼지 입구 및 이것에 반대편에 배치되는 측면 퍼지 출구가 제공된다. 반대로, 퍼지 입구에 체크 밸브가 제공되는 도 19b에 따른 니들 밸브의 제2 실시 예는 압력 릴리프 밸브(27)에 대해 더 유리하다. 압력 릴리프 밸브(27)는 고압으로 개방되기 때문에, 체크 밸브는 퍼지 입구 방향으로 압력 릴리프를 방지한다. 퍼지 출구는 배출부(29)로 흘러 나갈 수 있어서, 퍼징제의 배출뿐만 아니라 압력 릴리프는 퍼지 입구가 아닌 배출부(29)를 향하여만 수행된다.

잠금 밸브(21)가 예를 들어 1kg의 연마제로 채워지는 즉시 충전 밸브(23)는 폐쇄될 수 있다. 또한, 압력 릴리프 밸브(27) 및 펌프 차단 밸브(33)는 이제 폐쇄된다. 하부 영역의 잠금 챔버(21)는 가압 입구(35)를 포함하며, 이를 통해 잠금 챔버(21)가 가압될 수 있다. 도 1의 실시 예에서 가압 입구(35)는 차단될 수 있는 방식으로 니들 밸브 형태의 가압 밸브(37)를 통해 축압기(39)에 연결되고 스로틀(41, 42)을 통해 고압 도관(5)에 연결된다. 축압기(39)는 가압 밸브(37)의 입구에 병렬로 연결된 스프링 축압기 형태의 두 개의 축압기 유닛을 포함한다. 축압기(39)는 스로틀(41)을 통해 고압 도관(5)에 연결된다. 스로틀(41, 42)은 정적 방식, 예를 들어 홀 플레이트 형태로, 또는 조절 가능하거나 제어 가능한 방식으로 설계될 수 있다. 스로틀(41, 42)이 고압 라인(5)과 압력 입구(35) 사이의 연결이 완전히 차단될 수 있는 정도로 조절될 수 있다면, 가압 밸브(37)는 필요에 따라 생략될 수 있다. 축압기(39)는 잠금 챔버(21)가 가압되기 전에 완전히 압력이 충전된다. 가압 밸브(37)가 개방되자마자, 축압기(39)는 잠금 챔버(21) 내로 압력을 방출하여 고압 공급원(3)에 의해 공칭 고압으로서 고압 도관(5)에 제공되는 고압 p0 의 약 40 % 로 빠르게 가압한다. 이 급속한 부분 가압에 의해 압력 임펄스가 아래로부터 잠금 챔버(21) 내로 도입되고, 상기 압력 임펄스가 연마제를 느슨하게 한다. 이는 나중에 연마제가 압력 탱크(11) 내로 배출되는데 유리하다. 고압 도관(5)은 또한 스로틀(41)을 통해 잠금 챔버(21)에 연결되기 때문에, 스로틀링된, 즉 고압 도관(5)을 통한 더 느린 가압은 가압 밸브(37)의 개방과 함께 일어난다. 축압기(39)가 압력을 방출하자마자, 잠금 챔버(21)의 나머지 요구 압력은 스로틀링된, 즉 고압 도관(5)으로부터의 느린 가압을 통해 공칭 고압 p0 의 약 60 %으로부터 형성된다. 고압 도관(5)에서의 압력 강하의 진폭은 최소로 제한된다.

도 1에 도시된 제1 실시 예에서, 축압기(39)는 압력을 방출한 순간부터 즉시 압력이 충전된다. 이 경우, 고압 도관(5)은 축압기(39)뿐만 아니라 잔류 압력으로 잠금 챔버(21)를 가압한다. 이는 재충전 처리 속도가 축압기(39)의 압력 충전 시간에 의존할 만큼 축압기(39)의 압력 충전이 너무 많은 시간을 소비할 때 특히 유리하다.

도 2에 도시된 제2 실시 예에서, 축압기(39)는 니들 밸브 형태의 축압기 밸브(43)에 의해 차단될 수 있다. 잠금 챔버(21)의 가압 동안 축압기(39)의 가압에 의해 고압 도관(5)에 추가로 부하가 걸리지 않도록 하기 위해, 축압기 밸브(43)는 축압기(39) 자체가 압력을 방출하는 순간에 차단될 수 있다. 이러한 부하는 고압 도관(5)에서 압력 강하를 유발할 수 있으며, 이는 출구 노즐(7)에서의 절단 성능에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 이러한 이유로, 잠금 챔버(21)가 완전히 가압되고 가압 밸브(37)가 닫힐 때까지 축압기 밸브(43)가 개방되지 않는 것이 유리하고, 축압기(39)는 스로틀(41)을 통해 고압 도관(5)으로부터 압력으로 충전될 수 있다. 특히, 이는 재충전 처리 속도가 축압기(39)의 압력 충전 시간에 의존할 만큼 축압기(39)의 압력 충전이 소모적이지 않을 때 유리하다. 잠금 챔버(21)의 충전 및 압력 탱크(11)의 재충전은 일반적으로 축압기(39)의 압력 충전보다 오래 지속될 수 있다. 스로틀(41)은 축압기(39)의 충전이 가능한 느리게 진행되도록 설정/조절될 수 있지만, 잠금 챔버(21)를 가압하기 위한 다음 절차 전에 축압기(39)가 완전히 압력이 충전되기에는 여전히 충분히 빠르다.

도 3에 따른 제3 실시 예에서, 하나는 축압기(39)를 완전히 버리고, 잠금 챔버(21)는 스로틀(41)을 통해 고압 도관으로부터 독점적으로 가압된다. 이것은 예를 들어 서보 펌프 제어를 통한 고압 공급원(3)이 초기 압력 강하에 신속하게 반응할 수 있고 이에 따라 펌프 전력을 신속하게 적응시켜 큰 압력 강하 진폭이 애초에 발생하지 않는 경우에 유리하다. 초기 압력 강하는 압력 센서를 통해 고압 공급원(3)에 전달될 수 있으므로, 고압 공급원(3)은 전력의 증가 또는 속도 증가에 따라 추가 압력 강하를 신속하게 제어할 수 있다. 초기 압력 강하는 이미 스로틀(41)을 통해 감소될 수 있으므로, 어떤 시점에서도 절단력이 크게 저하되는 압력 강하가 발생하지 않는다.

