KR100301419B1 - 다상유체이송스크류펌프를구동시키기위한펌핑방법및그펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프레임에 둘러싸인 적어도 하나의 운반스크류를 가지고 있는 다상 유체의 이송을 위한 스크류펌프를 구동시키기 위한 펌핑 방법에 관한 것으로서, 상기 프레임은 일측에 적어도 하나의 유입관과 그의 상측에 적어도 하나의 송출관을 구비하고, 이때 유입된 다상유체는 연속적인 저 맥동류 상태로 스크류 축에 대해 평행하게 이송되어지고 송출관에서 연속적으로 배출된다. 또한 본 발명은 상기 목적을 위한 다상 스크류펌프에 관한 것이다. 건조상태의 유체이송에서 일반적으로 발생하는 단점을 예방하기 위하여 본 발명에 따르면 송출측의 부분 액체 체적유동(액체순환)이 송출측에서 분리된 후 측정된 양으로 유입영역내로 반출되어 순환하게 된다.

Description

다상유체 이송 스크류 펌프를 구동시키기 위한 펌핑 방법 및 그 펌프

본 발명은 적어도 하나의 유입관과 적어도 하나의 송출관으로 구성된 하우징 프레임으로 둘러싸인 적어도 하나의 이송스크류를 구비하는 다상유체 이송용 스크류펌프를 구동시키기 위한 펌핑 방법에 관한 것으로서, 이때 유입매체는 연속적인 저 맥동류 상태로 스크류측에 대해 평행한 방향으로 이송되어 송출관을 통해 연속적으로 배출된다.

또한, 본 발명은 적어도 하나의 유입관과 적어도 하나의 송출관으로 구성된 펌프 프레임에 의해 둘러싸인 적어도 하나의 이송스크류를 가지는 다상유체 이송스크류 펌프에 관한 것으로서, 상기 유입관은 이송스크류중 하나에 직렬연결된 유입실과 이어져 있고, 송출관은 이송스크류의 다른 하나에 종속된 송출실과 연결된다.

유입 매체인 가스-액체 혼합물은 "다상(multi-phase)"의 상태로 되어있는 유체이므로 다상유체라 정의한다. 일반적으로 다상유체의 이송에서, 특히 가스비율이 높거나 건조상태에서 액체를 이송시키는 경우가 있다. 이때 이송부재는 이송부재의 틈을 시일링(sealing)하는 액체없이 유입매체를 이송하게 된다; 따라서 펌프는 유체를 더 이상 충분히 배출하지 못하게 되어 유체이송이 중단될 수 있다. 이 경우에 가스위상의 압축에 의해 생성된 압축열이 충분히 방출될수 없고 이에따라 이송부재에 과열을 초래하고 그의 열팽창으로 인해 프레임 추진력에 의한 펌프의 파괴를 일으키는 경우가 있다.

또한 가스비율이 높거나 또는 건조상태에서의 매체유동시 회전축시일부재에 불완전 급유가 이루어지고, 그로인해 회전축 시일부재가 과열되므로써 이 부재의 파괴를 유발할 수 있다. 즉, 유입측의 액체가 이송스크류의 하부 가장자리로 유입되면 회전측 시일부재는 건조상태가 된다; 그리고 이송매체에 의해 만들어진 윤활제는 기화된다; 따라서 마찰열은 더 이상 방출되지 못하여 회전축 시일부재의 파괴를 일으킨다. 그때 외부 차단오일 수집기를 통한 지속적 급유 그리고 지속적 냉각에 의해 문제를 해소할 수 있다. 그런데 이 오일 수집기는 비용집약적이고 고장이 발생하기 쉬우므로 펌프의 경제성에 문제를 일으킨다.

본 발명의 목적은 상술한 펌핑 방식 내지 상술한 디상스크류 펌프에 있어서, 극도의 높은 가스성분이나 보다 높은 건조 상태의 매체유동시에 있어서도 매체 이송공정의 중단이나 이송장치의 파괴가 일어나지 않도록 개선하는 것이다.

