KR930008692B1 - 어브레시브 워터 제트 절단방법 및 장치 - Google Patents

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와따루 야스카와
마사노리 키요시게
다께시 호리까와
도모노부 오까다
타다후미 오찌
요시아끼 아오끼
마사히꼬 히가시다
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시게끼 고에
히데오 오노
간따 니헤이
슌지 다까스기
고지 다께
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가와사끼 쥬고교 가부시기가이샤
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Abstract

내용 없음.

Description

어브레시브 워터 제트 절단방법 및 장치
제 1 도는 본 발명의 새로운 개념을 구체화한 어브레시브 워터 제트(abrasive water jet) 절단장치의 일반적인 구성을 도시하는 개략도.
제 2 도는 본 발명에 따른 어브레시브 워터 제트 절단장치의 변형된 형태를 도시하는 개략도.
제 3 도는 어브레시브 워터 제트 노즐 조립체의 노즐팁(tip)의 마모(구경에 있어서의 증가)를 그 작업시간에 대해 나타낸 것으로서 실선은 연마재 입자가 현탁액 형태로 공급되는 본 발명을 나타내며 점선은 연마재 입자가 "건조된"상태로 공급되는 종래 기술을 나타내는 그래프.
제 4a 도는 본 발명 및 종래 기술에 의해 절단된 절단면의 사진도.
제 4b 도 및 제 4c 도는 본 발명 및 종래 기술에 의해 절단된 제 4a 도의 절단면 뒤쪽을 보여주는 확대 사진도.
제 5 도는 연마재 공급량에 대해 얻어질 수 있는 최대 절단속도를 나타낸 것으로서 실선은 연마재 입자가 현탁액 형태로 공급되는 본 발명을 나타내며 점선을 연마재 입자가 "건조된" 상태로 공급되는 종래 기술을 나타내는 그래프.
제 6 도는 제 1 도 및 제 2 도의 장치에 사용되어진 어브레시브 워터 제트 노즐 조립체를 확대한 축방향 단면도.
제 7 도는 제 6 도의 선 A-A을 따른 노즐 조립체의 횡단면도.
제 8 도는 제 6 도의 선 B-B을 따른 노즐 조립체의 횡단면도.
제 9 도는 어브레시브 워터 제트 노즐 조립체의 다른 형태를 도시하는 제 7 도와 유사한 횡단면도.
제 10 도는 논 어브레시브(non abrasive) 워터 제트 노즐 조립체와 제 1 도 및 제 2 도의 장치에서 어브레시브 워터 제트 절단을 위해 함께 연결되어 도시된 어브레시브 워터 제트 노즐 조립체를 포함하고 있는 제 1 도 및 제 2 도의 장치에서 사용한 어브레시브 워터 제트 노즐 조립체의 다른 형태를 도시하는 축방향 단면도.
제 11 도는 제 10 도의 선 C-C을 따른 노즐 조립체의 횡단면도.
제 12 도는 노즐 조립체를 고압수 제트에 의한 절단에 사용하기 위하여 어브레시브 워터 제트 노즐 조립체(도시안됨)를 떼어낸 제 10 도 노즐 조립체의 논 어브레시브 워터 제트 노즐 조립체의 축방향 단면도.
제 13 도는 노즐 조립체가 금속판 피절단재를 실제로 절단하면서 어브레시브 워터 제트가 회수되고 있는 그 회수용기의 작업을 예시하는등 본 장치의 다른 부분을 개략적으로 도시하면서 제 1 도 및 제 2 도의 장치에 사용하기 적합한 회수용기의 적절한 형태를 도시하는 수직단면도.
제 14 도는 실제로 금속판 피절단재를 절단하면서 어브레시브 워터 제트가 회수되고 있는 상태로 회수용기를 도시하면서 제 1 도 및 제 2 도의 장치에 사용하기 위한 회수용기의 다른 형태를 도시하는 수직 단면도.
제 15 도는 제 14 도의 선 D-D를 따른 회수용기의 수평 단면도.
제 16 도는 회수용기의 또 다른 형태를 도시하는 제 14 도와 유사한 수평 단면도.
제 17 도는 제 13 도 또는 제 16 도의 회수용기 대신 사용하기 위한 변형된 회수용기의 수직 단면도.
제 18 도는 회수용기의 또 다른 형태를 도시하는 제 13 도와 유사한 수직 단면도.
본 발명은 연마 재료의 입자를 함유하는 고압수제트에 의하여 금속판(sheet metal)등의 피 절단재를 절단하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 이렇게 연마재 입자를 함유하는 물의 한 제트류를 여기서는 어브레시브 워터 제트라고 하기로 한다.
어브레시브 워터 제트에 의해 금속등의 재료를 절단하는 것은 공지 되어 있으며 새로운 것은 아니나 현재 대대적으로 실시되고 있다. 연마재 입자들로는 규사, 주철 그리트(grit) 또는 분말로된 석류석이나 알루미나 등의 물질이 사용되고 있다. 그러한 연마재 입자들의 평균크기는 예전에는 0.2 내지 0.8밀리미터 범위이었다.
종래의 어브레시브 워터 제트 절단에서는 고압수 및 "건조된"연마재 입자들이 하나의 어브레시브 워터 제트 조립체에 개별적으로 공급되어져 왔다. 연마재 입자들은 노즐 조립체내의 고압수 흐름에 연합되어 있었다. 연마재 입자를 함유하는 고압수는 노즐 조립체로부터 피절단재를 향하는 어브레시브 워터 제트의 형태로 배출되어진다. 그 어브레시브 워터 제트는 노즐 조립체와 피절단재가 서로에 대해 이동되어짐에 따라 그 피절단물을 절단하게 된다.
종래의 결점은 연마재 입자가 "건조되어" 노즐 조립체로 공급되어지며 이때문에 요망되는 양만큼 그 크기가 감소되어질 수 없는 것이었다. 그러한 거칠은 연마재 입자들(평균크기가 0.2 내지 0.8밀리미터)의 사용은 여러 이유로 바람직하지 못하였다.
첫째로, 그 연마재 입자에 노출되는 노즐 조립체의 노즐 팁 및 기타 부위들의 마모를 상승시킨다.
둘째로, 피절단재에서 생기는 절단(자국)의 폭이 매우커서 통상 노즐팁의 구멍직경보다 커진다. 기타의 문제로는 피절단재의 뒷면에 버어(burr)가 형성되는 것이다. 따라서, 예전에 실시하던 어브레시브 워터 제트 절단은 허용 오차가 작으며 마무리 상태가 좋아야 하는 때에는 후속의 기계가공이 요구되어 왔다.
본 발명은 예전보다 매우 작은 크기의 연마재 입자를 사용할 수 있게 하므로서 종래에 야기되었던 모든 문제점들을 제거하였다. 그중 하나의 특징을 대략적으로 기술하면, 본 발명은 고압수 및 연마재 현탁액 모두를 어브레시브 워터 제트 노즐 조립체에 공급하는 어브레시브 워터 제트 절단방법을 제공한다는 것이다.
연마재 현탁액은 대략 100마이크론 크기까지의 평균 크기를 가지는 연마재 입자가 물에 현탁되어 있는 것이다. 고압수 및 연마재 현탁액은 노즐 조립체에서 함께 혼합되어지며, 또 그 최종 혼합물은 어브레시브 워터 제트로서 절단되어질 피절단재를 향하여 보내진다.
노즐 조립체로 이송되어져서, 연마재 현탁액은 고압수가 고속도로 흐르는 것에 의해서 그곳에 생기는 부분 전공의 힘을 빌어 고압수의 흐름속에 주입되어질 수 있다.
본 발명의 방법에 의해 사용되는 연마재 입자는 알루미나, 실리콘 카바이드, 또는 알려져 있고 적합한 어떠한 연마재 물질로도 될 수 있다. 그러한 연마재 입자들은 이전에 사용되어진 것보다 매우 작은 크기로 되어질 수 있는데 그 이유는 그들의 종래 기술에서 처럼 "건조된"상태가 아닌 현탁액 형태로 노즐 조립체로 이송되기 때문이다. 실험으로서 그러한 미세 연마재 입자의 사용이 노즐 조립체 특히 그 노즐팁의 마모가 현저히 감소되며 따라서 그 유효 수명이 실제로 연장되어지는 결과를 가져온다는 것이 입증되었다. 다른 장점으로는 피절단재에 발생되던 자국이 현저히 감소된다는 것이다.
더우기, 그러한 미세 연마재 입자를 함유하는 워터 제트가 피절단재를 절단할 뿐만 아니라 절단물의 표면을 연마하기 때문에, 마이크로 스코프로 확인된 바와같이 예를들어 5.3밀리미터 두께의 스텐레스 스틸판을 버어 형성 없이 절단하는 것이 가능하게 되었다.
본 발명 방법의 실시에 사용되는 연마재 입자들의 최대 평균 크기는 상기와 같이 100미크론으로 고정되어 있는데 그 이유는 보다 큰 크기의 입자들은 너무 빨리 가라낮아서 어떠한 실제의 교반장치에 의해서도 현탁액 상태로 유지시키기 어렵기 때문이다. 연마재 현탁액에서의 연마재 입자들의 농도는 어떤곳에서도 중량으로 20에서 70퍼세트 사이가 될 수 있다.
본 발명의 다른 특징은 상기 요약된 방법의 실시에 사용하는 어브레시브 워터 제트 절단장치에 관한 것이다. 가장 간단한 형태로 기술하면, 그 장치는 압력수의 공급원, 평균 크기가 약 100미크론까지의 연마재 입자가 물에 현탁되어 있는 연마재현탁액을 공급하는 장치, 및 절단되어질 피절단재를 대면하고 있는 어브레시브 워터 제트 노즐 조립체로 구성되어 있다.
고압수 공급원과 연마재 현탁액 공급장치 모두에 연통되어서, 노즐 조립체는 고압수와 연마재 현탁액을 섞는 기능을 하며 또 최종 혼합물을 어브레시브 워터 제트로서 피절단재로 방출한다.
그 노즐 조립체는 대부분 종래의 설계로도 될 수 있다. 그러나, 예전에 제조되어 어브레시브 워터 제트절단에 사용되었던 노즐 조립체는 고압수가 노즐 조립체를 통하여 축방향으로 흐르기 때문에, "건조된" 연마재 입자들은 단지 하나의 축방향으로부터 고압수 흐름에 주입되어지며 결국 연마재 입자들은 그 고압수흐름에 균일하지 않게 분산되어지고 따라서 노즐 조립체의 일부분에 국부적인 마모가 생기는 단점을 가지게 된다. 부가적인 단점으로는 연마재 입자들이 불규칙하게 분산되어 있는 워터 제트는 불규칙한 절단을 야기시키게 된다는 것이다.
본 발명은 종래의 어브레시브 워터 제트 노즐 조립체에서의 상술한 결점을 제거하게 된다. 여기에 제안되는 진보된 노즐 조립체에서는, 연마재 현탁액은 노즐 조립체를 통해 축방향으로 흐르는 고압수 흐름속으로 노즐 조립체의 축둘레에 균일한 각도로 배치되어 있는 다수의 연마재 현탁액 통로를 통해서 주입되어 진다. 이렇게 고압수 흐름속으로 주입되어져서, 그 연마재 입자들은 그곳에 균일하게 분산되어져서 노즐 조립체의 노즐팁 및 다른 오소들이 국부적으로 마모될 수 있는 가능성을 배재한다. 또한 진보된 노즐 조립체는 정확하게 절단되어진 제품 생산에 크게 기여한다.
