KR100559915B1 - 혼합류액체링펌프 - Google Patents

Abstract

원추형 포트가 형성된 액체 링 펌프(conically ported liquid ring pump)는 15도 내지 75도 범위의 테이퍼 각도를 갖는 하나 이상의 포트를 구비한다. 이러한 테이퍼 각도는 종래의 테이퍼 각도(가장 일반적으로 약 8도)보다 상당히 크다. 본 발명의 큰 테이퍼 각도는 원추형부와 로터 사이에서 흐르는 액체에 상당한 반경 방향 및 축 방향 속도 성분 모두를 제공한다. 또한, 테이퍼 각도가 크면 포트 구조가 축 방향으로 단축될 수 있는바, 이것은 지지되지 않는 로터 샤프트의 길이를 단축시키는 것과 같은 중요한 많은 장점을 갖는다. 본 펌프의 이러한 특징은 펌프의 길이 대 직경 비를 경제적으로 증가시키는 것과 같은 목적에 유용하다. 또한, 본 발명의 펌프는 원추형 포트가 형성된 펌프가 갖는 다수의 바람직한 특징을 지니고 있다.

Description

혼합류 액체 링 펌프{MIXED FLOW LIQUID RING PUMPS}

본 발명은 액체 링 펌프에 관한 것으로, 보다 구체적으로 말하면 원추형 포트식 액체 링 펌프의 포트 부재의 형상에 관한 것이다.

액체 링 펌프는 주지의 2가지 구조로 상업적으로 제조되고 있다. 이들 구조 중 하나는 평판식 설계(flat sided design)로 불린다[예컨대, 지멘(Siemen)의 미국 특허 제1,180,613호 참조]. 평판식 펌프에서는, 압축될 가스를 로터의 내외로 안내하는 포트가 로터의 축방향 단부까지 작은 간극을 두고 연장되는 평판에 형성되어 있다. 로터를 출입하는 유체의 방향은 축방향, 즉 로터 샤프트와 평행하므로, 평판식 펌프는 소위 축류 포트식 펌프(axial flow ported pump)라고도 불린다. 다른 구조는 일반적으로 원추형 설계(conical design)로 불린다. 이 설계에서[예컨대, 셰어우드(Shearwood)의 미국 특허 제3,712,764호 참조], 작은 간극을 두고 로터 단부 내측의 원추형 리세스에 끼워지는 원추형 구조에 가스 포트가 형성되어 있다. 원추형 포트를 통해 로터에서 도출되는 유체 유로는 실질적으로 반경 방향으로 있으므로, 원추형 구조의 펌프는 방사류 포트식 펌프(radial flow ported pump)라고도 불린다.

공지의 설계를 갖는 원추형 구조는 통상 약 8˚또는 그 이하의 작은 테이퍼 각으로 구성된다. 특정의 경우에, 포트 구조는 원통형으로 제조될 수도 있다.

본 명세서는 축방향 및 반경 방향 모두의 상당한 유동 성분을 유지하는 포트구조를 특징으로 하는 신규의 설계를 개시하고 있다. 본원 발명을 종래의 기술과 구별하기 위해서, 본 명세서에서는 혼합류 포트 구조로 칭한다. 이러한 개발로 인하여, 유체 링 펌프, 특히 후술하는 매우 넓은 구조의 액체 링 펌프의 성능 및 가격 면에서 몇 가지가 개선되었다. 이러한 개선의 중요성은 종래의 제조 방법의 장점 및 단점을 검토하면 잘 이해될 것이다.

공지의 2가지 설계 형태는 대개 포트 구조와 관련한 분명한 장단점과, 이들 형태에 관련된 설계 제약을 갖는다. 예컨대, 축류 또는 평판식 설계는 방사류 원추 설계에 비하여 다음의 장점을 갖는다.

평판식 포트 판은 방사류 원추 설계보다 간단하게 제조할 수 있는 구조로 되어 있다. 예컨대, 이 포트 판은 강판으로 제조되어 비교적 경제적인 가공 공정을 거쳐 편평하게 제조될 수 있다. 원추는 일반적으로 주조 공정에 의해 성형되고, 몇몇 경우에 보다 고가일 수 있는 선삭 공정에 의해 가공된다.

