KR20240036597A

KR20240036597A - 고압 플런저 펌프 및 고압 플런저 펌프의 용도

Info

Publication number: KR20240036597A
Application number: KR1020247004505A
Authority: KR
Inventors: 헬미그 부르크하르트
Original assignee: 함멜만 게엠베하
Priority date: 2021-07-29
Filing date: 2022-05-05
Publication date: 2024-03-20
Also published as: WO2023006270A1; CN117769623A; IL310146A; EP4377571A1; DE102021119690A1

Abstract

고압 플런저 펌프(2)에 관련된 본 발명은, 작업 챔버(31) 및 축 방향 전후로 이동하도록 배치된 플런저(32)가 있는 적어도 하나의 플런저 장치(3); 적어도 하나의 고압 라인(41) 및 적어도 하나의 저압 라인(42)을 포함하는 밸브 하우징(4)에 연결된 적어도 하나의 제1 제어 밸브(5) 및 적어도 하나의 제2 제어 밸브(6);를 포함하되, 상기 고압 라인(41)은 상기 제1 제어 밸브(5)에 의해 밀봉 가능한 방식으로 상기 작업 챔버(31)와 연결되고, 상기 저압 라인(42)은 상기 제2 제어 밸브(6)에 의해 밀봉 가능한 방식으로 작업 챔버(31)와 연결되고, 상기 밸브 하우징(4)은 상기 고압 라인(41)으로 개방되는 고압 연결부(43)을 구비하되, 상기 적어도 하나의 제1 제어 밸브(5) 및 상기 적어도 하나의 제2 제어 밸브(6)는, 고압 상태에서 상기 밸브 하우징(4)의 상기 고압 연결부(43)을 통해 공급되는 유체가 상기 제1 제어 밸브(5)가 개방될 때 상기 작업 챔버(31)로 공급되고, 상기 플런저(32)가 구동된 후 상기 적어도 하나의 제2 제어 밸브(6)의 저압 연결부(61)를 통해 배출될 수 있는 방식으로 제어 유닛(7)을 통해 작동될 수 있고, 상기 적어도 하나의 플런저(32)가 제1 구동축을 통해 발전기(11)에 연결될 수 있다.

Description

고압 플런저 펌프 및 고압 플런저 펌프의 용도

본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 고압 플런저 펌프 및 이러한 고압 플런저의 용도에 관한 것이다.

일반적인(generic) 고압 플런저 펌프(high-pressure plunger pump)는 예를 들어 DE 10 2016 124 422 A1에 공지되어 있다.

일반적인 고압 플런저 펌프는 최대 4000 bar까지의 작동 압력(working pressures)을 생성하는 데 사용된다. 이를 위해 고압 플런저 펌프는 한 개 이상의 진동적으로(oscillatingly) 구동 가능한(drivable) 플런저를 갖고 있으며, 각 플런저는 흡입 밸브로서 설계된 제어 밸브를 통해 플런저 펌프의 작업 챔버(working chamber)로 유체 부피(volume of fluid)를 흡입하고, 출구 밸브(outlet valve)를 통해 고압으로 이를 배출한다. 플런저는 구동 장치(예를 들어, 전기 모터)에 의해 구동될 수 있는 구동축(driveshaft)에 의해 구동된다.

이러한 고압 플런저 펌프는 실제로 실용적으로 사용되었다.

본 발명의 목적은 일반적인 고압 플런저 펌프를 더 넓은 응용 분야에 적용할 수 있도록 하는 것이다.

이러한 목적은 청구항 제1항의 특징을 갖는 고압 플런저 펌프에 의해 해결된다.

본 발명에 따른 고압 플런저 펌프는 작업 챔버(working chamber)를 갖는 적어도 하나의 플런저 장치(plunger arrangement)를 구비하며, 상기 작업 챔버 내에서 축 방향(axially) 전후로 이동하도록 배치된(arranged) 플런저를 구비한다.

고압 플런저 펌프는 또한 적어도 하나의 제1 제어 밸브와 적어도 하나의 제2 제어 밸브를 구비하며, 상기 두 제어 밸브는 적어도 하나의 고압 라인(high-pressure line) 및 적어도 하나의 저압 라인(low-pressure line)을 구비하는 밸브 하우징(valve housing)에 연결된다.

