KR100884293B1

KR100884293B1 - 액체와 가스의 혼합물용 원심펌프

Info

Publication number: KR100884293B1
Application number: KR1020070100965A
Authority: KR
Inventors: 김선학; 유인상
Original assignee: 주식회사 금호펌프; 주식회사 호국이엔지
Priority date: 2007-10-08
Filing date: 2007-10-08
Publication date: 2009-03-19

Abstract

본 발명은 내마모성과 내열특성이 우수하여 내구성이 향상된 재질의 케이싱을 지니는 액체 및 가스의 혼합물용 원심펌프를 제공하는 데에 하나의 주된 목적이 있으며, 나아가, 액체 및 가스의 혼합물을 효과적으로 펌핑할 수 있는 구조의 액체와 가스의 혼합물용 원심펌프를 제공한다.

그 액체와 가스의 혼합물용 원심펌프는, 임펠러(30)의 회전에 의한 원심력으로, 가스 및 액체를 유입시켜 그 혼합물을 펌핑하기 위한 액체 및 가스의 혼합물용 원심펌프에 있어서, 그 임펠러(30)와 접촉하는 케이싱의 재질의 성분이:

2.979 ∼ 3.641 wt%의 C, 0.081 ∼ 0.099 wt%의 S, 2.124 ∼ 2.596 wt%의 Si, 0.486 ∼ 0.594 wt%의 Mn, 0.0819 ∼ 0.1001 wt%의 P, 0.162 ∼ 0.198 wt%의 Cu, 0.027 ∼ 0.033 wt%의 Mo, 0.009 ∼ 0.011 wt%의 Co, 0.018 ∼ 0.022 wt%의 Ti, 0.018 ∼ 0.022 wt%의 V, 0.063 ∼ 0.077 wt%의 Ni, 0.09 ∼ 0.11 wt%의 Cr, 그리고 잔부의 Fe로 구성되는 것을 특징으로 한다.

원심펌프, 기액 혼합물, 내마모성, 내열특성, 내구성, 케이싱 재질

Description

액체와 가스의 혼합물용 원심펌프{centrifugal pump for a mixture of liquid and gas}

본 발명은, 내마모성과 내열특성이 우수하여 내구성이 향상된 재질의 케이싱을 지니는 액체 및 가스의 혼합물용 원심펌프를 제공하는 데에 하나의 주된 목적이 있으며, 나아가, 액체 및 가스의 혼합물을 효과적으로 펌핑할 수 있는 구조의 액체와 가스의 혼합물용 원심펌프에 관한 것이다.

통상 전형적인 원심 펌프의 목적은 주로 순수 액체를 펌핑하는 것이지만, 필요에 따라 폐수 등의 슬러리나, 미용해 가스나 수증기를 포함하는 액체, 즉, 액체와 가스의 혼합물이나 가스를 방출시키는 액체의 펌핑이나 수송도 요구되고 있다.

그러나, 일반적인 펌프의 임펠러 구조 등에 따라서는 이러한 혼합물 등의 펌핑이 불가능하거나, 그 성능이 크게 저하되는 등의 문제가 있다. 특히 가스양이 증가함에 따라 가스가 임펠러에 많이 정체되게 되며, 이에 따라 아예 액체의 유입을 막아 펌핑을 방해하기도 하여 일반 펌프로는 그러한 어려운 작동조건하에서 작동될 수 없다는 문제가 있다. 더군다나, 자동화 공정상에서는 더욱 고장이 없어 제어가 용이한 것이 요구된다.

상술한 액체와 가스의 혼합물용의 원심펌프의 임펠러의 재질은 다양하게 채용되지만, 부식 등을 방지하기 위해서는 주로 스테인레스강이 채용된다. 또, 임펠러의 회전시 접촉되는 부분인 케이싱 등의 경우에는 주로 청동으로 제조된다.

