KR101425827B1 - 구름 베어링 상에 탄성 장치를 갖는 펌프 - Google Patents

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Abstract

회전축(30)과, 상기 회전축이 회전하는 것에 비해 고정되어 있는 베어링 하우징(80)과, 내부 링(71)은 상기 회전축에 연결되고 외부 링(76)은 상기 하우징에 놓여지며 상기 회전축의 회전 축선을 따라 상기 하우징 내에서 슬라이딩할 수 있는 적어도 하나의 구름 베어링(70)을 포함하는 펌프(1). 베어링 하우징(80)은, 상기 베어링의 일측에 위치하고 회전 축선을 따라 상기 외부 링(76)의 병진운동(translational movement)을 확실하게 방지할 수 있는 쇼울더(shoulder)(81)와, 상기 베어링(70)의 타측에서 하우징에 고정되는 변형 가능한 탄성 장치(100)를 포함하며, 그에 따라 상기 베어링은 쇼울더와 탄성 장치 사이에 놓여진다.
펌프, 액화가스, 회전축, 베어링, 하우징, 쇼울더, 탄성 장치

Description

구름 베어링 상에 탄성 장치를 갖는 펌프{PUMP WITH AN ELASTIC DEVICE ON A ROLLING BEARING}
본 발명은 펌프 분야에서도 특히 액화가스 펌프에 관한 것이다.
더욱 상세하게는, 본 발명은, 회전축, 이 회전축이 회전하는 것에 비해 고정되어 있는 베어링 하우징, 그리고 내부 링은 상기 회전축에 연결되고 외부 링은 상기 회전축의 회전 축선을 따라 상기 하우징 내에서 슬라이딩하는 적어도 하나의 구름 베어링을 포함하는 펌프에 관한 것이다.
유체가 채워져 있는 탱크 안에 수직으로 위치해 있으며, 이 유체를 펌프 해내야 하는 펌프에 있어서, 로터는 전기 모터에 의해 회전하는 회전축을 포함하고, 이 전기 모터에는 구동 장치(예를 들어, 인덕션 유닛 또는 원심 임펠러)들이 고정되어 있다. 이 구동 장치들은 유체에 담겨 있으며, 유체를 회전 축을 따라 상부로 순환시키는 역할을 담당한다. 또한, 다른 장치들을 살펴보면, 예를 들어 원심 임펠러와 같은 경우에는 회전축의 유체를 방사형으로 밀어낸다. 그 결과, 유체는 수직 방향으로 모터 외부를 따라 위로 순환하면서(회전축과 평행하게) 펌프의 다른 끝으로 배출된다.
회전축에는, 2개의 볼 베어링과, 모터 아래 쪽에 있는 하부 베어링, 모터 위쪽에 있는 상부 베어링이 조립되어 있다. 또한, 이 베어링들은 펌프 외부 케이싱과 견고하게 맞물려 있는 베어링 하우징 위에 조립되어 있어서 베어링의 회전 운동시에 회전축을 지탱한다. 회전 축이 회전할 때, 베어링 하우징은 회전하지 않는다. 이처럼, 하부 베어링의 내부 링은 회전 축에 단단히 고정되어 있고, 외부 링의 경우에는 이 외부 링이 하우징의 보어 내에서 축방향으로 슬라이딩하도록 베어링 하우징 내의 보어 내에 조립되어 있다. 모터와 로터가 회전하지 않을 때, 하부 베어링의 외부 링 하부면은 하우징의 수평 쇼울더 위에 놓인다. 그 결과, 이 수평 쇼울더는 하부 베어링을 통해 로터 무게를 수직으로 지탱한다.
정상 작동시(로터가 회전할 때), 이 수평 쇼울더는 회전축에서 유체를 위로 밀어 올리면서 구동 장치들에서 유체에 가해지는 아래를 향하는 축방향 반작용도 지탱한다. 그러므로, 하부 베어링에는 축선방향 부하가 존재하며, 이 부하는 회전 축에 의해 부과되고, 수평 쇼울더에 의해 반작용된다(하부 베어링의 외부 링 상에에서). 내부 링의 부담을 경감시키고, 로터를 축방향으로 밸런싱 하기 위해, 회전축과 연동하는 원심 임펠러에 연결된 축방향 밸런싱 매커니즘이 회전축을 위로 밀어 올린다. 이를 통해, 하부 베어링이 받고 있는 축방향 부하를 제거할 수 있다.