고압 라인(high-pressure line)은 제1 제어 밸브에 의해 밀봉 가능한(sealable) 방식으로 작업 챔버에 연결된다. 저압 라인(low-pressure line)은 제2 제어 밸브에 의해 밀봉 가능한(sealable) 방식 작업 챔버에 연결된다. 밸브 하우징(valve housing)은 고압 라인(high-pressure line)으로 개방되는 고압 연결부(high-pressure connection)를 구비한다.

적어도 하나의 제1 제어 밸브 및 적어도 하나의 제2 제어 밸브는 고압 상태에서(under high-pressure) 밸브 하우징(valve housing)의 고압 연결부(high-pressure connection)를 통해 공급되는 유체가 작업 챔버로 공급되고, 플런저가 구동된 후 적어도 하나의 제2 제어 밸브의 저압 연결부를 통해 배출될 수 있도록 제어 유닛(control unit)을 통해 작동될 수 있으며, 적어도 하나의 플런저는 구동축(driveshaft)를 통해 발전기에 결합된다.

본 발명에 따른 고압 플런저 펌프에 의하면, 제어 유닛(control unit)을 통해 별도로 제어할 수 있는 제어 밸브로 설계함으로써, 에너지 회수를 위해 고압 플런저 펌프를 사용할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 제어 밸브(control valves)의 제어는 고압 하의 유체를 제공하는 대신 또는 추가로 고압 플런저 펌프의 작동 모드를 사실상(virtually) 역전시키는 데 사용될 수 있으므로, 고압 하의 유체가 고압 라인을 통해 고압 플런저 펌프의 작업 챔버로 공급되어 적어도 하나의 플런저를 구동하고, 이는 다시 구동축을 통해 발전기에 결합되어 감압 공정 중에 생성되는 팽창 에너지의 적어도 일부를 회수할 수 있다.

본 발명의 유리한 실시예의 변형은 종속항의 주제이다.

유리한 실시 예에 따르면, 각각 하나의 플런저가 있는 적어도 세 개, 특히 다섯 개의 플런저 장치(plunger arrangements)가 구비되며, 각각의 플런저에는 제1 제어 밸브와 제2 제어 밸브가 할당된다.

별도로 제어 가능한(controllable) 제어 밸브(control valves)를 구비한 적어도 세 개의 플런저 장치(plunger arrangements)의 배치(arrangement)는 고압 플런저 펌프의 간단하고 신뢰성 있는(reliable) 작동(operation)으로 발전기를 구동할 수 있게 한다.

또 다른 실시 예에 따르면, 적어도 하나의 제1 제어 밸브와 적어도 하나의 제2 제어 밸브는 제어 유닛(control unit)에 의해 입구 밸브(inlet valve) 및 출구 밸브(outlet valve)로서 모두 작동될 수 있다. 발전기는 바람직하게(preferably) 모터로도 작동될 수 있다.

이는 고압 플런저 펌프를 압력 조절 시스템(pressure control system)에 사용할 수 있게 하며, 예를 들어 고압 플런저 펌프는 작동 유체(working fluid)에서 필요한 작업 압력(working pressure)을 생성하고 공정 조립체(process assembly)를 제공하고, 둘째로(secondly), 공정 조립체로부터 초과된(excess) 고압을 흡수하고 팽창 에너지(expansion energy)를 출구 밸브(drain valve)를 통해 외부로 배출하지 않고 전기 에너지(electrical energy)로 변환할 수 있다.

유리한 실시예에 따르면, 제어 밸브(control valves)는 공기압식으로(pneumatically), 전기식으로(electrically), 또는 유압식(hydraulically)으로 작동할 수 있다.

바람직한 실시예에 따르면, 제어 유닛(control unit)은 하나 이상의 센서와 연결되며, 각 센서는 고압 플런저 펌프의 하나 이상의 작동 파라미터 데이터(operating parameter data), 특히 구동축(driveshaft)의 회전 위치(rotational position), 고압 라인 및/또는 저압 라인 내 유체의 압력을 제공한다.

이러한 작동 파라미터(operating parameters)를 제공함으로써, 제어 유(control unit)에 의한 제어 밸브(control valves)의 제어가 향상된다.