평판식 헤드는 포트 판으로 덮인 측면에서 전체적으로 개방되어 있으므로 보다 용이하게 주조될 수 있다. 방사류 원추형 헤드 구조는 개방되어 있지 않으며, 그에 따라 주조 공정에 사용된 코어링(coring)의 지지를 복잡하게 한다.

평판식 펌프의 샤프트 상의 부하는 베어링에 보다 근접하게 분산되어 있으므로, 동등한 부하에 대해 샤프트의 직경을 보다 작게 할 수 있다. 또한, 로터와 고정 부재 사이의 반경 방향의 간극이 방사류 원추형 펌프에서와 같이 엄격하지 않으므로, 샤프트의 강성은 덜 엄격이다.

평판식 로터에 대한 로터 기계 가공 공정은 방사류 원추형 리세스에 대한 작업을 포함하지 않는다.

축류 펌프의 로터 블레이드가 로터 허브의 전체 길이를 따라 지지(보강)되기 때문에, 국부적인 고응력 영역이 최소화된다. 방사류 구조의 블레이드는 포트가 삽입되는 영역에서 양호하게 지지되지 않으므로, 응력 집중 영역이 발생될 수도 있다.

방사류 원추형 펌프에 비해 평판식 구조의 펌프의 단점은 이하에 설명하는 바와 같다.

축류 구조의 펌프는 방사류 원추형 펌프만큼 효율적이지 못한데, 그 이유는 포트 속도가 보다 빨라서 유입 및 유출 압력 손실이 보다 커지기 때문이다. 이것은 직경에 대한 펌프 폭이 증가함에 따라 현저하게 커진다. 축류 펌프의 포트 크기는 펌프 폭과 무관하게 비교적 고정되어 있다. 방사류 포트 펌프는 베이스 직경 및/또는 로터에 삽입되는 원추의 길이를 변화시킴으로써 포트 속도를 보다 치수적으로 제어할 수 있다.

또한, 원추형 포트 구조는 로터 아래에 플리넘(plenum)을 제공함으로써, 로터 내외로의 유동이 보다 잘 분배된다.

평판식의 축방향 배출 유동은 평판식 펌프의 물 처리 능력을 제한한다. 이러한 단점에 대해서 설명하기로 한다. 액체 링 펌프로부터 배출된 유동은 본질적으로 액체 및 가스의 2상이다. 2상 유동의 특징은, 액체 성분이 예컨대 안내 베인 과 같은 외부 영향이 작용하지 않는 한 방향이 변화되지 않는다는 것이다. (로터에 대한) 로터 내부의 유동 방향이 주로 반경 방향이므로, 반경 방향 블레이드 외에 다른 외부 영향은 없으며, 과잉의 액체는 배출되지 않고 로터 내에 잔류하는 경향이 있다. 이것은 로터에 대한 액체 유동의 방향이 배출 방향과 같은 방사류 원추형 구조와 대조되는 것이다. 따라서, 방사류 원추형 구조에서의 과잉의 액체는 용이하게 배출된다.

그 결과, 평판식 설계를 갖는 펌프의 성능은 방사류 원추형 설계의 펌프보다유입 가스 스트림 내의 액체에 의한 악영향을 더 받는다. 결국, 이로 인하여, 캐비테이션(cavitation) 및/또는 로터의 파괴가 조기에 시작된다. 또한, 포트 속도에 있어서, 과잉의 액체와 관련된 문제는 펌프 직경에 대한 펌프 폭이 커짐에 따라 증가한다. 축류 포트는 펌프 폭이 증가함에 따라 문제의 근원에서 보다 멀어질 수 있으며, 이로 인하여 과잉 액체의 배출 문제는 배가된다.