만약에 회전축이 모터의 전원공급용 전기 위상의 역류로 인해 원래 작동 방향과는 반대 방향으로 회전한다면(예를 들어, 조작 실수로 인해), 회전축에 고정되어 있고, 회전축과 같이 회전하는 구동장치(예를 들어, 인덕션 유닛 또는 원심 임펠러)들은 유체를 위로 밀어 올리는 대신에 하부로 밀어 낼 것이다. 결국, 이 구동 장치들에서의 유체 반작용은 회전축을 위로 밀어 올릴 것이다. 그러면, 원심 임펠러가 위로 이동할 것이며, 베어링 하우징과 마찰할 것이다. 이렇게 되면, 원심 임펠러 또는 하우징에 원치 않는 마모가 야기된다(특히, 로터의 축방향 밸런싱 매커니즘에서 더 심함. 이 부분은 아래에서 보다 상세히 설명할 것임).
우리는 하부 베어링 상부에 있는 하우징에 견고한 스러스트 베어링을 고정시키는 것을 고려하였다. 이렇게 하여, 역방향 회전으로 인해 회전축이 위로 올라갈 때, 하부 베어링의 외부 링 상부면이 이 스러스트 베어링과 접촉하게 되고, 원심 임펠러가 하우징와 마찰하면서 접촉하기 전에 정지한다. 이러한 해결안의 단점은 '압력 변동', 즉, 유압 사고로 인해 유체 내에 갑작스러운 고압이 발생할 경우에, 하부 베어링이 손상을 입을 수 있다는 것이다. 결과적으로, 회전축이 갑작스럽게 위로 밀려 올라갈 것이다. 좀더 상세히 설명하자면, 견고한 스러스트 베어링에 의해 차단된 하부 베어링의 외부 링은 상부로 이동하지 못할 것이며, 반면에 회전 축과 연계된 하부 베어링의 내부 링은 매우 큰 진폭으로 상부로 갑작스럽게 이동하게 될 것이다(유체 내에서의 갑작스러운 고압으로 인해). 따라서, 하부 베어링은 매우 큰 축방향 부하를 받아서 손상을 입거나 더 심한 경우에는 파손될 것이다. 이렇게 되면, 이 하부 베어링을 교체해야 할 것이다.
게다가, 베어링이 자신의 회전축을 따라 가벼운 예비 부하(preload)를 받는 것이 유리하다는 점은 알려져 있다. 왜냐하면, 베어링의 내부 링과 외부 링 사이의 가벼운 축방향 예비 부하는 볼과 이 링들간의 상시적인 접촉을 가능하게 하며, 베어링이 회전할 때, 동적 상태의 반복되는 충격을 피하게 해 주기 때문이다. 하우징 에 고정된 견고한 스러스트 베어링은 예비 부하가 하부 베어링의 수명을 연장시키는 최상의 영역에 위치하도록 하부 베어링 위에서 매우 세밀하게 실행되지 못하게 한다.
본 발명은 이러한 단점들을 해결하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 펌프가 역방향으로 작동할 때, 원심 임펠러와 하우징 사이에 마찰 접촉이 없고, "압력변동(pressure surge)" 발생 시에, 베어링 파손이 없는 펌프를 제안하는데 목적을 두고 있다.
이러한 목적은 다음과 같은 베어링 하우징을 통해서 이루어졌다: 이 베어링 하우징은 베어링 쪽에 위치하고, 외부 링의 회전 축을 따라 병진 운동(translation movement)시에 확실하게 차단하는 쇼울더와, 베어링의 다른 쪽의 하우징에 고정되어 있는 변형 가능한 탄성 장치를 가지고 있어서, 그 결과, 베어링은 쇼울더와 탄성 장치 사이에 위치하게 된다.
장점으로는, 정반대 작동을 할 때, 이 탄성장치를 통해, 외부 링이 회전축에 연결된 한 부품이 하우징과 마찰할 때까지 회전 축을 따라 이동하지 못하도록 한다는 것이다.
