KR101145417B1 - 다단 고압 펌프 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다단 고압 펌프에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 임펠러의 회전축과 케이싱 사이의 마찰열을 냉각시키기 위한 냉각구조를 갖는 다단 고압 펌프에 관한 것이다.
본 발명에 따른 다단 고압 펌프는 유체가 유입되는 유입구와, 상기 유체가 토출되는 토출구가 각각 형성되어 있으며, 소정의 내부공간을 갖는 펌프바디와, 상기 펌프바디의 내부를 가로질러 연장되고 회전 가능하게 설치되는 회전샤프트와, 상기 회전샤프트의 길이방향을 따라 소정간격 이격되도록 설치되는 다수의 임펠러를 포함하는 회전체유닛과, 상기 회전샤프트의 일단을 회전 가능하게 지지하는 지지하우징과, 상기 지지하우징의 외측을 감싸도록 설치되고 상기 회전샤프트와 연결되어 상기 회전샤프트와 함께 회전하는 회전케이스와, 상기 회전케이스를 회전구동시키는 구동모터를 포함하며, 상기 지지하우징에는 상기 회전샤프트와 지지하우징 사이에서 발생하는 마찰열을 냉각하기 이한 냉각수를 공급하는 냉각수 공급통로가 형성되어 있다.
본 발명에 따른 다단 고압 펌프는 회전샤프트와 지지하우징 사이에서 발생하는 마찰열을 효과적으로 냉각할 수 있어 사용수명이 증가하고 파손 위험이 낮아지는 이점이 있다.

Description

다단 고압 펌프 {Multi-stage pump}
본 발명은 다단 고압 펌프에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 임펠러의 회전축과 케이싱 사이의 마찰열을 냉각시키기 위한 냉각구조를 갖는 다단 고압 펌프에 관한 것이다.
기체 또는 액체인 유체를 파이프라인을 통하여 다른 곳으로 이동을 시키거나 유체가 흐르는 속도를 빠르게 하기 위하여 유체에 일정한 압력을 가할 수 있는 압축장치를 사용한다. 이러한 유체의 압축장치는 취급하는 유체가 액체인 경우 펌프라고 하고, 취급하는 유체가 기체인 경우 압축정도에 따라 컴프레셔, 블로워, 펜 등으로 불린다. 펌프 중에는 진공펌프와 같이 일정 공간에서 공기를 뽑아내는 용도로 사용되는 것도 있다.
상기와 같은 각종 유체의 압축장치중에서 압축하는 정도가 낮은 것으로는 흡입되는 유체에 운동에너지를 가하는 베인이 다수개가 구비된 로터(Rator)를 이용하여 압축을 하는 터보펌프(Turbo-pump)가 사용되고, 압축하는 정도가 큰 것은 유체에 체적의 변화를 유발하는 기구를 사용하는 체적식 펌프(Volumetric Pump)가 사용된다. 체적식 펌프에는 압축하는 방식에 따라 피스톤을 사용하여 압축하는 피스톤 펌프, 스크루를 사용하는 스크루 펌프, 기어를 사용하는 기어펌프, 두개의 땅콩 형상의 단면을 갖는 회전체를 회전시켜 압축을 하는 루트펌프 등이 있다.
통상적으로 펌프는 그 형식에 따라 압력이 상승하는 정도인 압축비(액체의 경우 "양정")와 압축이 되는 유체의 량인 유량이 정해지는데, 유량이 크면 압축비가 낮고, 압축비가 크면 유량이 작다. 통상적으로 아주 높은 압축비를 요하는 펌프의 경우, 대표적인 체적변화식 펌프인 피스톤식 펌프를 사용하는데, 이와 같은 피스톤식 펌프는 상대적으로 부피가 크고 가격이 고가인 문제점이 있다.
상기와 같은 통상적인 펌프를 이용하여 유량을 크게 하려면 다수대의 펌프를 병렬로 연결하여 사용하고, 압축비를 높게 하려면 다수대의 펌프를 직렬로 연결하여 사용하여야 하는게, 비용이 많이 소요될 뿐만 아니라 설치공간을 많이 차지하여 문제가 된다.
