KR100230071B1 - 필라멘트가 감겨진 일체 하우징을 갖춘 유체펌프 - Google Patents

필라멘트가 감겨진 일체 하우징을 갖춘 유체펌프 Download PDF

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Abstract

유체펌프는 펌프의 내부에 접합된 일체 필라멘트 감김 하우징(15)을 가진다. 이 펌프하우징(15)은 어댑터(13), 펌핑부재(19) 및 아우트풋 플랜지(11) 주위를 감는 복합재료(에폭시 수지(37)로 코팅된 섬유유리 스트랜드(35)와 같은)로 이루어진다. 일단 경화되면, 하우징(15), 어댑터(13), 펌핑부재(19) 및 아웃트 풋 플랜지(11)는 단일의 구조물을 형성하도록 함께 영속적으로 접합된다.
펌프성능은 펌프하우징이 (a)펌핑부재들 사이의 그리고 (b)펌핑부재와 하우징 사이의 유체밀봉시일을 형성하고 또한 펌프작동시 토크력에 따라 펌핑부재의 회전을 방지하기 때문에 크게 향상된다.

Description

[발명의 명칭]
필라멘트가 감겨진 일체 하우징을 갖춘 유체펌프
[도면의 간단한 설명]
제1도는 본 발명을 구체화한 펌프의 외부에 대한 측면사시도.
제2도는 본 발명을 구체화한 펌프의 길이방향 단면도.
제3도는 흡입캡, 디퓨져 및 임펠러로 구성된 펌프부재의 분해도.
제4도는 각각의 임펠러의 키이허브에 삽입된 구동축과 복수의 펌프부재에 대한 사시도.
제5도는 펌프부재와 하우징의 일부분을 부분파단하여 도시한 확대단면도.
제6도는 본 발명을 성취하기 위한 한 방법을 설명한 순서도, 그리고
제7도는 본 발명의 한 방법에 따라 형성된 펌프하우징을 도시하는 사시도.
[발명의 상세한 설명]
[발명의 분야]
본 발명을 유체를 다루는 것에 관한 것이며 보다 상세하게는 유체펌프에 관한 것이다.
[발명의 배경]
유체펌프는 상업용으로 그리고 주거용으로 이용되는 것으로 잘 알려져 있고 다양한 디자인, 예를들면 용적형, 벤투리형 및 그와 유사한 형을 포함하고 있다.
하나의 디자인으로서 "플링거"펌프로서 언급되는 실린더 형상의 원심펌프는 우물로부터 물을 펌핑하는데 널리 사용된다.
이러한 유체펌프의 예가 미국특허 제4,708,589호(닐센 등) 및 제4,923,367호(짐머)에 설명되어 있다.
이러한 펌프는 우물구멍내로 쉽게 끼워맞춤될 수 있도록 비교적 작은 직경을 갖도록 구조될 수 있기 때문에 주거용 우물에 바람직하다. 그럼에도 불구하고, 다단식 원심형 펌프는 실제적인 펌핑용량을 가진다.
이러한 펌프의 각각의 "단"(stage)은 원심력에 의해 방사상 바깥방향으로 물을 "급송"(fling)하는 임펠러를 가진다.
모든 임펠러들은 밀봉된 전기모터에 부착된 통상의 중앙축에 의해 구동된다. 각각의 단은 또한 디퓨져와 흡입캡을 포함하고 있고 이러한 단들은(아마도 7개의 단들은)끝과 끝을 이어서 겹쳐 쌓여져 있어 하나의 단의 방출부가 액체를 다음 단의 유입부내로 이송시키도록 한다.
이러한 상태로 쌓여있다면(그리고 펌프하우징이 제위치에 있지 않다고 가정한다면)디퓨져와 흡입캡의 원형에지를 볼 수가 있다.
임펠러는 그 더미내에 형성되어 있어 볼 수가 없다.
더미의 한끝에는 전동기를 수용하여 장착하는 어댑터가 있다.
더미의 다른 한끝에는 아우트풋 플랜지가 있는데, 이곳으로 부터 물이 유동하게 되고 물이 공급되는 빌딩으로 안내하는 파이프가 이곳에 부착된다.
누수방지와 펌프효율 관점에서 서로에 대항하여 꼭 맞게 가압된 어댑터와 아우트풋 플랜지 그리고 펌프단을 유지하는 것은 바람직하다.
상기된 닐센 등에 의한 특허에 개시된 바와같은 종래의 펌프이 한 예시적인 타입에서, 단/어댑터/플랜지 가압은 쌓여진 단들에 걸쳐 슬리브가 있는 중공원통형 금속하우징에 의해 이루어진다.
