KR920010883B1 - 원심분리기의 유체 수위 유지 시스템 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

원심분리기의 유체 수위 유지 시스템

제1도는 원심 분리기 회전자의 하부 부분을 축방향 단면도로 도시하고 회전자 하부에 위치한 유체 저장 용기의 일부를 절취하여 그 내부 구조를 도시한 도면.

제2도는 제1도에 도시한 용기 및 회전자 구동축의 하단부의 단면도.

제3도는 제2도의 선 III-III에 따른 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,2 : 회전자 부분 3 : 체결링

4 : 분리실 5 : 디스크

6 : 분배기 7 : 활주기

8 : 배출구 9 : 격실

10 : 개구부 11 : 개구부

12 : 통로 13 : 구동축

14 : 구멍 15 : 폐쇄 부재

16 : 활주기 17 : 코일 스프링

18 : 지지판 19 : 격실

20 : 개구 21 : 환형홈

22 : 배출구 23 : 공급 부재

24 : 도관 25 : 용기

26 : 공급관 27 : 배출관

28,29 : 플랜지 30 : 블레이드

31 : 중심 구멍 32 : 슬로트

본 발명은 수직 구동축에 의하여 지지되는 회전자의 밸브가 소정의 액압을 받도록 하기 위하여 원심분리기의 회전자의 유체 표면을 회전자의 축에 아주 근접한 반경 방향 수위로 유지시키는 장치 및 방법에 관한 것이다.

회전자가 간헐적으로 개방 가능한 출구를 갖고 있는 원심분리기에 있어서, 회전자 내에서 축 방향으로 이동하여 상기 출구를 개폐시키는 환형 미끄럼 밸브(slide valve)가 장착되기도 한다. 이와 관련하여, 상기 미끄럼 밸브는 회전자가 회전하는 중에 회전자 내의 격실에 유지되는 유체에 의해 폐쇄 방향으로 유압식으로 작동된다. 통상적인 회전자 설계에 있어서 미끄럼 밸브는 회전자의 분리실과 상기 격실 사이에서 가동벽을 형성한다. 상기 격실은 폐쇄 격실이라고도 호칭하며, 폐쇄 격실에 공급되는 유체는 폐쇄 유체로 호칭하는 경우도 있다.

폐쇄 격실내에 유지되는 유체, 폐쇄 유체는 회전자가 회전하는 중에 유체면을 갖게 되는데, 상기 회전자는 회전차 축에 면하여 있고 그로부터 일정 간격만큼 격설되어 있다. 상기 간격의 크기는 폐쇄 유체에 의해 상기 미끄럼 밸브에 가해지는 유압을 위해 중요하다. 따라서, 간격을 감소시키면 미끄럼 밸브에 가해지는 유압이 증가하게 된다.

미끄럼 밸브가 출구를 폐쇄하여 분리실을 폐쇄할 수 있도록 하기 위해서는 폐쇄 유체에 의해 미끄럼 밸브에 가해지는 유압은 회전자의 분리실 내에 있는 유체로부터 미끄럼 밸브에 가해지는 유압을 극복해야 한다. 분리실 내의 유체가, 폐쇄 유체로 보통 사용하는 물 보다 비중이 큰 경우에는 폐쇄 격실 내의 유체면을 가능한한 회전자 축에 근접되게 유지하는 것이 바람직하다. 다른 관점에서 볼때도 이러한 상태는 바람직하다.

폐쇄 유체는 통상적으로 회전자 구동축과 평행하게 연장된 정지관을 통하여 회전자 내로 공급되는데, 이때 정지관은 환형 홈 내로 개방된다. 상기 홈은 반경 방향 내측으로 회전자 축을 향해 개방되며, 반경 방향 외측으로 폐쇄 격실과 연통된다. 폐쇄 격실 및 공급 홈 내에 긴밀히 결부된 유체에 의해 형성되는 유체면의 위치는 회전자 구동축과 유체면 사이에 고정 공급관용의 여유부가 남겨져야 하는 사항에 따르게 된다.