여기에 제안된 어브레시브 워터 제트 노즐 조립체의 다른 적절한 형태로, 노즐 조립체는 비 어브레시브 워터 노즐 소조립체 및 어브레시브 워터 노즐 조립체로 구성되어진다. 그 비 어브레시브 워터 노즐 소조립체는 고압수 공급원과 연통되어 있으며 또 단지 고압수만을 방출하는 비 어브레시브 워터 노즐팁을 가진다. 한편으로는, 어브레시브 워터 노즐 소조립체는 연마재 현탁액을 주입시키며 또 비 어브레시브 워터 노즐 조립체의 비 어브레시브 워터 노즐팁으로부터 방출되어진 고압수와 함께 그 현탁액을 혼합하기 위한 연마재 현탁액 공급장치와 연통되어 있다. 그 어브레시브 워터 노즐 소조립체는 고압수 및 연마재 현탁액의 혼합물을 피절단재를 향해 배출하는 그자체의 노즐팁을 가진다.
이와같은 변형된 형태의 어브레시브 워터 제트 노즐 조립체는 절단되어질 피절단재에 따라서 어브레시브 워터 제트나 비 어브레시브 워터 제트(즉, 연마재 입자를 함유하지 않는 워터 제트)중 하나에 의해서 절단작업을 행할 수 있게 된다. 어브레시브 워터 노즐 조립체는 본 발명에 따라 어브레시브 워터 제트로 절단작업을 하는 어브레시브 워터 제트 노즐 조립체를 제공하기 위하여 비 어브레시브 워터 노즐 조립체에 나사에 의하여 결합될 수 있다. 단지 고압수 제트에 의해서만 절단하기 위하여 어브레시브 워터 노즐 조립체는 나사를 풀거나 또는 다른 방법으로 비 어브레시브 워터 노즐 조립체로 부터 분리될 수 있는데, 후자는 요망되는 비 어브레시브 워터 제트를 일으키는데 효과적이다. 이러한 장점에 부가하여, 노즐 조립체의 처음에 기술한 형태에 대해 설명한 특징을 구체화 하기 위하여 다른 형태의 노즐 조립체를 제작할 수도 있다.
본 출원인이 아는한, 예전의 어브레시브 또는 비 어브레시브 워터 제트에 의한 절단은 서로다른 목적을 위해 별도로 설계된 서로 다른 노즐 조립체의 사용이 필요하여 왔다.
본 발명의 다른 형태의 노즐 조립체는 그 자체를 두 목적 모두에 사용할 수 있다. 노즐 조립체를 한 목적 또는 다른 목적으로 사용하기에 필요한 것은 단지 어브레시브 워터 노즐 소조립체를 비 어브레시브 워터 노즐 소조립체에 부착하거나 그것으로부터 떼어내는 것이 전부이다. 비 어브레시브 워터 노즐 소조립체는 양쪽 모두에 있어 고압수 회로에 연결되어 있을 수 있다.
다른 형태의 노즐 조립체는 부가의 장점을 낳는다. 어브레시브 노즐 소조립체를 비 어브레시브 노즐 소조립체에 장착하기에 앞서서, 워터 제트가 노즐의 축방향으로 정확하게 정열되어 있는가를 측정하기 위하여 정상 압력 또는 보다 낮은 압력에서 후자의 노즐팁으로부터 물을 방출시킬 수 있다. 그렇지 않다면, 어브레시브 노즐 소조립체를 비 어브레시브 노즐 소조립체에 부착하기전에 필요한 재조정이 실시될 수 있다.
비 어브레시브 노즐 소조립체에 장착된 후에, 그 어브레시브 노즐 소조립체는 거의 또는 전혀 비균일하게 마모되지 않는데, 그 이유는 어브레시브 노즐 소조립체에 연마재 현탁액과 함께 주입된 고압수가 비 어브레시브 노즐 조립체의 상기 에비 재조정의 결과로 정확하게 축방향으로 흐르기 때문이다.
본 발명의 또 다른 특징에 따라서, 노즐 조립체로부터 나와서 피절단재를 절단한 어브레시브 워터는 회수조로 향한다. 회수된 물과 연마재 입자의 최소한의 부분이 연마재 입자의 재사용을 위해 연마재 현탁액 공급장치로 되돌아간다.
연마재 입자들의 이러한 일정 재순환은 연마재 입자들이 본 발명에 따라서 현탁액의 형태로 노즐 조립체에 공급되어 지기 때문에 가능하다는 것이 인정되어질 것이다. 만약에 연마재 입자들이 종래 기술과 같이 "건조된"상태로 노즐 조립체에 공급되어 진다면 그러한 재순환은 일어날 수 없게된다. 실험으로 밝혀진 바와같이, 연마재 입자들은 절단 작업후에 그 크기와 형상이 거의 변화하지 않으며, 그래서 절단장치의 성능은 그 연마재 입자의 재순환에 의해 어떠한 악영향도 받지 않게된다. 그러한 재순환은 이것이 사용된 입자들의 처분의 필요성을 제거하게 때문만 아니라 장치에 운영비에 있어 현저한 비용감소가 인정되기 때문에 바람직한 것이다.
본 발명의 또 다른 특징은 인입되는 어브레시브 워터 제트의 에너지를 견뎌낼 수 있어야만 하는 회수조장치의 구조에 있다. 예전에는, 워터 제트의 에너지를 완충시키기 위하여, 어브레시브든 비 어브레시브든간에, 상부가 개방된 용기에 움직일 수 없게 설치한 글라스 울(glass wool) 또는 텅스텐 카바이드나 세라믹 물질의 판이 사용되어 왔다. 그러나, 금속재 피절단재를 절단하기 위한 워터 제트의 에너지는 고정된 완충장치를 통상 수시간의 작업으로 마모시켜 빈번한 교체가 필요하게하는 정도이다.
따라서, 본 발명은 어브레시브 워터 제트 노즐 조립체 반대쪽에 설치되는 회수용기에 다수의 단단한 완충용 볼을 사용할 것을 제안한다. 회수용기는 인입되는 어브레시브 워터 제트의 에너지에 의해서 완충용볼을 재순환시키기 위하여 적어도 부분적으로 라운드(round)진 내측표면을 가진다. 적절하게는 완충용 볼은 연마재 입자와 동일한 재료로 만드는 것이다.
회수용기에서 일정하게 재순환하여, 모든 완충용 볼은 그 에너지를 약하게 하기 위하여 연속적으로 어브레시브 워터 제트에 노출되어지며 그래서 점차 동일 비율로 마모되어진다. 재순환하는 완충용 볼은 이렇게하여 종래의 고정되어 있던 완충장치에서보다 매우 긴시간 동안 어브레시브 워터 제트의 힘을 견딜 수 있게된다. 더우기, 긴시간에 걸친 연속작업에 비교적 적은 수의 완충용 볼이 요구되기 때문에, 회수용기 및 어떠한 연합된 장치의 전체 크기가 종래의 것보다 작게될 수 있다.
본 발명의 상술한 것 및 기타 특징과 장점 그리고 그것을 인식하는 방법과 함께 발명 그 자체는 본 발명에 따른 몇개의 적절한 실시예를 도시하는 첨부도면을 참조하면서 후술하는 설명 및 청구범위로부터 잘 이해되어질 것이다.
1. 장치의 일반적인 구조
이제 본 발명을 박판금속을 절단하는데 사용하는 것으로 하여 상세히 설명하기로 한다.
대표적으로, 본 발명에 따른 어브레시브 워터 제트 절단장치는 제 1 도 또는 제 2 도에 도시된 형태를 갖는 것으로 한다. 이러한 장치의 서로 다른 두개의 형태가 하나하나 기술되어질 것이다.
1-1. 장치의 제 1 형태
제 1 도에서 10으로 지적된 장치는 어브레시브 워터 제트 J를 절단되어질 피절단재 W에 대해 방출하기 위한 어브레시브 워터 제트 노즐 조립체(12)를 포함한다. 그 노즐 조립체(12)는 한쪽은 도관(16)을 통해 초고압수펌프(14)와 또 다른 한쪽은 도관(20)을 통해 교반용기(18)와 연통되어 있다. 교반용기(18)는 연마재 현탁액 S(즉, 연마재 입자가 현탁되어 있는물)이 본 발명의 새로운 개념에 따라 공급되어지는 연마재 현탁액 공급장치(22)의 일부를 이루게된다.
그 노즐 조립체(12)는 이러한 연마재 현탁액 S을 펌프(14)로부터 고압수의 흐름속으로 주입하는 기능을 하며 또한 피절단재를 절단하는 어브레시브 워터 제트 J로서 그 최종 유체를 피절단재 W를 향하여 가속방출하는 기능을 한다. 노즐 조립체(12)의 몇몇의 적절한 구조가 이후 상세히 설명될 것이다. 튀김 방지용 가드(24)가 노즐 조립체(12)의 하부를 덮고 있으며 피절단 W의 표면위까지 하향 연장되어 있다.
피절단재 W를 가로질러 노즐 조립체(12)의 반대쪽에는 피절단 W를 절단한 어브레시브 워터 제트 J를 집어넣는 것에 의하여 사용된 연마재 입자들을 회수하는 회수용기장치(26)가 배치되어 있다. 그 회수용기장치(26)는 그 상측부가 어브레시브 워터 제트 J의 인입을 위해 열려 있는 간단한 방수용기로 도시되어 있다. 비록, 이러한 구조가 연마재 입자의 회수에 만족스럽다 하여도, 몇개의 더욱 개선된 구조가 계속 발표될 것이다. 펌프(30)를 가지는 도관(28)은 회수된 연마재 입자 및 물을 재순환시키기 위하여 농도조절용기(32)와 회수용기장치(26)를 연통시킨다.
그 농도조절용기(32)는 교반용기(18)와 연마재 현탁액 공급장치(22)와 조합되어 구성되어 있다. 게이트(36)가 있는 호퍼(34)는 그곳에서 연마재 A를 개량하기 위하여 농도조절용기(32)의 최상측에 장착되어 있다. 오버플로우(over flow) 도관(38)은 농도조절용기(32)내의 물을 일정높이로 유지시켜 준다. 농도조절용기(32)는 모터(42)로 구동되는 교반기 날(40)의 세트를 가지는 것으로 도시되어 있다. 하나의 도관(44)이 농도조절용기(32)와 교반용기(18)를 연통시키고 있다.
교반용기(18)는 연마재 현탁액 S를 저어서 용기(18)내의 물 전반에 걸쳐서 연마재 입자가 균일하게 현탁되어 있도록 모터(48)로 구동되는 자체의 교반기 날(46)을 가지고 있다.
그 교반용기(18)는 그 바닥 근처에 도시되지는 않은 출구를 가지는데 그 구멍에는 적합하지 않게 큰 연마재 입자나 또는 이 물질을 제거하기 위한 필터(50)가 제공되어 있다. 그 도관(20)은 교반용기(18)의 출구와 어브레시브 워터 제트 노즐 조립체(12)를 연통시켜서 연마재 현탁액 S를 중력에 의해 전자로부터 후자로 이송시킨다. 흐름 조절밸브(52)가 노즐 조립체(12)로 연마재 현탁액 S를 이송하는 속도를 조절하기 위하여 도관(20)에 제공되어질 수 있다. 그러나, 제 1 도에 도시되었음에도 불구하고, 두개의 별도 용기(18 및 32)가 절대적으로 필요한 것은 아니다. 단지 하나의 용기가 사용되어질 수도 있으며 또 연마재 현탁액 S가 바람직한 연마재 농도를 가지도록 교반기 및 호퍼 모두가 주어질 수도 있다.
1-2. 장치의 제 2 구조
제 2 도에 도시된 다른 형태의 어브레시브 워터 제트 절단장치(10)는 주로 그 연마재 현탁액 공급장치(22a)에 있어 제 1 도에 도시된 장치(10)와 다르다. 수정된 연마재 현탁액 공급장치(22a)는 회수용기(26)와 농도조절용기(32) 사이에 배치되는 침전조(54)를 가진다. 회수된 연마재 입자와 물을 침전조(54)에 주입시키기 위하여 그 상부에는 도관(28)이 연결되어 있다. 오버플로우 도관(56)은 침전조(54)내의 액체 높이를 일정하게 유지시킨다.