이러한 조치 덕택에, 회전축이 역방향으로 회전하는 경우에, 유체는 유체 구동 장치에 의해 위로 밀려 올라가고, 반작용으로 인해 회전축을 위로 밀어 올리게 되면 베어링의 외부 링 상부면이 탄성 장치와 접촉하여, 이 장치를 밀어낸다. 이러한 탄성 장치의 특성은(치수, 소재) 회전축에 연결되어 같이 움직이는 원심 임펠러의 이동을 막기 위해, 외부 링 이동에 대해 충분히 저항할 수 있는 것으로 채택되었다.
"압력변동"의 경우에, 회전축, 즉 베어링은 갑작스럽게 위로 밀려 올라가고, 매우 큰 힘으로 탄성 장치에 충격을 가한다. 탄성 장치가 변형가능하기 때문에, 이 탄성 장치 덕택에 베어링의 움직임이 정지되지 않고, 결국, 이 탄성장치는 베어링을 손상시키지 않는 축방향 부하만을 가한다. "압력변동" 은 원심 임펠러와 하우징 사이의 접촉에 의해서만 완화되며, 이러한 접촉은 마찰로 인해 해당 장치들이 손상되지 않을 만큼 단시간에 이루어진다.
장점으로는, 이 탄성장치는 강도 k1의 제1 탄성 요소와, 제1 탄성 요소보다 우수하고, 외부 링과 쇼울더 사이의 간격이 어떤 지정 값 이하일 동안은 외부 링에 부하를 가하지 않는 강도 k2의 제2 탄성 요소를 가지고 있다는 것이다.
장점으로는, 펌프가 정상 작동을 할 때에, 강도 k1의 제1 탄성 요소는 베어링 수명을 연장시키는 힘을 외부 링에 가할 수 있다는 것이다.
이처럼, 이 탄성 장치가 각각의 강도의 제1 탄성 요소와 제2 탄성 요소를 가지고 있다는 사실은 이 장치가 펌프의 정상 작동 시에 베어링 수명을 연장하는 예비 부하와 동시에 펌프가 역방향으로 작동할 때에 압력임펠러의 상부면과 하우징의 하부면 사이에 원치 않는 접촉을 야기할 수 있는 회전축의 과도한 상부 이동을 억제하는 힘을 베어링의 외부 링에 가할 수 있다는 것이다. 정상 작동 시에, 제1 탄 성 요소는 베어링 수명이 연장되는 예비 부하의 범위 내에 위치하고 있는 경미한 예비 부하를 상시적으로 베어링 외부 링에 가한다. 이 예비 부하는 모터가 역방향으로 회전할 때의 베어링과 회전축의 상부 이동에 저항하기에는 충분하지 않다. 따라서, 제1 탄성 요소는 베어링 외부 링에 의해 위를 향해 변형되고, 제2 탄성 요소까지 변형된다. 이 제2 탄성 요소는 k1 보다 우수한 k2 강도를 가지고 있으며, 이 k2 강도는 원심 임펠러의 상부면과 하우징 하부면 사이가 접촉할 때까지 베어링과 회전축이 너무 위로 이동하지 못하게 하는 힘을 베어링의 외부 링에 가할 수 있을 만큼 충분히 강하다.
비한정적 예시용으로 소개된 실시형태의 이어지는 상세한 설명을 읽어 보면, 본 발명품에 대해 잘 이해될 것이며, 본 발명품의 장점들이 명확해질 것이다. 설명을 위해, 아래와 같은 첨부 도면을 참조한다.
본 발명에 따르면, 펌프가 역방향으로 작동할 때, 원심 임펠러와 하우징 사이에 마찰 접촉이 없고, "압력변동(pressure surge)" 발생 시에, 베어링 파손이 없는 펌프가 제공된다.
