KR100571939B1 - 터빈 연료 펌프 - Google Patents

Abstract

터빈 연료 펌프는 블레이드를 갖는 임펠러를 포함하며, 각각의 블레이드는 임펠러의 반경 방향으로 선형으로 연장되는 선형 블레이드부와, 임펠러의 회전 방향으로 볼 때 선형 블레이드부의 헤드로부터 임펠러의 전방 측면까지 원형으로 만곡되어 연장되는 만곡 블레이드부를 포함한다. 선형 블레이드부는 (1/3 내지 2/3) ×H의 길이를 가지며, 여기서 H는 임펠러의 전체 길이이다.

터빈 연료 펌프, 임펠러, 블레이드, 선형 블레이드부, 만곡 블레이드부, 모따기부

Description

터빈 연료 펌프 {TURBINE FUEL PUMP}

도1은 본 발명에 관한 터빈 연료 펌프의 제1 실시예를 도시하는 길이 방향 단면도.

도2는 도1의 확대 부분도.

도3은 도2에서 선 III-III을 따라 취한 단면도.

도4는 임펠러의 블레이드를 도시하는 확대 사시도.

도5는 임펠러의 블레이드를 도시하는 평면도.

도6은 만곡 블레이드부의 시작점 위치와 펌프 효율 사이의 관계를 도시하는 그래프.

도7은 만곡 블레이드부의 전방 경사 길이에 대응하는 각도와 펌프 효율 사이의 관계를 도시하는, 도6과 유사한 그래프.

도8은 본 발명의 제2 실시예를 도시하는, 도2와 유사한 도면.

도9는 도8을 더욱 확대한 확대도.

도10은 임펠러의 블레이드를 도시하는, 도4와 유사한 도면.

도11은 임펠러의 블레이드를 도시하는, 도5와 유사한 도면.

도12는 도11에서 선 XII-XII를 따라 취한, 도3과 유사한 도면.

도13은 루트측 모따기부의 경사각과 펌프 효율 사이의 관계를 도시하는, 도7 과 유사한 그래프.

도14는 루트측 모따기부의 길이와 펌프 효율 사이의 관계를 도시하는, 도13과 유사한 그래프.

도15는 본 발명의 제3 실시예를 도시하는, 도1과 유사한 도면.

도16은 도15의 주요부를 도시하는, 도8과 유사한 도면.

도17은 도16의 선 XVII-XVII를 따라 취한, 도12와 유사한 도면.

도18은 도17의 주요부를 도시하는, 도9와 유사한 도면.

도19는 임펠러의 블레이드를 도시하는, 도10과 유사한 도면.

도20은 임펠러의 블레이드를 도시하는, 도11과 유사한 도면.

도21은 도20에서 선 XXI-XXI를 따라서 취한, 도17과 유사한 도면.

도22는 루트측 모따기부의 경사각과 펌프 효율 사이의 관계를 도시하는, 도14와 유사한 그래프.

도23은 루트면 모따기부와 길이와 펌프 효율 사이의 관계를 도시하는, 도22와 유사한 그래프.

도24는 제3 실시예의 제1 변경을 도시하는, 도18과 유사한 도면.

도25는 제3 실시예의 제2 변경을 도시하는, 도19와 유사한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1, 101 : 케이싱

2, 102 : 토출 커버

6, 106 : 회전축

7, 107 : 전동 모터

9, 109 : 펌프 하우징

10, 110 : 외측 하우징

11, 111 : 흡입구

12, 112 : 내측 하우징

14, 114 : 배출구

15, 31, 115, 131 : 연료 통로

20, 32, 117 : 임펠러

23, 35, 120, 141 : 블레이드

23A, 37, 122 : 선형 블레이드부

23B, 38, 123 : 만곡 블레이드부

35A, 120A : 전방면

35B, 120B : 후방면

35C, 120C : 측면

39, 124 : 모따기부

39A, 124A : 루트측 모따기부

39B, 124B : 헤드측 모따기부

O-O : 축선

A : 임펠러의 회전 방향

B (도5) : 선형 블레이드부의 루트 위치

C (도5) : 만곡 블레이드부의 헤드 위치

D (도5) : 선형 블레이드부의 헤드 위치

E (도5) : 회전 방향으로 전방으로 경사진 최전방 위치

H (도5) : 임펠러의 전체 길이

H1 (도5) : 선형부 길이

H2 (도5) : 만곡부 길이

F (도9) : 연료 통로의 통로 중심

C (도18) : 연료 통로의 통로 중심

L (도9, 도18) : 연료 통로의 반경 방향 길이

L1 (도9, 도18) : 연료 통로의 내부 단부로부터 통로 중심까지의 거리

T (도9) : 모따기부의 전체 길이

T1 (도9) : 루트측 모따기부의 길이

H (도18) : 모따기부의 전체 길이

H1 (도18) : 루트측 모따기부의 길이

α(도5) : 만곡 블레이드부의 전방 경사 길이에 대응하는 각도

β(도12): 블레이드의 측면에 대한 루트측 모따기부의 경사각

α(도21): 블레이드의 측면에 대한 루트측 모따기부의 경사각

본 발명은 예를 들어 자동차 엔진용 분사 밸브로의 연료 공급에 사용하기 적합한 터빈 연료 펌프에 관한 것이다.

일반적으로, 승용차와 같은 차량은 엔진에 연료를 공급하기 위한 전자제어식 연료 분사 시스템을 구비하며, 이는 엔진 연소실로 연료를 분사하기 위한 분사 밸브와, 예를 들어서 차량 후방 등에 배치되는 연료 탱크 내에서 분사 밸브로 연료를 토출하기 위한 연료 펌프를 포함한다. 최근에는 전세계적인 환경 보호라는 사회적 요구 때문에 차량의 연비 소비량 개선에 대한 요구가 높아지고 있다. 따라서, 전동 모터로 구동되는 연료 펌프에 대하여 효율 향상(즉, 소비 전력 절감)과 소형화 및 경량화를 성취하는 것이 중요한 도전이 되고 있다.

일반적으로 사용되는 연료 펌프는 전동 모터를 수용하기 위한 실린더형 케이싱, 케이싱의 한쪽 단부에 배치되는 상부 커버, 상기 모터를 지지하기 위해 케이싱의 다른쪽 단부에 배치되며 연료 흡입구와 배출구 사이에 환형 연료 통로를 갖는 하우징, 하우징에 회전 가능하게 배치되며 모터에 의해 회전되는 동안 흡입구를 통해 흡입된 연료를 연료 통로를 통해 배출구로 공급하는 임펠러를 포함하는 터빈 연료 펌프를 포함한다.

임펠러는 원판과 같이 형성되며, 외측 원주에서 원주 방향으로 배치되며 반경 방향으로 연장되는 블레이드와 블레이드 사이에 형성된 블레이드 홈(groove)을 갖는다. 흡입구를 통해 흡입된 연료는 연료 통로를 통해 블레이드 홈으로 유입되어 블레이드로부터 운동 에너지를 전달받은 후 상기 통로로 유출된다. 연료 통로로 유출된 연료는 통로를 통해 순환된 후, 블레이드 홈으로 다시 유입된다. 통로 내의 연료는 유입과 유출의 반복에 의해 압력 상승되며, 배출구를 통해 유출된다.

연료 펌프의 효율을 개선하기 위해서는 전동 모터의 효율과 펌프부의 효율 모두를 향상시키는 것이 중요하다. 특히, 연료 속에서 회전하는 전동 모터에 의하여 임펠러가 구동되어 연료의 점성에 의한 토크 손실이 발생한다. 하우징에서 회전할 때, 임펠러 또한 연료의 점성에 의한 토크 손실을 발생시킨다. 이러한 토크 손실은 rpm의 제곱에 비례하여 증가하여, 연료 펌프가 높은 rpm에서 작동될 때에는 매우 큰 값이 되어 펌프 효율을 감소시킨다.

그렇다면, 낮은 rpm에서 요구되는 유량의 성취를 허용하도록 펌프부의 사양을 설정함으로써 토크 손실이 억제될 수 있다. 그러나, 이 경우에는 임펠러의 구동을 위해 요구되는 토크가 증가한다.

