벌크 탱크 공기분사장치의 자동 노즐 개폐 장치{Automatic Nozzle Opening Device for Bulk Tank Air Supply System}
본 발명은 벌크 탱크 공기분사장치의 자동 노즐 개폐 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공기를 분사하는 노즐에 커버형 구조물(노즐 커버)을 추가하여 공기압을 하는 주입하는 동안에만 노즐이 개방되고, 공기압이 주입되지 않는 시간에는 노즐을 막아주어 벌크가 유입되는 것을 방지하도록 한 벌크 탱크 공기분사장치의 자동 노즐 개폐 장치에 관한 것이다.
일반적으로 시추선의 경우, 드릴링(drilling) 시 유정 안정화 및 윤활과 냉각을 담당하는 머드(mud)는 벌크(bulk ; barite, bentonite)와 물의 혼합물을 주원료로 생성된다. 머드의 원활한 공급을 위해 벌크의 이송율이 중요한 인자로서 벌크 탱크(bulk tank)에 압력을 넣어주어 탱크내에서 벌크(bulk)의 유동화를 만들어주기 위해 공기 공급 라인(line)과 함께 공기 분사 장치가 있다. 이러한 분사 장치는 형태 및 공급 방향에 따라 다양하지만 공통적으로 공기 분사 장치의 끝 단에는 노즐이 위치하여 강한 압력으로 공기를 불어 넣는다. 도 1은 종래 벌크 탱크내 공기공급을 위한 공기분사장치의 노즐 구성도이다. 이에 도시된 바와 같이, 고압 공기를 유입받는 노즐 파이프(JET AERATION PIPE)(10)의 측면으로 복수의 노즐(11)이 형성되어 구성된다. 노즐(11)은 압축공기의 분사 방향을 고려하여 상하 측이 서로 반대방향으로 경사지게 구성된다. 이와 같이 구성되는 공기분사장치 노즐은 압축공기가 노즐 파이프(10) 속으로 공급되면 노즐(11)을 통해서 벌크 탱크 내부로 분사된다. 도 2는 종래 벌크 탱크내 공기공급을 위한 공기분사장치의 노즐 막힘 현상 설명도이다. 이에 도시된 바와 같이, 공기압이 공급될 때에는 공기의 흐름이 노즐파이프(10)의 내측에서 노즐(11)을 통해서 바깥으로 향하기 때문에는 크게 문제가 되지 않는다. 하지만 벌크(12)의 입자 크기가 상당히 작기 때문에 공기의 공급이 중단되어 작동이 멈춰있는 상태에서는 노즐(11)을 통한 벌크(12)의 역 유입하게 되는 문제점이 있다. 기존 공기분사장치의 노즐에는 이러한 벌크의 역 유입을 막을 장치가 없어 노즐을 막는 현상이 빈번하게 발생한다. 노즐이 벌크로 막히게 되면 노즐을 통한 공기압을 공급이 원활히 이뤄지지 않기 때문에 공기분사장치의 효율이 떨어진 뿐만 아니라 공기 공급장치의 과도한 압력 상승으로 인한 손상의 가능성도 있다. 공기분사장치의 역할은 강한 압력의 공기를 벌크 사이에 불어넣어 벌크와 공기를 잘 혼합하고 탱크 내에 강한 압력을 유지시켜 혼합된 벌크를 파이프를 통해 서지 탱크로 이동시키는 것이다. 하지만 노즐이 벌크로 인해 막히거나 흐름이 방해될 경우에는 벌크와 공기가 제대로 혼합되지 못할 뿐만 아니라 공기압 주입이 불가능하기 때문에 벌크 수송 시스템의 전체 효율을 저하시키는 문제가 발생한다.
본 발명은 공기를 분사하는 노즐에 커버형 구조물(노즐 커버)을 추가하여 공기압을 하는 주입하는 동안에만 노즐이 개방되도록 하는 장치이다. 공기압을 주입하지 않을 때에는 노즐 커버가 노즐 전체를 감싸고 있어 벌크의 유입을 막으며 공기압이 주입됨에 따라 노즐 커버는 공기압에 의해 자동으로 내려가고 노즐이 개방되어 공기압을 분사시킨다. 이를 통해 노즐 안쪽으로의 벌크의 역 유입을 효과적으로 막을 수 있어 공기분사장치의 효율성을 유지할 수 있으며 노즐 교체 및 수리와 같은 추가적인 유지 보수의 비용도 크게 절감할 수 있다.
