KR101607428B1 - 디스크 임펠러를 구비한 펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 점성이 큰 유체, 금속이나 고형물이 포함된 슬러지와 같은 이송이 용이하지 않은 상태의 유체를 보다 용이하게 펌핑하여 이송할 수 있도록 한 디스크 임펠러를 구비한 펌프에 관한 것이다.
본 발명에 따른 디스크 임펠러를 구비한 펌프는, 본체하우징; 상기 본체하우징의내부에 장착된 모터유닛; 상기 모터유닛으로부터 연장되는 회전축과 결합되어 회전하는 임펠러 및 흡입구와 토출구가 구비되며 내부에 임펠러가 설치되는 케이싱을 포함하는 펌프로서, 상기 임펠러는 도넛츠형으로서 중앙홀이 천공되고, 둘레에는 복수 개의 결합구멍A가 구비되며, 일정간격을 이격되어 적층된 복수 개의 디스크; 상기 복수 개의 디스크 상호간 각각 일정간격이 유지되도록 상기 디스크 사이에 삽입 설치되는 지지부재 및 상기 디스크와 상기 지지부재를 결합시키는 결합나사; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

디스크 임펠러를 구비한 펌프{Pump with disc impellor}

본 발명은 디스크 임펠러를 구비한 펌프에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 점성이 큰 유체, 금속이나 고형물이 포함된 슬러지와 같은 이송이 용이하지 않은 상태의 유체를 더욱 용이하게 펌핑할 수 있도록 한 디스크 임펠러를 구비한 펌프에 관한 것이다.

일반적으로, 펌프는 유체를 흡입하여 배출시키도록 하는 장치로서, 저수지, 댐, 침수지역, 또는 대규모 철강공장 등에서 발생하는 다양한 이물질과 함께 슬러지가 포함된 유체를 펌핑해야 하는 경우, 슬러지의 원활한 펌핑이 가능한 슬러지용 펌프가 널리 사용되고 있다.

상기와 같은 슬러지용 펌프는 모터에 의해 회전하는 임펠러가 관상의 몸체 내부에 구비되어 있는 구조로 이루어지게 되며, 임펠러는 날개식 임펠러 또는 로터리 디스크 임펠러 등 다양한 종류가 사용된다.

도 1은 일반적인 로터리 디스크 펌프의 구성을 나타낸 것으로서, 그 내부에 원통형 로우터 챔버(1)를 갖는 하우징(2)과, 상기 챔버(1)의 일단부에 있는 입구(3) 및 출구(4)와, 상기 챔버(1) 내에 동축방향으로 배치되어서 그 중심축(5)에 대해 함께 회전하도록 연결되며 내부 대향면을 갖는 적어도 두 개의 평행하게 이격된 디스크(6)를 포함하여 구성된다. 이 구성에서 상기 디스크(6)의 내부 대향면은 유체를 펌핑하기 위해 회전시 소정 거리 떨어져서 이격되어 있으며, 상기 대향면으로부터 외향으로 돌출하는 대향면 중 적어도 일 면상에 복수 개의 상승 베인 또는 리브가 배치된다.

위와 같이 구성된 종래의 로터리 디스크 펌프는, 모터(7)의 구동에 의해 상기 디스크(6)가 챔버(1)에서 회전을 하면, 유체는 상기 디스크(6)에 의해 발생된 전단력과 마찰 또는 점성 견인력에 의해 펌핑되게 된다.

그러나 상기와 같은 종래의 펌프는, 슬러지가 많이 포함된 유체를 펌핑하는 경우, 펌핑이 제대로 이루어지지 않는 문제점이 있는데, 구동 초기에 유체를 자체흡수하는 자흡기능이 없어 유체 펌핑의 효율이 떨어지는 한계가 있다.

이러한 문제점을 개선하기 위한 종래의 기술로서 국내등록특허 제10-1345918호(등록일자: 2013. 12. 20.)에는 슬러지용 로터리 디스크 펌프가 개시되어 있다.