그러나, 주로 청동으로 제조되는 케이싱은, 마찰저항이 작아 성능면에서는 바람직하지만, 내열, 내마모성 및 내구성이 낮아 펌프의 수명을 단축시키는 문제가 있다. 특히, 폐수처리용 등의 경우, 미세분진과 액체의 오염으로 내마모성은 더욱 낮아지게 되는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 내마모성과 내열특성이 우수하여 내구성이 향상된 재질의 케이싱을 지니는 액체 및 가스의 혼합물용 원심펌프를 제공하는 데에 하나의 주된 목적이 있으며, 나아가, 액체 및 가스의 혼합물을 효과적으로 펌핑할 수 있는 구조의 액체와 가스의 혼합물용 원심펌프를 제공하는 것을 또하나의 주된 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일실시예에 따른 액체와 가스의 혼합물용 원심펌프는, 임펠러(30)의 회전에 의한 원심력으로, 가스 및 액체를 유입시켜 그 혼합물을 펌핑하기 위한 액체 및 가스의 혼합물용 원심펌프에 있어서, 그 임펠러(30)와 접촉하는 케이싱의 재질의 성분이:

상술한 과제 해결 수단의 구성에 의하면, 청동과 같이 마찰저항이 작아 성능면에서도 바람직하며, 내열, 내마모성 및 내구성이 향상되어 펌프의 수명을 증대되는 등의 효과가 있으며, 나아가, 폐수처리용 등의 경우에도, 미세분진과 액체의 오염됨이 없어 내마모성이 두드러지게 향상되게 되는 등의 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예(들)를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 액체 및 가스의 혼합물용 2단 원심펌프의 일예를 도시한 사시도 및 길이방향단면도이며, 도 3은 도 2의 분해도이고, 도 4는 도 2의 선 4-4 단면도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 액체와 가스의 혼합물용 원심펌프는, 모터(10)에 연결되어 회전하는, 후술하는 임펠러(30)에 의해 펌핑되는 것으로, 흡입구케이싱(20), 제1중간 케이싱(40), 제2중간 케이싱(50) 및 토출구케이싱(60)을 포함하여 구성된다.

본 발명의 일실시예에 따른 액체와 가스의 혼합물용 원심펌프의 경우, 케이싱으로서, 토출구케이싱(60)을 제외한 흡입구케이싱(20), 제1중간 케이싱(40) 및 제2중간 케이싱(50)의 재질이, 2.979 ∼ 3.641 wt%의 C, 0.081 ∼ 0.099 wt%의 S, 2.124 ∼ 2.596 wt%의 Si, 0.486 ∼ 0.594 wt%의 Mn, 0.0819 ∼ 0.1001 wt%의 P, 0.162 ∼ 0.198 wt%의 Cu, 0.027 ∼ 0.033 wt%의 Mo, 0.009 ∼ 0.011 wt%의 Co, 0.018 ∼ 0.022 wt%의 Ti, 0.018 ∼ 0.022 wt%의 V, 0.063 ∼ 0.077 wt%의 Ni, 0.09 ∼ 0.11 wt%의 Cr, 그리고 잔부의 Fe로 구성된다.

각 구체적인 흡입구케이싱(20), 제1중간 케이싱(40), 제2중간 케이싱(50) 및 토출구케이싱(60)의 구성과 작용을 먼저 설명하면 다음과 같다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 흡입구케이싱(20)은, 몸체(21), 축받침 부(25) 및 원통부(22)를 구비하는 것으로, 몸체(21)에는 액체와 가스가 별개의 흡입라인으로 공급되는 액체흡입구(12) 및 가스흡입구(11)가 형성되고, 그 몸체(21)의 내부에는 펌프회전축(1)의 단부를 지지하도록 축받침부(25)가 설치된다. 또, 원통부(22)는, 내부에 임펠러(30)를 설치하기 위한 수납공간(23)을 제공함과 동시에 외주에서 도 1에 도시된 바와 같이 제1중간 케이싱(40), 제2중간 케이싱(50) 및 토출구케이싱(60)과 함께 체결볼트 등에 의해 수밀되게 결합된다.

