KR101388462B1

KR101388462B1 - 사류 펌프

Info

Publication number: KR101388462B1
Application number: KR1020140021483A
Authority: KR
Inventors: 이응수
Original assignee: (주)대진정공
Priority date: 2014-02-24
Filing date: 2014-02-24
Publication date: 2014-04-24

Abstract

본 발명은 사류 펌프에 관한 것으로, 그 목적은 흡입 케이스를 통해 유입되는 유체의 일부를 임펠러의 상류측 중앙으로 유도하고, 임펠러의 상류측 중앙부에 수압부를 형성하여 수압부에서 발생되는 압력으로 임펠러의 상류측 압력을 보상하여 줌으로써, 임펠러에 작용하는 축추력을 저감시키고 캐비테이션의 발생을 감소시킬 수 있도록 한 압축 사류 펌프를 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명은 회전축과, 상기 회전축에 장착된 허브 및 이 허브의 외주에 설치된 다수개의 날개로 이루어진 임펠러와, 상기 임펠러를 감싸 임펠러로 유체를 유도하는 유로를 형성하는 흡입 케이스와, 상기 회전축을 감싼 채로 흡입 케이스로부터 토출관으로 연결되도록 연장되게 형성되어 임펠러로부터 토출되는 유체가 유동하는 유로를 형성하되, 유로내에 다수개의 안내 날개가 고정 설치된 것으로 이루어진 토출 케이스를 포함하는 사류 펌프에 있어서, 상기 임펠러의 상류측 중앙부에 위치한 허브의 하단부에는 상방향으로 오목하게 함몰된 구조로 형성된 수압부; 및 상기 흡입 케이스의 내부에 고정된 구조로 설치되며, 흡입 케이스를 통하여 유입되는 유체의 일부를 상기 수압부로 집중시키도록 수압부의 수직 하부에 형성된 나팔형 유도부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 사류 펌프를 제공한다.

Description

사류 펌프{Mixed flow pump}

본 발명은 사류 펌프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 임펠러의 회전에 의하여 유입되는 유체의 압력을 이용하여 임펠러의 상류측 압력을 보상하여 주도록 함으로써, 임펠러의 상류측과 하류측에 형성되는 압력차에 의해 임펠러에 작용하는 축추력을 저감시키고, 임펠러의 상류측과 하류측의 압력차를 줄여 캐비테이션의 발생을 억제할 수 있도록 한 사류 펌프에 관한 것이다.

일반적으로 사류 펌프(mixed flow pump)라 함은 원심 펌프와 축류 펌프의 중간형태로 임펠러의 회전에 의하여 축방향으로 흘러 들어간 유체가 축과 경사진 방향으로 임펠러로부터 이탈되도록 한 펌프이며, 이러한 사류 펌프는 축류 펌프와 원심 펌프의 장점을 구비함에 따라 다른 펌프에 비하여 작은 용적으로 동일한 수량을 양수할 수 있는 이점을 갖고 있다.

도 1은 종래 일반적인 사류 펌프의 구조를 보인 단면도를 도시하고 있다.

사류 펌프는 펌프 케이스(10) 내에 회전 가능하게 배치된 회전축(20)과, 상기 회전축(20)의 끝단에 설치되어 회전축과 함께 회전하는 임펠러(30)와, 상기 펌프 케이스(10)의 내부에 설치되어 임펠러(30)의 회전에 의해 유로를 따라 유동하는 유체를 안내하는 안내 날개(40)를 주요 구성요소로 하여 구성된다.

이러한 사류 펌프는 임펠러의 회전시, 펌프 케이스에 형성된 유입구를 통하여 유체가 유입되고, 이처럼 유입되는 유체는 임펠러의 회전에 의해 가압된 후, 임펠러의 하류측에 위치한 안내 날개에 의해 안내되어 펌프 케이스에 형성된 토출구로 토출된다.

이와 같은 사류 펌프의 작동과정에서 임펠러를 기준으로 하여 상류측(유입구측)에는 하류측(토출구측)에는 서로 다른 압력조건이 형성되며, 통상 임펠러의 하류측 압력이 상류측 압력에 비하여 크다.

이러한 압력차에 의하여 임펠러의 상류측과 하류측에 작용하는 힘의 균형이 무너지면서, 결과적으로 임펠러가 상류측으로 밀려나게 되는 이른바 축추력(Axial thrust)이 발생하게 되며, 상기 축추력은 회전축의 회전을 지지하는 베어링에 가해지는 부하를 증가시켜 베어링의 수명을 감소시키고, 임펠러의 회전 효율을 저하시키는 문제점이 있다.