침전조(54)내에는 두개이상의 배플(baffle)판(58)이 서로 평행하게 띄어져서 그 상측으로부터 하향으로 연결되어 있으며, 반면에 또다른 두개 이상의 배플판(60)은 서로 평행하게 띄어져서 그 바닥으로부터 상향으로 연장되어 있다. 배플판(58 및 60)의 두 그룹은 서로 엇갈려 배치되어 있어서 회수용기(26)로 부터 펌핑된 액체의 미로를 결정한다. 액체가 이 미로를 따라 흐르기 때문에, 다시 사용하기에 적합한 회수된 연마재 입자들중 크기가 큰 것들만 침전조(54)의 바닥에 침전되게 된다. 다시 사용하기에 적합하지 않은 작은 크기의 입자들(즉, 알루미나의 경우 3미크론 이하)은 회수된 물과 함께 오버플로우 도관(56)을 통해 배출되어진다.
종래의 나사 펌프(62)는 침전조(54)의 바닥에 장착되어지며 배플판(60)을 통해 회전할 수 있도록 연장되어 있다. 베벨기어장치(66)를 통해 모터(64)로 구동되어 그 나사펌프(62)는 침전된 연마재 입자들을 도관(68)을 경유하여 농도조절용기(32)로 이송시키는 작용을 한다.
이러한 변형된 연마재 현탁액 공급장치(22a)의 농도조절용기(32)는 연마재 입자호퍼를 갖지 않으며 새로운 물이 공급되어지는 수도관(70)을 가진다는 점에서 제 1 도 장치와 다르다. 수도관(70)은 비중계(74)에 전기적으로 연결되어 있는 솔레노이드 밸브(72)를 가진다. 농도조절용기(32)내에서 회수된 연마재 현탁액의 비중을 측정하여, 비중계(74)는 그 밸브(72)를 온 오프 제어하여 연마재 현탁액의 농도를 요망 범위로 유지시킨다. 모터로 구동되는 두세트의 교반기날(40)은 실제로 제 1 도의 실시예에서처럼 농도조절용기(32)내에 제공되어진다.
교반용기(18)는 이 변형된 실시예에서 슬러리 펌프(76)를 갖는 것으로 도시되는 도관(44)을 경유하여 농도조절용기(32)와 연통되어 있다. 교반용기(18)는 연마재 현탁액 S를 교반하기 위하여 모터(48)로 구동되는 교반기 날(46)을 가진다. 또한 교반용기(18)에 제공되어 있는 것을 새로운 연마재 입자 A들을 공급하기 위한 호퍼(34) 및 코크(80)를 가지는 수도관(78)이다.
농도조절용기(32)로부터 교반용기(18)로 펌핑되어 그 연마재 현탁액 S는 교반기날(46)에 의해 교반되어져서 연마재 입자는 물에 균일하게 분산될 수 있다. 연마재 현탁액 S의 연마재 농도는 농도조절용기(32)에서 이미 조절되었기 때문에, 새로운 연마재 입자들 A 및 새로운 물은 요망에 따라 각각 미리 설정되어 있는 속도로 교반용기(18)에 충입될 수 있다.
연마재 현탁액 공급장치에 대해 상술한 바와같이, 농도조절용기(32)와 교반용기(18)도 하나로 연합될 수 있다. 또한 하나의 용기에 격벽을 설치하여서 구멍으로 서로 연통되게 되는 침전부와 농도조절부로 나눌 수도 있다.
2. 작용(방법)
제 1 도의 어브레시브 워터 제트 절단장치(10)와 제 2 도의 변형된 장치(10a)는 사용된 연마재 입자의 재순환 방법을 제외하고는 그 작용이 유사하다. 100미크론 이하의 평균크기를 가지는 알루미나 또는 실리콘카바이드 등의 연마재 재료로된 입자 A는 제 1 도의 장치(10)에 있는 농도조절용기(32)로 또는 제 2 도의 장치(10a)에 있는 교반용기(18)로 호퍼(34)로부터 개량되어질 수 있다. 연마재 입자 A는 이들 용기들에서 물과 혼합될 수 있으며, 또 그 혼합물이 교반되어서 요망되는 연마재 현탁액 S를 만들게 된다. 이러한 연마재 현탁액의 연마재 농도는 중량으로 20에서 70퍼센트사이 어느것으로도 될 수 있다.
연마재 입자의 가능한 최대 평균크기는 100미크론으로 고정되어지는데 그 이유는 더 큰 입자들은 너무 빨리 침전되어서 교반기 날(40 또는 46)으로 현탁 시킬 수 없기 때문이다. 그 현탁액의 연마재 농도는 중량으로 20 내지 70 퍼센트의 범위로 되어야 하는데 그 여유는 만약 그 농도가 중량으로 20퍼센트의 아래로 떨어지면 최종의 어브레시브 워터 제트는 그 절단 능력이 너무 많이 떨어지기 때문이다. 한편, 만약에 연마재농도가 중량으로 70퍼센트를 초과한다면, 그때는 연마재 현탁액이 너무 굳어서 방출수의 흐름에 의해 발생되는 부분 진공으로는 어브레시브 워터 노즐 조립체(24)로 들어가기 어렵기 때문이다.
연마재 현탁액 S의 준비가 완료되면 초고압 펌프(14)가 고압수를 도관(16)을 경유하여 어브레시브 워터제트 노즐 조립체(12)로 이송시키는 작용을 하게 된다. 고압수는 최송의 부압이 연마재 현탁액 S를 방출수의 흐름으로 끌어들일 정도의 고압으로 노즐 조립체(12)를 통해서 흐르게 된다.
노즐 조립체(12)의 상세구조에서 후술되듯이, 노즐 조립체로 들어가는 연마재 현탁액은 그 축둘레에서 소용돌이 치며 그래서 방출수의 흐름에 합쳐지기 바로전에 다시 충분하게 교반되어진다.
연마재 현탁액 S를 노즐 조립체(12)로 이송하는 속도는 절단작업의 최대효율을 얻도록 밸브(52)에 의해서 조절되어진다. 예를들면, 만약에 노즐조립체(12)의 구경이 2밀리 미터이라면, 또 연마재 현탁액 S의 연마재 농도가 중량으로 50퍼센트이라면, 이때는 연마재 현탁액은 분당 5킬로그램의 속도로 공급되어진다. 만약에 연마재 현탁액이 이 속도보다 빠르게 공급되어진다면, 어브레시브 워터 제트 J는 판금속 피절단재 W의 효과적인 절단을 위해서는 너무많이 퍼지게 된다.
노즐 조립체(12)는 피절단재 W를 향하는 어브레시브 워터 제트 J의 형태로 공급원(14)으로부터의 고압수 및 공급장치(22)로부터의 연마재 현탁액 S의 혼합물을 방출한다. 피절단재는 그 피절단재나 또는 노즐조립체(24)의 조합으로서 절단될 수 있으며 또 회수용기(26)는 다른것에 비례하여 이동되어진다. 피절단재를 절단하는 어브레시브 워터 제트 J는 회수용기(26)에 의해 회수되어 지며 또 그것으로 부터 직접 또는 침전조(54)를 경유하거나 하여 연마재 현탁액 공급 장치(22)로 다시 펌핑되어진다.
한번 사용된 연마재 입자들은 거의 크기와 형상이 변형되지 않으며 그러므로 어떠한 어려움없이 제사용 가능하다는 것이 확인되었다. 연마재 입자들의 재순환은 재료 사용에 있어 경제적인 이유 뿐만아니라 사용된 재료의 처분이 예전보다 용이하게 되는 이유에서 바람직한 일이다.
본 발명의 방법의 다른 장점은 요망농도의 연마재 현탁액이 준비되고 노즐 조립체로 공급되는 것이 용이하다는 것이다. 노즐 조립체로 연마재 입자를 이렇게 적절히 공급하는 것은 변화하지 않는 폭으로 절단하는데 필수적인 것이다.
본 발명에 따라서 현탁액의 형태로 연마재 입자들을 노즐 조립체(12)에 공급하는 것이 물질적으로 적은 마모를 가져왔으며 따라서 종래에 비하여 노즐팁의 수명을 더욱 길게한다는 것 또한 실험에 의해 입증되었다. 제 3 도를 참조하여 보면, 이러한 장점이 명백해 질 것이다.
제 3 도 그래프의 실선은 본 발명에 따라서 평균크기가 70미크론이고 농도가 중량으로 50퍼센트인 알루미나 입자의 현탁액이 분단 2.3킬로그램의 속도로 공급되었을때 시간경과에 따른 노즐팁의 마모를 나타 내는 것이다. 동일한 그래프의 점선은 종래 기술에 따라서 500 내지 800미크론 크기의 규사가 분당 2.1킬로그램의 속도로 "건식"으로 공급되었을 때 시간 경과에 따른 노즐팁의 마모를 나타내는 것이다. 수압은 양쪽 모두 평방센티미터 당 1500킬로그램이었다. 본 발명에 따라서 금속 절단에 사용 하였을때 노즐조립체, 특히 그 팁의 유효 수명은 종래 기술에 따라 사용된 동일구조의 노즐 조립체의 것보다 7배만큼 길어진것이 입증되었다.
제 4a 도는 본 발명에 따라서 1.0밀리미터 두께의 스텐레스 스틸 박판에 생긴 절단면과 종래기술("건조된"규사)에 따라서 동일한 피절단재에 생긴 절단면의 사진도이다. 동일한 팁 구경의 노즐 조립체가 양쪽에 사용되었음은 물론이다. 본 발명에 따른 자국이 종래 기술에 따른 것보다 훨씬 좁아졌다는 것이 확인되었다. 제 4b 및 4c 도의 사진도는 종래기술에 의해 절단된 피절단재에는 버어가 발생되었으나 본 발명에 따른 피절단계에는 없음을 나타낸다.
제 5 도는 연마재 입자들이 노즐 조립체로 이송되는 속도와 최대 절단 가능 속도사이의 관계를 도식적으로 나타내는 것이다. 실선은 평균크기가 10 내지 70미크론인 알루미나 입자의 현탁액이 중량으로 50%의 연마재 농도로 사용되는 본 발명의 방법을 나타낸다. 점선은 평균크기가 500 내지 800미크론인 "건조된"규사를 사용하는 종래기술의 방법을 나타낸다. 전통적으로, 사용하는 연마재입자의 크기가 커질수록 어브레시브 워터제트의 절단 능력이 커진다는 커진다는 것은 적어도 급속등 연성재료에 대해서는 상식이었다. 이 상식에 반대되어, 예전보다 더 미세해진 연마재입자를 사용하는 본 발명에 따른 최대 절단 가능속도는 비교적 낮은 연마재 이송속도에서와 종래기술에 따른 것과 거의 일치하였으며 또 연마재 이동속도가 커짐에 따라 점진적으로 상승되었다. 말할필요도 없이 두방법에 있어서의 제트압력은 동일하였다.
3. 어브레시브 방출수의 흐름에 주입하기 위해 사용된 예전의 어브레시브 워터 제트 노즐 조립체는 하나의 심각한 결점을 가져왔다. 방출수가 종래의 노즐 조립체에서는 축방향의 통로를 통해서 흐르기 때문에, 연마재 입자는 축방향 물통로에 직접 인도되는 방사상 통로를 통과하게 된다.
