KR100935707B1 - 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. 케이싱의 양측에 흡입구와 배출구가 각각 마련되고, 상기 케이싱의 일측에 프레임이 결합되며, 상기 프레임의 내부에 수용되는 내부 및 외부 마그네틱 구동부의 상호 작용을 이용하여 임펠러를 회전시키는 마그네틱 구동 시일리스 펌프는, 상기 내부 마그네틱 구동부와 외부 마그네틱 구동부를 상호 격리하도록 상기 프레임 내부에 설치되는 절연커버와, 상기 내부 마그네틱 구동부의 회전력을 임펠러에 전달하며, 길이 방향으로 관통하는 유로를 구비하는 펌프 샤프트와, 상기 내부 마그네틱 구동부와 임펠러 사이에 배치되며, 일정 간격으로 천공된 다수의 관통홀을 갖는 더미 플레이트를 포함하되, 상기 더미 플레이트는 가장자리로부터 수직방향으로 돌출하는 수직 돌기부와, 가장자리로부터 수평방향으로 돌출하는 수평 돌기부와, 저면으로부터 돌출하는 스커트부를 구비하며, 상기 더미 플레이트의 수직 돌기부와 상기 절연커버 사이에 가스켓이 개재되고, 상기 수평 돌기부와 상기 케이싱 사이에 가스켓이 개재되며, 상기 스커트부의 내주면과 임펠러의 상단부 사이에 마우스 링이 개재되고, 상기 임펠러에 의하여 흡입구에서 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, 펌프 샤프트의 내부에 유로를 형성하여, 마그네틱 구동부 사이에 발생된 열을 외부로 배출할 수 있는 인라인형 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 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 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.
게다가, 펌프가 배관 사이에 설치되는 경우에, 펌프의 흡입구에서 유로 변화에 기인하여 압력 강하가 발생하는 경우도 있다. 이 때, 압력이 국부적으로 포화 증기압 이하로 하강하여 케비테이션 현상이 발생하는 문제점도 발생하였다.
따라서, 본 발명은 전술한 종래 마그네틱 구동 시일리스 펌프의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 펌프의 샤프트 내부에 유로를 형성하여 마그네틱 구동부에서 발생하는 열을 신속하게 외부로 배출할 수 있는 마그네틱 구동 시일리스 펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 펌프의 흡입구의 직경을 토출구의 직경보다 크게하여 케비테이션 현상이 펌프 내부에 발생하는 것을 방지할 수 있는 마그네틱 구동 시일리스 펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 임펠러의 전단과 후단에 더미 플레이트와 마우스 링을 설치하여 임펠러의 회전 진동을 방지할 수 있는 마그네틱 구동 시일리스 펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 및 기타 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따르면, 케이싱의 양측에 흡입구와 배출구가 각각 마련되고, 상기 케이싱의 일측에 프레임이 결합되며, 상기 프레임의 내부에 수용되는 내부 및 외부 마그네틱 구동부의 상호 작용을 이용하여 임펠러를 회전시키는 마그네틱 구동 시일리스 펌프에 있어서, 상기 내부 마그네틱 구동부와 외부 마그네틱 구동부를 상호 격리하도록 상기 프레임 내부에 설치되는 절연커버와, 상기 내부 마그네틱 구동부의 회전력을 임펠러에 전달하며, 길이 방향으로 관통하는 유로를 구비하는 펌프 샤프트와, 상기 내부 마그네틱 구동부와 임펠러 사이에 배치되며, 일정 간격으로 천공된 다수의 관통홀을 갖는 더미 플레이트를 포함하되, 상기 더미 플레이트는 가장자리로부터 수직방향으로 돌출하는 수직 돌기부와, 가장자리로부터 수평방향으로 돌출하는 수평 돌기부와, 저면으로부터 돌출하는 스커트부를 구비하며, 상기 더미 플레이트의 수직 돌기부와 상기 절연커버 사이에 가스켓이 개재되고, 상기 수평 돌기부와 상기 케이싱 사이에 가스켓이 개재되며, 상기 스커트부의 내주면과 임펠러의 상단부 사이에 마우스 링이 개재되고, 상기 임펠러에 의하여 흡입구에서 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 배출되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 구동 시일리스 펌프가 제공된다.