전술한 장치에 의해 얻을 수 있는 유압 보다 더 높은 유압이 폐쇄 격실에 존재할 필요가 있는 경우에는, 폐쇄 유체를 공급하는 다른 공지된 장치를 사용한다. 그 장치에 의하면, 폐쇄 격실은 회전자 구동축 내의 축방향 통로와 직접 연결되고 상기 통로의 하단부는 기계적 밀봉부를 거쳐 정지 도관에 연결되어 가압된 폐쇄 유체를 공급하게 된다. 상기와 같은 장치를 사용함으로써 회전자의 중심에 있는 개방 홈을 통하여 폐쇄 유체를 공급함으로써 얻어지는 것보다 더 높은 압력을 폐쇄 격실에 인가시킬 수가 있게 된다.

그러나, 폐쇄 유체를 공급하는 정지 도관과 회전 구동축 사이의 기계적인 밀봉부 또는 다른 형태의 밀봉부를 구비한 장치는 상기 밀봉부가 마멸되면 교체하여야 하는 결점이 있다. 특정 사용예, 즉 선박용 분리기에서는 상기와 같은 결점은 상당한 불편을 주게되므로 이를 피해야만 된다. 더우기, 상기 형태의 장치는 대기압 이상의 압력으로 회전자에 폐쇄 유체를 공급하는 일이 많다. 대부분의 경우에는 폐쇄 격실 내의 유체의 자유 유체면이 회전자 내의 개방홈을 통해 폐쇄 유체를 공급할 때의 유체면 보다 회전자 축에 약간 더 가깝게 위치할 수 있으면 충분한다.

본 발명의 목적은 기계적인 밀봉부를 사용하지 않는 상태에서 회전자 내에 존재하는 유체의 유체면을 회전자 축에 아주 근접한 반경방향 수위로 유지시키는 새로운 방법을 마련하여 상술한 필요성을 만족시키는 것이다.

이 목적은, 회전자가 작동하는 중에 상기 구동 축을 통해 회전자로 축방향 연장된 통로 내에 유체면을 형성함으로써 달성될 수 있는데, 구동축의 하단부에서는 둘러싸고 있는 주연부를 갖는 오리피스를 통해 소정의 반경 방향 수위로 상기 통로가 축방향으로 개방되며, 또한 상기 구동축의 하단부는 구동축의 하부에 위치한 용기내에 저장된 유체 내에서 회전된다.

이러한 방법으로, 용기 내에서 상기 통로 개구부를 형성하는 주연부의 반경 방향 내측면으로 이동하지 못하도록 되어 있고 구동축의 단부가 유체 내에서 회전하는 동안에는 적정 수위로 유지되는 원통형 유체면을 회전자 구동축 내에 유지할 수 있다. 따라서, 구동축 내에 원통형 유체면이 형성되고 상기 주연부 수위까지 반경 방향 내측으로 이동할 때까지 유체는 회전자의 회전 중에 통로 내로 흐를 수 있게 된다. 그 다음에, 상기 주연부가 구동축 내에 원통형 유체면의 수위를 유지하게 된다.

본 발명은 또한 상술한 방법을 수행하는 장치에도 관한 것으로서, 이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명 장치의 일 실시예를 설명한다.

제1도에 도시한 원심분리기 회전자는 두개의 부분(1,2)로 구성되는데, 이들은 서로가 체결링(3)에 의해 축방향으로 고정된다. 회전자 내에는 분리실(4)가 형성되는데, 그 내부에 1조의 원추형 분리 디스크(5)가 장착된다. 분배기(6)의 하부 부분에 거치된 디스크(5)는 회전자 내의 중앙으로 공급되는 유체를 분리실(4)의 여러 부분에 균등 분배시킨다.

제1도에서, 분리실(4)의 바닥을 형성하는 축방향으로 이동 가능한 활주기(7)은 회전자 부분(1)과 그 환형 주연부 부분에서 접촉된다. 따라서, 분리실(7)는 회전자 부분(2)내에 형성된 다수의 주변 출구(8)과 연통되지 않게 된다.

활주기(7)과 하부 회전자 부분(2) 사이에는 통상적으로 물을 사용하는 소위 작동 유체를 저장하는 격식(9)가 형성된다. 격실(9)는 개구부(10,11)을 통해 축(13) 중심에 형성된 통로 (12)와 연통된다. 축(13)을 회전자 부분(2)에 견고하게 고정되어 회전자 구동축을 형성한다. 도면에는 도시하지 않았으나, 축(13)은 구동시키는 구동 장치가 마련된다. 또한, 구동축은 도면에 도시하지 않은 방법으로 저어널(journal)된다.

