KR101639038B1

KR101639038B1 - 풀-아웃형 입축 펌프

Info

Publication number: KR101639038B1
Application number: KR1020140058106A
Authority: KR
Inventors: 유지 나가이; 고이치 이리에; 데츠야 도타니
Original assignee: 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
Priority date: 2013-05-20
Filing date: 2014-05-15
Publication date: 2016-07-12
Also published as: JP2014227862A; KR20140136382A; JP6121239B2; CN104179689A; CN104179689B

Abstract

제관화한 풀-아웃형 입축 펌프에 있어서, 주물제 등의 종래형 입축 펌프의 펌프 성능과 동일한 정도 이상의 펌프 성능을 가짐과 함께 제조 비용 및 제작 공정 수를 저하시킨다. 풀-아웃형 입축 펌프(30)에서는, 입축에 배치되어 선단에 임펠러(2)가 장착된 회전축(1)을, 토출 벤드(9)의 상단부로부터 뽑는 것이 가능하다. 케이싱은, 임펠러를 수용하는 임펠러 케이싱(3a)과, 임펠러 케이싱의 하류측에 이웃하여 설치된 안내 날개 수단(5)과, 안내 날개 수단의 하류측에 배치되는 양수관(7)을 갖는다. 임펠러의 하류측에, 안내 날개 수단과의 사이에서 유로를 형성하는 보스부(3b)를 설치하고, 임펠러 케이싱에 둘레 방향으로 간격을 두고 복수의 제1 정류판(4a)을 배치하고, 보스부에 둘레 방향으로 간격을 두고 복수의 제2 정류판(4b)을 배치한다. 회전축을 뽑을 때에는 제2 정류판을 임펠러와 함께 뽑는다.

Description

풀-아웃형 입축 펌프{PULL-OUT TYPE VERTICAL PUMP}

본 발명은, 흡수조 내에 설치되는 입축(立軸) 펌프에 관련된 것으로, 특히, 회전체부만을 상방으로 뽑는 것이 가능한 풀-아웃형 입축 펌프에 관한 것이다.

양·배수기장에서 사용되는 펌프나 발전소용 순환수 펌프, 해수 담수화 장치에 있어서의 해수 펌프 등의 대형의 입축 펌프에서는, 초기 건설비 등의 이니셜 코스트나 운전 효율이 관여하는 러닝 코스트에 더하여, 메인터넌스 비용도 포함시킨 라이프 사이클 코스트까지 포함하여 최적화하는 것이 요망되고 있다. 이 관점에서, 펌프 내부의 수리나 점검 등의 메인터넌스성이 우수한 이른바 풀-아웃형(인발형)의 펌프가 채용되는 것이 많아지고 있다. 풀-아웃형 펌프를 사용하면, 설치 바닥에 양수관을 설치한 상태 그대로 주축이나 임펠러를 뽑아 취출할 수 있고, 뽑기형이 아닌 펌프 비하여, 분해·점검이 용이해져, 펌프기장의 크레인 용량도 저감시킬 수 있다.

풀-아웃형 펌프의 예가, 특허문헌 1에 개시되어 있다. 이 공보에 기재된 펌프에서는, 상측 양수관의 상단에 대한 플레이트의 고정을 해제한 후에, 회전 방향변환 장치의 하우징을 설치 바닥으로부터 멀어지도록 상방으로 끌어올림으로써, 축 케이싱 및 베인 케이싱, 커버 케이싱을 가지는 인너 케이싱이 상측 양수관의 상단 개구로부터 뽑아진다. 그때, 베인 케이싱에 고정된 안내 날개나 인너 케이싱과 함께, 주축이나 그 하단에 고정된 임펠러도 함께 상단 개구로부터 뽑아진다. 또한, 이 종류의 펌프를, 이하 케이싱 풀-아웃형으로 칭한다.

풀-아웃형 펌프의 다른 예가, 특허문헌 2에 기재되어 있다. 이 공보에 기재된 펌프에서는, 펌프 임펠러의 최대 외경을 가이드 베인의 최소 내경보다 약간 큰 지름으로 하고, 자오면(子午面) 형상에서는 임펠러의 날개와 가이드 베인의 날개가 반경 방향으로 랩 하도록 하고 있다. 그리고, 펌프의 임펠러를 양수관의 상방으로 뽑을 때에는, 임펠러가 장착된 회전축을 약간 회전시킴으로써, 안내 날개의 날개 사이로부터 임펠러의 날개를 발출하도록 하고 있다. 이 종류의 펌프를 이하, 로터 풀-아웃형으로 칭한다.

일본 특허 공개 제2008-128188호 공보 일본 특허 공보 소62-14720호 공보

그런데, 대형의 펌프에서는 제작 기간의 단일(短日)화 및 제작 비용의 저감화를 위하여, 제관화(製罐化)한 펌프가 많이 사용되고 있다. 제관화 펌프는 주물제의 펌프에 비하여 형상의 자유도가 적어, 복잡한 날개 형상 등은 피할 필요가 있다. 그 때문에, 종래의 임펠러나 안내 날개에 비하여 단순한 형상이 되는 경향이 있어, 자칫하면 성능의 저하를 일으킬 우려가 있다.

또, 메인터넌스성의 향상을 도모하여 펌프를 풀-아웃형으로 하면, 펌프에는 새로운 제약이 가해진다. 예를 들면, 케이싱 풀-아웃형의 펌프인 특허문헌 1에 기재된 펌프에서는, 비(非)풀-아웃형 펌프와 임펠러나 안내 날개의 유로(流路) 형상을 동일하게 유지하여, 펌프의 유체 성능을 확보하고 있다. 그러나, 안내 날개 케이싱부를 2중 구조로 한 것, 그에 따라 안내 날개 케이싱부의 하류에 위치하는 양수관의 내경을 안내 날개 케이싱부의 외경보다 크게 하지 않을 수 없기 때문에, 제조 공정 및 비용 증가의 우려가 있다. 특히, 양수관이 긴 경우에는, 비풀-아웃형 펌프에 비하여 이 영향이 현저해진다.