따라서 최근에는 다단펌프를 통해 압축된 유체를 공급하는 펌프방식이 많이 사용되고 있는데, 통상적인 다단펌프는 샤프트에 일정간격으로 복수의 임펠러를 설치하고, 상기 샤프트를 회전시켜 유체를 압축 및 펌핑하도록 한다.
그런데 상기 샤프트가 고속으로 회전하는 과정에서 샤프트를 지지하는 지지하우징과 샤프트의 접촉부 사이에서 마찰열이 발생하고, 상기 마찰열에 의해 샤프트 또는 지지하우징이 파손되는 문제가 발생하였다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 임펠러가 설치되는 회전샤프트에 냉각수를 공급함으로써 회전샤프트와, 회전샤프트를 지지하는 지지하우징 사이에서 마찰열로 인해 열손상이 발생하는 것을 방지하는 다단 고압 펌프를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다단 고압 펌프는 유체가 유입되는 유입구와, 상기 유체가 토출되는 토출구가 각각 형성되어 있으며, 소정의 내부공간을 갖는 펌프바디와, 상기 펌프바디의 내부를 가로질러 연장되고 회전 가능하게 설치되는 회전샤프트와, 상기 회전샤프트의 길이방향을 따라 소정간격 이격되도록 설치되는 다수의 임펠러를 포함하는 회전체유닛과, 상기 회전샤프트의 일단을 회전 가능하게 지지하는 지지하우징과, 상기 지지하우징의 외측을 감싸도록 설치되고 상기 회전샤프트와 연결되어 상기 회전샤프트와 함께 회전하는 회전케이스와, 상기 회전케이스를 회전구동시키는 구동모터를 포함하며, 상기 지지하우징에는 상기 회전샤프트와 지지하우징 사이에서 발생하는 마찰열을 냉각하기 이한 냉각수를 공급하는 냉각수 공급홀이 형성되어 있다.
상기 지지하우징은 상기 회전샤프트가 관통하는 중공이 형성되어 있고, 외주면이 베어링을 통해 상기 회전케이스의 내주면과 연결되며, 상기 중공과 외주면 사이에 물공급통로가 형성되어 있는 제1 바디와, 상기 제1 바디의 후방에 결합되어 있으며, 상기 펌프바디의 전단과 연결되고 냉각수의 공급을 위해 상기 물공급통로와 연통되는 냉각수주입구가 마련되어 있는 바디결합부재와, 상기 제1 바디의 전방에 결합되는 제2 바디를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제2 바디의 내주면과 상기 회전샤프트의 외주면 사이에는 상기 물공급통로를 통해 공급되는 냉각수가 상기 제2 바디의 중공을 통해 누수되는 것을 방지하기 위한 실링부재들이 설치되며, 상기 제1 바디 및 상기 바디결합부재의 중공은 상기 회전샤프트의 외주면보다 내경이 상대적으로 크게 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 다단 고압 펌프는 회전샤프트와 지지하우징 사이에서 발생하는 마찰열을 효과적으로 냉각할 수 있어 사용수명이 증가하고 파손 위험이 낮아지는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 다단 고압 펌프의 일 실시예를 도시한 사시도,
도 2는 도 1의 회전샤프트를 지지하는 지지하우징과 동력전달부를 도시한 사시도,
도 3은 도 2의 분리사시도,
도 4는 도 2의 내부 상태를 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 다단 고압 펌프를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 4에는 각각 본 발명에 따른 다단 고압 펌프(100)의 바람직한 일 실시예가 사시도와 분리사시도 및 단면도로 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 다단 고압 펌프(100)는 펌프바디(120)와, 상기 펌프바디(120)의 내부에 회전 가능하게 설치되는 회전체유닛(130)과, 상기 회전체유닛(130)의 일단을 회전 가능하게 지지하는 지지하우징(140)과, 상기 지지하우징(140)을 감싸며 회전체유닛(130)과 연결되는 회전케이스(150)와, 회전케이스(150)를 회전시키는 구동모터(170)를 포함한다.
