KR100295011B1 - Thrust balance device - Google Patents
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Abstract
스러스트 밸런스 특성이 양호한 스러스트 밸런스 장치의 제공을 목적으로, 라이너디스크에 스러스트 밸런스실에 연결되는 고리모양 홈 및 균압부(均壓部)를 설치하여 되는 스러스트 밸런스 장치이다.It is a thrust balance device provided with the annular groove and equalization part connected to a thrust balance chamber in a liner disc for the purpose of providing the thrust balance device with a favorable thrust balance characteristic.
Description
본 발명은 스러스트 밸런스 장치에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 예를 들면, 밀폐 전동기식 펌프(canned motor pump)에 있어서의 스러스트 밸런스 특성을 현격히 향상시킬 수 있는 스러스트 밸런스 장치에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a thrust balance device, and more particularly, to a thrust balance device that can significantly improve the thrust balance characteristics in a closed motor pump.
종래의 밀폐 전동기식 펌프는 회전축과 이 회전축에 장착된 임펠러를 갖는다. 이 밀폐 전동기식 펌프에서는, 회전축방향으로 개구(開口)된 흡인구(吸引口)로 흡인된 유체가 회전하는 임펠러의 원심력에 의해 반경(半徑)방향으로 개구된 토출구(吐出口)로 토출된다. 회전축방향으로 흡인구가 개구되어 있으므로, 임펠러에는 스러스트 방향으로 힘이 가해진다. 따라서, 원시적인 밀폐 전동기식 펌프에서는 임펠러가 이 임펠러를 장전(裝塡)하는 체임버(chamebr)의 내벽에 억눌러져서 임펠러의 회전에 지장을 가져온다. 따라서, 최근의 밀폐 전동기식 펌프에는 거의 대부분이라 해도 좋을 정도로 스러스트 밸런스 기구를 구비하고 있다.A conventional hermetic motor-type pump has a rotating shaft and an impeller mounted on the rotating shaft. In this hermetic motor-type pump, the fluid sucked into the suction port opened in the rotational axis direction is discharged to the discharge port opened in the radial direction by the centrifugal force of the rotating impeller. Since the suction port is opened in the rotational axis direction, a force is applied to the impeller in the thrust direction. Therefore, in the primitive hermetic electric pump, the impeller is pressed against the inner wall of the chamber which loads the impeller, which impedes the rotation of the impeller. Therefore, the recent hermetic motor-type pump is equipped with the thrust balance mechanism so that almost all may be sufficient.
이 스러스트 밸런스 기구는, 흡인하는 유체에 의해 발생하는 스러스트 방향의 압력에 의한 임펠러의 회전장해를 방지하는 기구이다. 통상적으로 이 스러스트 밸런스 기구는,This thrust balance mechanism is a mechanism for preventing rotation of the impeller due to the pressure in the thrust direction generated by the fluid to be sucked. Usually this thrust balance mechanism is
(1) 밸런스 홀을 구비한 임펠러의 이면(裏面)에 고리모양으로 형성된원통체(圓筒體)를 케이싱에 설치된 원통 모양의 내주면(內周面)을 갖는 함몰부(凹陷部)에 삽입함으로써, 상기 원통체의 외주면(外周面)과 상기 함몰부의 원통 모양의 내주면의 틈에 의해 형성되는 고정 오리피스와,(1) By inserting a cylindrical body formed in an annular shape on the rear surface of the impeller provided with a balance hole into a recess having a cylindrical inner circumferential surface provided in the casing. A fixed orifice formed by a gap between an outer circumferential surface of the cylindrical body and a cylindrical inner circumferential surface of the depression,
(2) 상기 원통체의 밑면과, 이 원통체의 내주면과, 상기 원통체의 내부공간에 면(面)하도록 케이싱에 돌출 형성된 제1돌출부의 상기 밑면과 소정의 틈을 갖고 향하는 면과, 상기 제1돌출부보다도 더 돌출 형성되고 회전축을 둘러싸는 고리모양의 제2돌출부의 외주면으로 형성되는 스러스트 밸런스실과,(2) a bottom face of the cylindrical body, an inner circumferential surface of the cylindrical body, a face facing the bottom surface of the first protrusion formed in the casing so as to face the inner space of the cylindrical body, and having a predetermined gap; A thrust balance chamber, which is formed to protrude more than the first protrusion and is formed on the outer circumferential surface of the annular second protrusion that surrounds the rotating shaft;
(3) 상기 제2돌출부의 임펠러의 이면으로 향하는 선단면과 임펠러의 이면으로 형성되는 가변 오리피스를 갖는다.(3) It has a variable orifice formed by the front end surface which faces the back surface of the impeller of the said 2nd protrusion part, and the back surface of an impeller.
이 스러스트 밸런스 기구에서는 임펠러를 회전함으로써 그 원심력에 의해 유체가 반경(radial)방향으로 토출되어 가는 것인데, 반경방향으로 토출되는 유체의 일부가 상기의 고정 오리피스를 통하여 스러스트 밸런스실로 유입된다. 스러스트 밸런스실에 유입된 유체는 가변 오리피스를 통하여 스러스트 밸런스실 밖으로 유출되고, 스러스트 밸런스실에서 유출된 유체는 밸런스 홀을 통과하여 토출되는 유체에 합류한다.In this thrust balance mechanism, the fluid is discharged in the radial direction by the centrifugal force by rotating the impeller. A part of the fluid discharged in the radial direction flows into the thrust balance chamber through the fixed orifice. The fluid flowing into the thrust balance chamber flows out of the thrust balance chamber through the variable orifice, and the fluid flowing out of the thrust balance chamber joins the fluid discharged through the balance hole.
