KR101770134B1 - 정량펌프 동력전달장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오·폐수에 포함된 슬러지를 응집시켜 제거함에 있어 약품처리조속으로 투입되는 응집제와 오·폐수의 량을 항시 일정한 비율로 혼합하기 위하여 오·폐수량을 일정하게 이송시키기 위한 정량펌프 동력전달장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 정량펌프 동력전달장치 점유공간을 절약하면서 정량펌프에 동력을 전달하기 위한 정량펌프 동력전달장치에 관한 것이다.

Description

정량펌프 동력전달장치{POWER TRAIN SYSTEM FOR FLUID METERING PUMP}

본 발명은 오·폐수에 포함된 슬러지를 응집시켜 제거함에 있어 약품처리조속으로 투입되는 응집제와 오·폐수의 량을 항시 일정한 비율로 혼합하기 위하여 일정한 량의 오·폐수를 이송시키기 위한 스스로 복원력을 갖춘 레이디얼 압축부재를 채용한 정량펌프 동력전달장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상기한 정량펌프의 동력전달장치 점유공간을 절약하고, 구동모터의 부하를 줄여 안정적으로 동력을 전달할 수 있는 레이디얼 압축부재를 채용한 정량펌프 동력전달장치에 관한 것이다.

일반적으로, 수질보호를 위해 생활하수나 산업용 오·폐수 또는 축산분뇨와 같은 오·폐수는 방류할 수 있는 수준으로 정화처리하거나 중수로 정화시켜 도로 청소나 화장실 세척수 혹은 가로수나 공원의 식목수 등으로 재활용하기도 한다.

수질을 정화처리함에 있어 오·폐수의 오염원의 종류 및 오염정도에 따라 다양한 정화처리기법이 적용되고 있다. 일 예로 축산분뇨와 같은 오·폐수는 분뇨의 오염농도가 심각하게 크기 때문에 오수정화처리에 앞서 협잡물이나 기타 오염물질은 물리적 혹은 화학적 방법으로 제거한 뒤 오·폐수를 단계별로 순차적으로 정화시킨다.

전술한 바와 같이 오·폐수에 포함된 슬러지를 제거하기 위해 오·폐수가 유입된 처리조에 응집제를 투입하여 슬러지를 응집시키게 되는데, 약품처리조로 유입되는 오·폐수의 수량이나 오·폐수의 오염농도에 따라 응집제의 투입량을 적절히 조절해야만 효과적인 슬러지 응집효과를 기대할 수 있다.

이 경우 소량의 오·폐수의 슬러지 제거에는 그다지 문제가 되지 않으나, 대용량 오·폐수에 포함된 슬러지를 연결된 후속공정과 연계하여 신속하게 슬러지를 제거하는 것은 어렵다.

일 예로, 슬러지 제거방식에는 와이어를 가로 세로로 엮어 만든 여과망을 이용하여 슬러지나 협잡물을 제거하거나 필터를 통해 여과하는 물리적 여과방식과, 오·폐수에 약품을 투입하여 슬러지를 응집시켜 제거방식이 통용되고 있는데, 물리적 여과방식은 협잡물이나 슬러지를 신속히 제거할 수 있는 장점이 있으나 응집된 슬러지가 관로를 막는 문제가 수시로 발생되기 때문에 응집제에 의한 슬러지 응집 제거방식이 주로 활용되고 있다.

그러나 오·폐수의 수량 대비 응집제의 투입량이 과다한 경우 탈수장치 운전시 오·폐수의 탈수가 어려워지는 문제가 발생되고, 반대의 경우에는 슬러지의 응집력이 약화되어 탈수된 오·폐수에 다량의 슬러지가 포함되므로 후속 오·폐수 처리공정에서 처리부하가 커지는 문제가 생긴다.

일 예로, 도 1을 참조하면 기존의 약품처리조(3)는 유입되는 오·폐수가 삼각웨이방식에 의해 오버 플로우(넘침)되면서 탈수장치로 배출되는데, 이때 약품처리조(3)의 수위가 일정수위 이하로 하강하면, 이송펌프(4)가 작동(약품처리조(3)에 수위센서(참조번호 미표기) 작동에 의함)되면서 침전조(1)에 저장된 오·폐수가 약품처리조(3)로 이송되지만 이송펌프(4)는 운전구간(이송펌프의 작동 및 휴지시간)에서는 약품처리조(3)로 유입되는 오·폐수의 수량이 불규칙해지는 문제가 발생된다. 도 1에서 미설명 부호 5는 응집된 슬러지를 탈수하여 액상의 오·폐수와 슬러지를 분리하는 탈수장치이다.

이외에도 오·폐수의 수량 불규칙 현상은 침전조(1)에 유입된 오·폐수의 수위변화에 따른 수압차에 의해서도 발생된다. 즉, 일반 하수종말처리장 등과 같은 곳에서 운영되는 침전조(1)는 높이 7~10m, 가로세로 15m X 20m의 대용량이므로 수위차로 인한 수압 변화의 폭은 매우 크다.

