KR100225027B1 - 원심 슬러리 펌프 - Google Patents

Abstract

원심펌프는 재합류 유체(9)의 귀환 흐름에 기인하여, 케이싱 또는 측면 라이너와 임펠러(2)사이에서 환상 실을 마모시킨다.

본 발명은 임펠러 입구(6)안에 주요 유체흐름(7)의 방향으로 임펠러의 회전축에 대해 0°와 60°사이의 각도로 경사진 임펠러(2)의 입구(6)에 최소한 인접한 환상 실(10, 11)의 틈새를 가지므로써 상기 문제점을 개선한 것이다.

Description

원심 슬러리 펌프

제1도는 종래의 원심 펌프의 요부를 나타내는 단면도.

제2도는 본 발명의 일 실시형태에 따른 원심 펌프의 요부를 나타내는 단면도.

제3도는 다른 실시형태에 따른 원심 펌프의 요부를 나타내는 단면도.

제4도는 또 다른 실시형태에 따른 원심 펌프의 요부를 나타내는 단면도.

제5도는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 임펠러의 요부를 나타내는 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 환상 시일 2 : 임펠러

3 : 라이너 또는 케이싱 4 : 고압 지역

5 : 저압 지역 6 : 입구

7 : 주 흐름 8 : 소용돌이

9 : 복귀 유체 10, 11 : 환상 시일

12 : 방출 베인 13 : 전연(前緣)

14, 15 : 회전부재 16 : 회전 축선

17 : 주 베인

본 발명은 원심 펌프에 관한 것으로, 더 구체적으로는, 슬러리(slurry), 특히, 연마재 슬러리의 펌핑을 위한 원심 펌프의 임팰러 환상(環狀) 시일(seal)에 관한것이다.

현탁액 상태로 연마재를 함유하는 슬러리를 펌핑하는데 있어서의 문제점은, 부유하여 있는 고체 연마재의 연마작용에 의해 펌프의 구성요소들이 마모된다는 것이다. 이러한 마모는 펌프의 회전부재와 고정부재 사이의 틈새의 확장을 야기함으로써, 펌핑되는 유체의 환상 시일 사이 틈새로의 누출을 일으켜, 양정(揚程) 및 효율의 심각한 손실을 일으키고, 마모 부품들, 특히, 임펠러와, 임펠러의 이 지역에 인접한 케이싱 또는 케이싱 라이너(liner)의 유효 수명을 감소시킨다.

종래기술의 원심 펌프가 제1도에 나타내어져 있다. 그 원심 펌프는 라이너 또는 케이싱(3)내에 둘러싸인 임펠러(2)를 포함하고, 그 임펠러(2)는 회전 축선(16)을 중심으로 회전하도록 된 2개의 실질적으로 평행한 회전부재(14, 15)를 포함하며, 다수의 반경방향으로 연장하는 주 베인(primary vane)(17)이 회전부재(14, 15)들 사이에서 임펠러(2)의 입구(6)로부터 임펠러의 주변까지 연장하여 있다. 상기한 문제를 해결하기 위해 일반적으로 이용되는 수단은, 임펠러(2)와 라이너 또는 케이싱(3) 사이에 제공되어, 임펠러 주변의 고압 지역(4)의 유체가 입구(6)에 인접한 저압 지역(5)으로 복귀하는 것을 제지하도록 작용하는 좁은 틈새, 즉, 환상 시일(1)을 포함한다. 그 환상 시일(1)은 임펠러 아이(eye)에 대하여 환상이고 동심이다. 따라서, 복귀하는 유체(9)의 높은 상대적 속도와 발생되는 난류의 결과로, 부품들의 마모가 이 환상 지역에 집중된다.

임펠러(2)와 라이너(3) 사이의 환상 시일(1)을 통하여 탈출하는 유체는 펌프의 입구로부터 임펠러의 입구(6)로 이동하는 유체의 주(메인) 흐름(7)에 합류한다. 이러한 복귀 유체(9)는 높은 속도를 가지기 때문에, 그 유체가 임펠러(2)내로 흐르는 흐름의 부피를 왜곡시키는 경향이 있어, 소용들이(8)와 난류를 형성하게 되고, 이러한 난류가 임펠러 베인의 전연(前緣)(13)에 과도한 마모를 일으킨다.

여러가지 구조의 환상 시일이 존재하고, 그들 모두는 2가지 주요 목적, 즉, 첫째로 흐름을 최대로 제한하는 것과, 둘째로 마모를 최소화하는 목적을 가진다. 이것 때문에, 현탁액 상태의 연마재를 펌핑하기 위해 사용되는 펌프는 환상의 마모지역의 만족한 내마모성을 달성하는데 특히 어려움이 있다.