평판식 펌프는 방사류 원추형 펌프 구조에 비해 응축 능력이 작다. 유입 포트의 속도가 크기 때문에, 유입 가스 스트림에 액체를 분무하면, 원추형 펌프에서 보다 평측면 펌프에서 더 큰 압력 강하가 발생한다. 이에 따라, 평탄식 구조의 펌프에서는 유입 가스 스트림의 함유 증기를 응축하는 중요한 장점이 감소된다. 이문제는 평판식 구조의 펌프가 가스/증기 체적의 분율 정도로 많은 액체를 안전하게 처리할 수 없음으로 인해 증대되는데, 이는 응축 능력이 액체 분율에 정비례하기 때문이다.

평판식 펌프의 성능은 로터와 포트 판 사이의 축방향 간극에 매우 민감하다. 그러므로, 심(shim)을 사용해서 평판의 간극을 제어하는 것은 종종 실용적이지 못하다. 이로 인하여, 펌프를 대량 생산하는 하는 성능이 크게 변동된다. 예컨대, 8°의 각도로 구성된 방사류 원추 구조에 있어서는, 간극 설정이 7대1의 배율이다. 그러므로, 로터와 원추 사이의 임계 간극은 부재의 축방향 위치의 심 조정에 의해 정확하게 제어될 수 있고, 보다 균일한 성능을 얻을 수 있다.

전술한 바로부터 명백한 바와 같이, 평판식 펌프가 갖는 몇 가지 장점은 동일한 용량의 원추형 펌프에 비해 제조비용이 낮아질 수 있다는 것이다. 그러나, 이러한 제조비 절감은 성능, 액체 처리 및 응축 능력의 희생에 의해 얻어지는 것이다. 이들은 제품의 신뢰성과 시장성에 크게 기여하는 특성이다. 또한, 전술한 설명으로부터 명백한 바와 같이, 평판식 구조의 펌프의 열악한 특성은 상대 폭이 증가함에 따라 악화된다.

펌프 설계자가 알고 있듯이, 액체 링 구조의 제조비를 개선하는 열쇠는 상대폭을 연장시키는 것이다. 그 이유는 제조 공정의 비용에 대한 부재 직경과 부재 길이 사이의 상관관계를 조사함으로써 설명될 수 있다. 실험으로부터, 직경이 일정하게 유지되면, 펌프의 원가를 용량으로 나눈 값(매분 입방 피트당 달러. 즉$/CFM으로 표시)은 폭이 최소점에 도달할 때까지 증가함에 따라 일반적으로 감소하고, 상기 최소점을 지나면 용량당 원가가 증가하는 것을 알 수 있다. 최소점은 기계적 한계 및 성능적 한계에 의해 결정된다. 예컨대, 여러 인자 중 하나는, 샤프트 직경이 매우 커지게 되어 샤프트 원가가 과도하게 되고, 샤프트의 크기가 버킷 체적(bucket volume)의 과도한 부분을 점유하여, 원가를 증가시키고 CFM을 저하시키는 것이다.

일반적으로 말하면, (예를 들면, 전술한 쉐어우드의 특허에서와 같은) 종래 기술의 양단 펌프(double ended pump)에 있어서는, 최소의 $/CFM은 (단부 및 중앙 슈라우드의 두께를 제외한) 누적 축방향 로터 블레이드 길이가 로터 직경의 약 1.3배인 경우에 일어난다. 혼합류 원추 개발의 장점은, 아래에서 상세히 논의되는 바와 같이, 최소 비용 한계가 로터 직경의 1.3배를 초과하는 축방향 로터 블레이드 길이까지 확대된다는 것이다.

제닝스의 미국 특허 제1,718,294호에는 비교적 큰 원추 각도(도 1에서는 대략 18°이고, 도 4에서는 대략 12°임)를 갖는 원추형 포트식 액체 링 펌프가 개시되어 있다. 그러나, 상기 특허에서는, 로터가 원추의 포트에 바로 인접해서 둘러싸여 있고, 원추와 로터 사이에서 유체 유동의 어떠한 축방향 성분도 실질적으로 배제되는 것을 보여준다.

본 발명의 목적은 전술한 것을 감안하여 개선된 액체 링 펌프를 제공하는 것이다.