케이싱 풀-아웃형 펌프의 문제를 해소하기 위하여, 특허문헌 2에 기재된 펌프에서는, 임펠러 및 회전축부만을 풀-아웃하도록 하여 비용 증가 및 공정 수 증가를 억제하고 있다. 즉, 이 공보에 기재된 펌프에서는, 비풀-아웃형 펌프보다 안내 날개 케이싱부의 최대 지름은 커지지만, 안내 날개 케이싱부의 하류측에 위치하는 양수관의 내경은, 안내 날개 외경보다 훨씬 작은 지름인 임펠러 외경보다 조금 크게만 하면 되므로, 제조 비용의 증가를 억제 가능하게 하고 있다.

또한 이 펌프에서는, 비풀-아웃형 펌프에 비하여 임펠러로부터 안내 날개 입구까지의 거리가 길어지는 문제를 해소하기 위하여, 안내 날개의 날개의 앞쪽 가장자리측을 임펠러측으로 연장시키고 있다. 그런데, 이 펌프는 제관제 펌프가 아니고, 케이싱을 주물로 제조하고 있으므로, 이러한 복잡한 제조법을 채용할 수 있다. 그러나, 상기 서술한 제관화한 펌프에서는, 케이싱의 내외벽을 롤 성형 등에 의해 원통 형상 또는 원추 형상으로 하고, 안내 날개를 원뿔 또는 원통 지그에 의해 프레스 성형하는 것이 일반적이므로, 이러한 가공은 곤란하다.

본 발명은 상기 종래 기술의 문제를 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 제관화한 풀-아웃형 입축 펌프에 있어서, 주물제 등의 종래형 입축 펌프의 펌프 성능과 동일한 정도 이상의 펌프 성능을 가짐과 함께, 제조 비용 및 제작 공정 수를 저하시키는 것에 있다. 또, 이 목적에 더하여, 풀-아웃 시의 동력을 저감시켜 메인터넌스성을 향상시키는 것도 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하는 본 발명의 특징은, 입축에 배치되어 선단에 임펠러가 장착된 회전축을, 케이싱에 접속하는 토출 벤드(bend)의 상단부로부터 뽑는 것을 가능하게 한 로터 풀-아웃형 입축 펌프에 있어서, 상기 케이싱은, 상기 임펠러를 수용하는 임펠러 케이싱과, 상기 임펠러 케이싱의 하류측에 이웃해서 설치된 안내 날개 수단과, 상기 안내 날개 수단의 하류측에 배치되는 양수관을 가지고, 상기 임펠러의 하류측에, 상기 안내 날개 수단과의 사이에서 유로를 형성하는 보스부를 설치하고, 상기 임펠러 케이싱에 둘레 방향으로 간격을 두고 복수의 제1 정류판을 배치하고, 상기 보스부에 둘레 방향으로 간격을 두고 복수의 제2 정류판을 배치하고, 상기 회전축을 뽑을 때에는 상기 제2 정류판을 상기 임펠러와 함께 뽑는 것을 가능하게 한 것에 있다.

그리고 이 특징에 있어서, 상기 제1 정류판과 상기 제2 정류판은 1매의 판금제(板金製)의 날개를 분할한 형상이며, 반경 방향으로 약간의 간극을 두고 배치되어 있어도 되고, 상기 제1, 제2 정류판은 유로 높이에 비하여 충분히 높이가 낮은 리브 형상이어도 된다.

또한, 상기 제1 정류판의 입구 각도는 상기 임펠러의 칩측에 있어서의 출구흐름 각도와 동일하고, 상기 제1 정류판의 출구 각도는 상기 안내 날개의 칩측에 있어서의 입구 각도와 동일한 것이 바람직하고, 상기 제2 정류판의 입구 각도는 상기 임펠러의 보스측에 있어서의 설계점 흐름 각도와 동일하고, 상기 제2 정류판의 출구 각도는 상기 안내 날개의 보스측에 있어서의 입구 각도와 각각 동일한 것이 좋다.

또, 상기 특징에 있어서, 상기 제1 정류판과 상기 제2 정류판은 1매의 판금제의 날개를 분할한 형상이며, 반경 방향으로 약간의 간극을 두고 배치되어 있어도 되고, 상기 제1, 제2 정류판은 유로 높이에 비하여 충분히 높이가 낮은 리브 형상이어도 된다. 또, 상기 펌프 케이싱 및 상기 안내 날개 수단의 케이싱은 모두 제관 구조이며, 복수의 상기 제1 정류판은 상기 펌프 케이싱에 용접되어 있고, 복수의 상기 제2 정류판이 상기 보스 부재에 용접되어 있어도 된다.

상기 목적을 달성하는 본 발명의 다른 특징은, 입축에 배치된 회전축과, 이 회전축의 선단부에 장착된 임펠러를 가지는 회전 부재와, 상기 회전축을 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하고 이 회전축의 축 방향 중간부에 배치한 수중 베어링과, 상기 회전축을 삽입 통과하여 보호하는 보호관과, 상류측이 상기 임펠러를 수용하는 임펠러 케이싱에서 하류측이 상기 임펠러로부터 유출되는 흐름을 안내하는 안내 유로 수단인 토출 보울(bowl)부와, 상기 토출 보울부의 상류측에 접속된 벨 마우스와, 토출 보울부의 하류측에 접속된 양수관과, 이 양수관의 하류측에 접속된 토출 벤드를 가지는 정지(靜止) 부재를 구비하고, 상기 회전 부재를 상기 토출 벤드의 상단부에 설치한 개구로부터 매달아 올리거나 또는 매달아 내려 상기 정지 부재에 상기 회전 부재를 입축 방향으로 삽입 분리 가능하게 감합하는 로터 풀-아웃형 입축 펌프에 있어서, 상기 정지 부재는, 상기 임펠러의 하류측으로서 이 임펠러에 이웃하는 위치에 배치한 보스부를 가지고, 상기 안내 유로 수단은, 상기 보스부와 함께 하류로 감에 따라 단면적이 넓어지는 확대 유로를 형성하는 임펠러 케이싱과, 이 임펠러 케이싱 내에 둘레 방향으로 간격을 두고 배치하여 설치한 복수의 제1 정류판과, 상기 보스부에 둘레 방향으로 간격을 두고 배치하여 설치한 복수의 제2 정류판을 가지는 것이다. 그리고, 상기 보스부를 상기 회전 부재와 함께 뽑는 것이 가능한 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 사류(斜流)형의 임펠러를 가지는 풀-아웃형 입축 펌프에 있어서, 임펠러와 안내 날개 사이에 형성되는 유로부에, 케이싱측에 고정된 복수의 외팔보의 정류판과 로터측에 고정된 복수의 외팔보의 정류판을 설치하였기 때문에, 제관화한 펌프에 있어서 주물제 등의 종래형 입축 펌프의 펌프 성능과 동일한 정도 이상의 펌프 성능을 가짐과 함께 제조 비용 및 제작 공정 수를 저하시킬 수 있다. 또한, 로터 풀-아웃형이기 때문에 풀-아웃 시의 동력을 저감시킬 수 있어, 메인터넌스성이 향상된다.

