KR101567534B1 - 유체가이드가 형성된 흡입하우징을 가지는 펌프 - Google Patents

Abstract

본 개시는 흡입하우징 내부의 흐름이 개선된 펌프에 관한 것으로, 유체에 에너지를 가하는 임펠러, 임펠러가 장착되며 유체 배출부를 가지는 본체하우징, 본체하우징의 일측에 부착되며, 유체가 유입되는 유입유로와 임펠러에 유체를 공급하는 유출유로가 형성된 흡입하우징, 동력을 전달하는 구동부와 연결된 임펠러 회전축을 포함하며, 흡입하우징은 적어도 하나의 제1 유체가이드와 흡입하우징 내면의 일부와 평행하게 형성되는 적어도 하나의 제2 유체가이드를 가지도록 하며, 흡입하우징 내부를 순환하는 두 개의 흐름을 만들 수 있는 원심펌프에 관한 것이다.

Description

유체가이드가 형성된 흡입하우징을 가지는 펌프 {Pump Having Suction Casing with Flow Guides}

본 개시(Disclosure)는 원심펌프에 적용되어 유체를 임펠러에 공급하는 흡입하우징에 관한 것으로, 특히 유체가이드를 이용하여 유체의 흐름을 효율적으로 만드는 펌프에 관한 것이다.

여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다.

펌프는 통상적으로 기계적 동작에 의해 유체를 움직이는 장치를 말한다. 구동 원동기에서 발생하는 기계적 에너지가 임펠러등의 매개체에 의해 유체에 전달된다. 유체는 펌프 내로 흡입되면서 기계적 에너지에 의해 대기압보다 높은 에너지를 가지게 되며, 펌프는 이런 유체를 저압부에서 고압부로 토출하는 구조를 가진다. 그 중에서도 원심펌프는 변곡된 다수의 블레이드가 달린 임펠러가 밀폐된 케이싱 내에서 회전함으로써 발생하는 원심력의 작용에 의하여 유체에 에너지를 전달하는 구조를 가지고 있다. 유체에 에너지가 전달되는 과정을 더 살펴보면, 유체는 원심력에 의해 압력이 낮아진 임펠러의 중심으로 흡입되고나서, 다시 원심력에 의해 임펠러의 블레이드가 안내하는 반지름 방향으로 흐르게 되면서 압력 및 속도 에너지를 얻게 되고, 이 후 임펠러를 떠난 유체는 과잉 속도 에너지가 다시 압력에너지로 변환되는 과정을 거치게 된다.

이런 펌프는 유체에 에너지를 전달하기 위해 내부에서 여러 단계의 공간을 거쳐 외부로 보내게 된다. 이 과정에서 유로의 방향이 급격하게 바뀌게 되는 공간은 그 흐름에 와류가 생기게 되어 유체가 안정적으로 펌프 내로 공급되는 것을 방해하게 된다. 특히 펌프의 성능에 영향을 가장 많이 미칠 수 있는 부분이 임펠러에 유체가 공급되는 흡입하우징 부분의 유체 흐름일 것이다. 공개특허공보 10-1999-0080966호에는 이런 문제를 해결하기 위한 수중 축류 펌프에 대해 설명하고 있다. 도 1에 따르면 수중 축류 펌프의 흡입 입구 측에 가이드 콘 혹은 가이드 판을 설치하여 혼류를 방지하고자 한다. 그러나 좁은 공간에서 유로가 급격하게 바뀌는 곳에서는 이렇게 단순히 유로가 꺾이는 부분에 유체 흐름을 부드럽게 만들 수 있을만큼 만족스러운 곡률을 주기 어려울 수 있으며, 흐름 방향에 가이드를 억지로 넣으면 오히려 유체 흐름을 더 방해하는 결과만 가지게 될 수도 있다. 본 개시에서는 이런 문제점의 해결 방안을 제시한다.

이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.

여기서는, 본 개시의 전체적인 요약이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다. 본 개시에 따른 일 태양에 의하면, 유체에 에너지를 가하는 임펠러, 임펠러가 장착되며 유체 배출부를 가지는 본체하우징, 본체하우징의 일측에 부착되며, 유체가 유입되는 유입유로와 임펠러에 유체를 공급하는 유출유로가 형성된 흡입하우징, 그리고, 동력을 전달하는 구동부와 연결된 임펠러 회전축을 포함하며, 흡입하우징은 적어도 하나의 제1 유체가이드와 흡입하우징 내면의 일부와 평행하게 형성되는 적어도 하나의 제2 유체가이드를 갖는 것을 특징으로 하는 원심펌프가 제공된다.

이에 대하여 '발명을 실시하기 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.