압축이 유지되는 하나의 방식은 하우징을 어댑터와 아우트풋 플랜지에 클램핑시킴에 의한 것이다. 다른 하나의 방식은 어댑터와 아우트풋 플랜지의 외면에 그리고 하우징 단부의 내면에 나사부를 형성시키는 것이다. 그결과 어댑터와 플랜지는 하우징의 각각의 단부에 나사체결된다. 어댑터와 하우징은 세트스크류 또는 다른 파스너에 의해 회전으로부터 방지될 수 있다.
상기된 짐머특허에 개시된 바와같은 다른 타입의 펌프에서, 하우징을 파스너에 의해 함께 이음된 한쌍의 플라스틱 반쪽 실린더로서 구체화된다. 단들의 압축을 하우징에 의해서 제공되기 보다는 조절 콘에 의해서 제공된다.
모리스 인더스트리스에 의해 제조된 것이라고 믿어지는 또 다른 타입의 종래의 펌프에서, 필라멘트를 감음으로써 만들어진 복합하우징이 금속슬리브형 하우징으로 대체되는 것이 가능하다. 즉, 이러한 복합하우징(이것은 양단부에 나사부가 있거나 적어도 양단부에 나사부가 있는 파스너를 가지고 있는 것으로 이해된다)은 쌓여진 단들에 걸쳐 슬리브가 있어 어댑터와 아우트풋 플랜지에 체결된다.
이들 종래의 펌프가 그들의 의도하는 목적에 만족스럽지만 이들은 일부 단점들에 의해 특징되어지는 경향이 있다. 예를들면, 서로에 대향하여 단들을 유지시키는 가압력이 과도하게 감소할 수 있다. 그 결과, 단(또는 단의 부분)들은 약간 이격되어 누수가 야기될 수 있다. 그리고 보다 극한 경우에는 디퓨져 및/또는 흡입캡(이들은 펌프에 있는 이동하는 물에 의해 비틀림력을 받는다)들이 회전될 수 있다. 이것은 공지된 펌프에서 회전을 방지하는 유일의 힘이 가압력이고 이 힘이 충분히 감소한다면 회전이 야기되기 때문이다. 환언하면, 슬리브가 있는 하우징은 디퓨져 또는 흡입캡상에 역비틀림 작용을 하지 않는다. 펌프부의 누수 또는 원치않는 회전이 펌프성능을 나쁘게 한다.
그리고 또 다른 단점은 단지 여러 공지펌프하우징이 금속, 즉 스테인레스강이라는 사실로부터 야기된다. 이러한 하우징은 비교적 얇은 벽이어서 떨어지면 함몰될 수 있다. 심한 경우에는 하우징내의 디퓨져 또는 흡입캡이 깨질 수 있다.
그리고 통상의 강이 하우징 재료로서 또는 다른 구성요소로서 선택된다면, 부식은 펌프사용 개시직후에 발생할 수 있다. 예를들면, 어댑터와 아우트풋 플랜지를 하우징에 고정하는 금속의 세트스크류는 부식되어 변위되어 물이 빠져나갈 수 있는 하우징에 있는 개구의 형성을 초래하여 성능감소를 초래한다.
또한 벽두께를 포함하는 주어진 치수들의 하우징인 경우에 금속하우징이 플라스틱과 같은 변경재료로 만들어진 것보다 무겁다. 플라스틱과 복합물은 스테인레스강인 재료 보다 또한 비싸지 않다.
[발명의 목적]
종래의 장치의 문제점과 단점을 극복하는 유체펌프를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
또 다른 목적은 펌프부재와 펌프하우징 사이의 유체밀봉 시일을 갖춘 펌프를 제공한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 나사부, 클램프 및 다른 기계적 파스너장치를 하우징이 가지고 있지 않은 유체펌프를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 펌프의 수명을 단 대 단 가압력이 더 연장시키는 유체펌프를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 펌프부재상에 회전저항역토크를 하우징이 미치게 하는 유체펌프를 제공하는 것이다.
또 다른 목적은 보다 저렴한 펌프를 제공하는 것이다.
상기된 그리고 상기와 다른 목적들이 성취되는 방법이 다음의 설명과 도면으로부터 명백하게 될 것이다.
[발명의 개요]
본 발명은 누수를 제거하여 펌프성능을 향상시키는 단편 복합펌프하우징을 제공함으로써 종래의 펌프구조상의 단점을 극복한다.