유체가 채워져 있는 탱크에 위치하고, 그 유치를 펌프해야 하는 펌프(1)에서, 전기 모터(40)에 의해 구동되는 회전축(30)은 이 유체가 회전축(30)과 평행하게 순환하도록 해 주는 인덕션 유닛(20)을 회전시킨다. 이러한 펌프(1)는 도 1에 나와 있다. 유체는 예를 들어 액화가스이며, 저장 탱크는 화물선 또는 부두에 있는 탱크이다. 회전축(30)에 고정된 인덕션 유닛(20)은 베인(vane)(22)의 외부표면 쪽에서 약간 원추형 형태를 띤다. 인덕션 유닛(20)은 회전축(30)의 축 주위를 스스로 회전한다, 그 결과, 회전판(22)은 자신이 담겨 있는 유체를 원추의 선단(24) 지점에서부터 가장 직경이 넓은 부분(25) 쪽으로 밀어낸다. 그리고 나서, 이 유체는 전기 모터가 놓여 있는 구멍 바깥쪽에서, 인덕션 유닛(20) 위에 위치하는 환형 덕트 내의 모터(40)을 따라 계속 전진해 나간다. 인덕션 유닛(20)과 모터(40) 사이에서, 펌프는 가이드 베인(guide vane)(54)을 포함할 수 있으며, 원심 임펠러(60)를 포함한다. 이런 경우에, 인덕터의 원추는 대칭축이 회전축이며, 직경이 원추의 가장 넓은 직경부분(25)에서부터 줄어드는 요소(59)에 의해 계속 연장된다. 이 요소(59)는 회전축(30)의 회전축에 중심이 있고, 이 회전축에 고정되어 있으며, 직경이 요소(59)의 직경과 같이 줄어드는 중앙 영역을 둘러싸고 있고, 가이드 베인(54)을 가진 케이스의 부분(50)에 의해 둘러싸여 있다. 그 결과, 요소(59)의 외부표면과 중앙 영역을 에워싸면서 가이드 베인(54)이 고정되어 있는 케이스의 부분(50)의 내부벽(52) 사이의 간격은 거의 변함없이 유지된다. 중앙 영역에서 순환하는 유체는 회전축(30)에 보다 근접하여 이동한다. 가이드 베인(54)은 가이드 베인 입구에서는 주로 원주형으로 운동하는 유체가 가이드 베인(54) 출력단에서는 주로 축방향으로 운동하는 방식으로 정렬된 회전판을 가진다. 가이드 베인(54) 상부에는, 자신이 고정되어 있는 회전축(30)에 의해 구동하는 원심 임펠러(60)가 회전축(30)의 유체를 방사형으로 멀리 밀어내는 덕트(62)를 가지고 있다. 그 결과, 유체는 축방향으로 모터(40)의 외부를 따라 위쪽으로 순환한다(회전축(30)과는 평행하게).
회전축(30)에는 2개의 볼 베어링, 모터(40) 하부에 있는 하부 베어링(70), 모터(40) 상부에 있는 상부 베어링(170)이 조립되어 있다. 도 2에 소개되어 있듯이, 하부 베어링(70)의 내부 링(71)이 회전축(30)에 단단하게 고정되어 있고, 외부 링(76)은 베어링 하우징(80)에 놓여 있다(이 하우징(80)은 회전축(30)이 회전할 때에는 회전하지 않는다). 결과적으로, 외부 링(76)은 축방향으로 슬라이딩 할 수 있고, 하우징(80)에 대해 회전할 수 있다. 하우징(80)은 그 자체가 펌프(1)의 외부 케이싱(5)에 고정되어 있다. 따라서, 하부 베어링(70)의 외부 링(76)은 자신이 조립되어 있는 하우징(80) 내경 안에서 병진 운동으로 이동한다. 펌프(1)(회전축(30)도 함께)는 자신이 배출시켜야 하는 탱크 안에 수직적으로 위치하며, 유체를 아래에서 위로 이동시킨다. 모터(40)와 회전축(30)이 회전하지 않을 때, 하부 베어링(70)의 외부 링(76)의 하부면(77)이 하우징(80)의 수평 쇼울더(81)에 놓인다. 그 결과, 이 수평 쇼울더(81)는 하부 베어링(70)을 통해 회전축(30)의 무게를 수직으로 지탱하게 된다.
정상 작동 시에 (회전축의 회전시), 수평 쇼울더(81)는 인덕션 유닛(20)에서 유체에 의해 아래로 향하는 축방향 반작용도 견딘다. 그 결과, 인덕션 유닛(20)에 의해 유체가 위로 향하게 된다. 따라서, 회전축(30)에 의해서 가해지고, 수평 쇼울더(81)에(하부 베어링(70)의 외부 링(76)에서) 의해 회복되는 하부 베어링(70)에서의 축방향 부하가 존재하게 된다.