수압에 의한 수량의 변화는 침전조(1)와 약품처리조(3)의 수위를 대등하게 설치함으로써 해결할 수도 있으나, 지하의 오·폐수를 지상이나 높은 곳으로 이송시키는 오·폐수처리에는 모두 적용할 수 없는 경우도 상당히 많다.

수압의 변화는 이송펌프(4)의 내부에 가해지므로 펌프의 양정은 펌프가 지니는 양정 이외에 펌프에 작용하는 수압에 의해서도 차이가 생긴다.

통상 침전조에는 다양한 물질이 오·폐수와 함께 유입되므로 오·폐수를 이송시키는 펌프는 종류에 관계없이 운전 시 모두 극심한 마모현상이 발생된다.

다시 말해서, 침전물에 포함된 이물질에 의해 펌프는 내부의 실링이나 임펠러, 임펠러와 압축실사이의 내벽과, 임펠러를 회전시키는 샤프트 표면 등이 극심하게 마모되면서 펌프의 양정 감소는 물론 마모로 인한 부품간의 간격 벌어짐 등으로 펌프내에 작용하는 침전조(1)의 수압에 의해 펌프에 의한 오·폐수의 이송량에 변화가 발생되며, 이로 인해 약품처리조로 이송된 오·폐수의 량과 응집제의 혼합비율이 비정상적으로 혼합되는 문제가 발생된다.

그러므로 오·폐수에 포함된 고형의 이물질이나 각종 협잡물은 물리적 방식에 의해 대부분 제거하더라도 펌프의 마모와 수명 단축이 불가피하므로 오·폐수에 포함된 슬러지를 효과적으로 응집시켜 제거하기 위해 응집제의 투입량을 관리할 인력이 요구되고, 오·폐수처리 설비의 자동화에 제약이 되고 있는 점을 감안하면 슬러지 응집제 투입량 관리와 슬러지 응집효율의 관리는 매우 중요한 의미가 있으므로, 이를 해결할 수 있는 해결방안이 요구된다.

한편, 본 발명의 발명자는 전술한 바와 같은 문제를 해결하기 위한 방안으로 등록특허 제10-1301612호를 제안하였다.

전술한 등록특허 10-1301612는 레이디얼 폐타이어(이하 "레이디얼 압축부재"라 함)와 같이 복원력이 내재된 레이디얼 압축부재를 압축실로 채용하여 압축실의 압축과 팽창을 통해 일정량의 오폐수를 펌핑하도록 구현한 것과, 하나의 구동모터를 사용하여 여러 대의 레이디얼 압축부재가 교대로 펌핑되도록 구현한 것에 특징이 있다.

그런데, 전술한 등록특허 제10-1301612호는 한 대의 구동모터를 사용하여 복수개의 레이디얼 압축부재를 압축(왕복운동)시키기 위한 구동장치의 점유공간이 많고 구동모터의 운전 부하가 커지는 단점이 있어 보완이 요구되고 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 등록특허 제10-1301612호가 가지고 있는 단점을 해결하기 위해 창안하게 된 것으로, 본 발명의 목적은 스스로 복원력을 갖춘 레이디얼 압축부재를 채용한 정량펌프 동력전달장치를 제공하려는 것이다.

본 발명의 정량펌프 동력전달장치를 구현하기 위한 구현수단은,

상하면이 개방된 상/하부 개방부를 갖추고, 복원력이 내재된 레이디얼 압축부재와;
서로 상반되게 개폐되는 체크밸브가 결합된 유체 유입구 분배관 및 배출구 분배관이 결합되고, 상기 하부 개방부에 기밀되도록 결합되는 하부 실링부재와, 상기 상부 개방부에 기밀되도록 결합되는 상부 실링부재 및 상기 상부 실링부재의 표면 위로 소정 길이로 연장되게 결합되는 샤프트로 구성된 정량펌프와;

베이스 프레임에 고정되고, 소정의 높이에 구동모터를 지지하는 구동부 프레임과;

일측단은 상기 샤프트에 피벗결합되고, 타측단은 구동모터에 의해 회전되는 캠 면에 결합되는 링크부재와;

상기 링크부재를 캠 면쪽으로 가압하기 위한 탄성수단을 갖추고 상기 구동부 프레임에 결합되는 탄성수단 지지대와;

상기 캠과 샤프트 사이에 상기 링크부재를 피벗가능하게 지지하고 상기 베이스 프레임에 고정되는 지지대로 구현될 수 있다.

본 발명은 구동모터의 회전에 따라 회전되는 캠에 의해 캠 면에 탄성력에 의해 밀착된 링크부재가 지지대의 피벗을 중심으로 상하로 왕복하면서 상부 실링부재에 결합된 샤프트를 상하방향으로 왕복운동시킴으로써 레이디얼 압축부재의 압축과 팽창에 의해 관로가 상반되게 개폐되는 체크밸브에 의해 유입 분배관과 배출 분배관을 통해 일정량의 유체를 펌핑할 수 있다.

