KR101414226B1

KR101414226B1 - 원심 펌프

Info

Publication number: KR101414226B1
Application number: KR1020130086254A
Authority: KR
Inventors: 홍덕희
Original assignee: 협성철광 주식회사
Priority date: 2013-07-22
Filing date: 2013-07-22
Publication date: 2014-07-01

Abstract

본 발명은 별도의 씰링부재 없이 윤활 및 누수 방지가 가능한 원심펌프를 제공한다. 본 발명의 케이싱에는 흡입부(112)와 토출부(114)가 구비되고 있으며, 샤프트(200)에 장착된 임펠러(220)가 유체를 이송시키게 된다. 그리고 샤프트가 통과하는 케이싱의 내측 부분에는 지지링(250)이 설치되어 있고, 그 부분의 샤프트 외측에는 슬리브(240)가 설치되어 있다. 그리고 본 발명의 나선형 홈은, 상기 슬리브의 외측면 또는 지지링의 내측면에 형성된다. 이러한 나선형 홈(242,253)에 의하여, 슬리브(240)와 지지링(250) 사이에는 물에 의하여 윤활 및 누수방지 기능을 가질 수 있게 된다.

Description

원심 펌프{Centrifugal pump}

본 발명은 원심펌프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회전 샤프트와 하우징 사이에 별도의 씰링부재를 설치하지 않으면서도 충분한 씰링 및 윤활이 가능하도록 구성되는 원심 펌프에 관한 것이다.

일반적으로 원심 펌프는 회전하는 샤프트의 원심력에 기초하여 유체를 이송시키기 위한 것이라고 할 수 있으며, 다량의 유체 이송을 목적으로 산업 분야 전반에 걸쳐 널리 사용되고 있다고 할 수 있다. 먼저 일반적인 원심 펌프의 구성을 도 1을 참조하면서 살펴보기로 한다.

도시된 바와 같이, 원심 펌프의 케이싱(10)은 상부 케이싱(12)과 하부케이싱(14)으로 구성된다. 그리고 상기 케이싱(10)의 내부에는 이송시키고자 하는 유체가 유입되는 흡입부(16)가 양측에 마련되어 있고, 상기 흡입부(16)에서 흡입되어 고압으로 토출되는 토출부(18)가 중심부분에 마련되어 있다. 일반적으로 상기 흡입부(16)는 축방향을 따라 양측 또는 일측에 형성되고, 상기 토출부(18)는 반경방향으로 형성된다.

그리고 상기 흡입부(16)에서 토출부(18)로 유체를 이송시키기 위한 임펠러(30)가 샤프트(20)에 설치되어 있다. 상기 임펠퍼(30)는 외부의 구동원에 의하여 회전하는 샤프트(20)에 설치되어 회전에 의하여 발생하는 원심력으로 유체를 반경 방향으로 이송시키게 된다. 상기 임펠러(30)는 흡입부(16)와 연통하도록 설치되어 유체를 받아들이는 입구부(32)와, 상기 토출부(18)와 연통하도록 반경 방향으로 형성되어 입구부에서의 유체를 고압으로 원심력을 이용하여 토출하는 출구부(34)를 구비하고 있다.

상기 임펠러(30)를 회전시키는 샤프트(20)는 케이싱(10)의 중심에 설치되어 있고, 외부의 구동원과 연결되어 회전한다. 상기 샤프트(20)의 양단부는 베어링(42,44)에 의하여 그 회전이 지지되고 있으며, 일측의 베어링(42)은 볼베어링, 그리고 타측의 베어링(44)은 롤러베어링을 사용하고 있다. 상기 베어링(42,44)은, 베어링커버(48)에 의하여 밀폐되는 베어링하우징(46) 내부에 설치되어 있고, 상기 베어링하우징(46)은 케이싱(10)의 일측에 연결되어 지지된다.

이와 같은 구성을 가지는 원심펌프는, 상기 샤프트(20)의 회전에 따라서 임펠러(30)가 회전하게 되고, 임펠러(30)의 회전에 의하여 발생하는 원심력에 기초하여, 흡입실(16)로 안내된 유체가 샤프트(20)의 반경 방향에 있는 토출실(18)을 통하여 토출되는 것에 의하여 유체를 이송하게 된다. 이와 같은 원심펌프는, 특히 대량의 유체를 이송하고자 하는 부분에 널리 사용되고 있다.

여기서 회전하는 샤프트(20)와 고정된 케이싱(10) 사이에는 내부의 물이 외부로 누수되지 않도록 하는 씰링수단을 필요로 하게 된다. 이러한 씰링수단으로 많이 이용되는 것은 그랜드패킹과 메카니컬씰을 들 수 있다. 메카니컬씰은 성능적으로는 우수하나 고가의 것이어서, 일반적으로 그랜드패킹이 많이 이용되고 있고, 도 2에는 이러한 그랜드패킹을 이용하여, 샤프트(20)와 케이싱(10) 사이의 씰링을 위한 종래의 구조가 예시되어 있다.