상기 목적은 본 발명에 따른 펌핑 방법에 대해서 부분 액체 체적유동류(partial liquid volume flow)가 송출측에서 분리되고, 측정된 양으로 폄프의 흡입영역내로 다시 반송되어 순환을 계속하도록 하여 달성 할 수 있다.

본 발명의 펌프에 대한 상기 목적을 달성하기 위하여 유입실과 연결되어 있는 액체-쇼트도관을 송출실의 아랫 부분에 접속한다.

또한 본 발명에 따르면 펌프의 높은 가스비율 또는 일시 한정된 건조상태의 유동시에 장치의 안정된 기능수행을 위해 충분한 양의 액체가 펌프밖으로 배출되지 않고 펌프안에 머물러 있도록 한다. 이때 펌프프레임내에 머물고 있는 상기 액체는 회전축 시일부재를 - 경우에 따라서는 안개형태로 -지속적으로 충분히 가습시켜야 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 필요한 분리정도의 조정 내지 순환시에 유지되어야할 액체량의 조정은 펌프프레임의 구조 와 매체의 유동형태에 따라 달리 할 수 있다. 이때 액체 순환 량은 펌프의 상위(相違) 압력에 따라 조절할 수 있다. 그러나 액체 쇼트도관안에 계측펌프 또는 온도조럴 밸브를 접속할 수 있다. 이때 규정 이송유체의 약 3%를 액체순환시 유지하는 것이 바람직하다.

송출실내로 유입된 매체의 가스위상으로부터 액체위상을 쉽게 분리하기 위하여는 송출측 이송스크류에서 넘쳐 흐른 매체의 유동속도가 떨어지면 좋다. 이것은 장치적으로 송출실에 매체의 이송방향으로 확대된 횡단면을 구성하여 실행할 수 있다. 또한, 송출시에는 유체 전도장치를 마련할 수 있고, 이 장치는 분리장치를 지지하고 그리고/또는 이송 스크류에서 넘쳐 흐른 매체의 액체위상을 회전축 시일부제를 향하여 이송하고, 이어서 액체 쇼트도관의 접속영역으로 공급한다.

본 발명의 또 다른 특징은 특허청구항에 나타나 있으며, 이하에서는 실시예를 통해 상세히 설명한다.

도면에서는 2개의 실시예를 도시하였다. 도면에 있어서,

제 1 도는 본 발명에 의한 스크류 펌프의 종단면도,

제 2 도는 펌프 프레임을 절단하여 본 상기 스크류 펌프의 단면도,

제 3 도는 제 2 도에 대응하는 도면으로, 본 발명에 사용 될수 있는 종래 펌프 프레임의 단면도를 도시한다.

제 1 도에 표시된 스크류 펌프는 이송부재인 2개의 이송스크류가 접촉 없이 서로 가지런히 장착되어 서로 반대로 회전하도록 장치되며, 상기 이송스크류는 각각 오른쪽으로 회전하는 제 1 이송스크류(1) 및 왼쪽으로 회전하는 제 2 이송스크류(2)를 구비한다. 상기 2개의 이송스크류를 설치하는데 있어 축 추진력은 서로 같게 조정된다. 서로 맞물린 상기 이송스크류는 그들을 둘러싸고있는 하우징프레임(3)와 함께 밀폐된 하나의 이송실을 형성한다. 상기 구동축(7)을 통해 회전력이 전달되어 이송 스크류가 회전을 할 때 상기 매체가 유입측으로부터 송출측까지 연속적이고 회전축(7,8)에 대해 평행하게 이동할수 있도록 상기 이송실이 형성된다. 이때 구동축(7)의 회전방향에 따라 상기 이송실내에서의 매체이송방향이 결정된다.

구동축으로부터 전동축(傳動軸)상으로의 회전 모멘트 전동은 펌프프레임(3)의 외부에 마련된 기어전동장치를 통하여 이루어지고, 이의 조정은 마찰력이 없는 상태에서의 이송부재의 구동을 전제로한다.