도 1은 본 발명에 관련된 풀-아웃형 펌프의 일 실시예의 자오면 단면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 풀-아웃형 펌프의 임펠러 근방의 자오면 단면도 및 안내 날개부의 확대도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 풀-아웃형 펌프의 임펠러 뒤쪽 가장자리 근방의 둘레 방향 전개 단면도 및 정류판부의 확대도이다.
도 4는 사류 펌프의 임펠러 하류의 흐름의 설명도이다.
도 5는 본 발명에 관련된 풀-아웃형 펌프의 다른 실시예의 주요부의 자오면 단면도이다.
도 6은 도 5에 나타낸 풀-아웃형 펌프를 풀-아웃한 상태를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명에 관련된 로터 풀-아웃형의 입축 펌프의 몇 개의 실시예를, 도면을 사용하여 설명한다. 도 1은, 로터 풀-아웃형의 입축 펌프(30)의 일 실시예의 종단면도이며, 도 1은, 흡수조(32)에 이 입축 펌프(30)를 설치한 상태를 나타내고 있다.

입축 펌프(30)에서는, 수직하게 연장되는 회전축(1)의 하단부에 키(1x)를 통하여, 사류형의 임펠러(2)가 임펠러 너트(12)에 의해 체결되어 있다. 임펠러(2)는 슈라우드(shroud)가 없는 오픈 임펠러로, 복수 매의 날개(2v)가 둘레 방향으로 대략 등간격으로 보스(2a)에 장착되어 있다. 회전축(1)은 축방향 복수 지점에 설치된 접속부(1a, 1b)로 접속되고, 흡수조(32)의 깊이에 따른 길이로 되어 있다.

회전축(1)의 상단부에는, 이 입축 펌프(30)를 구동하는 도시 생략한 원동기에 접속하기 위하여 커플링부(24)가 설치되어 있다. 회전축(1)의 축방향 중간부의 복수 지점에는, 이 회전축(1)을 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하는 베어링(수중 베어링)(16a, 16b)이 설치되어 있다. 하부의 베어링(16a)보다 상측에 위치하는 회전축(1) 및 접속부(1a, 1b)는, 베어링(16b)부를 제외하고, 보호관(8)에 의해 보호되어 있다.

회전축(1) 및 임펠러(2)는, 수직으로 연장되는 케이싱(18)에 수용되어 있다. 케이싱(18)은, 급수조(32)로부터 물을 흡입하는 흡입구(10a)를 가지는 나팔 형상의 벨 마우스(10)와, 벨 마우스(10)의 상부에 플랜지(10b, 3c)로 접속하는 확대관 형상의 임펠러 케이싱(3a)과, 임펠러 케이싱(3a)의 상부에 플랜지(3d, 5d)로 접속하는 원통형의 바깥 케이싱(5a)과, 바깥 케이싱(5a)의 상부에 접속하는 원통 형상의 양수관(7)과, 양수관(7)의 상부에 접속하는 토출 벤드(9)를 가지고 있다.

토출 벤드(9)는 원통 형상의 직관부(9a)와, 이 직관부(9a)의 측부에 형성되며 토출구(9f)를 가지는 분기부(9b)를 가지고 있다. 토출 벤드(9)의 분기부(9b)에는, 도시 생략한 토출 배관이 접속되어, 배수 등의 용도로 제공된다. 양수관(7) 내를 상승하는 흐름을 토출구(9f)로 원활하게 유도하기 위하여, 토출 벤드(9)의 내부에는 곡면 또는 절곡된 평면으로 구성된 배플(11)이 설치되어 있다.

토출 벤드(9)의 상단부 및 축방향 중간부에는, 플랜지(9c, 9d)가 장착되어 있고, 상단부의 플랜지(9c)에는 뚜껑(23)이 볼트 및 너트를 사용하여 장착된다. 뚜껑(23)의 중앙부에는 개구가 형성되어 있고, 회전축(1)이 관통할 수 있게 되어 있다. 뚜껑(23)에는 커플링부(24)가 고정되어 있다.

축방향 중간부의 플랜지(9d)는, 토출 벤드(9)를 설치 바닥(20)에 고정하기 위한 것이다. 설치 바닥(20)은 콘크리트제이기 때문에, 입축 펌프(30)가 관통하는 구멍의 모서리부에 보강을 위하여 강제(鋼製)의 계지(係止) 부재(20a)가 장착되어 있다. 이 계지 부재(20a)와 토출 벤드(9)의 플랜지(9d)의 위치 결정을 용이하게 하기 위하여, 플랜지(21)를 통하여 플랜지(9d)와 계지 부재(20a)를 체결한다.

회전축(1)의 축방향 중간부에 설치한 베어링(16a, 16b)을 유지하기 위하여, 각 베어링(16a, 16b)의 외주측에는 간격을 두고 복수 개의 스테이(16_a1, 16_b1)가 배치되어 있다. 스테이(16_a1, 16_b1)의 외경측은, 양수관(7) 및 토출 벤드(9)의 내주면에 형성된 계지부에 계지된다. 스테이(16_a1, 16_b1) 및 보호관(8)은, 후술하는 보스부(3b)나 내주벽(6b)과 함께 회전축(1)과 함께 풀-아웃된다.

다음으로, 임펠러 케이싱(3a) 및 안내 날개부(5), 축류관(縮流管)부(6)로 구성되는 토출 보울부(19)에 대하여 상세히 설명한다. 토출 보울부(19)는 정지 부재를 구성하고, 임펠러(2) 및 회전축(1)을 풀-아웃할 때에는, 급수조(32)측에 남겨진다. 토출 보울부(19)는, 임펠러 케이싱(3a)과 안내 날개부(5)의 바깥 케이싱(5a)과 축류관부(6)의 외주벽(6a)으로 둘러싸여 있다.