잠금 챔버(21)가 이제 완전히 가압되는 즉시, 재충전 밸브(19)는 개방될 수 있어서, 연마제는 압력 탱크를 재충전하기 위해 중력에 의해 또는 중력의 보조를 받아 잠금 챔버(21)로부터 유출되어 재충전 밸브(19)를 통해 압력 탱크(11) 내로 유입될 수 있다. 전달 보조 장치(45), 예를 들어 펌프 형태가 바람직하게 제공되며, 전달 보조 장치의 흡입 측은 압력 탱크(11)에 연결되고 전달 측은 잠금 챔버(21)에 연결된다. 전달 보조 장치(45)는 잠금 챔버(21)로부터 아래 방향의 압력 탱크(11)로의 연마제 흐름을 보조하거나 생성한다. 연마제의 클로깅을 방지하거나 해제할 수 있으며 중력에 의해 유발되거나 보조되는 재충전 절차를 가속화할 수 있다. 재충전 깔때기(25)상의 펌프(31)와 대조적으로, 압력 탱크(11)상의 전달 보조 장치(45)는 공칭 고압 p0 에서 물로 작동한다. 이러한 이유로 반드시 고압 작동을 위해 설계되어야 한다. 예를 들어, 도 6b에 도시된 바와 같이, 그것은 고압에서 유도식으로 구동되는 임펠러만으로 구성될 수 있어서, 고압에 노출되는 이동 부품의 수가 최소화된다. 전달 보조 장치 차단 밸브(47)는 전달 보조 장치(45)와 잠금 챔버(21) 사이에 배치되며, 니들 밸브 형태의 전달 보조 차단 밸브(47)는 잠금 챔버(21)가 가압되지 않거나 완전히 가압되지 않을 때 잠금 챔버(21)에 대해 펌프(47)를 차단할 수 있다. 전달 보조 차단 밸브(47)는 고압에서 작동되기 때문에 퍼지 입구에 체크 밸브가 있는 도 19b에 따른 퍼지 가능 니들 밸브인 것이 바람직하다.

도 6a-c는 전달 보조 장치(45)에 대한 다른 대안적인 실시 예를 도시한다. 전달 보조 장치(45)는 예를 들어 샤프트에 의해 외부에서 구동되는 임펠러(도 6a 참조) 또는 유도식으로 구동되는 임펠러(도 6b 참조)를 포함할 수 있다. 전달 보조 장치(45)는 또한 피스톤 행정을 통해 연마제가 압력 탱크(11)로 재충전되는 것을 보조할 수 있다(도 6c 참조). 전달 보조 장치(45)는 연속적인 방식으로 또는 일시적으로 제한되거나 펄스화된 방식으로 펌프 또는 전달할 수 있다. 아마도, 연마제가 압력 탱크(11) 내로 유입되는 것은 초기에 보조되는 것만으로 충분하고, 그런 다음에는 중력 보조 방식만으로 충분히 빠른 방식으로 계속된다. 대안적으로 또는 추가적으로, 압력 탱크(11) 내로의 연마제 흐름은 연속적인 방식으로 보조되거나 생성될 수 있다.

상부 입구(49) 및 하부 밸브 출구(51) 외에, 재충전 밸브(19)는 또한 측면 압력 입구(53)를 포함할 수 있다. 움직일 수 있는 밸브 본체가 위치하는 밸브 공간은 압력 입구(53)를 통해 압력을 받을 수 있다. 구체적으로, 밸브 공간의 가압이 없는 경우, 시스템의 작동을 시작할 때 밸브 입구(49) 및 밸브 출구(51)에 대한 매우 높은 압력이 밸브 본체를 밸브 시트 내로 크게 가압하여 밸브 본체가 더 이상 이동할 수 없는 경우일 수 있다. 재충전 밸브(19)의 압력 보상은 측면 압력 입구(53)를 통해 생성될 수 있어서, 작동 시작 후 밸브 본체가 움직일 수 있다.

도 4 및 도 5에 도시된 제4 및 제5 실시 예에서, 재충전 밸브(19)를 위한 퍼징(플러싱)이 제공된다. 이를 위해, 퍼지 공급원(55)은 차단될 수 있는 방식으로 압력 입구(53)에 연결될 수 있다(도 4 참조). 바람직하게는, 고압과 분리되도록 퍼지를 켜고 끌 수 있는 3 개의 퍼지 밸브(57, 59, 61) (플러싱 밸브)가 제공된다. 니들 밸브 형태의 제1 퍼지 밸브(57)는 전달 보조 장치(45)와 압력 입구(53) 사이에 배치된다. 여기에서 퍼지 출구 밸브(59)로도 지칭되는 니들 밸브의 형태의 제2 퍼지 밸브(59)는 측면 퍼지 출구(63)와 배출부(65) 사이에 배치된다. 니들 밸브 형태의 제3 퍼지 밸브(61)는 퍼지 공급원(55)과 압력 입구(53) 사이에 배치된다.

연마제 잔류물로부터 재충전 밸브(19)의 밸브 공간을 자유롭게 하기 위하여, 물 또는 물-퍼징제 혼합물로 재충전 밸브(19)를 퍼지하기 위해 재충전 밸브(19)는 폐쇄되는 것이 바람직하다. 제1 퍼지 밸브(57)는 마찬가지로 전달 보조 장치(45)에서의 압력을 해제시키지 않고 압력 입구(53)로부터 압력이 해제될 수 있도록 폐쇄된다. 제2 퍼지 밸브(59)는 배출부(65)를 향해 개방되어, 남아있을 수 있는 고압이 밸브 공간으로부터 해제될 수 있다. 이제 제3 퍼지 밸브(61)가 개방되면, 물 또는 물-퍼징제 혼합물이 밸브 공간을 통해 배출부(65)로 흐르고 따라서 연마제 잔류물이 없이 퍼지(헹굼)된다. 밸브 공간을 완전히 플러시하고 밸브 본체를 움직일 수 있도록 하기 위해, 재충전 밸브(19)의 퍼징은 완전 무 압력 시스템(1)에서 서비스 절차로서 수행되는 것이 바람직하다.

도 4에 따른 제4 실시 예의 대안으로서, 도 5에 따른 제5 실시 예에서, 퍼지 입구(66)는 압력 입구(53)와 별도로 제공될 수 있다(도 15a-b 및 도 17a-b 참조). 압력 입구(53)는 서보 모터 샤프트(86)에 동축으로 배치될 수 있고 이것의 반대쪽에 배치될 수 있으며, 퍼지 입구(66) 및 퍼지 출구(63)는 서보 모터 샤프트(86)에 대하여 가로지르는 방향으로 서로 동축으로 그리고 각각 반대편에 배치될 수 있다.

퍼지는 3 개의 퍼지 밸브(57, 59, 61)를 역순으로 다시 닫음으로써 완료되며, 즉 제3 퍼지 밸브(61)가 먼저 폐쇄되어 퍼지 흐름이 정지된다. 그런 다음, 제2 퍼지 밸브(59)는 배출부(65)에 대한 밸브 공간을 폐쇄하기 위해 폐쇄된다. 마지막으로, 밸브 공간에 고압이 가해 지도록 제1 퍼지 밸브(57)가 개방될 수 있다. 밸브 공간의 가압은 재충전 밸브(19) 내의 밸브 본체가 밸브 출구(51) 또는 밸브 입구(49)와 밸브 공간 사이의 고압 차에 의해 밸브 시트 내로 크게 가압되고, 밸브 본체를 더 이상 이동할 수 없기 때문에 유리하다. 대조적으로, 밸브 공간의 가압은 압력 균등화를 생성하여, 재충전 밸브(19) 내의 밸브 본체는 이동 가능하게 유지된다.