하부 회전자 부분(2)의 주연부에 다수의 축방향 관통 구멍(14)를 마련하여 격실(9)로부터 작동 유체가 배출될 수 있는 출구 역할을 하도록 한다. 구멍(14)는 축방향으로 이동 자재한 작동 활주기(16)에 지지된 폐쇄 부재(15)로 회전자 본체 외측에서 덮혀진다. 작동 활주기(16)은, 작동 활주기(16)과 회전자 부분(2)에 견고하게 연결된 지지판(18) 사이에 장설된 다수의 코일 스프링(17)에 의해 폐쇄 부재(15)를 폐쇄 위치로 밀어 붙인다.

작동 활주기(16)의 반경 방향 최내측 부분은 회전자 부분(2)와 함께 작동 유체용 보조 격실(19)를 형성한다. 격실(19)는 반경 방향 내측으로 개방된 환형 홈(21)의 바닥을 형성하는 벽에 위치하는 다수의 개구(20)형태의 중심 유입구를 포함한다. 격실(19)의 반경 방향 외측벽에는 하나 또는 수 개의 배출구(22)가 마련된다. 개구(20) 및 배출구(22)는 회전자가 작동하는 중에 격실(19)로부터 유출되는 더 많은 양의 유체가 유입될 수 있도록 그 크기를 정한다.

도관(24)에 연결된 환형 공급 부재(23)은 홈(21)로 유체를 간헐적으로 공급한다.

회전자 구동축(13)은 상부 개방된 용기(25)내로 하향 연장된다. 용기(25)는 유체 공급관(26) 및 유체 배출관(27)을 갖는다. 배출관(27)의 상단부는 용기 내의 유체의 익류 배출부를 형성하여, 용기 내에 일정한 유체 수위가 유지되게 한다. 회전자 구동축(13)에 의해 야기되는 용기(25)내의 유체 회전을 저지하기 위해, 용기 내에 다수의 플랜지(28,29)를 마련한다. 이러한 목적을 위해 용기(25)내에 여러가지 방법으로 플랜지를 더 설치할 수도 있다.

제2도에는 상기 플랜지 및 관은 제거한 상태이고 유체는 포함하고 있는 상태로 용기(25)를 도시하였다. 유체 수위는 작은 역삼각형으로 표시하였다. 또한, 회전자 구동축(13)의 하단부도 도시하였다.

제2도 및 제3도에서 볼 수 있는 바와 같이, 구동축의 통로(12)내에는 혼입(entrainment) 블레이드(30)을 마련한다. 통로(12)는 이 통로(12)의 직경 보다 작은 직경을 갖는 중심 구멍(31)을 통해 용기(25) 내부로 축방향으로 개방된다. 블레이드(30)은 구멍(31)과 대향되는 슬로트(32)를 잦는다.

전술한 장치는 다음과 같은 방법으로 작동된다.

구동축(13)이 회전하게 되면 축(13)내의 통로(12)에 원통형 유체면이 형성된다. 따라서, 유체는 통로(12)의 벽을 따라 상향 유동하여 개구부(10,11)을 통하여 회전자 내의 격실(9)로 유입된다. 이 상태에서, 새로운 유체가 구멍(31)을 통해 통로(12)내로 유입된다. 격실(9)가 유체로 채워지면, 구멍(31)을 통한 유체 유동은 중단되고, 통로(12)내의 원통형 유체면은 구멍(31)을 감싸는 주연부의 반경방향 수위에 위치하게 된다. 회전자의 축에 매우 근접된 상기 반경방향 수위는 격실(9)내에 존재하여 활주기(7)의 하부면에 대해 폐쇄력을 가하는 유압을 결정하게 된다.

활주기(7)의 하부면에 작용하는 상기 압력은 회전자 분리실(4)내에 존재하는 유체에 의해 활주기(7)의 상부면에 대해 상기 압력에 반대 방향으로 작용하는 힘 보다는 크다. 따라서, 주변 출구(8)은 폐쇄된 상태로 유지된다. 출구(8)은 간헐적으로 개방하려고 할 때는 유체를 도관(24), 공급 부재(23), 홈(21) 및 유입구(20)을 통해 격실(19)내로 공급된다. 이때 격실(19)내에 유압이 발생되는데, 이 압력은 작동 활주기(16)에 이 압력과는 반대 방향으로 작용하는 스프링력을 극복하게 된다. 따라서, 활주기(16)은 축방향 아래로 이동하게 되어 격실(9)의 배출구(14)가 개방되게 된다.

