KR101695444B1 - 펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명의 펌프는 외주면에 배출부가 마련되며 하부측에 개구부가 설치되며, 상부측에 모터의 고정부와 축결합부가 마련된 펌프하우징과,
상기 펌프하우징의 내부에 설치되어 회전됨으로써 발생하는 원심력의 작용에 의하여 유체에 압력 및 속도에너지를 인가하기 위한 임펠러와, 상기 펌프하우징에 설치되어 상기 임펠러를 회전시키기 위한 모터를 구비하며,
상기 임펠러는 모터의 회전축과 결합되는 축결합부가 마련된 상부디스크부와, 흡입구가 형성되는 하부디스크부와, 상기 상부디스크부와 하부디스크부를 연결하며 상기 흡입구로부터 유입되는 유체를 배출하기 위한 하나의 토출구가 마련된 가이드부를 구비하며, 상기 가이드부의 시작부가 상기 축결합부의 중심과 흡입구의 중심으로부터 이격되며, 상기 가이드부의 시작부가 끝단부 보다 내측에 위치되며,
상기 흡입구의 가장자리는 하우징으로터 돌출되는 립이 형성되고, 상기 하우징으로부터 노출되는 하부디스크부의 표면에는 원주방향으로 소정길이의 와류발생유도홈이 형성되고, 상기 하부디스크부의 하면에 반경방향으로 유도요홈이 형성된다.

Description

펌프{Pump}

본 발명은 펌프에 관한 것으로, 더 상세하게는 펌프하우징에 설치되는 임펠러가 개선된 수중펌프에 관한 것이다.

일반적으로 펌프는 유체를 이동시키기 위한 것으로, 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 흡입되고, 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.

대한민국 특허 공개공보 제 10-1996-0006437호에는 블레이드를 임펠러의 흡입부면에 형성하는 기술이 게시되어 있다. 임펠러로 유체가 흡수되는 쪽의 표면에 나선형의 흡입날개를 형성하고 있으며, 이로 인하여 흡입작용과 배출작용을 분리할 수 있으며, 흡입력을 증대할 수 있음을 설명하고 있다.

그러나 이런 구성으로, 임펠러는 추가로 블레이드가 형성됨으로써 회전축에 임펠러의 중심에 수직하지 않은 힘이 추가로 걸리게 된다. 또한 이것은 임펠러의 추력을 증대시키는 요인이 되어 펌프 시스템에 부담을 주게 된다. 이것은 단단펌프(single-stage pump)라면 문제가 작을 수도 있지만, 다단펌프라면 전체 시스템에 무리를 주게되어 펌프 내구성에 심각한 영향을 미치게 된다. 또한, 펌프 케이싱 내부 크기와 임펠러 위치에 따라 이물질 등에 의해 펌프의 효율, 내구성 등에 추가적인 영향을 미칠 수 있다.

대한민국 특허등록 제 1397629호에는 수중펌프 임펠라 흡입커버 간극조절장치가 게시되어 있다. 게시된 종래 펌프는 단지 유체를 강제 유동시키도록 구성되어 있었기 때문에 분뇨, 오폐수, 고형물과 같은 슬러지 등을 유동시키기에는 곤란한 점이 있었다. 펌프는 임펠러가 유입구 측의 슬러지를 원심력으로 배출구로 배출시키는 구조로 구성되어 있었기 때문에 유입구측과 배출구가 직각을 이루어 슬러지의 유동이 용이하지 않았다. 특히, 고형물은 직각을 이룬 유입구로부터 배출구로의 유동이 쉽지 않다.

대한민국 특허등록 제 1249883호에는 일체형 임펠러를 구비한 수중펌프가 게시되어 있으며, 대한민국 특허번호 제 1011354호에는 스프르트 펌프용 임펠러의 구성이 게시되어 있다. 양측 단부에 격벽이 각각 형성되고, 일측의 상기 격벽 중앙에 축이 결합되기 위한 축 결합공이 형성되며, 타측의 상기 격벽 중앙에는 유체가 유입되기 위한 유입구가 형성되고, 상기 각 격벽 사이에는 유체를 상기 유입구로 유입한 후 축의 직각방향으로 유출시키기 위한 날개부가 구비된다.

이러한 펌프는 슬러지와 이물질의 배출이 원활하게 이루어질 수 있으나 실질적인 펌프의 효율이 떨어지는 문제점이 있다.

