KR100924385B1 - 마그네틱 구동 시일리스 펌프 - Google Patents

마그네틱 구동 시일리스 펌프 Download PDF

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Abstract

펌프 샤프트의 내부에 유로를 형성하여, 마그네틱 구동부 사이에 발생된 열을 외부로 배출할 수 있는 인라인형 시일리스 펌프가 개시된다. 내부 및 외부 마그네틱 구동부의 상호 작용을 이용하여 임펠러를 회전시키는 마그네틱 구동 시일리스 펌프는 상기 내부 마그네틱 구동부와 외부 마그네틱 구동부를 상호 격리하기 위한 절연커버와, 상기 내부 마그네틱 구동부의 회전력을 임펠러에 전달하며, 길이 방향으로 관통하는 유로를 구비하는 펌프 샤프트와, 상기 내부 마그네틱 구동부와 임펠러 사이에 배치되며, 본체에 일정 간격으로 천공된 다수의 관통홀을 갖는 더미 플레이트를 포함한다. 임펠러에 의하여 유입구에서 배출구로 유동하는 유체의 일부가 더미 플레이트의 관통홀을 통과하고, 절연커버의 내주면과 내부 마그네틱 구동부의 외주면 사이에 형성된 갭을 통해 펌프 샤프트의 후방으로 유동한 이후에, 펌프 샤프트의 유로를 따라 배출구로 배출된다.
시일리스 펌프, 임펠러, 마그네틱