하부 베어링(70)의 부담을 경감시키고, 회전축(30)을 축방향으로 밸런싱을 맞추기 위해, 회전축(30)과 연동된 원심 임펠러(60)에 연결되어 있는 축방향 밸런 싱 매커니즘(아래에 설명되어 있음)은 회전축(30)을 위쪽으로 밀어낸다. 이런 방식으로, 하부 베어링(70)이 받고 있는 축방향 부하를 보상한다. 이러한 밀어내기로 인한 회전축(30)의 이동은 하우징(80)의 하부면(84)에 위치한 하우징(80)의 리브(85)와, 원심 임펠러(60)의 상부면(64)에 위치한 임펠러의 리브(65) 사이에 공간을 유지하도록 되어 있다. 이 두 개의 리브가 환형 통로(90)를 만들기 때문에, 결과적으로 이 두 리브 사이에는 마찰이 발생하지 않는다.
축방향 밸런싱 매커니즘은 동적이며, 유체공학적 자동 제어를 통해 작동한다. 이 작동의 원칙은 아래에 설명되어 있다. 도 1을 참조하여, 원심 임펠러(60)의 덕트(62) 출력단에 2개의 유체 우회경로가 있음을 알 수 있다. 제1 우회 경로를 통해, 유체는 원심 임펠러(60) 아래에 위치한 거의 수평인 환형상의 제1 챔버(97), 더 자세히 설명하자면 원심 임펠러(60)과 외부 케이싱(5) 사이에 이르게 된다. 제2 우회 경로를 통해, 유체는 원심 임펠러(60) 아래에 있는 거의 수평인 환형상의 제2 챔버(98), 더 자세히 말하자면 원심 임펠러(60)과 하우징(80) 사이에 이르게 된다. 이 유체는 방사형태의 외부 단부를 통해 첫 번째 방에 자유롭게 침투한다. 제1 챔버(97)의 다른 끝 부분에는, 다시 말해, 방사형태의 내부 단부에는 제1 챔버(97)에서 나와서 덕트(62) 입구 쪽으로 가는 유속을 감소시키는 제1 래비린스 씰(미로형)(971)이 있다. 결과적으로, 제1 챔버(97)의 압력은 덕트(62)의 출력단(63)에 있는 압력과 거의 동등하며, 다시 말해 고압 상태이다. 덕트(62)와 제2 챔버(98) 사이에서, 다시 말해, 제2 챔버의 방사형 외부 단부에서는 제2 래비린스 씰(981)이 있다. 그 결과, 두 번째 방으로 들어가는 유속은 약해진다. 제2 챔버의 방사형 내 부 단부에서는 하우징(80)의 리브(85)에 의해 정해진 환형상의 통로(90)와 환형상의 동축형 리브(65)가 나란히 놓여 있다. 배출 환형 공간(93)은 환형상의 통로와 회전축(30) 사이에서 방사형으로 확장된다. 이 공간은 임펠러(60)에 있으며, 재투입 덕트(95)에 의해 저압 상태인 덕트(62)의 입력단(61)과 나누어 쓰게 된다. 이처럼, 실질적으로 배출 환형 공간(93)은 원심 임펠러(60)의 입력단(61)을 지배하는 저압상태를 거의 변함없이 유지시킨다. 결과적으로, 제2 챔버(98)의 유체 압력은 저압이며, 제1 챔버(97)의 유체보다 더 낮다. 제1 챔버(97)와 제2 챔버(98) 사이의 압력 격차는 원심 임펠러(60)에 가해지는 상부 쪽으로의 밀어내기를 만들어낸다. 따라서, 원심 임펠러(60)와 회전축(30)은 위로 밀려 올라가며, 이를 통해 하부 베어링(70)이 받는 축방향 부하를 보상한다. 동시에, 원심 임펠러(60)는 하우징(80)으로 접근하고, 하우징(80)의 리브(85)와 임펠러 리브(65) 사이의 간격이 줄어들고, 따라서, 리브(85)와 임펠러 리브(65) 사이의 환형 통로(90)의 공간이 축소된다. 유체가 환형 통로(90)를 통해서만 제2 챔버 외부로 흘러갈 수 있기 때문에, 환형 통로(90)의 공간이 축소되면, 제2 챔버(98)의 유체 출력 속도가 느려진다. 따라서, 제2 챔버(98)의 압력은 상승한다. 이렇게 되면, 제1 챔버(97)와 제2 챔버(98) 사이의 압력 격차가 줄어들고, 그러면, 원심 임펠러(60)에 가해지는 밀어내기도 줄어들게 된다. 결과적으로, 원심 임펠러(60)는 다시 내려온다. 그렇게 되면, 제1 챔버(97)와 제2 챔버(98) 사이의 압력 격차가 상승하고, 결국에는 원심 임펠러(60)가 위로 이동한다. 위에서 설명한 유체공학적 자동 제어 매커니즘이 어떻게 리브(85)와 임펠러 리브(65) 사이에서 거의 변함없는 환형 통로(90)를 유지할 수 있는지를 잘 이해할 수 있었다. 다른 의미에서 보면, 임펠러 리브(65)와 하우징(80)의 일측 면에 위치한 리브(85)는 회전축(30)의 축방향 밸런싱을 가능하게 하는 환형 통로(90)를 결정짓는다.