또한, 연료 펌프의 소형화에 대한 요구 때문에 전동 모터가 소형화되어 왔다. 전술한 바와 같이, 낮은 rpm에서 높은 토크를 생산하는 것은 낮은 효율 범위에서 전동 모터의 작동을 요한다. 따라서, 펌프 효율을 향상시키기 위해서는 토크 손실을 최소화하도록 펌프부의 사양을 제공하는 것 뿐 아니라, 높은 효율 범위에서 작동되는 것을 허용하는 전기 모터의 사양을 제공하는 것이 중요하다.

터빈 연료 펌프의 효율을 향상시키는 기술과 관련하여 임펠러에 대한 다양한 개선 방안이 제안되어왔다. 한가지 개선 방안은 일본 특허 공개 제8-100780호에 개시되며, 여기서 임펠러의 각각의 블레이드는 임펠러의 회전 방향에서 볼 때 후방으로 만곡된 루트부와, 후방으로 선형으로 경사지도록 만곡부로부터 외측으로 반경 방향으로 연장되는 헤드부를 갖는다. 이러한 형상의 블레이드는 상당히 낮은 rpm 범위에서도 블레이드 홈으로부터 통로로 원활한 유체 흐름을 허용하고, rpm에 대하여 유량 감소를 방지하며, 저전압 특성과 유량 제어 성능을 향상시킨다.

일본 특허 공개 제8-100780호에 개시된 터빈 연료 펌프에 대해, 전술된 것처럼, 임펠러의 각각의 블레이드는 임펠러의 회전 방향에서 볼 때 후방으로 만곡된 루트부와, 후방으로 선형으로 경사지도록 만곡부로부터 외측으로 반경 방향으로 연장되는 헤드부를 갖는다. 이와 함께, 임펠러는 상대적으로 낮은 rpm범위에서의 rpm에 대하여 유량의 방지를 허용한다. 그러나, 임펠러는 후방으로 선형으로 기울어진 헤드부를 갖기 때문에, 블레이드 홈으로부터의 연료의 배출은 후방으로 수행되며, 연료에 높은 운동 에너지를 제공하지 않는다. 따라서, 상대적으로 큰 유량의 성취는 rpm의 상당한 증가를 요한다. 이는 상대적으로 큰 유량의 범위에서 토크 손실을 증가시키며, 펌프 효율의 감소 문제가 야기된다.

따라서, 전체 작동 범위에서 펌프 효율을 향상시키는 터빈 연료 펌프를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

본 발명은 일반적으로 터빈 연료 펌프를 제공하며, 터빈 연료 펌프는 전동 모터를 수용하기 위한 실린더형 케이싱, 케이싱에 구비되며 흡입구와 배출구 사이의 환형 통로를 포함하는 하우징, 하우징에 회전 가능하게 배치된 임펠러를 포함한다. 상기 임펠러는 외측 원주에 배치되어 임펠러의 반경 방향으로 연장되는 블레이드를 포함하며, 전동 모터에 의하여 상기 블레이드가 회전되는 동안 블레이드가 상기 통로를 통해 연료를 공급한다. 각각의 블레이드는 임펠러의 반경 방향으로 선형으로 연장되는 선형부와, 임펠러의 회전 방향에서 볼 때 선형부의 헤드로부터 임펠러의 전방 측면까지 원형으로 만곡되어 연장되는 만곡부를 포함한다. 상기 선형부는 (1/3 내지 2/3) ×H의 소정 길이를 가지며, 여기서 H는 임펠러의 전체 길이이다.

본 발명의 일실시예는 터빈 연료 펌프를 제공하는 것이며, 터빈 연료 펌프는 전동 모터를 수용하기 위한 실린더형 케이싱, 케이싱에 구비되며 흡입구와 배출구 사이의 환형 통로를 포함하는 하우징, 하우징에 회전 가능하게 배치된 임펠러를 포함한다. 상기 임펠러는 외측 원주에 배치되어 임펠러의 반경 방향으로 연장되는 블레이드를 포함하며, 전동 모터에 의하여 상기 블레이드가 회전되는 동안 블레이드가 상기 통로를 통해 연료를 공급한다. 각각의 블레이드는 임펠러의 전방 측면에 위치되는 전방면을 포함하는 대체로 직사각형 단면인 플레이트 본체, 임펠러의 후방 측면에 위치되는 후방면, 전방면과 후방면 사이에 위치되는 한 쌍의 측면을 포함한다. 각각의 블레이드는 블레이드의 루트 측면에 배치되어 임펠러의 반경 방향으로 연장되는 모따기부를 포함한다. 상기 모따기부는 블레이드의 측면과 후방면 사이에서 모퉁이를 경사지게 잘라내어 제공된다. 상기 모따기부는 (2/5 내지 3/5) ×L의 소정 길이를 가지며, 여기서 L은 통로의 반경 방향 길이이다.

본 발명의 다른 목적과 특징들은 첨부 도면을 참조하여 다음 기술로부터 명백해질 것이다.

도면을 참조하여, 본 발명을 구체화하는 터빈 연료 펌프가 기술된다.

도1 내지 도7을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예가 도시된다. 도1을 참조하면, 터빈 연료 펌프는 펌프의 외측 쉘을 구성하는 실린더형 케이싱(1)을 포함하며, 토출 커버(2)와 펌프 하우징(9)으로 밀폐되는 축방향 단부를 갖는다.

덮여 씌워진 실린더의 토출 커버(2)는 케이싱(1)의 한쪽 단부에 배치된다. 도1에 도시된 것처럼, 토출 커버(2)는 상향 돌출된 토출 파이프(2A) 및 커넥터(2B)와, 중심에 배치되어 하향 연장되는 베어링 슬리브(2C)를 구비한다.

체크 밸브(3)는 토출 파이프(2A)에 배치되어 잔류 압력을 유지한다. 전동 모터(7)의 회전시에는, 체크 밸브(3)가 케이싱(1)으로 유입되는 연료에 의해 개방되어, 토출 파이프(2A)로부터 외부 연료 배관(도시되지 않음)으로 연료가 토출되도록 허용한다. 전동 모터(7)의 정지시에는, 체크 밸브(3)가 밀폐되어 연료 배관 내의 연료가 케이싱(1)으로 역류되는 것을 방지하여, 연료 배관을 소정 잔류 압력으로 유지한다.

역시 도2를 참조하면, 부시(bush)(4)는 토출 커버(2)의 베어링 슬리브(2C)에 결합되며, 부시(5)는 내측 하우징(12)의 계단식 구멍(12E)에 결합된다. 부시(4, 5)는 회전축(6)을 회전 가능하게 지지하기 위한 베어링을 구성한다.

회전축(6)은 부시(4, 5)를 관통하여 토출 커버(2)와 펌프 하우징(9) 사이에서 지지된다. 도2에 도시된 것처럼, 회전축(6)은 축선(0-0)을 따라 케이싱(1)에서 축방향으로 연장되어 전동 모터(7)의 회전자(7B) 등을 회전 가능하게 지지한다. 도3을 참조하면, 모따기부(6A)는 회전축(6)의 하부 단부에 형성되어 회전 멈춤 상태로 임펠러(22)와 결합된다.

전동 모터(7)는 케이싱(1)에 수용되며, 토출 커버(2)와 펌프 하우징(9) 사이에서 케이싱(1)과 결합되며 영구 자석을 포함하는 고정자(도시되지 않음)를 지지하기 위한 실린더형 요크(yoke)(7A), 간극을 가지고 요크(7A) 내에 배치되며 단일 회전을 위해 회전축(6)에 장착되는 회전자(7B)와 정류자(7C), 정류자(7C)와 접접(slide contact)되는 한 쌍의 브러시(도시되지 않음)로 구성된다.

전동 모터(7)에서, 토출 커버(2), 부시, 정류자(7C)의 커넥터(2B)를 통해 회전자(7B)에 전류를 통하게 할 때, 회전자(7B)는 회전축(6)과 함께 회전되어, 예를 들어 5,000 내지 8,000rpm의 중고속 rpm 범위에서 임펠러(20)를 구동시킨다.

연료 통로(8)는 전동 모터(7)의 요크(7A)와 회전자(7B) 사이에서 형성되며, 펌프 하우징(9)의 배출구(14)로부터 케이싱(1)으로 유출되는 연료를 요크(7A)와 회전자(7B) 사이의 간극을 통해 토출 커버(2)로 순환시키는 기능을 한다.

펌프 하우징(9)은 케이싱(1)의 다른 단부, 즉, 하부 단부에 배치되며, 외측 하우징(10)과 내측 하우징(12)을 수직으로 인접시켜 제공된다. 펌프 하우징(9)은 임펠러(20)를 회전 가능하게 수용하는 기능을 한다.

