KR101236593B1

KR101236593B1 - 유체 작동 기계

Info

Publication number: KR101236593B1
Application number: KR1020097007132A
Authority: KR
Inventors: 유위 번하드 파스칼 스테인
Original assignee: 아르테미스 인텔리전트 파워 리미티드
Priority date: 2006-09-08
Filing date: 2006-09-08
Publication date: 2013-02-22
Also published as: DK2064474T3; EP2064474A1; JP4994455B2; EP2064474B1; JP2010502886A; WO2008029073A1; KR20090065526A; US20100084587A1; CN101542176A; US8757583B2; CN101542176B

Abstract

고압 라인 및 작동 챔버를 갖는 유체 작동 기계에 있어서, 밸브 장치가 고압 라인으로부터 작동 챔버로의 유체 유동을 제어하기 위해 배치된다. 밸브 장치는 밸브 시트(16)와 밀봉 접촉하도록 배열된 밸브 요소(11)를 갖는 주 밸브와, 고압 라인과 직접 유체 연통하게 작동 챔버를 배치시켜 주 밸브의 양쪽 측부의 압력을 균등하게 하도록 전자기적으로 이동가능한 밸브 부재(10)를 포함하는 보조 밸브를 포함한다. 전자기적으로 이동가능한 밸브 부재는 스풀 밸브 부재(10) 또는 포핏 밸브 부재(19)를 포함할 수도 있다.

고압 라인, 작동 챔버, 밸브 장치, 밸브 시트, 주 밸브, 보조 밸브

Description

유체 작동 기계 {FLUID-WORKING MACHINE}

본 발명은 유압 또는 공압 모터 또는 펌프("유체 작동 기계")에 관한 것이다.

EP-B-0494236호에는 기계의 운전 사이클(motoring cycle)을 생성하기 위해 작동 챔버의 내용물의 사전 압축 및 사전 팽창을 사용하며, 유체 작동 기계의 전자기 포핏(poppet) 밸브를 가동시키기 위한 기구를 도입하고 있다. 기계의 작동 챔버는 유체 동력이 샤프트 동력으로 제어가능하게 변환되도록 그리고 반대로 변환되도록 실시간으로 선택되어, 제어가능한 양방향 에너지 유동을 허용한다. 포핏 밸브의 성질은 유압이 안착 영역에 걸쳐 작용하여 큰 폐쇄력을 생성하는 것이다. EP-B-0494236호의 운전 사이클은 사전 회전 샤프트(already spinning shaft)로부터의 에너지에 의존하여 고압 매니폴드 내의 압력에 대해 솔레노이드 작동식 포핏 밸브의 개방을 허용한다. 이러한 요건은 기계가 임계 샤프트 속도를 초과하여 이미 작동되고 있는 조건으로 이러한 기술의 사용을 제한한다. 영속도로부터의 시동이라는 요건을 갖는 용도에 있어서, 운전 사이클은 다른 수단에 의해 기동되어야만 한다.

US-A-5735582호는 마스터 밸브 및 보조 밸브를 포함하고 보조 밸브는 고압에 대항하여 마스터 밸브를 개방시키는 기능을 하는 전자기 밸브 조립체를 기술하고 있다. 마스터 밸브가 개방하기 위해, 유체는 압력이 균등해질 때까지 마스터 밸브 본체와 보어 사이의 모세관을 따라 유동해야 한다. 이는 밸브 조립체의 가동이 유체 작동 기계에서 사용되기에는 너무 느린 200 내지 300ms를 필요로 한다는 것을 의미한다.

본 발명의 하나의 목적은, 유체 작동 기계의 작동 챔버와 고압 매니폴드 사이에 개재되고, 고압 매니폴드는 가압되고 기계의 출력 샤프트는 고정되어 있는 동안 개방할 수 있는, 면 안착식(face-seating) 밸브를 제공하는 것이다.

따라서, 본 발명은 청구항 제1항에 따른 유체 작동 기계를 제공한다. 본 발명의 선택적인 구성요소는 종속항들에 기재되어 있다.

작동 챔버는 기본적으로 내장 체적이고 누출 유동은 압축으로 인한 체적 변화와 작동 챔버로부터의 유체 누출의 합으로 제한되기 때문에 본 발명의 밸브 장치는 기능을 할 수 있다.

본 발명의 기계의 작동시, 일단 고압 라인과 작동 챔버 사이의 압력이 균등해지면, 적당한 크기의 힘으로, 작동의 제2 단계를 완료하기 위해 주 밸브 요소를 개방 위치로 이동시키는 것이 가능하다.