도 2를 같이 참조하면 알 수 있는 바와 같이, 샤프트(20)의 외측에는 슬리브(22)가 설치되어 있다. 상기 슬리브(22)는 회전하는 샤프트의 마모를 방지하기 위한 것으로, 샤프트의 마모에 의한 교환 보다 경제적이기 때문에 설치되어 샤프트(20)와 같이 회전하게 된다. 그리고 상기 슬리브(22)와 케이싱(10:12,14) 사이에는 다수 개의 그랜드패킹(52)가 설치되어 있다. 상기 그랜드패킹(52)은, 볼트(B)에 의하여 케이싱(10)에 고정되는 엔드캡(56)에 의하여 외부로 이탈하는 것이 방지된다.

이와 같이 상기 샤프트(20)의 슬리브(22)와 케이싱(10) 사이에는 다수 개의 그랜드패킹(52)이 설치되어 있어서, 그 사이를 통한 누수를 최대한 방지할 수 있도록 구성되고 있다고 할 수 있다. 그리고 다수 개의 그랜드패킹(52) 사이에는 패킹링(54)이 설치되고, 상기 패킹링(54)에 형성된 통수공을 통하여 외부에서의 물이 공급되어 윤활작용을 하도록 구성되어 있다. 즉, 외부에서의 물이 공급관(62) 및 케이싱에 형성된 공급공(64)을 통하여, 상기 슬리브(52)의 외측에 공급되도록 함으로써, 회전체와 고정체 사이의 윤활 및 누수를 방지하도록 하고 있음을 알 수 있다.

그러나 상기와 같은 종래의 구조에 의하면 다음과 같은 단점이 지적되고 있다. 먼저 상기 그랜드패킹(52)은 슬리브(52)의 장기간 사용에 의하여 마모될 수밖에 없다. 그랜드패킹(52)이 마모에 의하여 손상되면 실질적으로 원심펌프의 내부 진공도가 상실되어 펌핑효율이 저하되는 것은 당연한 것이어서, 원심펌프 자체의 기능에 치명적인 문제가 될 수 있다.

그리고 장기간 사용에 의하여 패킹(52)이 마모되면 펌프 내부의 유체가 외부로 누설될 수밖에 없어서 사용 주변 환경을 오염시키게 되는 결과를 초래할 수 있다. 또한 마모된 패킹(52)을 교환 또는 수리해야 등, 관리 및 정비 등에 비용이 소요됨은 물론이고, 작업 손실도 초래할 수 있는 단점도 제기되고 있다. 상기 패킹(52)을 교환하는 경우에도, 엔드캡을 볼트로 조여야 하는데, 실제 작업 환경에 있어서는 보다 완전한 씰링을 위해서는 엔드캡의 조임 정도가 정확하게 제어되어야 한다. 그러나 볼트를 이용한 엔드캡의 조임시 이를 정확하게 제어할 수 있는 별도의 장치 또는 기구가 없기 때문에 작업자의 숙련도 또는 감각에 의존하고 있는데, 이는 정확한 씰링 및 윤활을 위해서는 바람직하지 못할 뿐만 아니라 교환 후에도 상술한 바와 같은 문제가 제기될 우려도 배제할 수 없는 단점도 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 감안한 것으로, 종래와 같은 패킹부재를 사용하지 않고서도, 샤프트와 케이싱 사이의 씰링 및 윤활이 충분히 달성될 수 있는 원심펌프를 제공하는 것을 주된 목적으로 한다.

본 발명에서 이와 같이 별도의 씰링부재를 사용하지 않는다는 것은, 구조의 간소화에 따른 부품 수의 감소 및 이로 인한 조립성의 향상을 의미하는 것이라고도 할 수 있다. 그리고 씰링 부재를 사용하지 않음으로써, 장기간 사용에도 그것의 마모에 의한 문제점이 발생하지 않기 때문에 유지 및 보수 정비 등이 현저하게 편리하게 된다는 것을 의미하는 것이라고 할 수 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 원심펌프는, 유체가 흡입되는 흡입부와 유체가 토출되는 토출부를 구비하는 케이싱과; 상기 케이싱에 설치되어 외력에 의하여 회전하는 샤프트; 상기 케이싱 내부에서 샤프트에 설치되어, 회전에 의하여 흡입부에서의 유체를 토출부로 이송시키는 임펠러; 상기 케이싱과 근접한 부분의 샤프트 외측에 설치되는 슬리브; 상기 슬리브에 대응하는 부분의 케이싱에 설치되는 지지링; 상기 슬리브의 외주면 또는 지지링의 내주면에 형성되는 나선형 홈; 그리고 상기 슬리브와 지지링 사이 및 나선형홈으로 물을 공급하기 위한 물 공급수단을 포함하여 구성되고 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 나선형 홈은 동일한 피치를 가지고 형성되고 있다.

그리고 다른 실시예에 의하면, 상기 나선형 홈은 가변 피치를 가지도록 형성되고 있다. 즉, 상기 나선형 홈은, 내측부분에 형성되는 것이의 나선형 외측부분에 형성된 것에 비하여 피치가 좁게 형성되고 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 나선형 홈은 내측부분과 외측부분의 깊이가 다르게 형성된다. 즉, 상기 나선형 홈은 외측부분의 깊이가 내측부분에 비하여 깊게 형성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 나선형 홈의 중간부분에는, 물을 저장할 수 있고 나선형 홈과 연통하는 저류홈이 형성되어 있다.