연마제 제거 흐름의 바람직한 조절(폐-루프 제어)은 도 7a-c에 따른 부분 블록도에 도시되어 있다. 고압 도관(5)의 분기는 연마제를 절단 제트(9)에 혼합하기 위해 연마제 현탁액(13)으로 채워진 압력 탱크(11)를 통해 안내된다. 압력 탱크(11)의 하부 영역에 배치된 제거 위치(68)는 연마제 도관(70)을 통해 출구 노즐(7)에 연결되고, 고압 도관(5)의 분기는 조절 밸브 또는 조절 가능한 스로틀(17)을 통해 압력 탱크(11)의 상부 영역으로 안내된다. 출구 노즐(7)의 상류에 있는 연마제 도관은 압력 탱크(11)의 하류에 있는 고압 도관(5)과 다시 합쳐지고, 절단 제트는 예를 들어 1:9의 연마제 현탁액 대 물의 혼합비를 구성한다. 여기에서, 혼합비는 입구 측 압력 탱크(11)에 연결된 스로틀 또는 조절 밸브(17)를 통해 조절(폐-루프 제어)될 수 있다. 조절 밸브(17)의 최대 개방 위치가 주어지면, 연마제 제거 흐름은 최대이고 혼합 비율은 최대이다. 조절 밸브(17)의 최소 개방 위치 또는 폐쇄 위치(도 7b 또는 7c 참조)가 주어지면, 연마제 제거 흐름은 최소 또는 제로이고, 혼합비는 이에 따라 낮거나 또는 절단 제트(9)는 물만을 포함한다.

이제, 다양한 이유로, 실제 연마제 제거 흐름을 측정하고 조절하는 것이 유리하다. 한편으로, 특정 재료, 공작물 또는 공작물 섹션의 절단을 위한 절단 성능을 달성하기 위해 필요한 만큼의 연마제가 제거되는 특정 혼합 비율이 최적일 수 있다. 불균일한 공작물과 관련하여 절단력은 혼합 비율을 통해 절단 중에 조절할 수 있다. 한편, 연마제 제거 흐름에 따라 압력 탱크(11)를 연마제로 재충전하는 것은 연속적인 절단을 위한 충분한 연마제 현탁액(13)이 압력 탱크(11) 내에 지속적으로 존재하도록 제어될 수 있다. 도 7a-c에서, 압력 탱크(11) 내의 연마제의 네 가지 상이한 충전 높이가 점선 원뿔로 표시되어 있다. 최대 충전 레벨 콘 Fmax 와 최소 충전 레벨 콘 Fmin 사이에 두 개의 추가 충전 레벨 콘 F1 및 F2 가 도시되며, 여기서 Fmax > F1 > F2 > Fmin 이다. 여기서, 전체 시스템(1) 및 특히 압력 탱크(11)에 공기가 전혀 없다는 것을 다시 한번 지적한다. 이는 충전 레벨 콘이 고압의 물에 위치함을 의미한다. 최대 충전 레벨 콘 Fmax 는 압력 탱크(11)로 연마제가 추가로 재충전될 때 재충전 밸브(19)로의 역류가 발생한다는 점에서 정의된다. 최소 충전 레벨 콘 Fmin 은 연마제가 추가로 제거될 때, 출구 측 연마제 도관(70)에서의 연마제 현탁액의 연마제 비율이 감소될 것이라는 점에서 정의된다.

도 7a 및 7b에 도시된 바와 같이, 충전 레벨 센서(72, 74, 76)는 충전 레벨 콘의 도달을 알리기 위해 압력 탱크(11) 상에 배치될 수 있다. 충전 레벨 센서(72, 74, 76)는 예를 들어 초음파 센서, 광학 센서 또는 광 배리어, 전자기 센서 또는 다른 유형의 센서일 수 있다. 여기서, 충전 레벨 센서(72, 74, 76)는 구조에 의한 음(structure-borne sound)의 변화를 통해 충전 레벨 콘의 도달하는 신호를 보낼 수 있는 초음파 센서이다. 상부 충전 레벨 센서(72)는 예를 들어 충전 레벨 콘 F1의 도달 신호를 보내고 타이머를 시작하거나 시점 t1을 정의할 수 있다. 더 낮은 충전 레벨 센서(74)는 예를 들어 충전 레벨 콘 F2의 도달 신호를 보내고 Δt 후에 타이머를 정지시키거나 시점 t2를 정의할 수 있다. 평균 연마제 제거 흐름은 압력 탱크(11)의 알려진 형상 및 충전 레벨 센서(72, 74)의 수직 거리를 통해 ΔV/Δt 또는 ΔV(t2-t1)로서 결정될 수 있다. 세 번째로 가장 낮은 충전 레벨 센서(76)는 최소 충전 레벨 콘 Fmin의 신호를 보낼 수 있고, 압력 탱크(11)가 비워지는 것을 방지하기 위해 차단 밸브(15)의 차단에 즉시 영향을 줄 수 있다. 도 7b에 따르면, 예를 들어 고압 공급원(3)의 펌프 속도와 같은 다른 작동 파라미터는 연마제 제거 흐름 및 그 조절을 조절 밸브(17)에 대한 제어 변수로서 결정하는데 사용될 수 있다. 도 7c에 도시된 바와 같이, 연마제 처리량 또는 혼합비는 연마제 도관(70) 또는 출구 노즐(7)의 상류에서도 적합한 센서(79)에 의해 결정될 수 있고 조절 밸브(17)에 대한 제어 변수로서 사용될 수 있다.

충전 레벨 센서(72, 74)는 또한 재충전 사이클을 제어 또는 순환하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 상부 충전 레벨 센서(72) 위에서, 잠금 챔버(21)의 충전은 충전 레벨 콘 F1과 최대 충전 레벨 콘 Fmax 사이에 맞춰질 수 있다. 유체 레벨 콘이 F1 아래로 떨어지면, 상부 충전 레벨 센서(72)는 잠금 챔버(21)의 충전을 활성화시킬 수 있으며, 하부 충전 레벨 센서(74)가 충전 레벨 콘 F2를 신호할 때 이것이 완전히 충전되고 이와 함께 충전된 잠금 챔버(21)로 부터 압력 탱크(11)로의 재충전을 활성화시킬 수 있다. 이에 따라, 충전 레벨 콘이 최소 충전 레벨 콘 Fmin으로 떨어지는 것을 방지한다. 잠금 챔버(21)의 적어도 하나의 충전이 버퍼로서 최소 충전 레벨 콘 Fmin과 충전 레벨 콘 F2 사이에 맞춰질 수 있다. 소정의 충전 레벨에서 잠금 챔버(21)의 충전을 활성화시키는 것에 대한 대안으로서, 압력 챔버(11)의 재충전이 완료되자마자 잠금 챔버(21)는 즉시 자동으로 다시 채워질 수 있다. 그 후 잠금 챔버(21)로부터의 재충전은 충전 레벨 콘 F2에서만 작동될 필요가 있다. 상부 충전 레벨 센서(72)와 하부 충전 레벨 센서(74) 사이의 수직 거리는 비교적 짧게 선택될 수 있으며, 예를 들어 F1과 F2 사이의 낙하가 잠금 챔버(21)의 충전 절차보다 짧은 시간 동안 지속된다. 더 짧은 수직 거리가 주어지면, 중간 연마제 제거 흐름 ΔV/Δt 또는 ΔV(t2-t1)가 더 빈번하게 결정될 수 있고, 이에 따라 현재 연마제 제거 흐름 dV/dt를 보다 정확하게 나타낼 수 있다.