또한, 임펠러의 상류측에 낮은 압력이 형성됨에 따라 임펠러의 상류측에 캐비테이션이 발생하게 된다.

도 2에는 축추력의 발생을 억제하기 위한 구조를 갖는 사류 펌프의 구조를 보인 단면도를 도시하고 있다.

상기와 같은 축추력 발생에 따른 문제점을 개선하기 위해, 종래에는 임펠러(30)를 구성하는 허브(31)에 임펠러의 상류측과 하류측을 서로 연결하여 유체의 소통이 가능하게 하는 관통공(31a)을 형성하였다. 이러한 구조에 따르면, 임펠러의 하류측에 형성되는 고압의 유체가 관통공(31a)을 통하여 임펠러의 상류측으로 흐르도록 하여 임펠러의 상류측과 하류측의 압력차를 감소시킴으로써 임펠러에 작용하는 축추력을 저감시키게 된다.

그러나 상기와 같이 임펠러에 관통공을 형성하는 경우, 관통공의 크기에 비례하여 임펠러 전후의 압력차를 보다 효과적으로 감소시킬 수 있는 있지만, 관통공의 크기가 커지면 상류측으로 유동하는 유량이 증대됨에 따라 펌프 효율이 저하되는 문제점이 있다.

일본 특허공보 특허제5023560호 (2012.06.29. 등록) 공개특허공보 제10-2013-0122833호 (2013.11.11. 공개)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 흡입 케이스를 통해 유입되는 유체의 일부를 임펠러의 상류측 중앙으로 유도하고, 임펠러의 상류측 중앙부에 수압부를 형성하여 수압부에서 발생되는 압력으로 임펠러의 상류측 압력을 보상하여 줌으로써, 임펠러에 작용하는 축추력을 저감시키고 캐비테이션의 발생을 감소시킬 수 있도록 한 압축 사류 펌프를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 회전축과, 상기 회전축에 장착된 허브 및 이 허브의 외주에 설치된 다수개의 날개로 이루어진 임펠러와, 상기 임펠러를 감싸 임펠러로 유체를 유도하는 유로를 형성하는 흡입 케이스와, 상기 회전축을 감싼 채로 흡입 케이스로부터 토출관으로 연결되도록 연장되게 형성되어 임펠러로부터 토출되는 유체가 유동하는 유로를 형성하되, 유로내에 다수개의 안내 날개가 고정 설치된 것으로 이루어진 토출 케이스를 포함하는 사류 펌프에 있어서, 상기 임펠러의 상류측 중앙부에 위치한 허브의 하단부에는 상방향으로 오목하게 함몰된 구조로 형성된 수압부; 및 상기 흡입 케이스의 내부에 고정된 구조로 설치되며, 흡입 케이스를 통하여 유입되는 유체의 일부를 상기 수압부로 집중시키도록 수압부의 수직 하부에 형성된 나팔형 유도부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 사류 펌프를 제공한다.

한편, 상기 나팔형 유도부와 흡입 케이스의 사이에는 흡입 케이스로 유입되는 유체의 와류를 방지하도록 나팔형 유도부의 외면으로부터 흡입 케이스의 내면으로 연장되는 구조를 갖는 다수개의 와류방지 날개가 더 형성될 수 있다.

한편, 상기 나팔형 유도부의 상단부에는 수압부에 충돌한 유체의 흐름을 허브의 바깥쪽 방향으로 유도하는 안내깃이 더 형성될 수 있다.

한편, 상기 나팔형 유도부의 상단부에는 나팔형 유도부의 외면으로부터 돌출되어 흡입 케이스와 나팔형 유도부의 사이에 형성되는 유로의 단면적을 부분적으로 감소시키는 융기부가 더 형성될 수 있다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 의하면, 나팔형 유동부의 내부를 통해 유동하는 유체가 임펠러의 상류측 중앙부에 형성된 수압부에 충돌하면서 임펠러의 상류측 압력을 증가시킴으로써, 임펠러의 상류측과 하류측의 압력차를 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 임펠러에 작용하는 축추력을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 임펠러의 상류측과 하류측의 압력차가 감소됨에 따라 임펠러의 상류측에서 캐비테이션 현상이 발생하는 것을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1 은 종래 일반적인 사류 펌프의 구조를 보인 단면도,
도 2 는 축추력의 발생을 억제하기 위한 구조를 갖는 사류 펌프의 구조를 보인 단면도,
도 3 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 사류 펌프의 구조를 보인 단면도,
도 4 는 본 발명에 따른 나팔형 유도부 및 흡입 케이스의 구조를 보인 사시도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 사류 펌프의 구조를 보인 단면도, 도 4 는 본 발명에 따른 나팔형 유도부 및 흡입 케이스의 구조를 보인 사시도를 도시하고 있다.