종래기술의 환상 시일이 갖는 문제점은, 복귀 유체(9)가 유체의 주 흐름(7)에 대해 큰 각도로(대개 주 흐름에 실질적으로 수직으로) 주 흐름(7)에 합류하고, 어떤 경우에는, 주 흐름(7)의 방향에 대항하여 흐르도록 각이 져 있다는 것이다. 그러한 큰 각도로 인해, 파이프 벽으로부터의 주 흐름(7)의 분리가 필연적이고, 환상 시일(1)의 하류측에서 임펠러(2)에의 입구(6) 바로 내측에 고속 유체의 소용돌이(8)가 형성된다. 이러한 소용돌이 형성이 임펠러 베인의 전연(13)에서의 마모의 주 원인중 하나이다.

기존의 펌프들은 이러한 국부적인 마모로 인하여, 임펠러 아이를 에워싸는 환상의 링 지역에서 만족한 수명을 달성하는데 특히 어려움을 가진다.

본 발명은, 원심 슬러리 펌프의 임펠러와 그에 인접한 라이너 모두의 마모를 최소화하는 환상 시일 구조를 제공함으로써 상기한 종래의 문제점을 개선하고자 하는 것이다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 원심 펌프는, 공통의 회전 축선을 중심으로 회전하도록 배치된 2개의 실질적으로 평행한 회전부재들을 가지고 있고, 그 회전부재들중 하나의 부재에 회전 축선을 따라 배치된 중앙 흡입구가 형성되어 있는 임펠러와, 상기 임펠러가 펌프 케이싱내에 설치된 때 펌프를 통해 액체를 펌핑하도록, 상기 회전부재들 사이에서 연장하여 있고 상기 회전 축선으로부터 반경방향으로 연장하여 있는 다수의 주 베인들과, 상기 임펠러의 상기 중앙 흡입구 둘레에 제공된 환상 영역으로서, 상기 흡입구에 인접한 그 영역의 표면이 상기 임펠러의 회전 축선에 대하여 10。 ∼ 60。의 각도로 유체 흐름의 방향으로 상기 흡입구 쪽으로 경사져 있는 환상 영역, 및 상기 임펠러를 둘러싸고, 상기 회전부재들중 상기 하나의 부재의 상기 중앙 흡입구와 정렬된 입구를 가진 라이너 또는 펌프 케이싱을 포함하고, 상기 라이너 또는 펌프 케이싱은, 상기 임펠러의 상기 환상 영역과 상보적인 형태를 가지고 상기 환상 영역과 나란히 배치된 환상 영역을 가지고 있어, 이들 두영역 사이에 최소 틈새의 환상 시일을 형성하고 있다.

이하, 첨부 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명한다.

시험중에, 복귀 유체(9)가 주 흐름(7)에 합류하는 각도가, 고압 지역(4)으로부터 임펠러(2)의 입구(6)의 저압 지역(5)으로의 복귀 유체(9)의 재순환과, 그 복귀 유체(9)에 의한 임펠러의 입구(6)에 인접한 지역의 마모를 제어하는데 중요하다는 것을 알았다.

본 발명자는, 임펠러(2)의 입구(6) 쪽으로(즉, 임펠러 안으로의 흐름의 방향으로) 향하는 환상 시일(10)의 틈새의 입구의 회전 축선(16)에 대한 각도를 감소시킴으로써, 종래기술의 펌프에서 발생하는 마모와 대조적으로, 임펠러(2)와 케이싱 또는 라이너(3)의 마모가 감소된다는 것을 알았다.

환상 시일(10, 11)의 틈새의 형상은 제2도에 도시된 바와 같이 직선이거나, 또는, 제3도에 도시된 바와 같이 곡선일 수 있고, 흡입구와 상기 틈새의 출구의 교차각은 10°와 60°사이인 것이 바람직하다. 환상 시일(1, 10, 11)은 명료하게 하기 위해 강조하여 도시되었다.

따라서, 복귀 유체(9)가 유체의 주 흐름(7)에 합류하는 각도를 감소시킴으로써, 임펠러(2)의 마모가 크게 감소되는데, 그 이유는 주 흐름(7)이 입구 파이프 벽에 부착되어 유지되고, 임펠러 베인의 전연(13)에서의 소용돌이 형성이 줄어들거나 제거되기 때문이다.

실험 결과, 복귀 유체가 주 흐름에 합류하는 각도가 중앙 축선에 대하여 10°와 60°사이일 때, 임펠러 마모가 크게 감소된다는 것을 보였다. 바람직한 각도는 20°와 45°사이이다.

형성된 환상 시일의 최대 길이는 중요하지 않으나, 제5도에 도시된 바와같이, 그 시일의 최소폭(X)이 효과적인 실링(sealing)을 위해 임펠러(2)의 입구(6)의 직경(D)의 0.05배보다 작지 않은 것이 바람직하다. 이러한 형태의 환상 시일 구조는 제4도에 도시된 바와 같이 반경방향의 방출 베인(12)을 포함하는 다른 구조의 펌프에도 사용될 수 있다.