바람직한 실시예에 따르면, 제어 유닛(control unit)은 외부 작동 파라미터 데이터(external operating parameter data), 특히 고압 플런저 펌프의 공정 조립체 업스트림(upstream)의 데이터를 기록하기 위한 적어도 하나의 데이터 인터페이스(data interface)를 구비한다.

이러한 외부 작동 파라미터 데이터는 예를 들어, 업스트림 공정(upstream process)의 시스템 압력일 수 있다.

고압 플런저 펌프의 다른 실시예에 따르면, 고압 플런저 펌프는, 작업 챔버(working chamber)를 갖는 제2 플런저 장치(plunger arrangement) 및 작업 챔버에서 축 방향으로 전후로 이동하도록 배치된 플런저, 적어도 하나의 고압 라인 및 적어도 하나의 저압 라인을 갖는 밸브 하우징(valve housing)에 연결되는 적어도 하나의 압력 밸브(pressure valve) 및 적어도 하나의 흡입 밸브(suction valve)를 구비한다.

고압 라인은 압력 밸브(pressure valve)에 의해 밀봉 가능한 방식(sealable manner)으로 작업 챔버에 연결되고 저압 라인은 흡입 밸브(suction valve)에 의해 밀봉 가능한 방식으로 작업 챔버에 연결되며, 적어도 하나의 플런저는 제2 구동축을 통해 제3 구동축에 연결되고, 또한 제3 구동축은 제1 구동축에 연결된다.

이러한 고압 플런저 펌프의 설계는 작업 유체(working fluid)의 압력이 제2 플런저 장치의 사용에 의해 압력이 증가될 수 있으며, 제2 플런저 장치의 플런저를 구동하기 위한 에너지는 적어도 부분적으로(partially) 또는 완전히(completely) 제1 플런저 장치에 주입된 고압 작업 유체의 팽창으로부터 획득할 수 있으며, 이는, 제1 구동축을 구동하고 제3 구동축을 통해 연결됨으로써 제2 구동축으로 전달될 수 있다.

본 발명에 따른 유압식(hydraulic) 공정 조립체(process assembly)에서 압력 조절용 고압 플런저 펌프의 용도는, 고압 플런저 펌프가 앞의 청구항 중 하나에 따라 설계되고, 고압 플런저 펌프가 공정 조립체에 연결되어 펌핑 동작(pumping operation) 시 고압 플런저 펌프가 미리 정해진 고압으로 유체를 공정 조립체에 공급하고, 제어 밸브가 제어 유닛을 통해 제어되어 적어도 하나의 플런저가 모터-구동(motor-driven) 구동축에 의해 구동되도록 하는 것을 특징으로 한다.

고압 플런저 펌프의 모터 작동 시, 유체는 고압 라인을 통해 미리 정해진 고압으로 공급되고 제어 밸브는 제어 유닛을 통해 제어되어 구동축이 적어도 하나의 플런저에 의해 구동되고 구동축이 발전기에 연결되어 전기를 생성하는 방식으로 제어된다.

유압식 공정 조립체에서 압력 조절용 고압 플런저 펌프의 추가적인 용도는, 고압 플런저 펌프가 상술한 바와 같이 설계된 경우, 고압 플런저 펌프는 고압 라인을 통해 유압식 공정 조립체에 의해 미리 정해진 고압으로 고압 플런저 펌프에 유체가 공급되도록 공정 조립체에 결합되고, 제어 밸브(control valves)는 적어도 하나의 플런저에 의해 구동축이 구동되도록 제어 유닛(control unit)를 통해 제어되며, 구동축은 전기를 생성하기 위해 발전기에 연결된다.

예를 들어, 압력 완화 밸브(pressure relief valve)를 대체하는 용도로 사용되는 경우, 압력 완화 밸브의 초과 고압이 사용되지 않고 환경으로 방출되는 반면, 고압 플런저 펌프를 사용하는 것은 이 초과 압력이 고압 플런저 펌프를 통해 에너지 회수에 사용된다는 것을 의미한다.