도1과 도2에서 도시되듯이, 펌프 하우징(9)의 외측 하우징(10)은 코킹(calking)과 같은 고정 수단을 통해 케이싱(1)의 하부 단부에 결합식으로 장착되어, 외부로부터 케이싱(1)을 밀폐시킨다. 외측 하우징(10)은 연료 흡입구(11)와 일체식으로 형성된다.

외측 하우징(10)은 축 중심(축선(O-O))에 형성된 원형 오목부(10A)와, 임펠러(20)의 외측 원주에 대응하여 형성되어 축선(O-O)을 중심으로 원주 방향으로 연 장되는 대체로 반구형 단면의 원형 홈(10B)을 갖는다. 도3에 도시되듯이, 원형 홈(10B)은 각도(θ)의 범위에 걸쳐 원주 방향으로 연장되며, 내측 하우징(12)의 원주 벽 홈(12D)과 협동하여 하부 인접측 통로(18)를 형성한다.

내부 하우징(12)은 외측 하우징(10)과 함께, 펌프 하우징(9)을 구성하기 위한 하우징 부재로써 기능한다. 내측 하우징(12)은 외측 하우징(10)에 인접한 상태로 케이싱(1)에서 결합된다.

도2에 도시된 것처럼, 내측 하우징(12)은 덮여 씌워진 평면 실린더와 같은 형상이며, 실린더형 원주 벽을 형성하기 위한 실린더부(12A)와 상부로부터 실린더 부(12A)를 덮기 위한 커버부(12B)를 포함한다. 실린더부(12A)는 리세스(13)를 수용하는 원형 터빈과 함께 내측 원주에 형성되어, 외측 하우징(10)과 함께 실린더부(12A)의 인접면(12C) 측면에서 개방된다. 또한, 실린더부(12A)는 환형 돌출부(16) 아래에 위치되는 원형 원주 벽 홈(12D)과 함께 형성된다. 원형 원주 벽 홈(12D)은 외측 하우징(10)의 원형 홈(10B)과 협동하여 인접측 통로(18)를 형성한다. 커버부(12)는 부시(5)가 삽입되는 계단식 구멍(12E)과 함께 형성되며, 배출구(14)와 함께 외측 원주에서 수직으로 연장된다.

환형 연료 통로(15)는 리세스(13)를 수용하는 터빈의 외측 원주에 펌프 하우징(9)을 관통하여 형성되어, 도3에 도시되듯이 축선(O)을 중심으로 개략적으로 C형 형태로 원주 방향으로 연장된다. 연료 통로(15)는 환형 돌출부(16)에 의해 수직으로 분할되는 두 부분, 즉, 내부 통로(17)와 인접측 통로(18)를 포함한다.

연료 통로(15)는 흡입구(11)와 연결되는 개시부와, 배출구(14)와 연결되는 말단부를 갖는다. 또한, 흡입구(11)를 통해 흡입된 연료를 연료 통로(15)로 원활하게 주입하기 위해, 연료 통로(15)는 개시 측면에서 흡입 통로부(15A)를 포함한다.

환형 돌출부(16)가 내측 하우징(12)의 실린더부(12A)에 구비된다. 도2에 도시된 것처럼, 연료 통로(15)를 임펠러(20)의 축방향으로 상부 및 하부, 즉, 내부 통로(17) 및 인접측 통로(18)로 분할하기 위해, 단면으로 볼 때 산 형상으로, 환형 돌출부(16)가 실린더부(12A)로부터 임펠러(20)의 외측 원주까지 반경 방향으로 내측으로 돌출된다.

내부 통로(17)는 실린더부(12A)와 내측 하우징(12)의 커버부(12B) 사이의 내부 모퉁이에 배치된 C형 단면의 슬롯으로 형성된다. 인접측 통로(18)는 외측 하우징(10)의 원형 홈(10B)과 내측 하우징(12)의 원주 벽 홈(12D)에 의한 C형 단면의 슬롯으로 형성된다.

도3에 도시되듯이 각도(θ, 예를 들어, θ=250 내지 270°)의 범위에 걸쳐, 환형 돌출부(16)가 통로(17, 18)와 함께 임펠러(20)의 원주 방향으로 연장되어, 예를 들어 연료 통로(15)를 통해 연료 유동의 정체 등이 발생하는 것을 억제한다.

밀봉 격벽(19)이 실린더부(12A)의 측면에서 내측 하우징(12)에 구비된다. 도3에 도시되듯이 밀봉 격벽(19)은 내측 하우징(12)의 실린더부(12A)로부터 임펠러(20)의 외측 원주에 인접한 지점까지 돌출되는 원형 돌출부로 형성된다. 밀봉 격벽(19)은 흡입구(11)와 배출구(14) 사이에서 임펠러(20)의 외측 원주를 밀봉하여, 흡입구(11)를 통해 흡입된 연료가 연료 통로(15)를 따라 확실하게 흐르도록 허용한 다.

임펠러(20)는 예를 들어 강화 플라스틱 재료로 제작된 개략적으로 원판과 같은 형상이며, 펌프 하우징(9)의 리세스(13)를 수용하는 터빈에 회전 가능하게 배치된다. 임펠러(20)는 도3의 화살표(A) 방향으로 전동 모터(7)에 의하여 회전되어, 흡입구(11)를 통해 흡입된 연료를 연료 통로(15)를 통해 배출구(14)로 공급한다.

임펠러(20)는 회전 중심(축선(O-O))에서 회전축(6)이 결합될 수 있는 결합 구멍(21)을 갖는다. 다수(예를 들어 3개)의 관통 구멍(22)이 결합 구멍(21) 주위로 배치된다. 도4를 참조하면, 임펠러(20)는 외측 원주에 원주 방향으로 배치되어 반경 방향으로 연장되는 다수의 블레이드(23)를 포함한다. 한 쌍의 원형 리세스(24)가 인접한 블레이드(23) 사이에 배치되며, 각각의 리세스(24)는 펌프 하우징(9)의 통로(17, 18)의 원형 형상에 개략적으로 대응하는 곡률을 갖는다.

리세스(13)를 수용하는 터빈에서, 외측 하우징(10)의 상부면과 커버부(12B)의 하부면 사이에서 상부면과 하부면이 프로팅 실(floating seal)이 된 상태로, 임펠러(20)가 회전축(6)과 함께 전동 모터(11)에 의해 회전된다. 외측 하우징(10)의 원형 오목부(10A)와 내측 하우징(12)의 계단식 구멍(12E) 사이에서, 임펠러(20)의 각각의 관통 구멍(22)은 연료 압력을 균등하게 하는 등의 기능을 갖는다.

도5를 참조하면, 각각의 블레이드(23)는 루트 측면에 위치하며 임펠러(20)의 반경 방향으로 선형으로 연장되는 선형 블레이드부(23A)와, 회전 방향, 즉, 화살표(A) 방향으로 볼 때 선형 블레이드부(23A)의 헤드로부터 임펠러(20)의 전방 측면까지 원형으로 만곡되어 연장되는 만곡 블레이드부(23B)를 포함한다.

다음으로, 블레이드(23)의 형상이 상세하게 기술된다. 도5에 도시되듯이, 선형 블레이드부(23A)의 루트 위치(B)로부터 만곡 블레이드부(23B)의 헤드 위치(C)까지의 길이, 즉, 블레이드(23)의 전체 길이는 전체 길이(H)로 참조된다. 선형 블레이드부(23A)의 루트 위치(B)로부터 만곡 블레이드부(23B)가 시작되는 시작점 위치(D)까지의 거리, 즉, 선형 블레이드부(23A)의 헤드 위치(D)는 선형부 길이(H1)로 참조된다. 그리고, 만곡 블레이드부(23B)의 시작점 위치(D)로부터 만곡 블레이드부의 헤드 위치(C)까지의 거리는 만곡부 길이(H2)로 참조된다.

회전 방향으로 전방으로 경사진 최전방 위치(E)와 선형 블레이드부(23A) 사이의 만곡 블레이드부(23B)의 전방 경사 길이는 임펠러(20)의 회전 중심(축선(O-O))을 기준으로 각도(α)로 표시된다.

제1 실시예에서, 블레이드(23)의 전체 길이(H)에 대한 선형 블레이드부(23A)의 선형부 길이(H1), 즉, 만곡 블레이드부(23B)의 시작점 위치(D)가 다음 식(1)을 따를 때, 우수한 펌프 효율이 획득될 수 있다는 것이 밝혀진다.