본 발명에 따른 사류 펌프는 임펠러(120)를 향하여 유동하는 유체의 일부를 임펠러(120)의 상류측 중앙부로 집중시키고, 임펠러(120)의 상류측 중앙부에 수압부(123)를 형성하여 유체의 압력으로 임펠러(120)의 상류측 압력을 보상해 주도록 함으로써, 임펠러(120)의 하류측 유량 손실 없이 임펠러(120)의 상류측과 하류측 압력차에 의해 발생되는 축추력을 감소시킬 수 있도록 한 특징을 갖고 있다.

이러한 특징을 갖는 본 발명에 따른 사류 펌프는 회전축(110)과 임펠러(120) 및 펌프 케이스(130)를 포함하는 것으로 구성된다.

상기 회전축(110)은 수직하게 세워진 구조를 갖도록 배치되며, 상단부는 미도시된 모터와 같은 구동원과 연결되어 회전 가능한 구조를 갖고, 더불어 베어링 등에 의해 회전을 지지받는 구조를 갖는다. 이러한 회전축(110) 및 제반 구조는 이미 널리 사용되고 있는 사류 펌프에 적용되는 구조와 동일하게 구성될 수 있는 바, 보다 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

상기 임펠러(120)는 회전축(110)의 하단부에 고정된 구조로 설치되어 회전축(110)과 함께 회전하면서 유체를 펌핑하는 것으로, 회전축(110)에 고정되며 상광하협(上廣下狹)의 원추형 구조로 이루어진 허브(121)와, 상기 허브(121)를 중심으로 방사형의 구조로서 바깥쪽 방향으로 연장되게 형성된 다수개의 날개(122)로 구성된다.

이러한 기본적인 임펠러(120)의 구조는 종래에 일반적으로 사용되고 있는 임펠러(120)와 동일하지만, 본 발명에 따른 임펠러(120)는 상기 허브(121)의 하단부에 수압부(123)가 더 형성된 점에 있어서 종래의 임펠러(120)와 차이가 있다.

상기 수압부(123)는 임펠러(120)의 상류측 중앙부에 작용하는 수압을 증가시켜 임펠러(120)의 상류측 압력을 보상할 수 있도록 허브(121)의 하단부에 형성된 것으로, 임펠러(120)를 향하여 유동하는 유체를 이용하여 보다 효과적으로 보상 압력을 형성할 수 있도록 상방향으로 오목하게 함몰된 구조로 형성된다.

상기 펌프 케이스(130)는 흡입 케이스(131)와 토출 케이스(132)로 구성되며, 흡입 케이스(131)와 토출 케이스(132)가 상호 조립되어 하나의 펌프 케이스(130)를 형성하게 된다.

한편, 상기 흡입 케이스(131)는 대략 임펠러(120)의 하부에 위치하도록 배치되며, 임펠러(120)의 하단부를 감싸면서 임펠러(120)로 유체를 유도하는 유로를 형성하게 된다.

상기 토출 케이스(132)는 흡입 케이스(131)로부터 토출관(133)으로 연장되는 구조로 설치되어 임펠러(120)로부터 토출되는 유체가 유동하는 유로를 형성하는 것이다. 이러한 토출 케이스(132)는 외측벽(132a)은 흡입 케이스(131)로부터 토출관(133)으로부터 연장되는 구조로 형성되고, 토출 케이스(132)의 내측벽(132b)은 회전축(110)을 감싼 채 임펠러(120)의 허브(121)에 근접한 위치로부터 회전축(110)을 따라 상방향으로 연장되는 구조로 형성되며, 이러한 외측벽(132a)과 내측벽(132b)의 사이에 유체의 유동을 위한 유로가 형성되고, 상기 유로에는 외측벽(132a)과 내측벽(132b)을 연결하는 다수개의 안내 날개(134)가 형성되어 임펠러(120)로부터 토출되는 회전류를 상방향으로 안내하게 된다.