펌프조립체는 어댑터에 접합된 단편복합하우징, 아우트풋 플랜지, 나사부가 없는 단일의 펌프를 형성하는 하나 또는 그 이상의 펌프부재를 포함한다. 2개 또는 그 이상의 펌프부재는 펌프출력을 증가시키기 위해 쌓여진 관계로 서로를 맞닿음시키도록 배열될 수 있다. 이러한 배열에서, 펌프임펠러는 공통축에 의해 회전된다.
복합하우징의 필라멘트부분은 펌프부재 주위에 감겨지게 되고 어댑터와 아우트풋 플랜지를 일치시킨다. 복합하우징의 수지구성요소는 어댑터와 아우트풋 플랜지의 표면과 접합하여 어댑터와 아우트풋 플랜지 이음부를 형성하도록 한다. 수지는 디퓨져와 흡입캡의 표면과 또한 접합하여 펌프부재사이의 개구내로 유동한다.
일단 경화되면, 복합하우징은 어댑터, 아우트풋 플랜지 펌프부재를 서로에 고정된 관계로 유지하는 가압력을 제공하는 고표면 경화재료를 형성한다. 복합하우징은 펌프부재와 하우징 사이의 개구(a)와 그리고 펌프부재들사이의 개구(b)를 또한 덮어 밀봉하여 누수를 방지하여 펌프의 성능을 향상시킨다. 더욱이 복합하우징에 의해 형성된 접합부는 토크에 반응하여 펌프부재의 회전을 방지한다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 연관하여 다음의 상세한 설명으로 부터 명백하게 될 것이다.
본 발명은 동일참조부호가 동일부분을 나타내고 있는 첨부도면과 연관하여 볼 때 본 발명의 바람직한 실시예의 다음의 바람직한 설명의 참조에 의해 보다 완전하게 이해될 것이다.
[바람직한 실시예의 상세한 설명]
먼저 제1도 및 제2도를 참조하면, 본 발명을 구체화하는 유체펌프(10)가 도시되어 있다.
펌프(10)는 한쪽 단부에 아우트풋 플랜지(11), 다른 한쪽단부에 어댑터(13) 그리고 아우트풋 플랜지(11)와 어댑터(13) 사이에 배치된 하우징(15)를 가진다. 하나 또는 그 이상의 펌프부재(19)는 하우징(15)내에 배치되고 그리고 아우트풋 플랜지(11)와 어댑터(13) 사이에 배치된다.
아우트풋 플랜지(11)와 어댑터(13)는 플라스틱 재료로 부터 성형되어 제조비용을 감소시키면서, 또한 펌프(10)의 전체중량을 감소시킨다. 제5도 및 제7도에 도시된 바와 같이, 하우징(15)은 에폭시 수지(37)로 코팅된 복수의 섬유유리 스트랜드(35)로 구성된 복합재료로 되어 있다. 수지코팅 스트랜드(35)는 아우트풋 플랜지(11), 펌핑부재(19) 및 어댑터(13) 주위에 감겨져 있다.
일단 경화되면, 하우징(15), 펌핑부재(19), 아우트풋 플랜지(11) 및 어댑터(13)는 영속적으로 함께 접합되어 단일구조물을 형성한다. 이 새로운 구조물의 결과로서, 하우징(15)은 나사부가 없고 아우트풋 플랜지(11) 및 어댑터(13) 양자와 나사부 없는 결합을 하고 있다.
제2도, 제3도 및 제4도는 하우징(15)내에 복수의 펌핑부재(19)를 포함하는 본 발명의 일실시예를 나타내고 있다. 펌핑부재(19)들은 서로에 인접하는 관계로 임펠러축(21)과 동심하여 쌓여져 있다. 각각의 펌핑부재(19)는 디퓨져(23)에 흡입캡(25)을 포함한다. 중앙 임펠러 디스크(27)는 디퓨져(23)와 흡입캡(25)내에 있다. 임펠러축(21)은 각각의 임펠러(27)의 키이허브(22)에 삽입되어, 임펠러(27)를 구동시킨다.
제4도 및 제5도는 각각의 디퓨져(23)와 흡입캡(25)의 이음부(26)에서 그리고 맞닿음 펌핑부재(19)들의 이음부(28)에서, 개구 또는 틈(29)을 나타내고 있고 펌핑부재(19)는 비융해 성질을 가진 플라스틱 재료로 형성되어 펌프(10)의 중량을 감소시키고 펌프부재(19)의 부식을 방지한다.
펌핑부재(19)를 형성하는 각각의 디퓨져(23)와 흡입캡(25)은 하우징(15)의 내벽(31)과 직면하는 표면부위(32)를 가진다.