Description

마그네틱 구동 시일리스 펌프{MAGNETIC DRIVE-TYPE SEALLESS PUMP}
본 발명은 마그네틱 구동 방식의 시일리스(sealless) 펌프에 관한 것으로, 보다 구체적으로 설명하면, 케이싱과 베어링 하우징에 스팀을 공급하기 위한 재킷을 설치하여 고점성의 유체를 펌핑하기에 적합한 시일리스 펌프에 관한 것이다.
일반적으로 원심 펌프는 밀폐된 케이싱 내부에서 회전하는 임펠러에 의하여 발생된 원심력을 이용하여 유체를 급송하거나 가압하는 장치이다.
이러한 원심 펌프의 예가 도 1에 도시되어 있다. 도 1에 도시된 마그네틱 구동 원심 펌프는 전면 커버(100)와 후면 커버(200)를 구비하며, 전면 커버(100)의 전방에는 흡입구(101)가, 상부에는 배출구(102)가 마련되어 있다.
후면 커버(200)의 중앙에는 중심축(201)이 설치되며, 중심축(201)은 베어링(202)에 의하여 지지된다. 베어링(202)은 캡슐(203)에 의하여 지지되며, 상기 캡슐(203) 내부에는 전동 자석(204)이 마련된다. 캡슐(203)은 전면 커버(100)를 향하여 연장하며, 캡슐(203)의 전방에는 임펠러(205)가 장착된다. 임펠러(205)가 회전하면, 액체는 흡입구(101)를 거쳐서 임펠러(205)를 통과하고, 배출구(102)로 배출된다. 전동 자석(204)은 모터가 부착된 전동 자석(206)에 의해 구동된다.
그리고, 상기 전동 자석(204 및 206) 사이에 배치된 후면 커버(200)는 외부와 액체 사이를 분리하는 역할을 한다. 일반적인 펌프의 작동에 있어서, 임펠러(205)의 내부 압력과 외부 압력의 차이를 이용하여, 소량의 액체가 캡슐(203)의 외부와 후면 커버(200) 사이의 통로를 거쳐 임펠러(205) 후방으로 유동하여, 생성된 열이 베어링(202)과 중심축(201) 사이의 홈을 통해서 배출된다. 순환 경로(A 내지 E) 중에서 "D"와 "E"만이 대류 냉각 작용을 한다.
그러나, 제어기가 오작동하거나, 액체가 막히거나 불충분한 경우와 같은, 비정상적인 펌프의 작동시에 공회전이 유발될 수 있다. 대류 냉각의 매체는 공기이며, 제한된 양의 열을 제거할 수 있다. 그러므로, 베어링(202)과 중심축(201)의 온도는 급속히 상승하여, 펌프에 심각한 결과를 초래할 수 있다. 일단 공회전이 발생하면, 베어링(202)과 중심축(201)은 마모되고, 캡슐(203) 역시 생성된 열에 의해서 변형된다.
특히, 캡슐(203)이 플라스틱으로 제조된 경우에, 캡슐은 열에 의해서 보다 쉽게 변형되고, 또한, 공회전이 발생하면, 급속하게 마모가 진행되어 펌프의 작동을 부적절하게 한다.
열로부터 캡슐(203)의 변형을 방지하기 위하여, 캡슐(203)의 주위에 내열재를 추가하는 시도가 있었으나. 내열재의 추가가 제조 공정을 복잡하게 하고 생산 원가를 상승시킬 뿐만 아니라, 펌프의 오랜 공회전 시간이 길어지면서 베어링(202)과 중심축(201)의 온도가 220℃까지 상승하는 문제점이 발생하였다.
따라서, 본 발명은 전술한 종래 마그네틱 구동 시일리스 펌프의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 케이싱과 베어링 하우징의 외측에 스팀을 공급하기 위한 재킷을 설치하여 고점성의 유체를 펌핑하기에 적합한 마그네틱 구동 시일리스 펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 펌프의 샤프트 내부에 유로를 형성하여 마그네틱 구동부에서 발생하는 열을 신속하게 외부로 배출할 수 있는 마그네틱 구동 시일리스 펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 및 기타 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따르면, 내부 및 외부 마그네틱 구동부의 상호 작용을 이용하여 임펠러를 회전시키는 마그네틱 구동 시일리스 펌프에 있어서, 상기 임펠러를 수용하는 케이싱과, 상기 내부 마그네틱 구동부와 외부 마그네틱 구동부를 상호 격리하기 위한 절연커버와, 상기 내부 마그네틱 구동부의 회전력을 임펠러에 전달하기 위한 펌프 샤프트와, 상기 펌프 샤프트를 지지하기 위하여 한 쌍의 마찰 베어링과 한 쌍의 스러스트 베어링을 구비하는 베어링 하우징과, 상기 케이싱의 외부와 상기 베어링 하우징의 연결부 일부에 마련되어 케이싱과 베어링 하우징의 외부에 스팀을 공급하기 위한 재킷을 포함하는 마그네틱 구동 시일리스 펌프가 제공된다.
상기 펌프 샤프트는 길이 방향으로 관통하는 유로를 구비하며, 상기 베어링 하우징은 케이싱의 내부와 내부 마그네틱 구동부를 연통하는 다수의 유로를 구비한다. 전술한 구성에 의하면, 상기 임펠러에 의하여 유입구에서 배출구로 유동하는 유체의 일부가 베어링 하우징의 유로를 따라 절연커버의 내주면과 내부 마그네틱 구동부의 외주면 사이에 형성된 갭을 통해 펌프 샤프트의 후방으로 유동한 이후에, 펌프 샤프트의 유로를 따라 배출구로 배출된다.
상기 마찰 베어링의 내주면에는 다수의 직선형 홈이 일정 간격으로 형성되는 것이 바람직하다.
마그네틱 구동 시일리스 펌프는 상기 외부 마그네틱 구동부를 구동시키기 위한 모터를 또한 포함하며, 상기 모터는 롤링 베어링 바디와 커플링에 의하여 외부 마그네틱 구동부와 연결된다.
전술한 구성에 의하면, 케이싱과 베어링 하우징은 재킷에 의하여 에워싸이고, 그 재킷 내부에 고온의 스팀이 공급된다. 그러므로, 케이싱과 베어링 하우징의 외측에 고온 스팀을 공급하므로써, 급송되는 유체가 일정 온도 이하에서 응고되어, 임펠러와 펌프가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 임펠러가 회전하면, 소량의 액체가 베어링 하우징에 형성된 다수의 유로를 통과하고, 내부 마그네틱 구동부의 외주면과 절연커버의 내주면 사이에 형성된 갭을 거쳐 펌프 샤프트의 유로를 따라 유동하여 배출구로 배출된다. 이 때, 마그네틱 구동부 사이에서 발생된 열은 유체에 의하여 외부로 배출될 수 있다.
펌프 샤프트가 엔드 스러스트 베어링에 의하여 지지되므로, 회전체에 불균일한 원심력이 작용하더라도, 펌프가 진동하는 것이 방지된다.