이와같이 방출수 흐름에 들어가면, 그 연마재 입자들은 그속에서 불가피하게 불균일하게 분산되어지며 그래서 노즐 조립체의 일부를 국부 마모시키게 된다. 더우기, 그렇게 불균일하게 분산된 연마재 입자를 함유하는 워터 제트는 정확한 절단면을 이루지 못하는 경향이 있게 된다. 만약 연마재 입자들이 본 발명에 따라 현탁액의 형태로 공급되어 진다면 동일한 결점은 그자체가 명백해질 것이다. 노즐 조립체의 후술하는 적절한 구조들은 방출수 흐름에서 연마재 입자의 균일한 분산을 실현하게 된다.
3-1. 노즐 조립체의 제 1 형태
어브레시브 워터 노즐 조립체(12)는 제 6 도로부터 제 8 도에 걸쳐 그 적절한 제 1 형태가 도시되어 진다. 먼저 제 6 도를 참조하여 보면, 노즐조립체(12)는 제 1 도 또는 제 2 도의 피절단재 W를 향하고 있는 팁말단(92)과 그 피절단재로부터 떨어져 있는 베이스말단(94)을 가지는 대체로 원통형인 노즐 몸체(90)을 가진다. 축방향 구멍(96)이 팁말단(92)과 베이스말단(94)사이에서 노즐몸체(90)를 통해 연장되어 있다.
노즐몸체(90)의 축방향구멍(96)에 또 그 베이스말단(94)근처에는 노즐몸체와 동축관계를 가지는 노즐팁 홀더(100)에 의해 고정되는 고압수 노즐팁(98)이 정착되어 있다.
노즐팁 홀더(100)는 노즐몸체의 베이스말단(94)으로부터 축방향 구멍(96)에 삽입되어 있는 어텁터(104)에 의해 노즐 몸체(90)의 환형 숄더(shoulder)(102)에 기대어 고정 되어있다. 어뎁터(104)는 펀프(14)로 향하는 제 1 도 및 제 2 도의 도관(16)에 노즐 조립체(12)를 연결하기 위하여 노즐몸체(90)의 베이스말단(94)으로부터 외부로 돌출하고 있다. 고압수 노즐팁(98)에 있는 소구멍(106)은 어뎁터(104)에 있는 물통로(108)를 경유하여 펌프(14)와 연통하여 있다.
노즐몸체(90)의 팁말단(92)에는 노즐몸체와 나선 결합되어 있는 노즐캡(112)에 의해서 위치가 유지되어 있는 어브레시브 워터 노즐팁(110)이 장착되어 있다. 그 어브레시브 워터 노즐 팁(110)은 고압수 노즐팁(98)에 있는 소구멍(106)과 축방향으로 정렬되어 있는 소구멍(114)를 가진다. 그 어브레시브 웨더 제트 J는 이 어브레시브 워터 노즐 팁(110)으로 부터 방출되어지게 된다.
대체로 원통형상을 가지는 내부노즐 부내는 고압수 노즐팁(98)과 어브레시브 워터 노즐 팁(110) 사이에서 노즐몸체(90)에 있는 축방향 구멍(96)에 장착되어 진다. 내부 노즐 부재(116)는 그 축방향으로 연장되는 방출수 통로(118)를 가진다. 그 통로(118)는 고압수 노즐 팁(98)에 있는 소구멍(106)과 어브레시브 워터 노즐팁(110)에 있는 소구멍(104)모두에 직선으로 직접 연통되어 있다.
그래서 펌프(14)로 부터의 고압수는 어뎁터(104)에 있는 통로(108), 고압수 노즐 팁(98)에 있는 소구멍(106), 내부 노즐부재(116)에 있는 통로(118), 및 어브레시브 워터 노즐 팁(110)에 있는 소구멍(114)으로 형성되는 직선 경로를 통해 흐른다. 연마재 현탁액은 내부 노즐 부재(116)에 있는 통로(118)에서 고압수의 이러한 흐름에 주입되어지는데, 이것은 추후 상술될 것이다.
또 제 7 도에 도시되는 바와같이, 내부 노즐 부재(116)는 노즐 몸체(90)와 고압수 노즐 팁 홀더(110)와 연합하여서 내부 노즐부재(116)에 있는 방출수 통로(118)를 동심으로 에워싸는 환형 또는 관형태의 연마재 현탁액 챔버(122)를 결정하기 위하여 직경감소부(120)를 가진다. 그 노즐 몸체(90)는 연마재 현탁액 S를 제 1 도의 그 공급장치(22)로 부터 또는 제 2 도의 공급장치(22a)로 부터 받아들여 연마재 현탁액 챔버로 인도하는 연마재 현탁액 입구(124)를 가진다.
적절하게는, 제 7 도에 도시된 바와같이 연마재 현탁액 입구(124)는 노즐 조립체(12)의 축방향에서보아 연마재 현탁액 챔버(122)의 접선방향으로 연장하게 된다.
따라서, 그 입구(124)로부터 연마재 현탁액 챔버(122)로 들어오는 연마재 현탁액은 제 7 도에서 화살표로 지적한 것처럼 그곳에서 빙빙돌게 된다. 이렇게 챔버(122)를 빙빙도는 동안, 그 연마재 현탁액은 내부 노즐부재에 있는 다수의 이 특정 실시예에서는 4개, 연마재 현탁액 통로(126)를 통해서 내부 노즐 부재(116)에 있는 방출수 통로(118)로 끌려 들어가게 된다.
제 7 도와 제 8 도는 연마재 현탁액 통로(126)가 내부노즐부재(116)에 있는 방출수 통로(118)둘레에 일정한 각도 간격을 가지며 배치되어 있는 것을 나타낸다. 또한, 적절하게는, 그 연마재 현탁액 통로(126)는 제 7 도 및 제 8 도에 도시된 바와같이 노즐 조립체(12)의 횡단면에서 보아 방출수통로(118)의 접선방향으로 연장되어 있다. 각각의 연마재 현탁액 통로(126)는 내부노즐부재(116)의 크고 작은 직경부들 사이의 연결 지점에 그 입구측 말단이 배치되고 또 방출수 통로(118)배치되고 또 방출수 통로(118)의 출구측 말단 근처에 그 출구측 말단이 배치되는 것이 제 6 도로 부터 관찰되어진다. 각각의 연마재 현탁액 통로(126)는 그것이 연마재 현탁액 챔버(122)로부터 방출수통로(118)를 향해 연장되기 때문에 노즐몸체(90)의 팁말단(92)을 향해 그렇게 각도 지어진다. 그러므로, 각각의 연마재 현탁액통로(126)는 제 6 도에서 처럼 노즐 조립체의 축방향단면에서 보아 방출수통로(118)에 예각으로 또 제 7 도 및 제 8 도에서처럼 노즐조립체의 횡단면에서보다 방출수 통로(118)의 접선 방향으로 연장하게 된다.
특별한 고압하에서 고압수 노즐팁(98)으로 부터 방출되어, 그 물은 연마재 현탁액을 내부 노즐 부재에 있는 통로(126)를 경유하여 통로(118)로 끌어들이기에 충분한 진공이 발생되는 정도의 고속도로 내부노즐 부재(116)에 있는 축방향의 통로(118)를 통하여 흐르게 된다. 연마재 현탁액은 환형챔버(122)를 빙빙도는 동안 충분하게 교반되어지며 또 노즐 축 둘레에 일정 각도 간격을 띄우고 배치되어 있는 통로(126)를 통해 흐르게 되어서 연마재 입자들은 통로(118)에서의 방출수 흐름에 균일하게 분산되어진다.
따라서, 어브레시브 워터 노즐 팁(110)은 국부 마모 발생이 거의 없게된다. 연마재 입자들이 균일하게 분산되어 함유되는 것의 부가의 장점으로는 워터 제트 J가 최상의 정확도로 피절단재를 절단하는 것이다.
3-2. 노즐 조립체의 제 2 형태
제 9 도는 어브레시브 워터 제트 노즐 조립체(12a)의 제 2 형태를 도시하는데, 그것은 제 6 도에서 부터 제 8 도까지 기술되었던 노즐조립체(12)의 제 1 형태를 약간 변형시킨 것이다. 이 변형된 노즐 조립체(12a)는 원래의 노즐 조립체(12)와 그 연마재 현탁액 입구(124a)가 연마재 현탁액 챔버(122)의 접선방향이 아닌 노즐몸체(90)의 반경 방향으로 연장된다는 점에서 차이가 있다. 다른 차이점은 연마재 현탁액 통로(126a)가 고입수 통로(118)의 반경방향이 아닌 내부 노즐 부재(116)의 반경방향으로 연장된다는 것이다. 기타의 구조는 제 6 도에서 부터 제 8 도까지의 노즐 조립체(12)에 대해 이미 기술된 것과 동일하게 될 수 있다.
비록 연마재 현탁액 입구(124a)와 연마재 현탁액 통로(126a)가 이 노즐조립체(12a)에서처럼 각각 연마재 현탁액챔버(122)와 방출수통로(118)의 접선방향으로 연장되지 않는다 하여도 고압수 흐름에서 연마재 입자의 균일한 분산은 인정될 수 있다. 변형된 노즐 조립체(12a)는 고압수 흐름에서의 연마재 입자의 균일한 분산을 위한 최소한의 필요 사항은 연마재 현탁액 통로(126a)가 방출수 통로(118) 둘레에 일정각도 간격을 두고 배치되어야 한다는 사실인것을 도시하는 것으로 생각된다.
제 6 도에서 제 8 도까지의 노즐 조립체(12) 및 제 9 도의 노즐 조립체(12a)모두는 본 발명의 범위내에서 추가로 변형될 수 있다. 연마재 현탁액 통로(126 및 126a)는 제 6 도 및 제 9 도에서처럼 노즐 조립체들의 축방향 단면에서 보아 방출수통로(118)에 예각으로 연장될 필요가 없다. 만약 연마재 현탁액 통로(126 또는 126a)가 노즐조립체(12 또는 12a)의 횡단면에 모두 포함되어 진다면 바라던 목적을 얻을 수 있게 된다.
3-3. 노즐조립체의 제 3 형태
제 10 도에서 제 12 도까지 도시하고 있는 어브레시브 워터 제트 노즐 조립체(126)의 적절한 제 3 형태는 본 방법에 따른 어브레시브 워터 제트에 의한 절단외에도 단지 고압수 제트에 의한 절단으로 쉽게 사용할 수 있는 특징으로 가진다. 물론, 이러한 특징 외에도, 2중 목적의 노즐 조립체(12b)가 제 6 도에서 제 8 도까지의 노즐 조립체(12) 또는 제 9 도의 노즐 조립체(12a)에 대해 기술한 모든 특징들을 연합 하도록 만들 수 있다.
제 10 도로부터 알 수 있는 바와같이, 2중 목적의 노즐 조립체(12b)는 비 어브레시브 워터 노즐 소조립체(130) 및 어브레시브 워터 노즐 소조립체(132)로 구성된다. 비 어브레시브 워터 노즐 소조립체(130)는 제 1 도 및 제 2 도의 펌프(14)와 연통되어 있고 반면에 어브레시브 워터 노즐 소조립체(132)는 제 1 도의 연마재 현탁액 공급장치(22) 또는 제 2 도의 연마재 현탁액 공급장치(22a)와 연통되어 있다.
정상적으로 또는 본 발명에 따라 어브레시브 워터 제트로 절단하기 위하여, 어브레시브 워터 노즐 소조립체(132)는 제 10 도에서와 같이, 비 어브레시브 워터 노즐 소조립체(130)에 연결되어 있다. 어브레시브 워터 노즐 소조립체(132)는 비어레시브 워터 노즐 소조립체에 의해 방출되는 고압수 제트만으로 절단하기 위하여 제 12 도에서와 같이 비브레시브 워터 노즐 소조립체(130)으로 부터 용이하게 떼어낼 수 있다.