만약에 회전축(30)이 모터(40)의 전원공급용 전기 위상의 역류로 인해 정상 작동 방향과는 정반대 방향으로 회전하면(조작 실수로 인해), 인덕션 유닛(20)은 유체를 아래 쪽이 아닌 위로 밀어낼 것이다. 따라서, 인덕션 유닛(20)에서의 유체 반작용은 회전축(30)을 위로 밀어낼 것이다. 그러면, 임펠러 리브(65)는 하우징(80)의 리브(85)와 마찰할 것이다. 이렇게 되면, 원심 임펠러(60)와 하우징(80) 간의 원치 않는 마모가 야기된다(게다가, 리브간의 공간 부재는 회전축(30)의 축방향 밸런싱을 무효화시킨다).
이러한 원치 않는 마찰을 피하기 위해, 펌프(1)는 탄성 장치(100)를 가지고 있다. 이 장치에 대한 세부 사항은 도 2를 참조한다. 하우징(80)은 제2 수평 쇼울더(82) 위에 놓인 제1 탄성 요소(110)와 제2 탄성 요소(120)를 가지고 있다. 따라서, 탄성 장치(100)는 제1 탄성 요소(110)와 제2 탄성 요소(120)를 가지고 있다. 설명 예시를 보면, 제1 탄성 요소(110)와 제2 탄성 요소(120)는 환형 와셔들이다. 제2 탄성 요소(120)의 외부 단부(122)는 제1 탄성 요소(110)의 외부 단부와 접촉하며 그 위에 위치하고, 이 두 개의 외부 단부들은 볼트(130)로 제2 쇼울더(82)에 고정된다. 이 외부 단부들은 예를 들어 하우징(80) 위에 단단히 고정된 견고한 장치와 제2 쇼울더(82) 사이를 조이는 것과 같은 다른 방법을 통해서도 고정시킬 수 있다. 제2 탄성 요소(120)의 내부 단부(124)와 제1 탄성 요소의 내부 단부(114)는 수 직 방향의 힘의 영향 하에서(즉, 회전축(30)의 회전축 방향으로의 힘) 휘면서 스스로 변형할 수 있다. 하우징의 제1 쇼울더(81)와 제2 쇼울더(82)는 수직적으로 간격을 두고 있다. 그 결과, 정상 작동 시에는 축방향 밸런싱 매커니즘은 하부 베어링을 어떤 지정된 높이에서 유지시킨다. 즉, 이 높이에서 하부 베어링(70)의 외부 링(76)의 상부면(78)은 접촉 상태이며, 제1 탄성 요소의 내부 단부(114)의 하부면(117)과, 쇼울더(81)와 접촉하거나, 축방향 밸런싱 매커니즘에 의해 회전축(30)의 높이에서 파동에 따라 쇼울더(81)과 경미한 간격을 두고 떨어져 있는 하부 베어링(70)의 하부면(77)에 어떤 힘을 가한다. 따라서, 제1 탄성 요소(110)의 내부 단부(114)는 하부 베어링(70)의 내부 링(76)의 상부면(78)에 의해 위로 밀려 올라간다. 그러면, 제1 탄성 요소(110)(회전축(30)과 함께)는 자신의 회전축 방향으로 하부 베어링(70)에 축방향의 힘 C를 가하며, 제1 탄성 요소(110)의 기계적인 치수와 특성을 계산하여, 이 힘 C가 하부 베어링(70)의 예비 부하의 최상의 영역에 위치하도록 한다. 이처럼, 하부 베어링(70)의 수명은 연장되며, 이는 이점을 가져다 준다.