바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 고압 플런저 펌프를 구비하는 에너지 회수 장치(energy recovery arrangement)의 개략적인 등척도이다.
도 2는 개별적으로 제어가 가능한 제어 밸브가 있는 밸브 하우징이 배치된 플런저 장치의 등척도이다.
도 3은 플런저 장치를 통하는 단면도이다.
도 4는 고압 플런저 펌프의 추가적인 설계 변형의 개략적인 등척도이다.
도 5는 도 4에 도시된 고압 플런저 펌프의 플런저 장치를 통하는 단면도이다.

다음의 도면의 설명에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후 등의 용어는 각각의 도면에서 선택된 고압 플런저 펌프, 플런저, 작업 챔버, 밸브 하우징, 제어 밸브, 발전기 등의 예시적인 표현과 위치만을 지칭한다. 이러한 용어는 제한적으로 이해되어서는 안 되며, 즉 이러한 참조는 상이한 작업 위치 또는 거울 대칭 설계 등으로 인해 변경될 수 있다.

도 1에서 참조번호 1은, 에너지 회수 장치(energy recovery arrangement)의 변형을 지정하기 위해 사용된다.

이 에너지 회수 장치(1)의 중심 구성 요소는 고압 플런저 펌프(2)이며, 이것은 바람직하게 클러치(clutch)(12)가 개재된(interposition) 상태에서 제1 구동축을 통해 발전기(11)에 연결된다. 에너지 회수 장치(1)의 프레임(13)은 고압 플런저 펌프(2), 클러치(12) 및 발전기(11)를 고정하는 역할을 한다.

도시된 예시적인 실시예에서, 고압 플런저 펌프(2)는 도 3의 단면도에 예시된 바와 같이, 각각 작업 챔버(31)와 상기 작업 챔버(31)내에서 축방향(axially) 전후로 이동하도록 배치된 플런저(32)를 갖는 5개의 플런저 장치(3)를 구비한다.

원칙적으로 이러한 플런저 장치(3)가 하나만 있는 고압 플런저 펌프(2)도 생각할 수 있다.

각각의 플런저 장치(3)에는, 밸브 하우징(4)에 연결된 제1 제어 밸브(5) 및 제2 제어 밸브(6)가 제공된다.

밸브 하우징(4)은 제1 제어 밸브(5) 각각을 위한 고압 라인(41)과 제2 제어 밸브 각각을 위한 저압 라인(42)을 구비한다.

고압 라인(41)과 저압 라인(42)는 각각의 제어 밸브(5, 6)로부터 멀리 떨어진 단부(end)에서 플런저 장치(3)의 작동 챔버(31)에 연결된다.

밸브 하우징(4)은 또한 고압 라인(들)(41) 내로 개방되고, 고압 상태에서(under high pressure) 유체를 공급하거나 배출하기 위해 사용되는 고압 연결부(43)를 구비한다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 각각의 제2 제어 밸브(6) 상에는 추가적인 유체 연결부(61)가 제공된다.

적어도 하나의 제1 제어 밸브(5) 및 적어도 하나의 제2 제어 밸브(6)는 밸브 하우징(4)의 고압 연결부(43)를 통해 공급되는 고압 유체가 작업 챔버(31)로 공급될 수 있도록 제어 유닛(control unit)(7)을 통해 작동될 수 있으며, 플런저(32)가 구동된 후 적어도 하나의 제2 제어 밸브(6)의 저압 연결부(61)를 통해 배출될 수 있다.

적어도 하나의 플런저(32)는 전술한 바와 같이 구동축(9)을 통해 발전기(11)에 연결된다.

고압 플런저 펌프(2)는, 제어 밸브들(5, 6)이 제어 유닛(7)에 의해 입구 밸브와 출구 밸브로서 모두 작동될 수 있는 것을 특징으로 한다.

이는, 고압 플런저 펌프(2)가 에너지 회수 및 고압 하의 유체 공급되는 것 모두를 작동할 수 있게 한다.

제어 밸브들(5, 6)는 바람직하게는 공압식으로(pneumatically) 작동 가능하다. 또한 전기식(electric) 또는 유압식(hydraulic) 구동을 사용하여 제어 밸브들(5, 6)을 작동시키는 것도 생각할 수 있다.

입구 밸브(inlet valve)와 출구 밸브(outlet valve) 모두로 제어될 수 있는 제어 밸브들(5, 6)을 구비하는 고압 플런저 펌프(2)를 갖추는 것(equipping)은, 에너지 회수를 위한 고압 플런저 펌프(2)를 사용하는 것을 가능하게 한다.