1/3 ≤(H1/H) ≤2/3 (1)

이 관계에서, 식(1)의 H1/H이 다음 식(2)으로 주어진 범위 내로 설정될 때, 더욱 우수한 펌프 효율이 획득될 수 있다는 것이 밝혀진다.

2/5 ≤(H1/H) ≤3/5 (2)

또한, 만곡 블레이드부(23B)의 전방 경사 길이에 대응하는 각도(α)가 다음 식(3)에 따라 설정될 때, 우수한 펌프 효율이 획득될 수 있다.

0.5 ≤α ≤2.0 (3)

이 관계에서, 식(3)의 각도(α)가 다음 식(4)으로 주어진 범위 내로 설정될 때, 보다 우수한 펌프 효율이 획득될 수 있다.

1.0 ≤α ≤1.5 (4)

다음으로, 제1 실시예의 작동이 기술된다. 토출 커버(2)의 커넥터(2B)를 통해 외부로부터 펌프에 전류를 통하게 할 때, 구동 전류가 전동 모터(7)의 회전자(7B)에 공급되어 회전자(7B)와 회전축(6)을 함께 회전시키며, 펌프 하우징(9)에서 임펠러(20)를 구동시킨다. 임펠러(20)의 회전에 의하여, 연료 탱크(도시되지 않음)의 연료가 흡입구(11)를 통해 연료 통로(15)로 흡입되며, 이는 임펠러(20)의 블레이드(23)에 의해 연료 통로(15)를 따라 공급되어, 배출구(14)를 통해 케이싱(1)으로 유출된다.

토출 파이프(2A)에서 체크 밸브(3)를 개방시키기 위해, 케이싱(1)으로 유출되는 연료는 케이싱(1)에서 연료 통로(8) 등을 통해 토출 커버(2)로 순환된다. 그 후, 예를 들어 200 내지 500kPa의 토출 압력과 30 내지 200L/h의 토출율로 외부 연료 배관(도시되지 않음)을 통해 연료가 토출 파이프(2A)로부터 엔진 본체의 분사 밸브(도시되지 않음)로 공급된다.

블레이드(23)의 전체 길이(H)에 대한 선형 블레이드부(23A)의 선형부 길이(H1)의 비율에 대한 연구 결과로써, 비율(H1/H)이 식(1)에 보여지는 1/3 내지 2/3의 범위 내로 설정되거나, 양호하게는 식(3)에서 보여지는 2/5 내지 3/5의 범위 내로 설정될 때, 도6의 특성 곡선에 의해 도시되듯이 더 높은 펌프 효율이 획득될 수 있다는 것이 확인된다. 이 경우에 만곡 블레이드부(23B)의 전방 경사 길이에 대응 하는 각도(α)는 약 1.2°로 설정된다.

또한, 만곡 블레이드부(23B)의 전방 경사 길이에 대응하는 각도(α)에 대한 연구 결과로써, 각도(α)가 식(3)에서 보여지는 0.5 내지 2.0°의 범위 내로 설정되거나, 양호하게는 식(4)에서 보여지는 1.0 내지 1.5°의 범위 내로 설정될 때, 도7의 특성 곡선에 의해 도시되듯이 더 높은 펌프 효율이 획득될 수 있다는 것이 확인된다. 이 경우에, 블레이드(23)의 전체 길이(H)에 대한 선형 블레이드부(23A)의 선형부 길이(H1)의 비율은 약 1/2로 설정된다.

이러한 방식으로, 블레이드(23)의 전체 길이(H)에 대한 선형 블레이드부(23A)의 선형부 길이(H1)의 비율이 2/5 내지 3/5의 범위 내인 약 1/2로 설정되고, 만곡 블레이드부(23B)의 전방 경사 길이에 대응하는 각도(α)가 1.0 내지 1.5°의 범위 내인 약 1.2°로 설정될 때, 최고 펌프 효율이 획득될 수 있다는 것이 밝혀진다.

따라서, 제1 실시예에서, 임펠러(20)의 블레이드(23)의 만곡 블레이드부(23B)가 만곡되기 시작하는 시작점 위치(D), 즉 선형부 길이(H1)는 블레이드(23)의 전체 길이(H)에 대하여 2/5 내지 3/5 (약 1/2)의 위치에 설정되며, 만곡 블레이드부(23B)의 전방 경사 길이에 대응하는 각도(α)는 1.0 내지 1.5°(약 1.2°)로 설정된다.

이는, 임펠러(20)의 회전 방향으로 고정된 적절한 전방 경사 길이의 상태로, 블레이드(23)가 만곡 블레이드부(23B)를 길이 방향의 중간부로부터 완만하게 만곡되도록 하는 것을 허용한다.

결과적으로, 임펠러(20)를 회전시킬 때, 상대적으로 낮을 유량의 범위에서도 블레이드(23) 사이의 블레이드 홈으로부터 연료 통로(15)까지 원활한 연료 유동이 제공될 수 있으며, rpm에 대한 유량의 감소를 방지한다. 또한, 임펠러(20)는 연료에 적절한 운동 에너지를 제공하여, 상대적으로 큰 유량의 범위에서 토크 손실의 증가를 억제하는 것을 허용하며, 전동 모터(7)의 높은 효율 범위에서 펌프가 작동하는 것을 허용하여, 펌프의 전체 작동 범위에서 더 높은 펌프 효율을 성취하게 된다.

또한, 블레이드(23)의 만곡 블레이드부(23B)는 원형으로 만곡되도록 형성되므로, 연료가 만곡 블레이드부(23B)의 원형면을 따라 원활하게 흐를 수 있어, 블레이드(23) 사이의 블레이드 홈으로부터 연료가 보다 원활하게 배출된다.

도8 내지 도14를 참조하면, 블레이드(35)의 측면과 후방면 사이의 모퉁이를 경사지게 잘라내어 제공되는 모따기부(39)가 블레이드(35)의 루트 측면에 배치되어 임펠러(32)의 반경 방향으로 연장되는 것을 제외하고는, 제1 실시예에서의 구조와 대체로 동일한 본 발명의 제2 실시예가 도시된다.

도8과 도9를 참조하면, 환형 연료 통로(31)가 제1 실시예의 연료 통로(15)의 위치에 배치된다. 연료 통로(31)는 외측 하우징(10)의 원형 홈(10B)을 포함하며, 축선(O-O)을 중심으로 원주 방향으로 연장되는 긴 수직 길이와 C형 단면의 통로로 형성된다.

연료 통로(31)는 원형으로 형성되는 상부 단부와 하부 단부를 가지며, 이를 따라 도9의 화살표로 표시되는 순환 방식으로 연료가 흘러서, 연료가 연료 통로 (31)를 따라 공급될 때, 연료 통로(31)의 원형부의 중심의 주연이 통로 중심(F)을 형성한다. 연료 통로(31)의 내부 단부(31A)로부터 연료 통로의 외부 단부(31B)까지의 반경 방향 길이(L)에 대하여 통로 중심(F)은 내부 단부(31A)로부터 약 1/2 거리(L1)에 위치된다. 연료 통로(31)는 흡입구(11)와 연결되는 개시부와, 배출구(14)와 연결되는 말단부를 갖는다.

임펠러(32)는 예를 들어 강화 플라스틱 재질로 제작된 개략적으로 원판과 같은 형상이며, 펌프 하우징(9)의 리세스(13)를 수용하는 터빈에 회전 가능하게 배치된다.

임펠러(32)는 회전 중심(축선(O-O))에 회전축(6)이 결합될 수 있는 결합 구멍(33)을 갖는다. 다수(예를 들어, 3개)의 관통 구멍(34)이 결합 구멍(33) 주위로 배치된다. 도10을 참조하면, 임펠러(20)는 외측 원주에서 원주 방향으로 배치되고 반경 방향으로 연장되는 다수의 블레이드(35)를 포함한다. 한 쌍의 원형 리세스(36)가 인접한 블레이드(35) 사이에 산 형상으로 배치되며, 각각의 리세스(36)는 펌프 하우징(9)의 연료 통로(31)의 원형 형상에 개략적으로 대응되는 곡률을 갖는다.