도 2는 상기 종래 기술에 따른 슬러지용 로터리 디스크 펌프를 보인 단면도로서, 모터(17)의 구동에 따라서 중심축(15)이 회전하며, 중심축(15)의 회전에 의해 자흡임펠러(19)가 회전을 하여 상기 입구(13)측에 자흡력을 발생시키게 되고, 발생된 자흡력에 의해 유체를 자흡하여 챔버(11)의 내부로 흡인하고, 상기 챔버(11)의 내부로 흡인된 유체는 상기 디스크(16)에 의해 발생된 펌핑력에 의해 출구로 토출되어 펌핑되는 것을 기술적 특징으로 한다.

그러나 상기 종래의 기술은 점성이 매우 큰 유체, 고형물, 금속스케일 등이 섞여 있는 슬러지의 이송은 쉽지 않은 문제가 있는 것으로서, 상기 기술에 의하면 펌핑시 유체의 흐름이 흩어지고 부서지는 난류상태가 되면서 유체에 포함된 고형물이 임펠러에 부딪혀 임펠러가 손상되는 상황이 발생될 수 있다.

또한, 이송되는 고형물이 펌프 임펠러케이싱에 접촉하는 경우 고형물에 의한 마모가 발생되어 펌프의 성능이 저하됨은 물론, 펌프의 고장을 일으키는 원인이 되는 문제점도 내포하고 있다.

KR 10-1345918 B1 2013.12.20.

본 발명은 상기 종래 기술이 갖는 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 유체의 소용돌이에 의해 발생된 자흡력을 이용하여 펌핑되는 펌프를 제공하는 데에 있다.

또한, 유체의 흐름이 흩어지지 않고 층류상태를 갖도록 하여 펌핑시 유체에 포함된 이물질에 의한 임펠러와 케이싱의 파손을 방지하도록 한 디스크 임펠러를 구비한 펌프를 제공하는 데에 있다.

또한, 본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는, 유동성이 부족한 액상조건, 공기가 함유되어 있는 조건에서도 공동현상(cavitation)이 없으며 다양한 형태들의 고형물들을 액체 및 기체와 함께 이송할 수 있도록 한 디스크 임펠러를 구비한 펌프를 제공하는 데에 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 디스크 임펠러를 구비한 펌프는, 본체하우징; 상기 본체하우징의 내부에 장착된 모터유닛; 상기 모터유닛으로부터 연장되는 회전축과 결합되어 회전하는 임펠러 및 흡입구와 토출구가 구비되며 내부에 임펠러가 설치되는 케이싱을 포함하는 펌프로서, 상기 임펠러는 도넛츠형으로서 중앙홀이 천공되고, 둘레에는 복수 개의 결합구멍A가 구비되며, 일정간격을 이격되어 적층된 복수 개의 디스크; 상기 복수 개의 디스크 상호간 각각 일정간격이 유지되도록 상기 디스크 사이에 삽입 설치되는 지지부재 및 상기 디스크와 상기 지지부재를 결합시키는 결합나사를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 지지부재는 상기 회전축이 삽입되며 키홈이 형성된 축삽입공이 구비된 중앙지지부; 및 상기 중앙지지부를 중심으로 외측방향으로 형성되는 지지대 로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 디스크 임펠러를 구비한 펌프에 있어서, 상기 케이싱의 흡입구에 설치되어 상기 케이싱의 내부로 유입되는 유체에 포함된 고형물을 차단하는 차단망이 더 포함된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 디스크 중앙의 중앙홀에 의한 소용돌이유입부를 통하여 이송이 어려운 점성이 큰 유체, 일정 크기 이하의 고형물, 금속스케일, 모래, 자갈 등을 포함하는 슬러지의 이송이 용이하도록 하여 펌프의 성능을 향상시키는 효과가 있다.