제1도, 제2도, 제3도 및 제5도에 도시된 바와같이, 하우징(15)을 형성하는 스트랜드(35)는 액상수지(37)로 코팅된다. 하우징(15)을 형성하는 수지코팅 스트랜드(35)는 아우트풋 플랜지(11)와 겹쳐져 플랜지 이음부(14)를 형성하고 어댑터(13)와 겹쳐져 어댑터 이음부(16)를 형성한다. 스트랜드(35)를 코팅하는 수지(37)는 디퓨져(23)와 흡입캡(25)의 바깥방향으로 직면하는 표면부위(32)상의 즉 하우징(15)의 내벽(31)과 직면하는 부위(32)상의 흡수구멍(39)내로 흐른다. 수지(37)는 디퓨져(23)와 흡입캡(25)사이의 이음부(26)에서 틈(29)내로 그리고 맞닿음 펌핑부재(19)들 사이의 이음부(26)에서 틈(29)내로 또한 흐른다.
일단 경화되면, 수지(37)는 하우징(15)과 펌핑부재(19) 사이에 그리고 인접한 펌핑부재(19)를 사이의 접합부를 형성한다. 이와같이 경화되고 접합된 수지(37)는 디퓨져(23)와 흡입캡(25) 사이의 틈(29)과 맞닿음 펌프부재(19)를 사이의 틈(29)에서 유체밀봉시일(45)을 형성한다. 이러한 경화된 수지(37)로 인하여, 하우징(15)은 펌핑부재(19)를 형성하는 디퓨져(23)와 흡입캡(25)의 외면부위(32)전체에 접합되어 펌핑부재(19)와 하우징(15)사이의 유체밀봉시일(47)을 형성한다. 가스킷(17)은 아우트풋 플랜지(11)와 어댑터(13) 주위에 위치되어 하우징(15)과 펌프구성요소 사이의 부가적인 밀봉을 제공한다.
특성에 대한 다음 부분으로서 기계공학분야의 측정단위인 "코트"가 관련된다. 공지된 바와같이, 토크는 레버아암을 통하여 작용하는 힘이다. 이러한 특성은 기계재료분야의 용어진 "전단"과도 관련된다. 재료가 전단상태에 있으면, 재료의 부분들은 외력에 의해 가압되어 양방향으로 선형적으로 이동한다.
제5도를 참조하면, 작동시 펌핑되는 유체, 즉 물은 디퓨져(23)와 흡입캡(25)상에 토크를 작용시켜 이들 부분들이 축(21)에 대하여 회전하도록 한다. 이러한 토크는 도면내로의 한방향으로 그리고 축(21)의 중심선으로부터 측정된 반경을 따라 작용하는 힘인 기호(49)에 의해 표현된다.
하지만, 하우징(15)과 펌핑부재(19)가 함께 접합되기 때문에, 하우징(15)은 비틀림 상태에 있어 디퓨져(23)와 흡입캡(25)상에 역토크(기호(51)로 표시됨)을 작용시켜 그 회전을 방지한다. 그리고 각각의 접합된 이음부, 즉 하우징/펌핑부재 이음부(47), 플랜지 이음부(14) 또는 어댑터 이음부(16)가 전단상태에 있다.
다음으로 제6도 및 제7도를 참조하여, 이 새로운 펌프(10)를 만드는 방법이 이제 설명될 것이다. 이 방법에 따라, 길이방향으로 마주하는 양 클램핑력(기호(53)에 의해 표시됨)은 아우트풋 플랜지(11), 적어도 하나의 펌핑부재(19) 및 어댑터(13)에 적용되어 서로에 인접하는 관계로 이러한 구성요소들을 유지시킨다. 예를들면, 클램핑력은 물체(56)를 회전시키는 장치의 단부캡(54)에 의해 적용될 수 있다.
제2단계에서, 아우트풋 플랜지(11), 적어도 하나의 펌핑부재(19) 및 어댑터(13)는 서로에 고정된 관계로 유지하면서 영속접합부를 형성하는 물질로 겹쳐져 있다(기호(55)로 표시된 바와같이). 바람직한 방법에서, 이 물질은 아우트풋 플랜지(11), 적어도 하나의 펌핑부재(19) 및 어댑터(13)가 장치(56)에서 회전됨에 따라 기호(58)로 표시된 바와같이)이들 요소 주위를 감는 수지코팅 섬유유리의 복수의 스트랜드(35)이다. 플랜지 이음부(14)와 어댑터 이음부(16)는 스트랜드(35)가 아우트풋 플랜지(11)와 어댑터(13) 각각을 겹치게 하는 곳에서 형성된다.