도10과 도11을 참조하면, 임펠러(32)의 회전 방향, 즉, 화살표(A) 방향으로 볼 때 전방 측면에 위치되는 전방면(35A), 회전 방향으로 볼 때 후방 측면에 위치되는 후방면(35B), 전방면(35A)과 후방면(35B) 사이에 위치되는 한 쌍의 측면(35C)을 포함하는 대체로 직사각형 단면의 판상체로 블레이드(35)가 형성된다.

블레이드(35)는 루트 측면에 임펠러(32)의 반경 방향으로 선형으로 연장되는 선형 블레이드부(37)를 포함하며, 헤드 측면에 임펠러(32)의 회전 방향으로 볼 때 전방 측면에 대하여 원형으로 만곡되는 만곡 블레이드부(38)를 포함한다. 블레이드부(37, 38)의 형상과 치수는 제1 실시예와 관련하여 전술한 바와 같이 식(1)과 식(3)을 따라 설정되며, 양호하게는 식(2)과 식(4)을 따라 설정된다.

한 쌍의 모따기부(39)가 블레이드(35)의 루트측에 배치되어 임펠러(32)의 반경 방향으로 연장된다. 도10 내지 도12를 참조하면, 각각의 모따기부(39)는 블레이드(35)의 측면(35C)과 후방면(35B) 사이의 코너를 경사지게 잘라내어 제공된다. 모따기부(39)의 전체 길이(T)는 연료 통로(31)의 내부 단부(31A)로부터 통로 중심(F)까지의 거리(L1), 즉, (2/5 내지 3/5) ×L의 값과 개략적으로 동일하고, 여기서 L은 연료 통로(31)의 반경 방향 길이이며, 다음 식(5)을 따른다.

2/5 ≤(T/L) ≤3/5 (5)

모따기부(39)의 전체 길이(T)는 양호하게는 식(6)에 따라 (9/20 내지 11/20) ×L의 값으로 설정된다.

9/20 ≤(T/L) ≤11/20 (6)

식(5)과 식(6)으로 주어진 범위 내에서 모따기부(39)의 전체 길이(T)는 연료 통로(31)의 반경 방향 길이(L)에 대하여 1/2의 값으로 최적 설정된다. 이 값으로, 순환 방식으로 연료 통로(31)를 통해 연료가 흐를 때, 중심을 형성하는 통로 중심(F)까지 연장되도록 모따기부(39)가 형성되어, 블레이드(35) 사이의 블레이드 홈으로 원활한 연료 유동의 효과의 더욱 우수한 성취를 허용한다.

모따기부(39)는 루트 측면에 위치되며 대체로 일정한 모따기부 폭을 갖는 개 략적으로 직사각형인 루트측 모따기부(39A)와, 루트측 모따기부(39A)의 헤드로부터 점차적으로 감소되는 모따기부 폭을 갖는 개략적으로 삼각형인 헤드측 모따기부(39B)를 포함한다.

루트측 모따기부(39A)는 대체로 일정한 모따기부 폭을 갖도록 모퉁이를 잘라내어 형성되어, 블레이드의 루트 측면으로부터 블레이드(36) 사이의 블레이드 홈으로 원활한 연료 유동을 성취하며, 연료 유동에 대한 저항 감소를 허용한다. 반면에, 헤드측 모따기부(39B)는 모따기부 폭이 헤드측 모따기부의 헤드로 점차 감소되도록 형성되어, 블레이드(35)의 후방면(35B) 및 측면(35C)과 루트측 모따기부(39A) 사이의 원활한 연결을 성취하며, 그 사이로 원활한 연료 유동을 허용한다.

도12를 참조하면, 모따기부(39)의 루트측 모따기부(39A)의 형상이 상세하게 기술된다. 블레이드(35)의 측면(35C)에 대한 루트측 모따기부(39A)의 경사각(β)은 다음 식(7)을 따라 30 내지 70°의 범위 내로 설정된다.

30 ≤β≤70 (7)

식(7)에서의 경사각(β)은 양호하게는 다음 식(8)을 따라 40 내지 60°의 범위 내에서 설정된다.

40 ≤β≤80 (8)

도9를 참조하면, 모따기부(39)의 전체 길이(T)에 대한 루트측 모따기부(39A)의 길이(T1)는 다음 식(9)을 따라 (1/5 내지 4/5) ×T의 값으로 설정된다.

1/5 ≤(T1/T) ≤4/5 (9)

루트측 모따기부(39A)의 길이(T1)는 양호하게는 다음 식(10)을 따라 (2/5 내 지 3/5) ×T의 값으로 설정된다.

2/5 ≤(T1/T) ≤3/5 (10)

블레이드(35)의 측면(35C)에 대한 루트측 모따기부(39A)의 경사각(β)에 대한 연구 결과로써, 경사각(β)이 식(7)에 보여지는 30 내지 70°의 범위 내로 설정되거나, 양호하게는 식(8)에서 보여지듯이 40 내지 60°의 범위 내로 설정될 때, 도13의 특성 곡선에 의해 도시되듯이 더 높은 펌프 효율이 획득될 수 있다는 것이 확인된다.

이 경우, 모따기부(39)의 전체 길이(T)에 대한 루트측 모따기부(39A)의 길이(T1)의 비율은 약 1/2로 설정된다. 이 값으로, 루트측 모따기부(39A)의 경사각(β)은 블레이드(35)의 측면(35C)으로부터 블레이드의 후방면(35B)으로 흘러가는 연료의 유동각과 대체로 동일하게 설정될 수 있어, 루트측 모따기부(39A)를 따라 원활한 유동 흐름이 된다.

또한, 모따기부(39)의 전체 길이(T)에 대한 루트측 모따기부(39A)의 길이(T1)의 비율에 대한 연구 결과로써, T1/T의 비율이 식(9)에서 보여지듯이 1/5 내지 4/5의 범위 내로, 양호하게는 식(10)에서 보여지듯이 2/5 내지 3/5의 범위 내로 설정될 때, 도14의 특성 곡선으로 도시되듯이 더 높은 펌프 효율이 획득될 수 있다는 것이 확인된다.

이 경우에, 블레이드(35)의 측면(35C)에 대한 루트측 모따기부(39A)의 경사각(β)은 약 50°로 설정된다. 이 값으로, 루트측 모따기부(39A)는 일정 폭의 대형 리세스를 통해 블레이드(35)의 루트 측면에서 발생할 수 있는 와류를 억제하여, 원활한 연료 유입을 허용한다.

또한, 헤드쪽으로 점차 감소되는 모따기부 폭을 갖는 헤드측 모따기부(39B)가 블레이드(35)의 후방면(35B) 및 측면(35C)과 루트측 모따기부(39A) 사이의 원활한 연결을 보장하므로, 블레이드(35)의 측면(35C)으로부터 루트측 모따기부(39A)까지, 그리고, 루트측 모따기부(39A)로부터 후방면(35B)까지 연료가 원활하게 흐를 수 있어, 더 높은 연료 효율의 성취를 허용한다는 것이 연구를 통해 밝혀진다.

이러한 방식으로, 연료 통로(31)의 반경 방향 길이(L)에 대한 모따기부(39)의 전체 길이(T)의 비율(T/L)이 9/20 내지 11/20의 범위 내인 1/2로 설정되고, 블레이드(35)의 측면(35C)에 대한 루트측 모따기부(39A)의 경사각(β)이 40 내지 60°의 범위 내인 50°로 설정되며, 모따기부(39)의 전체 길이(T)에 대한 루트측 모따기부(39A)의 길이(T1)의 비율(T1/T)이 2/5 내지 3/5의 범위 내인 1/2로 설정될 때, 최고 펌프 효율이 획득될 수 있다는 것이 밝혀진다.

제2 실시예에서, 측면(35C)과 후방면(35B) 사이의 모퉁이를 경사지게 잘라냄으로써 제공되는 모따기부(39)가 임펠러(32)의 측면에 배치된다. 따라서, 임펠러(32)를 회전시킬 때, 모따기부(39)는 루트측 모따기부(39A)와 헤드측 모따기부(39B)를 따라 연료의 원활한 유동을 허용한다.

또한, 연료 통로(31)의 반경 방향 길이(L)에 대한 임펠러(32)의 반경 방향으로 연장되는 전체 길이(T)의 비율은 9/20 내지 11/20(양호하게는 1/2)로 설정되고, 블레이드(35)의 측면(35C)에 대한 루트측 모따기부(39A)의 경사각(β)은 40 내지 60°(양호하게는 50°)로 설정되며, 모따기부(39)의 전체 길이(T)에 대한 루트측 모따기부(39A)의 길이(T1)의 비율은 2/5 내지 3/5(양호하게는 1/2)로 설정되도록 모따기부(39)가 설계된다.

