KR101381403B1 - 샤프트를 통한 누설 유체 순환 방식의 원심 펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원심 펌프에 대한 것으로서 특히 누설되는 누설 유체를 샤프트를 통해 이송하도록 하여 유체의 흐름을 방해하지 않고 별도의 배관도 필요없어 펌프의 효율을 향상시키면서 펌프의 부피도 증가하지 않도록 하는 샤프트를 통한 누설 유체 이송 방식의 원심 펌프에 대한 것이다.

Description

샤프트를 통한 누설 유체 순환 방식의 원심 펌프 {CENTRIFUGAL PUMP OF LEAKAGE FLUID CIRCULATION THROUGH SHAFT}

본 발명은 원심 펌프에 대한 것으로서 특히 누설되는 누설 유체를 샤프트를 통해 이송하도록 하여 유체의 흐름을 방해하지 않고 별도의 배관도 필요없어 펌프의 효율을 향상시키면서 펌프의 부피도 증가하지 않도록 하는 샤프트를 통한 누설 유체 이송 방식의 원심 펌프에 대한 것이다.

일반적으로 원심 펌프는 임펠러의 회전에 의하여 유체에 운동에너지(동압)를 부가하고 이를 압력에너지(정압)로 변환시키는 기계를 말한다.

이러한 원심 펌프를 도 1을 참조하여 설명하면 샤프트(S)와, 임펠러(I) 그리고 볼류트(V) 및 간극씰(SE)을 포함한다.

이때 상기 샤프트(S)는 베어링에 지지되어 볼류트(V)에 회전 가능하게 설치된다.

상기 임펠러(I)는 샤프트(S)에 고정되어 샤프트(S)와 함께 회전하며, 임펠러(I)의 회전에 의하여 발생하는 원심력을 이용하여 유체를 흡입한다.

이때, 상기 임펠러(I)에서 가압된 유체의 대부분은 볼류트(V)를 통해 토출되며, 이러한 원심 펌프의 구조는 널리 알려진 관계로 자세한 도시와 설명은 생략한다.

한편, 상기 임펠러(I)의 경우 유체의 가압을 위해 회전하기 때문에 볼류트(V)와 임펠러(I)는 밀폐될 수 없어 가압된 유체의 일부는 누설된다.

상기 누설된 유체를 처리하기 종래에는 도 2에 도시된 바와 같이 임펠러(I) 일측에 상기 임펠러(I)의 전단과 후단을 연결하는 밸런싱 홀(VH)을 형성한다.

이때 상기 밸런싱 홀(IH)에 의해 상기 임펠러(I) 후단에서 누설되는 누설 유체가 상기 밸런싱 홀(IH)을 통해 임펠러(I) 전단측으로 이송된다.

한편 상기 임펠러(I) 전단이라고 하는 것은 유체가 압축되어 토출되는 측을 말하며 임펠러(I) 후단이라고 하는 것은 그 반대측을 말하는 것이며 이는 널리 사용되는 용어로서 자세한 설명은 생략한다.

그런데 이와 같은 종래 기술의 경우 구현이 간단하고 임펠러(I) 전방과 후방의 압력을 같게 만들기 때문에 펌프에 축추력이 발생하지 않는다는 장점이 있지만, 순환되는 누설 유체가 임펠러(I)로 유입되는 유체의 흐름을 방해하기 때문에 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

이를 해결하기 위해 도 3에 도시된 바와 같이 별도의 바이패스 배관(15)을 구비하는 기술이 제안된다.

즉, 임펠러(I) 후단 방향의 볼류트(V)를 관통하는 볼류트 홀(VH)과 상기 볼류트 홀(VH)에 연결되되 상기 임펠러(I) 전단측으로 순환시키는 바이패스 배관(15)을 설치하여 누설 유체를 순환시키며 이러한 경우 효율 저하의 문제점은 극복할 수 있다.