그리고 상기 물공급수단에 대한 실시예에 의하면, 물이 공급되는 공급관과, 상기 물공급관에서 공급되는 물이 저장되고, 상기 슬리브와 지지링 사이와 연통하는 저장홈부로 구성되고 있다.

이러한 실시예에서, 상기 저장홈부는, 상기 지지링의 내측단부에서 외측으로 연장되고 샤프트에 대하여 반경 방향으로 이격된 중간부분과, 상기 중간부분에서 내측으로 연장되어 샤프트와 접촉하는 외측단부 사이에서 형성된다.

그리고 다른 실시예에 의하면, 상기 공급관은 외부의 급수원, 케이싱의 흡입부, 또는 케이싱의 토출부와 연결될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의한 원심펌프는, 유체가 흡입되는 흡입부와 유체가 토출되는 토출부를 구비하는 케이싱과; 상기 케이싱에 설치되어 외력에 의하여 회전하는 샤프트; 상기 케이싱 내부에서 샤프트에 설치되어, 회전에 의하여 흡입부에서의 유체를 토출부로 이송시키는 임펠러; 상기 케이싱과 샤프트가 서로 근접한 부분에서, 상기 샤프트의 외측면 또는 케이싱의 내측면에 형성되는 나선형 홈; 그리고 상기 슬리브와 지지링 사이 및 나선형홈으로 물을 공급하기 위한 물 공급수단을 포함하여 구성되고 있다.

이상과 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면 샤프트와 케이싱 사이에 별도의 패킹 부재를 사용하지 않으면서도 그 사이에서 필요로 하는 패킹 및 윤활을 충분히 달성하고 있음을 알 수 있다. 따라서 원심펌프의 기본적인 동작 효율을 충분히 달성할 수 있음은 물론이고, 패킹 부재를 사용하지 않는 것에 기인하는 여러 가지 효과를 기대할 수 있을 것이다. 즉, 별도의 패킹 부재를 생략하는 것에 의하여, 부품수의 감소로 인한 생산 원가의 저감은 물론이고, 조립 공정에서도 이에 상응하여 공정수가 줄어들기 때문에, 생산성 향상을 기대할 수 있음은 당연하다고 할 수 있다.

그리고 장기간 사용에 의한 패킹부재의 마모에 의한 문제점도 미연에 방지할 수 있는 효과도 기대된다. 즉 본 발명에 의하면 샤프트와 케이싱 사이에는 마모가 발생하지 않기 때문에, 마모에 따른 부품의 교환이 필요하지 않게 된다. 따라서 원심 펌프 자체의 유지 및 보수 관리 등의 측면에서 현저하게 유리한 장점을 기대할 수 있을 것이다. 또한 부품의 교환 또는 수리 등과 관련하여, 원심펌프의 동작을 중지시켜야 하는 단점도 해소되어 원심펌프가 사용되는 현장에서도 작업의 효율성을 최대한 확보할 수 있는 장점을 기대할 수 있게 된다.

도 1은 종래의 원심펌프의 개략적 구성을 보인 단면 예시도.
도 2는 종래의 원심펌프의 요부 확대 단면도.
도 3은 본 발명에 의한 원심펌프의 구성을 보인 단면 예시도.
도 4는 본 발명의 요부 단면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 요부 단면도.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 요부 단면도.

다음에는 도면에 도시한 실시예에 기초하면서 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 살펴보기로 한다. 도 3에는 본 발명에 의한 원심펌프의 전체적 구성이 단면도로 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 원심펌프의 외관을 형성하는 케이싱(100)은 상부케이싱(110)과 하부케이싱(120)으로 구성된다.

그리고 상부케이싱(110)과 하부케이싱(120)이 결합된 하나의 케이싱(100) 내부에는 이송시키고자 하는 유체가 유입되는 흡입부(112)가 양측 또는 일측에 마련되어 있고, 상기 흡입부(112)에서 흡입되어 고압으로 유체가 토출되는 토출부(114)가 중심부분에 마련되어 있다. 일반적으로 상기 흡입부(112)는 축방향을 따라 도시한 실시예에서와 같이 양측에 형성되거나, 일측에 형성되는 타입도 있다. 그리고 원심력에 기초하여 유체를 고압으로 토출하는 토출부(114)는 회전하는 샤프트(200)에 대하여 반경방향으로 형성된다.

그리고 상기 흡입부(112)에서 토출부(114)로 유체를 이송시키기 위한 임펠러(220)가 샤프트(200)에 설치되어 있다. 상기 임펠퍼(220)는 외부의 구동원에 의하여 회전하는 샤프트(200)에 설치되어, 회전에 의하여 발생하는 원심력으로 유체를 반경 방향으로 이송시킨다. 상기 임펠러(220)는, 흡입부(112)와 연통하도록 설치되어 유체를 받아들이는 입구부(222)와, 상기 토출부(114)와 연통하도록 반경 방향으로 형성되어 입구부에서의 유체를 고압으로 원심력을 이용하여 토출하는 출구부(224)를 구비하고 있다.