상기 펌프바디(120)는 베이스 프레임(110)의 상부에 설치되어 있는데, 원통형이며 수평방향을 따라 연장되도록 설치되어 있다. 펌프바디(120)의 내부에는 회전체유닛(130)이 설치될 수 있는 설치공간이 마련되어 있으며, 펌핑대상 유체 즉, 본 실시예의 경우 물이 유입되는 유입구(121)와, 펌핑 및 압축된 물이 토출되는 토출구(122)가 각각 마련되어 있다.
펌프바디(120)의 전단은 후술하는 지지하우징(140)의 바디결합부재(147)와 연결되어 있고, 후단부는 상기 토출구(122)가 형성되어 있는 후방결합판(123)과 연결되어 있다. 그리고 상기 바디결합부재(147)와 후방결합판(123)이 각각 서포트부재(111)에 지지되어 상기 펌프바디(120)는 베이스 프레임(110)의 상면으로부터 소정거리 상방으로 이격된 상태로 지지된다.
상기 회전체유닛(130)은 회전샤프트(131)와, 회전샤프트(131)에 설치되는 다수의 임펠러(132)를 포함한다.
회전샤프트(131)는 일단이 후술하는 지지하우징(140)에 회전가능하게 지지되어 있으며 펌프바디(120)의 내부에 길이방향을 따라 연장되도록 설치되어 있다. 그리고 상기 다수의 임펠러(132)가 회전샤프트(131)에 길이방향을 따라 소정간격 이격되도록 설치되어 있어서 회전샤프트(131)의 회전시 다수의 임펠러(132)들이 회전하면서 물을 압축 펌핑하게 된다.
본 실시예의 회전체유닛(130)은 일반적인 다단펌프 구조에 적용되는 샤프트 및 임펠러(132) 구조와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
상기 지지하우징(140)은 회전샤프트(131)의 전방 일측을 감싸도록 전후방향으로 순차적으로 결합되는 제2 바디(145), 제1 바디(141) 및 바디결합부재(147)를 포함한다.
바디결합부재(147)는 상술한 것처럼 펌프바디(120)의 전방에 설치되고 서포트부재(111)에 지지되어 있다. 바디결합부재(147)에는 외주면으로부터 내측으로 인입된 냉각수주입구(148)가 마련되어 있는데, 이 냉각수주입구(148)는 외부에서 공급되는 냉각수 공급라인과 연결되도록 형성되어 있으며, 후술하는 냉각수공급통로(142)와도 연통된다.
상기 제1 바디(141)는 바디결합부재(147)의 전단으로부터 전방으로 소정거리 연장되도록 형성되어 있으며, 내부에는 전후방향을 따라 상기 회전샤프트(131)가 관통할 수 있도록 중공이 형성되어 있다.
상기 제1 바디(141)는 전체적으로 원통형으로 형성되어 있으며, 전단부는 전단으로부터 후방으로 소정거리 연장될수록 내경이 점점 좁아지도록 형성되어 있다.
상기 제1 바디(141)의 외주면에는 제1 내지 제3 오링(143a~143c)이 설치될 수 있도록 설치홈이 형성되어 있는데 제1 오링(143a)은 제1 바디(141)를 후술하는 제2 바디(145)와 연결하기 위한 플랜지가 전방으로 이탈하는 것을 방지하기 위한 것이고, 제2 오링(143b)과 제3 오링(143c)은 제1 바디(141)와 회전케이스(150) 사이에 설치되는 베어링(144)들을 지지하기 위한 것이다.
상기 제2 바디(145)는 제1 바디(141)의 전방에서 제1 바디(141)와 플랜지 결합된다. 그리고 제2 바디(145)의 내부에는 제2 바디(145)의 내주면과 회전샤프트(131) 사이에 설치되어 공급된 냉각수가 제2 바디(145)의 중공을 통해 외부로 누수되는 것을 차단하기 위한 실링부재(146)들이 설치된다.