도 1은 종래 기술로서 한국 공개특허공보 제 10-1999-0080966호에 개시된 펌프를 나타내는 도면.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 펌프를 도시한 도면.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 흡입하우징의 단면을 도시한 도면.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 흡입하우징의 다른 단면을 도시한 도면.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 흡입하우징 내의 유체 흐름을 도시한 도면.

이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다.

도 2에는 본 개시에 따른 펌프가 나타나 있다. 유체는 유입유로(21)를 통해 흡입하우징(12)을 통과하여 임펠러(15)가 회전하고 있는 본체 하우징(13) 내부로 유입되어 에너지를 얻게 된다. 유체는 하나 이상의 임펠러(15)의 회전으로부터 에너지를 얻은 후 유체 배출부(14)를 통해서 외부로 배출되게 된다. 임펠러(15)를 회전시키기 위한 임펠러 회전축(16)이 있고, 구동부(미도시)가 이 축을 통해 임펠러(15)에 회전 동력을 제공한다.

도 3, 4에는 흡입하우징(12)의 축 방향 단면도와 그에 수직한 단면도가 개시되어 있다. 중앙에 원형의 형상을 가지며 임펠러(15) 측으로 유체를 내보내는 유출유로(22)가 있고, 유출유로(22)의 반지름 방향으로 유입유로(21)가 형성된다. 유입유로(21)의 반대편에는 유입유로(21)로부터 들어와 유출유로(22)로 빠져 나가지 못하고 흡입하우징(12)의 내면에 머무르게 되는 유체의 흐름을 양방향으로 가르는 제1 유체가이드(23)가 있다.

제1 유체가이드(23)는 유입유로(21)의 특성에 따라 여러 가지 모양과 방향을 가질 수 있다. 본 개시에서는 흡입하우징(12) 한 끝에 형성되어, 일부 공간을 격리하여 나누게 된다. 본체 하우징(13) 방향으로 갈수록 더 두껍도록 할 수 있다. 두꺼운 부분은 흡입 하우징 내면과 접합하면서 얇은 부분보다 두 배 가량 더 큰 곡률 모서리를 가지게 된다. 또한, 반지름 방향으로는 유입유로 형성 방향과 평행하거나 일치되게 만든다.

흡입하우징(12)은 추가로 제2 유체가이드(24, 25)를 가질 수 있다. 제2 유체가이드(24, 25)는 유출유로(22) 단면의 외주면을 따라 형성된다. 또는, 흡입 하우징(12)의 내면을 따라서 형성될 수도 있다. 따라서, 제2 유체가이드(24, 25)는 곡선 형태가 될 수 있다. 제2 유체가이드는 제1 유체가이드(23)에 의해 방향이 바뀌게 된 유체가 다시 유입유로(21)의 흐름과 합류되게 하여 유출유로(22)로 안정되게 빠져나갈 수 있도록 안내하는 역할을 한다. 제2 유체가이드(24, 25)는 제1 유체가이드(23)처럼 흡입하우징(12) 내부의 일면에서 다른 일면까지 닿게 형성될 필요는 없다. 유체의 흐름을 효율을 떨어뜨리지 않으면서 유도하는 것이 목적이다. 따라서 제2 유체가이드(24, 25)의 단면은 포물선 형태를 가질 수 있다. 또한, 유체의 흐름을 더 안정적으로 유도하기 위하여 단면의 높이를 높이되, 흡입하우징(12) 중심방향으로 쏠린 포물선 형태를 가질 수 있다. 그리고, 제2 유체가이드(24, 25)는 제1 유체가이드 양측에 하나씩 있을 수 있다. 그러나, 흡입하우징(12)의 크기가 크다면 제1 유체가이드(23)의 양측에 두 개 이상씩 있을 수도 있을 것이다. 제2 유체가이드(24, 25)는 제1 유체가이드(23)면을 중심으로 대칭되게 형성될 수 있다.

도 5에 따르면, 본 개시에 의한 흡입하우징(12)은 내부에 적어도 두 방향의 유체 순환 흐름을 가질 수 있다. 유입 유로를 통해 흡입하우징(12)으로 유입된 유체는 일부는 바로 유출유로(22)를 통해 임펠러에 전달되는 제1 흐름이 있고, 일부는 흡입하우징(12) 내부 공간에 남게 된다. 유입유로(21)측에서 발생한 압력으로 그 맞은편까지 흐르게 된 유체는 제1 유체가이드(23)에 의해 흡입하우징(12) 내부면을 따라 양방향으로 나뉘어져 제2, 3 흐름(502, 503)을 가지게 되며, 제2 유체가이드(24, 25)의 도움으로 다시 유입유로(21)에서 유출유로(22)로 직접 흐르는 제1 흐름을 따라 임펠러에 전달 될 수 있을 것이다. 또한, 제2, 3 흐름 유체의 일부는 직접 유출유로(22)에 들어가는 흐름을 만들 수도 있다. 흡입 하우징 내부에는 임펠러 회전축(510)이 지나가고 있어, 흡입하우징(12) 내부 유체 흐름에 영향을 주게 된다. 임펠러 회전축(510)이 시계방향으로 회전한다면, 제2 흐름(502)는 강하고, 제3 흐름(503)은 상대적으로 약하고 크기가 작은 흐름이 될 것이다.