상기 임펠러(220)를 회전시키는 샤프트(200)는 케이싱(100)의 중간 부분에 설치되어 있고, 외부의 구동원과 연결되어 회전한다. 상기 샤프트(200)의 양단부는 베어링(232.234)에 의하여 그 회전이 지지된다. 여기서 일측의 베어링(232)은 볼베어링, 그리고 타측의 베어링(234)은 롤러베어링을 사용하는 실시예를 보이고 있다. 상기 베어링(232.234)은, 베어링커버(238)에 의하여 개폐되는 베어링하우징(236) 내부에 설치되어 있고, 상기 베어링하우징(236)은 케이싱(100:110,120)의 일측에 연결되어 지지된다.

상기 케이싱(100)에 근접한 샤프트(200)의 외주면에는 슬리브(240)가 설치되어 있다. 상기 슬리브(240)는 회전하는 샤프트가 직접 케이싱과 접촉하여 마모되는 것을 방지하기 위한 것임은 상술한 바와 같다. 다음에는 본 발명의 요부를 확대하여 도시한 도 4를 같이 참조하면서 살펴보기로 한다. 도 4는 본 발명에 의한 샤프트(200)의 도면상 우측단부를 도시하고 있으나, 후술하는 본 발명의 특징적인 구성은 실질적으로 샤프트(200)의 양측 단부에 모두 구현되는 것이다.

먼저 상기 샤프트(200)는 케이싱(100)를 관통하는 형태로 중간부분에 설치되어 있고, 이 부분에서 상기 샤프트의 슬리브(240)와 케이싱의 지지링(250)은 적접 접촉은 하지 않으나 소정의 간격을 가지는 근접한 상태이다. 본 명세서에서 근접한다는 것은, 이와 같이 실질적인 접촉은 없으나 아주 근소한 간격을 가지면서 서로 인접한 상태를 의미하는 것으로 사용한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 슬리브(240)과 근접하는 케이싱(100)의 내주연의 적어도 일부에는 지지링(250)이 설치되어 있다. 상기 지지링(250)은 샤프트(200)의 양단부 외측에서 내부를 향하여 일정 구간 삽입되는 링형상의 부재이고, 볼트(b)에 의하여 케이싱(100)에 고정된다. 상기 지지링(250)은, 확대도에서 확인할 수 있는 바와 같이, 슬리브(240)와 근접하는 내측면에 성형된 나선형 홈(253)을 구비하고 있다. 상기 나선형 홈(253)은 지지링(250)의 내측부분(252)에 형성되고, 이 부분은 실질적으로 회전하는 슬리브(240)와 근소한 간격을 두고 그 회전을 지지하는 부분이다.

도시한 실시예에서, 상기 지지링(250)은 그 외측면에서 공급되는 물이 머물 수 있는 저장홈부(255)을 구비하고 있다. 상기 저장홈부(255)는, 지지링(250)의 중간부분(254)이 방사상으로 외측으로 연장된 후, 그 외측단부(256)가 샤프트(200)에 접촉할 수 있도록 벤딩됨으로써 그 사이에서 형성되는 것이다. 그리고 상기 저장홈부(255)는 외부에서 공급관(270)을 통하여 공급되는 물이 일시적으로 저장되고 있는 부분이라고 할 수 있다.

먼저 상기 지지링(250)의 내측단부(252)에 대하여 살펴보기로 한다. 상기 내측단부(252)는 샤프트(200)와 같이 회전하는 슬리브(240)에 근접한 부분이다. 그리고 상기 내측단부(252)의 내측면에는 나선형 홈(253)이 성형되어 있다. 상기 나선형 홈(253)은 나선상으로 연속적으로 일정한 깊이를 가지면서 성형된 것이라고 할 수 있다.

그리고 본 발명에 의하면 상기 지지링(250)의 내경과 슬리브(240)의 외경 사이에는 일정한 간격이 형성되어 있다. 즉 상기 슬리브(240)의 외경은, 케이싱(100) 및 지지링(250)의 내경 보다 근소하게 작게 형성되어 있어서, 그 사이로 공급되는 물이 침투하여 수막을 형성할 수 있도록 치수가 조정되어 있다. 여기에 더하여, 본 발명에 의하면 상기 지지링(250)의 내주연에는 상술한 바와 같이 나선형 홈(253)이 형성되어 있다고 할 수 있다.

상기 지지링(250)의 외측에서 샤프트(200)의 전외주를 둘러싸도록 형성되어 있는 저장홈부(255)에는 공급관(270)을 통하여 외부에서 물이 공급되고 있다. 그리고 상기 저장홈부(255)에서의 물은, 상기 지지링(250)과 슬리브(240) 사이의 간격을 통하여 그 내부로 들어갈 수 있게 된다. 따라서 상기 저장홈부(255)으로 공급되는 물은, 슬리브(240)와 지지링(250) 사이를 통하여 공급되면서 상기 나선형 홈(253)의 내부까지 들어갈 수 있게 된다. 그리고 상기 샤프트(200)가 회전함에 따라서 공급되는 물은 점진적으로 내측으로 들어가게 되고, 궁극적으로는 샤프트(200)의 내부에서 흡입부(112)로 들어갈 수 있게 된다.