그런데 상술한 종래 기술의 경우 별도의 배관을 부착해야 하기 때문에 펌프의 부피가 증가하는 문제점이 있으며, 이러한 이유로 펌프의 케이싱이 복잡한 경우 설계에 어려움이 발생하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 누설 유체를 샤프트를 통해 순환되도록 하여 유체의 흐름을 방해하지 않고 별도의 배관도 필요없어 펌프의 효율을 향상시키면서 펌프의 부피도 증가하지 않도록 하는 원심 펌프를 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 원심 펌프의 임펠러(I)를 구동하는 샤프트(S)로서, 상기 샤프트(S)는 그 외측면에 형성되어 상기 임펠러(I) 후단에서 누설된 누설 유체가 유입되는 유입 포트(S1)와, 상기 샤프트(S) 내부에 형성되되 일측은 상기 유입 포트(S1)와 연통되고 타측은 상기 임펠러(I) 전단측으로 연통되는 유동 통로(S2)를 포함하여 상기 누설 유체를 순환하는 것을 포함하며, 상기 샤프트(S)를 지지하는 것으로서 볼류트(V) 내부에 설치되되 상기 샤프트(S)를 지지하는 베어링(B)을 더 포함하되, 상기 베어링(B)은 상기 샤프트(S)의 유동통로(S2) 입구측에 배치되는 제1베어링(B1)과, 상기 샤프트(S)의 유동통로(S2) 출구측에 배치되는 제2베어링(B2)를 더 포함하여, 상기 샤프트(S)의 유동통로(S2) 입구측이나 출구측으로 유동되는 누설유체가 상기 각 베어링을 경유할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 샤프트를 통한 누설 유체 순환 방식의 원심 펌프에 일 특징이 있다.

이때, 상기 유입 포트(S1)는 상기 유동 통로(S2)와 연통되되 상기 샤프트(S) 외측면에 원주 방향으로 일정 간격 이격되어 다수개 형성될 수 있다.

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또한, 상기 베어링(B)은 임펠러(I) 후단에서 누설된 누설 유체가 유동하는 경로에 배치하되 상기 샤프트(S)의 유입 포트(S1) 일측에 배치되는 제1베어링(B1)과 상기 제1베어링(B1)의 반대측에 설치되는 제2베어링(B2)을 포함하고, 상기 볼류트(V) 내부에 설치되어 상기 제2베어링(B2)을 지지하는 지지부(140)를 더 포함하여, 상기 유입 포트(S1)측으로 유동하는 누설 유체가 상기 제1베어링(B1)을 냉각하는 한편 상기 샤프트(S)에서 토출되는 누설 유체는 상기 제2베어링(B2)을 냉각한 후 임펠러(I) 전단측으로 유입되는 것도 가능하다.

또한, 상기 지지부(140) 일측에 설치되되 상기 샤프트(S)의 유동 통로(S2)를 통해 토출되는 누설 유체가 상기 제2베어링(B2)측으로 유동하도록 하는 가이드(150)를 포함하되, 상기 가이드(150)는 상기 유동 통로(S2)의 토출측에 배치되되 특정 곡률을 갖도록 형성하여 상기 누설 유체가 충돌된 후 상기 제2베어링(B2) 및 임펠러(I)측으로 유동하도록 하는 것도 가능하다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명에 의해 유체의 흐름을 방해하지 않고 별도의 배관도 필요없어 펌프의 효율을 향상시키면서 펌프의 부피도 증가하지 않도록 하는 효과가 있다.

도 1은 원심 펌프의 개념을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2 및 도 3은 종래의 누설 유체 순환 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 원심 펌프를 설명하는 개념도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 다른 실시예를 설명하는 개념도이다.

본 발명의 여러 실시 예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다.

본 발명은 다른 실시 예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다.

또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)" 등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 도 4 내지 도6을 통해 본 발명을 상세히 설명하며, 상기 도 4 내지 도 6은 본 발명을 명확하게 나타내기 위해 널리 알려진 임펠러나 볼류트와 같은 구성등은 간략화하였음을 밝혀둔다.