상기 펌프 샤프트는 마찰 베어링에 의하여 지지되며, 상기 마찰 베어링의 내주면에는 다수의 직선형 홈이 일정 간격으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 더미 플레이트는 수직 돌기부와 상기 절연커버 사이에 가스켓이 개재되고, 상기 수평 돌기부와 상기 케이싱 사이에 가스켓이 개재되며, 상기 스커트부의 내주면과 임펠러의 상단부 사이에 마우스 링이 개재된다.
상기 펌프 샤프트의 중간부는 엔드 스러스트 베어링에 의하여 지지되는 것이 바람직하다.
전술한 구성에 의하면, 임펠러가 회전하면, 소량의 액체가 더미 플레이트에 형성된 관통홀을 통과하고, 내부 마그네틱 구동부의 외주면과 절연커버의 내주면 사이에 형성된 갭을 거쳐 펌프 샤프트의 유로를 따라 유동하여 배출구로 배출된다. 따라서, 마그네틱 구동부 사이에서 발생된 열은 유체에 의하여 외부로 배출될 수 있다.
또한, 펌프 샤프트가 엔드 스러스트 베어링에 의하여 지지되므로, 회전체에 불균일한 원심력이 작용하더라도, 펌프가 진동하는 것이 방지된다.
게다가, 임펠러를 지지하기 위하여 케이싱과 임펠러 사이에 마우스 링이 설치되므로, 펌프의 진동이 방지되는 효과가 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 원심 펌프는 케이싱(10)과 프레임(12)을 구비하며, 케이싱(10)의 측면에는 흡입구와 배출구가 마련되어 있다. 프레임(12)의 일단부는 케이싱(10)과 볼트에 의하여 체결되며, 타단부는 모터(14)와 볼트에 의하여 체결된다.,
프레임(12)의 중앙에는 펌프 샤프트(20)가 회전 가능하게 설치된다. 펌프 샤프트(20)는 내부에 길이방향으로 관통하는 유로(42)가 형성되며, 그 상단부는 마찰 베어링(44)에 의하여 지지된다. 펌프 샤프트(20)의 하단부는 임펠러(16)가 임펠러 너트(32)에 의하여 체결된다.
상기 마찰 베어링(44)과 임펠러(16) 사이에는 내부 마그네틱 구동부(22)가 엔드 스러스트 베어링(38)에 의하여 펌프 샤프트(20)에 회전 가능하게 지지된다. 내부 마그네틱 구동부(22)의 하부에는 더미 플레이트(dummy plate)(26)가 마찰 베어링(46)에 의하여 펌프 샤프트(20)에 회전 가능하게 지지된다.
내부 마그네틱 구동부(22)와 마찰 베어링(44)은 절연커버(24)에 의하여 외부와 차단되며, 내부 마그네틱 구동부(22)의 외주면(자석 포함)과 절연커버(24)의 내주면 사이에는 소정 간극의 갭이 형성된다. 내부 마그네틱 구동부(22)의 외주면에 장착된 자석(52)에 대응하는 위치에 자석(54)을 갖는 외부 마그네틱 구동부(18)가 모터(14)의 구동축에 고정되어 있다.
더미 플레이트(26)는 마찰 베어링(46)이 개재된 상태에서 펌프 샤프트(20)와 결합되는 중심 원통부(262)와, 가장자리로부터 수직방향으로 돌출하는 수직 돌기부(272)와, 가장자리로부터 수평방향으로 돌출하는 수평 돌기부(274)와, 저면으로부터 돌출하는 스커트부(268)를 구비한다. 더미 플레이트(26)의 수직 돌기부(272)와 절연커버(24) 사이에는 가스켓(30)이 개재되며, 수평 돌기부(274)와 케이싱(10) 사이에도 가스켓(30)이 개재된다. 또한, 스커트부(268)의 내주면과 임펠러(16)의 상단부 사이에는 마우스 링(mouth ring)(28)이 개재된다.