대한민국 특허등록 제 1249883호 대한민국 특허등록 제 1397629호

본 발명의 해결하고자 하는 기술적 과제는 수중에서 슬러지, 고형물, 쓰레기 등과 같은 고형물을 원활하게 펌핑할 수 있으며, 펌핑효율을 향상시킬 수 있는 펌프를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 기술적 과제는 임펠러의 마모를 줄일 수 있으며, 유지보수가 용이한 펌프를 제공함에 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 펌프는 외주면에 배출부가 마련되며 하부측에 개구부가 설치되며, 상부측에 모터의 고정부와 축결합부가 마련된 펌프하우징과,

상기 펌프하우징의 내부에 설치되어 회전됨으로써 발생하는 원심력의 작용에 의하여 유체에 압력 및 속도에너지를 인가하기 위한 임펠러와, 상기 펌프하우징에 설치되어 상기 임펠러를 회전시키기 위한 모터를 구비하며,

상기 임펠러는 모터의 회전축과 결합되는 축결합부가 마련된 상부디스크부와, 흡입구가 형성되는 하부디스크부와 상기 상부디스크부와 하부디스크부를 연결하며 상기 흡입구로부터 유입되는 유체를 배출하는 하나의 토출구가 마련된 가이드부를 구비하며, 상기 가이드부의 시작부가 상기 축결합부의 중심과 흡입구의 중심으로부터 이격되며, 상기 가이드부의 시작부가 끝단부 보다 내측에 위치되어 상호 어긋나게 형성된 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 흡입구의 가장자리는 펌프하우징으로부터 돌출되는 립이 형성되고, 상기 하부디스크부의 가장자리와 상기 펌프하우징의 개구부 가장자리가 근접된다. 그리고 상기 펌프하우징으로부터 노출되는 하부디스크부의 표면에는 원주방향으로 소정길이의 와류발생유도홈이 형성된다. 상기 상부디스크의 상면에는 곡율반경이 다른 적어도 두 개의 인입홈이 형성된다.

그리고 상기 임펠러에 있어서, 상기 상하부디스크부 사이의 간격이 스크롤부의 시작부 높이보다 좁게 형성된다.

본 발명에 따른 펌프는 본 발명에 따른 펌프는 슬러지, 고형물, 쓰레기 등이 포함된 유체의 펌핑 시 펌핑효율을 향상시킬 수 있으며, 고형물 또는 쓰레기의 유입이 원활하게 이루어질 수 있다. 또한 펌프는 임펠러와 하우징의 내주면 사이에 이물질이 끼는 방지 할 수 있으며, 유지보수가 용이하다.

도 1은 본 발명에 따른 펌프의 분리시시도,
도 2는 본 발명에 따른 펌프의 일부절제 단면도,
도 3 및 도 4는 임펠러의 사시도,
도 5는 임펠러의 다른 실시예를 도시한 단면도,
도 6은 임펠러의 다른 실시예를 도시한 사시도,
도 7 은 본 발명의 펌프의 성능을 비교한 그래프.

본 발명에 따른 펌프는 수중에 설치되어 슬러지, 고형물, 쓰레기 등을 펌핑하기 위한 것으로, 그 일 실시예를 도 1 내지 도 4에 나타내 보였다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 펌프(10)는 외주면에 토출구가 마련되며 하부측에 개구부가 설치되는 펌프하우징(20)과, 상기 펌프하우징(20)에 설치되어 회전됨으로써 발생하는 원심력의 작용에 의하여 고형물, 쓰레기, 슬러지 등이 포함된 유체에 압력 및 속도에너지를 인가하기 위한 임펠러(30)와, 상기 펌프하우징(20)에 설치되어 상기 임펠러(30)를 회전시키기 위한 모터(50)을 구비한다.

상기 펌프하우징(20)은 도 1 및 도 2에 도시된 본체부(21)의 내부에 펌프실(22)이 형성되고, 이 본체부(21)의 하면에는 개구부(23)가 형성되는데, 이 개구부(23)는 후술하는 하부디스크부의 외주면과 근접되어 실링 될 수 있도록 원형으로 형성된다. 그리고 펌프하우징(20)의 본체부(21)의 하면에는 펌프하우징(20)이 설치되는 바닥면으로부터 소정의 높이로 이격시키기 위한 지지부(24)가 설치된다. 상기 지지부(24)는 펌프하우징(20)의 하면으로부터 돌출되도록 설치되며, 수평상태를 유지할 수 있도록 적어도 세 개 이상 설치함이 바람직하다. 상기 펌프하우징(20)의 외주면에는 상기 펌프실(22)과 연통될 수 있도록 관상의 배출부(25)가 구비된다. 그리고 상기 펌프하우징(20) 본체부(21)의 상면측에는 모터(40)의 회전축(41)이 지지되는 보스부(26)가 설치된다.