본 발명의 보다 특별한 목적은 축류 및 방사류 펌프 구조 양방의 효과를 겸비한 액체 링 펌프를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 방사류 구조 펌프의 많은 장점을 갖고 있지만, 공지 의 방사류 펌프에 비하여 로터 직경에 대한 축방향 로터 블레이드 길이의 비를 크게 하여 공지의 방사류 펌프에 비하여 경제적으로 제조될 수 있는 액체 링 펌프를 제공하는 것이다.

본 발명의 전술한 목적 및 기타 목적은, 공지의 원추형 포트식 펌프와 대략 유사하지만, 원추형 포트식 펌프에 대하여 지금까지 알려진 것보다 큰 원추 각도를 갖는 액체 링 펌프를 제공하는 본 발명의 원리에 따라 달성된다. 지난 수십 년 동안 대략 8°의 원추 각도가 실질적으로 업계 표준이었지만, 본 발명에 따라 구성된 펌프의 원추 각도는 15°내지 75°의 범위 내에 있다. 원주 각도가 크게 증가함에 따라, 본 발명에 따른 펌프의 원추형 포트 구조는 이전의 액체 링 펌프 구조에서 사용되어 왔던 것보다는 전체적인 길이가 상당히 짧아질 수 있다. 원추 각도의 증가는, 원추와 로터 사이에서 흐르는 유체에 상당한 축방향 속도 성분을 제공하는 것을 돕는다. 원추형 표면에 있어서 포트에 인접한 로터 블레이드 사이의 공간은 개방되어 있어서, 상기 축방향 속도 성분을 방해하는 로터 구조는 존재하지 않는다. 특히 그 외의 장점 중에서, 상당한 축방향 유체 속도 성분과 축방향으로 짧은 포트 구조로 인하여, 로터 직경에 대한 축방향 로터 블레이드 길이의 비를 경제적 으로 증가시키는 것이 용이하다. 동시에, 본 발명의 펌프는 원추형 구조 펌프의 모든 또는 대부분의 장점을 보유한다.

본 발명의 다른 특징에 있어서, 그 본질과 다양한 장점은 첨부 도면과 하기의 바람직한 실시예로부터 보다 명백하다.

도 1은 방사류 원추 구조의 종래의 양단 펌프(10)를 도시한다. 펌프(10)는 고정식 환형 하우징(20)을 구비하며, 이 하우징은 그 각각의 좌우 단부에 고정 연결된 헤드 구조(30L, 30R)를 포함한다. 각 헤드 구조(30L, 30R)에는 원추형 포트 부재(40L, 40R)가 각각 장착되어 있다. 각 헤드 구조(30L, 30R)의 원추형면의 각도 α는 대략 8°이다. 본 명세서에서 각도 α는 일반적으로 펌프의 원추 각도로서 지칭된다. 샤프트(50)는 축방향으로 하우징(20), 헤드 구조(30) 및 포트 부재(40)를 관통하고, 베어링 조립체(60L, 60R)에 의해서 이들 구조 모두에 대해 회전가능하게 장착되어 있다. 샤프트(50)에는 로터(70)가 고정 장착되어 있다. 로터(70)는 허브(72)와, 이 허브 둘레에 서로 원주 방향으로 간격을 두고 허브(72)로부터 반경 방향 외부로 연장되는 복수의 블레이드(74)를 구비한다. 각 포트 부재(40)는 로터(70)의 인접 단부의 환형 리세스 내로 연장된다. 또한, 로터(70)는 로터 블레이드(74)의 좌우 각각의 축방향 단부를 연결하는 환형 슈라우드(76L, 76R)를 구비한다. 또한, 환형의 중앙 슈라우드(76C)가 로터 블레이드의 중앙부에 연결되어 있다. [하우징(20)에 고정되는] 환형의 중앙 하우징 슈라우드(26C)는 슈라우드(76C)와 반경 방향으로 정렬되어 있다.