Claims (12)

1. 공통의 회전축선을 중심으로 회전하도록 배치된 2개의 평행한 회전 부재들을 가지고 있고, 그 회전부재들중 하나의 회전부재에 상기 회전축선을 따라 배치된 중앙 흡입구가 형성되어 있는 임펠러와, 상기 임펠러가 설치된 때, 펌프를 통해 유체를 펌핑하기 위해, 상기 회전부재들 사이에서 상기 회전축선으로부터 반경방향으로 연장하여 있는 다수의 주 베인들과, 상기 임펠러의 상기 흡입구 둘레에 제공된 환상 영역, 및 상기 임펠러를 둘러싸고 있고, 상기 하나의 회전부재의 상기 흡입구와 정렬된 입구를 가진 라이너를 포함하는 원심 슬러리 펌프에 있어서, 상기 흡입구에 인접한 상기 환상 영역의 표면이 상기 임펠러의 회전축선에 대하여 20。∼45。의 각도로 유체 흐름의 방향으로 상기 흡입구로 향하여 경사져 있고, 상기 라이너는, 상기 임펠러의 상기 흡입구의 직경(D)의 0.05배보다 작지 않은 최소폭(X)을 가지는 환상 시일을 형성하도록 상기 임펠러의 상기 환상 영역과 상보적인 형태를 가지고 상기 환상 영역과 나란히 배치된 환상 영역을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 원심 슬러리 펌프.
2. 제1항에 있어서, 상기 환상 시일의 환상 영역의 표면이 편평한 원심 슬러리 펌프.
3. 제1항에 있어서, 상기 하나의 회전부재가 상기 라이너에 인접한 그의 표면에 설치된 방출 베인을 가지는 원심 슬러리 펌프.
4. 제1항에 있어서, 상기 환상 시일의 환상 영역의 표면이 만곡되어 있는 원심 슬러리 펌프.
5. 제4항에 있어서, 상기 환상 시일의 출구가, 상기 임펠러의 상기 흡입구내로 흐르는 흐름의 방향으로 상기 임펠러의 회전축선에 대하여 20。 ∼ 45。의 각도로 배치되어 있는 원심 슬러리 펌프.
6. 제5항에 있어서, 상기 하나의 회전부재가 상기 라이너에 인접한 그의 표면에 설치된 방출 베인을 가지고 있는 원심 슬러리 펌프.
7. 공통의 회전축선을 중심으로 회전하도록 배치된 2개의 평행한 회전 부재들을 가지고 있고, 그 회전부재들중 하나의 회전부재에 상기 회전축선을 따라 배치된 중앙 흡입구가 형성되어 있는 임펠러와, 상기 임펠러가 펌프 케이싱내에 설치된 때, 펌프롤 통해 유체를 펌핑하기 위해, 상기 회전부재들 사이에서 상기 회전축선으로부터 반경방향으로 연장하여 있는 다수의 주 베인들과, 상기 임펠러의 상기 흡입구 둘레에 제공된 환상 영역, 및 상기 임펠러를 둘러싸고 있고, 상기 하나의 회전부재의 상기 흡입구와 정렬된 입구를 가진 펌프 케이싱을 포함하는 원심 슬러리 펌프에 있어서, 상기 흡입구에 인접한 상기 환상 영역의 표면이 상기 임펠러의 회전축선에 대하여 20。∼45。의 각도로 유체 흐름의 방향으로 상기 흡입구로 향하여 경사져 있고, 상기 펌프 케이싱은, 상기 임펠러의 상기 흡입구의 직경(D)의 0.05배보다 작지않은 최소폭(X)을 가지는 환상시일을 형성하도록 상기 임펠러의 상기 환상 영역과 상보적인 형태를 가지고 상기 환상 영역과 나란히 배치된 환상 영역을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 원심 슬러리 펌프.
8. 제7항에 있어서, 상기 환상 시일의 환상 영역의 표면이 편평한 원심 슬러리 펌프.
9. 제7항에 있이서, 상기 하나의 회전부재가 상기 펌프 케이싱에 인접한 그의 표면에 설치된 방출 베인을 가지는 원심 슬러리 펌프.
10. 제7항에 있어서, 상기 환상 시일의 환상 영역의 표면이 만곡되어 있는 원심 슬러리 펌프.
11. 제10항에 있어서, 상기 환상 시일의 출구가, 상기 임펠러의 상기 흡입구내로 흐르는 흐름의 방향으로 상기 임펠러의 회전축선에 대하여 20。∼ 45。 의 각도로 배치되어 있는 원심 슬러리 펌프.
12. 제11항에 있어서, 상기 하나의 회전부재가 상기 펌프 케이싱에 인접한 그의 표면에 설치된 방출 베인을 가지고 있는 원심 슬러리 펌프.