KR100515937B1 - 펌프임펠러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액체, 주로 하수를 펌핑하기 위한 원심형 또는 반축류형 펌프 임펠러에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 상기 펌프 임펠러는 전연부(6)가 크게 후퇴해 있는 하나 이상의 베인(5)이 마련된 허브(4)를 포함한다. 전연부의 주변부(8)는 전연부와 허브(4)의 연결부(7)에 대해 125°내지 195°변위되어 있다.

Description

펌프 임펠러{PUMP IMPELLER}

본 발명은 펌프 임펠러에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유체, 주로 하수를 펌핑하기 위한 원심형 펌프 또는 반축류형(半軸流形) 펌프용의 펌프 임펠러에 관한 것이다.

이 목적을 위한 여러 형태의 펌프와 펌프 임펠러가 문헌에 기재되어 있지만, 모두 어느 정도의 단점이 있다. 그러한 단점은 특히 막힘 및 저효율과 관련되어 있다.

하수에는 다양한 종류의 오염물이 포함되어 있는데, 오염물의 양과 구조는 계절과 하수의 방출 지역에 좌우된다. 도시에서는 플라스틱 재료, 위생 물품, 직물 등이 흔하지만, 산업 지역에서는 마모 입자가 발생할 수 있다. 경험상 최악의 문제는 넝마 등이 베인의 전연부에 달라붙어 임펠러 허브 둘레에 감기는 것이다. 그러한 일이 발생하면 자주 수리를 해야 하므로 효율이 저하된다.

농업 및 펄프 산업에서는 밀집, 목초, 나뭇잎 및 기타 형태의 유기 재료를 처리해야 하는 여러 종류의 특수 펌프가 사용된다. 이 목적을 위해, 베인의 전연부(leading edge)는 오염물이 전연부에 달라붙는 대신에 주변부로 빠져나가도록 후퇴해 있다. 재료를 절단하고 흐름을 더욱 용이하게 하기 위해 상이한 타입의 붕괴 수단이 종종 사용된다. 그 예는 스웨덴 특허 제435 952호와 스웨덴 특허 제375 831호 및 미국 특허 제4 347 035호에 개시되어 있다.

하수 중의 오염물이 제어가 더욱 어려운 그 밖의 형태일수록, 그리고 하수 펌프의 정규 작동 회수가 더욱 길어질수록, 전술한 특수 펌프는 하수를 펌핑할 때 신뢰성과 효율의 관점에서 요구 조건을 충족시키지 못한다.

하수 펌프는 하루에 12시간까지 작동하는 일이 매우 흔한데, 이는 에너지 소비가 펌프의 전체 효율에 크게 의존함을 의미한다.

시험 결과, 본 발명에 따른 하수 펌프는 기존의 하수 펌프에 비해 50%까지 효율을 향상시킬 수 있음이 입증되었다. 보통, 전동 펌프의 수명 비용은 에너지 비용에 의해 전적으로 좌우되므로(대략 80%), 그러한 극적인 효율 향상이 매우 중요한 것임은 명백하다.

기존의 문헌에는, 펌프 임펠러의 설계가 매우 일반적으로 기재되어 있으며, 전연부의 스위프(sweep)와 관련하여 특히 그러하다. 스위프에 대한 명확한 정의가 없다.

시험에 따르면, 전연부에서 스위프 각 분포를 어떻게 설계하느냐 하는 것이, 펌프 임펠러에 요구되는 자체 세척 능력을 얻는 데에 매우 중요한 것으로 밝혀졌다. 양호한 작동을 위해서는 오염물의 속성에 따라서도 스위프 각을 다르게 해야 한다.

기존의 문헌은, 오염물을 베인의 전연부를 따라 반경 방향 외측으로 활주 이동시키기 위해 필요한 어떠한 정보도 제시하지 못한다. 기재되어 있는 것은 전연부가 둔각을 이루며 후퇴해 있어야 한다는 등의 일반적인 사항이다. 스웨덴 특허 제435 952호를 참조하기 바란다.

목초 및 기타 유기 재료와 같이 더 작은 오염물이 펌핑될 때에, 반경 방향 이동을 가능하게 하고, 또한 펌프 임펠러와 그 임펠러를 에워싸고 있는 하우징 사이의 슬롯 내에 있는 오염물이 분해되도록 하는 데에는, 비교적 작은 각도로도 충분할 수 있다. 실제로 임펠러가 10 내지 25 m/s의 주변부 속도로 회전할 때, 입자가 임펠러 및 하우징과 접촉하여 절단됨으로써 분해가 이루어진다. 이 절단 공정은 절단 장치, 슬롯 등이 마련된 표면에 의해 개선된다. 스웨덴 특허 제435 952호와 비교하기 바란다. 그러한 펌프는 펄프, 비료 등의 운반에 사용된다.

자체 세척 능력을 얻기 위해서 전연부가 후퇴해 있는 베인을 구비한 펌프 임펠러를 설계할 때, 스위프 각의 분포 및 성능과 기타 설계 파라미터가 서로 저촉된다. 일반적으로, 스위프 각이 크면 막힐 위험이 적은 것은 사실이지만, 동시에 효율이 저하된다.

본 발명은 넝마나 섬유와 같은 오염물을 함유하고 있는 하수를 경제적이고 신뢰성 있게 펌핑하기 위한 상이한 기능 및 품질을 얻는다는 관점에서 베인 전연부의 최적 설계를 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.

