KR101083725B1 - 회귀유동을 이용한 펌프 실링구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 임펠러(21)의 구동을 위한 구동축(23)이 유로를 지닌 몸체(10)를 관통하여 설치되는 펌프에 있어서: 상기 몸체(10) 상에서 구동축(23)이 통과되는 부분에 밀봉공간을 지니는 밀봉부(25); 상기 밀봉부(25)의 밀봉공간과 몸체(10)의 유로를 연통하도록 설치되는 리턴라인(35); 상기 밀봉부(25)의 밀봉공간에 회전 가능하게 수용되고, 구동축(23)에 연동하도록 고정되는 리턴임펠러(41); 및 상기 밀봉부(25)의 외단을 기밀하도록 설치되는 기밀수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 대용량 또는 고압 펌프에서 구동축을 통한 누수 또는 누유를 차단하기 위한 밀봉력을 향상할 수 있는 효과가 있다.

Description

회귀유동을 이용한 펌프 실링구조{Pump sealing construction using return flow}

본 발명은 펌프의 실링구조에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 대용량 또는 고압 펌프에서 구동축을 통한 누수 또는 누유를 차단하기 위한 밀봉력을 향상할 수 있는 회귀유동을 이용한 펌프 실링구조에 관한 것이다.

통상적으로 펌프의 누수 또는 누유를 방지하는 밀봉 방식에는 글랜드 패킹(Gland Packing)과 미케니컬 실(Mechanical Seal)이 사용된다. 전자는 축의 마모 보호를 위해 슬리브를 사용하며, 팩킹 글랜드로 누수 정도의 조정 작업을 실시한다. 다만, 팩킹과 슬리브의 마찰로 마모가 발생하고 발열하므로 이에 대한 대책을 요한다. 후자는 구조적으로 축의 흔들림에 의한 누수 대책이 곤란하고 고가이므로 대형 펌프에 적용할 수 없는 한계성을 보인다.

도 1을 참조하면, 안내케이싱(12), 컬럼파이프(14), 토출곡관(16) 등으로 이루어지는 축류펌프의 몸체(10)에서 내부의 임펠러(21)와 외부의 모터를 연결하는 구동축(23)의 밀봉을 위하여 밀봉부(25)가 구비된다. 그러나 종래의 밀봉부(25)는 슬리브, 글랜드 패킹과 함께 발열을 위한 에어벤트를 사용하지만 토출압력이 증가할수록 양호한 밀봉력을 유지하기 곤란하다.

다른 예로서, 선행특허인 한국 등록실용신안공보 제0322731호의 "축류펌프 실링장치"는 축류펌프의 하우징내에 회전가능하게 설치되는 회전축의 외주면에 밀착고정되어 그 회전축과 함께 회전되는 부싱부재와; 상기 회전축이 관통하는 축공을 가지며 상기 하우징의 내측면에 접촉지지되는 고정플레이트와; 상기 부싱부재와 상기 고정플레이트 사이로 이물질이 통과하지 못하도록 실링하는 실링수단을 포함하는 구성을 제안한다. 이에 따라, 회전축의 마모를 방지하고, 실링기능 저하시 간단한 부품의 교환으로 실링기능의 복구가 가능하므로 보수에 따른 비용을 절감하는 효과를 기대한다.

이는 탄성적 접촉에 의하여 실링기능을 유지하는 것으로 부품의 교환을 용이하게 하는 기술을 요지로 하므로 펌프의 토출용량이나 토출압력이 커질수록 실링기능의 유지에 한계성을 지니고 있다.