게다가, 펌프 샤프트를 지지하는 마찰 베어링의 내주면에는 다수의 직선형 홈이 형성되어, 펌프 내부로 유입된 슬러리가 직선형 홈을 통해 외부로 배출되어 슬러기가 펌프 내부에 축적되는 것을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마그네틱 구동 시일리스 펌프를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마그네틱 구동 시일리스 펌프를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 마그네틱 구동 시일리스 펌프는 베이스(70) 상에 지지된 케이싱(10)과 프레임(12)을 구비하며, 케이싱(10)의 일측에는 흡입구(72)가 마련되고, 타측에는 배출구(74)가 마련되어 있다. 또한, 케이싱(10)의 외부는 스팀이 공급되는 재킷(jacket)(68)에 의하여 에워싸이며, 재킷(68)은 스팀 흡입구(76)와 스팀 배출구(78)를 구비한다(도 3 및 도 4 참조).
케이싱(10)의 내부에는 펌프 샤프트(20)의 일단부에 고정된 임펠러(32)가 회전 가능하게 설치되며, 펌프 샤프트(20)의 타단부에는 내부 마그네틱 구동부(22)가 결합되어 있다. 펌프 샤프트(20)는 한 쌍의 부시(bush)(26)와, 상기 부시(26)가 삽입된 마찰 베어링(44)에 의하여 회전 가능하게 지지되며, 한 쌍의 마찰 베어링(44)은 베어링 하우징(28)에 의하여 보호된다. 내부 마그네틱 구동부(22)는 절연커버(24)에 의하여 외부와 차단된다. 또한, 펌프 샤프트(20)는 내부에 길이방향으로 관통하는 유로(42)가 형성된다.
베어링 하우징(28)의 일단부가 케이싱(10)에 고정되며, 타단부가 프레임(12)에 고정된다. 베어링 하우징(28)은 케이싱(10)의 내부를 절연커버(24)에 의하여 차단되는 내부 마그네틱 구동부(22)와 연통시키기 위한 유로(82)를 다수 구비한다. 절연커버(24)의 외측에는 외부 마그네틱 구동부(18)가 배치되며, 상기 외부 마그네틱 구동부(18)는 롤 베어링 바디(60)의 구동축(62)의 일단에 결합되어 있다. 내부 마그네틱 구동부(22)의 외주면에는 다수의 자석(52)이 장착되며, 외부 마그네틱 구동부(18)의 내주면에는 상기 자석(52)에 대응하는 지점에 다수의 자석(54)이 장착되어 있다.
프레임(12)의 타단부는 롤 베어링 바디(60)의 일측과 결합하며, 롤 베어링 바디(60)의 타측은 커플링(46)에 의하여 모터(14)의 출력축과 결합된다. 롤 베어링 바디(60)는 내부에 윤활유를 공급하기 위한 오일 필러 플러그(64)와, 내부의 오일량을 검사하기 위한 일정 수준 오일 컵(constant level oil cup)(66)과, 구동축(62)의 양단을 지지하기 위한 한 쌍의 베이스(70)를 구비한다.
또한, 베어링 하우징(28)의 연결부의 일부는 스팀이 공급되는 재킷(84)에 의하여 에워싸이며, 재킷(84)은 스팀 흡입구(76)와 스팀 배출구(78)를 구비한다. 케이싱(10)과 베어링 하우징(28)은 재킷(68 및 84)에 의하여 에워싸이고, 그 재킷 내부에 고온의 스팀이 공급된다. 그러므로, 본 발명에 따른 마그네틱 구동 시일리스 펌프는 고점성의 유체를 급송하기에 적합하다. 즉, 케이싱(10)과 베어링 하우징(28)의 외측에 고온 스팀을 공급하므로써, 급송되는 유체가 일정 온도 이하에서 응고되어, 임펠러와 펌프가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
전술한 구성에 의하면, 자석(52)은 모터(14)에 의하여 회전 구동되는 전동 자석(54)에 의해 회전 구동되어, 펌프 샤프트(20)가 회전하게 된다. 펌프 샤프트(20)가 회전하면, 펌프 샤프트에 결합된 임펠러(32)가 회전하여, 액체가 흡입구(72)를 거쳐서 임펠러(32)를 통과하여 배출구(74)로 배출된다.
펌프의 작동에 있어서, 임펠러(32)의 내부 압력과 외부 압력의 차에 의하여, 소량의 액체가 베어링 하우징(28)에 형성된 다수의 유로(82)를 따라서 내부 마그네틱 구동부를 향하여 유동하고, 내부 마그네틱 구동부(22)의 외주면과 절연커버(24)의 내주면 사이에 형성된 갭을 거쳐 펌프 샤프트(20)의 유로(42)를 따라 유동하여 배출구로 배출된다. 따라서, 마그네틱 구동부 사이에서 발생된 열은 유체에 의하여 외부로 배출될 수 있다.
본 발명의 마그네틱 구동 시일리스 펌프에 따르면, 도 3에 도시된 바와 같이, 마찰 베어링(44)은 실리콘 카바이드로 제조되며, 그 내주면에는 직선형 홈(56)이 일정한 간격으로 형성되어, 펌프 내부로 유입된 슬러리가 직선형 홈을 통해 외부로 배출되어 슬러지가 펌프 내부에 축적되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 펌프 샤프트(20)는 한 쌍의 엔드 스러스트 베어링(38)에 의하여 지지되므로, 회전체에 불균일한 원심력이 작용할 때 펌프가 진동하는 것을 방지하는 역할을 한다.
본 발명의 일특징에 따르면, 내부 및 외부 마그네틱 구동부(22 및 18)에 장착된 자석은 희토류 금속인 사마륨 코발트(samarium cobalt)로 제조되어, 350도의 고온에도 견디어 마그네틱 구동 효율을 극대화한다.
도 5는 본 발명의 변형예에 따른 마그네틱 구동 시일리스 펌프를 도시하는 도면으로서, 모터(14)의 출력축이 직접 외부 마그네틱 구동부(18)와 연결된 것을 제외하고, 도 2에 도시된 마그네틱 구동 시일리스 펌프와 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명을 상기 실시예를 참조하여 설명하였지만, 보호 받고자 하는 보호범위가 전술한 실시예에 의하여 한정되지 않는다. 본 발명의 보호 범위는 하기의 청구범위에 의하여 결정된다.
도 1은 종래 마그네틱 구동 시일리스 펌프를 개략적으로 도시하는 단면도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마그네틱 구동 시일리스 펌프를 개략적으로 도시하는 단면도.
도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 마그네틱 구동 시일리스 펌프의 측면도 및 정면도.
도 5는 다수의 직선형 홈이 형성된 마찰 베어링을 도시하는 단면도.
도 6은 본 발명의 변형예에 따른 마그네틱 구동 시일리스 펌프를 개략적으로 도시하는 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 케이싱
12: 프레임
14: 모터
32: 임펠러
18: 외부 마그네틱 구동부
20: 펌프 샤프트
22: 내부 마그네틱 구동부
24: 절연커버
44: 마찰 베어링