따라서, 제2 실시예에서, 모따기부(39)(루트측 모따기부(39A))의 위치 및 길이와 루트측 모따기부(39A)의 경사각은, 연료 통로(31)를 통해 블레이드(35) 사이의 블레이드 홈으로 유입되는 연료의 흡입 위치, 원활한 연료 유입을 위해 요구되는 크기, 원활한 연료 유동을 허용하는 각도에 대응하여 설정될 수 있어, 제1 실시예와 비교하면 블레이드(35) 사이의 블레이드 홈으로부터 연료 통로(31)로 더욱 원활한 연료 유동을 제공하여, 더 높은 펌프 효율의 성취를 허용한다.

도15 내지 도23을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예가 도시된다. 도15를 참조하면, 터빈 연료 펌프는 펌프의 외측 쉘을 구성하는 실린더형 케이싱(101)을 포함하며, 토출 커버(102)와 펌프 하우징(109)으로 밀폐되는 축방향 단부를 갖는다.

덮여 씌워진 실린더의 토출 커버(102)는 케이싱(101)의 한쪽 단부에 배치된다. 도15에 도시된 것처럼, 토출 커버(102)는 상향 돌출된 토출 파이프(102A)와, 커넥터(102B)와 중심에 배치되어 하향 연장되는 베어링 슬리브(102C)를 구비한다.

체크 밸브(103)는 토출 파이프(102A)에 배치되어 잔류 압력을 유지한다. 전동 모터(107)의 회전시에는, 체크 밸브(103)가 케이싱(101)으로 유입되는 연료에 의해 개방되어, 토출 파이프(102A)로부터 외부 연료 배관(도시되지 않음)으로 연료가 토출되도록 허용한다. 전동 모터(107)의 정지시에는, 체크 밸브(103)가 밀폐되어 연료 배관 내의 연료가 케이싱(101)으로 역류되는 것을 방지하여, 연료 배관을 소정 잔류 압력으로 유지한다.

역시 도16을 참조하면, 부시(104)는 토출 커버(102)의 베어링 슬리브(102C)에 결합되며, 부시(105)는 내측 하우징(112)의 계단식 구멍(112D)에 결합된다. 부시(104, 105)는 회전축(106)을 회전 가능하게 지지하기 위한 베어링을 구성한다.

회전축(106)은 부시(104, 105)를 관통하여 토출 커버(102)와 펌프 하우징(109) 사이에서 지지된다. 도16에 도시된 것처럼, 회전축(106)은 축선(O-O)을 따라 케이싱(101)에서 축방향으로 연장되어 전동 모터(107)의 회전자(107B) 등을 회전 가능하게 지지한다. 도17을 참조하면, 모따기부(106A)는 회전축(106)의 하부 단부에 형성되어 회전 멈춤 상태로 임펠러(117)와 결합된다.

전동 모터(107)는 케이싱(101)에 수용되며, 토출 커버(102)와 펌프 하우징(109) 사이에서 케이싱(101)과 결합되며 영구 자석을 포함하는 고정자(도시되지 않음)를 지지하기 위한 실린더형 요크(107A), 간극을 가지고 요크(107A) 내에 배치되며 단일 회전을 위해 회전축(106)에 장착되는 회전자(107B)와 정류자(107C), 정류자(107C)와 접접되는 한 쌍의 브러시(도시되지 않음)를 포함한다.

전동 모터(107)에서, 토출 커버(102), 부시, 정류자(107C)의 커넥터(102B)를 통해 회전자(107B)에 전류를 통하게 할 때, 회전자(107B)는 회전축(106)과 함께 회전되어, 예를 들어 5,000 내지 8,000rpm의 중고속 rpm 범위에서 임펠러(117)를 구동시킨다.

연료 통로(108)는 전동 모터(107)의 요크(107A)와 회전자(107B) 사이에서 형성되며, 펌프 하우징(109)의 배출구(114)로부터 케이싱(101)으로 유출되는 연료를 요크(107A)와 회전자(107B) 사이의 간극을 통해 토출 커버(102)로 순환시키는 기능 을 한다.

펌프 하우징(109)은 케이싱(101)의 다른 단부, 즉, 하부 단부에 배치되며, 외측 하우징(110)과 내측 하우징(112)을 수직으로 인접시켜 제공된다. 펌프 하우징(109)은 임펠러(117)를 회전 가능하게 수용하는 기능을 한다.

도15와 도16에서 도시되듯이, 펌프 하우징(109)의 외측 하우징(110)은 코킹과 같은 고정 수단을 통해 케이싱(101)의 하부 단부에 결합식으로 장착되어, 외부로부터 케이싱(101)을 밀폐시킨다. 외측 하우징(110)은 연료 흡입구(111)와 일체식으로 형성된다.

외측 하우징(110)은 축 중심(축선(O-O))에 형성된 원형 오목부(110A)와, 임펠러(117)의 외측 원주에 대응하여 형성되어 축선(O-O)을 중심으로 원주 방향으로 연장되는 대체로 반구형 단면의 원형 홈(110B)을 갖는다.

내측 하우징(112)은 외측 하우징(110)에 배치되며, 외측 하우징(110)에 인접한 상태로 케이싱(101)에 결합된다. 도16에 도시된 것처럼, 내측 하우징(112)은 덮여 씌워진 평면 실린더와 같은 형상이며, 실린더형 원주 벽을 형성하기 위한 실린더부(112A)와, 상부로부터 실린더부(112A)를 덮기 위한 커버부(112B)를 포함한다. 실린더부(112A)는 리세스(113)를 수용하는 원형 터빈과 함께 내측 원주에 형성되어, 외측 하우징(110)과 함께 실린더부(112A)의 인접면(112C) 측면에서 개방된다.

또한, 실린더부(112A)는 환형 연료 통로(115)와 함께 내측 원주에 형성된다. 커버부(112B)는 부시(105)가 삽입되는 계단식 구멍(112D)과 함께 형성되며, 배출구 (114)와 함께 외측 원주에서 수직으로 연장된다.

연료 통로(115)는 리세스(113)를 수용하는 터빈의 외측 원주에 펌프 하우징(109)을 관통하여 형성되어, 도16과 도18에서 도시되듯이 축선(O)을 중심으로 개략적으로 C형 형태로 원주 방향으로 연장된다. 연료 통로(15)는 외측 하우징(110)의 원형 홈(110B)을 포함한다.

연료 통로(115)는 원형으로 형성된 상부 단부와 하부 단부를 가지며, 이를 따라 도18의 화살표로 표시되는 순환 방식으로 연료가 흘러서, 연료가 연료 통로(115)를 따라 공급될 때, 연료 통로(115)의 원형부의 중심의 주연이 통로 중심(C)을 형성한다. 연료 통로(115)의 내부 단부(115A)로부터 연료 통로의 외부 단부(115B)까지의 반경 방향 길이(L)에 대하여 통로 중심(C)은 내부 단부(115A)로부터 약 1/2 거리(L1)에 위치된다.

연료 통로(115)는 흡입구(111)와 연결되는 개시부와, 배출구(114)와 연결되는 말단부를 갖는다. 또한, 흡입구(111)를 통해 흡입된 연료를 연료 통로(115)로 원활하게 주입하기 위해, 연료 통로(115)는 개시 측면에서 흡입 통로부(115C)를 포함한다.

밀봉 격벽(116)이 실린더부(112A)의 측면에서 내측 하우징(112)에 구비된다. 도17에 도시되듯이 밀봉 격벽(116)은 내측 하우징(112)의 실린더부(112A)로부터 임펠러(117)의 외측 원주에 인접한 지점까지 돌출되는 원형 돌출부로 형성된다. 밀봉 격벽(116)은 흡입구(111)와 배출구(114) 사이에서 임펠러(117)의 외측 원주를 밀봉하여, 흡입구(111)를 통해 흡입된 연료가 연료 통로(115)를 따라 확실하게 흐 르도록 허용한다.

임펠러(117)는 예를 들어 강화 플라스틱 재료로 제작된 개략적으로 원판과 같은 형상이며, 펌프 하우징(109)의 리세스(113)를 수용하는 터빈에 회전 가능하게 배치된다. 임펠러(117)는 도17의 화살표(A) 방향으로 전동 모터(107)에 의하여 회전되어, 흡입구(111)를 통해 흡입된 연료를 연료 통로(115)를 통해 배출구(114)로 공급한다.