만약 흡인토출되는 유체의 압력이 높아지면, 임펠러가 스러스트 방향으로 향하는 압력을 받아서 임펠러의 이면이, 그 이면이 향하는 케이싱면에 접근한다. 그러나, 유체의 압력에 의해 고정 오리피스를 통과하는 유체의 유량도 증가하여 스러스트 밸런스실 내의 유체압력이 높아진다. 그렇게 되면 스러스트 밸런스실 내에서의 유체압력이 증가함으로써, 임펠러의 이면이 향하는 케이싱으로부터 임펠러가 멀어지도록 임펠러에 압력이 가해진다. 또한, 이 압력을 자립력이라고 하는 경우도 있다. 이 스러스트 밸런스실 내의 유체압력에 의해, 임펠러가 흡인토출되는 유체의 압력에 저항하여 이동한다.If the pressure of the sucked-out fluid becomes high, the impeller receives the pressure directed in the thrust direction and the rear surface of the impeller approaches the casing surface facing the rear surface of the impeller. However, the pressure of the fluid also increases the flow rate of the fluid passing through the fixed orifice, thereby increasing the fluid pressure in the thrust balance chamber. As a result, the fluid pressure in the thrust balance chamber increases, and pressure is applied to the impeller so that the impeller is separated from the casing facing the rear surface of the impeller. In addition, this pressure may be called self-supporting force. Due to the fluid pressure in the thrust balance chamber, the impeller moves in response to the pressure of the fluid sucked out and discharged.
이렇게 하여 임펠러가 그 이면이 향하는 케이싱으로부터 멀어지도록 이동하면, 바꿔 말해서 임펠러가 그 이면이 향하는 케이싱면으로부터 멀어지도록 위치를 비켜놓으면, 가변 오리피스의 틈이 커져서 유체압력이 높아진 유체가 이 가변 오리피스에서 급속하게 유출되어 버린다. 그 결과, 스러스트 밸런스실 내의 유체압력이 저하하고, 흡인토출하는 유체에 의한 임펠러에 가해지는 스러스트 밸런스 방향의 압력이 스러스트 밸런스실 내의 유체압력보다도 커진다. 스러스트 방향 압력에 의해서 임펠러가 그 이면이 향하는 케이싱면을 향하여 그 위치를 비킨다.When the impeller is moved away from the casing to which its back faces, in other words, if the impeller is moved away from the casing face to which its back faces, the variable orifice becomes larger and the fluid with high fluid pressure rapidly expands in this variable orifice. It will leak out. As a result, the fluid pressure in the thrust balance chamber decreases, and the pressure in the thrust balance direction applied to the impeller by the fluid discharged by suction is greater than the fluid pressure in the thrust balance chamber. By thrust direction pressure, the impeller points its position toward the casing face to which its back face is directed.
상술한 바와 같이 고정 오리피스의 틈 및 가변 오리피스의 틈, 그리고 스러스트 밸런스실의 용적(容積)에 대응하여 스러스트 밸런스실 내의 압력과 흡인토출하는 유체의 압력이 균등하도록 임펠러가 그 위치를 가변하여, 스러스트 방향에서의 회전축의 균형이 도모되고 있다.As described above, the impeller changes its position so that the pressure in the thrust balance chamber and the pressure of the fluid to be sucked and discharged are equalized in response to the gap between the fixed orifice, the gap between the variable orifice, and the volume of the thrust balance chamber. The balance of the rotating shaft in the direction is aimed at.
그러나, 종래의 이러한 구조를 갖는 스러스트 밸런스 장치에서는 스러스트 밸런스실에 주목한 경우, 임펠러의 이면은 회전면이고, 이 임펠러로 향하는 케이싱면은 고정면이다. 따라서, 이 스러스트 밸런스실에 유입된 유체는 임펠러의 회전에 의한 각(角)운동에너지를 받아, 임펠러의 회전과 동시에 회전을 한다. 스러스트 밸런스실 내에서 유체가 임펠러와 같이 회전하는 것에 의한 유로(流路)저항은 매우 커지게 된다.However, in the conventional thrust balance device having such a structure, when attention is paid to the thrust balance chamber, the rear surface of the impeller is a rotating surface, and the casing surface directed to the impeller is a fixed surface. Therefore, the fluid which flowed into this thrust balance chamber receives angular kinetic energy by rotation of an impeller, and rotates simultaneously with rotation of an impeller. The flow path resistance caused by the fluid rotating with the impeller in the thrust balance chamber becomes very large.
회전면과 고정면의 사이에 끼인 유체의 유로저항(流路抵抗)은 회전면과 같이 회전하는 유체의 주속(周速)의 제곱에 비례한다. 따라서, 임펠러의 회전수가 매우 큰 고속펌프에서, 혹은 고속펌프가 아니더라도 고정면과 회전면의 틈에 존재하는 유체의 양이 많아져서, 그 결과로서 회전하는 유체의 주속이 커지는 대형펌프에서는 스러스트 밸런스실에서의 유체의 유로저항이 커져서 스러스트 밸런스를 적정하게 유지할 수 없다는 문제가 있었다.The flow path resistance of the fluid sandwiched between the rotating surface and the fixed surface is proportional to the square of the circumferential speed of the fluid rotating like the rotating surface. Therefore, in a high speed pump with a very high rotational speed of the impeller or even a non-high speed pump, a large amount of fluid exists in the gap between the fixed surface and the rotating surface, and as a result, in a large pump in which the circumferential speed of the rotating fluid becomes large, There is a problem that the flow resistance of the fluid increases, so that the thrust balance cannot be maintained properly.