또한 본 발명에 의하면, 펌프 임펠러 케이싱의 마모 및 임펠러와 케이싱의 파손이 발생되지 않고 슬러지를 원활히 이송시킬 수 있어 펌프의 수명을 연장하고, 펌핑작업시 발생하는 이송물의 손상을 방지하며, 유동성이 부족한 액상조건, 공기가 함유 되어 있는 조건에서도 공동현상(cavitation)이 없으므로 다양한 형태의 고형물들을 액체 및 기체와 함께 이송할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 의하면, 고형 및 고점성의 액체상태물질로서 기존의 펌프로는 이송이 불가능했던 유체들을 단일의 펌프로 동시 이송이 가능하여 이송효과가 매우 우수하며, 수중펌프의 임펠러와 케이싱의 파손 및 마모가 방지되어 펌프의 수명이 연장되므로 경제성을 높이는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 로터리 디스크 펌프를 보인 단면도.
도 2는 종래기술에 따른 슬러지용 로터리 디스크 펌프를 보인 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 디스크 임펠러를 구비한 펌프의 구성을 보인 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 디스크 임펠러를 구비한 펌프의 임펠러의 결합상태를 도시한 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 디스크 임펠러를 구비한 펌프의 임펠러를 분해한 분해사시도.
도 6은 본 발명에 따른 디스크 임펠러를 구비한 펌프의 작동상태 단면도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 더욱 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 디스크 임펠러를 구비한 펌프의 구성을 보인 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 디스크 임펠러를 구비한 펌프의 임펠러의 결합상태를 도시한 사시도이며, 도 5는 본 발명에 따른 디스크 임펠러를 구비한 펌프의 임펠러를 분해한 분해사시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 디스크 임펠러를 구비한 펌프의 작동상태 단면도이다.

본 발명은 수중펌프의 상부 외관을 형성하는 본체하우징(200), 상기 본체하우징(200) 내부에 장착된 모터유닛(210), 상기 모터유닛(210)으로부터 연장되는 회전축(230)과 결합되어 회전하는 임펠러(100); 흡입구(221) 및 토출구(223)가 구비되며, 내부에 임펠러(100)가 설치되는 케이싱(220); 상기 케이싱(220)의 흡입구(221)에 설치되어 케이싱(220)의 내부로 유입되는 유체 중 고형물을 차단하는 차단망(240)을 갖는 수중펌프로서, 점성이 큰 유체, 금속이나 고형물이 포함된 슬러지와 같은 이송이 용이하지 않은 상태의 유체를 더욱 용이하게 펌핑할 수 있도록 한 디스크 임펠러를 구비한 펌프에 관한 것이다.

본 발명에 따른 상기 임펠러(100)는, 복수 개의 디스크(110), 복수 개의 지지부재(120) 및 이들을 상호 결합시켜 일체화되도록 하는 결합나사(130)로 구성된다.

상기 디스크(110)는 일정한 두께와 외경을 갖는 도넛츠형으로서, 가운데에는 비교적 큰 중앙홀(111)이 천공되어 있고, 둘레에는 복수 개의 결합구멍A(112)를 구비하고 있다.

또한, 상기 디스크(110)와 결합되어 회전동력이 전달되도록 하는 지지부재(120)에는, 중앙지지부(121)와 상기 중앙지지부(121)를 중심으로 하여 복수 개의 지지대(124)가 외측방향으로 일정 길이 연장되어 형성되며, 상기 지지대(124)의 외측 선단부에는 상기 디스크(110)의 결합구멍A(112)에 대응하는 결합구멍B(125)가 구비되어 있다.

상기 중앙지지부(121)에는, 중앙에 상기 회전축(230)이 삽입되도록 축삽입공(122)이 구비되어 있으며, 상기 축삽입공(122)의 일측에는 키홈(123)이 구비되어 있다.

상기 키홈(123)은 상기 회전축(230)의 회전력이 지지부재(120)에 전달되어 회전축(230)과 함께 회전하도록 키(231)를 삽입하기 위한 것으로서, 복수 개의 지지부재(120)에 모두 동일한 규격으로 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 디스크 임펠러를 구비한 펌프에서, 임펠러(100)는 상기와 같은 디스크(110)와 상기 디스크(110)를 지지하도록 하는 지지부재(120)가 서로 교번하여 적층된 복층구조로 이루어져 있다.

즉, 상기 디스크(110)는 동일한 규격으로 형성되어 복수 개가 각각 일정간격 이격되어 적층된 상태로 결합되어 구성되며, 상기 각 디스크(110)의 사이에는 상기 지지부재(120)가 교대로 삽입 설치되어 디스크(110)와 이웃한 다른 디스크(110)가 상호 일정한 간격이 유지되도록 구성된다.