안내 날개부(5)는 바깥 케이싱(5a)과 내측통(5r)의 2중 원통 형상으로 형성되어 있고, 2중 원통부에서는 복수의 안내 날개(5b)가 둘레 방향으로 간격을 두고 배치되어 있다. 내측통(5r)보다 내경측에, 내주벽(5c)이 바깥 케이싱(5a)에 동심 형상으로 배치되어 있다. 축류관부(6)의 내주측에는, 내주벽(5c)에 접속하여 축류를 형성하기 때문에, 외주벽(6a)보다 경사각이 큰 내주벽(6b)이 형성되어 있다.

축방향으로, 임펠러 케이싱(3a)과 안내 날개부(5)의 접속 위치 부근으로서 내주측에, 회전축(1)을 회전 지지하는 베어링(15)이 배치되어 있다. 또, 베어링(15)을 유지하는 스테이부(5f)를 가지고, 임펠러(1)를 나온 흐름을 안내 날개부(5)로 원활하게 유도하는 보스부(3b)가, 임펠러(2)의 직하류측에 배치되어 있다. 보스부(3b)의 외주면은, 임펠러(2)의 보스(2a)의 표면에 매끄럽게 접속하는 면으로서 형성되어 있다.

보스부(3b) 및 임펠러 케이싱(3a)에는, 임펠러(2)를 나온 흐름을 정류(整流)하여, 하류측에 배치한 안내 날개부(5)의 바깥 케이싱(5a)과 내측통(5r)의 사이에 형성되는 2중 원통 사이 유로로 유도하기 위해, 상기 2중 원통 유로의 상류이고, 상기 임펠러 케이싱(3a)에 둘레 방향으로 간격을 두고 배치된 복수의 정류판(4a)(제1 정류판)이 설치되고, 상기 정류판(4a)(제1 정류판)의 상류측이고, 상기 임펠러(2)의 하류측의 위치에 상기 보스부에 둘레 방향으로 간격을 두고 복수의 정류판(4b)(제2 정류판)이 더 설치되어 있다. 정류판(4a)(제1 정류판)과 정류판(4b)(제2 정류판)의 날개 매수는, 안내 날개(5b)의 매수의 정수(整數)배 또는 정수분의 1 중 어느 것이다. 정류판(4a)(제1 정류판)과 정류판(4b)(제2 정류판)의 상세를, 도 3 내지 도 6을 이용하여 설명한다.

도 2는, 본 발명에 관련된 정류판(4a)(제1 정류판), 정류판(4b)(제2 정류판)의 일 실시예를 나타낸다. 도 2의 (a)는 상기 정류판(4a)(제1 정류판), 상기 정류판(4b)(제2 정류판)을 갖는 보울부(19)와 그 주변의 확대도이다. 도 2의 (b)는 안내 날개부(5)의 종단면도의 확대도이다.
도 3의 (a)는, 도 2의 (a)에 있어서 A-A선을 단면으로 하여, 그것을 안내 날개부 외측, 환언하면 도 3의 (a)는, 좌측으로부터 축을 향한 시점에서 본 것을 평면 형상으로 전개한 도면이다.
도 3의 (a)는, 도면의 하측에 설치되어 있는 임펠러(2)(도 3의 (a)에서는 표시가 생략되어 있음)에 맞추어 기울어 설치된 상기 정류판(4a)(제1 정류판)의 A-A선상의 단면 형상과, 그 하류측에 설치된 상기 정류판(4b)(제2 정류판)의 A-A선상의 단면 형상과, 또 그 하류에 설치된 안내 날개(5b)의 A-A선상의 단면 형상을 나타낸다. 또한 도 3의 (b)는 도 2의 (a)의 정류판부의 확대도이고, 정류판(4a)(제1 정류판)과 정류판(4b)(제2 정류판)은, φD4의 직경으로 분할되어 있다. 또 도 3의 (a)에 있어서, 유체는, 임펠러를 나온 후에, 상기 정류판(4b)(제2 정류판)의 앞쪽 가장자리(4_b1)측으로부터 유입되고, 나아가서는 정류판(4a)(제1 정류판)의 뒤쪽 가장자리(4_a1)로부터 유출되어, 그 하류에 설치된 안내 날개(5b)에 유입된다.
도 4는 정류판을 가지지 않는 입축 펌프(30)의 임펠러(2) 내 및 임펠러(2) 출구에서의 흐름을 설명하는 도면이다. 도 5 및 도 6은 본 발명에 관련된 정류판의 다른 실시예를 가지는 풀-아웃형 펌프의 종단면도이며, 도 5는 토출 보울부(19)를 나타내는 도면이고, 도 6은 급수조(32)로부터 입축 펌프(30)를 뽑아내고 있는(풀-아웃한) 상태를 나타내는 도면이다.

복수의 정류판(4a)(제1 정류판)과 정류판(4b)(제2 정류판)은, 도 3의 (a)에 그 단면 형상을 나타낸 바와 같이, 1매의 평판을 절곡 가공하여 형성한 곡면 형상의 판을 2분할한 형상이다. 그리고, 일방의 정류판(4a)(제1 정류판)은 제관 가공으로 형성된 임펠러 케이싱(3a)에, 일단측이 용접되어 있다. 타방의 정류판(4b)(제2 정류판)은, 보스부(3b)에 일단측이 용접되어 있다. 그때, 서로의 정류판(4a)(제1 정류판)과 정류판(4b)(제2 정류판)의 위치를, 마치 1매의 정류판부(4)로 간주되도록 위치 결정한다. 이것에 의해, 임펠러(2)를 나온 흐름을 원활하게 안내 날개(5b, 5b) 사이에 형성되는 유로로 유도하는 것이 가능해진다.