이러한 문제를 해소하기 위해, 스러스트 밸런스실의 고정면에 균압구멍 또는 감압구멍이라 불려지는 바이패스(by path,側管)를 설치한다는 고안도 되어 있었으나, 유로저항을 낮추어서 스러스트 밸런스를 적절하게 유지하는 데에는 미치지 못한다. 이것은 상기 바이패스를 설치함으로써 자립력을 증대시킬 수는 있어도 스러스트 밸런스실 내의 유체의 각(角)운동량을 획기적으로 감소시키는 것에는 미치지 못하기 때문이다.In order to solve this problem, it has been devised to provide a bypass path called a pressure equalizing hole or a pressure reducing hole on the fixing surface of the thrust balance chamber, but it is possible to maintain the thrust balance properly by lowering the flow resistance. Not good enough This is because although the independence force can be increased by providing the bypass, it is not enough to drastically reduce the angular momentum of the fluid in the thrust balance chamber.
본 발명의 목적은 스러스트 밸런스 특성이 뛰어난 스러스트 밸런스 장치를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a thrust balance device having excellent thrust balance characteristics.
또한, 본 발명의 목적은 펌프의 토출량을 크게 해도 스러스트 밸런스 특성이 양호한 스러스트 밸런스 장치를 제공하는 데 있다.It is also an object of the present invention to provide a thrust balance device having a good thrust balance characteristic even when the discharge amount of the pump is increased.
그리고, 본 발명의 목적은 고속회전하는 임펠러를 갖는 펌프라 하더라도 스러스트 밸런스 특성이 양호한 스러스트 밸런스 장치를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a thrust balance device having a good thrust balance characteristic even in a pump having an impeller rotating at a high speed.
도 1은 본 발명의 일예를 나타낸 종단면도,1 is a longitudinal sectional view showing an example of the present invention;
도 2는 본 발명의 다른 예를 나타낸 종단면도,2 is a longitudinal sectional view showing another example of the present invention;
도 3은 본 발명의 다른 예를 나타낸 종단면도,3 is a longitudinal sectional view showing another example of the present invention;
도 4는 본 발명의 다른 예를 나타낸 종단면도,4 is a longitudinal sectional view showing another example of the present invention;
도 5는 도 1에 나타낸 스러스트 밸런스 장치를 구비하는 원심펌프의 일예인 밀폐 전동기식 펌프 및 상기의 스러스트 밸런스 장치를 구비하지 않는 이외는 상기의 밀폐 전동기식 펌프와 같은 밀폐 전동기식 펌프에 대하여, 토출유량을 변화시켰을 때의 잔류 스러스트의 변화를 나타내는 꺽은선 그래프.FIG. 5 is a discharged electric motor for a hermetic motor pump, which is an example of the centrifugal pump including the thrust balance device shown in FIG. 1, and a hermetic motor pump such as the hermetic motor pump described above except that the thrust balance device is not provided. Line graph showing the change in residual thrust when the flow rate is changed.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1 : 원심(遠心)펌프 2 : 케이싱(casing)1: centrifugal pump 2: casing
3 : 라이너디스크(liner disc) 4 : 펌프실3: liner disc 4: pump room
5 : 회전축 6 : 임펠러(impeller)5: axis of rotation 6: impeller
7 : 안내로(路) 8 : 기초대(基台)7: Information road 8: Foundation
9 : 원통체 10 : 밸런스 홀9: cylindrical body 10: balance hole
11 : 함몰부 12 : 고정 오리피스(orifice)11 recessed portion 12 fixed orifice
13 : 제1돌출부 14 : 제2돌출부13: first protrusion 14: second protrusion
15 : 스러스트 밸런스실 16 : 가변 오리피스15 thrust balance chamber 16: variable orifice
17 : 고리모양(環狀) 홈 18 : 균압부17: annular groove 18: equalization part
상기의 과제를 해결하기 위한 수단은,Means for solving the above problems,
(1) 밸런스 홀을 구비하면서 회전축에 장착된 임펠러의 이면에 고리모양으로 형성된 원통체를 케이싱에 설치된 원통 모양의 내주면을 갖는 함몰부에 삽입함으로써, 상기 원통체의 외주면과 상기 함몰부의 원통 모양의 내주면과의 틈에 의해 형성되는 고정 오리피스와,(1) A cylindrical body formed in an annular shape on the rear surface of an impeller mounted on a rotating shaft while having a balance hole is inserted into a depression having a cylindrical inner circumferential surface provided on a casing, thereby forming a cylindrical shape of the outer circumferential surface of the cylindrical body and the recessed portion. A fixed orifice formed by a gap with the inner circumferential surface,
(2) 상기의 원통체의 밑면과, 상기 원통체의 내주면과, 상기 원통체의 내부공간에 면하도록 케이싱에 돌출형성된 제1돌출부의 상기 밑면과 소정의 틈을 가지고 향하는 면과, 상기 제1돌출부보다도 더 돌출 형성되고 회전축을 둘러싸는 고리모양의 제2돌출부의 외주면으로 형성되는 스러스트 밸런스실과,(2) the bottom face of the cylindrical body, the inner circumferential surface of the cylindrical body, the bottom face of the first protruding portion protruding from the casing so as to face the inner space of the cylindrical body, and a face facing the predetermined gap; A thrust balance chamber which protrudes more than the protruding portion and is formed with an outer circumferential surface of the annular second protruding portion surrounding the rotating shaft;
(3) 상기 제2돌출부의 임펠러의 이면으로 향하는 선단면과 임펠러의 이면으로 형성되는 가변 오리피스와,(3) a variable orifice formed by a front end face directed to the rear face of the impeller of the second protrusion and a rear face of the impeller;
(4) 상기 회전축을 둘러싸도록 상기 제1돌출부에 형성된 고리모양 홈과,(4) a ring-shaped groove formed in the first protrusion so as to surround the rotating shaft;
(5) 상기 고리모양 홈과 상기 함몰부로 연결되는 균압부를 구비하여 되는 것을 특징으로 하는 스러스트 밸런스 장치이다.(5) A thrust balance device, characterized in that it comprises a pressure equalizing portion connected to the annular groove and the depression.