바람직하게는, 일체형 주 밸브 및 보조 밸브를 갖는 이런 유형의 기계가 EP-B-0494236호의 방식과 동일한 방식으로 기능하는 것도 가능하다. 밸브는 시동시 2단 작동으로 시작하고, 저속 작동 중에는 2단 작동을 계속 사용하며 속도가 증가됨에 따라 사전 압축 사이클을 갖는 1단 작동으로 자동 변경된다.

본 발명은 첨부한 도면을 참조하여 단지 예로서 상세히 기술될 것이다.

도 1은 본 발명의 일반적인 원리를 보여주는 개략도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 장치가 폐쇄 위치에 있는 개략적인 단면도이다.

도 3은 작동의 제1 단계에 있는 도 2의 밸브 장치를 도시한다.

도 4는 작동의 제2 단계에 있는 도 2의 밸브 장치를 도시한다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 밸브 장치의 개략적인 단면도이다.

도 1은 본 발명에 따른 유체 작동 기계가 운전 사이클로 작동하는 방법을 도시하고 있다. 솔레노이드 작동식이고, 정상적으로는 개방되어 있는 면 안착식 저압 라인 밸브(1)가 라인(7)과 주기적으로 변동하는 체적의 작동 챔버(2) 사이에 개재된다. 작동 챔버와 고압 라인(6) 사이에 개재되며, 솔레노이드 작동식이고, 정상적으로는 폐쇄되어 있는 면 안착식 고압 라인 밸브(4)가 더 낮은 압력 균등화 밸브(5)와 병렬로 연결된다. 저압 라인 밸브(1)는 작동 챔버(2)와 대면하는 포핏을 갖는 반면, 고압 라인 밸브(4)는 고압 매니폴드와 대면하는 포핏을 갖는다.

2단 고압 밸브 작동을 이용하는 완전한 운전 사이클을 이하에서 설명한다.

운전 사이클의 시작시, 저압 라인 밸브(1)는 개방 위치에 있고, 고압 라인 밸브(4) 및 압력 균등화 밸브(5)는 폐쇄 위치에 있다. 고압 라인(6) 내의 압력은 저압 라인(7)의 압력보다 높다. 작동 챔버(2) 내의 압력은 저압 라인(7)의 압력과 같다.

운전 사이클은 저압 라인 밸브(1)의 폐쇄와 함께 개시되고, 피스톤은 되도록이면 휴지부(rest)로부터 하사점을 향해 이동한다. 다음으로, 압력 균등화 밸브(5)가 개방되도록 명령된다. 밸브(1, 5)가 이러한 위치에 있는 상태에서, 고압 라인(6) 및 작동 챔버(2) 내의 압력이 균등해질 것이다. 일단 압력이 균등해지면, 고압 라인 밸브(4)는 개방되도록 명령될 수 있다. 작동 챔버(2)는 고압 유체가 피스톤(3)에 작용하여 하향 행정을 통해 기계의 크랭크 샤프트에 토크를 생성할 수 있도록 고압 라인(6)에 이제 연결되고 저압 라인(7)으로부터 연결해제된다. 압력 균등화 밸브(5)는 고압 라인 밸브(4)가 개방되자마자 폐쇄되거나 운전 행정 기간 동안 좌측이 개방될 수도 있다. 밸브(4)와 밸브(5) 양자 모두는 피스톤(3)이 하사점에 도달하기 전에 폐쇄되어야 한다. 피스톤(3)이 피스톤의 한계 조건에 도달함에 따라, 작동 공간의 잔류 팽창(remaining expansion)은 작동 공간을 감압시켜 저압 라인 밸브(1)가 개방되는 것을 허용할 것이다. 저압 라인 밸브가 개방 위치에 있고 밸브(4, 5)가 폐쇄 위치에 있는 상태에서, 피스톤(3)이 상사점을 향해 이동함에 따라 유체를 저압 라인(7)으로 이제 옮길 수 있다.