이와 같은 디스크(100)의 조립 과정을 살펴보면, 상기 디스크(110)의 결합구멍A(112)와 상기 지지부재(120)의 결합구멍B(125)가 동일 축상에 일치되도록 조정한 다음, 결합구멍A, B(112, 125)에 결합나사(130)를 관통시켜 상기 결합나사(130)를 통해 결합이 이루어지도록 한다.

본 발명에서 임펠러(100)의 조립 과정시 주의할 사항은, 여러 층으로 적층되는 상기 지지부재(120)의 중앙지지부(121)에 구비되며 회전축(230)이 삽입되도록 하는 축삽입공(122)과 키홈(123)이 모두 일치되도록 하는 것이다.

따라서, 회전축(230)과 결합시 상기 키홈(123)에 키(231)를 끼워 넣음으로써 회전축(230)의 회전동력이 상기 지지부재(120)에 전달되도록 하며, 아울러 상기 지지부재(120)에 의해 연결되어 있는 디스크(110)에도 회전동력이 전달되어 디스크(110)가 고속으로 회전될 수 있도록 한다.

상기 회전축(230)의 하단에는 별도의 고정나사(233)가 체결되어 결합된 임펠러(100)가 이탈되지 않도록 한다.

본 발명에 의하면, 회전축(230)과 케이싱(220) 사이에 베어링(232)이 설치되도록 함으로써, 회전축(230)의 회전에 따른 마찰 소실이 감소되도록 할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 상기 디스크(110)의 중앙홀(111)이 결합시 중앙지지부(121)의 외경보다 상대적으로 크게 형성되도록 함으로써, 유체의 흐름 경로가 형성될 수 있도록 한다.

도면에 도시된 상기 지지부재(120)는 4개의 지지대(124)를 갖도록 하였으나, 2개 내지 5개를 형성하여도 상기 중앙홀(111)에 의한 유체의 흐름 경로만 형성될 수 있으면 설계 조건에 따라서 다양하게 변경 가능하다. 이때, 하나의 임펠러(100)를 형성하는 지지부재(120)는 모두 동일한 규격과 모양으로 조합이 이루어지도록 한다.

본 발명에 의하면, 상기 임펠러(100)의 상부와 케이싱(220)의 사이에는 일정한 간격을 갖는 공간부(222)가 형성되도록 함으로써, 임펠러(100)의 중앙홀(111)을 통하여 상승된 유체가 상기 공간부(222)를 통하여 토출구(223)로 원활하게 토출되도록 한다.

이와 같은 구성으로 된 본 발명은, 모터유닛(210)의 구동으로 회전축(230)이 회전하게 되면 임펠러(100)가 고속으로 회전하면서 소용돌이를 일으키게 되며, 이를 통해 유체가 중앙홀(111)을 통하여 상승 유입하게 되고, 유입된 유체가 토출구(223) 쪽으로 이송되면서 토출되게 된다.

부연하면, 첨부도면 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 디스크 임펠러를 구비한 펌프에 의하면, 임펠러(100)가 고속으로 회전시 중앙홀(111)이 위치한 유입부에는 소용돌이가 발생하게 된다.

여기서 베르누이의 정리를 이용하여 자흡력이 발생되는 원리를 설명한다.

베르누이의 정리는 "유체의 속력이 증가하면 압력은 감소한다."라고 표현할 수 있는 유체의 에너지 보존법칙이다. 즉, 임펠러(100)의 고속 회전에 따라 유체가 회전하게 되며, 회전되는 유체는 외측으로 밀려나는 힘이 발생하게 된다.

이러한 베르누이의 정리에 의해 임펠러(100)의 하부는 압력이 낮아져 유체를 흡입하는 자흡력이 발생되어 지속적으로 유체를 흡입하게 되며, 흡입된 유체는 임펠러(100)의 상부로 이송되어 토출구(223)를 통해 펌핑되게 된다. 이때, 본 발명에 따른 디스크 임펠러는 유체의 흐름이 흩어지지 않은 상태에서 층류상태를 갖도록 흐르게 되며, 이를 통해 펌핑시 발생하는 유체에 의한 펌프의 임펠러 케이싱 파손이 방지되게 된다.