상기 스러스트 밸런스 장치의 바람직한 형태는 균압부의 축선에 직교하는 방향에서의 단면적의 총계 및 고리모양 홈의 상기 제1돌출부에서의 개구면적이 상기 밸런스 홀의 개구면적의 총계보다도 크게 되도록 형성되어 되는 스러스트 밸런스 장치를 들 수가 있다.A preferred form of the thrust balance device is such that the thrust balance is formed so that the total of the cross-sectional area in the direction orthogonal to the axis of the equalizing portion and the opening area at the first protrusion of the annular groove are larger than the total of the opening area of the balance hole. Device.
-예 1-Example 1
이 예 1은 본출원 청구항 1에 기재된 스러스트 밸런스 장치의 일예이다. 도1은 예 1의 스러스트 밸런스 장치를 조립한 원심펌프를 나타내는 반절단면도이다.This example 1 is an example of the thrust balance device according to the present application claim 1. Fig. 1 is a half sectional view showing a centrifugal pump incorporating the thrust balance device of Example 1;
도 1에 나타난 것처럼 본 발명의 일예인 스러스트 밸런스 장치를 조립한 원심펌프(1)는 케이싱(2)과 라이너디스크(3)를 구비하고, 이 케이싱(2)과 라이너디스크(3)로 형성되는 펌프실(4) 내에 회전축(5)에 장착된 임펠러(6)를 구비하여 된다.As shown in FIG. 1, the centrifugal pump 1 incorporating a thrust balance device as an example of the present invention includes a casing 2 and a liner disk 3, and is formed of the casing 2 and the liner disk 3. The impeller 6 attached to the rotating shaft 5 in the pump chamber 4 is provided.
이 원심펌프(1)의 흡인구는 도 1에는 나타나있지 않으나, 임펠러(6)의 축방향으로 향하는 장소에 형성된다. 이 흡인구에서 펌프실(4)까지에는, 회전축(5)의 축선과 같은 축선을 가지는 원통형의 안내로(7)가 존재한다.Although the suction port of this centrifugal pump 1 is not shown in FIG. 1, it is formed in the axial direction of the impeller 6. From this suction port to the pump chamber 4, the cylindrical guide path 7 which has the same axis as the axis of the rotating shaft 5 exists.
상기 임펠러(6)는 축선방향에서 보아 원형을 이루는 기초대(基台)(8)를 갖는다. 이 임펠러(6)는 회전축(5)의 회전에 의해 회전하고, 안내로(7)로 도입된 유체를 원주방향으로 토출한다. 따라서, 이 원심펌프(1)에서는 임펠러(6)의 원주방향에있어서 케이싱(2)에 토출구가 설치되어 있다.The impeller 6 has a base 8 that is circular when viewed in the axial direction. The impeller 6 rotates by the rotation of the rotary shaft 5, and discharges the fluid introduced into the guide path 7 in the circumferential direction. Therefore, in this centrifugal pump 1, the discharge port is provided in the casing 2 in the circumferential direction of the impeller 6.
본 발명의 스러스트 밸런스 장치에서는 임펠러(6)의 일부를 이루는 상기 기초대(8)의 이면, 즉 라이너디스크(3)로 향한 면에 원통체(9)가 라이너디스크(3)를 향하여 돌출되도록 형성되어 있다. 이 기초대(8)에는 또한, 회전축(5)의 근처에, 기초대(8)의 이면에서 안내로(7)측의 면까지 관통하는 밸런스 홀(10)이 형성되어 있다.In the thrust balance device of the present invention, the cylindrical body 9 is formed to protrude toward the liner disk 3 on the back surface of the base 8 that forms part of the impeller 6, that is, the surface facing the liner disk 3. It is. The base stand 8 is further provided with a balance hole 10 penetrating from the rear surface of the base stand 8 to the surface on the side of the guide path 7 near the rotation shaft 5.
라이너디스크(3)의 상기 기초대(8)로 향하는 면에는 상기 원통체(9)의 직경보다도 약간 큰 내경(內徑)을 갖는, 원통 모양의 내주면을 갖는 함몰부(11)가 형성된다. 이 함몰부(11)에 상기 원통체(9)가 삽입된다. 삽입된 원통체(9)의 외주면과 이 함몰부(11)의 내주면과의 사이에 약간의 틈이 형성된다. 이 틈이 고정오리피스(12)이다.The depression 11 having a cylindrical inner circumferential surface having an inner diameter slightly larger than the diameter of the cylindrical body 9 is formed on the surface of the liner disk 3 facing the base 8. The cylindrical body 9 is inserted into this recessed part 11. A small gap is formed between the outer peripheral surface of the inserted cylindrical body 9 and the inner peripheral surface of this recessed part 11. This gap is the fixed orifice 12.