제2 탄성 요소(120)의 내부 단부(124)는 제1 탄성 요소의 내부 단부(114)와 수직적으로 충분한 간격을 두고 있다. 그 결과, 펌프가 정상 작동을 할 경우, 제2 탄성 요소의 내부 단부(124)의 하부면(127)은 제1 탄성 요소(110)의 내부 단부(114)의 상부면(118)과 접촉하지 않는다. 따라서, 제1 탄성 요소(110)와 제2 탄성 요소(120) 사이에는 기능적인 간극이 존재한다. 이처럼, 펌프가 정상 작동하는 경우, 제2 탄성 요소(120)는 하부 베어링(70)에 예비 부하를 가하지 않는다.
펌프가 정상적으로 작동할 때에, 모터가 역방향으로 회전하게 되면, 회전축(30)은 위로 밀려 올라가고, 베어링(70)도 같이 위로 올라간다. 그러면, 하부 베어링(70)의 외부 링(76)의 상부면(78)은 최대 힘 F가 된다. 이 최대 힘 F는 제1 탄성 요소(110)의 내부 단부(114)를 위쪽으로 휘게 하여, 이 단부가 접촉되게 하며, 제2 탄성 요소(120)의 내부 단부(124)를 위로 밀어 올릴 만큼 충분히 강하기도 하다. 제2 탄성 요소(120)의 기계적인 치수와 특성은 제1 탄성 요소(110)와 제2 탄성 요소(120)가 하부 베어링(70)이 위로 이동하지 않도록 하부 베어링에 작용할 수 있는 최대 힘이 F 값 이상이 되도록 선택되었다. 이처럼, 제1 탄성 요소(110)와 제2 탄성 요소(120)에 의해 하부 베어링(70)이 위쪽으로 이동하는 것이 저지된다. 그 결과, 하우징(80)의 하부면(84)의 리브(85)는 임펠러 리브(65)와 접촉하지 않으며, 하우징(80)의 하부면(84)의 리브(85)와 임펠러 리브(65) 사이에 공간이 생긴다.
"압력변동"의 경우에, 회전축(30), 그러니까 베어링은 갑작스럽게 위로 밀려 올라가며, 탄성 장치(100)에 충격을 가한다. 변형이 가능하기 때문에, 제1 탄성 요소(110)와 제2 탄성 요소(120)는 손상을 야기할 수 있는 전단응력을 하부 베어링(70)에 가하지 않고 휘어진다. 이 "압력 변동"은 임펠러 리브(65)와 하우징(80)의 리브(85) 사이에 짧은 접촉에 의해서만 경감된다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 하우징의 제1 쇼울더(81)와 제2 쇼울더(82)는 하부 베어링(70)의 두께 이상의 간격을 두고 수직적으로 떨어져 있다. 그 결과, 도 3에서 볼 수 있듯이, 견고한 푸셔(pusher)(200)는 하부 베어링(70)의 외부 링(76)의 상부면(78)과 제1 탄성 요소(110)의 내부 단부(114)의 하부면(117) 사 이에 놓일 수 있다. 이처럼, 푸셔(200)의 하부면은 하부 베어링(70)의 외부 링(76)의 상부면(78)에 놓인다. 이 푸셔는 내부 단부에 수직형 돌기(202)를 가지고 있다. 정상 작동 시에, 축 방향 밸런싱 매커니즘은 하부 베어링(70)을 어떤 지정된 높이에서 유지시킨다. 그 이유는, 수직형 돌기(202)가 접촉 상태가 되고, 제1 탄성 요소(110)의 내부 단부(114)의 하부면(117)에 힘을 가하도록 하기 위해서이다. 그 결과, 제1 탄성 요소(110)의 내부 단부(114)는 수직형 돌기(202)에 의해 위로 밀려 올라간다. 결국, 제1 탄성 요소(110)는 푸셔(200)을 통해 회전축 방향으로 하부 베어링(70)에 힘 C를 가하며, 제1 탄성 요소(110)의 기계적인 치수와 특성, 푸셔(200)와 돌기(202)의 치수는 힘 C가 하부 베어링(70)의 예비 부하가 최상의 영역에 위치할 수 있도록 계산되었다. 이렇게, 하부 베어링(70)의 수명은 연장되고, 이는 이점을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 펌프의 수직 단면도,
도 2는 도 1의 영역 2를 나타내는 도면,
도 3은 도 1의 영역 2에 상응하는 본 발명에 따른 펌프의 또 다른 실시형태를 예시하는 도면이다.