이와 같이 상기 슬리브(240)와 지지링(250) 사이로 공급되는 물은, 실질적으로 그 사이에서 수막을 형성하는 것에 의하여, 슬리브(240)와 지지링(250)이 직접 접촉하는 것을 방지하게 된다. 더욱이 상기 나선형 홈(253)의 내부에는 일정한 양의 물이 항상 공급되어 있는 상태이기 때문에, 나선형 홈(253)에 저류되고 있는 물은 언제라도 슬리브(240)와 지지링(250) 사이로 공급될 수 있을 것이고, 더욱이 저장홈부(255)에서 공급관(270)을 통하여 외부에서 물이 지속적으로 공급되고 있다는 점을 고려하면, 지지링(250)과 슬리브(240) 사이에는 항상 물이 충진된 상태를 유지하게 됨을 알 수 있다.

따라서 지지링(250)과 슬리브(240), 그리고 더 내측에서의 케이싱(100)과 슬리브(240) 사이에는 항상 물이 공급되고 있는 상태이고, 상기 나선형 홈(253)에 의하여 물이 그 사이로 항상 물이 보급될 수 있다고 할 수 있다. 이러한 상태에서 샤프트(200)는 동작시 고속으로 회전하기 때문에, 지지링(250)과 슬리브(240) 사이 그리고 슬리브(240)와 케이싱(100) 사이에는 항상 수막이 형성될 수밖에 없다. 그리고 이렇게 수막이 형성된다는 것은, 실질적으로 슬리브(240)와 지지링(250) 및 슬리브(240)와 케이싱(100)은 직접 접촉하지 않은 상태에서, 샤프트(200)가 고속으로 회전할 수 있다는 것을 의미하는 것이라고 할 수 있다.

본 발명에서 지지링(250)과 슬리브(240) 사이로 공급되는 물은 윤활작용 및 누수방지 기능, 그리고 외부의 에어가 내부로 침투하는 것을 방지할 수 있는 기능을 수행하게 된다고 할 수 있다. 즉, 고속으로 회전하는 슬리브(240)와 지지링(250) 사이에서 양자가 직접 접촉하지 않도록 함으로써, 고정체(지지링)와 회전체(슬리브)의 상대운동시 충분한 윤활작용을 수행할 수 있게 된다. 그리고 지지링(250)과 슬리브(240) 사이로 공급되는 물은, 그 사이의 틈새를 메우는 역할을 하면서 내측으로 흐르기 때문에 실질적으로 케이싱(100) 내부에서 물이 외부로 누수되는 것을 방지함과 동시에, 외부의 에어가 원심펌프 내부로 들어가는 것을 방지하는 기능을 수행한다고 할 수 있다.

그리고 상기 지지링(250)의 외측 부분에 형성되는 저장홈부(255)는 공급관(270)과 연결되어 있어서 외부에서 물을 공급받을 수 있도록 구성되어 있고, 이러한 저장홈부(255)에서의 물이 상술한 바와 같이 슬리브(240)와 지지링(250) 사이로 공급된다. 상기 슬리브(240)와 지지링(250) 사이로 물을 공급하기 위한 공급관(270)은 외부의 급수원과 연결되는 것도 가능하고, 본 발명에 의한 원심펌프의 흡입부(114)와 연결되어 물을 공급받는 것도 가능하다. 또는 압력의 저하를 감안하더라도 공급관(270)이 토출부(114)과 연결되어, 저장홈부(255)로 물을 공급할 수 있도록 구성하는 것도 가능하다.

상술한 실시예에서는 상기 지지링(250)이라는 하나의 부재를 이용하여, 내측에는 나선형 홈(253)을 형성함과 동시에 외측에는 저장홈부(255)를 형성하고 있음을 알 수 있다. 그러나 상술한 나선형 홈(253)과 저장홈부(255)는 별도의 부재를 이용하여 각각 형성하는 것도 가능하다. 예를 들면 케이싱(100)의 내부에 삽입되는 지지링(250)의 내면에 나선형 홈(253)을 형성하고, 상기 저장홈부(255)는 별도의 부재를 이용하여, 케이싱의 외측에서 샤프트(200)를 감싸도록 형성하는 것도 가능할 것이다.

그리고 상술한 나선형 홈(253)은 샤프트(200) 및 슬리브(240)의 회전시, 그 내부에 있는 물이 케이싱(100)의 내부로 안내되는 방향으로 형성되어야 한다. 그리고 상기 나선형 홈(253)은 실질적으로 샤프트를 중심으로 할 때, 좌우 양측에 있는 지지링(250)에 모두 형성되어 있는데, 좌우 양측의 나선형 홈(253)은 실질적으로 그 방향이 반대방향으로 형성되어 있어서, 샤트프(200)의 회전에 따라서 물이 나선형 홈(253)을 따라 케이싱(100)의 중심부분으로 흐를 수 있도록 방향이 설정되어 있다.