상기 함몰부(11)에는 상기 원통부(9)의 내측이며 임펠러(6)의 이측면을 향해 돌출하는 원반 모양의 제1돌출부(13)가 형성되고, 또한 이 제1돌출부(13)의 내측이고 회전축(5) 근처에 형성되며 상기 임펠러(6)의 이측면에 상기 제1돌출부(13)보다도 더욱 근접하는 고리모양의 단면을 갖는 제2돌출부(14)가 형성된다. 제1돌출부(13)의 상기 원통체(9)의 밑면을 향하는 단면은 고리모양을 이룬다. 이 함몰부(11)에 상기의 원통체(9)를 삽입한 경우, 이 제1돌출부(13)의 외주면과 원통체(9)의 내주면에는 소정의 틈이 형성된다. 이 틈은 상기 고정 오리피스(12)에서의 틈보다도 매우 큰 치수로 설정된다. 또, 이 제2돌출부(14)의 고리모양의 단면도 축방향에서 보면 고리모양을 이룬다.The depression 11 is formed with a disk-shaped first protrusion 13 which is inside of the cylindrical portion 9 and protrudes toward the back side of the impeller 6, and is also inside of the first protrusion 13. And a second projection 14 formed near the rotary shaft 5 and having an annular cross section closer to the first projection 13 on the back side of the impeller 6. A cross section of the first protrusion 13 toward the bottom of the cylindrical body 9 forms a ring shape. When the cylindrical body 9 is inserted into this recessed part 11, a predetermined clearance gap is formed in the outer peripheral surface of this 1st protrusion part 13, and the inner peripheral surface of the cylindrical body 9. As shown in FIG. This gap is set to a dimension much larger than the gap in the fixed orifice 12. Moreover, when it sees from the axial direction of the annular cross section of this 2nd projection part 14, it is annular.
스러스트 밸런스실(15)이 제1돌출부(13)의 고리모양 단면(이 면은 고정면이기도 하다)과 상기 원통체(9)의 밑면(이 면은 임펠러의 이면이고 회전면이다)으로 끼인 공간으로서 형성된다.The thrust balance chamber 15 is a space interposed between the annular cross section of the first projection 13 (this surface is also a fixed surface) and the bottom surface of the cylindrical body 9 (this surface is the rear surface of the impeller and the rotation surface). Is formed.
제2돌출부(14)의 고리모양 단면과 원통체(9)의 밑면, 즉 기초대(8)의 이면과의 틈이 가변 오리피스(16)를 형성한다.The gap between the annular cross section of the second projection 14 and the bottom surface of the cylindrical body 9, that is, the back surface of the base 8 forms the variable orifice 16.
상기 제1돌출부(13)의 제2돌출부(14) 근처에는 회전축(5)을 중심으로 하는 고리모양 홈(17)이 형성된다. 이 고리모양 홈(17)은 제1돌출부(13)의 고리모양 단면으로 개구하는 개구부와, 회전축(5)의 축선과 같은 축선을 중심으로 하는 원통체(9)의 외주면인 내측내주면과, 회전축(5)의 축선과 같은 축선을 중심으로 하는 원통체(9)의 내주면인 외측내주면으로 둘러싸인 홈 공간을 갖는다. 이 홈 공간은 회전축(5)을 중심으로 하는 고리모양의 공간이다. 또한, 종단면도인 도 1에서는 내측내주면에서의 종단면의 끝 테두리선과 외측내주면에서의 종단면의 끝 테두리선이 평행하게 나타난다.Near the second protrusion 14 of the first protrusion 13, a ring-shaped groove 17 is formed around the rotation shaft 5. The annular groove 17 has an opening which opens in the annular cross section of the first projection 13, an inner inner peripheral surface which is an outer circumferential surface of the cylindrical body 9 centered on the same axis as the axis of the rotating shaft 5, and a rotating shaft. It has the groove space enclosed by the outer inner peripheral surface which is the inner peripheral surface of the cylindrical body 9 centering on the same axis as the axis of (5). This groove space is a ring-shaped space around the rotation shaft 5. In addition, in FIG. 1 which is a longitudinal cross-sectional view, the edge of the edge of the longitudinal section in the inner inner peripheral surface, and the edge of the edge of the longitudinal section in the outer inner peripheral surface appear parallel.
균압부(18)가 상기 제1돌출부(13)의 외주면에서 상기 고리모양 홈(17)까지 관통하는 관통구멍으로서 형성된다. 이 균압부(18)는 상기 고리모양 홈(17)과 함몰부(11)를 연결한다. 이 관통구멍인 균압부(18)는 이 제1돌출부(13)에 12개 설치되어 있다. 이 균압부의 축선에 직교하는 방향에서의 단면은 원형이고, 따라서 이 균압부는 원통형의 내부공간을 갖는다.A pressure equalizing portion 18 is formed as a through hole penetrating from the outer circumferential surface of the first protrusion 13 to the annular groove 17. The equalizing portion 18 connects the annular groove 17 and the recessed portion 11. Twelve equalizing parts 18 serving as the through holes are provided in the first protruding part 13. The cross section in the direction orthogonal to the axis of this equalization part is circular, and therefore this equalization part has a cylindrical internal space.
다음으로, 이상으로 구성된 원심펌프(1) 및 스러스트 밸런스 장치의 작용에 대해 설명한다.Next, the operation of the centrifugal pump 1 and the thrust balance device constituted as described above will be described.
회전축(5)이 회전하면 임펠러(6)도 회전한다. 흡인구로 도입된 유체는 안내로(7)를 지나서 펌프실(4)에 유입된다. 펌프실(4) 내에서는 임펠러(6)가 회전하고 있으므로 그 원심력에 의해 토출구로 방류된다. 이것은 통상의 원심펌프(1)의 작용이다.When the rotating shaft 5 rotates, the impeller 6 also rotates. The fluid introduced into the suction port flows into the pump chamber 4 through the guide path 7. Since the impeller 6 is rotating in the pump chamber 4, it is discharged to the discharge port by the centrifugal force. This is the action of a normal centrifugal pump 1.
펌프실(4) 내의 유체의 일부는 상기의 고정 오리피스(12)를 통해 스러스트 밸런스실(15)에 유입되고, 가변 오리피스(16)를 통과하여 밸런스 홀(10)을 지나서 임펠러(6)의 표면으로 돌아온다.A part of the fluid in the pump chamber 4 enters the thrust balance chamber 15 through the fixed orifice 12, passes through the variable orifice 16, passes through the balance hole 10, and to the surface of the impeller 6. Come back.