이러한 유형의 에너지 회수는 현재 수력 또는 펌픽식 축전 플랜트에 사용되는 터빈(tubines), 예를 들어, 해수 역삼투 시스템(seawater reverse osmosis systems)에 사용되는 축방향(axial) 피스톤 모터로 알려져 있다. 이러한 상술한 적용(applications)은 보통 100 bar 까지의 압력 범위에서 이루어진다.

이러한 펌프 시스템(pump systems)은 200 bar 이상의 고압에서는 사용하기에 적합하지 않다.

제어 밸브(5, 6)의 향상된 작동을 위해, 제어 유닛(7)은 바람직하게, 하나 이상의 센서와 연결되며, 각 센서는 고압 플런저 펌프(2)의 하나 이상의 작동 파라미터, 특히 구동축(9)의 회전 위치, 고압 라인(41) 및/또는 저압 라인(42) 내의 유체의 압력 등을 제공한다.

바람직한 추가적 개발(development)에서, 또한 제어 유닛(7)은 외부 작동 파라미터 데이터(external operating parameter data)를 기록하기 위한 적어도 하나의 데이터 인터페이스(interface)를 갖는다. 이러한 외부 작동 파라미터 데이터는 고압 플런저 펌프(2)의 업스트림(upstream) 공정 조립체(process assembly)로부터의 데이터다.

이러한 공정 조립체에서 가압 유체(pressurized fluid)의 팽창(expansion)이 필요한 경우, 가압 유체는 고압 연결부(43)를 통해 고압 플런저 펌프(2)로 공급될 수 있다.

업스트림 공정 조립체의 센서가 제어 유닛(7)에 신호를 보내면 제어 밸브(5)가 열려 고압의 유체가 고압 라인(41)을 통해 플런저(32)의 작업 챔버(31)로 이동하고, 압축 위치(compression position)에서 팽창 위치(expansion position)로 플런저(32)를 가압한다.

동시에, 발전기(11)에 연결된 제1 구동축이 회전하여 플런저 장치(3)의 작업 챔버(31)로 고압의 유체가 유입됨으로써 전기가 생성되고, 따라서 발전기에서 에너지가 회수되도록 한다.

센서의 배치(arrangement)(예를 들어, 제1 구동축 상에)는 제어 유닛(7)을 통해 개별(individual) 제어 밸브들(5, 6)의 제어가 더욱 향상된다.

따라서, 복수의 플런저 장치(plunger aarangement)(3)를 갖는 고압 플런저 펌프(2)에서, 펌프 작동 시 최적의 압축 위치(optimum compression position)에 대응되는 구동 위치(drive position)에 있는 여러(several) 플런저 장치(3)의 배치(arrangement) 중 하나의 플런저(32)를 정확하게(precisely) 가압하기 위하여 에너지 회수 신호(energy recovery signal)가 트리거된 후에 제1 제어 밸브(5) 중 어느 것이 먼저 개방되는지를 결정하기 위해 구동축(9)의 각각의(respective) 회전 위치는 감지(detect)될 수 있다.

이러한 고압 플런저 펌프(2)를 사용하는 두 가지 용도를 이하에서 설명한다.

유압식(hydraulic) 공정 조립체에서 압력 조절(control)을 위한 고압 플런저 펌프(2)의 첫 번째 용도에서, 고압 플런저 펌프는 펌핑 모드(pumping mode)에서, 즉 고압 플런저 펌프(2)를 표준적인 방식(classic way)으로 사용하는 경우, 미리 정해진 고압에서 유체를 공정 조립체에 공급하는 방식으로 공정 조립체에 연결된다.

이는 모터로도 작동할 수 있는 발전기(11)와 이를 구동하는 에너지원(energy source)에 의해 플런저(32)를 구동함으로써 이루어진다.

이 경우 입구(inlet)로서 기능하는 제2 제어 밸브(6)의 저압 연결부(61)를 통해, 플런저(32)를 압축 위치(compression position)에서 팽창 위치(expansion position)로 이동시킴으로써 저압의 유체가 플런저 장치(3)의 작업 챔버(31)로 흡입되고, 이후 플런저(32)가 외부 모터(10)에 의해 구동되면서 변위 위치(displacement position)로 다시 압축되고 고압 라인(41)이 개방되어, 고압 라인(41) 및 고압 연결부(43)를 통해 공정 조립체로 전달된다.