즉, 본 발명에 의한 나선형 홈(253)이 지지링(250)에 형성될 때, 좌우측의 나선형 홈은 각각 반대 방향으로 형성되는데, 여기서 샤프트(200)의 회전시 나선형 홈(253) 내부의 물이 케이싱의 중앙부분으로 흐를 수 있도록 형성되어야 한다. 예를 들면 나선형 홈의 일측은 우나선형으로, 타측은 좌나선형으로 형성됨으로써, 지지링과 슬리브 사이로 공급되는 물이 외부로 나오지 않고 케이싱의 내측으로 공급되면서 수막을 형성하여, 윤활 기능 및 외부 공기의 침투 방지 기능 등을 수행할 수 있게 될 것이다.

다음에는 도 5를 참고하면서, 본 발명의 다른 실시예에 대하여 살펴보기로 한다. 본 실시예는 상술한 실시예에서, 상기 나선형 홈의 구성을 변형한 것에 해당한다. 다른 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 이용하여 살펴보기로 한다. 본 실시예에 의하면, 회전하는 슬리브(240)와 대응하는 지지링(250a)에는 제1나선형 홈(253a)와, 상기 제1나선형 홈(253a)와 연속되는 제2나선형 홈(253b)이 형성되어 있다.

케이싱(100)을 중심으로 할 때 양측의 외측에 형성되는 제1나선형 홈(253a)은, 내측에 형성되는 제2나선형 홈(253b)에 비하여 피치(pitch)가 크다. 즉 내측의 제2나선형 홈(253b)의 간격이 외측의 제1나선형 홈(253a)에 비하여 조밀하게 성형되어 있음을 알 수 있다. 이와 같이 제2나선형 홈(253b)의 피치가 더 좁게 성형되는 것은 동일한 구간에 대하여 나선형 홈의 회전수가 더 많다는 것을 의미하는 것이라고 할 수 있다. 따라서 지지링(250a)을 기준으로 할 때, 제2나선형 홈(253b)이형성된 내측부분에서 윤활 작용 및 누수 방지 작용이 더욱 안정적으로 발생할 수 있게 될 것이다. 그리고 이는 피치가 좁은 제2나선형 홈(253b)의 내부를 흐르는 물이, 피치가 넓은 제1나선형 홈(253a)의 내부를 흐르는 물에 비하여, 그 압력이 더 높아질 것이라는 것에서도 예상 가능하다고 할 수 있다.

그리고 도 5에 도시한 실시예에 의하면, 상기 나선형홈(253a,253b)의 중간부분에는 저류홈(259)이 성형되어 있다. 상기 저류홈(259)은 나선형 홈의 내부를 흐르는 물이 일시적으로 저장될 수 있는 공간이라고 할 수 있다. 이러한 저류홈(259)을 중간 부분에 형성함으로써, 나선형 홈의 내부로 항상 물을 공급할 수 있는 상태를 유지하는 것이 가능하게 될 것이다.

상기 저류홈(259)을 형성하지 않는 실시예에 있어서는, 제1나선형 홈(253a)과 제2나선형 홈(253b)이 연속적으로 형성되는 것이라고 할 수 있다. 그리고 저류홈(259)을 형성하는 경우에는, 제1나선형 홈(253a) 및 제2나선형 홈(253b)이 상기 저류홈(259)과 연결되도록 형성되어야 함은 당연하다고 할 수 있다.

상술한 실시예에 있어서 외측 및 내측의 나선형 홈은, 성형위치에 따라서 그 피치를 달리하고 있었다. 즉 외측에 형성되는 나선형 홈은 피치를 넓게 하고, 내측에 형성되는 나선형 홈은 피치를 좁게 성형하였다. 그러나 지지링(250)의 내측면 전체에 걸쳐서, 피치가 점진적으로 좁아지도록 형성하는 것도 가능할 것임은 당연하다.

다음에는 본 발명에 의한 나선형 홈에 대한 다른 실시예에 대하여 생각해 보기로 한다. 도 4에 도시한 실시예에서는 피치의 간격이 동일한 나선형 홈(253)을 통하여 본 발명을 구현하고 있다. 이러한 실시예에서 나선형 홈(253)의 깊이의 변화를 고려할 수 있다. 예를 들면 외측 부분의 나선형 홈의 깊이를 깊게 하고, 내측 부분의 나선형 홈의 깊이를 얕게 하는 실시예를 고려할 수 있다.

이와 같이 외측 부분의 나선형 홈의 깊이를 깊게 하고, 내측부분의 나선형 홈의 깊이를 얕게 하면, 상기 저장홈부(255)에서 공급되는 물이, 깊은 나선형 홈을 거쳐 얕은 깊이의 나선형 홈으로 흐르게 될 것이다. 여기서 깊은 깊이에서 얕은 깊이의 나선형 홈으로 흐르게 되면, 얕은 깊이의 나선형 홈이 형성된 부근에서는 압력이 더욱 증가하게 될 것이다. 따라서 내측으로 갈수록 슬리브(240)와 지지링(250) 사이의 물의 압력이 높아진다고 할 수 있어서, 윤활 기능 및 누수 방지 기능을 더욱 효율적으로 수행할 수 있을 것으로 기대된다.