상기 펌프프레임(3)은 유입관(5)과 송출관(6)을 구비한다. 송출관(6)은 특히 펌프 프레임(3)의 상측에 마련할 수 있다. 제 1 도는 스크류펌프를 수직 중앙절단하여 도시하였다. 그러나 이 도면은 한편 상기 펌프를 수평 절단한 단면도일 수도 있으며, 이때 유입관(5) 및 송출관(6)은 서로 떨어져서 마주보고 있고, 2개 회전축(7,8)은 공동 수평 표면에서 서로 평행하게 장착된다.

상기 유입관(5)을 통하여 펌프로 유동하는 다상유체, 즉 매체(9)는 펌프 프레임(3)내에서 2가지 지류로 각각의 중심에 있는 유입실(10)로 이송된다. 상기 유입실(10)은 이송스크류(1, 2)의 앞에 위치한다. 상기 이송스크류(1,2)의 후방에는 송출실(11)이 위치되고, 그 송출실(11)은 각각 하나의 회전축 시일부재(12)에 의해 외부쪽과 차단되고, 이 시일부재(12)는 외측챔버(13)를 밀폐하기 위하여 장치된다. 송출실(11)은 매체(9)의 유동방향으로 확대된 횡단면을 구비한다.

제 1도에서 도시되는 것처럼, 송출실(11)의 최저점에는 유입실(10)과 접속되 있는 액체 쇼트도관(14)이 연결된다. 송출측에 운반된 액체-가스혼합물로부터 분리되어 유입영역으로 반송되는 부분 액체 체적유동방향은 도면에서 화살표(15)로 표시되고, 상기 부분 액체 체적유동류는 액체순환시에 유입실(10)로부터 송출실(11)로 다시 공급된다.

상기 이송스크류(1,2)로부터 넘쳐 흐른 매체(9)의 액체위상은 회전축 시일부재(12)쪽으로 유동하고, 그 후 중력에 의해 액체 쇼트도관(14)의 접합영역에 이르게 된다. 이때 송출실(11)의 유동횡단면이 확대되어 있으므로 넘쳐 흐른 매체의 유동속도는 줄어들고, 그로인해 이송된 혼합물로부터 액체위상의 분리가 이루어진다. 액체 쇼트도관(14)의 접합 영역안으로의 액체위상의 공급은 도면에 표시된 유체 전도 장치(17)에 의해 이루어질 수 있고, 상기 장치는 또한 액,기분리를 돕고 액체상태를 조절하기 위하여 송출실(11)내에서 사용될 수 있다.

송출실(11)에 액체 쇼트도관(14)을 접속하는 것은 영구적인 액체순환(가스잠입 방지상태에서)이 실현될 수 있을 만큼 낮은 위치에서 이루어져야한다. 이 액,기분리의 정도는 펌프프레임 및 매체의 유동형태에 의해 결정될 수 있다. 본 발명에 따르면 액체순환시에 규정된 이송유체의 약 3%를 유지하도록 한다. 그렇게하여 펌프 프레임(3) 내지 송출실(11)내에 유지된 액체수위는 보통 회전축(7,8)의 레벨 아래에 놓일 수 있다. 이때 회전축 시일부재를 윤활하는 것은 액체의 직접 유입으로 회전축 시일부재(12)에 충분한 급유를 하기에 부족하다. 특히 정밀한 패킹재료에서는 회전축 시일부재(12)에 대한 지속적 급수가 필요하다. 이 경우 2개 회전축(7,8)은 서로 나란한 수평배열이 좋고 송출실(11)은 그에 상응하여 보다 높은 액체 수위를 갖는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 이송매체의 순환류이는 시일링에 충분한 액체를 포함하고 있고, 2개의 회전축(7,8)이 하나의 수직표면에 상하로 겹처 놓인 상태에서 액체 쇼트도관(14)을 통하여 이루어 진다. 하부 이송스크류의 나사산에 묻어있는 액체는 상부 이송스크류의 나사골에서 원심분리되고 그후 원심력에 의해 그의 나사측면을 따라서 나사산까지 이동한다. 그렇게 하여 연접부 및 나사산은 계속 젖은 상태로 있게 된다. 이처럼 틈을 최소한도로 적시는 것은 매체의 이송을 유지하기에 충분하며 따라서 이송스크류의 손상을 방지할 수 있다.