비 어브레시브 워터 노즐 소조립체(130)와 어브레시브 워터 노즐 소조립체(132)의 더욱 상세한 설명이 하기에 계속된다. 제 10 도를 참조하면, 비 어브레시브 워터 노즐 소조립체(130)는 노즐몸체(134), 노즐캡(136) 및 노즐팁(138)으로 구성되어 있다. 단턱이진 원통형상으로, 노즐 몸체(134)는 그 축방향으로 연장하는 방춧수 통로(140)를 가진다. 노즐 몸체(134)는 통로(140)를 펌프(14)와 연통 시키기 위하여 제 1 도 및 제 2 도의 도관(16)에 직접 연결되기 적합하게 되어 있다. 노즐 몸체(134)는 외부나선(144)이 형성되어 있는 감소된 직경부(142)를 가진다.
노즐캡(136)은 한쪽 말단이 폐쇄된 중공실린더 형태이며 또 내부나선(146)과 외부나선(148)을 가진다. 노즐캡(136)은 노즐 몸체 상의 나선(144)와 그 내부나선(146)의 맞물림에 의해서 노즐몸체(134)의 감소된 직경부(142)위에 떼어낼 수 있게끔 끼워져 있다.
방출수 통로(150)는 노즐몸체(134)에 있는 방출수 통로(140)와 직선으로 정열되어 있는 노즐 캡(136)을 통해 축방향으로 연장되어 있다.
노즐팁(138)이 노즐캡에 있는 리세스(152)에 밀폐 수용되는 것에 의하여 노즐캡(136)과 노즐몸체(134)사이에 장착되어 있다. 소구멍(134)은 노즐몸체(134)에 있는 방출수 통로(140)와 노즐캡(136)에 있는 방출수통로(150)모두와 정렬되어 있으며 연통되어 있는 노즐팁(138)을 통해 연장되어 있다.
오링(O-RING) 밀봉(156)이 노즐몸체(134)와 노즐팁(138)사이의 죠인트를 빈틈없이 밀봉하기 위해 그사이에 놓여진다. 그럼에도 불구하고 노즐 몸체(134)와 노즐팁(138)사이의 죠인트를 통해 빠져나가는 물의 방출을 위해, 노즐캡(136)의 반경방향으로 연장하는 제 1 구멍(158)과 그 축을 따라 노즐캡을 통해 연장하며 제 10 도에 도시된바와 같이 노즐캡의 제 1 구멍(158)과 상측말단 쪽으로 양쪽말단에서 열려져 있는 제 2 구멍(16)으로 구성되는 안정통로가 제공 되어진다.
어브레시브 워터 노즐 조립체(132)는 노즐 몸체(162)와 노즐팁(164)으로 구성된다. 일반적으로 원통형상인 어브레시브 워터 노즐몸체(162)는 비어브레시브 워터 노즐 캡(136)위에 끼워지도록 그곳에 축방향구멍(166)을 가진다. 어브레시브 워터노즐 캡(136)위의 외부나선(148)과 맞물려서 그 비 어브레시브 워터노즐 소조립체(130)으로부터 어브레시브 워터노즐 소조립체(132)를 용이하게 떼어낼 수 있게한다. 비 어브레시브 워터 노즐 캡(136)은 어브레시브 워터 노즐 팁(164)둘레에 환형 또는 관형태의 연마재 현탁액 챔버(170)을 형성하는 정도로 어브레시브 워터노즐몸체(162)에 있는 축방향구멍(166)에 수용되어진다. 또한 대체로 원통형상의 어브레시브 워터 노즐팁(164)은 어브레시브 워터노즐몸체(162)에 있는 축방향구멍(172)을 통해 연장된다. 그 어브레시브 워터 노즐 팁(164)은 비 어브레시브 워터 노즐 캡(136)에 있는 홈(176)에 밀착되게 접하는 제 1 또는 상측 말단(174)을 가지며 또 피절단재를 향하고 있는 제 2 또는 바닥말단(178)을 가진다.
어브레시브 워터 노즐 팁(164)의 숄더(180)는 스페이서(184)를 경유하여 어브레시브 워터 노즐 몸체(162)에 있는 축방향구멍(172)위의 환형 레지(ledge)(182)에 대해 자립잡게 되어서, 어브레시브 워터 노즐 팁(164)의 피절단재를 향하는 어브레시브 워터 노즐 몸체(162)로부터 떼어지는 것을 방지한다.
어브레시브 워터 노즐 팁(164)이 축방향구멍(172)으로부터 제 10 도에서 보여지는 것처럼 상향으로 돌출하고 또 비 어브레시브 워터 노즐 캡(136)에 대해 고정되어 있기 때문에, 상술된 연마재 현탁액 챔버(170)는 어브레시브 워터 노즐 팁의 돌출되어 있는 부분 둘레로 결정되어진다.
제 10 도 및 제 11 도 모두는 어브레시브 워터 노즐 몸체(162)는 연마재 현탁액 챔버(170)속으로 연마재 현탁액을 그 공급장치(22)로부터 주입시키기 위한 연마재 현탁액 주입 구멍(186)을 가진다는 것을 도시한다. 어브레시브 워터 노즐 몸체(162)의 횡단면도인 제 11 도에서 도시되는 것처럼, 연마재 현탁액 주입구멍(186)은 연마재 현탁액 챔버(170)의 접선 방향으로 연장되어 있다. 그러나, 제 11 도에 도시되어 있음에도 불구하고, 연마재 현탁액 주입구멍(186)은 제 9 도의 어브레시브 워터제트 노즐 조립체(12a)에 대해 설명한 것처럼 어브레시브 워터 노즐 몸체(162)의 반경방향으로 연장될수도 있다.
제 10 도로 부터 잘 이해되는 것처럼, 어브레시브 워터 노즐 팁(164)은 연마재 현탁액 챔버(170)에 대해 동심으로 축방향으로 연장하는 방출수 통로 또는 소구멍(188)을 가진다. 그 통로(188)는 그 상측말단에서 비어브레시브 워터 노즐 소조립체(130)의 노즐 캡(136)에 있는 통로(150)로 개방되어 있다. 통로(188)의 바닥말단은 절단되어질 피절단재를 향해 개방되어 있다. 통로(188)는 하나의 상측부(190)를 포함하는데 그것은 통로(188)의 상측 말단으로부터 하향으로 연장하도록 경사져 있으며 또 통로(188)의 상측 및 바닥말단 사이의 거의 중간지점에서 끝나게 되어 있다.
제 10 도 및 제 11 도 모두를 참조하면, 어브레시브 워터 노즐 팁(164)은 제 11 도에서 횡단면으로 도시되는 것처럼 일정한 각도 간격을 가지고 반경방향으로 연장하는 연마재 현탁액통로(192)를 다수, 본 실시예에서는 4개, 형성하고 있다.
더우기, 제 10 도에서 어브레시브 워터 노즐팁(164)의 축방향 단면으로 도시되는 것처럼, 각각의 연마재 현탁액 통로(192)는 그것이 반경방향 안쪽으로 연장하고 있기 때문에 노즐팁의 하향으로 경사져 있다. 어브레시브 워터 노즐 팁(164)의 방사면에 대한 각각의 연마재 현탁액 통로(192)의 각도는 약 25도로 될 수 있다. 연마재 현탁액 통로(192)는 그들의 반경방향 외측말단에서 연마재 현탁액 챔버(170)로 개방되어 있고 그들의 반경방향 내측 말단에는 어브레시브 워터 노즐 팁(164)에 있는 방출수 통로(188)의 경사진 상축부(190)로 개방되어 있다.
이러한 두가지 목적의 노즐 조립체(12b)를 단지 고압수 제트에 의한 절단을 위해 사용하기에 필요한 것은 어브레시브 워터 노즐 소조립체(132)를 비 어브레시브 워터 노즐 소조립체(130)로부터 떼어내는 것이다. 이것은 비 어브레시브 워터 노즐 소조립체(130)의 노즐 캡(136)으로부터 어브레시브워터 노즐 소조립체(132)의 노즐 몸체(162)를 나사를 돌려서 빼는 것에 의해 쉽게 이루어질 수 있다.
제 12 도는 어브레시브 워터 노즐 소조립체(132)가 제거된후의 비 어브레시브 워터 노즐 소조립체(130)만을 도시한다. 제 1 도 또는 제 2 도의 펌프(14)로부터 이송되어져서, 고압수는 노즐 캡(136)에 있는 큰 구경의 통로(150)를 경유하여 비 어브레시브 워터 노즐 소조립체(130)의 노즐 팁(138)에 있는 소구멍(154)으로 부터 절단되어질 피절단재에 대해 방출되어진다. 어브레시브 워터 노즐 소조립체(132)는 제 1 도 및 제 2 도의 가르침에 따라 어브레시브 워터의 제트에 의해 절단하기 위하여서는 제 10 도에 도시된것처럼 비 어브레시브 워터 노즐 소조립체(130)속으로 나사로 조여질 수 있다.
어브레시브 워터 노즐 소조립체(132)를 비 어브레시브 워터 노즐소조립체(130)를 비 어브레시브 워터 노즐 소조립체(130)에 장치하기전에 사용중이거나 또는 조립시에, 소조립체(130)의 축방향으로 최종 제트가 정열되어 있는가를 확인하기 위해서 고압수를 비 어브레시브 워터 노즐 소조립체로부터 방출해 보는것이 바람직하다. 이러한 제트 정열에 사용되는 고압수는 고압펌프(14)든 조금 낮은 압력의 펌프(도시안됨)로 부터든간에 사용할 수 있는 펌프로부터 공급되어질 수 있다. 후자의 펌프를 사용하는 것이 작업자의 안정을 위해 바람직하다.
만약 워터제트가 정열되어 있지 않은 것으로 밝혀지면, 노즐캡(136)을 다시 조이는 것과 같은 재조정작업이 필요하게 된다. 그리고나서 어브레시브 워터 노즐소조립체(132)가 비 어브레시브 워터 노즐 소조립체(130)에 장치될 수 있다. 이러한 두가지 목적의 노즐 조립체(12b)의 이후의 사용에 있어서는 비 어브레시브 워터 노즐 팁(138)으로 부터의 고압수 제트는 비어브레시브 워터노즐캡(136)및 어브레시브 워터 노즐 팁(164)에 있는 통로(150 및 188)을 통해 정확히 축방향으로 흐르게 된다.
제 1 도의 공급장치(22)는 또는 제 2 도의 변형된 공급장치(22a)로부터 이송되어진 연마재 현탁액은 제 6 도내지 제 8 도의 노즐 조립체(12)와 제 9 도의 노즐 조립체(12a)에 대해 이미 기술된 방법으로 어브레시브 워터 노즐 팁(164)에 있는 통로(188)의 경사부(190)에서 고속도수 흐름으로 균일하게 주입되어진다.
비록 어브레시브 워터 제트가 어떤 크기의 형상 또는 물질의 절단재를 절단하기 위하여 요구되어진다 하여도, 비 어브레시브 워터 제트는 다른 형태의 절단재를 절단하기에 충분하게 된다. 그러나, 어브레시브 또는 비 어브레시브 워터 제트 절단에만 전념하는 노즐 조립체가 사용되어져 왔다. 하나의 절단 방식에서 다른 것으로 전환하기 위해서는, 사용되어왔던 노즐 조립체는 고압 펌프로 향하는 도관으로부터 떼어져야만 하며 또 다른 형태의 노즐 조립체가 동일한 도관에 결합되어야만 했다.