도면에는 원통형 입구(2)가 마련된 원심형 펌프 하우징(1), 원통형 허브(4)와 베인(5)이 마련된 펌프 임펠러(3), 허브와의 연결부(7)와 주변부(8)가 마련된 베인의 전연부(6), 상기 베인과 펌프 하우징 벽 사이의 슬롯(9), 및 베인의 후연부(10)가 도시되어 있다. 또한, 회전 방향(11) 및 허브 단부(12)도 도시되어 있다. 끝으로, 전연부와 허브의 연결부(7)와, 전연부의 주변부(8) 사이의 부채꼴 각도(Δθ)가 도시되어 있다.

전술한 바와 같이, 오염 물질이 허브(4) 둘레에 감기거나 전연부에 달라붙는 대신에 주변부 쪽으로 미끄러지게 하기 위해서는 베인의 전연부(6)가 후퇴해 있게 설계하는 것이 유리하다.

그러나, 스위프 각이 증가되면 효율은 상당히 낮아진다.

본 발명에 따르면 베인(5)의 전연부(6)가 크게 후퇴해 있게 설계된다. 이는 원통형 좌표계를 기준으로 할 때, 전연부와 허브(4)의 연결부와, 전연부의 주변부(8) 사이의 각도 차이(Δθ)로 정의된다. 본 발명에 따르면, 상기 각도 차이는 125°내지 195°이며, 바람직하게는 140°내지 180°이다. 효율 향상 가능성을 잃지 않으면서도 이것이 가능한 것은, 전연부(6)가 펌프 하우징의 원통형 입구(2) 내에 위치하기 때문이다.

전연부(6)의 이러한 배치를 가능하게 하기 위해서, 임펠러 허브(4)는 협소하게 설계된다. 전연부와 허브의 연결부(7)의 직경(D1)과, 전연부의 주변부(8)의 직경(D2) 사이의 직경비는 단지 0.1 내지 0.4, 바람직하게는 0.15 내지 0.35이다. 이와 같이 직경비가 작으면, 임펠러를 통과하는 자유 관통구가 넓어서, 큰 오염물이 통과할 수 있게 되는 잇점도 있다.

본 발명의 바람직한 실시에에 따르면, 전연부(6)와 허브(4)의 연결부(7)는 허브의 단부(12)에 인접하게 배치되는데, 즉 돌출한 첨단부(tip)가 없어서 오염물이 임펠러의 중심부 둘레에 감기게 되는 위험이 감소된다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 전연부(6)는 임펠러 샤프트에 수직인 평면에 배치된다. 즉, z는 상수가 된다. 이는 스위프각이 흐름과 무관하게 거의 일정하다는 것을 의미한다. 하수 펌프는 매우 광범위한 분야에서 사용되므로, 이는 펌프 임펠러가 예상되는 작동 조건에 무관하게 최적으로 설계될 수 있음을 의미한다.

본 발명에 따르면, 펌프 임펠러 베인의 전연부에 대한 최적 설계를 통해 펌프에 자체 세척 능력을 부여함으로써 넝마나 섬유와 같은 오염물을 함유하고 있는 하수를 신뢰성 있게 펌핑할 수 있고, 펌프의 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 펌프 임펠러의 3차원 도면이고,

도 2는 본 발명에 따른 펌프의 개략적인 반경 방향 단면도이며,

도 3은 임펠러 입구의 축선 방향의 개략도이고,

도 4는 정규화된 반경의 함수로서의 베인 전연부의 각도 분포를 보여주는 도표이다.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>

1 : 펌프 하우징

2 : 입구

3 : 임펠러

4 : 허브

5 : 베인

6 : 전연부

7 : 연결부

8 : 주변부

9 : 슬롯

10 : 후연부

11 : 회전 방향

12 : 허브 단부

Claims (4)

1. 허브(4)를 포함하고, 하나 이상의 베인(5)이 부착되어 있으며, 원통형 입구(2)가 마련된 대체로 나선형으로 형성된 펌프 하우징(1) 내에서 회전하고, 하수 펌핑용 펌프에 사용되는 원심형 또는 반축류형 펌프 임펠러에 있어서,

   상기 하나 이상의 베인(5)은 그 전연부(6)가 후퇴해 있도록 설계되고, 임펠러 샤프트의 중심에 원점이 있는 좌표계를 기준으로 할 때, 상기 전연부(6)의 주변부(8)와, 상기 전연부와 허브(4)의 연결부(7) 사이의 부채꼴 각도(Δθ)는 125°내지 195°인 것을 특징으로 하는 펌프 임펠러.
2. 제1항에 있어서, 상기 베인(5)의 전연부(6)는 임펠러 샤프트에 수직인 평면에 위치하고, 펌핑되는 매체의 절대 속도가 거의 축선 방향인 상기 원통형 입구(2)의 영역 내에 있는 것을 특징으로 하는 펌프 임펠러.
3. 제1항에 있어서, 상기 전연부(6)와 허브(4)의 연결부(7)는 상기 허브의 단부(12)에 인접하게 배치되는 것을 특징으로 하는 펌프 임펠러.
4. 제1항에 있어서, 상기 전연부(6)와 허브(4)의 연결부(7)의 직경(D1)과, 상기 전연부의 주변부(8)의 직경(D2) 사이의 직경비는 0.1 내지 0.4인 것을 특징으로 하는 펌프 임펠러.