도 8 내지 도 12는 건조한, 젖은, 촉촉한, 현탁, 냉동, 펠릿 또는 다른 형태의 연마제를 재충전 깔때기(25)로 또는 충전 밸브(23)로 직접 가져올 수 있는 상이한 가능성을 도시한다. 연마제 현탁액이 펌프(80)를 통해 재충전 깔때기(25) 내로 전달되는 프리로딩 용기(78)가 도 8에 제공된다. 재충전 깔때기(25)에 로딩할 때, 가라앉은 연마제에 의해 변위된 물은 재충전 깔때기의 오버플로우(82)를 통해 배출될 수 있다.

건조, 분말형 또는 촉촉한 덩어리의 연마제가 전달 스크류(84) 및/또는 컨베이어 벨트(85)를 통해 재충전 깔때기(25) 내로 전달되는 프리로딩 용기(78)가 도 9에 제공된다. 여기에서도, 재충전 깔때기(25)에 로딩할 때, 가라앉은 연마제에 의해 변위된 물은 재충전 깔때기(25)의 오버플로우(82)를 통해 배출될 수 있다. 연마제는 예를 들어 절단 공정 후에 절단 제트(9)의 폐수로부터 회수 및 가공될 수 있어서, 추가 절단 공정에 이용될 수 있다. 공지 된 물-연마제 현탁액 절단 시스템과 비교하여 본 시스템의 장점은 이러한 재처리된 연마제가 건조될 필요가 없고 축축하거나 임의의 형태로 시스템에 충전될 수 있다는 것이다.

도 10에는 오버플로우(82)가 제공되지 않지만, 재충전 깔때기(25)와 프리로딩 용기(78) 사이의 순환을 포함하고, 재충전 깔때기(25)의 출구 측 펌프(80)는 재충전 깔때기(25)를 연마제로 충전하기 위한 순환을 구동시킨다. 이 경우, 재충전 깔때기(25)는 바람직하게는 폐쇄되어, 펌프(80)가 프리로딩 용기(78)로부터 연마제 현탁액을 흡입할 수 있도록 한다. 이에 의해, 펌프(80)가 도 8에서와 같이 비교적 깨끗한 물을 전달하고 포화 연마제 현탁액은 전달하지 않는 점에서 유리하다. 이에 의해 펌프(80)의 마모가 감소된다. 또한, 연마제 현탁액을 흡입하는 것은 압력을 가하는 것 보다 클로깅이 덜 발생한다. 도 11에 도시된 바와 같이, 연마제를 재충전 깔때기(25) 내로 전달하기 위해 이송 스크류(84) 또한 재충전 깔때기(25)의 입구 측에 배열될 수도 있다. 특히, 이는 프리로딩 용기(78)에 연마제 현탁액이 없고, 건조 분말로서 또는 습한 덩어리 형태인 연마제가 있는 경우에 유리하다.

이송 스크류(84) 또는 펌프(80)를 통한 전달이 충분히 빠르게 이루어지고 제어된 방식으로 충전 밸브(23) 내로 직접 주입될 수 있다면, 충전 깔때기(25)를 완전히 버릴 수 있다(도 12 참조). 잠금 챔버(21)를 충전할 때 연마제에 의해 변위된 물은 펌프 차단 밸브(33)를 통해 잠금 챔버(21)로부터 재충전 깔때기(25) 내로 다시 유도될 수 있다. 이것은 또한 연마제를 잠금 챔버(21) 내로 추가로 적극적으로 흡입하기 위해 도 1 내지 도 5에 따른 펌프(31)에 의해 보조될 수 있다.

물-연마제 현탁액 절단을 위해 본 명세서에 개시된 방법의 일 실시 예에 따른 압력 탱크(11) 내로의 연마제의 재충전은 부분적이고 주기적으로 수행되며, 그 동안 가공될 공작물은 절단 제트(9)로 연속적으로 절단될 수 있다. 도 13은 시간 경과에서의 방법 단계를 도시한다. 첫 번째 단계(301)에서, 고압 공급원(3)을 통해 고압 도관(5)에 고압으로 물이 제공된다. 이와 함께, 압력을 받는 연마제 현탁액도 압력 탱크(11)에 제공된다(303). 이와 함께, 압력 탱크(11)로부터 연마제 현탁액이 제거되는 동안, 연마제 현탁액을 적어도 부분적으로 포함하는 고압 제트(9)에 의해 공작물이 이미 절단될 수 있다(305). 단계들(307 내지 311)은 연속적으로 절단하는 단계(305) 동안 연마제로 압력 탱크(11)를 부분적으로 그리고 주기적으로 재충전하는 역할을 한다. 가압되지 않은 잠금 챔버(21)는 먼저 연마제 또는 연마제 현탁액으로 채워진다(307). 충전하는 동안, 전달 보조 장치(45)는 전달 보조 차단 밸브(47)에 의해 가압되지 않은 잠금 챔버(21)로부터 차단된다. 이어서 펌프(31)는 잠금 챔버(21)로부터 차단된다(308). 이어서, 잠금 챔버는 축압기(39)의 압력 방출에 의해 적어도 부분적으로 가압되고(309), 마지막으로 압력 탱크(11)는 가압된 잠금 챔버(21)로부터 재충전 밸브(19)를 통해 연마제 또는 연마제 현탁액으로 재충전된다(311). 재충전하는 단계(311)에서, 전달 보조 장치(45)는 개방된 전달 보조 차단 밸브(47)를 통해 가압 잠금 챔버(21)에 유체 연결된다. 재충전하는 단계(311)이후에, 다음 충전하는 단계 동안 압력 릴리프 밸브(27)를 통해 배출 챔버(29)로 잠금 챔버(21)를 감압할 수 있도록 하기 위해, 전달 보조 차단 밸브(47)와 가압 밸브(37) 및 재충전 밸브(19)는 차단된다.

잠금 챔버(21)를 충전하는 단계(307) 동안 또는 압력 탱크(11)를 재충전하는 단계(311) 동안 축압기는 스로틀(41)을 통해 고압 도관(5)으로부터 압력으로 충전될 수 있다(313). 축압기(39)로부터 잠금 챔버(21)를 가압하는 단계(309)와 동시에 시작하여, 잠금 챔버(21)는 스로틀(41)을 통해 고압 도관(5)으로부터 적어도 부분적으로 가압될 수 있다(315). 고압 도관으로부터의 이 느린 스로틀을 통해 가압하는 단계(315)는 축압기(39)의 압력 방출에 의해 급속으로 가압하는 단계(309)보다 오래 지속될 수 있다. 다시 말해, 축압기(39)의 압력 방출에 의해 잠금 챔버(21)를 가압하는 단계(309)는 제1 시간 윈도우 A 동안 수행될 수 있고, 고압 도관(5)으로부터 잠금 챔버(21)를 가압하는 단계(315)는 제2 시간 윈도우 B 동안 수행될 수 있으며, 제1 시간 윈도우 A 및 제2 시간 윈도우 B는 바람직하게는 그들의 시작에서 적어도 부분적으로 중첩된다.