만약 임펠러(6)측의 토출압력이 높아진 경우에는 그 토출압력에 의해 임펠러(6)가 라이너디스크(3)측에 근접이동한다. 그러면, 가변 오리피스(16)의 틈이 그때까지보다도 더욱 좁아져서 이 가변 오리피스(16)에서 유출되는 유체의 유량이 저하한다. 한편, 가변 오리피스(16)의 틈이 적어져도 고정 오리피스(12)의 틈은 여전히 변하지 않으므로, 스러스트 밸런스실(15) 내에 유체가 계속 유입된다. 스러스트 밸런스실(15) 내에 유체가 계속 유입되는 한편, 토출압력의 상승에 의해 가변 오리피스(16)의 틈이 작아져서 가변 오리피스(16)에서 빠져 나오는 유체의 유량이 제한된다. 그 결과, 스러스트 밸런스실(15) 내의 유체의 압력이 높아져 결국에는 스러스트 밸런스실(15)의 유체압력이 토출압력보다도 높아진다.If the discharge pressure on the impeller 6 side becomes high, the impeller 6 moves close to the liner disk 3 by the discharge pressure. Then, the clearance of the variable orifice 16 becomes narrower than ever before, and the flow volume of the fluid which flows out from this variable orifice 16 falls. On the other hand, even if the gap of the variable orifice 16 decreases, the gap of the fixed orifice 12 still does not change, so that the fluid continues to flow into the thrust balance chamber 15. While the fluid continues to flow into the thrust balance chamber 15, the gap of the variable orifice 16 becomes smaller due to the increase in the discharge pressure, thereby restricting the flow rate of the fluid exiting the variable orifice 16. As a result, the pressure of the fluid in the thrust balance chamber 15 becomes high, and eventually the fluid pressure of the thrust balance chamber 15 becomes higher than the discharge pressure.
스러스트 밸런스실(15)의 유체압력이 토출압력보다도 높아지면 함몰부(11)로부터 원통체(9)가 빠져 나오는 방향으로 임펠러(6)가 이동한다. 임펠러(6)의 이동에 의해 가변 오리피스(16)의 틈이 넓어진다. 가변 오리피스(16)의 틈이 넓어지면 스러스트 밸런스실(15) 내의 유체가 가변 오리피스(16)로부터 빠져 나오는 양이 많아져 스러스트 밸런스실(15) 내의 유체량이 감소하고, 결과로서 스러스트 밸런스실(15) 내의 유체압력과 임펠러(6)측의 토출압력이 균형을 이룬 시점에서 임펠러(6)의 이동이 정지한다.When the fluid pressure of the thrust balance chamber 15 becomes higher than the discharge pressure, the impeller 6 moves in the direction from which the cylindrical body 9 exits from the depression 11. The gap of the variable orifice 16 is widened by the movement of the impeller 6. When the gap of the variable orifice 16 becomes wider, the amount of fluid in the thrust balance chamber 15 is drawn out of the variable orifice 16 increases, so that the amount of fluid in the thrust balance chamber 15 decreases, and as a result, the thrust balance chamber 15 The movement of the impeller 6 is stopped when the fluid pressure in the cylinder) and the discharge pressure on the side of the impeller 6 are balanced.
그런데, 스러스트 밸런스실(15) 내에 존재하는 유체 그 자체는 임펠러(6)의 회전에 동반하여 회전한다. 스러스트 밸런스실(15) 내에서 회전하는 유체는 각(角)운동량을 갖고, 유로저항을 발생시킨다. 이 유로저항이 크면, 가변 오리피스(16)의 틈이 커져도 스러스트 밸런스실(15) 내의 유체가 신속하게 가변 오리피스(16)로부터 유출되지 않는다는 문제가 남는다.By the way, the fluid itself in the thrust balance chamber 15 rotates with the rotation of the impeller 6. The fluid rotating in the thrust balance chamber 15 has an angular momentum and generates a flow path resistance. If the flow resistance is large, the problem remains that the fluid in the thrust balance chamber 15 does not quickly flow out from the variable orifice 16 even if the gap of the variable orifice 16 becomes large.
본 발명의 목적은 유체의 각(角)운동량에 의한 유로저항을 감소시키는 것에 있다. 따라서, 본 발명의 예에서는 고리모양 홈(17) 및 균압부(18)를 설치하고 있다. 이 균압부(18)로부터 고리모양 홈(17)을 통하여 스러스트 밸런스실(15) 내에 각(角)운동량을 갖지 않은 유체가 유입되어, 각(角)운동량을 갖는 흐름과 혼합됨으로써 스러스트 밸런스실(15) 내에서의 유체의 각(角)운동량이 획기적으로 감소한다. 따라서, 스러스트 밸런스실(15) 내의 유체의 각(角)운동량에 의한 유로저항이 감소함으로써 스러스트 밸런스실(15) 내의 유체가 신속하고 원활하게 가변 오리피스(16)를 통하여 유출된다.An object of the present invention is to reduce the flow path resistance due to the angular momentum of the fluid. Therefore, in the example of this invention, the annular groove 17 and the equalizing part 18 are provided. The fluid having no angular momentum flows into the thrust balance chamber 15 from the pressure equalizing portion 18 through the ring-shaped groove 17 and is mixed with the flow having the angular momentum, thereby allowing the thrust balance chamber ( 15) The angular momentum of the fluid in the fluid is drastically reduced. Therefore, the flow path resistance due to the angular momentum of the fluid in the thrust balance chamber 15 decreases, so that the fluid in the thrust balance chamber 15 flows out through the variable orifice 16 quickly and smoothly.