액체 순환상태를 조절하기 위하여 액체 쇼트도관(14)내에는 적당한 블라인드(18)를 접속할 수 있다.

이송되어야할 매체의 액상유체의 성분이 충분하지 않을 때 본 발명에 따라 마련된 액체순환은 바람직하게 이루어지지 않을수 있기 때문에, 이 액체순환은 예를들어 온도를 조절하여 제어할 수 있다.

제 3도는 제 1도에 따라 2개의 반대로 진행하는 이송스크류를 장치하기 위하여 사용될 수 있는 종래 구조의 펌프프레임의 횡단면도이다. 여기에서 액체이송은 이송스크류에 각각 직접 후치된 송출실(11)내에서 축을 형성한 각각의 외부로부터 펌프중앙까지 이루어지고, 그 송출실은 대략 펌프 프레임의 중심에 있는 송출틈(16)까지 이어진다. 펌프 중앙의 송출실(11) 및 상기 틈(16)내에서의 유동속도는 상기 실시예에서 대략 3~8m/s이다. 가스운반시에 송출실(11)내의 초과액체는 가스내로 횝쓸림 및 압착열과 마찰열에 의한 기화에 의해서 짧은 시간내에 반출된다.

한편 제 2도에 도시된 본 발명의 구조에 있어서, 펌프 프레임(3)내의 송출실(11)은 이송스크류의 하부 및 그것을 에워싸고 있는 프레임(3)과 함께 형성된 이송실 하부에까지 미친다. 그러므로 송출실(11)은 이송스크류로부터 넘쳐흐른 이송유체의 송출측 유동속도가 그의 하부에서 제로가 되도록 구성된다. 그렇게 하여 밀도차이에 의해 가스위상으로부터 액체위상의 분리가 행해진다.

제 2도에 도시된 구성은 중앙 송출실에서 뿐만 아니라 측면 송출실에서도 가능하다.

Claims (17)