그리고 상기 임펠러(30)는 펌프하우징(10)의 펌프실(22)에 설치되는 것으로, 모터(50)의 회전축(51)과 결합되는 축결합부(31)가 마련된 상부디스크부(32)와 흡입구(35)가 형성되는 하부디스크부(36)를 구비한다. 그리고, 상기 상부디스크부(32)와 하부디스크부(36)을 연결하여 상기 흡입구(35)로부터 유입되는 고형물 또는 쓰레기가 포함되며 압력 및 속도에너지가 가하여진 유체가 토출되는 토출구(37)가 형성된 가이드부(39)를 구비한다.

상기 가이드부(39)의 시작부(39a)가 상기 축결합부(31)의 중심과 흡입구(35)의 중심으로부터 이격된다. 그리고 상기 가이드부(39)의 시작부(39a)가 끝단부(39b)보다 흡입구(35)의 중심으로부터 내측에 위치되어 상호 어긋나게 형성된다. 상기 가이드부(39)는 시작부(39a)의 중심을 기준으로 끝단부로 갈수록 점차적으로 곡율반경이 커지는 구조를 가지는데, 임벌루트 곡선의 형상으로 형성될 수 있다. 이는 가이드부(39) 끝단부(39b)의 영역이 시작부(39a)의 중심을 기준으로 일측으로 치우쳐 위치된 상태가 된다. 따라서 흡입구(35)를 통하여 유입되는 유체는 원심력에 의해 원활하게 배출될 수 있다. 가이드부(39)의 두께는 시작부로부터 끝단부측으로 갈수록 동일하게 형성되거나 점차적으로 얇게 형성될 수 있다.

그리고 상기 가이드부(39)는 하부디스크(36)으로부터 상부디스크(32)를 연결하는 끝단부(39b로부터 시작부(39a)로 갈수록 수직축에 대해 경사각이 점차적으로 작게 형성(예각의 범위 내에서 작게 형성)된다.

상기 가이드부(39)의 상하부디스크부(32)(36)의 단부 사이의 간격 즉, 높이(H1)은 상기 시작부(39a)의 가이드부 높이(H2)보다 상대적으로 낮게 형성되어 회전 시 원심력에 의해 배출되는 유체의 속도에너지를 높일 수 있도록 함이 바람직하다.

한편, 상기 하부디스크부(36)에 형성된 흡입구(35)의 가장자리는 펌프하우징(20)의 개구부(23)으로부터 유체의 흡입을 유도하기 위한 립(36a)이 형성되고, 상기 하부디스크부(36)의 가장자리와 상기 펌프하우징(20)의 개구부(23)의 내주면은 근접된다. 그리고 펌프하우징(20)의 개구부측에는 상기 흡입구(35)와 대응되는 흡입구가 형성되며 단부와 근접되는 커버부재가 설치될 수 있다.

그리고 상기 펌프하우징(20)으로부터 노출되는 하부디스크부(36)의 표면에 는 원주방향으로 소정길이의 와류발생유도홈(41)이 형성된다. 이 와류발생유도홈(41)은 흡입구(35)의 중심으로부터 반경이 서로 다른 위치에 복수개가 설치될 수 있다. 그리고 상기 와류발생유도홈(41)의 크기를 이용하여 임펠러의 회전에 따른 벨런스를 조정할 수도 있다.

상기 상부디스크의 상면에는 곡율반경이 다른 적어도 두 개의 인입홈이 형성된다. 그리고 도 6에 도시된 바와 같이 와류발생유도홈(41)과 인접되는 측에 반경방향으로 유도요홈(42)가 형성될 수 있다. 이 유도요홈은 바닥면의 고형 슬러지를 부상시킬 수 있다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 펌프 즉, 수중펌프의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 펌프(10)가 수중에 잠긴 상태에서 지지부(24)가 바닥에 안착되도록 한다. 따라서 상기 펌프하우징(20)의 본체부(21)는 바닥면으로부터 소정간격 이격되어 흡입구(23)로 유체가 유입될 수 있는 공간을 형성하게 된다. 이 상태에서 모터(50)를 구동시켜 펌프하우징(20)의 펌프실(22)에 위치된 임펠러(30)를 회전시킨다. 임펠러(30)가 회전되면, 가이드부(39)의 내부에 수용되었던 유체(이물질 등을 포함한 슬러지)는 원심력에 의해 외측으로 이동하려는 힘을 받게 된다. 이로 인하여 유체는 임펠러(30)의 흡입구(35)를 통하여 유입된 후 원심력에 의해 토출구(37)를 통하여 펌프하우징의 펌프실(22)로 토출되고, 이 토출된 유체는 배출부(25)를 통하여 배출된다. 이때, 가이드부(39)를 통과하는 유체는 그 내주면이 곡면으로 형성되어 있으므로 원활하게 토출구(37)로 토출된다. 즉, 가이드부(39)의 내주면은 인벌루트곡선으로 형성되어 있기 때문에 유체의 유동에 따른 저항이나 간섭이 발생하지 않고 강한 원심력을 받게 되어 원활한 유동이 이루어지게 되는 것이다.