임펠러(117)는 회전 중심(축선(O-O))에서 회전축(106)이 결합될 수 있는 결합 구멍(118)을 갖는다. 다수(예를 들어, 3개)의 관통 구멍(119)이 결합 구멍(118) 주위로 배치된다. 도19를 참조하면, 임펠러(117)는 외측 원주에 원주 방향으로 배치되어 반경 방향으로 연장되는 다수의 블레이드(120)를 포함한다. 한 쌍의 원형 리세스(121)가 인접한 블레이드(120) 사이에 배치되며, 각각의 리세스(121)는 펌프 하우징(109)의 통로(115)의 원형 형상에 개략적으로 대응하는 곡률을 갖는다.

리세스(113)를 수용하는 터빈에서, 외측 하우징(110)의 상부면과 커버부(112B)의 하부면 사이에서 상부면과 하부면이 프로팅 실(floating seal)이 된 상태로, 임펠러(117)가 회전축(106)과 함께 전동 모터(107)에 의해 회전된다. 외측 하우징(110)의 원형 오목부(110A)와 내측 하우징(112)의 계단식 구멍(112D) 사이에서, 임펠러(117)의 각각의 관통 구멍(119)은 연료 압력을 균등하게 하는 등의 기능을 갖는다.

도19와 도20을 참조하면, 임펠러(117)의 회전 방향, 즉, 화살표(A) 방향으로 볼 때 전방 측면에 위치되는 전방면(120A), 회전 방향으로 볼 때 후방 측면에 위치되는 후방면(120B), 전방면(120A)과 후방면(120B) 사이에 위치되는 한 쌍의 측면(120C)을 포함하는 대체로 직사각형 단면의 판상체로 블레이드(120)가 형성된다.

블레이드(120)는 루트 측면에 임펠러(117)의 반경 방향으로 선형으로 연장되는 선형 블레이드부(122)를 포함하며, 헤드 측면에 임펠러(117)의 회전 방향으로 볼 때 전방 측면에 대하여 원형으로 만곡되는 만곡 블레이드부(123)를 포함한다. 선형 블레이드부(122)와 만곡 블레이드부(123)는 블레이드(120) 전체 길이의 개략적으로 반이다.

한 쌍의 모따기부(124)가 블레이드(120)의 루트 측면에 배치되어 임펠러(117)의 반경 방향으로 연장된다. 도19 내지 도21을 참조하면, 각각의 모따기부(124)는 블레이드(120)의 측면(120C)과 후방면(120B) 사이의 코너를 경사지게 잘라내어 제공된다. 모따기부(124)의 전체 길이(H)는 연료 통로(115)의 내부 단부(115A)로부터 통로 중심(C)까지의 거리(L1), 즉, (2/5 내지 3/5) ×L의 값과 개략적으로 동일하고, 여기서 L은 연료 통로(31)의 반경 방향 길이이며, 다음 식(11)을 따른다.

2/5 ≤(T/L) ≤3/5 (11)

모따기부(124)의 전체 길이(H)는 양호하게는 식(12)에 따라 (9/20 내지 11/20) ×L의 값으로 설정된다.

9/20 ≤(T/L) ≤11/20 (12)

식(11)과 식(12)으로 주어진 범위 내에서 모따기부(124)의 전체 길이(H)는 연료 통로(115)의 반경 방향 길이(L)에 대하여 1/2의 값으로 최적 설정된다. 이 값으로, 순환 방식으로 연료 통로(115)를 통해 연료가 흐를 때, 중심을 형성하는 통로 중심(C)까지 연장되도록 모따기부(124)가 형성되어, 블레이드(120) 사이의 블레이드 홈으로 원활한 연료 유동의 효과의 더욱 우수한 성취를 허용한다.

모따기부(124)는 루트 측면에 위치하며 대체로 일정한 모따기부 폭을 갖는 개략적으로 직사각형인 루트측 모따기부(124A)와, 루트측 모따기부(124A)의 헤드로부터 점차적으로 감소되는 모따기부 폭을 갖는 개략적으로 삼각형인 헤드측 모따기부(124B)를 포함한다.

루트측 모따기부(124A)는 대체로 일정한 모따기부 폭을 갖도록 모퉁이를 잘라내어 형성되어, 블레이드의 루트 측면으로부터 블레이드(120) 사이의 블레이드 홈으로 원활한 연료 유동을 성취하며, 연료 유동에 대한 저항 감소를 허용한다. 반면에, 헤드측 모따기부(124B)는 모따기부 폭이 헤드측 모따기부의 헤드로 점차 감소되도록 형성되어, 후방면(120B) 및 측면(120C)과 루트측 모따기부(124A) 사이의 원활한 연결을 성취하며, 그 사이로 원활한 연료 유동을 허용한다.

도21을 참조하면, 모따기부(124)의 루트측 모따기부(124A)의 형상이 상세하게 기술된다. 블레이드(120)의 측면(120C)에 대한 루트측 모따기부(124A)의 경사각(α)은 다음 식(13)을 따라 30 내지 70°의 범위 내로 설정된다.

30 ≤β≤70 (13)

식(13)에서의 경사각(α)은 양호하게는 다음 식(14)을 따라 40 내지 60°의 범위 내에서 설정된다.

40 ≤β≤80 (14)

도18을 참조하면, 모따기부(124)의 전체 길이(H)에 대한 루트측 모따기부(124A)의 길이(H1)는 다음 식(15)을 따라 (1/5 내지 4/5) ×T의 값으로 설정된다.

1/5 ≤(T1/T) ≤4/5 (15)

*루트측 모따기부(124A)의 길이(H1)는 양호하게는 다음 식(16)을 따라 (2/5 내지 3/5) ×T의 값으로 설정된다.

2/5 ≤(T1/T) ≤3/5 (16)

다음으로, 제3 실시예의 작동이 기술된다. 토출 커버(102)의 커넥터(102B)를 통해 외부로부터 펌프에 전류를 통하게 할 때, 구동 전류가 전동 모터(107)의 회전자(107B)에 공급되어 회전자(107B)와 회전축(106)을 함께 회전시키며, 펌프 하우징(109)에서 임펠러(117)를 구동시킨다. 임펠러(117)의 회전에 의하여, 연료 탱크(도시되지 않음)의 연료가 흡입구(111)를 통해 연료 통로(115)로 흡입되며, 이는 임펠러(117)의 블레이드(120)에 의해 연료 통로(115)를 따라 공급되어, 배출구(114)를 통해 케이싱(101)으로 유출된다.

토출 파이프(102A)에서 체크 밸브(103)를 개방시키기 위해, 케이싱(101)으로 유출되는 연료는 케이싱(101)에서 연료 통로(108) 등을 통해 토출 커버(102)로 순환된다. 그 후, 예를 들어 200 내지 500kPa의 토출 압력과 30 내지 200L/h의 토출율로 외부 연료 배관(도시되지 않음)을 통해 연료가 토출 파이프(102A)로부터 엔진 본체의 분사 밸브(도시되지 않음)로 공급된다.

블레이드(120)의 측면(120C)에 대한 루트측 모따기부(124A)의 각도(α)에 대한 연구 결과로써, 각도(α)가 식(13)에 보여지는 30 내지 70°의 범위 내로 설정되거나, 양호하게는 식(14)에서 보여지듯이 40 내지 60°의 범위 내로 설정될 때, 300kPa의 토출 압력과 30L/h의 토출율 조건하에서 도22의 특성 곡선에 의해 도시되듯이 더 높은 펌프 효율이 획득될 수 있다는 것이 확인된다.

이 경우, 모따기부(124)의 전체 길이(H)에 대한 루트측 모따기부(124A)의 길이(H1)의 비율은 약 1/2로 설정된다. 이 값으로, 루트측 모따기부(124A)의 경사각(α)은 블레이드(120)의 측면(120C)으로부터 블레이드의 후방면(120B)으로 흘러가는 연료의 유동각과 대체로 동일하게 설정될 수 있어, 루트측 모따기부(124A)를 따라 원활한 연료 유동이 성취되고, 연료 유동에 대한 저항을 감소시킨다.