한편, 흡입 케이스(131)에는 임펠러(120)의 회전에 의해 유입되는 유체의 일부를 수압부(123)로 유동시키기 위한 나팔형 유도부(140)가 구비된다.

상기 나팔형 유도부(140)는 하단부가 확장된 나팔형의 구조로서, 상단부로 갈수록 점차적으로 내부 유로의 단면적이 감소하도록 형성되되, 최상단부 유로의 단면적은 수압부(123)가 형성된 영역으로부터 벗어나지 않도록 수압부(123)의 면적에 비하여 작은 면적으로 형성된다.

이러한 나팔형 유도부(140)의 상단부는 수압부(123)로부터 이격되게 형성되어 수압부(123)에 충돌한 유체가 다시 임펠러(120)를 향하여 유동할 수 있게 하는 배출구(140a)를 형성하되, 상기 나팔형 유도부(140)의 상단부에는 수압부(123)에 충돌한 유체가 상기 배출구(140a)를 통하여 임펠러(120)를 향해 유동할 수 있도록 유체의 흐름을 안내하는 안내깃(141)이 더 형성된다.

이때 상기 안내깃(141)은 나팔형 유도부(140)의 상단부 둘레를 따라 연장되어 링형의 구조를 갖도록 구성되며, 수압부(123)의 하부에서 수압부(123)와 마주하면서 유체의 흐름을 임펠러(120) 측으로 유도하게 된다.

한편, 상기 나팔형 유도부(140)에는 배출구(140a)측의 압력을 낮추어 수압부(123)에 충돌한 유체가 보다 원활하게 배출구(140a)를 통하여 배출될 수 있도록 유도하는 융기부(142)가 더 구비된다.

상기 융기부(142)는 나팔형 유도부(140)의 상단부에서 나팔형 유도부(140)의 외면으로부터 돌출되는 단면형상을 갖도록 형성되며, 나팔형 유도부(140)의 원주를 따라 연장되는 링구조로 형성된다. 이러한 융기부(142)에 의하여 흡입 케이스(131)와 나팔형 유도부(140)의 상단부 사이에 형성되는 유로의 단면적이 축소되면서 해당 부분의 통과는 유속이 증가하게 되며, 이로 인하여 나팔형 유도부(140)와 수압부(123)의 사이에 형성된 배출구(140a) 주변의 압력이 상대적으로 낮아짐에 따라서 배출구(140a)를 통한 유체의 배출을 보다 원활하게 유도할 수 있게 된다.

이와 같은 융기부(142)는 유로의 단면적이 급격하게 변화하는 것을 방지할 수 있도록 하단부로부터 상단부로 갈수록 점차적으로 유로의 내측방향, 다시 말해 나팔형 유도부(140)의 외면으로부터 더 점차적으로 더 돌출되는 구조로 형성된다.

상기와 같이 구성되는 나팔형 유도부(140)를 흡입 케이스(131)에 고정하면서 흡입 케이스(131)로 유입되는 유체가 와류를 형성하는 것을 방지하기 위한 다수개의 와류방지 날개(143)가 흡입 케이스(131)와 나팔형 유도부(140)의 사이에 더 형성된다.

한편, 상기 와류방지 날개(143)는 나팔형 유도부(140)의 외면으로부터 흡입 케이스(131)의 내면으로 연장되는 구조로 형성되며, 이때 와류방지 날개(143)의 양측단이 나팔형 유도부(140) 및 흡입 케이스(131)와 일체형의 구조를 갖도록 구성되거나, 또는 와류방지 날개(143)의 일측단은 나팔형 유도부(140)에 일체형의 구조로 형성되고, 흡입 케이스(131)의 내면에 대응하는 타측단은 흡입 케이스(131)와 볼트를 매개로 조립되는 구조로 구성될 수도 있다.

이와 같은 구조의 와류방지 날개(143)는 임펠러(120)의 회전에 의해 흡입 케이스(131)의 내부로 유입되는 유체가 와류를 형성하지 않고 바로 임펠러(120)를 향하여 바로 유동하도록 함으로써 와류의 발생으로 인하여 유체의 흡입 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 사류 펌프가 갖는 작용효과에 대해 설명한다.

본 발명에 따른 사류 펌프는 이미 널리 사용되고 있는 사류 펌프와 마찬가지로 회전축(110)의 회전에 의하여 임펠러(120)가 회전하고, 상기 임펠러(120)의 회전에 의해 흡입 케이스(131)의 내부로 유입되는 유체가 임펠러(120)의 회전에 의해 가압되면서 토출 케이스(132) 및 토출관(133)을 통하여 토출된다.