상기 회전케이스(150)는 상기 지지하우징(140)을 감싸는 형태로 설치되는데, 지지하우징(140)의 제1 바디(141)와 상기 베어링(144)을 통해 연결되는 회전풀리(151)와, 상기 회전풀리(151)의 전방과 후방에 각각 결합되는 전방결합체(154)와 후방결합체(159)를 포함한다.
상기 전방결합체(154)는 전단부가 상기 제2 바디(145)의 전방에 위치하여 결합볼트(113)를 통해 회전샤프트(131)와 결합된다.
전방결합체(154)에는 상기 회전샤프트(131)의 단부가 나사결합되는 나사결합부(155)가 마련되어 있으며, 상기 나사결합부(155)에 삽입된 회전샤프트(131)의 전방으로 결합볼트(113)가 삽입되어 결합이 이루어질 수 있도록 볼트홀(156)이 전후면을 관통하도록 형성되어 있다. 전방결합체(154)는 회전샤프트(131)의 전단과 결합되어 있어서 회전샤프트(131)와 회전케이스(150)가 일체로 회전이 이루어지게 되며, 전방결합체(154)의 후단에는 상기 회전풀리(151)와 결합을 위해 플랜지가 형성되어 있다. 아울러 상기 전방결합체(154)의 플랜지 후방에는 회전풀리(151)의 전단 내경에 대응하는 외경의 지지턱(157)이 후방으로 돌출 형성되어 있다.
상기 회전풀리(151)는 상술한 것처럼 전방결합체(154)의 후단에 결합되는데, 외경이 전방결합체(154)의 플랜지에 대응하고, 플랜지를 관통하는 결합볼트(113)를 통해 전방결합체(154)와 연결이 이루어진다. 상기 전방결합체(154)의 플랜지와 회전풀리(151)의 전면에는 원주방향을 따라 소정간격 이격된 다수의 체결홀(158)들이 형성되어 있어서 상기 체결홀(158)들을 관통하도록 상기 결합볼트(113)가 관통하여 결합이 이루어지게 된다.
회전풀리(151)의 외주면에는 구동모터(170)의 구동력을 전달받을 수 있도록 벨트(161)가 걸리게 되는데, 상기 벨트(161)는 다수의 V형 요철이 형성되어 있는 요철벨트(161)이며, 이 요철벨트(161)에 대응하도록 요철홈(152)이 회전풀리(151)의 외주면에 형성되어 있다. 아울러 회전풀리(151)의 전방 내주면에는 하방으로 돌출된 지지돌기(153)가 마련되어 있으며, 이 지지돌기(153)와 제2 오링(143b)이 전방측 베어링(144)이 제1 바디(141)의 외주면을 따라 슬라이딩 하지 않도록 위치를 한정하게 된다.
상기 후방결합체(159)는 회전풀리(151)의 후방에 결합되는데, 전방결합체(154)와 마찬가지로 원주방향을 따라 이격 설치되는 다수의 결합볼트(113)들을 통해 결합이 이루어지도록 플랜지가 마련되어 있다. 그리고 상기 회전풀리(151)의 내부로 소정거리 삽입되는 삽입부(160)가 형성되어 있는데, 이 삽입부(160)가 제3 오링(143c)과 함께 제1 바디(141)의 후방측에 설치되는 베어링(144)을 지지한다.
상술한 것처럼 회전케이스(150)는 지지하우징(140)에 대하여 베어링(144)을 통해 지지되어 있어 지지하우징(140)에 대하여 독립적으로 회전이 가능하며, 회전샤프트(131)와 결합되어 있어 회전케이스(150)를 통해 구동모터(170)의 구동력이 회전샤프트(131)에 전달되는 것이 가능하다.
상기 구동모터(170)는 베이스 프레임(110)에 지지되어 있는 서포트 프레임(112)에 설치되어 있으며, 구동모터(170)의 구동축에 상기 회전풀리(151)와 요철벨트(161)를 통해 연결되는 구동풀리(171)가 마련되어 있다.
본 실시예의 다단 고압 펌프(100)는 상기 지지하우징(140)에 냉각수공급통로(142)가 마련되어 있어서 지지하우징(140)과 회전샤프트(131) 사이에서 발생하는 마찰열을 냉각시키는 것이 가능하다.