본 발명에서 제안하는 자동 개폐 노즐 장치는 공기공급장치의 작동 여부에 따라 자동으로 개폐되어 노즐 관으로의 벌크 역 유입에 따른 효율성 저하 및 장비 손상을 막는 장치로서, 기존의 노즐이 갖고 있는 문제점을 방지하기 위해 노즐 끝 단에 공기압이 공급될 때만 노즐이 개방되도록 자동 개폐 노즐 장치를 추가한다. 자동 개폐 노즐 장치는 기존의 노즐 파이프에 노즐 커버를 부착한 형태로 구성되며, 노즐 커버에는 별도의 바깥 노즐을 구비하고 있어 자동 노즐 장치가 작동하였을 때 안쪽 노즐과 노즐 커버의 바깥 노즐이 연결되어 공기압이 공급되는 방식이다. 자동 노즐 개폐 장치는 공기압에 의해 자동으로 개폐되는 것을 특징으로 한다. 노즐 파이프의 끝 단에는 노즐 커버 내부로 공기압을 공급하기 위한 별도의 구멍을 가지고 있으며 이 구멍을 통해 공기압이 공급될 때 노즐 커버에 압력을 가하여 자동으로 개방하게 된다. 공기공급장치의 작동이 멈추어 공기압의 공급이 중단되면 노즐 커버 상단에 존재하는 스프링 또는 탄성체 등에 의한 복원력으로 노즐 커버는 원 위치로 이동하며 안쪽 노즐과 바깥 노즐이 분리되어 벌크의 역 유입을 막는 기능을 포함한다.
본 발명에 의하면, 벌크 탱크 내의 공기 분사장치의 노즐 개폐장치를 추가하여 구성함으로써, 공기가 공급될때에는 노즐이 열려 공기를 공급하고, 공기 공급이 중단되는 시점에서는 노즐 개폐장치에 의해 노즐이 막혀 벌크가 노즐 파이프 속으로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라 벌크의 유입으로 인한 노즐 막힘 현상을 방지할 수 있어서 공기공급장치의 신뢰성을 확보할 수 있고, 공기 공급이 원활하게 이루어질 수 있어서 벌크 탱크 내부에서의 벌크와 공기 혼합 효율성이 향상되고, 벌크 유입으로 인한 노즐 막힘등의 공기 공급장치 손상을 방지할 수 있으며, 노즐 막힘을 해결하기 위하여 주기적으로 노즐 청소를 해야했던 노즐 유지 보수 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 벌크 탱크내 공기공급을 위한 공기분사장치의 노즐 구성도.
도 2는 종래 벌크 탱크내 공기공급을 위한 공기분사장치의 노즐 막힘 현상 설명도.
도 3은 본 발명에 의한 벌크 탱크내 공기공급을 위한 공기분사장치의 노즐 구성도.
도 4는 본 발명에 의한 벌크 탱크내 공기공급을 위한 공기분사장치의 노즐 개폐 이동 설명도.
도 5는 본 발명에 의한 벌크내 공기공급을 위한 공기분사장치의 공기 공급시의 노즐개폐 상태도.