균압부(18) 및 고리모양 홈(17)을 가지는 펌프와, 균압부(18) 밖에 가지고 있지 않은 펌프에서의 회전축(5)의 스러스트 밸런스에 대하여 컴퓨터를 사용한 시뮬레이션 결과에 의하면, 균압부(18) 밖에 가지고 있지 않은 펌프에서의 가변 오리피스(16)에서의 유체유출량은 290ℓ/m이고, 임펠러(6)의 배면에서의 유체압력(스러스트 밸런스실(15) 내의 압력)은 2363N(241kgf)이었으나, 균압부(18) 및 고리모양 홈(17)을 갖는 펌프에서의 가변 오리피스(16)에서의 유체유출량은 301ℓ/m이고, 임펠러(6)의 배면에서의 유체압력은 2157N(220kgf)으로, 획기적으로 감소했다. 또한, 계산에 있어서 채용된 펌프의 사양은 SUC 125A, DIS 100A, 200㎥/h×32m×2900rpm, 임펠러의 지름 ø190이다.According to the simulation results using a computer for the thrust balance of the pump having the pressure equalizing part 18 and the annular groove 17 and the pump having only the pressure equalizing part 18, the equalizing part 18 is shown. The flow rate of the fluid in the variable orifice 16 in the pump having only) was 290 l / m, and the fluid pressure at the back of the impeller 6 (pressure in the thrust balance chamber 15) was 2363 N (241 kgf). The flow rate of the fluid at the variable orifice 16 in the pump having the equalizing part 18 and the annular groove 17 is 301 l / m, and the fluid pressure at the back of the impeller 6 is 2157 N (220 kgf), which is a breakthrough. Decreased. In addition, the specification of the pump employ | adopted in calculation is SUC 125A, DIS100A, 200m <3> / h * 32m * 2900rpm, and the diameter ø190 of an impeller.
본원 청구항 1에 기재된 구성에서는 고리모양 홈(17)은 상기 회전축(5)을 둘러싸도록 상기 제1돌출부(13)에 형성되어 있는 한, 그 홈 공간이 어떠해도 좋다. 예를 들면, 도 2에 나타난 것처럼 고리모양 홈(17)은 제1돌출부(13)의 고리모양 단면으로 개구하는 개구부와, 회전축(5)의 축선과 같은 축선을 중심으로 하는 원통체(9)의 외주면에 해당하는 내측내주면과, 회전축(5)의 축선과 같은 축선을 중심으로 하는 원추체(圓錐體)의 내주면에 해당하는 외측내주면으로 둘러싸이는 홈 공간을 갖고 있어도 좋다. 이 경우, 도 2에 나타나 있는 종단면도에서는 이 홈 공간의 종단면이 쐐기(wedge)형으로 나타나 있다. 또, 다른 예로서의 고리모양 홈(17)은 제1돌출부(13)의 고리모양 단면으로 개구하는 개구부와, 회전축(5)의 축선과 같은 축선을 중심으로 하는 원추체의 외주면에 해당하는 내측내주면과, 회전축(5)의 축선과 같은 축선을 중심으로 하는 원통체(9)의 내주면에 해당하는 외측내주면으로 둘러싸인 홈 공간을 가지고 있어도 좋다. 이 경우, 도 3에 나타낸 종단면도에서는 이 홈 공간의 종단면이 쐐기형으로 나타나 있다. 그리고, 다른 예로서의 고리모양 홈(17)은 제1돌출부(13)의 고리모양 단면으로 개구하는 개구부와, 회전축(5)의 축선과 같은 축선을 중심으로 하는 원추체의 외주면에 해당하는 내측내주면과, 회전축(5)의 축선과 같은 축선을 중심으로 하는 원추체의 내주면에 해당하는 외측내주면으로 둘러싸인 홈 공간을 가지고 있어도 좋다.In the structure of Claim 1, as long as the annular groove 17 is formed in the said 1st protrusion part 13 so that the said rotation shaft 5 may be enclosed, the groove space may be sufficient. For example, as shown in FIG. 2, the annular groove 17 has a cylindrical body 9 centered on an opening opening in the annular cross section of the first projection 13 and an axis such as the axis of the rotation shaft 5. May have a groove space surrounded by an inner inner circumferential surface corresponding to an outer circumferential surface and an outer inner circumferential surface corresponding to an inner circumferential surface of a cone body centered on the same axis as the axis of the rotary shaft 5. In this case, in the longitudinal cross-sectional view shown in Fig. 2, the longitudinal cross section of this groove space is shown in a wedge shape. In addition, the annular groove 17 as another example includes an opening that opens in the annular cross section of the first projection 13, an inner inner peripheral surface corresponding to the outer peripheral surface of the cone centered on the same axis as the axis of the rotation shaft 5, You may have the groove space enclosed by the outer inner peripheral surface corresponding to the inner peripheral surface of the cylindrical body 9 centering on the same axis as the axis of the rotating shaft 5. In this case, in the longitudinal cross-sectional view shown in FIG. 3, the longitudinal cross section of this groove space is shown in a wedge shape. In addition, the annular groove 17 as another example includes an opening that opens in the annular cross section of the first protrusion 13, an inner inner peripheral surface corresponding to the outer peripheral surface of the cone, centered on the same axis as the axis of the rotation shaft 5, You may have the groove space surrounded by the outer inner peripheral surface corresponding to the inner peripheral surface of the cone centered on the same axis as the axis of the rotating shaft 5.