하우징(20)이 샤프트(50)에 대해 편심되어 있기 때문에, 도 1에서 볼 때 펌프(10)의 상부는 펌프의 팽창 또는 흡입 구역을 이루고, 도 1에서 볼 때 펌프(10)의 하부는 펌프의 압축 또는 배출 구역을 이룬다. 팽창 구역에서, 펌프의 액체 링내의 액체는 로터 회전 방향으로 허브(72)로부터 반경 방향으로 외부로 이동한다. 따라서, 펌핑 대상 가스는 흡입 통로(32L, 42L, 32R, 42R)를 통해 펌프의 팽창 구역으로 흡입된다. 압축 구역에서, 펌프의 액체 링 내의 액체는 로터 회전 방향으로 허브(72)를 향해 반경 방향으로 이동한다. 따라서, 펌프 내의 가스는 압축 구역에서 압축되고, 배출 통로(44L, 34L, 44R, 34R)을 통해 배출된다.

도 1에 도시된 펌프의 비교적 작은 원추 각도(α=8도)로 인하여, 이 펌프는 소위 방사류 포트식 펌프라 불린다. 포트 구조(40)와 로터(70) 사이의 원추형 계면을 가로지르는 액체 유동은 극히 반경 방향으로 된다.

도 2는 도 1에 도시된 타입의 펌프를 본 발명에 따라 변형한 실시예를 도시한다. 따라서, 도 2는 전체적으로 펌프(10)와 유사한 펌프(10')를 도시하고 있지만, 상기 펌프(10')는 혼합류 포트의 개념에 기초한 구조를 갖는다. 도 2와 후속 도면에서, 도 1의 참조 부호는 전체적으로 유사한 요소에 대해 반복된다. 그러나, 이들 요소의 일부 형상은 이하에서 보다 자세히 기술하는 바와 같이 변화되는 것을 이해할 것이다. 펌프(10')의 전체적인 작동은 후술하는 개선점이 있기는 하지만 펌프(10)의 전체적인 작동과 유사하다.

도 3은 도 2의 원추형 포트 요소(40R)를 유동 방향의 성분을 나타내는 화살표와 함께 자세히 도시하고 있다. 도시한 바와 같이, 유체가 로터의 내외로 유동함에 따라 유체 유동 방향은 반경 방향 및 축방향으로 각각 상당한 속도 성분(V-_반경방향 및 V-_축방향)을 갖는다.

본 발명에 따르면, 유동은 원추의 각도 α가 약 15°보다 크고 약 75°보다 작을 때 혼합되는 것으로 고려될 수 있다. 이것은 원추의 표면에서 절대 유동 속도의 25%보다 큰 혼합류의 축방향 유동 성분(V-_축방향)에 상당하는 것이다. 도 3에서는 원추 각도 α가 20°이다.

도 4는 전술한 2 가지 구조를 대조하고 있다. 도 4의 상부 절반은 도 2 및 도 3에서와 같은 혼합류 구조를 보여주고, 하부 절반은 도 1에서와 같은 방사류 구조를 보여주고 있다. 방사류 구조는 보다 큰 샤프트(50)를 필요로 하는데. 이에 대해서는 후술한다. 샤프트의 직경 차이는 하부 섹션에 점선과 실선으로 도시되어 있다. 샤프트 직경 중 가장 큰 부분은 D4이다. 동일한 베이스 원추(40)의 치수(D1)에 대해 2개의 측면이 그려져 있다.

혼합류 구조는 매우 넓은 액체 링 펌프 구조, 즉 로터 직경의 약 1.3배 보다 큰 축방향 로터 블레이드 길이를 갖는 구조에 특히 적합한 종래의 제조 방법에 비 헤 상당한 장점을 갖는다. 장점은 이하에 기재되어 있다.