축압기의 압력 방출에 의해 잠금 챔버(21)를 가압하는 단계(309)는 잠금 챔버(21) 내에 위치된 연마제가 압력 임펄스에 의해 느슨해지도록 매우 신속하게 수행될 수 있다. 여기서, 축압기(39)의 압력 배출에 의해 잠금 챔버를 가압하는 단계(309)는 바람직하게는 잠금 챔버(21)의 하부 영역에서 수행되는데, 연마제의 클로깅은 상부 영역보다 하부 영역에서 더 가능성이 높기 때문이다.

선택적으로, 잠금 챔버(21)의 가압 입구(35)는 충전하는 단계(307) 및 재충전하는 단계(311) 동안 축압기(39) 및/또는 고압 도관(5)으로부터 차단될 수 있다. 따라서, 축압기(39)의 가압하는 단계(313)는 충전하는 단계(307) 및/또는 재충전하는 단계(311) 동안 수행될 수 있다. 여기에서, 에너지는 예를 들어 스프링 축압기 또는 버블 축압기로서 설계될 수 있는 축압기(39)에서 압축 또는 유체 압축을 통해 저장될 수 있다. 충전하는 단계(307), 가압하는 단계(309) 및 재충전하는 단계(311)는 주기적으로 진행될 수 있지만, 절단하는 단계(305)는 연속적으로 수행될 수 있다.

선택적으로, 축압기(39)의 압력 배출에 의해 잠금 챔버(21)를 가압하는 단계(309) 이후, 축압기(39)는 먼저 축압기 밸브(43)에 의해 고압 도관(5)으로부터 차단될 수 있다. 바람직하게는, 잠금 챔버(21)가 스로틀(41)을 통해 고압 도관(5)으로부터 가압될 때, 축압기 밸브(43)는 축압기(39)를 가압하기 위해 다시 개방될 수 있다.

도 14는 잠금 챔버(21) (상부), 축압기(39) (중간) 및 고압 도관(5) (하부)에서의 시간 t에 따른 압력 p의 예시적인 과정을 도시한다. 가압되지 않은 잠금 챔버(21)의 압력은 우선 여기서 축선 상에 있는 대기압이다. 잠금 챔버(21)는 시점 t0에서 가압하는 단계(309)가 시작되기 전에 이 가압되지 않은 상태에서 채워질 수 있다(307).

시점 t0에서 가압하는 단계(309, 315)가 시작된다. 제1 짧은 시간 윈도우 A=t1-t0 동안, 잠금 챔버(21)는 축압기(39)의 압력 방출로부터 공칭 고압 p0의 40%까지 가압된다(309). 그 후, 축압기(39)는 t1에서 최소로 감압되고, 이어서 도 2의 제2 실시 예에 따른 축압기 밸브(43)를 통해 차단된다. 그러나, 잠금 챔버(21)는 t2에서 공칭 고압 p0에 도달할 때까지 스로틀(41)을 통해 고압 도관(5)으로부터 제2 긴 시간 윈도우 B=t2-t0 내에서 천천히 가압된다(315). 잠금 챔버(21)의 가압 단계(309, 315)은 5초 내지 10초 지속될 수 있다. 잠금 챔버(21)가 t2에서 공칭 고압 p0에 도달하자마자 재충전 단계(311)가 시작될 수 있고, 축압기(39)는 동시에 압력으로 다시 충전(313)될 수 있다. 축압기(39)가 없는 도 3에 따른 실시 예에서, 잠금 챔버(21)는 시간 윈도우 B를 넘어 스로틀(41)을 통해 고압 도관(5)으로부터 완전히 가압된다.

재충전 밸브(19)는 t2와 t3 사이에서 개방되어, 연마제가 압력 탱크(11) 내로 흐를 수 있다. 시점 t3에서, 연마제는 잠금 챔버(21)로부터 압력 탱크(11) 내로 완전히 유입되고 재충전하는 단계(311)가 완료된다. 충전하는 단계(307)를 위해, t4에서 더 낮은 압력이 다시 잠금 챔버(21)에서 우세할 때까지 압력은 릴리프 밸브(27)를 통해 잠금 챔버(21)로부터 배출부(29)로 비교적 빠르게 배출될 수 있다. 그러면, 잠금 챔버(21)를 충전하는 단계(307)로 시작하는 새로운 재충전 사이클이 시작될 수 있다. 축압기(39)는 t2에서부터 가능한 한 느리게 스로틀링되어 고압 도관(5)으로부터 다시 고압으로 충전되어, 가압하는 단계(309)를 위해 t0에서 다시 압력으로 완전히 충전된다. 하부 그래프는 t0에서 가압 밸브(37) 및 t2에서의 축압기 밸브(43)를 개방할 때 고압 도관(5)에서의 압력 강하를 도시한다. 각각의 경우에 압력 강하의 진폭은 스로틀(41)을 통해 절단 제트(9)의 절단 성능이 크게 손상되지 않는 양으로 감소된다.

도 15a 및 도 15b에서, 재충전 밸브(19)는 각각 상이한 개방 위치에서 더욱 상세한 방식의 단면으로 도시되어 있다. 재충전 밸브(19)는 밸브 입구(49) 및 밸브 출구(51)에서 고압으로 작동될 필요가 있기 때문에, 재충전 밸브(19)의 고장 없는 작동은 기술적인 과제이다. 재충전 밸브(19)의 신뢰할 수 있는 개폐는 이제 각각 단독으로 또는 두 개, 세 개 또는 네 개의 서브-측면의 임의의 조합에 의해 재충전 밸브(19)가 연마제에 의해 클로깅되거나 막히지 않도록 기여하는 네 가지의 서브-측면에 의해 보장된다.

바람직하게는 볼 콕으로서 설계된 재충전 밸브(19)는 상부에서 하부까지 수직으로 관통흐름 방향(D)을 가지고 구형 외부 표면을 갖는 중앙에 배치된 밸브 본체(67)를 포함하며, 밸브 본체는 관통흐름 방향(D)에 수직인 회전축(R)에 대해 회전 가능하다. 밸브 본체(67)는 도 15a 및 도 15b에 도시된 개방 위치에서 관통흐름 방향(D)에 평행하고 회전축(R)에 수직인 중심 관통홀(69)을 포함한다. 도 15a에 따른 제1 개방 위치는 밸브 본체(67)가 회전축(R)에 대해 180 °만큼 회전된다는 점에서 도 15b에 따른 제2 개방 위치와 상이하다. 밸브 본체(67)는 상부 밸브 시트(73)와 하부 밸브 시트(75) 사이의 밸브 공간(71)에 안착된다. 상부 밸브 시트(73)는 밸브 입구(49)를 형성하고 하부 밸브 시트(75)는 밸브 출구(51)를 형성한다. 상부 밸브 시트(73) 및 하부 밸브 시트(75)는 서로 동축으로 그리고 수직 관통 방향(D)으로 배열된다. 밸브 공간(71)은 측면 퍼지 입구(66) 및 퍼지 입구(66)의 직경 반대편에 있는 퍼지 출구(63)를 통해 퍼지될 수 있으며, 바람직하게는 완전히 압력이 없는 재충전 밸브(19)가 제공된다.