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 대용량 또는 고압 펌프에서 구동축을 통한 누수 또는 누유를 차단하기 위한 밀봉력을 향상할 수 있는 회귀유동을 이용한 펌프 실링구조를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 임펠러의 구동을 위한 구동축이 유로를 지닌 몸체를 관통하여 설치되는 펌프에 있어서: 상기 몸체 상에서 구동축이 통과되는 부분에 밀봉공간을 지니는 밀봉부; 상기 밀봉부의 밀봉공간과 몸체의 유로를 연통하도록 설치되는 리턴라인; 상기 밀봉부의 밀봉공간에 회전 가능하게 수용되고, 구동축에 연동하도록 고정되는 리턴임펠러; 및 상기 밀봉부의 외단을 기밀하도록 설치되는 기밀수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 밀봉부는 구동축과 접촉되지 않는 전방하우징과 후방하우징으로 밀봉공간을 형성하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 리턴라인은 리턴 유량을 조절하기 위한 밸브를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 기밀수단은 밀봉부의 후방에 구동축을 관통하여 설치되는 디스크와, 디스크의 외면과 밀착되어 기밀을 유지하도록 구동축에 고정되는 스토퍼를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 디스크는 그라스 테프론 또는 동등 이상의 물성을 지닌 소재를 사용하고, 스토퍼는 스테인레스강(STS) 또는 동등 이상의 물성을 지닌 소재를 사용하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명의 회귀유동을 이용한 펌프 실링구조에 의하면, 대용량 또는 고압 펌프에서 구동축을 통한 누수 또는 누유를 차단하기 위한 밀봉력을 향상할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 펌프의 실링구조를 나타내는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 펌프의 실링구조를 나타내는 구성도
도 3은 본 발명에 적용된 리턴임펠러를 나타내는 구성도
도 4는 본 발명에 적용된 디스크를 나타내는 구성도
도 5는 본 발명에 적용된 스토퍼를 나타내는 구성도
도 6은 본 발명의 변형예에 따른 펌프의 실링구조를 나타내는 구성도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 임펠러(21)의 구동을 위한 구동축(23)이 유로를 지닌 몸체(10)를 관통하여 설치되는 펌프에 관련된다. 도 1 및 도 2에서 본 발명은 대용량 또는 고압의 축류펌프를 예시하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 축류펌프의 경우 몸체(10)는 안내케이싱(12), 컬럼파이프(14), 토출곡관(16)으로 이루어지고, 안내케이싱(12)에 위치한 임펠러(21)와 외부의 모터 등 구동원(도시 생략) 사이에 구동축(23)이 연결된다. 구동축(23)을 기준으로 임펠러(21) 측을 전방이라 칭하고, 구동원 측을 후방(또는 외단)이라고 칭한다. 미설명 부호 27은 구동축(23)의 연장이나 연결을 위한 커플링이다.

본 발명에 따르면 상기 몸체(10) 상에서 구동축(23)이 통과되는 부분에 밀봉부(25)가 밀봉공간을 지니도록 설치된다. 구동축(23)은 몸체(10)의 밀봉부(25)를 통과하여 몸체(10) 내부의 임펠러(21)에 연결된다. 이에 따라, 임펠러(21)의 회전으로 유체가 이송(토출)되는 과정에서 일부 밀봉부(25) 측으로 유동되지만 후술하는 본 발명의 구성에 의하여 외부로 누출되지 않는 기밀력을 유지한다.

이때, 상기 밀봉부(25)는 구동축(23)과 접촉되지 않는 전방하우징(31)과 후방하우징(32)으로 밀봉공간을 형성한다. 몸체(10)에 전방하우징(31)을 고정한 후 전방하우징(31)에 후방하우징(32)을 고정하면, 전방하우징(31)과 후방하우징(32) 사이에 후술하는 리턴임펠러(41)를 수용하는 밀봉공간이 형성된다. 전방하우징(31)과 후방하우징(32)은 구동축(23)과 접촉하지 않아 일부 유체의 유동이 허용되도록 하므로 높은 가공정밀도를 요하지 않는다.