도 4에 도시한 바와 같이, 혼합류 구조에 대한 헤드 개방 면적(C)은 방사류 구조에 대한 동등한 면적(C')보다 크다. 이는 내경 D2'가 D2보다 크기 때문인데, 즉 D2'쪽의 샤프트가 보다 크기 때문이다. 또한, 도 4는 두 구조 사이의 로터 버킷 체적의 차이를 나타내는 A 및 B로 지시된 면적을 도시하고 있으며, 혼합류 구조가 보다 큰 버킷 체적을 갖는다. 방사류 원추형 구조(40)가 [직경(D1) 감소에 의한] 체적 손실을 감소시키도록 변형되면, C에서 개방되는 헤드 포트 구조의 면적이 크게 감소된다. 대안으로, 방사류 구조가 도시한 바와 같이 남아 있다면, 로터(70)는 혼합류 구조와 동일한 체적을 얻기 위해서 보다 길어질 필요가 있다.

기본적인 개선은 헤드 주물(30) 내에 통로를 형성하기 위해서 사용된 코어의 지지가 (보다 현저하게) 개선된다는 것이다. 그러므로, 헤드 주조성은 향상되는 반면에, 로터 체적이 손실되거나 로터 길이가 연장되는 일은 없다.

또한, 도 4에서, 원추의 "목부(throat)", 즉 원추의 베이스를 통과하는 최소 유동 영역이 로터 체적의 손실 없이 보다 확대될 수 있다는 것을 알 수 있다. 이 영역은 직경(D2, D3)에 의해 제어된다. D3은 원추 베이스 직경에서 벽 두께를 감산함으로써 설정된다. D2는 샤프트 직경에 원추의 내벽 두께를 더함으로써 설정된 다. (벽두께는 이 설명을 목적으로 고정되는 것으로 고려될 수 있다.) D3은 이전의 두 단락에서 기술한 바와 같이 D1을 제어하는 동일 인자에 의해 제어된다. 따라서, 혼합류 포트 구조(40)는 가스 및 액체 유동을 위하여 동일 베이스 직경의 방사류 원추형 포트 구조보다 큰 목부를 허용하며, 이 경우 로터 체적의 손실은 없고샤프트의 직경은 보다 작다.

혼합류 포트 구조(40)의 길이는 방사류 원추 구조의 길이보다 짧게 제조될 수 있다. 방사류 원추 구조(40)에 있어서, 설계자는 원추형 펌프의 특유의 유리한 작동 효율 및 큰 액체 유동 성분이 로터 길이에 대한 원추의 삽입 길이(P')를 최대로 하는 것과 관련된 것으로 믿고 있다. 삽입 길이는 일반적으로 전체 로터 길이의 45% 보다 크며, 통상적으로 50 내지 60% 범위로 있다.

원추형 펌프의 양호한 작동 특성은 매우 짧은 포트 길이(P)를 사용함으로써 유지될 수 있는 것으로 계측되었다. 예컨대, 포트의 최대 길이는 포트로 설정되는 로터 길이의 약 45% 미만을 사용할 수 있다. 도 4의 상부에는 포트 길이(P)가 [슈라우드(76C, 76R) 사이의] 로터 길이의 해당 부분의 약 34%인 것으로 도시되어 있다.

보다 짧은 혼합류 포트 길이는 매우 넓은 액체 링 펌프 구조에 대하여 상당한 영향을 끼친다. 이전에 언급한 바와 같이, 로터 허브(72)와 베어링(60) 사이의 지지되지 않거나 보강되지 않은 임계 거리(L)는 현저하게 감소된다. 전체 샤프트(50)의 편향이 이러한 거리의 세제곱에 비례하므로, [비교적 작은 임계 길이(L)를 갖는] 신규의 구조에 대한 [비교적 큰 길이(L')를 갖는] 방사류 구조의 유사한 편향을 위해서는 샤프트 직경이 극히 감소된다.

더욱이, 혼합류 원추 포트(40)는 동일한 작동 간극으로 조립된 방사류 원추(40) 보다 샤프트(50)가 간섭 없이 더 많이 편향될 수 있다. 작동 간극은 원추형표면에 수직하게 계측된다. 테이퍼 각도 α가 증가함에 따라, 로터(70)의 허용 가능한 반경 방향의 이동은 그 각도의 코사인 값 분의 1에 비례한다. 예컨대, 테이퍼 각도 α가 20°인 혼합류 원추는 8°인 방사류 원추와 비교해 간섭 없이 추가로 5% 편향될 수 있다.