도 4에 나타내는 바와 같이 구성한 토출 보울부(19) 내의 흐름을, 정류판부(4)에 주목하여 이하에 설명한다. 임펠러(2)를 가지는 입축 펌프(30)에서는, 임펠러(2)에 의해 운동 에너지가 부여되지만, 운동 에너지는 선회 성분의 형태로도 부여된다. 그 때문에, 임펠러(2)의 출구에서는 선회 성분이 강한 둘레 방향으로 경사진 흐름이 되고, 안내 날개(5b)에 큰 선회 성분을 가진 상태로 도달한다. 안내 날개(5b)는, 그 출구부인 하류단(5h)에서 선회 성분이 없는 흐름이 되도록, 날개 각도를 회전축(1)에 평행한 방향으로 하여, 압력 회복을 도모하고 있다.

그런데, 입축 펌프(30)의 유량이 설계점 유량이면, 임펠러(2)를 나온 흐름은 비교적 원활하게 안내 날개(5b)로 유입된다. 그러나, 설계점 유량을 벗어난 운전 점, 특히 저유량 영역의 경우에는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 임펠러(2)로 유입된 흐름을 선회에 의해 발생한 원심력이, 보스(2a)측으로부터 반경 방향 외측을 향하는 흐름(F)으로 한다. 그와 함께, 임펠러(2)의 입구 부근의 칩(2b)측에서 임펠러(2) 내로부터 앞쪽 가장자리(2c)측을 향하는 역류(Ru)를 발생시킨다.

또, 임펠러(2)로 유입된 흐름은, 원심력에 의해 임펠러(2) 내에서 임펠러(2)의 출구 부근의 칩(2b)측으로 편향되어 흐르지만, 편향이 현저해지면 날개(2v)의 뒤쪽 가장자리(2d)측의 보스(2a)측에서도 역류(Rd)가 발생한다. 또한, 안내 날개(5b)의 입구부에서 발생하는 역류도 임펠러(2)측으로 흘러들어오므로, 임펠러(2)의 출구부로부터 안내 날개(5b)의 입구부에 걸쳐 복잡한 플로우 패턴이 형성된다. 그 결과, 안내 날개(5b)의 입구에 있어서의 선회 실속(失速) 발생 등에 의해, 성능 곡선에 있어서 산 높이의 불안정 특성 발생의 요인이 된다.

또한, 로터 풀-아웃형 입축 펌프(30)의 제조 비용이나 제조 공정을 단축하기 위하여, 토출 보울부(19)에 제관 구조를 적용하면, 주물 구조에 비하여 복잡한 형상을 적용할 수 없고, 임펠러(2)의 출구부와 안내 날개(5b)의 입구부의 간격(X)이 증대되는 경향이 있다. 그 때문에, 임펠러(2)로부터 유출되는 흐름을 규제하지 않으면, 임펠러(2)를 나온 흐름에 자유 소용돌이 흐름 등이 중첩하여 흐름이 복잡해져, 입축 펌프(30)의 성능이 저하될 우려가 있다.

그 때문에, 본 실시예에서는, 임펠러(2)를 나온 흐름을 규제하는 규제 수단으로서, 상기 서술한 정류판(4a)(제1 정류판)과 정류판(4b)(제2 정류판)을 설치하고, 임펠러를 나온 흐름이 강제적으로 정류판(4a)(제1 정류판)과 정류판(4b)(제2 정류판)을 따르도록 하고 있다. 즉, 제관 구조의 로터 풀-아웃형 입축 펌프(30)를 채용함으로써, 임펠러(2)의 출구와 안내 날개부(5)의 거리(X)가 증대되었음에도 불구하고, 저유량 영역에 있어서의 임펠러(2) 내의 편향 흐름(F)을, 안내 날개(5b)로 원활하게 안내시킨다. 이것을, 확대관부(3)에서 임펠러(2)보다 하류의 임펠러 케이싱(3a)의 위치에 정류판(4a)(제1 정류판)을 설치하고, 보스부(3b)에 정류판(4b)(제2 정류판)을 설치하여, 실현하고 있다.

그리고, 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 2개의 정류판(4a)(제1 정류판)과 정류판(4b)(제2 정류판)을 풀-아웃 시의 감합부 지름(D5)보다 작은 지름(D4)으로 분할한 구조로 하고 있으므로, 회전축(1)이나 임펠러(2)로 구성되는 회전 부재측을 뽑을 때, 2개의 정류판(4a)(제1 정류판)과 정류판(4b)(제2 정류판)이 간섭하지 않는다. 즉, 임펠러(2)의 최대 지름(D2)을 감합부 지름(D5)보다 약간 작게 하여, D2<D5로 하고 있다. 또한, 임펠러 케이싱(3a)에 고정한 정류판(4a)(제1 정류판)의 최소 지름(D4)은, 정류판(4a)(제1 정류판)과 정류판(4b)(제2 정류판)의 분할 위치이기 때문에, 임펠러(2)의 최대 지름(D2)보다 크며 D4>D2이다.

조립시에는, 회전축(1)이나 임펠러(2)로 구성되는 회전 부재측을 매달아 내려가면, 도 2의 (b)에 상세를 나타내는 바와 같이, 회전 부재측의 안내 날개부(5)의 내주벽(5c) 및 정지 부재측의 안내 날개부(5)의 내측통(5r)에 형성한 스피곳 이음부(5t)가 감합되고, 회전 부재측의 수직 방향의 위치 결정이 이루어진다. 그때, 내주벽(5c) 및 내측통(5r)의 하부에 형성한 감합부(5u)를 내주벽(5c)은 스피곳 이음부(5t)를 가이드로 하여 원활하게 내려간다. 또, 임펠러(2)의 날개(2v)도 내측통(5r)에 간섭하지 않고 내려간다. 풀-아웃 시에는, 이 조립시의 공정과 반대의 공정이 진행된다. 여기서, 내측통(5r)과 내주벽(5c) 사이에 형성되는 공간은, 홈부(5s)이며, 회전 부재측의 매달아 올림 중량을 저감시키기 위하여, 및 감합부의 가공 길이를 짧게 하기 위하여 형성되어 있다.

또한, 정류판(4a)(제1 정류판) 및 정류판(4b)(제2 정류판)과 안내 날개(5b)의 둘레 방향 상대 위치 관계에 의해, 정류판(4)부의 출구 흐름의 정류의 정도가 크게 좌우되므로, 안내 날개(5b)에 대하여 정류판(4a)(제1 정류판)과 정류판(4b)(제2 정류판)을 둘레 방향으로 적정하게 배치할 필요가 있다. 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 임펠러(2)의 출구로부터 유출되는 흐름에는, 강한 선회 속도성분이 포함되므로, 정류판(4)부에서는 주류(Fm)가 정류판(4a)(제1 정류판)과 정류판(4b)(제2 정류판)의 압력면(4p)측으로 변위한다.