다음에는 도 6을 참고하면서 본 발명의 다른 실시예에 대하여 살펴보기로 한다. 상술한 실시예는 나선형 홈을 지지링(250)의 내측면에 형성한 것임에 비하여, 이하에서 설명하는 실시예는 나선형 홈이 슬리브(240)에 형성된 것이라고 할 수 있다. 도시한 바와 같이, 케이싱(100)의 외측에는 지지링(250)이 삽입되어 볼트(b) 로 고정되어 있다.

그리고 상기 지지링(250)의 내부에 대응하는 슬리브(240)의 외측면에는 나선형 홈(242)이 형성되어 있다. 본 실시예에서의 나선형 홈(242)는 상술한 실시예에서의 나선형 홈(253)과 동일한 기능 및 구조를 가진다고 할 수 있다. 본 실시예에서는 샤프트(200)의 외측면에 끼워지는 슬리브(240)의 외주면에 나선형 홈(242)을 형성함으로써, 상술한 바와 동일한 작용효과를 가질 수 있음은 당연하다고 할 수 있다. 여기서 상기 나선형 홈(242)은 지지링(250)이 위치하는 부분에만 성형되는 것도 가능할 뿐만 아니라, 내측으로 더 연장하여 케이싱(100)에 대응하는 부분까지 성형하는 것도 가능할 것이다.

또한 슬리브(240)의 외주면에 형성된 나선형 홈(242)에 대해서는, 상술한 실시예에서 설명한 바와 같은 변형도 가능함은 당연하다. 변형 가능한 실시예로써 첫째, 상기 나선형 홈(242)의 피치 간격을 조절함으로써 가변 피치를 가지는 것으로 성형하는 것을 들 수 있다. 예를 들면 도 5에 도시한 실시예와 동일한 형태로, 상기 나선형 홈의 외측 부분은 내측 부분에 비하여 나선형 홈의 피치를 넓게 형성하고, 내측 부분은 외측 부분에 비하여 좁은 피치를 가지도록 성형하는 것도 가능할 것이다.

둘째, 도 6에 도시한 바와 같이, 나선형 홈(242)의 피치는 전부 동일하게 성형하되, 그 깊이를 달리 성형하는 것도 가능하다. 즉, 상술한 바와 같이 나선형 홈(242)의 외측 부분은 그 깊이를 깊게 성형하고, 내측 부분은 상대적으로 그 깊이를 얕게 형성하는 것도 가능함을 의미한다.

다음에는 상술한 나선형 홈(242.253,253a,253b)의 단면 형상에 대하여 살펴보기로 한다. 본 발명에서 나선형 홈은 실질적으로 공급되는 물을 이용하여, 회전체와 고정체 사이의 윤활 기능 및 원심펌프 자체의 누수 방지를 수행하는 것임은 상술한 바와 같다. 따라서 상술한 나선형 홈은, 그 내부를 따라 공급되는 물이 흐를 수 있는 형상의 것이면 어떠한 것이라고 가능하다. 예를 들면 도시한 바와 같이 외측면이 개방된 사각형의 단면, 반원형의 단면, 외측면의 길이가 긴 사다리꼴의 단면 또는 도브테일형의 단면 등과 같이 어떠한 단면을 가지는 것이라도 본 발명에 의한 나선형 홈을 구현할 수 있을 것이다.

본 발명에서는, 상대적으로 회전하는 부분 사이에 상술한 바와 같이 나선형 홈을 형성함으로써, 회전체(샤프트 및 슬리브)와 고정체(케이싱 및 지지링) 사이로 공급되는 물에 의하여 윤활 및 누수 방지 기능을 수행하는 것을 기본적인 요지로 하고 있음을 알 수 있다. 그리고 상술한 실시예에서는 회전하는 케이싱(100)과 대응하는 위치의 샤프트(200) 외측에는 슬리브(240)가 설치되어 있고, 본 발명에 의한 나선형 홈은 슬리브(240)의 외주연에 형성되어 있다. 또는 다른 실시예에 있어서는 슬리브가 외측에 구비된 샤프트(200)가 통과하는 케이싱의 내주연에 별도의 지지링(250)을 삽입하고, 상기 지지링(250)이 내주연에 나선형 홈을 성형하고 있다.

이와 같은 슬리브(240)는 샤프트 자체의 마모 또는 손상을 방지하기 위한 것임은 상술한 바와 같다. 그러나 본 발명에 의하면, 상술한 바와 같이, 공급되는 물을 이용하여 윤활 및 누수 방지 기능을 가지고 있고, 슬리브의 외경과 지지링의 내경 사이에는 물에 의한 윤활막을 형성하고 있기 때문에 직접적인 접촉에 의한 마모는 방지할 수 있음을 알 수 있다. 따라서 본 발명의 다른 실시예로써, 회전하는 샤프트와, 상기 샤프트가 통과하는 케이싱 사이에 일정한 간격을 두고(상술한 실시예에서 슬리브와 지지링 사이의 간격과 동일), 상기 샤프트의 외경 또는 케이싱의 내경에 상술한 나선형 홈을 성형하는 것도 가능할 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 여러 가지 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명은 첨부한 특허청구의 범위에 기초하여 그 보호범위가 해석되어야 할 것임은 자명하다.