즉, 상기 제1 바디(141)에 형성되어 있는 냉각수공급통로(142)는 중공과 외주면 사이에서 중공과 나란하게 연장되고 중공을 중심으로 원주방향을 따라 이격되도록 다수개가 형성되어 있는데, 상기 냉각수공급통로(142)를 통해 냉각수가 지지하우징(140)의 내부로 유입된 후 제1 바디(141)와 회전샤프트(131) 사이의 이격공간을 통해 펌프바디(120)로 이동하게 된다. 이 과정에서 냉각수가 회전샤프트(131) 또는 지지하우징(140)과 열교환하면서 냉각이 이루어진다.
특히 상기 제2 바디(145)에는 실링부재(146)가 설치되어 있어서 냉각수는 펌프바디(120)를 통해 유체와 함께 토출될 뿐 지지하우징(140)의 전방으로 누수되지 않으며, 제1 바디(141)의 전단부가 경사져 있어서 냉각수가 토출되는 위치에서 유입공간이 크게 형성되기 때문에 냉각수의 공급이 원활하게 이루어질 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 사람이라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록 청구 범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100; 다단 고압 펌프
110; 베이스 프레임
111; 서포트부재 112; 서포트프레임
120; 펌프바디
121; 유입구 122; 토출구
123; 후방결합판
130; 회전체유닛
131; 회전샤프트 132; 임펠러
140; 지지하우징
141; 제1 바디
142; 냉각수공급통로 143a~143c; 제1 내지 제3 오링
144; 베어링
145; 제2 바디
146; 실링부재
147; 바디결합부재
148; 냉각수주입구
150; 회전케이스
151; 회전풀리
152; 요철홈 153; 지지돌기
154; 전방결합체
155; 나사결합부 156; 볼트홀
157; 지지턱 158; 체결홀
159; 후방결합체
170; 구동모터
171; 구동풀리

Claims (3)

  1. 유체가 유입되는 유입구와, 상기 유체가 토출되는 토출구가 각각 형성되어 있으며, 소정의 내부공간을 갖는 펌프바디와;
    상기 펌프바디의 내부를 가로질러 연장되고 회전 가능하게 설치되는 회전샤프트와, 상기 회전샤프트의 길이방향을 따라 소정간격 이격되도록 설치되는 다수의 임펠러를 포함하는 회전체유닛과;
    상기 회전샤프트의 일단을 회전 가능하게 지지하는 지지하우징과;
    상기 지지하우징의 외측을 감싸도록 설치되고 상기 회전샤프트와 연결되어 상기 회전샤프트와 함께 회전하는 회전케이스와;
    상기 회전케이스를 회전구동시키는 구동모터;를 포함하며,
    상기 지지하우징에는 상기 회전샤프트와 지지하우징 사이에서 발생하는 마찰열을 냉각하기 이한 냉각수를 공급하는 냉각수 공급홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 다단 고압 펌프.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 지지하우징은 상기 회전샤프트가 관통하는 중공이 형성되어 있고, 외주면이 베어링을 통해 상기 회전케이스의 내주면과 연결되며, 상기 중공과 외주면 사이에 물공급통로가 형성되어 있는 제1 바디와,
    상기 제1 바디의 후방에 결합되어 있으며, 상기 펌프바디의 전단과 연결되고 냉각수의 공급을 위해 상기 물공급통로와 연통되는 냉각수주입구가 마련되어 있는 바디결합부재와,
    상기 제1 바디의 전방에 결합되는 제2 바디를 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 고압 펌프.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제2 바디의 내주면과 상기 회전샤프트의 외주면 사이에는 상기 물공급통로를 통해 공급되는 냉각수가 상기 제2 바디의 중공을 통해 누수되는 것을 방지하기 위한 실링부재들이 설치되며,
    상기 제1 바디의 중공은 상기 회전샤프트의 외주면보다 내경이 상대적으로 크게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 다단 고압 펌프.
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