축류, 즉 평탄식 구조에 있어서는 로터 허브와 베어링 사이의 거리가 (예컨대, 도 4에 L"로 도시된 바와 같이) 여전히 짧지만, 혼합류 원추 포트(40)는 다른 인자들이 샤프트(50) 크기를 결정하는 데 영향을 끼칠 정도까지 그 길이를 상당히 감소시킬 수 있다. 예컨대, 샤프트 크기는 필요한 유압 부하를 지지하도록 베어링(60)에 필요한 샤프트 저널 크기 및/또는 샤프트 구동 단부의 비틀림 강도와 같은 인자에 의해 제한된다. 그러므로, 혼합류 샤프트(50)는 동등한 평측면 샤프트 크기와 유사하거나 동일한 기준으로 크기가 정해진다.

혼합류 원추 포트 구조(40)와 로터(70)를 제조하는 데에는 그다지 비용이 들지 않는다. 포트 구조(40)의 길이가 짧기 때문에, 그 무게와 전체적인 제조비용은 종래의 원추형 구조(40)보다 작다. 또한, 그 길이가 짧음으로 인해 로터(70)의 원추형 리세스의 기계 가공 비용도 감소된다.

또한, 혼합류 구조의 로터(70)의 보다 짧은 원추형 리세스는 종래의 방사류 구조보다 강한 로터 블레이드(74)를 얻는다. 원추형 리세스의 블레이드(74) 섹션은 혼합류 구조에서도 여전히 지지되지 않지만, 많은 경우에, 평판식 구조에 비교해서 지지되지 않은 길이의 중요성은 요구되는 블레이트(74) 두께에 도달할 때 [샤프트(50) 구조와 같은] 다른 인자가 영향을 끼치는 정도로 줄어든다. 예컨대, 블레이드 두께는, 블레이드 응력이 아닌 양호한 주조 구조의 최소 벽 두께가 결정 인자로 되는 지점까지 감소될 수 있다.

전체적으로, 특히 매우 넓은 (즉, 축방향으로 긴) 액체 링 펌프 구조에 사용되는 경우에, 전술한 개선으로 인하여 혼합류 펌프의 비용을 축류 포트식 펌프와 동일하거나 그보다 낮게 할 수 있다. 이러한 개선으로 인하여, 양단 액체 링 펌프 구조의 최소 $/CFM 지점은 전술한 1.30배 직경을 넘어서 이동된다.

전술한 설명이 양단 구조(double ended design)의 펌프에 관한 것이지만, 본발명의 장점은 일단 구조(single ended design)의 펌프, 즉 로터(70)의 일단에 단지 하나의 포트 부재(40)가 마련되어 있는 펌프에도 적용된다. 전술한 설명은, 최소의 $/CFM이 통상적으로 상이한 폭, 예컨대 양단 구조의 경우의 1.3배의 로터 직경 대신에, 약 1.05배의 로터 직경의 축방향 로터 블레이드 길이(단부 슈라우드 제외)에서 생기는 것을 제외하고는, 일단 구조의 경우에도 적용될 수 있다.

이제 이해할 수 있는 바와 같이, 혼합류 구조는 평판식 구조가 갖는 제조비용 상의 이점을 더욱 개선할 수 있는 동시에 원추형 구조의 성능 특성에 근접한 성능 특성을 유지할 수 있다. 예컨대, 혼합류 포트(40) 개구부가 포트를 통한 압력 강하를 최소화시키는 개방 유동 영역과 로터(70) 내로 유동을 분배하는 큰 플리넘 영역을 구비하도록 구성되기 때문에 방사류 구조의 효율 상의 이점이 유지된다. 유입 포트에서 응축수 분무를 처리하는 중요한 이점은 악영향을 받지 않는다. 또한, 혼합류 구조는 과잉의 액체가 로터(70)로부터 반경 방향으로 배출될 수 있게 한다. 따라서, 방사류 포트의 물 처리 이점은 악영향을 받지 않는다.