Claims (9)

  1. 회전축(30)과, 상기 회전축이 회전하는 것에 비해 고정되어 있는 베어링 하우징(80)과, 내부 링(71)은 상기 회전축에 연결되고 외부 링(76)은 상기 하우징에 놓여지며 상기 회전축의 회전 축선을 따라 상기 하우징 내에서 슬라이딩할 수 있는 적어도 하나의 구름 베어링(70)을 포함하는 펌프(1)로서, 상기 베어링 하우징(80)은, 상기 베어링의 일측에 위치하고 상기 회전 축선을 따라 상기 외부 링(76)의 병진운동을 확실하게 방지할 수 있는 쇼울더(81)와, 상기 베어링(70)의 타측에서 상기 하우징에 고정되는 변형 가능한 탄성 장치(100)를 포함하며, 그에 따라 상기 베어링은 상기 쇼울더와 상기 탄성 장치 사이에 놓여지는 것을 특징으로 하는 펌프.
  2. 청구항 1에 있어서,
    역으로 동작될 때, 상기 탄성 장치(100)는 상기 회전축(30)에 부착되는 구성요소 중 하나의 부품이 상기 하우징(80)과 마찰될 때까지 상기 외부 링(76)이 상기 회전 축선을 따라 이동하는 것을 방지할 수 있는 것을 특징으로 하는 펌프.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 탄성 장치(100)는, 강도 k1을 갖는 제1 탄성 요소(110)와, k1보다 큰 강도 k2를 갖는 제2 탄성 요소(210)를 포함하며, 상기 제2 탄성 요소는 상기 제1 탄성 요소가 상기 베어링(70)과 상기 제2 탄성 요소 사이에 놓여지는 방식으로 상 기 제1 탄성 요소에 대하여 위치되며, 상기 제2 탄성 요소는 상기 외부 링과 상기 쇼울더(81) 사이의 거리가 일정값 이하인 동안에는 상기 외부 링(76)을 가압하지 않는 것을 특징으로 하는 펌프.
  4. 청구항 3에 있어서,
    정상 작동시, 강도 k1을 갖는 상기 제1 탄성 요소(110)는 상기 외부 링(76)을 가압하도록 설계되어 상기 베어링(70)의 수명을 연장시키는 것을 특징으로 하는 펌프.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 탄성 요소(110)와 제2 탄성 요소(120) 사이에는 간극이 존재하여 펌프가 정상 작동할 때 상기 제2 탄성 요소(120)는 상기 베어링(70)에 부하를 가하지 않는 것을 특징으로 하는 펌프.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 회전축(30)에 연결되는 상기 구성요소는 원심 임펠러(60)이며, 상기 회전축에 연결된 상기 구성요소 중 하나의 부품은 상기 원심 임펠러의 일측 면(64)에 위치한 임펠러 리브(65)이며, 상기 하우징(80)의 부품은 상기 하우징의 일측 면(84)에 위치한 리브(85)인 것을 특징으로 하는 펌프.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 임펠러 리브(65)와 상기 하우징(80)의 일측 면(84)에 위치한 상기 리브(85)는 상기 회전축(30)의 축방향 밸런싱을 위하여 사용되는 환형 통로(90)를 함께 구획형성하는 것을 특징으로 하는 펌프.
  8. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 탄성 요소(110)와 제2 탄성 요소(120)는 파스너에 의해 상기 하우징(80)에 대해 외부 단부(112, 122)에서 고정되는 환형 와셔이며, 상기 와셔의 내부 단부(114, 124)는 상기 회전축(30)의 회전 축선의 방향으로 구부러지면서 변형 자유로운 것을 특징으로 하는 펌프.
  9. 청구항 3에 있어서,
    푸셔(200)가 상기 제1 탄성 요소(110)와 상기 구름 베어링(70)의 외부 링(76)과의 사이에 위치하며, 강도 k1을 갖는 상기 제1 탄성 요소(110)는, 상기 펌프가 정상 작동할 때, 상기 푸셔(200)가 상기 외부 링을 가압하여 상기 베어링(70)의 수명을 연장시키는 방식으로, 상기 외부 링에 대항하여 견고하게 상기 푸셔를 가압하는 것을 특징으로 하는 펌프.
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