이와는 반대로, 본 발명에 따른 두가지 목적의 노즐 조립체(12b)의 구조에 있어서는, 두가지 절단 방식 사이의 전환에 요구되는 것은 어브레시브 워터 노즐 소조립체(132)를 비 어브레시브 워터 노즐 소조립체(130)로부터 나사를 풀어 제거하거나 또는 나사를 조여 결합시키는 것이다. 다른 장점으로서는, 고압 펌프(14)를 향하는 도관에 한번 결합되면, 비어브레시브 워터 노즐 소조립체(130)는 보수 목적이나 또는 다른 극히 적은 경우를 제외하고는 그곳으로부터 떼어낼 필요가 없는 것이다. 그래서 고압수 도관이 노즐 조립체와의 잦은 연결이나 떼어냄에 따라 빨리 손상되는 것이 배제될 수 있다.
이러한 두가지 목적의 노즐 조립체(12b)의 비어브레시브 및 어브레시브 워터 노즐 소조립체(130 및 132)의 사선 연결이 절대적인 것은 아니라는 것은 이해될 수 있을 것이다. 어브레시이브 워터 노즐 소조립체(132)가 비 어브레시브 워터 노즐 소조립체(130)로부터 쉽게 제거될 수 있으나 한번 장착되면 단단하게 맞물리는한 다른장치가 이러한 목적으로 사용될 수 있는 것이다.
상기 발표한 노즐 조립체(12, 12a 및 12b)에 공통적인 장점은 연마재 입자가 발명에 따라 현탁액 형태로 공급되기 때문에 연마재 입자가 종래처럼 "건조된"상태로 공급되는 것보다 어브레시브 워터의 최초흐름을 가속하는데 노즐 조립체가 짧아진 거리를 필요로 하는 것이다. 그러므로 노즐 조립체는 보다 작은 크기로 될 수 있으며 또 예전보다 작은수의 부품이 필요하게 되었다. 보다 짧은 거리의 가속은 노즐 조립체내에서의 유체 에너지를 보다 작게 감소시키는 장점을 가지게 되어 워터펌프(14)의 주어진 공급압력하에서 어브레시브 워터 제트의 절단능력을 크게 하는데 이바지 하게 된다.
4. 회수 용기장치
상술한 바와같이, 어브레시브 워터 제트의 에너지를 견디기 위한 글라스 울과 텅스텐 카바이드나 또는 세라믹의 판과 같은 종래의 고정된 완충장치는 빠른 마모 및 잦은 교체에 따른 연속적인 필요함 때문에 좋지 못한 것이었다. 그러한 완충장치는 노즐 조립체의 모든 통로를 따라서 워터제트에 의해 부서질 부분보다 넓은 면적으로 설치해야만 하였다. 그러므로, 종래의 완충장치는 빠른 국부 마모에 접하며 잦은 교체가 필요하게 되었다.
그러한 완충장치의 사용 수명을 연장시키기 위하여 그 두께를 증가시키거나 또는 물로 채워져 상측이 개방된용기에 그러한 완충장치를 설치하는 것이 시도 되었다.
이들은 전체 회수 장치의 체적이 필연적으로 증가되기 때문에 만족스럽지 못하였다. 그러한 체적이 큰 장치는 어브레시브 워터 제트 노즐 조립체 및 회수 장치가 함께 예정된 절단선을 따라 피절단재에 대해 이동되어지는 로보트화 또는 자동화된 절단장치에 사용 하기에는 특히 부접합하였다. 특히 물저장 용기가 사용되었을때, 어브레시브 워터 제트는 물의 표면에 수직으로 향해야 되는데, 다시 말하면 어브레시브 워터 제트 노즐 조립체는 단지 하향상태로만 사용할 수 있게 된다. 이러한 계약은 절단장치의 다용도성을 크게 감소시키게 된다.
본 발명은 상술한 공지의 공정된 완충장치의 결점을 모두 제거한 개선된 회수용기의 구조 약간을 제안한다.
4-1. 회수용기장치의 제 1 형태
제 13 도에 도시된 바와같이, 제 1 형태의 회수용기 장치(26a)는 입구(202)및 출구(204)를 가지는 방수의 상자형 봉입물(200)을 포함하고 있다. 입구(202)는 어브레시브 노즐 조립체(12, 12a 또는 12b)로 부터 방출되어 피절단재 W를 절단하는 어브레시브 워터 제트J를 주입하기 위하여 봉입물(200)의 상측에 형성되어 있다. 봉입물(200)의 바닥근처에 위치되는 출구(204)는 제 1 도 또는 제 2 도의 연마재 현탁액 공급장치(22 또는 22a)와 연통되어 있다.
봉입물(200)내에는 회수용기(206)가 텅스텐 카바이드 또는 유사 재료로된 장착물(210)을 게재하여 비교적 무거운 헬리컬 압축스프링(208)에 탄성적으로 지지되어 있다. 여기에서 회수용기(206)는 어브레시브 워터 제트를 주입하기 위한 입구를 가지는 원구형태로 도시되어 있다. 다수의 출구(214)가 주입된 물 및 연마재 입자를 방출하기 위해 회수용기(206) 전체에 걸쳐 형성되어 있다. 봉입물(200)에 있는 입구(202)와 회수용기(206)에 있는 입구(212) 사이에는 벨로우즈(216)가 연장되고 연통되어 있어서 봉입물에 대해 회수용기가 탄성적으로 변위할 수 있게 되어 있다.
다수의 완충용 볼(218)들이 회수용기(206)에 포함되어 있다. 적절하게는, 완충용 볼(218)들은 비록 강철들의 단단하고 마모저항이 있는 지료로 될 수 있을지라도 어브레시브 워터 제트J에 포함되어 있는 연마재 입자들과 동일한 재료(즉, 세라믹)로 만들어진다.
회수용기장치(26a)는 들어오는 어브레시워터 제트J의 에너지를 완충시키기 위하여 아래와 같은 작용을 하게된다. 봉입물(200)에 있는 입구(202)및 벨로우즈(216)를 통하여 회수용기(206)로 들어갈때, 어브레시브 워터 제트는 제 13 도의 화살표로 지시되어 있듯이 회수용기의 구형 내부 표면의 바닥부분을 향해 약간의 완충용 볼(218)들을 밀어 부치게 돤다. 또한 본 도면에 화살표로 지시되어 있듯이, 약간의 완충용 볼들의 그러한 하향 드러스트는 다른 완충용볼들을 회수용기(206)의 둥글게된 내부 표면위로 이동시켜서 회수용기입구(212)바로 아래에 다다르게 하며 또 들어오는 어브레시브 워터 제트에 의해 차례로 아래로 밀려지게 한다. 회수용기(206)내에서의 그러한 재순환으로 완충용 볼(218)들은 각각 자체 축둘레를 각각 회전하게 된다.
따라서, 어브레시브 워터 제트J의 에너지는 완충용 볼(218)들의 재순환 및 회전에너지로 반환하게 된다. 이러한 완충용볼들의 운동에너지는 완충용볼들 사이에서 및 완충용 볼과 회수용기(206) 사이에서의 마찰의 결과로 발생되는 열로 소멸되어지게 된다.
그러한 제트 에너지의 효과적인 소멸은 완충용 볼들에 직접 노출되는 어브레시브 워터 제트의 충격을 감소시키게 된다. 회수용기(206)내의 완충용 볼들은 그래서 매우 서서히 마모되며 더욱 중요한 것으로는 모두 동일한 속도로 마모되게 된다. 재순환하는 완충용볼들의 사용 수명은 종래의 고정된 완충장치에 비해 많이 길어지게 된다. 이 실시예 에서는 회수용기(206)가 압축스프링(208)위에 장착되어 있다는 것을 더 인식해야될 것이다. 이렇게 지지 되어있는 회수용기(206)는 그곳에 있는 완충용 볼(218)들에 어브레시브 워터 제트J가 떨어짐에 따라 단지 벨로우즈(216)에 의해 허용되는 범위만큼 상하 뿐만 아니라 좌우로도 탄성적으로 변위할 수 있다.
그래서, 어브레시브 워터 제트J의 에너지는 완충용 볼(218)들의 재순환에 의해서 뿐만 아니라 스프링(208)에 의해서도 감소되어진다. 그러므로 이러한 이유로 하여서 회수용기장치(26a) 역시 종래의 고정된 완충장치 보다 길어진 수명을 가지게 된다.
완충용볼(218)들에 낙하한후에, 연마재 입자를 함유하는 워터는 회수용기(206)에 있는 출구(214)밖으로 흘러나가며 또 봉입물(200)의 바닥에 200으로 지적되어지듯이 수집된다. 이러한 회수된 유체(220)는 제 1 도 및 제 2 도에 도시된 펌프(30)에 의하여 연마재 현탁액 공급장치(22 또는 22a)로 요망에 따라 이송 되어진다.
어브레시브 워터 제트J의 힘에 연속적으로 노출되어져서 비교적 적은수의 완충용볼들이 긴 시간에 걸쳐 사용되어진다는 것이 회수용기장치(26a)에 의해 얻어지는 장점중 하나이다. 그래서 회수용기(206)가 작아지면 질수록 완전한 회수용기장치(26a)가 되는 것이다.
완충용볼(218)들이 절단에 사용되는 연마재 재료와 동일한 재료로 만들어질때 그 자체로 부가의 장점을 입증하였다. 그러한 연마재 재료의 완충용 볼들은 어브레시브 워터 제트(J)가 그곳에 낙하되고 완충볼들이 서로 부딪치기 때문에 그들 스스로 연마재 입자를 생산하게된다. 그러한 연마재 입자들은 회수된 액체(220)로부터 분리되어질 필요가 없으며 어브레시브 워터 제트J의 절단능력에 어떠한 해도 미치지 않으면서 연마재 입자 공급장치(22또는 22a)를 통해 회수된 액체와 함께 흐르게 될수도 있다.
마모된 완충용 볼(218)들은 교체할 필요가 있게 된다. 마모된 완충용볼들의 교체는 회수용기(206)의 크기가 작아질수록 쉬워지게 된다. 회수용기(206)를 봉입물(200)의 밖으로 꺼내고, 거꾸로 세워서 사용된 완충용 볼들을 꺼내며 또다시 새로운 완충용 볼들을 집어넣는다.
4-2. 회수용기 장치의 제 2 형태
완충용볼들을 함유하는 회수용기는 반드시 원구형일 필요는 없으며 예를 들면 제 14 도 및 제 15 도에 도시된 제 2 형태의 회수용기 장치(26b)와 같이 원통형으로 될 수도 있다.
원통형 회수용기(230)는 수평으로 배치되어 있으며 또 장착물(210)위에 한쌍의 고정된 러그(234)로 회전할 수 있게 지지되어 있는 한쌍의 트러니언(232)을 가지는 것으로 봉입물(200)내에 있는 스프링으로 받쳐진 장착물(210)위에 설치되어 있다. 그러나, 회수 용기(230)의 회전은 평범하기 때문에 도시되어 있지않은 어떠한 적절한 장치에 의해서라도 예정된 각도로 제한되어진다.
회수용기(230)에 있는 입구(236)는 회수용기의 축이 제 14 도 및 제 15 도에 도시된것처럼 그 수직위치에 있을때 그축과 수직으로 정열되는 것이 아니라 회수용기축과는 어느정도 한쪽으로 치우쳐 있게 된다. 벨로우즈(216)는 이러한 회수용기(230)의 입구와 봉입물(200)의 입구(202)사이에 연장되어 있다. 회수용기장치(26b)의 다른 상세한 구성은 제 13 도의 회수용기장치(26a)에서와 동일하다. 그래서 원통형 회수용기(230)위의 입구(236)의 치우침을 이유로 하여, 어브레시브 워터 제트J는 제 14 도에서 화살표로 지시되듯이 회수용기의 축둘레를 약간의 완충용볼(218)들이 회전하게 한다.