제어 밸브들(5, 6)의 개폐 순서는 이와 같이 알려진 방식으로 이루어지며, 제1 제어 밸브는 펌핑 모드에서 출구 밸브로 연결되고 제어 밸브(6)는 입구 밸브로 연결된다.

유압식 공정 조립체에서 압력을 방출해야 하는 경우, 고압 플런저 펌프(2)의 제어 밸브들(5, 6)은 고압 플런저 펌프(2)가 모터 역할을 하는 에너지 회수 모드로 전환된다.

고압 플런저 펌프(2)의 이러한 모터 작동에서, 고압의 유체는 제1 제어 밸브(5)가 개방될 때 고압 연결부(43)와 고압 라인(41)을 통해 미리 결정된 고압으로 플런저 장치(3)의 작업 챔버(31)로 공급된다.

이로 인해 플런저(32)가 구동되고, 이 구동 이동(drive movement)은 제1 구동축(9)으로 전달되어 발전기(11)에 커플링(coupling) 됨으로써 발전기(11)에서 전기를 생성한다.

고압 플런저 펌프(2)의 두 번째 용도에서는 팽창 밸브(expansion valve), 특히 압력 완화 밸브(pressure relief valve)의 역할을 한다.

이 경우 고압 플런저 펌프(2)는 표준 펌프(classic pump)처럼 기능하지 않는다.

고압 플런저 펌프(2)는 팽창 밸브(expansion valve)로, 말하자면, 업스트림 공정 조립체에 삽입되어, 배출될 고압이 고압 플런저 펌프(2)의 모터 작동으로 상술한 방식과 같이 고압 플런저 펌프(2)로 공급되고, 이는 플런저(32) 및 구동축(9)을 통해 발전기(11)에서 전기를 생성함으로써 에너지 회수에 영향을 미치게 된다.

제어 유닛(7)을 제어하기 위해 이미 상술한 입력 파라미터(input parameters) 외에도, 업스트림 공정의 시스템 압력 또는 유체가 업스트림 공정에 유입될 때 유체의 유입 압력(inlet pressure)을 제어 파라미터(control parameters)로 기록하는 것도 생각할 수 있다.

구동축(9)의 속도, 고압 라인(41) 또는 저압 라인(42)에서 유체의 체적 흐름(volume flow)을 감지하는 것도 생각할 수 있다.

도 4 및 도 5에 도시된 본 발명에 따른 고압 플런저 펌프의 추가 실시예 변형은, 제1 플런저 장치(3)에 추가적으로, 작업 챔버(310)를 갖는 제2 플런저 장치(300) 및 상기 작업 챔버(310) 내에서 축 방향으로 전후 이동하도록 배치된 적어도 하나의 플런저(320)를 구비한다.

바람직하게, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 여기에서 여러 개의, 특히, 5 개의 플런저(320)도 구비된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 각 플런저에는 압력 밸브(500) 및 흡입 밸브(600)가 구비되어 있으며, 이들은 고압 라인(410) 및 저압 라인(420)과 함께 밸브 하우징(400)에 연결된다.

고압 라인(410)은 압력 밸브(500)에 의해 작업 챔버(310)에 연결되고, 저압 라인(420)은 흡입 밸브(600)에 의해 작업 챔버(310)에 연결되어 폐쇄될 수 있다.

적어도 하나의 플런저(320)는 제2 구동축(second driveshaft)을 통해 제3 구동축(third driveshaft)(9)에 결합되고, 또한 제3 구동축(9)은 제1 구동축에 결합된다.

제3 구동축(9)은 피니언축(pinion shaft)로 설계되는 것이 바람직하다. 제1 및 제2 구동축은 크랭크축(crankshafts)으로 설계되는 것이 바람직하다.

도 4 및 도 5에 도시된 제1 플런저 장치(3)과 제2 플런저 장치(300)의 병렬 배치(parallel arrangement) 이외에도, 예를 들어, 플런저 장치(3, 300)를 뒤에 이어지게 배치하는 것도 생각할 수 있다.