따라서, 종래 구조의 각각의 최고의 특성을 조합할 수 있다. 혼합류 구조는 평판식 구조가 갖는 비용 효과와 동일하거나 그보다 개선된 펌프의 구조를 가능하게 하는 동시에, 방사류 원추형 구조의 효율 및 공정 공차에 접근하거나 그와 동일하다.

본 발명에 따르면, 축류 및 방사류 펌프 구조의 우수한 효과를 조합하여 채용하는 액체 링 펌프가 제공되며, 이 펌프는 방사류 구조의 펌프가 갖는 장점 중 일부를 채용하지만, 공지의 방사류 펌프와 비교할 때 로터 직경에 대한 축방향 로터 블레이드 길이의 비를 크게 하여 공지의 방사류 펌프에 비해 경제적으로 제조될 수 있다.

도 1은 종래 기술의 전형적인 원추형 포트식 액체 링 펌프의 개략적인 단면도.

도 2는 본 발명에 따라 구성된 액체 링 펌프의 예시적인 실시예를 보여주는 도 1과 유사한 도면.

도 3은 도 2의 일부를 나타내는 유사한 다른 도면.

도 4는 도 1과 도 2의 일부를 복합적으로 나타내는 유사한 도면.

Claims (6)

1. 로터의 축방향 단부의 리세스 내로 연장되는 포트 구조를 포함하는 액체 링 펌프로서,

   상기 로터는 축방향으로 연장되는 복수의 블레이드를 구비하고, 이들 블레이드는 상기 리세스로부터 반경 방향 외측으로 연장되고 상기 리세스 둘레에 서로 간격을 두고 배치되어 있으며, 상기 리세스에 바로 인접한 포트 구조는 원추 각도가 15°내지 75°범위인 절두 원추형 표면을 형성하고, 이 절두 원추형 표면은 유체 유입 포트 및 배출 포트를 형성하여 유체가 포트 구조와 인접 블레이드 사이의 공간과의 사이에서 선택적으로 연통되게 하며, 상기 유입 포트 및 배출 포트에 바로 인접한 로터는 블레이드만이 유입 포트 및 배출 포트를 통해 연통되는 유체의 유동 방향에 영향을 끼치는 것인 액체 링 펌프.
2. 제1항에 있어서, 상기 포트 구조의 최대 길이는 포트로서 작용하는 로터 길이의 약45% 미만인 것인 액체 링 펌프.
3. 제1항에 있어서, 상기 포트 구조는 펌프의 유일한 포트 구조이고, 로터 직경에 대한 로터 블레이드의 축방향 길이의 비는 1.05보다 큰 것인 액체 링 펌프.
4. 제1항에 있어서, 상기 축방향 단부와 반대측에 있는 로터의 제2 축방향 단부의 제2 리세스 내로 연장되는 제2 포트 구조를 더 포함하고, 상기 블레이드는 상기 제2 리세스로부터 반경 방향 외부로 연장되고 상기 제2 리세스 둘레에 서로 간격을두고 배치되어 있으며, 상기 제2 리세스에 바로 인접한 제2 포트 구조는 15°내지 75°범위의 제2 원추 각도를 갖는 제2 절두 원추형 표면을 형성하고, 이 제2 절두 원추형 표면은 제2 액체 유입 포트 및 배출 포트를 형성하여 유체가 제2 포트 구조와 인접 블레이드 사이의 공간과의 사이에서 선택적으로 연통되게 하며, 상기 제2 액체 유입 포트 및 배출 포트에 바로 인접한 로터는 블레이드만이 제2 액체 유입 포트 및 배출 포트를 통해 연통되는 액체의 유동 방향에 영향을 끼치는 것인 액체링 펌프.
5. 제4항에 있어서, 상기 제2 포트 구조의 최대 길이는 포트로서 작용하는 로터 길이의 약 45% 미만인 것인 액체 링 펌프.
6. 제4항에 있어서, 로터 직경에 대한 로터 블레이드의 축방향 길이의 비는 1.30 보다 큰 것인 액체 링 펌프.