더우기, 입구(236)가 제 15 도에 도시되듯이 그 세로 길이에 대해 회수용기(230)의 중앙에 위치하기 때문에, 완충용 볼(218)들은 회수용기의 반대쪽 축방향 말단을 향해 강제로 밀려나게 된다. 재순환하는 완충용 볼들은 어브레시브 워터 제트J에 연속적으로 노출되어진다. 동시에, 어브레시브 워터 제트J는 그자체의 축둘레에서 회수용기(230)가 진동하게하며 더우기 그에따른 회수 용기의 변위로 압축스프링(208)을 치우치게 한다. 회수용기 자체의 그러한 진동 및 변위는 용기내의 완충용 볼들의 재순환과 함께 작용하여 어브레시크워터 제트J의 에너지를 감소시킨다.
4-3. 회수용기장치의 제 3 형태
제 16 도는 제 3 형태의 회수용기장치(26c)를 도시하는데 이것은 압축 스프링(208) 대신에 외팔보형태의 스프링 장치(240)를 가지는 점에서 제 13 도 회수용기장치(26a)와 틀리다. 봉입물(200)에 지지되어서, 외팔보형태의 스프링장치(240)는 들어오는 어브레시브 워터 제트J의 힘에 대해 회수용기(206)를 탄성적으로 지지하여 준다. 이러한 회수용기장치(26c)의 다른 상세한 구성은 회수용기장치(26a)와 유사하다. 그 작용 또한 외팔보형태의 스프링장치(240)가 압축스프링(208)과 유사한 기능을 하는 점에 있어서 회수용기장치(26a)의 것과 유사하다.
4-4. 회수용기 장치의 제 4 형태
적절한 형태의 회수용기장치(26a, 26b 및 26c)로 상술한 회수용기(260및 230)는 제 17 도에 도시된 회수용기(250)와 같이 수정이 가능한 것이다. 수정된 회수용기(250)는 배출구(252)가 상술된 회수용기장치에서처럼 용기전반에 걸쳐 있는 것이 아니라 단지 그 상측에만 배치되어 있다. 배출구(252)의 이러한 배치는 용기(250)내에 일정한 높이로 회수된 액체를 수집하는 결과를 가져오며 유체에 잠겨져서 그 완충용 볼(218)들은 용기내에서 더욱 원활하게 재순환 되어진다.
4-5. 회수용기장치의 제 5 형태
제 18 도에서 도시된 더욱 적절한 형태의 회수용기장치(26d)는 스크롤형이라고 기술할 수 있을 형태의 금속튜브로 만들어진 회수용기(260)를 특징으로 하고 있다. 충진 되어 있는 완충용 볼(218)들의 재순환을 촉진하도록 설계 되어져서, 그 회수용기(260)는 직선부(262)와 곡선부(264)로 구성되어 있다.
회수용기(260)의 직선부(262)는 노즐조립체(12)로 부터의 어브레시브 워터 제트J의 통로의 연장선을 따라 또는 수직으로 연장되어 있으며, 또 어브레시브 워터 제트의 진입을 위해 그 상측 말단에 입구(266)를 가진다. 곡선부(264)는 직선부의 바닥 말단을 직선부의 반대쪽 끝 중간위치에서 다시 직선부로 되돌리기 위한 것으로 여겨진다.
곡선부(264)는 대체로 아치형이며, 직선부(262)는 곡선부로 결정되는 아크에 접선방향으로 연장되어진다. 다수의 출구 구멍(268)들이 회수용기(260)의 전표면에 걸쳐 정열되어 있다.
회수용기(260)는 방수의 상자형 봉입물(272)내에 텅스텐 카바이드 등의 재료로된 단단한 장착물(270)위에 놓여 있게 된다. 봉입물(272)은 어브레시브 워터 제트J의 약간, 큰 직경을 가지는 제트 입구(276)를 그 상측부(274)에 형성하고 있다. 제트입구(276)는 회수용기(260)의 입구말단부에 가깝게 수용하여 그 용기를 봉입물(272)내에 고정시키기 위하여 그 하부 또는 내부 말단에 확장부(278)를 가진다. 봉입물(272)은 회수된 액체를 연마재 현탁액 공급장치(22 또는 22a)로 펌핑하기 위해서 그 바닥 근처에 출구(280)를 가진다.
회수용기(260)내의 완충용볼(218)들의 크기 및 수는 용기 내에서 이후 기술된 방식으로 재 순환 시킬 수 있도록 결정 되어있다. 전술한 모든 형태의 회수 용기 장치에서 처럼, 완충용볼(218)들은 어브레시브 워터절단에 사용된 연마재 입자와 동일한 재료로 만드는 것이 이롭게 된다.
이러한 스크롤형태의 회수용기(260)에 있어서, 완충용 볼(218)들은 제 18 도에 화살표로 도시되어 있는 것처럼 대체로 환형의 경로를 통하여 일정하게 재순환 하여서 들어오는 어브레시브 워터 제트J의 에너지를 소멸 시키게 된다. 완충용 볼들의 재순환이 회수용기(260)내에서 어떻게 이루어지는가를 하기에서 가장 적당하게 설명하고 있다고 믿어진다.
노즐 조립체(12)로부터 어브레시브 워터의 가장 날씬한 제트J가 회수용기(260)에 인입되며 용기입구(266)근처나 그 중앙에 놓여있는 완충용 볼(218)들을 때리게 되어 이들 볼들을 강제로 하향되게 한다. 이들 볼들의 하향 변위는 약간의 다른 완충용 볼들을 반경방향 바깥쪽으로 밀어 부치게 되며 또 그래서 다른 완충용 볼들을 회수용기(260)의 내부 표면 위로 이동 시키며 또 그후 회수용기가 만들어지는 튜브의 횡단면 중앙으로 그 자체 무게로 낙하 하게된다. 그래서, 완충용 볼(218)들은 회수용기(260)의 직선부(262)내에서 그러한 축방향 대칭 변위가 일정하게 진행되어진다.
용기 입구(266)근처에서의 완충용 볼들의 그러한 국부 변위로, 회수용기(260)의 곡선부(264)에 수용되어진 그 볼들은 그 출구 말단(282)으로부터 직선부(262)로 연속적으로 낙하된다. 그러므로, 직선부(262)내의 볼들은 점차적으로 아래로 이동되어져서 곡선부(264) 상측으로 이동하며 결국 곡선부의 출구 말단(282)으로부터 직선부로 되돌아 가게 된다.
그래서, 전술된 모든 회수용기 장치의 적절한 형태에서 처럼, 회수용기(260)내의 모든 완충용볼(218)들은 용기입구(266)근처에서 들어오는 어브레시브 워터 제트J의 충돌에 연속적으로 노출되어져서 동일하게 마모되어진다. 어떠한 국부 마모도 없도록, 재순환하는 완충용볼들은 공지의 고정된 완충장치보다 길어진 사용수명을 갖게 하였습니다.
회수용기(260)는 제 18 도의 넓은 가르침내에서 여러 가지로 수정되기 쉽다. 예를들면, 그 곡선부(264)의 곡률반경이 곡선부에 의해 볼들에 미치는 마찰의 감소를 통하여 완충용 볼들이 보다 원활하게 재순환 하도록 변경될 수도 있다. 이와는 반대로, 회수용기가 완충용볼들의 재순환을 방해 하도록 만들어지거나 또는 별도의 장치를 사용할 수도 있다. 또한 17도의 회수용기(250)에서처럼, 하나 이상의 출구를 회수용기(260)의 제트입구(266)근처에만 형성하여 용기가 회수된 물로 채워지게 할 수도 있다. 그러한 물은 워터제트의 에너지를 완충시키는데 효과적이며 또 완충용볼들의 마찰 마모를 감소시키는데도 효과적이다.
여기에 발표된 적절한 형태의 회수 용기장치 모두에 공통되는 장점은 그들이 어브레시브 워터 제트의 에너지를 단지 한 지점에서만 지탱한다는 사실을 통해 인식되어지는 구조의 소형화에 대한 것이다.
예를들면, 마지막으로 발표한 회수용기장치(26d)는 높이가 150밀리미터까지 작아질 수 있다. 그러므로, 노즐 조립체를 고정된 피절단재에 대해 이동시키면서 피절단재를 절단하는 장치에 있어서, 회수용기 장치는 절단선을 따라서 노즐 조립체와 함께 이동되어질 수 있다.
본 발명의 회수용기 장치가 어브레시브 워터 제트를 수용하기 위하여 직립형태로 고정될 필요가 없음을 또한 이해할 수 있을 것이다. 노즐 조립체 및 회수용기 장치 모두가 위치 조절장치에 장착될 수 있어서 노즐 조립체는 어브레시브 워터 제트를 수직하방 뿐아니라 어떠한 다른 방향으로도 방출하여 피절단재를 절단할 수 있게 된다.

Claims (27)

  1. 고압수와 연마재 입자(A)를 별도로 공급하는 것에 의해 어브레시브 워터 노즐 조립체(12, 12a 또는 12b)로부터 방출되는 어브레시브 워터 노즐 제트(J)에 의하여 피절단재(W)가 절단되는 어브레시브 워터 제트 절단방법에 있어서, 연마재 입자들이 물에 현탁되어서 그 현탁된 연마재 입자들의 평균크기가 대략 100미크론까지인 현탁액(S)형태로 노즐 조립체에 공급되는 것을 특징으로 하는 어브레시브 워터 제트 절단방법.
  2. 제 1 항의 방법에 있어서, 현탁액(S)에서의 연마재 입자(A)의 농도가 중량으로 약 20내지 70퍼센트인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항의 방법에 있어서, 어브레시브 워터 제트 노즐 조립체(12, 12a 또는 12b)에서 그곳을 흐르는 고압수 흐름에 의해 발생된 부분 진공에 의해서 연마재 입자(A)의 현탁액(S)이 고압수와 혼합되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항의 방법에 있어서, 연마재 현탁액(S)이 물을 함유하는 농도 조절용기(18또는 32)에서 연마재입자를 개량하고 또 어브레시브 워터 제트 노즐 조립체(12, 12a또는 12b)로 연마재 현탁액을 이송시키기 위하여 농도 조절 용기에서 계량된 연마재 입자들을 함유하는 물을 교반 하여서 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4 항의 방법에 있어서, 어브레시브 워터 제트 노즐 조립체(12, 12a 또는 12b)로부터 방출되어지며 피절단재(W)를 절단하는 어브레시브 워터 제트(J)가 농도 조절용기(18 또는 32)를 경유하여 노즐 조립체로 다시 재순환하기 위하여 회수되어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5 항의 방법에 있어서, 회수된 물과 연마재 입자들이 농도 조절 용기(18 또는 32)로 다시 이송되도록 준비된 침전조(54)로 향하며, 침전조에서 침전되어 회수된 연마재 입자들을 농도조절용기로 전달되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 연마재 입자(A)들을 고압수의 흐름에 주입시켜 만든 어브레시브 워터 제트(J)를 방출하는 것에 의하여 어브레시브 워터 제트 노즐 조립체(12, 12a, 또는 12b)가 피절단재(W)를 절단하는 어브레시브 워터 제트 절단장치에 있어서, 노즐 조립체가 현탁액 공급장치(22또는 22a)와 연통되어 있고 그것에 의하여 연마재 입자들이 물에 현탁되어서 그 현탁된 연마재 입자가 약 100마크론까지의 평균크기를 가지는 현탁액(S)형태로 공급되어지며, 그 노즐 조립체는 고압수원(14)과 연통 되어있어 그곳으로부터 고압수를 수용하는 것을 특징으로 하는 어브레시브 워터 제트 절단장치.