제2 플런저 장치(300) 및 관련된 밸브들은 여기서 작동 유체(working fluid)의 압력을 증가시키기 위해 특별히(exclusively) 사용되어, 고압 플런저 펌프의 이 영역(area)이 펌프로 작동하며, 고압 작동 유체는 도 4에 예시된 고압 연결부(430)에서 가용될 수 있다. 작동 유체는 저압 연결부(700)를 통해 고압 플런저 펌프로 공급된다.

이 구간(section)을 작동하는 데 필요한 에너지는 제1 플런저 장치 및 관련 제어 밸브들을 구비하는 고압 플런저 펌프의 다른 섹션을 통한 세 개의 구동축의 커플링(coupling)을 통해 부분적으로 또는 완전히 제공된다.

1 에너지 회수 시스템(energy recovery system)
2 고압 플런저 펌프(high-pressure plunger pump)
3 플런저 장치(plunger arrangement)
31 작업 챔버(working chamber)
32 플런저(plunger)
4 밸브 하우징(valve housing)
41 고압 라인(high-pressure line)
42 저압 라인(low-pressure line)
43 고압 연결부(high-pressure connection)
5 제1 제어 밸브(first control valve)
6 제2 제어 밸브(second control valve)
61 입구/출구(Inlet/outlet)
7 제어 유닛(control unit)
8 플런저 하우징(plunger housing)
9 제3 구동축(third driveshaft)
11 발전기/모터(generator/motor)
12 커플링(coupling)
13 프레임(frame)
300 플런저 장치(plunger arrangement)
310 작업 챔버(working chamber)
320 플런저(plunger)
400 밸브 하우징(valve housing)
410 고압 라인(high-pressure line)
420 저압 라인(low-pressure line)
430 고압 연결부(high-pressure connection)
500 압력 밸브(pressure valve)
600 흡입 밸브(suction valve)
700 저압 연결부(low-pressure connection)