제1 서브-측면에 따르면, 재충전 밸브(19)는 제1 폐쇄 위치(도 16a), 제1 개방 위치(15a) 및 제2 개방 위치(도 15b)를 가정하는 위치에 있고, 제1 폐쇄 위치(도 16a)에서 잠금 챔버(21)는 압력 탱크(11)로부터 유체 분리되고 제1 및 제2 개방 위치(도 15a-b)에서 잠금 챔버(21)는 압력 탱크(11)에 유체 연결된다. 제1 개방 위치와 제2 개방 위치는 밸브 본체(67)의 대칭성 때문에 서로 구별하기가 어렵다. 밸브 본체(67)는 회전축(R)을 중심으로 한 방향으로 무한정 회전될 수 있으므로 회전 방향의 반전이 기본적으로 필요하지 않으며, 밸브 본체(67)는 이에 필요한 토크가 특정 임계 값을 초과하지 않는 한 하나의 회전 방향으로만 활성화 될 수 있다. 도 16a의 제1 폐쇄 위치는 제1 개방 위치와 제2 개방 위치 사이에 90°로 있다. 이 경우, 제1 폐쇄 위치에 대하여 180°만큼 회전축(R)을 중심으로 회전하는 제2 폐쇄 위치(도 16b 참조)도 있다. 도 16a 및 도 16b에 도시된 폐쇄 위치에서, 관통홀(69)은 관통흐름 방향(D)에 수직인 동시에 회전축(R)에 수직이며, 밸브 본체(67)는 상부 밸브 시트(73)의 밸브 입구(49) 및 하부 밸브 시트(75)의 밸브 출구(51)를 밀봉한다. 여기서, 선택적인 퍼지 입구(66) 및 퍼지 출구(63)는 도시되어 있지 않지만 제공될 수 있다. 따라서, 하나의 이동 방향이 순간적으로 너무 높은 토크를 요구하는 경우, 재충전 밸브(19)를 각각 제1 개방 위치/폐쇄 위치로 또는 제2 개방 위치/폐쇄 위치로 각각 개폐하는 이동 방향에 대한 두 가지 가능성이 항상 존재한다. 따라서, 하나의 이동 방향이 클로깅되거나 막히면, 밸브 본체(67)는 다른 이동 방향으로 이동될 수 있고 밸브(19)는 다른 개방 위치/폐쇄 위치로 가져올 수 있다. 여기서, 클로깅 또는 막힘은 반전에 의해 긍정적인 보조 효과로서 해제될 수 있어서, 다음에 작동될 때 이전에 막힌 이동 방향이 다시 자유로워진다. 재충전 밸브(19)는 또한 예를 들어 밸브 본체(67)가 양 방향으로 작동하기 어려운 경우에 반복적인 왕복 회전에 의해 자유롭게 흔들릴 수 있다.

제2 서브-측면에 따르면, 밸브 공간(71)은 밸브 본체(67)의 폐쇄 위치에서 가압될 수 있다. 이를 위해, 도 17a 및 도 17b에 따르면, 밸브 공간(71)은 압력 입구(53)를 포함하고, 이를 통해 밸브 공간(71)은 밸브 본체(67)의 폐쇄 위치에서 가압될 수 있다. 여기서 압력 입구(53)는 이것의 반대편에 배치된 서보 모터 샤프트(86)와 동축으로 yz-평면 내에 배치된다. 대안적으로, 압력 입구(53)는 또한 수직인 xz-평면에 놓일 수 있으며, 필요할 때 퍼지 입구(66)로서 사용될 수 있다. 밸브 본체(67)는 서보 모터 샤프트(86)를 통해 회전축(R)을 중심으로 회전된다. 먼저 압력이 없는 시스템(1)의 작동을 시작하거나 작동을 다시 시작할 때, 밸브 공간(71)은 초기에 압력이 없다. 압력 탱크(11)와 잠금 챔버(21)가 약 2,000 bar로 가압되면, 밸브 본체(67)는 밸브 공간(71)에서 동시에 낮은 압력이 주어져 입구 측뿐만 아니라 출구 측에서의 고압으로 인해 밸브 시트(73, 75)에 의해 끼일 수 있고 움직이기 어렵거나 전혀 움직일 수 없다. 압력 입구(53)에 의해, 밸브 공간(71)과 밸브 입구(49) 또는 밸브 출구(51) 사이의 압력 차는 작동을 시작할 때 크게 감소될 수 있어서, 밸브 본체(67)가 고압에 의해 걸리지 않도록 한다. 도 17b에서, 상부 밸브 시트(73)는 제4 서브-측면에 따라 조절 장치를 통해 조절 가능한 방식으로 도시되어 있다. 상부 밸브 시트(73)는 외부 나사산을 통해 관통흐름 방향(D)을 중심으로 회전함으로써 z 방향으로 위치가 설정될 수 있다. 회전은 외부로부터 결합면(77)으로 결합되는 레버(88)에 의해 수동으로 수행되거나 또는 모터 구동 방식으로 수행될 수 있다.

제3 서브-측면에 따르면, 밸브 공간은 예를 들어 도 15a-b에 도시된 바와 같이 퍼지될 수 있다. 여기서, 재충전 밸브는 퍼지 입구(66) 및 퍼지 출구(63)를 포함하고, 이를 통해 밸브 공간(71)이 퍼지될 수 있다. 압력 입구(53)는 본 명세서에서 퍼지 입구(66)로서 선택적으로 작용할 수 있다. 이것은 압력이 없는 밸브 공간(71) 또는 완전히 압력이 없는 시스템(1)이 주어지면 퍼지 절차가 수행될 수 있고, 이어서 시스템(1)의 작동이 재개될 때 밸브 공간(71)은 압력 입구(53)를 통해 다시 가압될 수 있어서, 밸브 본체(67)가 고압으로 인해 막히지 않게 되기 때문에, 압력 입구(53)의 제2 서브-측면과 조합하여 특히 유리하다.

제4 서브-측면에 따르면, 재충전 밸브는 입구 측 상부 밸브 시트(73) 및 출구 측 하부 밸브 시트(75)를 포함하고, 밸브 시트(73, 75) 중 적어도 하나는 조절 가능하여, 밸브 시트(73, 75) 상호간의 거리는 조절될 수 있다. 따라서, 재충전 밸브(19)는 한편으로는 밀봉되고 다른 한편으로는 막히지 않도록 최적의 방식으로 조절될 수 있다. 시스템의 작동을 시작할 때, 온도가 변동되고, 연마제 및/또는 재료 마모로 인한 고질적인 막힘이 발생한 경우, 밸브 시트(73, 75) 상호간의 거리를 재조절하는 것이 유리할 수 있다. 이를 위해 시스템을 끄거나 분해할 필요가 없도록 하기 위해, 적어도 하나의 조절 가능한 밸브 시트를 조절하기 위해 레버(88) 형태의 공구가 결합될 수 있는 공구 개구(90)가 도 18a에 도시된 바와 같이 제공될 수 있다. 그러나 바람직하게는, 밸브 시트(73)의 조절은 압력이 없는 시스템(1)에서 제공되는 서비스 절차에서 수행된다. 본 실시 예에서, 입구 측 상부 밸브 시트(73)는 외부 나사산을 통해 관통흐름 방향(D)을 따라 축 방향으로 조절 가능하다. 밸브 시트(73)를 회전시키기 위해, 레버(88)가 외주 측에 배치된 결합면(77, 도 18b 참조) 상에 외부로부터 적용될 수 있다. 재충전 밸브(19)는 따라서 시스템(1)으로부터 분리되거나 분해될 필요가 없다. 따라서 작업자는 지속적인 작동을 보장하기 위해 또는 서비스 절차로서 밸브 시트(73)의 조절을 수행하기 위해 즉시 수동으로 개입할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 재조절은 자동 제어 및/또는 모터를 통한 조절 방식으로 수행될 수 있다.