이하, 본 개시에 따른 다양한 실시예에 대해 설명한다.

(1) 유체에 에너지를 가하는 임펠러, 임펠러가 장착되며 유체 배출부를 가지는 본체하우징, 본체하우징의 일측에 부착되며, 유체가 유입되는 유입유로와 임펠러에 유체를 공급하는 유출유로가 형성된 흡입하우징, 그리고, 동력을 전달하는 구동부와 연결된 임펠러 회전축을 포함하며, 흡입하우징은 적어도 하나의 제1 유체가이드와 흡입하우징 내면의 일부와 평행하게 형성되는 적어도 하나의 제2 유체가이드를 갖는 것을 특징으로 하는 원심펌프.

(2) 유출유로는 임펠러 회전축 방향으로 형성되고, 임펠러 회전축의 일부가 유출유로를 가로지르며, 적어도 하나의 제1 유체가이드는 흡입하우징으로 유입된 유체가 양방향으로 갈라질 수 있도록 임펠러 회전축 반지름 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 원심펌프.

(3) 유출유로는 원형의 단면적을 가지며, 제2 유체가이드는 길이 방향으로 곡선 형태인 것을 특징으로 하는 원심펌프.

(4) 적어도 하나의 제1 유체가이드가 분할한 면을 중심으로 양측에 적어도 하나씩의 제2 유체가이드가 형성되는 것을 특징으로 하는 원심펌프.

(5) 양측에 적어도 하나씩의 제2 유체가이드는 분할 면을 대해 대칭이며, 중앙이 볼록한 포물선 형태의 단면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 원심펌프.

(6) 적어도 하나의 제1 유체가이드는 적어도 하나의 제2 유체가이드보다 높이가 높으며, 제2 유체가이드는 중심이 일측으로 치우친 포물선 형태의 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 원심펌프.

(7) 제1 유체가이드를 기준면으로 2개의 순환 흐름이 만들어지도록 하는 것을 특징으로 하는 원심펌프.

10: 펌프 21: 유입유로 12: 흡입 하우징 13: 본체 하우징 14: 유체 배출부 15: 임펠러 16: 축 23: 제1 유체가이드 24, 25: 제2 유체가이드

Claims (7)

1. 유체에 에너지를 가하는 임펠러;
   임펠러가 장착되며 유체 배출부를 가지는 본체하우징;
   본체하우징의 일측에 부착되며, 유체가 유입되는 유입유로와 임펠러에 유체를 공급하는 유출유로가 형성된 흡입하우징;
   동력을 전달하는 구동부와 연결된 임펠러 회전축;그리고,
   흡입하우징은 내측면에 적어도 하나의 제1 유체가이드, 그리고 임펠러 회전축 원주방향으로 연장되는 곡선 형태인 적어도 하나의 제2 유체가이드를 갖는 것을 특징으로 하는 원심펌프.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   유출유로는 임펠러 회전축 방향으로 형성되고, 임펠러 회전축의 일부가 유출유로를 가로지르며,
   적어도 하나의 제1 유체가이드는 흡입하우징으로 유입된 유체가 양방향으로 갈라질 수 있도록 임펠러 회전축 반지름 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 원심펌프.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   유출유로는 원형의 단면적을 가지는 것을 특징으로 하는 원심펌프.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   적어도 하나의 제1 유체가이드가 분할한 면을 중심으로 양측에 적어도 하나씩의 제2 유체가이드가 형성되는 것을 특징으로 하는 원심펌프.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   양측에 적어도 하나씩의 제2 유체가이드는 제1 유체가이드가 분할한 면에 대해 대칭이며, 중앙이 볼록한 포물선 형태의 단면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 원심펌프.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   적어도 하나의 제1 유체가이드는 적어도 하나의 제2 유체가이드보다 높이가 높으며, 제2 유체가이드는 중심이 일측으로 치우친 포물선 형태의 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 원심펌프.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   제1 유체가이드를 기준면으로 2개의 순환 흐름이 만들어지도록 하는 것을 특징으로 하는 원심펌프.
   
   

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