또한, 하부디스크부(36)에는 형성된 흡입구(35)는 타 펌프의 흡입구에 비하여 상대적으로 크게 형성되고, 흡입구(35)로부터 유입된 유체가 하나의 인벌루트곡선의 곡면을 가진 하나의 통로를 통하여 배출되게 되므로 유체에 편승된 상대적으로 큰 쓰레기, 슬러지, 고형물 등이 간섭없이 유동될 수 있는 것이다. 즉, 가이드부(39)의 유체가 흐르는 단일의 통로가 형성되므로, 흡입구(35)와 토출구(37)를 상대적으로 크게 형성할 수 있고, 이는 유체가 상대적으로 큰 저항없이 유입되어 압력과 운동에너지를 부여받은 상태에서 토출구(37)로 토출되는 것이다.

그리고 상기 상하부디스크부(32)(36)의 단부높이(H1)은 시작부의 가이드부 높이(H2)보다 낮게 형성되어 있으므로 회전 시 펌프실 내로 토출된 유체에 속도에너지를 증가시킬 수 있다. 즉, 상대적으로 좁게 형성된 부위는 회전 시 배출되는 유량이 교축되게 되어 속도에너지를 증가시킬 수 있다.

상술한 바와 같은 작용으로 수중에서 분뇨나 오폐수와 같이 고형물의 슬러지 또는 이물질이 다량 포함된 반죽상태(겔과 같은 상태)의 액체를 원활하게 펌핑할 수 있는 것이다. 또한 종래와 같이 펌프가 막히는 것을 근본적으로 방지할 수 있다.

본 발명인은 본원 펌를 기존의 볼텍스펌프의 동력별 성능을 실험하여 도 7 의 그래프에 도시된 바와 같은 결과를 얻었다. 이때에 본원 발명의 종래의 볼텍스 펌프의 규격은 동일한 것을 사용하였다.

도 7 에 도시된 그래프를 참조하면, 본발명에 따른 0.75Kw의 펌프가 종래 1.5Kw의 펌프와 비교하여 양정 유량이 크게 차이 나지 않으며, 효율이 증가됨을 알 수 있었다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 사람이라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록 청구 범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

본 발명의 펌프는 각종 오폐수처리장, 산업시설, 취수장 등에 널리 적용가능하다.

Claims (4)

1. 외주면에 배출부가 마련되며 하부측에 개구부가 설치되며, 상부측에 모터의 고정부와 축결합부가 마련된 펌프하우징과,
   상기 펌프하우징의 내부에 설치되어 회전됨으로써 발생하는 원심력의 작용에 의하여 유체에 압력 및 속도에너지를 인가하기 위한 임펠러와, 상기 펌프하우징에 설치되어 상기 임펠러를 회전시키기 위한 모터를 구비하며,
   상기 임펠러는 모터의 회전축과 결합되는 축결합부가 마련된 상부디스크부와, 흡입구가 형성되는 하부디스크부와, 상기 상부디스크부와 하부디스크부를 연결하며 상기 흡입구로부터 유입되는 유체를 배출하기 위한 하나의 토출구가 마련된 가이드부가 구비되며, 상기 가이드부의 시작부가 상기 축결합부의 중심과 흡입구의 중심으로부터 이격되고, 상기 가이드부의 시작부가 가이드부의 끝단부 보다 내측에 위치되며,
   상기 흡입구의 가장자리는 펌프하우징으로부터 돌출되는 립이 형성되고, 상기 펌프하우징으로부터 노출되는 하부디스크부의 표면에는 원주방향으로 소정길이의 와류발생유도홈이 형성되고,
   상기 하부디스크부의 하면에 반경방향으로 유도요홈이 형성된 것을 특징으로 하는 펌프.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 상하부디스크부의 단부높이는 시작부의 가이드부 높이보다 낮게 형성되어 있으므로 회전 시 펌프실 내로 토출된 유체에 속도에너지를 증가시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 펌프.
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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