Claims

고압 플런저 펌프(2)에 있어서,
작업 챔버(31) 및 상기 작업 챔버(31)에서 축 방향 전후로 이동하도록 배치된 플런저(32)가 있는 적어도 하나의 플런저 장치(3); 및
적어도 하나의 고압 라인(41) 및 적어도 하나의 저압 라인(42)을 포함하는 밸브 하우징(4)에 연결된 적어도 하나의 제1 제어 밸브(5) 및 적어도 하나의 제2 제어 밸브(6);를 포함하되,
상기 고압 라인(41)은 상기 제1 제어 밸브(5)에 의해 밀봉 가능한 방식으로 상기 작업 챔버(31)와 연결되고, 상기 저압 라인(42)은 상기 제2 제어 밸브(6)에 의해 밀봉 가능한 방식으로 작업 챔버(31)와 연결되고,
상기 밸브 하우징(4)은 상기 고압 라인(41)으로 개방되는 고압 연결부(43)을 구비하되,
상기 적어도 하나의 제1 제어 밸브(5) 및 상기 적어도 하나의 제2 제어 밸브(6)는, 고압 상태에서 상기 밸브 하우징(4)의 상기 고압 연결부(43)을 통해 공급되는 유체가 상기 제1 제어 밸브(5)가 개방될 때 상기 작업 챔버(31)로 공급되고, 상기 플런저(32)가 구동된 후 상기 적어도 하나의 제2 제어 밸브(6)의 저압 연결부(61)를 통해 배출될 수 있는 방식으로 제어 유닛(7)을 통해 작동될 수 있고,
상기 적어도 하나의 플런저(32)가 제1 구동축을 통해 발전기(11)에 연결되는 것을 특징으로 하는,
고압 플런저 펌프.
제1항에 있어서,
각각 하나의 플런저(32)가 있는 적어도 세 개, 바람직하게 다섯 개의 플런저 장치(3)가 구비되고,
상기 플런저 각각은 상기 제1 제어 밸브(5)와 상기 제2 제어 밸브(6)가 할당되는 것을 특징으로 하는,
고압 플런저 펌프.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제어 밸브들(5, 6)은 상기 제어 유닛(7)에 의해 입구 밸브와 출구 밸브 모두로 조절 가능한 방식으로 작동될 수 있는 것을 특징으로 하는,
고압 플런저 펌프.
제3항에 있어서,
상기 발전기(11)는 모터로도 작동될 수 있는 것을 특징으로 하는,
고압 플런저 펌프.
전술한 청구항 중 어느 하나에 있어서,
상기 제어 밸브들(5, 6)은 공압식으로, 전기식으로 또는 유압식으로 작동 가능한 것을 특징으로 하는,
고압 플런저 펌프.
전술한 청구항 중 어느 하나에 있어서,
상기 제어 유닛(7)은,
상기 고압 플런저 펌프의 하나 이상의 작동 파라미터 데이터, 특히, 상기 제1 구동축의 회전 위치, 상기 고압 라인(41) 및/또는 상기 저압 라인(42) 내의 유체의 압력을 제공하는 하나 이상의 센서에 연결되는 것을 특징으로 하는,
고압 플런저 펌프.
제6항에 있어서,
상기 제어 유닛(7)은 외부 작동 파라미터 데이터, 특히, 상기 고압 플런저 펌프의 공정 조립체 업스트림의 데이터를 기록하기 위한 적어도 하나의 데이터 인터페이스를 구비하는 것을 특징으로 하는,
고압 플런저 펌프.
전술한 청구항 중 어느 하나에 있어서,
작업 챔버(310) 및 상기 작업 챔버(310)에서 축 방향 전후로 이동하도록 배치된 플런저(320)를 포함하는 제2 플런저 장치(300); 및
적어도 하나의 고압 라인(410) 및 적어도 하나의 저압 라인(420)을 포함하는 밸브 하우징(400)에 연결되는 적어도 하나의 압력 밸브(500) 및 적어도 하나의 흡입 밸브(600);를 포함하되,
상기 고압 라인(410)은 상기 압력 밸브(500)에 의해 밀봉 가능한 방식으로 상기 작업 챔버(310)에 연결되고, 상기 저압 라인(420)은 상기 흡입 밸브(600)에 의해 밀봉 가능한 방식으로 상기 작업 챔버(310)에 연결되고,
상기 적어도 하나의 플런저(320)는, 제2 구동축을 통해 제3 구동축(9)에 연결되고,
상기 제3 구동축(9)은 상기 제1 구동축에 연결되는 것을 특징으로 하는,
고압 플런저 펌프.
유압식 공정 조립체에 압력 조절용 고압 플런저 펌프의 용도에 있어서,
상기 고압 플런저 펌프는 전술한 청구항 중 어느 한 항에 따라 설계되고, 상기 고압 플런저 펌프는 상기 공정 조립체에 연결되는 것을 특징으로 하되,
펌핑 동작 시, 상기 고압 플런저 펌프가 미리 정해진 고압으로 유체를 상기 공정 조립체에 공급하되, 상기 제어 밸브들(5, 6)은 상기 제어 유닛(7)을 통해 제어되어 상기 적어도 하나의 플런저(32)가 모터-구동 구동축에 의해 구동되며,
상기 고압 플런저 펌프의 모터 작동 시, 상기 유체는 상기 고압 라인(41)을 통해 미리 정해진 고압으로 공급되고, 상기 제어 밸브들(5, 6)은 상기 제어 유닛(7)을 통해 제어되어, 상기 구동축(9)이 상기 적어도 하나의 플런저(32)에 의해 구동되고, 상기 구동축이 전기를 생성하기 위해 발전기(11)에 연결되는 방식의,
용도.
유압식 공정 조립체에 압력 조절용 고압 플런저 펌프의 용도에 있어서,
상기 고압 플런저 펌프는 청구항 제1항 내지 제8항 중 어느 하나에 따라 설계되고, 상기 고압 플런저 펌프는 상기 공정 조립체에 연결되는 것을 특징으로 하되,
상기 유체는 상기 고압 라인(41)을 통해 상기 유압식 공정 조립체에 의해 미리 정해진 고압으로 상기 고압 플런저 펌프에 공급되고, 상기 제어 밸브들(5, 6)은 제어 유닛(7)을 통해 상기 적어도 하나의 플런저(32)에 의해 상기 구동축(9)이 구동되도록 제어되되, 상기 구동축은 전기를 생성하기 위해 발전기(11)에 연결되는 방식의,
용도.