위와 같은 유체의 펌핑과정에서 흡입 케이스(131)로 유입되는 유체 중, 흡입 케이스(131)의 수직 하부에서 흡입 케이스(131)의 중앙부로 유입되는 유체는 흡입 케이스(131)의 중앙부에 마련된 나팔형 유도부(140)에 의하여 임펠러(120)의 상류측 중앙부로 유동함으로써, 임펠러(120)의 허브(121)에 형성된 수압부(123)에 충돌하게 된다.

이처럼 수압부(123)에 유체가 충돌하면서 발생되는 압력은 임펠러(120)의 상류측 압력을 보완하여 임펠러(120)의 상류측 압력과 하류측 압력의 차이를 감소시키게 되며, 따라서 종래 압력불균형에 의해 임펠러에 가해지던 축추력을 감소시킬 수 있게 된다.

한편, 수압부(123)에 충돌한 유체는 나팔형 유도부(140)의 상단부에 형성된 안내깃(141)에 의해 임펠러(120) 방향으로 유동하게 되며, 나팔형 유도부(140)에 형성된 융기부(142)로 인하여 배출구(140a)측의 압력이 주변 압력 보다 상대적으로 낮아짐에 따라 수압부(123)에 충돌한 유체의 흐름을 임펠러(120) 방향으로 보다 원활하게 유도할 수 있게 된다.

이처럼 본 발명에 따른 사류 펌프는 종래 임펠러(120)의 상류측과 하류측을 다수개의 관통공으로 연결함에 따른 하류측의 유량 손실 없이도 수압부(123)를 이용하여 임펠러(120)의 상류측 압력을 보상하여 줌으로써, 임펠러(120)에 작용하는 축추력을 감소시킬 수 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110: 회전축 120: 임펠러
121: 허브 122: 날개
123: 수압부 131: 흡입 케이스
132: 토출 케이스 133: 토출관
134: 안내 날개 140: 나팔형 유도부
141: 안내깃 142: 융기부
143: 와류방지 날개

Claims

회전축(110)과, 상기 회전축(110)에 장착된 허브(121) 및 이 허브(121)의 외주에 설치된 다수개의 날개(122)로 이루어진 임펠러(120)와, 상기 임펠러(120)를 감싸 임펠러(120)로 유체를 유도하는 유로를 형성하는 흡입 케이스(131)와, 상기 회전축(110)을 감싼 채로 흡입 케이스(131)로부터 토출관(133)으로 연결되도록 연장되게 형성되어 임펠러(120)로부터 토출되는 유체가 유동하는 유로를 형성하되, 유로내에 다수개의 안내 날개(134)가 고정 설치된 것으로 이루어진 토출 케이스(132)를 포함하는 사류 펌프에 있어서,
상기 임펠러(120)의 상류측 중앙부에 위치한 허브(121)의 하단부에는 상방향으로 오목하게 함몰된 구조로 형성된 수압부(123); 및
상기 흡입 케이스(131)의 내부에 고정된 구조로 설치되며, 흡입 케이스(131)를 통하여 유입되는 유체의 일부를 상기 수압부(123)로 집중시키도록 수압부(123)의 수직 하부에 형성된 나팔형 유도부(140);를 포함하는 것을 특징으로 하는 사류 펌프.
청구항 1에 있어서,
상기 나팔형 유도부(140)와 흡입 케이스(131)의 사이에는 흡입 케이스(131)로 유입되는 유체의 와류를 방지하도록 나팔형 유도부(140)의 외면으로부터 흡입 케이스(131)의 내면으로 연장되는 구조를 갖는 다수개의 와류방지 날개(143)가 형성된 것을 특징으로 하는 사류 펌프.
청구항 1에 있어서,
상기 나팔형 유도부(140)의 상단부에는 수압부(123)에 충돌한 유체의 흐름을 허브(121)의 바깥쪽 방향으로 유도하는 안내깃(141)이 더 형성된 것을 특징으로 하는 사류 펌프.
청구항 1에 있어서,
상기 나팔형 유도부(140)의 상단부에는 나팔형 유도부(140)의 외면으로부터 돌출되어 흡입 케이스(131)와 나팔형 유도부(140)의 사이에 형성되는 유로의 단면적을 부분적으로 감소시키는 융기부(142)가 더 형성된 것을 특징으로 하는 사류 펌프.