또, 제1중간 케이싱(40)는, 혼합날개(44,54)가 설치되는 제1칸막이판(41), 제2칸막이판(48), 그 제1칸막이판(41)과 제2칸막이판(48)사이를 연결하는 연결부(47,57)와, 제2칸막이판(48)의 외주에 하류방향으로 설치되는 원통부(49)로 구성된다. 그 제1칸막이판(41)의 혼합날개(44,54)내측으로는 혼합날개(44,54)로 둘러싸이는 임펠러삽입공간(43)이 형성되고, 그 제1칸막이판(41)의 중앙에는 펌프회전축(1)이 관통하는 중앙관통공(42)이 형성되며, 그 제1칸막이판(41)의 전면에는 원주부삽입홈(45) 및 보강링삽입홈(46)이 형성된다. 또한, 제1칸막이판(41)의 외주는, 도 2에 도시된 바와 같이 원주통로(13)를 사이두고 흡입구케이싱(20)의 원통부(22)내의수납공간(23)에 삽입되게 된다.

제2중간 케이싱(50)은, 그 중앙에 펌프회전축(1) 및 혼합물을 위한 중앙통로(14)가 형성되고 외주의 원통부(49)의 전방에서 상기 흡입구케이싱(20)의 원통부(22)와 결합하게 되며, 후방에서는 후술하는 제2중간 케이싱(50)의 원통부(59)에 결합되게 된다.

또, 연결부(47)는 상기 제1칸막이판(41) 및 제2칸막이판(48) 사이의 연결과 혼합물통로를 형성하도록 구성되는 것으로, 가급적 유동하는 혼합물의 유동에 큰 저항이 됨이 없이 그 기액의 혼합을 더욱 촉진시키도록 형성되는 것이 바람직하다. 제1칸막이판(41) 및 제2칸막이판(48)는, 어느 일측에 상기 연결부(47)를 부착시킨 채, 서로 분리되게 구성될 수도 있다.

또, 제2중간 케이싱(50)도, 제1중간 케이싱(40)과 유사하게 구성되지만, 본 실시예에서는 2단 펌프로서 토출구케이싱(60)에 연결되는 것이므로, 그 연결구성을 제외하고 서로 유사하다. 즉, 제2중간 케이싱(50)에는 칸막이판(51)이 하나 제공되며, 그 칸막이판(51)의 상류측에 임펠러삽입공간(53)과 혼합날개(54)가 설치되고, 원주부삽입홈(55) 및 보강링삽입홈(56)이 그 칸막이판(51)의 전면에 형성되며, 중앙에는 중앙관통공(52)이, 외주에는 후방으로 원통부(58)가 설치된다. 또, 그 원통부(58)와 간격을 두고 연결부(57)에 의해 연결되어 또하나의 원통부(59)가 형성되며 상기 제1중간 케이싱(40)의 원통부(49)에 그 원통부(59)의 전방이 결합되고, 그 원통부(59)의 후방은, 토출구케이싱(60)의 원통부(69)에 기밀되게 결합된다.

상기 연결부(57)는, 상기 칸막이판(51)의 외주의 원통부(58) 및 상기 또하나의 원통부(59)사이의 연결과 혼합물통로를 형성하도록 구성되며, 나아가, 유동하는 혼합물의 유동에 큰 저항이 됨이 없이 기액의 혼합을 더욱 촉진시키도록 형성되는 것이 바람직하다.

상기 흡입구케이싱(20)의 축받침부(25) 후단과 상기 제1중간 케이싱(40)의 제1칸막이판(41)사이 및 그 제1중간 케이싱(40)의 제1칸막이판(41)의 후단과 상기 제2중간 케이싱(50)의 칸막이판(51)사이에서 각각 회전하여 원심력에 의해 펌핑시 키도록 임펠러(30)가 각각 설치된다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 그 임펠러(30)에는 펌프회전축(1)에 결합되는 회전축설치공(32)이 중앙에 형성되고 그 제1중간 케이싱(40) 및 제2중간 케이싱(50)의 제1칸막이판(41) 및 칸막이판(51)의 원주부삽입홈(45,55)에 회전지지되게 삽입되는 원주부(35)가 날개의 후방으로 외주에 형성된다.

한편, 임펠러(30)는, 중앙부분에 보스(31)가 형성되고, 그 보스(31)의 전면의 외주단부 부분에 회전시 원심력으로 펌핑하기 위한 다수의 날개(33)가 설치되며, 그 다수의 날개(33)가 상기 제1중간 케이싱(40)의 제1칸막이판(41) 및 제2중간 케이싱(50)의 칸막이판(51)의 임펠러삽입공간(43,53)에 삽입되게 된다.