어떤 홈 공간을 가지는 고리모양 홈(17)이던지, 균압부(18)에서 그 축선에 직교하는 방향에서의 원형단면적의 총계A{A는 n×(π/4)×d1 2로 계산된다. 단, n은 균압부(18)의 수를 나타낸다.}가 고리모양 홈(17)의 개구면적B{B는 (π/4)×(D2 2-D3 3)으로 계산된다.}보다도 작은(즉, A＜B) 것이 기본적으로는 바람직하다.Regardless of the annular groove 17 having any groove space, the total A {A of the circular cross-sectional area in the direction orthogonal to the axis in the equalizing portion 18 is calculated as n × (π / 4) × d 1 2 . However, n represents the number of equalizing parts 18.} is larger than the opening area B of the annular groove 17 (B is calculated as (π / 4) x (D 2 2 -D 3 3 ).) Small (ie A <B) is basically preferred.
그리고, 상기 균압부(18)에서의 상기 원형단면적의 총계A, 및 상기의 고리모양 홈(17)의 개구면적B는 모두 밸런스 홀(10)의 기초대(8)에서의 개구면적의 총계보다도 크게 되도록 형성된 스러스트 밸런스 장치는 스러스트 밸런스 특성이 특히 양호하므로 바람직하다.And the total A of the said circular cross-sectional area in the equalizing part 18, and the opening area B of the said annular groove 17 are both more than the total of the opening area in the base stand 8 of the balance hole 10. The thrust balance device formed to be large is preferable because the thrust balance characteristic is particularly good.
균압부(18)의 수는 특별히 제한이 없다.The number of the equalization parts 18 is not particularly limited.
(실시예 1)(Example 1)
밀폐 전동기식 펌프(형식명 : HN25E)에 도 1에 나타나는 구조를 갖는 스러스트 밸런스 장치를 설치한 예에서, 토출유량을 10∼140㎥/hr의 범위에서 변화시켜 스러스트 밸런스실(15) 내의 유체압력과 임펠러(6)측의 토출압력과의 차이, 즉 잔류 스러스트를 측정했다.In the example in which the thrust balance device having the structure shown in FIG. 1 is installed in the hermetic motor pump (Model name: HN25E), the fluid pressure in the thrust balance chamber 15 by changing the discharge flow rate in the range of 10 to 140 m 3 / hr. And the difference between the discharge pressure on the impeller 6 side, that is, the residual thrust were measured.
상기 밀폐 전동기식 펌프에서의 스러스트 밸런스 장치에서는 상기 균압부(18)에서의 상기 원형단면적의 총계A, 및 상기 고리모양 홈(17)에서의 개구면적B 모두가 밸런스 홀(10)의 기초대(8)에서의 개구면적의 총계보다도 크게 되도록 형성되고, 또한 균압부(18)의 원형단면적의 총계A가 고리모양 홈(17)의 상기 개구면적B보다도 작게 되도록 형성되었다. 상기의 밀폐 전동기식 펌프는 50Hz의 교류(交流)로 회전시켰다. 결과를 도 5에 나타낸다.In the thrust balance device in the hermetic electric pump, both the total A of the circular cross-sectional area in the equalization part 18 and the opening area B in the annular groove 17 are the base of the balance hole 10. It is formed so that it may become larger than the total of the opening area in 8), and it is formed so that the total A of the circular cross-sectional area of the equalization part 18 may be smaller than the said opening area B of the annular groove 17. Said hermetic motor-type pump was rotated by alternating current of 50 Hz. The results are shown in FIG.
도 5에 나타낸 것처럼, 상기 밀폐 전동기식 펌프에서 10∼140㎥/hr의 범위의 토출유량에서는 잔류 스러스트는 거의 제로이며, 스러스트 밸런스실(15) 내의 유체압력과 임펠러(6)측의 토출압력이 거의 균형을 이루고 있었다.As shown in Fig. 5, the discharge thrust in the range of 10 to 140 m < 3 > / hr in the hermetic electric pump is almost zero, and the fluid pressure in the thrust balance chamber 15 and the discharge pressure on the impeller 6 side are It was almost balanced.
(비교예 1)(Comparative Example 1)
고리모양 홈(17) 및 균압부(18)의 어느 것도 설치하지 않은 이외는 실시예 1과 같은 구조를 갖는 밀폐 전동기식 펌프(형식명 : HN25E-F4)에 대하여, 실시예 1과 동일한 조건하 및 동일한 범위의 토출유량에서의 잔류 스러스트를 측정했다. 결과를 도 5에 나타낸다.A sealed electric motor pump (Model name: HN25E-F4) having the same structure as in Example 1 except that neither the annular groove 17 nor the equalizing portion 18 was provided under the same conditions as in Example 1 And residual thrust at discharge flow rates in the same range. The results are shown in FIG.
도 5에 나타난 바와 같이, 상기의 밀폐 전동기식 펌프에서는 스러스트 밸런스실(15)에서 임펠러(6)를 향하여 최대 약70kgf의 잔류 스러스트가 발생했다.As shown in FIG. 5, in the hermetic electric pump, residual thrust of up to about 70 kgf was generated from the thrust balance chamber 15 toward the impeller 6.
본 발명에 의하면 스러스트 밸런스 특성이 뛰어난 스러스트 밸런스 장치를 제공할 수 있다.According to the present invention, a thrust balance device having excellent thrust balance characteristics can be provided.
또, 본 발명에 의하면 펌프의 토출량을 크게 하여도 스러스트 밸런스 특성이 양호한 스러스트 밸런스 장치를 제공할 수 있다.Moreover, according to this invention, even if the discharge amount of a pump is enlarged, the thrust balance apparatus with favorable thrust balance characteristic can be provided.
그리고, 본 발명에 의하면 고속회전하는 임펠러를 갖는 펌프라 하더라도 스러스트 밸런스 특성이 양호한 스러스트 밸런스 장치를 제공할 수 있다.According to the present invention, even in a pump having an impeller rotating at high speed, a thrust balance device having good thrust balance characteristics can be provided.
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