또, 본 발명에 따르면 상기 밀봉부(25)의 밀봉공간과 몸체(10)의 유로를 연통하도록 리턴라인(35)이 설치된다. 리턴라인(35)의 상류단은 유니온(33)을 개재하여 전방하우징(31)에 배관 연결되고, 하류단은 몸체(10)의 유로, 예를 들어 토출곡관(16)에 배관 연결된다. 리턴라인(35)은 밀봉부(25)에 도달된 유체를 몸체(10)의 유로로 리턴시켜 외부로 누출되지 않도록 하는 관로이다.

이때, 상기 리턴라인(35)은 리턴 유량을 조절하기 위한 밸브(37)를 구비하는 것이 좋다. 밸브(37)는 유로의 개도율을 변경할 수 있는 것이라면 수동식이든 솔레노이드 구동식이든 무방하다. 몸체(10)의 유로로 유동되는 유체의 종류(점도 등)에 따라 밸브(37)로 리턴라인(35)의 개방 정도를 조절하다.

또, 본 발명에 따르면 상기 밀봉부(25)의 밀봉공간에 리턴임펠러(41)가 회전 가능하게 수용되면서 구동축(23)에 연동하도록 고정된다. 리턴임펠러(41)는 원판에 다수의 날개편(45)을 방사상으로 배치한 구조로 하여 밀봉부(25)의 밀봉공간에 컴팩트하게 수용한다. 리턴임펠러(41)의 중앙에 형성된 통공(43)은 구동축(23)과 결합되는 부분이다. 날개편(45)의 외단부에는 경사단(47)을 형성할 수도 있으며, 경사단(47)이 밀봉공간의 후방을 향하도록 리턴임펠러(41)를 수용한다. 이에 따라, 리턴임펠러(41)는 구동축(23)과 함께 회전하며 밀봉공간에 도달된 유체를 리턴라인(35)으로 송출하여 1차적인 밀봉을 수행한다.

이때, 본 발명에 의하면 리턴임펠러(41)에 의한 토출압력이 몸체(10)를 유동하는 유체의 토출압력과 같거나 다소 크게 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 밀봉부(25)의 외단을 기밀하도록 기밀수단이 설치된다. 기밀수단은 후방하우징(32)에 설치되어 밀봉부(25)의 밀봉공간에 도달된 유체의 외부 누출을 차단한다. 이에 따라, 리턴임펠러(41)가 1차적인 밀봉을 수행하고 기밀수단이 2차적인 밀봉을 수행한다.

이때, 상기 기밀수단은 밀봉부(25)의 후방에 구동축(23)을 관통하여 설치되는 디스크(50)와, 디스크(50)의 외면과 밀착되어 기밀을 유지하도록 구동축(23)에 고정되는 스토퍼(55)를 구비한다. 디스크(50)는 중앙의 통공(53)과 외곽의 체결공(52)을 구비한다. 통공(53)은 구동축(23)을 접촉하지 않는 상태로 통과시키기 위한 부분이고, 체결공(52)은 후방하우징(32)과 디스크커버(51) 사이에 볼트로 체결하기 위한 부분이다. 스토퍼(55)는 중앙의 축방향 통공(58)과 외주면에서 중앙을 향하는 체결공(56)을 구비한다. 통공(58)은 구동축(23)에 결합되는 부분이고, 체결공(56)은 볼트를 체결하기 위한 부분이다. 통공(58)의 내주면에는 구동축(23)과의 기밀력을 유지하도록 오링을 삽입하기 위한 오링홈(57)을 형성한다. 이에 따라, 구동축(23)의 회전에 의하여 스토퍼(55)가 디스크(50)에 접촉된 상태로 회전하면서 유체의 누출을 차단하는 밀봉기능을 수행한다.

한편, 상기 디스크(50)는 그라스 테프론 또는 동등 이상의 물성을 지닌 소재를 사용하고, 스토퍼(55)는 스테인레스강(STS) 또는 동등 이상의 물성을 지닌 소재를 사용하는 것이 좋다. 그라스 테프론은 그라스 파이버(Glass Fiber)를 충진한 유기재료로서 기계적 강도와 함께 내마모성, 내열성, 내약품성을 지닌다. 본 발명의 기밀수단인 디스크(50)와 스토퍼(55)가 마찰접촉 상태로 밀봉력을 유지하기 때문에 특히 상기한 물성의 우수성이 요구된다.