여기서, 정류판(4a)(제1 정류판)과 정류판(4b)(제2 정류판)의 상류단(4b1)으로부터 하류단(4a2)까지의 유로 방향 길이는, 토출 보울부(19)의 형상에 의해 정해지기 때문에 제한이 있으므로, 주류(Fm)는 선회 속도 성분을 남긴 상태로 안내 날개(5b, 5b) 사이의 유로로 유입되지 않을 수 없다. 그래서, 정류판(4a)(제1 정류판)과 정류판(4b)(제2 정류판)의 위치를 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 안내 날개(5b)의 피치(P) 사이의 중앙부보다 안내 날개(5b)의 압력면(5p)측으로서 거리 Z(Z<0.5P)의 위치에 배치한다. 이것에 의해, 정류판(4a)(제1 정류판)과 정류판(4b)(제2 정류판)에 의한 흐름으로부터 선회를 없애는 효과를 최대화한다. 단, 이 관계는 정류판(4a)(제1 정류판)과 정류판(4b)(제2 정류판)의 날개 매수가, 안내 날개(5b)의 날개 매수와 동수이거나 정수분의 1일 때로 한정된다.

본 실시예에서는, 정류판(4a)(제1 정류판)과 정류판(4b)(제2 정류판)의 매수를 안내 날개(5b)의 매수의 정수 배 또는 정수분의 1 중 어느 것으로 하고 있지만, 이것은 각 안내 날개(5b)의 부압면보다 압력면(5p)에 가까운 측에 정류판(4a)(제1 정류판)과 정류판(4b)(제2 정류판)을 위치시키기 위해서이다. 또, 한 쌍의 정류판(4a)(제1 정류판)과 정류판(4b)(제2 정류판)의 사이의 간극은 조립 오차 정도의 간극밖에 형성되지 않는 쪽이, 임펠러(2)를 나온 흐름을 원활하게 안내 날개부(5)로 유도하는 것이 가능해진다. 또한, 정류판(4b)(제2 정류판)의 앞쪽 가장자리(4_b1)에 있어서의 입구 각도(β_4b1)를, 사류형의 임펠러(2)의 칩(2b)에 있어서의 출구측 설계점 흐름각과 동일하게 하고, 정류판(4a)(제1 정류판)의 뒤쪽 가장자리(4_a2)에 있어서의 출구 각도(β_4a2)를 안내 날개(5b)의 칩에 있어서의 입구측 설계점 흐름각과 동일하게 한다.

또한, 임펠러(2)의 하류의 확대관(3)의 보스부(3b)에 정류판(4b)(제2 정류판)을 설치함으로써, 마찬가지로 저유량 영역에 있어서의 임펠러(2) 출구부의 허브측의 역류 흐름을 억제하고, 안내 날개(5b)로 원활하게 흐름을 안내할 수 있다. 또한 이 정류판(4b)(제2 정류판)의 최대 지름(Db)은, 감합부 지름(D5)보다 약간 작게 하고(Db<D5), 회전측 부재를 뽑을 때 간섭하지 않도록 한다.

상기 실시예에서는, 정류판(4a)(제1 정류판)과 정류판(4b)(제2 정류판)을 임펠러 케이싱(3a)과 보스부(3b)의 쌍방에 설치하고 있지만, 저유량 영역에서 가장 역류가 나오기 쉬운 임펠러 케이싱(3a)에만 설치하는 것도 가능하다. 그 경우, 로터 풀-아웃를 고려하여, 정류판(4a)(제1 정류판)의 높이 위치(반경 방향 위치)를 임펠러(2)보다 반경 방향 외측이 되도록 함은 물론이다.

또한, 임펠러 케이싱(3a)측에만 정류판(4a)을 설치하는 경우에는, 임펠러(2)의 출구측[정류판(4a)의 상류단(4_a1)측]을 제외하고 동일 높이의 소위 리브 형상의 정류판(4a)으로 하면 정류 효과가 높다. 그 경우에도 정류판(4a)의 높이는, 정류판(4a)이 배치되는 부분의 유로 높이의 1/2을 넘지 않는 것이 바람직하다. 정류판(4a)의 높이를 유로 높이의 1/2 이상으로 하면, 설계점 이외의 운전점에서, 정류판(4a)에 대한 받음각(angle of attack)[정류판(4a)의 각도와 임펠러(2)를 나온 흐름의 유입 각도의 차이]이 너무 커져 손실이 증가하여, 정류 작용에 의한 펌프 성능 향상의 효과가 상쇄되기 때문이다.

또, 상기 실시예에서는 쌍을 이루는 정류판(4a, 4b) 사이에 약간 간극을 형성하고 있지만, 일방의 정류판의 단부에 타방의 정류판의 단부가 감합 가능한 홈을 형성하고, 풀-아웃시 및 조립시에는 회전측 부재를 꼬면서 매달아 올림·매달아 내림으로써, 양 정류판(4a, 4b)의 단부를 감합하도록 해도 된다. 이 경우 외팔보 지지 형상의 정류판(4a, 4b)을 양팔보 지지로 바꿀 수 있고, 정류판(4a, 4b)에 작용하는 응력을 저하시킬 수 있다.

도 5 및 도 6에 정류판의 다른 실시예를 나타낸다. 본 실시예에 기재된 정류판(4c)(제1 정류판)과 정류판(4d)(제2 정류판)이 상기 정류판(4a, 4b)과 다른 것은, 유로 폭의 일부의 범위에만 정류판(4c)(제1 정류판)과 정류판(4d)(제2 정류판)을 설치한 것에 있다. 예를 들면, 정류판(4a, 4b)의 유로 방향의 꺾임이 심해져 정류판(4a, 4b)의 장착 작업이 곤란해졌을 때 등에 바람직하다.

정류판(4c)(제1 정류판)의 최소 지름(Da)을, 임펠러(2)의 최외경(D2)보다 크게 하고, 정류판(4d)(제2 정류판)의 최대 지름을 감합부(5u)의 외경(D5)보다 작게 한다. 그와 함께, 정류판(4c)(제1 정류판)과 정류판(4d)(제2 정류판)의 높이를 이 정류판(4c)(제1 정류판)과 정류판(4d)(제2 정류판)이 장착되는 위치에서의 유로 폭의 1/2 이하로 하고 있다.