본 발명은 상술한 바와 같이 샤프트를 통해 누설 유체를 이송하는 것으로서, 이를 위한 본 발명의 샤프트(S)는 도 4에 도시된 바와 같이 외측면에 형성되어 상기 임펠러(I) 후단에서 누설된 누설 유체가 유입되는 유입 포트(S1)와, 상기 샤프트(S) 내부에 형성되되 일측은 상기 유입 포트(S1)와 연통되고 타측은 상기 임펠러(I) 전단측으로 연통되는 유동 통로(S2)를 포함한다.

즉, 본 발명은 누설된 유체를 샤프트(S)를 통해 전단으로 순환시켜 종래와 달리 유체의 흐름을 방해하지 않고 별도의 배관도 필요없어 펌프의 효율을 향상시키면서 펌프의 부피도 증가하지 않도록 할 수 있다.

종래에는 상술된 바와 같이 임펠러(I)에 밸런싱 홀(IH)을 형성하였으며 이러한 경우 유체의 흐름을 방해하는 문제점이 있었으며(도 2 참조), 이러한 문제점을 해결하기 위해 별도의 바이패스 관(15)을 사용하여 유체의 흐름을 방해하지 않게 하였으나 이러한 경우 부피가 증가하는 문제점이 있었다(도 3참조)

본 발명은 이러한 문제점을 해결한 것으로서 상술한 바와 같이 샤프트(S)를 통해 누설 유체를 임펠러(I) 전단측으로 순환시켜 유체의 흐름을 방해하지 않으며, 별도의 장치를 추가할 필요가 없어 부피가 증가하지도 않는다.

이러한 본 발명에 의해 상술한 바와 같이 유체의 흐름을 방해하지 않고 별도의 배관도 필요없어 펌프의 효율을 향상시키면서 펌프의 부피도 증가하지 않도록 하는 효과가 있다.

한편, 상기 유입 포트(S1)는 상기 유동 통로(S2)와 연통되되 상기 샤프트(S) 외측면에 원주 방향으로 일정 간격 이격되어 다수개 형성될 수 있다.

특히 도 5에 도시된 바와 같이 상기 유동 통로(S2)는 샤프트(S)의 중앙부에 길이방향으로 형성하는 한편 상기 유입 포트(S1)는 샤프트(S)의 외측면에 형성하여 상기 유동 통로(S2)와 연통되도록 할 수 있다.

이때, 도시된 바와 같이 상기 유입 포트(S1)는 직선 형상으로 상기 샤프트(S)의 외측면에 90도 간격으로 4개(S1a,S1b,S1c,S1d)를 형성할 수 있으며, 본 발명은 이에 한하지 않음은 당연하다.

한편, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 샤프트(S)를 지지하는 것으로서 볼류트(V) 내부에 설치되되 상기 샤프트(S)의 양측단에 설치되는 베어링(B)을 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 샤프트(S)의 유입 포트(S1)측으로 유동하거나 또는 상기 샤프트(S)로부터 토출되는 누설 유체는 상기 베어링(B)을 경유하도록 하여 상기 베어링(B)을 냉각하는 것도 가능하다.

즉, 상기 베어링(B)은 상기 샤프트(S)를 회전 지지하는 것이므로 상기 샤프트(S)의 회전에 의해 열이 발생한다.

이때, 상기 누설되는 유체를 상기 베어링(B)을 경유시키는 구성에 의해 상기 베어링(B)을 냉각할 수 있어 펌프의 효율을 향상시킬 수 있다.

특히, 상기 베어링(B)은 상기 샤프트(S)의 유입 포트(S1) 일측에 배치되는 제1베어링(B1)과 상기 제1베어링(B1)의 반대측에 설치되는 제2베어링(B2)을 포함할 수 있다.

이때, 상기 제1베어링(B1)은 임펠러(I) 후단에서 누설된 누설 유체가 유동하는 경로에 배치하여, 상기 누설 유체가 상기 제1베어링(B1)을 경유하면서 냉각한 후 상기 유입 포트(S1)로 유입되도록 할 수 있다.

또한, 상기 볼류트(V) 내부에 설치되어 상기 제2베어링(B2)을 지지하는 지지부(140)를 더 포함하여 상기 샤프트(S)에서 토출되는 누설 유체는 상기 제2베어링(B2)을 냉각한 후 임펠러(I) 전단측으로 유입되도록 하는 것도 가능하다.