이러한 결과로써 격실(9)를 빠져나가는 유체는 구동축 내의 통로(12)를 통해 격실(9)에 공급되는 새로운 유체 속도 보다 빠른속도로 빠져나간다. 이때 활주기(7)은 하향 이동하여 분리실(4)의 배출구(8)을 개방시킨다.

도관(24)를 통해 격실(19)내로 유입되는 유체 흐름을 중단시키게 되면, 상기 격실 내의 유체는 배출구(22)를 통해 배수된다. 따라서 작동 활주기(16)은 스프링(17)의 힘에 의해 그 상부 위치로 귀환하여 격실(9)의 배출구(14)를 폐쇄시킨다. 이때 격실(9)에 다시 유체가 충전되는데, 이 유체는 항상 통로(12)로부터 개구부(10,11)을 통하여 유동한다. 활주기(7)에 작용하는 격실(9) 내의 유압이 상기 활주기(7)에 작용하는 분리실(4) 내의 유압을 초과하는 즉시 활주기(7)은 그 상부 위치로 귀환되어 배출구(8)을 폐쇄한다.

전술한 작동이 끝난 후에(마찬가지로 전술한 작동이 시작되기 전에도), 구동축의 통로(12) 내의 전술한 유체 수위는 자동적으로 유지된다.

필요하면, 구동축(13)의 하단부, 즉 블레이드(30)을 감싸는 부분은 별도의 부재, 즉 구동축의 받침대에 착탈 가능하게 연결할 수 있는 플라스틱 부재로 구성할 수도 있다. 따라서, 이러한 별도의 부재를 여러가지로 사용하게 되면 단일 구동축에 대해 다양한 크기를 갖는 구멍(31)을 마련할 수 있게 된다.

또한, 필요하면 블레이드(30)이 설치되는 통로(12) 부분을 통로의 다른 부분 보다 큰 직경으로 할 수도 있다.

Claims (3)

1. 회전자 내의 밸브가 설정된 유체 압력을 받도록 하기 위하여 수직 구동축에 의해 지지되는 원심분리가 회전자 내의 유체의 유체면을 회전자의 축에 매우 근접된 반경 방향 수위로 유지시키는 방법에 있어서, 회전자가 작동하는 중에 상기 구동축(13)을 통해 회전자로 축방향으로 연장된 통로(12)내에 유체면을 발생시키고, 적정 반경 방향 수위의 주연부를 갖는 구멍(31)을 통해 상기 통로(12)가 축방향으로 개구되어 있는 구동축의 하단부는 구동축(13) 하부에 위치하는 용기(25)내에 유지되는 유체 내에서 회전되게 하는 것을 특징으로 하는 회전자 내의 유체의 유체면을 반경 방향 수위로 유지시키는 방법.
2. 회전자 내에서 밸브의 역할을 하는 활주기(7)이 설정된 유압을 받도록 하기 위하여 수직 구동축에 의해 지지되는 원심분리기 회전자 내의 유체의 유체면을 회전자 축에 매우 근접된 반경 방향 수위로 유지시키는 장치에 있어서, 구동축(13)은 활주기(7)이 내부에 설치된 회전자 내의 격실(9)와 연통되는 축방향 통로(12)를 구비하고, 유체를 저장하는 용기(25)는 상기 구동축(13)의 하부에 위치하고, 통로(12)를 구비한 구동축(13)은 용기(25)내의 유체 내로 하향 연장되고, 상기 구동축(13) 내의 통로(12)는, 반경이 통로(12)의 반경 보다 작은 구멍(31)을 통해 용기(25)내의 유체 내로 축방향으로 개구된 것을 특징으로 하는 회전자 내의 유체의 유체면을 반경 방향 수위로 유지시키는 장치.
3. 제2항에 있어서, 구동축(13)의 하부에는 구동축이 회전할 때 유체를 혼입시킬 수 있는 수단으로서의 블레이드(30)이 설치된 것을 특징으로 하는 장치.

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