또한, 모따기부(124)의 전체 길이(H)에 대한 루트측 모따기부(124A)의 길이(H1)의 비율에 대한 연구 결과로써, H1/H의 비율이 식(15)에서 보여지듯이 1/5 내지 4/5의 범위 내로, 양호하게는 식(16)에서 보여지듯이 2/5 내지 3/5의 범위 내로 설정될 때, 도23의 특성 곡선으로 도시되듯이 더 높은 펌프 효율이 획득될 수 있다는 것이 확인된다.

이 경우에, 블레이드(120)의 측면(120C)에 대한 루트측 모따기부(124A)의 경사각(α)은 약 50°로 설정된다. 이 값으로, 루트측 모따기부(124A)는 일정 폭의 대형 리세스를 통해 블레이드(120)의 루트 측면에서 발생할 수 있는 와류를 억제하여, 연료 유동에 대한 저항 감소를 허용한다.

또한, 헤드쪽으로 점차 감소되는 모따기부 폭을 갖는 헤드측 모따기부(124B) 가 블레이드(120)의 후방면(120B) 및 측면(120C)과 루트측 모따기부(124A) 사이의 원활한 연결을 보장하므로, 블레이드(120)의 측면(120C)으로부터 루트측 모따기부(124A)까지, 그리고, 루트측 모따기부(124A)로부터 후방면(120B)까지 연료가 원할하게 흐를 수 있어, 더 높은 연료 효율의 성취를 허용한다는 것이 연구를 통해 밝혀진다.

이러한 방식으로, 연료 통로(115)의 반경 방향 길이(L)에 대한 모따기부(124)의 전체 길이(H)의 비율(H/L)이 9/20 내지 11/20의 범위 내인 1/2로 설정되고, 블레이드(120)의 측면(120C)에 대한 루트측 모따기부(124A)의 경사각(α)이 40 내지 60°의 범위 내인 50°로 설정되며, 모따기부(124)의 전체 길이(H)에 대한 루트측 모따기부(124A)의 길이(H1)의 비율(H1/H)이 2/5 내지 3/5의 범위 내인 1/2로 설정될 때, 최고 펌프 효율이 획득될 수 있다는 것이 밝혀진다.

제3 실시예에서, 측면(120C)과 후방면(120B) 사이의 모퉁이를 경사지게 잘라냄으로써 제공되는 모따기부(124)는 임펠러(32)의 측면에 배치된다. 그리고, 임펠러(117)의 반경 방향으로 연장되는 전체 길이(H)가 연료 통로(115)의 반경 방향 길이(L)에 대하여 9/20 내지 11/20(양호하게는 1/2)로 설정되고, 블레이드(120)의 측면(120C)에 대한 루트측 모따기부(124A)의 경사각(α)은 40 내지 60°(양호하게는 50°)로 설정되며, 루트측 모따기부(39A)의 길이(H1)가 모따기부(124)의 전체 길이(H)에 대하여 2/5 내지 3/5(양호하게는 1/2)로 설정되도록 모따기부(124)가 설계된다.

따라서, 제3 실시예에서, 모따기부(124)(루트측 모따기부(124A))의 위치 및 길이와 루트측 모따기부(124A)의 경사각은, 연료 통로(115)를 통해 블레이드(120) 사이의 블레이드 홈으로 유입되는 연료의 흡입 위치, 원활한 연료 흡입을 위해 요구되는 크기, 원활한 연료 유동을 허용하는 각도에 대응하여 설정될 수 있다.

결과적으로, 임펠러(117)를 회전시킬 때, 모따기부(124)는 루트측 모따기부(124A)와 헤드측 모따기부(124B)를 따라 원활한 연료 유동을 허용하여, 유체 유동에 대한 저항을 감소시켜, 연료 통로(115)를 통해 배출구(114)로 연료의 효율적인 공급을 성취하여, 펌프 효율의 향상으로 이어진다.

제3 실시예에서, 연료 통로(115)는 긴 수직 길이와 C형 단면의 통로로 형성된다. 선택적으로, 도24를 참조하면, 제1 변경으로, 연료 통로(131)는 연료 통로(132)의 중심으로부터 반경 방향으로 내측으로 돌출되는 환형 돌출부(132)에 의해 수직으로 분할되는 두 부분, 즉, 내부 통로(133)와 인접측 통로(134)를 포함할 수 있다.

또한, 제3 실시예에서, 임펠러(117)의 각각의 블레이드(120)는 루트 측면에 임펠러(117)의 반경 방향으로 선형으로 연장되는 선형 블레이드부(122)를 포함하며, 헤드 측면에 임펠러(117)의 회전 방향으로 볼 때 전방 측면에 대하여 원형으로 만곡된 만곡 블레이드부(123)를 포함한다. 선택적으로, 도25를 참조하면, 제2 변경으로, 각각의 블레이드(141)는 루트로부터 헤드까지 선형으로 연장되는 선형 구조물을 포함할 수 있다. 대안으로, 블레이드(120)는 회전 방향으로 원형으로 전방으로 루트로부터 헤드까지 만곡된 만곡 구조물을 포함할 수도 있다.

도시된 실시예에 대하여 본 발명이 기술되었지만, 이에 본 발명이 제한되지 않으며, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 다양한 수정과 변경이 이뤄질 수 있음을 인식해야 한다.

2002년 9월 3일에 출원된 일본 특허 출원 제2002-257988호와 2002년 6월 6일에 출원된 일본 특허 출원 제2002-165946호의 내용이 본 명세서에서 참조된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 터빈 연료 펌프는 기존의 터빈 연료 펌프와는 달리 전체 작동 범위에서 펌프 효율을 향상시킬 수 있다.

Claims (8)

1. 전동 모터를 수용하기 위한 케이싱과,

   케이싱에 구비되고 흡입구와 배출구 사이의 환형 통로를 포함하는 하우징과,

   하우징에 회전 가능하게 배치되는 임펠러를 포함하며,

   상기 임펠러는 외측 원주에 배치되어 임펠러의 반경 방향으로 연장되며 전동 모터에 의해 블레이드가 회전되는 동안 통로를 통해 연료를 공급하는 블레이드를 포함하며,

   각각의 블레이드는 직사각형 단면인 판상체를 포함하며,

   상기 판상체는,

   임펠러의 전방 측면에 위치되는 전방면과,

   임펠러의 후방 측면에 위치되는 후방면과,

   전방면과 후방면 사이에 위치되는 한 쌍의 측면을 포함하며,

   각각의 블레이드는 블레이드의 루트 측면에 배치되어 임펠러의 반경 방향으로 연장되는 모따기부를 포함하며,

   상기 모따기부는 블레이드의 측면과 후방면 사이의 모퉁이를 경사지게 잘라냄으로써 제공되며,

   상기 모따기부는 소정 길이를 가지며, 상기 소정 길이는 (2/5 내지 3/5) ×L이며, 여기서 L은 통로의 반경 방향 길이인 것을 특징으로 하는 터빈 연료 펌프.
2. 제1항에 있어서, 모따기부의 상기 소정 길이는 (9/20 내지 11/20) ×L인 것을 특징으로 하는 터빈 연료 펌프.
3. 제1항에 있어서, 모따기부는 루트측 부분과 헤드측 부분으로 구성되며,

   상기 루트측 부분은 일정한 모따기부 폭과 소정 길이를 가지며,

   상기 헤드측 부분은 루트측 부분의 헤드로부터 점차적으로 감소되는 모따기부 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 터빈 연료 펌프.
4. 제3항에 있어서, 루트측 부분의 상기 소정 길이는 (1/5 내지 4/5) ×T이며, 여기서 T는 모따기부의 전체 길이인 것을 특징으로 하는 터빈 연료 펌프.
5. 제4항에 있어서, 루트측 부분의 상기 소정 길이가 (2/5 내지 3/5) ×T인 것을 특징으로 하는 터빈 연료 펌프.
6. 제5항에 있어서, 루트측 부분은 블레이드의 측면에 대하여 소정 경사각을 가지며, 상기 소정 경사각은 30 내지 70°인 것을 특징으로 하는 터빈 연료 펌프.
7. 제6항에 있어서, 루트측 부분의 상기 소정 경사각이 40 내지 60°인 것을 특징으로 하는 터빈 연료 펌프.
8. 제7항에 있어서, 모따기부의 상기 소정 길이가 1/2 ×L이고, 루트측 부분의 상기 소정 길이가 1/2 ×T이며, 루트측 부분의 상기 소정 경사각이 50°인 것을 특징으로 하는 터빈 연료 펌프.

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