한편, 상기 지지부(140) 일측에 설치되되 상기 샤프트(S)에서 토출되는 누설 유체가 상기 제2베어링(B2)측으로 유동하도록 하는 가이드(150)를 더 포함하는 것도 가능하다.

이때, 상기 가이드(150)는 상기 유동 통로(S2)의 토출측에 배치되되 특정 곡률을 갖도록 형성하여 상기 누설 유체가 충돌된 후 상기 제2베어링(B2) 및 임펠러(I)측으로 유동하도록 하는 것도 가능하다.

즉, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 가이드(150)는 지지부(140)에 설치되되 임펠러 전단 방향으로 특정 곡률을 갖도록 형성될 수 있다.

이러한 상기 가이드(150)에 의해 샤프트(S)의 유동 경로(S2)를 통해 토출된 누설 유체가 상기 가이드(150)에 충돌한 후 베어링(B2)을 거쳐 임펠러(I)로 투입될 수 있다.

V : 볼류트 S : 샤프트
B : 베어링 140 : 지지부
150 : 가이드

Claims (5)

1. 원심 펌프의 임펠러(I)를 구동하는 샤프트(S)로서,
   상기 샤프트(S)는 그 외측면에 형성되어 상기 임펠러(I) 후단에서 누설된 누설 유체가 유입되는 유입 포트(S1)와,
   상기 샤프트(S) 내부에 형성되되 일측은 상기 유입 포트(S1)와 연통되고 타측은 상기 임펠러(I) 전단측으로 연통되는 유동 통로(S2)를 포함하여 상기 누설 유체를 순환하는 것을 포함하며,
   상기 샤프트(S)를 지지하는 것으로서 볼류트(V) 내부에 설치되되 상기 샤프트(S)를 지지하는 베어링(B)을 더 포함하되,
   상기 베어링(B)은 상기 샤프트(S)의 유동통로(S2) 입구측에 배치되는 제1베어링(B1)과, 상기 샤프트(S)의 유동통로(S2) 출구측에 배치되는 제2베어링(B2)를 더 포함하여,
   상기 샤프트(S)의 유동통로(S2) 입구측이나 출구측으로 유동되는 누설유체가 상기 각 베어링을 경유할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 샤프트를 통한 누설 유체 순환 방식의 원심 펌프.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 유입 포트(S1)는 상기 유동 통로(S2)와 연통되되 상기 샤프트(S) 외측면에 원주 방향으로 일정 간격 이격되어 다수개 형성된 것을 특징으로 하는 샤프트를 통한 누설 유체 순환 방식의 원심 펌프.
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 베어링(B)은 임펠러(I) 후단에서 누설된 누설 유체가 유동하는 경로에 배치하되 상기 샤프트(S)의 유입 포트(S1) 일측에 배치되는 제1베어링(B1)과 상기 제1베어링(B1)의 반대측에 설치되는 제2베어링(B2)을 포함하고,
   상기 볼류트(V) 내부에 설치되어 상기 제2베어링(B2)을 지지하는 지지부(140)를 더 포함하여,
   상기 유입 포트(S1)측으로 유동하는 누설 유체가 상기 제1베어링(B1)을 냉각하는 한편 상기 샤프트(S)에서 토출되는 누설 유체는 상기 제2베어링(B2)을 냉각한 후 임펠러(I) 전단측으로 유입되는 것을 특징으로 하는 샤프트를 통한 누설 유체 순환 방식의 원심 펌프.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 지지부(140) 일측에 설치되되 상기 샤프트(S)의 유동 통로(S2)를 통해 토출되는 누설 유체가 상기 제2베어링(B2)측으로 유동하도록 하는 가이드(150)를 포함하되,
   상기 가이드(150)는 상기 유동 통로(S2)의 토출측에 배치되되 특정 곡률을 갖도록 형성하여 상기 누설 유체가 충돌된 후 상기 제2베어링(B2) 및 임펠러(I)측으로 유동하도록 하는 것을 특징으로 하는 샤프트를 통한 누설 유체 순환 방식의 원심 펌프.

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