  8. 제 7 항의 장치에 있어서, 제트 노즐 조립체(12)의 구조는 피절단재(W)를 향하는 팁말단(92)및 그 피절단재로부터 멀어진 베이스 말단(94)를 가지며 또 그 베이스말단과 팁말단 사이에 연장되어 있는 축방향구멍(96)을 가지는 노즐 몸체(90), 노즐 몸체의 축방향 구멍과 베이스말단 근처에 장착되어 있으며 고압수원(14)과 연통하는 소구멍(106)을 가지는 고압수 노즐팁(98), 노즐 몸체의 팁말단에 장착되어 있으며 고압수 워터 노즐팁의 소구멍과 일열로 정열되어 있는 소구멍(114)을 가지는 어브레시브 워터 노즐팁(110), 고압수 노즐팁과 어브레시브 워터 노즐팁사이 및 노즐몸체의 축방향 구멍에 장착되어 있고 그것을 통해 방출수 통로(118)을 정열시켜 결정지으며 또 고압수 노즐팁과 어브레시브 워터 노즐팁의 소구멍들을 연통시키는 내부 노즐부재(116), 연마재 현탁액 공급장치(22 또는 22a)로부터 연마재 현탁액(S)을 주입시키기 위해 노즐몸체에 결정되는 연마재 현탁액 입구(124), 노즐몸체와 내부 노즐 부재 사이에 결정되어서 내부 노즐 부재에 있는 방출수 통로를 에워싸며 노줄몸체에 있는 연마재 현탁액 입구와 연통되어 있는 환형의 연마재 현탁액 챔버(122), 및 연마재 현탁액 챔버를 고압수통로와 연통시키기 위해 내부 노즐부재에 결정되며 방출수 통로 둘레에 서로 각도상으로 간격져 있는 다수의 연마재 현탁액 통로(126)가 형성되어 있는 것들로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 8 항의 장치에 있어서, 어브레시브 워터 제트 노즐 조립체(12)의 노즐몸체(90)에 있는 연마재 현탁액 입구가 연마재 현탁액 챔버(122)의 접선방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 8 항의 장치에 있어서, 어브레시브 워터 제트 노즐 조립체(12)의 내부 노즐 부재(116)에 있는 각각의 연마재 현탁액 통로(126)가 노즐 조립체(12)의 축방향에서 보아 방출수통로(118)의 접선방향으로 연장하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 8 항의 장치에 있어서, 어브레시브 워터 제트 노즐조립체(12)의 내부 노즐 부재(116)에 있는 각각의 연마재 현탁액통로(126)가 그것이 방출수통로(118)를 향하여 연마재 현탁액챔버(122)로부터 연장하는 것처럼 노즐몸체(90)의 팁말단을 향해 각을 형성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 7 항의 장치에 있어서, 어브레시브 워터 제트 노즐조립체(12b)의 구조는 고압수원(14)과 연통되어 있으며 고압수를 방출하기 위해 비 어브레시브 워터 노즐팁(136)을 가지는 비 어브레시브 워터 노즐 소조립체(13)와, 이 비 어브레시브 워터 노즐팁(138)으로부터 방출되는 방출수를 주입하기 위해 비 어브레시브 워터 노즐 소조립체(130)와 결합되어 있고, 연마재 현탁액을 주입하고, 그 방출수와 혼합하기 위하여 연마재 현탁액 공급장치(22 또는 22a)와 연통하고 있는 어브레시브 워터 노즐 소조립체(132)가 결합구성되어 있으며 그 어브레시브 워터 노즐 소조립체(130)는 고압수와 연마재 현탁액의 혼합물을 피절단재(W)를 향하여 방출하는 어브레시브 워터 노즐팁(164)이 결합되어 있고, 어브레시브 워터 노즐 소조립체(132)는 비 어브레시브 워터 노즐 소조립체(130)에 의해 생긴 방출수에 의하여 피절단재를 절단하기 위하여 비 어브레시브 워터 노즐 소조립체(130)로부터 쉽게 떼어질 수 있게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 12 항의 장치에 있어서, 비 어브레시브 워터 노즐 소조립체(130)의 구조는 방출수 통로(140)가 관통하고 있으며 고압수원(14)과 연통하고 노즐몸체(134), 방출수(154)가 노즐몸체에 있는 방출수통로와 정열되어 관통하고 있으며 노즐몸체(134)에 장착되어 있는 노즐캡(136), 노즐몸체(134)와 노즐캡(136)사이에 장착되어 있고, 노즐몸체(13)및 노즐캡(136)에 있는 방출수통로와 정열되어 있으며 연통용 소구멍(154)이 관통하고 있는 노즐팁(138)으로 결합구성되어 있으며, 또 어브레시브 워터 노즐 소조립체(132)의 구조는 비 어브레시브 워터 노즐 소조립체(130)의 노즐캡(136)에 떼어낼수 있도록 장착되어지며 축방향 구멍(166)이 형성되어있고 비 어브레시브 워터 노즐 소조립체(130)의 노즐캡이 어브 레시브 워터 노즐 소조립체(132)의 노즐몸체의 축방향구멍에 수용되어서 그들사이에 연마재 현탁액 챔버(170)를 형성하는 노즐몸체(162), 연마재 현탁액(S), 공급장치(22 또는 22a)로 부터 연마재 현탁액을 연마재 현탁액 챔버속으로 주입시키기 위해 어브레시브 워터 노즐 소조립체(132)의 노즐몸체에 형성되는 연마재 현탁액 입구(186), 어브레시브 워터 노즐 소조립체(132)의 노즐몸체에 장착되어지며 비 어브레시브 워터 노즐 소조립체(130)의 노즐캡에 고정되어있는 제 1 말단(174)과 피절단 재(W)를 향하는 제 2 말단(178)을 가지는 노즐팁(164), 어브레시브 워터 노즐 소조립체(130)의 노즐팁의 제 1 및 제 2 말단사이를 연장하여 연마재 현탁액 챔버와 동심관계를 가지면서 어브레시브 워터 노즐 소조립체(132)의 노즐팁에 있는 방출수통로가 어브레시브 워터 노즐 소조립체(132)의 노즐팁의 제 1 말단에서 비 어브레시브 워터 노즐 소조립체(130)의 노즐캡에 있는 방출수 통로에 개방되는 하나의 방출수통로(188)와, 어브레시브 워터 노즐 소조립체(132)의 노즐팁에 있는 방출수통로와 연마재 현탁액 챔버를 연통시키기 위해 어브레시브 워터 노즐 소조립체(132)의 노즐팁에 있는 방출수통로 둘레에 서로 각도상으로 간격지어지는 다수의 연마재 현탁액통로(192)로 구성되어지는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 13 항의 장치에 있어서, 어브레시브 워터 노즐 소조립체(132)의 노즐팁(164)에 있는 방출수통로(188)가 제 1 말단(174)으로부터 그 제 2 말단(178)을 향해 경사지는 부분(190)을 포함하여, 또 어브레시브 워터 노즐 소조립체의 노즐팁에 있는 연마재 현탁액 통로(192)가 방출수통로의 경사부(190)에 개방되어 있는 것을 특징으로 하는 장치
  15. 제 13 항의 장치에 있어서, 어브레시브 워터 노즐 소조립체(132)의 노즐팁(164)에 있는 각각의 연마재 현탁액 통로(192)가 어브레시브 워터 노즐 소조립체의 노즐팁에 있는 방출수통로(188)를 향해 연마재 현탁액 챔버(170)로부터 연장되기 때문에 그 제 2 말단(178)을 향해 각도를 이루는 것을 특징으로하는 장치.
  16. 제 13 항의 장치에 있어서, 어브레시브 워터 노즐 소조립체(132)의 노즐몸체(162)에 있는 연마재 현탁액 입구(186)가 연마재 현탁액 챔버(170)의 접선방향으로 연장하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제 7 항의 장치에 있어서, 연마재 현탁액 공급장치(22)가 물을 함유하며 어브레시브 워터 제트 노즐조립체(12)와 연통되는 농도조절 용기(32), 농도조절용기 속으로의 연마재 입자(A)들을 계량하는 장치(34, 36), 농도조절용기에서 물과 연마재 입자를 교반하여 연마재 현탁액(S)을 어브레시브 워터 제트 노즐조립체로 제공하기 위한 교반기(40)로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제 17 항의 장치에 있어서, 연마재 현탁액 공급장치(22)는 회수장치(26, 26a, 26b, 26c 또는 26d)가 노즐조립체로부터 방출되어 피절단재를 절단하는 어브레시브 워터제트(J)를 회수하기 위하여 피절단재(W)를 가로질러 어브레시브 워터 제트 노즐조립체(12) 반대편에 위치되며 또 회수된 물과 연마재 입자들의 최소한의 부분을 다시 되돌리기 위해 농도조절장치(32)와 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제 18 항의 장치에 있어서, 연마재 현탁액 공급장치(22a)가 회수 용기장치(26)과 농도조절용기(32)를 연통시키며 그 사이에 침전조(54)를 설치하며, 회수된 연마재 입자는 농도조절용기로 다시 전달 하기 위하여 마련된 침전조에서 침전된다는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제 7 항의 장치에 있어서, 연마재 현탁액 공급장치(22 또는 22a)로는 피절단재(W)를 절단한 어브레시브 워터 제트(J)를 다시 전달 받기 위하여 회수용기장치(26a, 26b, 26c 또는 26d)가 설치되며, 그 회수용기장치는 어브레시브 워터 제트 노즐조립체의 반대편에 위치되고 또 그 구조는 어브레시브 워터 제트를 주입하기 위한 입구(212, 236 또는 266)와 주입된 물과 연마재 입자들을 방출하기 위한 적어도 하나의 출구(214, 252 또는 268)를 가지는 회수용기(206, 230, 250 또는 268)와 어브레시브 워터 제트의 에너지를 완충시키기 위해 회수용기내에 있는 단단한 재료로 만들어진 다수의 완충용 볼로 구성되어지며, 그 회수 용기는 어브레시브 워터 제트의 에너지에 의하여 완충용 볼들이 거기서 재순환할 수 있도록 적어도 부분적으로 둥글게 된 내부표면을 가지는 것을 특징으로하는 장치.
  21. 제 20 항의 장치에 있어서, 회수용기장치의 회수용기(206)가 원구 형태인 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제 20 항의 장치에 있어서, 회수용기(206 또는 230)가 탄성장치(208 또는 240)에 의해 탄성적으로 지지되는 것을 특징으로하는 장치.
  23. 제 22 항의 장치에 있어서, 회수용기장치(26a, 26b, 또는 26c)가 그곳에 회수용기(206 또는 230)와 탄성장치(208 또는 240)를 장착하고 있으면서 어브레시브 워터 제트(J)가 회수용기로 주입되는 입구(202)및 연마재 현탁액 공급장치(22 또는 22a)와 연통하고 있는 출구(204)를 형성하는 방수의 봉입물(200)과 방수의 봉입물에 있는 입구와 회수용기에 있는 입구 사이에 연장되는 벨로우즈(216)로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 제 20 항의 장치에 있어서, 회수용기장치(26b)의 회수용기가 원통형이며 또 어브레시브 워터 제트 조립체(12)에 대한 한계내에서 그 자체 축둘레를 회전하도록 지지되는 것을 특징으로하는 장치.
  25. 제 20 항의 장치에 있어서, 회수용기(250)의 출구(252)가 그 입구 근처에 위치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  26. 제 20 항의 장치에 있어서, 회수용기장치(26d)의 회수용기(260)는 관형태이며 어브레시브 워터 제트 노즐조립체(12)로부터 어브레시브 워터 제트(J)의 경로의 연장선을 따라 배치되고 한쪽말단에 입구(266)를 가지는 직선부(262)와 그 직선부의 다른쪽 말단을 서로 마주보는 말단의 중간지점에서 다시 직선부로 되돌려 연결시키는 곡선부(264)로 구성되도록 형성되는 것을 특징으로하는 장치.
  27. 제 20 항의 장치에 있어서, 회수용기장치(26a, 26b, 26c 또는 26d)의 완충용볼(218)들이 연마재 입자와 동일한 재료로 되는 것을 특징으로 하는 장치.
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