임펠러(16)의 상단부는 더미 플레이트(26)의 스커트부(268)에 마련된 마우스 링(28)에 의하여 지지되고 또한 하단부도 케이싱(10)의 일부에 마련된 마우스 링(34)에 의하여 지지되므로, 임펠러(16)의 회전 진동이 방지될 수 있다. 게다가, 더미 플레이트(26)의 상부 일측에는 관통홀(266)이 일정 간격으로 천공되어, 유체의 일부가 관통홀(266)을 통과하여 펌프 샤프트(20)의 상부로 이동할 수 있다.
전술한 구성에 의하면, 전동 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(16)가 회전하여, 액체가 흡입 구를 거쳐서 임펠러(16)를 통과하여 배출구로 배출된다.
펌프의 작동에 있어서, 임펠러(16)의 내부 압력과 외부 압력의 차에 의하여, 소량의 액체가 더미 플레이트(26)에 형성된 관통홀(266)을 통과하고, 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 및 46)은 실리콘 카바이드로 제조되며, 그 내주면에는 직선형 홈(56)이 일정한 간격으로 형성되어, 이송 유체에 의한 냉각과 윤활이 동시에 이루어질 수 있다.
펌프 샤프트(20)를 지지하는 엔드 스러스트 베어링(38)은 회전체에 불균일한 원심력이 작용할 때 펌프가 진동하는 것을 방지하는 역할을 한다.
본 발명의 일특징에 따르면, 내부 및 외부 마그네틱 구동부(18 및 22)에 장착된 자석은 희토류 금속인 사마륨 코발트(samarium cobalt)로 제조되어, 마그네틱 구동 효율을 극대화한다.
또한, 임펠러(16)를 지지하기 위하여 케이싱(10)과 임펠러(16) 사이에 마우스 링(34)이 설치되므로, 펌프의 진동이 방지되는 효과가 있다.
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 3은 다수의 직선형 홈이 형성된 마찰 베어링을 도시하는 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 케이싱
12: 프레임
14: 모터
16: 임펠러
18: 외부 마그네틱 구동부
20: 펌프 샤프트
22: 내부 마그네틱 구동부
24: 절연커버
26: 더미 플레이트
44, 46: 마찰 베어링

Claims (4)

  1. 케이싱의 양측에 흡입구와 배출구가 각각 마련되고, 상기 케이싱의 일측에 프레임이 결합되며, 상기 프레임의 내부에 수용되는 내부 및 외부 마그네틱 구동부의 상호 작용을 이용하여 임펠러를 회전시키는 마그네틱 구동 시일리스 펌프에 있어서,
    상기 내부 마그네틱 구동부와 외부 마그네틱 구동부를 상호 격리하도록 상기 프레임 내부에 설치되는 절연커버와,
    상기 내부 마그네틱 구동부의 회전력을 임펠러에 전달하며, 길이 방향으로 관통하는 유로를 구비하는 펌프 샤프트와,
    상기 내부 마그네틱 구동부와 임펠러 사이에 배치되며, 일정 간격으로 천공된 다수의 관통홀을 갖는 더미 플레이트를 포함하되,
    상기 더미 플레이트는 가장자리로부터 수직방향으로 돌출하는 수직 돌기부와, 가장자리로부터 수평방향으로 돌출하는 수평 돌기부와, 저면으로부터 돌출하는 스커트부를 구비하며,
    상기 더미 플레이트의 수직 돌기부와 상기 절연커버 사이에 가스켓이 개재되고, 상기 수평 돌기부와 상기 케이싱 사이에 가스켓이 개재되며, 상기 스커트부의 내주면과 임펠러의 상단부 사이에 마우스 링이 개재되고,
    상기 임펠러에 의하여 흡입구에서 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 배출되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 구동 시일리스 펌프.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 펌프 샤프트는 마찰 베어링에 의하여 지지되며, 상기 마찰 베어링의 내주면에는 다수의 직선형 홈이 일정 간격으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마그네틱 구동 시일리스 펌프.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 펌프 샤프트의 중간부는 엔드 스러스트 베어링에 의하여 지지되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 구동 시일리스 펌프.
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