밸브 본체(67)는 바람직하게는 도시되지 않은 서보 모터를 통해 제어되는 방식으로 회전축(R)을 중심으로 회전된다. 여기서, 모터의 측정 가능한 토크 또는 전력 소비가 모니터링될 수 있어서, 임계 값을 초과하면 회전 방향이 다른 개방 위치 또는 폐쇄 위치로 반전될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 토크 또는 전력 피크는 특정 기간에 걸쳐 기록될 수 있으며, 이 기록에 기초하여 에러 발생 또는 유지 보수 사례가 신호될 수 있다. 예를 들어, 밸브 시트(73)를 재조절할 필요성이 표시될 수 있다.

도 19a 및 도 19b는 예를 들어 하나 이상의 차단 밸브(15, 27, 33, 37, 47)로서 또는 시스템(1)의 다른 위치에서 사용될 수 있는 퍼지 가능한 니들 밸브의 두 개의 실시 예를 도시한다. 도 19a에 따른 니들 밸브는 바람직하게는 니들 밸브가 고압 하에서 개폐될 필요가 없는 곳, 예를 들어 잠금 챔버(21)의 충전을 보조하기 위한 회로에서 펌프 차단 밸브(33)로서 사용되는 경우에 적용된다. 여기서 펌프 차단 밸브(33)는 고압 입구(92)를 포함하며, 이는 고압 입구(92)에 동축으로 배치되고 축 방향으로 위치를 설정할 수 있으며 저압 출구(95)에 대해 차단될 수 있는 니들(94)을 구비한다. 고압 입구(92)와 대향하는 단부에서의 니들(94)은 차단을 위해 밸브 시트(98)에 대해 가압될 수 있는 원뿔 폐쇄면(96)을 포함한다. 고압 입구(92)가 차단되자마자, 저압 출구(95)를 통해 빠져 나가지 않고 고압 입구(92)에 고압을 가할 수 있다. 고압 입구(92)에서 고압이 우세하지 않으면, 펌프 차단 밸브(33)는 고압 입구(92)로부터 저압이 주어진 저압 출구(95)로의 흐름을 허용하기 위해 개방될 수 있다.

도 19a 및 도 19b에 따른 니들 밸브는 또한 퍼지 입구(100)를 포함하고, 이를 통해 개방된 니들 밸브를 퍼지할 수 있으며, 퍼징 유체, 즉 물 또는 세정 첨가제를 포함하는 물은 저압 출구(95)를 통해 유출될 수 있다. 특히, 가능한 적은 재료 마모로 깨끗한 폐쇄를 보장하기 위해 밸브 시트(98) 및 폐쇄면(96)은 퍼징 유체의 관통흐름에 의해 연마제 잔류물이 제거될 수 있다. 바람직하게는, 니들 밸브는 재충전 밸브(19)의 폐쇄 절차 직전에 퍼지될 수 있다. 도 19b는 퍼지 입구(100)에 체크 밸브(102)를 갖는 니들 밸브를 도시한다. 체크 밸브(102)는 퍼지 입구(100) 내로의 역류를 방지하고 니들 밸브 방향으로 퍼징 유체의 흐름만을 허용한다. 이는 고압 입구(92)에서 고압이 우세할 때 밸브가 개방되기 때문에, 니들 밸브가 예를 들어 하나 이상의 차단 밸브(15, 27, 37, 47)로 사용되는 경우에 유용하다. 체크 밸브(102)가 없으면, 이 고압은 퍼지 입구(100) 내로 적어도 부분적으로 배출되어 퍼지 입구(100) 내로의 역류를 야기할 것이다. 체크 밸브(102)는 이를 방지하여 저압 출구(95)를 통한 깨끗한 압력 방출 허용한다. 이 경우 저압 출구(95)는 또한 고압 출구(95)가 될 수도 있다. 예를 들어, 저압 출구(95)는 압력 릴리프 밸브(27)의 경우 배출부(29)에 연결된다. 그러나 가압 밸브(37)의 경우, 고압 출구(95)는 이를 고압으로 하기 위해 잠금 챔버(21)의 가압 입구(35)에 연결된다.

니들 밸브는 바람직하게는 가압 디스크(미도시)를 통해 공압식으로 작동된다. 원뿔 폐쇄면(96)의 형태로 니들 팁에 작용하는 고압에 대응할 수 있도록, 공기압은 훨씬 큰 프레싱 디스크에 적용될 수 있으므로, 니들 밸브는 몇 바의 공기압으로 1,500 bar 이상의 고압에 대해 밀봉된 방식으로 닫히고 유지될 수 있다.

"제1 ", "제2 ", "제3 "등과 같은 구성 요소 또는 이동 방향의 번호 표시는 여기서 구성 요소 또는 이동 방향을 서로 구별하기 위해 순전히 무작위로 선택되었으며, 임의로 다른 방식으로 선택할 수도 있다. 그러므로 이것들은 중요한 계층 구조를 수반하지 않는다.

본 명세서에 기술되고 본 설명에 비추어 당업자에게 명백한 것으로 보이는 파라미터, 구성 요소 또는 기능의 동등한 실시 예는 이들이 명백하게 기술된 것처럼 본 명세서에 포함된다. 따라서, 청구 범위의 보호 범위는 또한 동등한 실시 예를 포함하는 것이다. 선택적, 유리한, 바람직한, 필요한 또는 유사하게 "할 수 있는"-특징으로 표시되는 특징은 선택적이며 보호 범위를 제한하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

설명된 실시 예는 예시적인 예로서 이해되어야 하고 가능한 대안의 전체 목록을 나타내지는 않는다. 실시 예의 프레임 워크 내에 개시된 모든 특징은 그 특징이 설명된 실시 예와 독립적으로 단독으로 또는 하나 이상의 다른 특징과 조합하여 사용될 수 있다. 적어도 하나의 실시 예가 여기에서 설명되고 도시되지만, 이 설명에 비추어 당업자에게 명백한 것으로 보이는 수정 및 대안의 실시 예는 본 개시의 보호 범위에 포함된다. 또한, 본 명세서에서 "포함하다"라는 용어는 추가되는 추가 특징 또는 방법 단계를 배제하지 않으며, "하나"가 복수를 배제하는 것도 아니다.