1. 적어도 하나의 유입관과 적어도 하나의 송출관으로 구성된 펌프 프레임을 갖고, 이송 매체를 연속적인 저 맥동류 상태로 상기 프레임내의 이송 스크류에 대해 평행하게 이송하여 송출관으로부터 연속적으로 배출하고, 상기 펌프의 송출측에서 각각의 액체위상은 가스 위상으로부터 분리되며, 상기 이송스크류에서 흘러나온 이송유체를 소정의 유동속도로 감속시키고, 그리고/또는 그 이송유체의 이송방향을 소정의 유동방향으로 바꾸는 다상유체이송 스크류 펌프를 구동시키기 위한 펌핑 방법에 있어서, 상기 분리된 액채위상으로부터 부분 액체 체적유동(액체순환)이 송출측에서 분리되고, 측정된 양으로 유입영역내로 급송되는 방법으로 액체순환을 유지하며, 초과 액체는 송출관의 영역내에서 미리 분리되었던 가스위상과 다시 결합되는 것을 특징으로 하는 다상 스크류펌프를 구동시키기 위한 펌핑 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 액체순환량의 측정은 펌프의 상위 압력에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 펌핑 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 액체순환시의 액체 순환량은 이송유체의 대략 3%를 유지하는 것을 특징으로 하는 펌핑 방법.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 송출측 이송스크류에서 흘러나오는 유체의 유동속도는 감소되는 것을 특징으로 하는 펌핑 방법.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 외부저장실과 함께 양쪽으로 흐르도록 마련된 이송부재를 포함하고, 각각의 유입측의 2개의 지류는 상반되는 이송방향으로 송출측까지 반출되고, 거기서부터 회전측 시일부재쪽으로 반출되도록 구성한 것을 특징으로 하는 펌핑 방법.
6. 상기 항들중의 어느 한 항에 따른 방법의 실시를 위하여 프레임(3)에 둘러싸인 적어도 하나의 이송스크류(1,2)와, 적어도 하나의 유입관(5)과 적어도 하나의 송출관(6)을 구비하고, 상기 유입관(5)은 이송스크류(1,2)에 전치된 유입실(10)과 연결되며 상기 송출관(6)은 이송스크류(1,2)에 후치된 송출실(11)과 연결되고, 상기 송출실(11)은 이송스크류(1,2)에서 흘러나온 매개물유체의 가스위상으로부터 액체위상을 분리하기 위한 장치 내지 분리된 액체위상의 적어도 일부를 흡수하기 위한 하부구조를 형성하는 다상 스크류 펌프에 있어서, 유동속도가 제로가 되는 하부 송출실 부분에는 액체 쇼트도관(14)이 접속되며, 이 도관은 유입실(10)과 연결되어 있는 이송부재와 시일부재에 필요한 액체량을 확보하기 위하여 제한된 순환을 이루는 것을 특징으로 하는 다상 스크류펌프.
7. 제 6 항에 있어서, 액체 쇼트도관(14)은 펌프의 상위압력에 의해 결정된 유동 횡단면을 형성하는 것을 특징으로 하는 다상 스크류펌프.
8. 제 6 항에 있어서, 액체 쇼트도관(14)내에 계측펌프가 접속되는 것을 특징으로 하는 다상 스크류펌프.
9. 제 6 항에 있어서, 액체 쇼트도관(14)내에 온도조절 밸브가 접속되는 것을 특징으로 하는 다상 스크류펌프.
10. 10. 제 6 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 있어서,

    송출관(6)은 프레임(3)의 상측에 마련되는 것을 특징으로 하는 다상 스크류펌프.
11. 제 6 항 내지 제 9 항중 어느 한 항애 있어서,

    액체 쇼트도관(14)은 송출실(11)의 최저점에 접속되는 것을 특징으로 하는 다상 스크류펌프.
12. 제 6 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 있어서,

    각각 반대로 주행하는 이송스크류(1,2)와 각각의 외부 저장실을 포함한 2개의 수평 회전축(7,8)으로 구성된 다상 스크류펌프의 유입관(5)을 통해 펌프프레임(3)안으로 흘러들어간 유체(9)는 2가지 지류로 양 유입실(10)로 공급되고, 이 유입실(10)은 펌프의 중앙에 위치하고 상기 송출실(11)은 각각의 회전축 시일부재(12)에 의해 차단되는 것을 특징으로 하는 다상 스크류펌프.
13. 제 6 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 있어서,

    송출실(11)은 유체(9)의 관류방향으로 확대된 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는 다상 스크류펌프.
14. 제 6 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 있어서,

    송출실(11)에는 유체 유동전도장치(17)가 장착되고, 상기 장치는 이송스크류(1,2)로부터 흘러나오는 유체중의 액체위상을 회전축 시일부재(12)쪽으로 이송하고, 이어서 액체 쇼트도관(14)의 접속영역으로 공급하는 것을 특징으로 하는 다상 스크류펌프.
15. 제 6 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 있어서,

    유동 전도 장치(17)는 액체와 기체위상의 분리를 촉진하기 위하여 송출실(11) 내에 장착되는 것을 특징으로 하는 다상 스크퓨펌프.
16. 제 6 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 있어서,

    유동 전도 장치(17)는 액체상태를 조정하기 위하여 송출실(11)내에 장착되는 것을 특징으로 하는 다상 스크류펌프.
17. 제 6 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 있어서,

    액체순환의 측정을 위해 액체 쇼트도관(14)내에는 그에 상응하여 만들어진 블라인드(18)가 장치되는 것을 특징으로 하는 다상 스크류펌프.