한편, 펌핑이 용이하지 않은 비교적 크기가 큰 이물질은 상기 케이싱(220)의 내부로 유입되지 못하도록 방지함으로써, 크기가 큰 이물질에 의한 케이싱(220)의 파손을 방지하도록 구성될 수 있다.

차단망(240)은 상기 케이싱(220)의 흡입구(221)에 설치되어 상기 케이싱(220)의 내부로 유입되는 유체에 포함된 고형물을 차단하는 것으로서, 상기 차단망(240)을 통해 비교적 크기가 큰 고형물이 상기 케이싱(220) 내부로 유입되지 않도록 하게 한다.

본 발명에 의하면, 디스크(110)가 고속으로 회전할 때 발생되는 소용돌이가 상기 디스크(110)의 중앙홀(111)을 따라 나선형통로를 형성함으로써, 슬러지 상태의 유체 펌핑이 가능하게 되며, 점성이 큰 유체와 일정 크기 이하의 금속스케일, 모래, 자갈 등을 포함하는 슬러지가 상기 중앙홀(111)을 통해 이송이 용이하게 이루어짐으로써, 임펠러를 포함한 케이싱의 마모가 방지되고, 펌프의 수명이 연장될 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 디스크 임펠러를 구비한 펌프는, 유체를 흡입하여 토출하는 펌프뿐만 아니라, 수중에 위치하여 수중의 유체를 펌핑하는 수중펌프, 기체를 압송하는 선풍기 및 진공에 의한 이물질을 흡입하는 청소기 등에도 적용될 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능하다.

100: 임펠러 110: 디스크
111: 중앙홀 112: 결합구멍A
120: 지지부재 121: 중앙지지부
122: 축삽입공 123: 키홈
124: 지지대 125: 결합구멍B
130: 결합나사 200: 본체하우징
210: 모터유닛 220: 케이싱
221: 흡입구 222: 공간부
223: 토출구 230: 회전축
231: 키 232: 베어링
233: 고정나사 240: 차단망

Claims (3)

1. 본체하우징(200); 상기 본체하우징(200)의 내부에 장착된 모터유닛(210); 상기 모터유닛(210)으로부터 연장되는 회전축(230)과 결합되어 회전하는 임펠러(100) 및 흡입구(221)와 토출구(223)가 구비되며 내부에 임펠러(100)가 설치되는 케이싱(220)을 포함하는 펌프에 있어서,
   상기 임펠러(100)는,
   도넛츠형으로서 중앙홀(111)이 천공되고, 둘레에는 복수 개의 결합구멍A(112)가 구비되며, 일정간격 이격되어 적층된 복수 개의 디스크(110);
   상기 복수 개의 디스크(110) 상호간 각각 일정간격이 유지되도록 상기 디스크(110) 사이에 삽입 설치되는 지지부재(120); 및
   상기 디스크(110)와 상기 지지부재(120)를 결합시키는 결합나사(130);
   를 포함하여 구성되고,
   상기 지지부재(120)는,
   상기 회전축(230)이 삽입되며 키홈(123)이 형성된 축삽입공(122)이 구비된 중앙지지부(121); 및
   상기 중앙지지부(121)를 중심으로 외측방향으로 형성되고 외측 선단부에는 상기 디스크의 결합구멍A(112)에 대응하는 결합구멍B(125)가 구비되는 지지대(124);
   로 구성되며,
   상기 케이싱(220)의 흡입구(221)에 설치되어 상기 케이싱(220)의 내부로 유입되는 유체에 포함된 일정 크기 이상의 고형물을 차단하는 차단망(240)이 더 포함되며,
   상기 임펠러(100)의 상부와 상기 케이싱(220) 사이에는 공간부(222)가 형성되며, 상기 임펠러(100)의 회전에 의해 상기 임펠러(100)의 하부는 압력이 낮아져 자흡력이 발생되고, 상기 자흡력에 의해 흡입된 유체는 상기 임펠러(100)의 중앙홀(111)을 통하여 상승된 후 상기 공간부(222)를 통해 상기 토출구(223)로 토출되며, 상기 유체 및 상기 유체에 포함된 고형물을 펌핑할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 디스크 임펠러를 구비한 펌프.
   
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