Claims (4)

  1. 내부 및 외부 마그네틱 구동부의 상호 작용을 이용하여 임펠러를 회전시키는 마그네틱 구동 시일리스 펌프에 있어서,
    상기 임펠러를 수용하는 케이싱과,
    상기 내부 마그네틱 구동부와 외부 마그네틱 구동부를 상호 격리하기 위한 절연커버와,
    상기 내부 마그네틱 구동부의 회전력을 임펠러에 전달하기 위한 펌프 샤프트와,
    상기 펌프 샤프트를 지지하기 위하여 한 쌍의 마찰 베어링과 한 쌍의 스러스트 베어링을 구비하는 베어링 하우징과,
    상기 케이싱의 외부와 상기 베어링 하우징의 연결부 일부에 마련되어 케이싱과 베어링 하우징의 외부에 스팀을 공급하기 위한 재킷을 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 구동 시일리스 펌프.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 펌프 샤프트는 길이 방향으로 관통하는 유로를 구비하며, 상기 베어링 하우징은 케이싱의 내부와 내부 마그네틱 구동부를 연통하는 다수의 유로를 구비하여, 상기 임펠러에 의하여 유입구에서 배출구로 유동하는 유체의 일부가 베어링 하우징의 유로를 따라 절연커버의 내주면과 내부 마그네틱 구동부의 외주면 사이에 형성된 갭을 통해 펌프 샤프트의 후방으로 유동한 이후에, 펌프 샤프트의 유로를 따라 배출구로 배출되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 구동 시일리스 펌프.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 마찰 베어링의 내주면에는 다수의 직선형 홈이 일정 간격으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마그네틱 구동 시일리스 펌프.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 마그네틱 구동부를 구동시키기 위한 모터를 또한 포함하며, 상기 모터는 롤링 베어링 바디와 커플링에 의하여 외부 마그네틱 구동부와 연결되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 구동 시일리스 펌프.
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