정류판(4c)(제1 정류판)의 입구 각도는, 임펠러(2)의 칩측에 있어서의 출구 설계점 흐름 각과 동일하고, 정류판(4c)(제1 정류판)의 출구 각도는, 안내 날개(5b)의 칩측에 있어서의 입구 설계점 흐름각과 동일하다. 또한, 정류판(4d)(제2 정류판)의 입구 각도는, 임펠러(2)의 보스측에 있어서의 출구 설계점 흐름각과 동일하고, 정류판(4d)(제2 정류판)의 출구 각도는, 안내 날개(5b)의 보스측에 있어서의 입구 설계점 흐름각과 동일하다.

이 경우에도, 도 4에 나타내는 바와 같이 부분 유량 영역의 흐름에 정류판(4c)(제1 정류판)과 정류판(4d)(제2 정류판)의 형상이 맞추어져 있어, 편향된 흐름(F)은 정류판(4c)(제1 정류판)으로 가이드된다. 또, Rd에서 나타내지는 역류 흐름에 대하여는 정류판(4d)(제2 정류판)이 가이드 한다.

또한, 도 6에 나타내는 바와 같이, 풀-아웃 시에는, 회전축(1)의 상부 선단부에 설치한 커플링부(24)의 각 부품이나 뚜껑(23), 배플(11) 등을 미리 떼어낸다. 이것에 의해, 보울부에서는, 임펠러(2)와 안내 날개부(5)의 내주벽(5c)보다 내경측의 부분이, 회전축(1) 및 보호관(8)과 함께 양수관(7)의 내부를 상방으로 이동 가능하게 되어 있다.

본 실시예에 의하면, 상기 실시예보다 정류판(4c)(제1 정류판)과 정류판(4d)(제2 정류판)의 면적이 감소하므로, 정류판에 의한 마찰 손실을 저하시키는 것이 가능해진다. 정류판(4c)(제1 정류판)과 정류판(4d)(제2 정류판)에 대해서는, 쌍방 형성해도 되고, 어느 일방만 사용해도 된다. 또한, 정류판(4c)(제1 정류판)과 정류판(4d)(제2 정류판)의 가공에 있어서는, 일반적으로는 용접을 사용하지만, 정류판(4c)(제1 정류판)과 정류판(4d)(제2 정류판)의 유로 높이 방향 높이가 낮은 경우에는, 쉐이빙 등에 의한 기계 가공도 가능하며, 그 경우, 가공에 필요로 하는 공정 수를 저감 가능하다.

상기 각 실시예에 의하면, 풀-아웃형 입축 펌프에 있어서, 임펠러와 안내 날개의 사이의 확대 유로 내에 정류판을 배치하였으므로, 입축 펌프를 설계점 유량보다 저유량으로 운전한 경우에도, 임펠러 내에서 생긴 편향된 흐름을 안내 날개로 원활하게 안내할 수 있다. 또, 임펠러 출구의 역류도 억제할 수 있다. 이들에 의해, 제관 구조를 채용한 풀-아웃형 입축 펌프여도, 임펠러 출구부와 안내 날개 입구부의 간극이 넓어짐에 기인하여 발생하는 불안정 특성을 회피할 수 있다.

또 상기 각 실시예에 의하면, 풀-아웃하는 입축 펌프 부분이, 로터를 메인으로 하는 부분으로서 안내 날개부를 대부분 포함하지 않으므로, 풀-아웃하는 부분의 중량 및 직경을 저감시킬 수 있다. 따라서, 예를 들면, 매달아 올림용 크레인 용량을 저감시킬 수 있고, 입축 펌프의 수리·점검시의 작업이 용이해짐과 함께 동력을 저감시킬 수 있다.

1…회전축 1a, 1b…접속부
1d…나사부 1x…키
2…임펠러 2a…보스
2b…칩 2c…앞쪽 가장자리
2d…뒤쪽 가장자리 2v…날개
3…확대관부 3a…임펠러 케이싱(확대관)
3b…보스부 3c, 3d…플랜지
4…정류판부 4a…(제1)정류판
4b…(제2)정류판 4c…(제1)정류판
4d…(제2)정류판 4_a2…뒤쪽 가장자리
4_b1…앞쪽 가장자리 4p…압력면
5…안내 날개부 5a…바깥 케이싱
5b…안내 날개 5c…내주벽
5d, 5e…플랜지 5f…스테이부
5g…상류단 5h…하류단
5p…압력면 5r…내측통
5s…홈부 5t…스피곳 이음부
5u…감합부 6…축류관부
6a…외주벽 6b…내주벽
6c…플랜지 7…양수관
8…보호관 9…토출 벤드
9a…직관부 9b…분기부
9c, 9d, 9e…플랜지 9f…토출구
10…벨 마우스 10a…흡입구
10b…플랜지 11…배플
11a…지지통 12…임펠러 너트
15…(임펠러)베어링 16a…하부 베어링
16_a1…스테이 16b…상부 베어링
16_b1…스테이 18…케이싱
19…토출 보울부 20…설치 바닥
20a…계지 부재 21…플랜지
23…뚜껑 24…커플링부
30…풀-아웃형 입축 펌프 32…급수조
Da…제1 정류판의 최소 지름 Db…제2 정류판의 최대 지름
Dd …토출구 지름 D2…임펠러의 최대 지름
D4…정류판의 분할 위치의 지름 D5…감합부 지름
F…저유량 영역에서의 임펠러부 내 흐름
Fm…주류 P…피치
Ru…저유량 영역에서의 임펠러 입구에서의 역류
Rd…저유량 영역에서의 임펠러 출구에서의 역류
X…임펠러 출구부와 안내 날개 입구부의 간극
Z…둘레 방향 거리 β₄ _b1…정류판 입구 흐름각
β₄ _a2…정류판 출구 흐름각