100 ..... 케이싱
110 ..... 케이싱상부
112 ..... 흡입부
114 ..... 토출부
120 ..... 케이싱하부
200 ..... 샤프트
220 ..... 임펠러
232, 234 ..... 베어링
240 ..... 슬리브
242 .... 나선형 홈
250 ..... 지지링
253 ..... 나선형 홈
255 .... 저장홈부
259 ..... 저류홈

Claims

유체가 흡입되는 흡입부와 유체가 토출되는 토출부를 구비하는 케이싱과;
상기 케이싱을 관통하도록 설치되고, 외력에 의하여 회전하는 샤프트;
상기 케이싱의 내부에서 샤프트에 설치되어, 회전에 의하여 흡입부에서의 유체를 토출부로 이송시키는 임펠러;
상기 케이싱을 관통하는 샤프트의 양측에서, 케이싱과 근접한 부분의 샤프트 외측에 각각 설치되는 슬리브;
상기 슬리브에 대응하는 부분의 케이싱의 양측에 각각 설치되는 지지링;
상기 슬리브의 외주면 또는 지지링의 내주면에 형성되는 나선형 홈; 그리고
상기 슬리브와 지지링 사이 및 나선형홈으로 물을 공급하기 위한 물 공급수단을 포함하여 구성되고;
양측에 성형되는 상기 나선형 홈은 지지링과 슬리브 사이로 공급되는 물이 케이싱 내측으로 공급되도록 각각 반대 방향으로 형성되고, 그 사이로 공급되는 물이 지지링과 슬리브의 윤활 기능을 수행함과 동시에 외부 공기 침투를 방지하는 수막을 형성하는 것을 특징으로 하는 원심펌프.
제 1 항에 있어서, 상기 나선형 홈은 동일한 피치를 가지고 형성되는 원심펌프.
제 1 항에 있어서, 상기 나선형 홈은 가변 피치를 가지는 원심펌프.
제 3 항에 있어서, 내측부분에 형성되는 나선형 홈의 피치는, 외측부분에 형성되는 나선형 홈의 피치보다 좁게 형성되는 원심펌프.
제 1 항에 있어서, 상기 나선형 홈은 내측부분과 외측부분의 깊이가 다르게 형성되는 원심펌프.
제 5 항에 있어서, 상기 나선형 홈은 외측부분의 깊이가 내측부분에 비하여 깊게 형성되는 원심펌프.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나선형 홈의 중간부분에는, 물을 저장할 수 있고 나선형 홈과 연통하는 저류홈이 형성되는 원심펌프.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 물공급수단은, 물이 공급되는 공급관과, 상기 물공급관에서 공급되는 물이 저장되고, 상기 슬리브와 지지링 사이와 연통하는 저장홈부로 구성되는 원심펌프.
제 8 항에 있어서, 상기 저장홈부는, 상기 지지링의 내측단부에서 외측으로 연장되고 샤프트에 대하여 반경 방향으로 이격된 중간부분과, 상기 중간부분에서 내측으로 연장되어 샤프트와 접촉하는 외측단부 사이에서 형성되는 원심펌프.
제 8 항에 있어서, 상기 공급관은 외부의 급수원과 연결되는 원심펌프.
제 8 항에 있어서, 상기 공급관은 케이싱의 흡입부와 연결되는 원심펌프.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나선형 홈은 샤프트를 중심으로 양측에 각각 형성되고, 양측의 나선형 홈은 서로 반대 방향으로 형성되며, 샤프트의 회전시 공급되는 물이 케이싱의 내측으로 흐르는 방향으로 형성되는 원심펌프.
유체가 흡입되는 흡입부와 유체가 토출되는 토출부를 구비하는 케이싱과;
상기 케이싱을 관통하도록 설치되어 케이싱의 양측에서 지지되고, 외력에 의하여 회전하는 샤프트;
상기 케이싱 내부에서 샤프트에 설치되어, 회전에 의하여 흡입부에서의 유체를 토출부로 이송시키는 임펠러;
상기 케이싱과 샤프트가 서로 근접한 양측 부분에서, 상기 샤프트의 외측면 또는 케이싱의 내측면에 형성되는 나선형 홈; 그리고
상기 케이싱과 샤프트 사이 및 나선형홈으로 물을 공급하기 위한 물 공급수단을 포함하여 구성되고;
양측에 성형되는 상기 나선형 홈은 샤프트와 케이싱 사이로 공급되는 물이 케이싱 내측으로 공급되도록 각각 반대 방향으로 형성되고, 그 사이로 공급되는 물이 샤프트와 케이싱 사이의 윤활 기능을 수행함과 동시에 외부 공기 침투를 방지하는 수막을 형성하는 것을 특징으로 하는 원심펌프.