도 2는 주 솔레노이드 작동식 포핏 밸브에 통합된 활주식 스풀 밸브의 형태의 압력 균등화 밸브를 도시하고 있다. 유체 챔버(8)가 고압 라인에 연결된다. 통로(9)가 작동 챔버에 연결된다. 강자성 이동 폴 링(ferromagnetic moving pole ring; 10)은 포핏(11)의 기부를 따라 활주할 수 있다. 폴 압축 스프링(12)은 포 핏(11)의 헤드를 향해 이동 폴을 추진시킨다. 포핏(10)은 유체 챔버(8) 및 작동 챔버 통로(9)를 연결하는 유동 채널(13)을 갖는다. 이동 폴(10)은 도 3에 도시된 바와 같이, 이동 폴(10)이 포핏(11)의 헤드에 접근할 때 유동 채널로의 입구를 덮고 포핏의 헤드로부터 멀리 이동할 때 유동 채널(13)을 개방시킨다. 포핏(11)은 가이드(14)를 따라 활주할 수 있다. 포핏 압축 스프링(15)이 포핏 압축 스프링의 시트(seat; 16)를 향해 포핏을 추진시키기 위해 채용된다. 스프링(15)에 대한 사전 하중(preload)은 폴 압축 스프링(12)에 대한 사전 하중보다 작다. 솔레노이드 코일(17)이 정지 폴(18)을 향해 이동 폴(10)을 끌어당기기 위한 자속을 생성하도록 배치된다.

폴 링(10)은 코일(17)에 전기가 통할 때 축방향으로 변위된다. 이러한 폴 링은 폴 스프링(12)에 직접 작용하고, 포핏(11)이 시트(16)에 대해 유지되도록 고압 챔버(8)와 통로(9) 사이에 상당한 압력 구배가 존재한다면, 폴 링은 도3에 도시된 바와 같이 포핏 섕크(shank) 상에서 활주하여 구멍(13)을 노출시킬 것이다. 이는 두 공간을 연결시켜 밸브 장치에 걸친 압력을 균등하게 한다. 일단 압력이 균등해지면, 포핏 스프링(15)의 힘이 변위의 전체 범위에 걸쳐서 폴 스프링(12)의 힘보다 작기만 하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 포핏 섕크에 대한 폴 스프링(12)의 축방향 힘은 포핏(11)을 시트(16)로부터 떨어지게 잡아당겨 주 유체 통로를 개방시킬 것이다.

작동 챔버의 높은 사이클 속도 동안에는, 이러한 2단 작동이 발생하는데 충분한 시간이 없을 것이다. 이러한 경우, 정상적으로는 개방되어 있는 저압 밸 브(1)의 솔레노이드 코일은, 작동 챔버가 작동 챔버 내의 압력이 폐쇄 체적에서 상승하여 고압 매니폴드의 압력과 같아지고 정상적으로는 폐쇄되어 있는 밸브의 코일에 전기가 통할 때 이동 폴 링(10)이 포핏(11)과 일치하여 이동하고 1단인 밸브를 개방시키도록, 작동 챔버의 최소 체적 조건에 도달하기 직전에 전기가 통한다.

도 5는 주 솔레노이드 작동식 포핏 밸브(11')에 통합된 보조 포핏형 밸브(19)의 형태의 다른 압력 균등화 밸브(5)를 도시하고 있다.

기본 작동은 상술된 바와 동일하다. 주된 차이점은 유동 채널(13')을 노출시키기 위해 이동 폴(10)의 활주가 아닌 보조 압력 균등화 포핏 밸브(19)를 사용한다는 것이다.

또한, 운전 사이클의 시작시 통로(9) 내의 압력보다 더 높은 유체 챔버(8) 내의 압력이 포핏(11')이 정지 폴(18)을 향해 이동하는 것을 방지한다. 이동 폴(10')은 포핏(11')의 헤드로부터 멀어지게 활주함에 따라 폴 스프링(12') 및 포핏 스프링(15)을 압축하기 시작하여, 보조 포핏 밸브의 시트(20)로부터 보조 포핏 밸브(19)를 제거하고 유동 채널(13')을 개방시킨다. 압력이 균등해질 때, 주 포핏(11')은 포핏 스프링(15)의 힘보다 큰 폴 스프링(12')의 힘을 받아 개방될 수 있다. 앞에서와 같이, 모터가 충분한 모멘텀을 가지면 주 밸브와 보조 밸브는 "자동으로" 함께 이동한다.

본 명세서에 사용된 "포함하는"이라는 동사의 모든 형태는 "구성된" 및/또는 "갖는"이라는 동사의 형태로써 이해되어야 한다.