Claims

입축에 배치되어 선단에 임펠러가 장착된 회전축을, 케이싱에 접속하는 토출 벤드의 상단부로부터 뽑는 것을 가능하게 한 로터 풀-아웃형 입축 펌프에 있어서,
상기 케이싱은, 하류로 향함에 따라 단면적이 넓어지는 확대관인 상기 임펠러를 수용하는 임펠러 케이싱과,
상기 임펠러 케이싱의 하류측에 이웃하여 설치된 원통형의 바깥 케이싱과 상기 원통형의 바깥 케이싱 내에 둘레 방향으로 간격을 두고 배치된 복수의 안내 날개와 내측통을 갖는 안내 날개 수단과,
상기 안내 날개 수단의 하류측에 배치되는 양수관을 가지고,
상기 임펠러의 하류측에, 상기 안내 날개 수단과의 사이에서 유로를 형성하는 보스부를 설치하고,
상기 원통형의 바깥 케이싱과 상기 내측통과의 사이에서 구성되는 2중 원통 유로를 상기 안내 날개 수단과 상기 임펠러의 사이에 배치하고,
상기 2중 원통 유로의 상류이고, 상기 임펠러 케이싱에 둘레 방향으로 간격을 두고 복수의 정류판을 배치하는 제1 정류판을 배치하고,
상기 제1 정류판의 상류측이고, 상기 임펠러의 하류측의 위치에 상기 보스부에 상기 제1 정류판과의 사이에 둘레 방향으로 간격을 두고 복수의 정류판을 배치하는 제2 정류판을 배치하고,
상기 제1 정류판의 내경 최소 위치가 상기 임펠러의 최대 지름 위치보다 외측에 있으며, 상기 제2 정류판의 외경 최대 위치가 상기 제1 정류판의 내경 최소 위치보다 내측이고,
상기 회전축을 뽑을 때에는 상기 제2 정류판을 상기 임펠러와 함께 뽑는 것을 가능하게 한 것을 특징으로 하는 풀-아웃형 입축 펌프.
제1항에 있어서,
상기 제1 정류판과 상기 제2 정류판은 1장의 곡면 형상인 판금제의 날개를 분할한 형상이며, 반경 방향으로 약간의 간극을 두고 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 풀-아웃형 입축 펌프.
제1항에 있어서,
상기 제1 정류판 및 제2 정류판은 유로 높이에 비하여 높이가 낮은 리브 형상인 것을 특징으로 하는 풀-아웃형 입축 펌프.
제2항에 있어서,
상기 제2 정류판의 앞쪽 가장자리에 있어서의 입구 각도는 상기 임펠러의 칩에 있어서의 출구측 설계점 흐름각과 동일하고, 상기 제1 정류판의 뒤쪽 가장자리에 있어서의 출구 각도는 상기 안내 날개의 칩에 있어서의 입구측 설계점 흐름각과 동일한 것을 특징으로 하는 풀-아웃형 입축 펌프.
제3항에 있어서,
상기 제1 정류판의 앞쪽 가장자리에 있어서의 입구 각도는 상기 임펠러의 칩측에 있어서의 출구 설계점 흐름각과 동일하고, 상기 제1 정류판의 뒤쪽 가장자리에 있어서의 출구 각도는 상기 안내 날개의 칩측에 있어서의 입구 설계점 흐름각과 동일하며,
상기 제2 정류판의 앞쪽 가장자리에 있어서의 입구 각도는 상기 임펠러의 보스측에 있어서의 출구 설계점 흐름각과 동일하고, 상기 제2 정류판의 뒤쪽 가장자리에 있어서의 출구 각도는 상기 안내 날개의 보스측에 있어서의 입구 설계점 흐름 각과 동일한 것을 특징으로 하는 풀-아웃형 입축 펌프.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 케이싱은 제관 구조이며, 복수의 상기 제1 정류판은 상기 케이싱에 용접되어 있고, 복수의 상기 제2 정류판이 상기 보스부에 용접되어 있는 것을 특징으로 하는 풀-아웃형 입축 펌프.
입축에 배치된 회전축과, 이 회전축의 선단부에 장착된 임펠러를 가지는 회전 부재와, 상기 회전축을 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하고 이 회전축의 축 방향 중간부에 배치한 수중 베어링과, 상기 회전축을 삽입 통과하여 보호하는 보호관과, 상류측이 상기 임펠러를 수용하는 임펠러 케이싱이고 하류측이 상기 임펠러로부터 유출되는 흐름을 안내하는 안내 유로 수단인 토출 보울부와, 상기 토출 보울부의 상류측에 접속된 벨 마우스와, 토출 보울부의 하류측에 접속된 양수관과, 이 양수관의 하류측에 접속된 토출 벤드를 가지는 정지 부재를 구비하고, 상기 회전 부재를 상기 토출 벤드의 상단부에 설치한 개구로부터 매달아 올리거나 또는 매달아 내려 상기 정지 부재에 상기 회전 부재를 입축 방향으로 삽입 분리 가능하게 감합하는 로터 풀-아웃형 입축 펌프에 있어서,
상기 정지 부재는, 상기 임펠러의 하류측으로서 이 임펠러에 이웃하는 위치에 배치한 보스부를 가지고, 상기 안내 유로 수단은, 상기 보스부와 함께 하류로 감에 따라 단면적이 넓어지는 확대 유로를 형성하는 임펠러 케이싱과,
원통형의 바깥 케이싱과 상기 원통형의 바깥 케이싱 내에 둘레 방향으로 간격을 두고 배치된 복수의 안내 날개와 내측통을 갖는 안내 날개 수단과,
상기 안내 날개 수단과 상기 임펠러의 사이에 배치되는 상기 원통형의 바깥 케이싱과 상기 내측통의 사이에서 구성되는 2중 원통 유로와,
상기 2중 원통 유로의 상류이고, 상기 임펠러 케이싱에 둘레 방향으로 간격을 두고 복수의 정류판을 배치하는 제1 정류판과,
상기 제1 정류판의 상류측이고, 상기 임펠러의 하류측의 위치에 상기 보스부에 상기 제1 정류판과의 사이에 둘레 방향으로 간격을 두고 복수의 정류판을 배치하는 제2 정류판을 가지는 것을 특징으로 하는 풀-아웃형 입축 펌프.
제7항에 있어서,
상기 보스부를 상기 회전 부재와 함께 뽑는 것을 가능하게 한 것을 특징으로 하는 풀-아웃형 입축 펌프.
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