또한, 상기 다수의 날개(33)의 보강을 위해 그 후면 외측에서 서로의 날개(33)를 견고하게 연결고정시키고 회전지지되게 보강링삽입홈(46,56)에 삽입되는 외주보강링(34)을 구비하는 것이 바람직하다.

또, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 임펠러(30)의 보스(31)가 그 원주부(35)에서 제1중간 케이싱(40) 및 제2중간 케이싱(50)의 제1칸막이판(41) 및 칸막이판(51)의 원주부삽입홈(45,55)에 회전지지되게 삽입되는 때에 회전을 원활하게 하도록 내부로 혼합물이 유입되는 발란스공(36)이 다수 형성되는 것이 바람직하다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 토출구케이싱(60)은, 상기 제2중간 케이싱(50)의 연결부(57)를 통과한 혼합물이 유입되는 와류실(16)과, 그 와류실(16)로부터 외부로 토출되도록 연결되는 혼합물 토출구(17)를 구비하며, 그 토출구케이 싱(60)의 중앙에는 펌프회전축(1)을 회전가능하게 지지하기 위한 실링 및 베어링조립체(70)가 설치된다.

상술한 바와 같이 구성되고 도 2에서와 같이 조립되는 본 발명의 일실시예에 따른 액체와 가스의 혼합물용 원심펌프는, 펌프회전축(1)이 모터에 의해 회전하면, 도 2에서 임펠러(30)에 의한 흡입력에 의해 가스나 수증기 등이 가스흡입구(11)를 통해 Y방향으로 유입되고, 액체흡입구(12)를 통해 X방향으로 액체가 유입되게 된다. 초기 펌프기동시에는 액체만을 펌핑하여 정상운전된 때에 가스흡입구(11)를 개방시켜 가스 등을 유입시킴으로써 가스 등의 혼합이 더욱 바람직하게 이루어지게 되며, 또한, 필요에 따라 가스 등의 압력을 증대시켜 공급시키는 것도 바람직하며, 도면의 실시예에서는 액체흡입구(12)의 외주에 가스흡입구(11) 1개 마련되지만, 다수의 가스흡입구(11)가 형성되거나, 약간 액체흡입구(12)로 돌출되게 형성될 수도 있으며, 나아가, 분산노즐형태로 가스흡입구(11)의 단부가 형성되는 것도 바람직하다.

이와 같이 서로 교차되게 유입된 가스 등과 액체가 입구부에서부터 혼합이 이루어지겠지만, 특히, 임펠러(30)의 다수의 날개(33)와 제1칸막이판(41) 또는 칸막이판(51)의 다수의 혼합날개(44,54)에 의해 더욱 그 혼합이 촉진되게 되며, 또한, 임펠러(30)가 보스(31)의 원주부(35)에서 제1칸막이판(41) 또는 칸막이판(51)의 원주부삽입홈(45)에 삽입되어 회전이 지지되게 되고, 발란스공(36)을 통해 액체가 유입되어 그 보스(31)의 원주부삽입홈(45)내에서의 회전 마찰 저항을 크게 감소기키게 되어 내마모성 내지 내구성 뿐만 아니라, 원심력을 위한 최재한의 회전력을 보장할 수 있게 되어 특히 기액 혼합물에 대한 펌프성능을 향상시킬 수 있게 된다.

상술한 바와 같이 1단측의 임펠러(30)를 통과하여 펌핑되고 혼합된 액체와 가스의 혼합물은, 제1칸막이판(41)의 외주와 흡입구케이싱(20)의 원통부(22)의 내주 사이의 원주통로(13)를 통해 제1칸막이판(41)의 후면을 따라 중앙측으로 2단측의 임펠러(30)에 의해 흡입되게 된다. 제1칸막이판(41)의 후면 중앙에서는 제2칸막이판(48)의 중앙통로(14)를 통해 2단측의 임펠러(30)로 흡입되고 그 2단측의 임펠러(30)를 통해 더욱 펌핑되며, 제2중간 케이싱(50)의 칸막이판(51)의 혼합날개(54)에서 더욱 혼합이 이루어진 후, 그 외주에서는 칸막이판(51)의 원통부(58)와 제1중간 케이싱(40)의 원통부(49)사이의 원주통로(15)를 통해 후방으로 펌핑됨과 동시에 다시 연결부(57) 사이를 통해 와류실(16)로 펌핑되게 되고, 그 뒤, 혼합물 토출구(17)를 통해 외부로 토출되게 된다.