도 6은 본 발명의 변형예에 따른 구성도로서 몸체(10)와 임펠러(21)의 구조가 다른 원심펌프에도 리턴라인(35), 리턴임펠러(41), 디스크(50), 스토퍼(55) 등을 동일하게 적용할 수 있는 것을 나타낸다. 물론 대용량/고압펌프에 적용함이 유리하지만 저용량/저압펌프에도 적용할 수 있다.

작동에 있어서, 임펠러(21)의 구동으로 유체가 몸체(10)를 유동하는 동안 일부의 유체가 구동축(23)을 따라 밀봉부(25)의 밀봉공간에 도달하지만, 밀봉공간의 리턴임펠러(41)가 회전 상태로 유체를 리턴라인(35)으로 보내고, 설사 밀봉공간을 통과하여 후방하우징(32)의 내부공간에 이르러도 디스크(50)와 스토퍼(55)에 의하여 다시 누출이 차단된다. 후방하우징(32)의 내부공간은 디스크(50)와 스토퍼(55)의 기밀에 의하여 유체압력이 작용하지 않고 유체가 존재하지 않게 된다. 펌프 관리자는 주기적으로 디스크(50)의 마모 상태를 확인하여 스토퍼(55)의 결합 위치를 변경하거나 디스크(50)를 교체한다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 몸체 16: 토출곡관
21: 임펠러 23: 구동축
25: 밀봉부 31, 32: 하우징
33: 유니온 35: 리턴라인
37: 밸브 41: 리턴임펠러
43, 53, 58: 통공 45: 날개편
50: 디스크 51: 디스크커버
55: 스토퍼

Claims (5)

1. 임펠러(21)의 구동을 위한 구동축(23)이 유로를 지닌 몸체(10)를 관통하여 설치되는 펌프에 있어서:
   상기 몸체(10) 상에서 구동축(23)이 통과되는 부분에 밀봉공간을 지니는 밀봉부(25);
   상기 밀봉부(25)의 밀봉공간과 몸체(10)의 유로를 연통하도록 설치되는 리턴라인(35);
   상기 밀봉부(25)의 밀봉공간에 회전 가능하게 수용되고, 구동축(23)에 연동하도록 고정되는 리턴임펠러(41); 및
   상기 밀봉부(25)의 외단을 기밀하도록 설치되는 기밀수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 회귀유동을 이용한 펌프 실링구조.
2. 제1항에 있어서,
   상기 밀봉부(25)는 구동축(23)과 접촉되지 않는 전방하우징(31)과 후방하우징(32)으로 밀봉공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 회귀유동을 이용한 펌프 실링구조.
3. 제1항에 있어서,
   상기 리턴라인(35)은 리턴 유량을 조절하기 위한 밸브(37)를 구비하는 것을 특징으로 하는 회귀유동을 이용한 펌프 실링구조.
4. 제1항에 있어서,
   상기 기밀수단은 밀봉부(25)의 후방에 구동축(23)을 관통하여 설치되는 디스크(50)와, 디스크(50)의 외면과 밀착되어 기밀을 유지하도록 구동축(23)에 고정되는 스토퍼(55)를 구비하는 것을 특징으로 하는 회귀유동을 이용한 펌프 실링구조.
5. 제4항에 있어서,
   상기 디스크(50)는 그라스 테프론 또는 동등 이상의 물성을 지닌 소재를 사용하고, 스토퍼(55)는 스테인레스강(STS) 또는 동등 이상의 물성을 지닌 소재를 사용하는 것을 특징으로 하는 회귀유동을 이용한 펌프 실링구조.

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