제3단계에서(기호(57)로 표시되는 바와같이), 클램핑력은 해제된다. 클램핑력이 해제된 후, 아우트풋 플랜지(11), 적어도 하나의 펌핑부재(19) 및 어댑터(13)는 이들 구성요소 주위에 감겨져 플랜지 이음부(14)와 어댑터 이음부(16)에서 고정된 수지코팅 섬유유리 스트랜드(35)에 의해 적용된 힘을 통하여 인접하는 관계로 유지된다.
본 발명의 최종단계에서(기호(59)에 의해 표시되는 바와같이), 수지(37)는 섬유유리 스트랜드(35)가 아우트풋 플랜지(11), 적어도 하나의 펌핑부재(19) 및 어댑터(13)에 영속적으로 접합되도록 경화된다. 사용되는 수지(37)의 특성에 따라 경화는 실온(대략 25℃)에서 수행되거나 또는 경화를 가속시키기 위해서 고온에서 수행될 수도 있다.
본 발명의 특성이 특정 실시예와 연관하여 설명되었지만, 이들 설명들이 예로서만 만들어지고 본 발명의 범주를 제한하도록 의도된 것이 아니라는 것은 이해되어야 한다.

Claims (10)

  1. 복수의 펌핑부재와 이 펌핑부재 주위의 복합하우징을 가진 유체펌핑장치에 있어서, -상기 유체펌핑장치는 펌핑부재들 사이에 복수의 틈을 가지고 있고, -상기 하우징은 펌핑부재에 접합되어 상기 펌핑부재와 상기 하우징사이에 유체밀봉시일을 형성하고, -상기 하우징은 상기 틈을 밀봉하여 펌핑부재 사이에 유체밀봉시일을 형성하는 것을 특징으로 하는 유체펌핑장치.
  2. 제1항에 있어서, -펌핑장치는 아우트풋 플랜지에 부착된 제1단부와 어댑터에 부착된 제2단부를 가지고, 그리고 -상기 하우징은 아우트풋 플랜지와 어댑터에 접합되어 이에 의해 펌핑부재, 아우트풋 플랜지 및 어댑터가 서로에 고정된 관계로 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 유체펌핑장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 하우징은 나사부가 없는 것을 특징으로 하는 유체펌핑장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 하우징은 나사부 결합없이 어댑터와 결합하고 있는 것을 특징으로 하는 유체펌핑장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 하우징은 나사부 결합없이 아우트풋 플랜지와 결합하고 있는 것을 특징으로 하는 유체펌핑장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 하우징은 높은 표면 강도의 비금속 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 유체펌핑장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 하우징은 펌핑재료의 회전을 방지하는 비틀림 상태에 있는 것을 특징으로 하는 유체펌핑장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 하우징과 펌핑부재의 연결부에서 접합이음부가 있고 이 접합이음부가 전단상태에 있는 것을 특징으로 하는 유체펌핑장치.
  9. 제1항에 있어서, 에폭시 수지로 코팅되어 펌핑부재 주위를 감는 복수의 섬유유리 스트랜드는 일단 경화되면 단일의 하우징을 형성하고, 이 수지는 펌핑부재와 하우징 사이의 그리고 펌핑단들 사이의 연속적인 접합부 형성하여 펌핑부재들 사이의 그리고 펌핑부재와 하우징 사이의 유체밀봉시일을 형성하는 것을 특징으로 하는 유체펌핑장치.
  10. 서로에 겹친 관계로 복수의 펌핑부재를 포함하는 길다란 원통형 다단식 우물펌프로서, (a)상기 펌프가 구동축을 가지고 있고, (b)각각의 펌핑부재가 이 구동축에 의해 구동되어 이 펌프에 담겨진 맑은 물을 펌핑시키고, (c)각각의 펌핑부재가 물펌핑시 구동축과 함께 회전하는 디퓨져를 가지고 있는 상기 펌프에 있어서, 상기 펌프는 -수지와 섬유질의 스트랜드로 만들어진 강성복합하우징을 더 포함하고 있고, 그리고 여기에서 -상기 하우징은 펌프의 외부상에 있고, -상기 하우징은 접합이음부에서 각각의 퓨져와 접촉하여 이 접합이음부에서 각각의 디퓨져에 접합되고, -상기 하우징은 펌프에 담겨진 물로부터 이격되어 이 물과 접촉되지 않고, -상기 하우징은 접합이음부에서 유체밀봉시일을 형성하고, -이 접합이음부는 전단상태에 있고 디퓨져의 회전을 방지하고, 그리고 -상기 하우징은 각각의 디퓨져 주위 전체를 애워싸고 있는 것을 특징으로 하는 펌프.
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