Claims

고압 라인 및 주기적으로 변동하는 체적의 작동 챔버와,

고압 라인으로부터 작동 챔버로의 유체 유동을 제어하기 위해 고압 라인과 작동 챔버 사이에 배치되는 밸브 장치를 포함하고,

밸브 장치는 밸브 시트와 밀봉 접촉하도록 배열되고 밸브 시트에 의해 형성되는 개구와 연통하는 내부 도관을 갖는 밸브 요소를 갖는 주 밸브와, 상기 밸브 요소의 주변 공간과 직접 유체 연통하게 내부 도관을 배치시켜 주 밸브의 양쪽의 압력을 균등하게 하도록 전자기적으로 이동가능한 보조 밸브 부재를 포함하는 보조 밸브를 포함하고,

밸브 시트를 향해 밸브 요소를 편향시키기 위해 주 편향 수단이 제공되고, 내부 도관이 주변 공간으로부터 격리되는 위치로 보조 밸브 부재를 편향시키기 위해 보조 편향 수단이 제공되는

유압 모터.
제1항에 있어서, 전자기적으로 이동가능한 부재는 스풀 밸브 부재를 포함하는

유압 모터.
제1항에 있어서, 전자기적으로 이동가능한 부재는 내부 도관 내에 적어도 부분적으로 위치되는 포핏 밸브 부재를 포함하는

유압 모터.
제1항에 있어서, 주 편향 수단 및 보조 편향 수단 중 하나 또는 모두는 나선형 스프링을 포함하는

유압 모터.
제1항에 있어서, 보조 편향 수단은 주 편향 수단보다 더 큰 힘을 가하는

유압 모터.
제4항에 있어서, 보조 편향 수단은 주 편향 수단보다 더 큰 힘을 가하는

유압 모터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 밸브 요소는 포핏 섕크를 갖는 포핏 밸브이고, 전자기적으로 이동가능한 부재는 포핏 섕크상에 활주가능하게 장착된 이동 폴 링이며, 폴 압축 스프링이 폴 링 및 포핏 섕크상에서 작용하는

유압 모터.
제1항에 있어서, 밸브 장치는 작동 챔버 체적의 낮은 사이클 속도에서 2단 작동을 수행하고 작동 챔버 체적의 높은 사이클 속도에서는 1단 작동을 수행하도록 작동가능한

유압 모터.
유압 모터의 고압 라인으로부터 주기적으로 변동하는 체적의 작동 챔버로의 유체 유동을 제어하기 위한 밸브 장치이며,

밸브 시트와 밀봉 접촉하도록 배열되고 밸브 시트에 의해 형성되는 개구와 연통하는 내부 도관을 갖는 밸브 요소를 갖는 주 밸브와, 고압 라인과 직접 유체 연통하게 작동 챔버를 배치시켜 주 밸브의 양쪽의 압력을 균등하게 하도록 전자기적으로 이동가능한 밸브 부재를 포함하는 보조 밸브를 포함하고,

밸브 시트를 향해 밸브 요소를 편향시키기 위해 주 편향 수단이 제공되고, 내부 도관이 주변 공간으로부터 격리되는 위치로 보조 부재를 편향시키기 위해 보조 편향 수단이 제공되는

밸브 장치.
제9항에 있어서, 전자기적으로 이동가능한 밸브 부재는 상기 밸브 요소를 둘러싸는 공간과 직접 유체 연통하게 내부 도관을 배치시키도록 구성되는

밸브 장치.
제10항에 있어서, 전자기적으로 이동가능한 부재는 스풀 밸브 부재를 포함하는

밸브 장치.
제10항에 있어서, 전자기적으로 이동가능한 부재는 내부 도관 내에 적어도 부분적으로 위치되는 포핏 밸브 부재를 포함하는

밸브 장치.
제9항에 있어서, 주 편향 수단 및 보조 편향 수단 중 하나 또는 모두는 나선형 스프링을 포함하는

밸브 장치
제9항에 있어서, 보조 편향 수단은 주 편향 수단보다 더 큰 힘을 가하는

밸브 장치.
제13항에 있어서, 보조 편향 수단은 주 편향 수단보다 더 큰 힘을 가하는

밸브 장치.
제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 밸브 요소는 포핏 섕크를 갖는 포핏 밸브이고, 전자기적으로 이동가능한 부재는 포핏 섕크상에 활주가능하게 장착된 이동 폴 링이며, 폴 압축 스프링이 폴 링 및 포핏 섕크상에서 작용하는

밸브 장치.
제9항에 있어서, 밸브 장치는 제1항에 따른 유압 모터에 사용되는

밸브 장치.
제9항에 있어서, 밸브 장치는 작동 챔버 체적의 낮은 사이클 속도에서 2단 작동을 수행하고 작동 챔버 체적의 높은 사이클 속도에서는 1단 작동을 수행하도록 작동가능한

밸브 장치.
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