이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조해서 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 3은 본 발명에 의한 벌크 탱크내 공기공급을 위한 공기분사장치의 노즐 구성도이다. 이에 도시된 바와 같이, 벌크 탱크내로 공기를 공급하기 위한 공기분사장치에 있어서, 압축 공기를 주입받아 측면으로 천공된 복수의 노즐(11)을 포함하는 노즐 파이프(10)와; 노즐파이프(10)의 외측면에 씌워져 상하 슬라이드 가능하게 결합되고 상기 노즐(11)에 대응되게 측면으로 천공된 외측 노즐(31)이 형성된 노즐 커버(30)와; 노즐 파이프(10) 속으로 공기가 주입되면 상기 외측노즐(31)과 상기 노즐 파이프(10)의 노즐을 일치시켜 주입된 공기를 벌크 탱크 내부로 분사시키고, 공기 주입이 중단되면 상기 노즐 커버(30)를 상측으로 슬라이드시켜 외측노즐(31)과 상기 노즐(11)이 서로 어긋나서 상기 노즐(11)을 노즐 커버(30)에 의해 막을 수 있도록 공기 주입에 따라 노즐 커버(30)를 상하 슬라이드 시키는 노즐 개폐 수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다. 상기 노즐 개폐 수단은, 상기 노즐파이프(10)의 바닥면에 관통 형성된 공기홀(22)과, 상기 노즐 파이프(10)의 상측 외측면으로 돌출 형성된 걸림턱(21)과; 상기 걸림턱(21)이 삽입되어 상하 슬라이드 가능하게 상기 노즐 커버(30)의 상측 내측면에 형성되는 슬라이드 홈(32)과; 상기 슬라이드 홈(32) 내부의 걸림턱(21) 상부에 설치되어 상기 노즐 커버(30)의 슬라이드 복원력을 제공하는 탄성체(40)를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다. 여기서, 도면에 도시되지는 않았지만, 상기 노즐커버(30)는 적어도 2개로 분리 조립되는 구조로서 노즐 파이프(10)를 분리하지 않고도 외측면에 커버로써 결합 설치할 수 있도록 구성된다. 예를 들어 수직으로 두 개로 분리되고 외측면에서 클램프 또는 볼트 너트를 이용하여 체결하는 구조로 구성될 수 있다. 상기 슬라이드 홈(32)은 노즐 커버(30)의 상단면과 걸림턱(21) 사이에 설치되는 탄성체(40)의 탄성 복원력을 감안하여 수직 길이 즉, 슬라이드 길이를 설계하고, 노즐 커버(30)의 외측 노즐(31)의 위치는 공기 주입이 중단된 경우 탄성체(40)의 복원력으로 노즐 커버(30)가 상측으로 들어 올려진 상태일 때 외측노즐(31)과 노즐 파이프(10)의 노즐(11)은 서로 어긋나서 일치되지 않는 상태가 될 수 있는 위치에 형성된다. 도 4는 본 발명에 의한 벌크 탱크내 공기공급을 위한 공기분사장치의 노즐 개폐 이동 설명도이고, 도 5는 본 발명에 의한 벌크내 공기공급을 위한 공기분사장치의 공기 공급시의 노즐개폐 상태도이다. 이에 도시된 바와 같이, 노즐 파이프(10) 속으로 압축 공기가 주입되면, 압축공기는 노즐(11)과 바닥면의 공기홀(22)을 통해 외측으로 배출되려 한다. 이때 측면의 노즐(11)은 노즐 커버(30)에 막혀 공기가 배기 되지 않기 때문에 바닥면의 공기홀(22)을 통해 배기 되면서 노즐커버(30)를 아래로 밀어 내리게 된다. 즉, 공기홀(22)을 통해 배기되는 공기가 노즐커버(30)의 바닥면과의 공간 속으로 배기 되면서 노즐 커버(30)를 밀어 내리게 되고, 이로 인해 노즐 커버(30)에 형성된 외측 노즐(31)과 노즐 파이프(10)에 형성된 노즐(11)이 일치되면서 외부로 압축공기가 벌크 탱크 내부로 분사된다. 도 5와 같이 노즐 파이프(10)의 노즐(11)과 노즐 커버(30)의 외측 노즐(31)이 일치되어 주입된 공기가 벌크 탱크 내부로 분사된다. 이후 공기 주입이 중단되는 경우, 걸림턱(21)에 설치된 탄성체(40) 예를 들어 압축 스프링의 복원력에 의해 노즐 커버(30)를 상측으로 들어올리게 되고, 노즐커버(30)의 외측노즐(31)과 노즐 파이프(10)의 노즐(11)은 서로 어긋나서 노즐 파이프(11)에 형성된 노즐(11)을 외부와 차단시킨다. 이와 같은 상태에서 벌크가 유입된다 하더라도 노즐 커버(30)의 외측 노즐(31)에만 벌크가 유입되고 노즐 파이프(10) 속으로는 유입되지 않는다. 따라서 이후 공기가 주입되어 노즐 파이프(10)의 노즐(11)과 노즐 커버(30)의 외측 노즐(31)이 일치되면 외측으로 압축공기가 분사되기 때문에 외측노즐(31)에 유입되어 있던 벌크는 쉽게 외부로 배출되기 때문에 노즐 막힘 현상이 방지된다.
10 : 노즐 파이프 11 : 노즐
21 : 걸림턱 22 : 공기홀
30 : 노즐 커버 31 : 외측 노즐
32 : 슬라이드 홈 40 : 탄성체 |