1 : 물-연마제 현탁액 절단 시스템 3 : 고압 공급원
5 : 고압 도관 7 : 출구 노즐
9 : 절단 제트 11 : 압력 탱크
13 : 물-연마제 현탁액 15 : 차단 밸브
17 : 스로틀 19 : 재충전 밸브
21 : 잠금 챔버 23 : 충전 밸브
25 : 재충전 깔때기 27 : 압력 릴리프 밸브
29 : 배출부 31 : 펌프
33 : 펌프 차단 밸브 35 : 가압 입구
37 : 가압 밸브 39 : 축압기
41 : 스로틀 42 : 스로틀
43 : 축압기 밸브 45 : 전달 보조 장치
47 : 전달 보조 장치 차단 밸브 49 : 밸브 입구
51 : 밸브 출구 53 : 압력 입구
55 : 퍼지 공급원 57 : 퍼지 밸브
59 : 제2 퍼지 밸브 또는 퍼지 출구 밸브 61 : 제3 퍼지 밸브
63 : 퍼지 출구 65 : 배출부
66 : 퍼지 입구 67 : 밸브 본체
68 : 제거 위치 69 : 관통공
70 : 연마제 도관 71 : 밸브 공간
72 : 충전 레벨 센서 73 : 입구 측 밸브 시트
74 : 충전 레벨 센서 75 : 출구 측 밸브 시트
76 : 충전 레벨 센서 77 : 결합면
78 : 프리로딩 용기 80 : 펌프
82 : 오버플로우 84 : 전달 스크류
85 : 컨베이어 벨트 86 : 서보 모터 샤프트
88 : 레버 90 : 공구 개구
92 : 고압 입구 94 : 니들
95 : 저압 출구/고압 출구 96 : 원뿔 폐쇄면
98 : 밸브 시트 100 : 퍼지 입구
102 : 체크 밸브
301 : 고압 도관에 고압으로 물을 제공하는 단계
303 : 압력 탱크에 압력을 받는 연마제 현탁액을 제공하는 단계
305 : 고압 제트에 의해 재료를 절단하는 단계
307 : 가압되지 않은 잠금 챔버를 연마제 또는 물-연마제 현탁액으로 충전하는 단계
308 : 잠금 챔버로부터 펌프를 차단하는 단계
309 : 축압기의 압력 방출에 의해 잠금 챔버를 가압하는 단계
311 : 압력 탱크를 연마제로 재충전하는 단계
313 : 압력 탱크에 압력을 충전하는 단계
315 : 스로틀을 통해 고압 도관에서 잠금 챔버를 가압하는 단계
A : 제1 시간 윈도우 B : 제2 시간 윈도우
R : 회전축 D : 관통흐름 방향
F1 : 충전 레벨 콘 F2 : 충전 레벨 콘
Fmax : 최대 충전 레벨 콘 Fmin : 최소 충전 레벨 콘

Claims (13)

1. 물-연마제 현탁액 절단 시스템(1)으로서,
   -고압에서 물을 제공(301)하기 위한 고압 공급원(3),
   -상기 고압 공급원(3)에 연결된 고압 도관(5),
   -고압의 연마제 현탁액(13)을 제공(303)하기 위한 압력 탱크(11),
   -일시적으로 고압 및 일시적으로 저압이 되도록 설계된 잠금 챔버(21), 및
   -상기 잠금 챔버(21)로부터 상기 압력 탱크(11)를 재충전(311)하기 위한 재충전 밸브(19)를 포함하고,
   전달 보조 장치(45)가 상기 잠금 챔버(21)에 고압을 제공하는 방식으로 흡입 측에서 상기 압력 탱크(11)에 유체 연결되며, 상기 전달 보조 장치(45)는 상기 잠금 챔버(21)로부터 상기 재충전 밸브(19)를 통해 상기 압력 탱크(11) 내로 연마제 현탁액을 흡입하는 위치에 있는 것을 특징으로 하는 물-연마제 현탁액 절단 시스템(1).
2. 제1항에 있어서, 전달 보조 장치 차단 밸브(47)가 상기 전달 보조 장치(45)와 상기 잠금 챔버(21) 사이에 배치되는 물-연마제 현탁액 절단 시스템(1).
3. 제2항에 있어서, 상기 전달 보조 장치 차단 밸브(47)는 니들 밸브인 물-연마제 현탁액 절단 시스템(1).
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전달 보조 장치(45)는 전달 측에서 상기 잠금 챔버(21)의 상부 영역에 유체 연결되는 물-연마제 현탁액 절단 시스템(1).
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전달 보조 장치(45)는 흡입 측에서 상기 압력 탱크(11)의 상부 영역에 유체 연결되는 물-연마제 현탁액 절단 시스템(1).
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전달 보조 장치(45)는 저압부 및 고압부를 포함하는 물-연마제 현탁액 절단 시스템(1).
7. 제6항에 있어서, 상기 고압부는 임펠러를 포함하는 물-연마제 현탁액 절단 시스템(1).
8. 제7항에 있어서, 상기 임펠러는 상기 저압부를 통해 유도적으로 구동될 수 있는 물-연마제 현탁액 절단 시스템(1).
9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 임펠러는 상기 저압부로부터 상기 고압부로 이어지는 샤프트를 통해 구동될 수 있는 물-연마제 현탁액 절단 시스템(1).
10. 제6항에 있어서, 상기 고압부는 상기 저압부에 의해 구동될 수 있는 피스톤을 포함하는 물-연마제 현탁액 절단 시스템(1).
11. 물-연마제 현탁액 절단 방법으로서,
    -고압 공급원(3)을 통해 고압 도관(5)에 고압으로 물을 제공하는 단계(301),
    -압력 탱크(11)에 고압의 연마제 현탁액(13)을 제공하는 단계(303),
    -상기 압력 탱크(11)로부터 상기 연마제 현탁액(13)을 제거하면서, 상기 연마제 현탁액을 적어도 부분적으로 포함하는 고압 제트(9)에 의해 재료를 절단하는 단계(305),
    -저압 상태인 상기 잠금 챔버(21)를 연마제로 충전하는 단계(307),
    -상기 잠금 챔버(21)를 고압으로 가압하는 단계(309), 및
    -전달 보조 장치(45)를 통해 연마제 현탁액을 상기 압력 탱크(11) 내로 적어도 일시적으로 흡입하는 동안, 고압 상태인 상기 잠금 챔버(21)로부터 상기 압력 탱크(11)로, 상기 압력 탱크(11)를 연마제로 재충전하는 단계(311)를 포함하는 물-연마제 현탁액 절단 방법.
12. 제11항에 있어서, 니들 밸브 형태의 전달 보조 장치 차단 밸브(47)에 의해 상기 잠금 챔버(21)로부터 전달 보조 장치(45)를 차단하는 단계를 더 포함하는 물-연마제 현탁액 절단 방법.
13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 충전하는 단계(307), 상기 가압하는 단계(309) 및 상기 재충전하는 단계(311)는 상기 절단하는 단계(305) 동안 연속적으로 그리고 주기적으로 진행되는 물-연마제 현탁액 절단 방법.

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