이상과 같은 구조의 액체와 가스의 혼합물용 원심펌프에 있어서, 흡입구케이싱(20), 제1중간 케이싱(40) 및 제2중간 케이싱(50)의 재질이, 상술한 바와 같이 구성된 실시예들과, 그 구성의 범위 밖에 속하는 비교예들을 연속하여 2-3주간 운전한 후, 내마모성을 비교한 결과, 본 발명의 것들은 도 5에 도시된 바와 같이 전혀 마모되지 아니하였지만, 본 발명의 범위를 벗어난 비교예들에서는 도 6에 도시된 바와 같이 심한 마모현상이 나타났으며, 도시가 생략되지만, 심지어는 내열성이 약하여 들어붙게 됨으로써 운전정지되는 현상까지 초래되었다. 특히, 본 발명의 경우, 임펠러(30)를 알루미늄청동계열로 함으로써 더욱 효과가 증대되었다.

또한, 펌프의 성능면에서도 특히 폐수처리용에 적용하여 그 슬러리를 공기를 혼합하여 펌핑한 결과, 여전히 본 발명의 경우 미세분진이 침착하거나 액체에 의한 침식현상 및 마모현상이 전혀 나타나지 아니한 반면에, 비교예들에서는 심한 마모현상과 미세분진에 의한 오염현상까지도 발생하였으며, 특히, 비교예들에서는 전부 토출압력이 4Kg/㎠이하로 나타났지만, 본 발명의 경우, 전부 4-5Kg/㎠이상으로 나타나, 마찰저항이 크게 감소되는 것을 알 수 있었다.

상술한 본 발명의 액체와 가스의 혼합물용 원심펌프의 구성과 작용에 따라 공기의 경우 10-15wt%이상의 공기가 액체인 물과 혼합하여 4-5Kg/㎠이상의 토출압력으로 펌핑할 수 있을 뿐만 아니라, 다양한 슬러리에 대해서도 오염이나 침식현상이 발생하지 아니하여 특히, 환경 폐수처리나 각종 슬러리의 처리 등에 유용하게 이용될 수 있다.

도 1은 액체 및 가스의 혼합물용 다단 원심펌프의 일예를 도시한 사시도이다.

도 2는 도 1의 단면도이다.

도 3은 도 2의 분해도이다.

도 4는 도 2의 선 4-4 단면도이다.

도 5는 본 발명의 범위내에서의 재질에 따른 케이싱의 마모상태를 도시하는 사진이다.

도 6은 본 발명의 범위밖에서의 재질을 채용한 케이싱의 마모상태를 도시하는 사진이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

1: 펌프회전축 2: 커플링

10: 모터 11: 가스흡입구

12: 액체흡입구 13,15: 원주통로

14: 중앙통로 16: 와류실

17: 혼합물 토출구 20: 흡입구케이싱

21: 몸체 22: 원통부

23,49a: 수납공간 25: 축받침부

30: 임펠러 31: 보스

32: 회전축설치공 33: 날개

34: 외주보강링 35: 원주부

36: 발란스공 40,50: 중간 케이싱

41,48,51: 칸막이판 42,52: 중앙관통공

43,53: 임펠러삽입공간 44,54: 혼합날개

45: 원주부삽입홈 46: 보강링삽입홈

47,57: 연결부 49,58,59: 원통부

60: 토출구케이싱 61: 몸체

69: 원통부 70: 실링 및 베어링조립체

Claims

임펠러(30)의 회전에 의한 원심력으로, 가스 및 액체를 유입시켜 그 혼합물을 펌핑하기 위한 액체 및 가스의 혼합물용 원심펌프에 있어서, 그 임펠러(30)와 접촉하는 케이싱의 재질의 성분이:

2.979 ∼ 3.641 wt%의 C, 0.081 ∼ 0.099 wt%의 S, 2.124 ∼ 2.596 wt%의 Si, 0.486 ∼ 0.594 wt%의 Mn, 0.0819 ∼ 0.1001 wt%의 P, 0.162 ∼ 0.198 wt%의 Cu, 0.027 ∼ 0.033 wt%의 Mo, 0.009 ∼ 0.011 wt%의 Co, 0.018 ∼ 0.022 wt%의 Ti, 0.018 ∼ 0.022 wt%의 V, 0.063 ∼ 0.077 wt%의 Ni, 0.09 ∼ 0.11 wt%의 Cr, 그리고 잔부의 Fe로 구성되는 것을 특징으로 하는 액체 및 가스의 혼합물용 원심펌프.
제 1 항에 있어서, 상기 펌프는, 2단 펌프로서 그 케이싱(20,40,50,60)은:

액체와 가스가 별개의 흡입라인으로 공급되는 액체흡입구(12) 및 가스흡입구(11)가 형성되는 몸체(21)와, 펌프회전축(1)의 단부를 지지하기 위한 축받침부(25)와, 수납공간(23)이 내부에 마련되는 원통부(22)를 구비하는 흡입구케이싱(20);

상류측에 임펠러삽입공간(43)과 혼합날개(44)가 설치되고, 중앙관통공(42) 및 원주부삽입홈(45)이 형성되는 제1칸막이판(41)과, 그 제1칸막이판(41) 및 제2칸막이판(48) 사이의 연결과 혼합물통로를 형성하는 연결부(47)와, 중앙에 중앙통 로(14)가 형성되고 외주에 상기 흡입구케이싱(20)의 원통부(22)와 결합하는 원통부(49)가 형성된 제2칸막이판(48)을 구비하는 제1중간 케이싱(40);

상류측에 임펠러삽입공간(53)과 혼합날개(54)가 설치되고 중앙관통공(52) 및 원주부삽입홈(55)이 형성되며 후방으로 원통부(58)를 지니는 칸막이판(51)과, 그 원통부(58)와 간격을 두고 형성되며 상기 제1중간 케이싱(40)의 원통부(49)와 결합하는 원통부(59)와, 그 칸막이판(51)의 원통부(58) 및 상기 원통부(59)사이의 연결과 혼합물통로를 형성하는 연결부(57)를 구비하는 제2중간 케이싱(50); 및

상기 제2중간 케이싱(50)의 연결부(57)를 통과한 혼합물이 유입되는 와류실(16)과, 그 와류실(16)로부터 외부로 토출되도록 연결되는 혼합물 토출구(17)가 형성되고, 중앙에서 펌프회전축(1)을 회전가능하게 지지하기 위한 실링 및 베어링조립체(70)가 설치되는 토출구케이싱(60)중 하나로 구성되고;

상기 임펠러(30)는, 상기 흡입구케이싱(20)의 축받침부(25) 후단과 상기 제1중간 케이싱(40)의 제1칸막이판(41)사이 및 그 제1중간 케이싱(40)의 제1칸막이판(41)의 후단과 상기 제2중간 케이싱(50)의 칸막이판(51)사이에서 각각 회전하도록 펌프회전축(1)에 결합되는 회전축설치공(32)이 중앙에 형성되고 그 제1중간 케이싱(40) 및 제2중간 케이싱(50)의 제1칸막이판(41) 및 칸막이판(51)의 원주부삽입홈(45,55)에 회전지지되게 삽입되는 원주부(35)가 날개의 후방으로 외주에 형성되며, 그 제1중간 케이싱(40)의 제1칸막이판(41) 및 제2중간 케이싱(50)의 칸막이판(51)의 임펠러삽입공간(43,53)에 삽입되는 다수의 날개(33)가 그 내부 단부에서 전면의 외주단부에 고정되는 보스(31)를 구비하는 것을 특징으로 하는 액체 및 가 스의 혼합물용 원심펌프.