그러므로 본 발명의 정량펌프 동력전달장치는 레이디얼 압축부재의 수직방향으로 동력을 전달함으로 설치공간을 절약할 수 있고 공간이 작은 장소에도 정량펌프 설치가 가능해진다.

또한 본 발명은 정량펌프와 구동모터를 1:1로 채용하여 펌프를 운전하므로 구동모터의 운전부하를 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 오·폐수에 포함된 슬러지를 약품을 사용하여 응집시키는 오·폐수 처리장치의 배치도,
도 2는 본 발명에 따른 동력전달장치를 채용한 정량펌프를 예시한 사시도,
도 3은 도 2의 A부분 확대도,
도 4는 레이디얼 압축부재를 채용한 정량펌프의 요부 단면도,
도 5a 및 도 5b는 유체 유입관 및 배출관을 발췌하여 예시한 사시도,
도 6은 도 2에 도시된 정량펌프을 응용한 설치예를 예시한 사시도이다.

이하, 본 발명에 따른 정량펌프 동력전달장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2를 참조하면, 도 2는 본 발명에 따른 정량펌프 동력전달장치를 예시한 사시도이다.

본 발명의 정량펌프(100)의 구동장치는 구동부(300)와 동력전달부(400)로 구성된다.

도 4를 참조하면 도 4는 정량펌프의 요부 단면도도로, 정량펌프(100)는 내부공간을 기밀되도록 상/하부 실링부재(101)(102)가 결합된 레이디얼 압축부재(100a)와, 상기 상부 실링부재(101)의 중앙에 결합된 샤프트(103)와, 상기 하부실링부재(102)에 상기 레이디얼 압축부재(100a)의 내부와 연결되는 유체 유입구 분배관(31) 및 배출구 분배관(41)과; 상기 유체 유입구 및 유체 배출구에 각각 결합된 체크밸브(도면부호 미표기)로 구성되어 있다.

상기한 레이디얼 압축부재(100a)는 고무 타이어와 같이 자체적으로 복원력이 내재되고 양측면이 개방된 개방부(도면부호 미표기)를 갖추고 있으며, 양 개방부에 각각 기밀되도록 결합된 상/하부 실링부재에 의해 압축실(100b)이 마련되게 된다.

따라서 상기한 레이디얼 압축부재(100a)는 상기한 양 상/하부 실링부재(101)(102)가 서로 근접하는 방향으로 압축될 수 있고, 압축시 레이디얼 압축부재(100a) 즉, 압축실의 압력이 상승되면서 유체 배출구(40)를 통해 유체가 배출되고, 반대로 상/하부 실링부재(101)(102)가 서로 멀어지는 방향으로 이격되면 압축실에 부압이 발생되면서 유체가 유체 유입구(30)를 통해 압축실(100b)속으로 유입된다.

이와 같이 압축실(100b)의 압축과 팽창에 따라 압축실(100b)에서는 유체의 펌핑기능을 수행하게 된다.

도 5a 및 도 5b는 전술한 유체 유입구(30)와 유체 배출구(40)를 발췌하여 예시한 사시도로서, 도면에서 도면부호 31은 메인 유입관(33)과 연결된 유입관(42)으로부터 분지된 유체 유입구 분배관이고, 도면부호 41은 매인 배출관(43)과 연결된 배출관(42)으로부터 분지된 유체 배출구 분배관으로서, 유입구 분배관(31)과 배출구 분배관(41)은 각각 하부 실링부재(102)의 저면에 적절한 간격으로 분산되도록 결합되어 있다.

아울러, 상기 유입구 분배관(31)과 배출구 분배관(41)에는 상기 압축부재의 압축과 팽창에 따라 서로 반대방향으로 관로를 폐쇄시키는 일방향성 체크밸브(V1, V2)가 설치되어 있다.

도 2와 도 3을 참조하면, 도 3은 본 발명에 따른 정량펌프 동력전달장치(구동부, 도 2의 A부분)의 확대도로, 구동부(300)는 구동모터(301)와 탄성수단 지지대(310)를 포함하는 구동부 프레임(320)으로 구성되어 있다.

상기 구동부 프레임(320)을 소정의 높이에 구동모터(301)를 지지하기 위한 것으로, 레이디얼 압축부재(100a)의 설치 높이에 따라 구동모터(301)의 높이는 조절될 수 있다.

상기 탄성수단 지지대(310)는 압축스프링(311)의 상단부가 외부로 돌출되도록 결합되고, 도 3에 도시된 바와 같이 캠(302)과 이웃하게 구동부 프레임(320)의 외벽에 결합되어 있다.

상기한 구동모터(301)는 구동축(도면부호 미표기)에 원주면에 홈부(302a)이 마련된 캠(302)을 구비하고 있다.

전술한 압축스프링(311)과 캠(302)사이에는 전술한 샤프트(103)에 피벗(103a)결합된 링크부재(401)가 개입되도록 결합되는데, 링크부재(401)는 상기한 홈부(302a)속에 삽입되는 돌부(401a)가 마련되어 링크부재(401)가 캠(302)으로부터 이탈되지 않는다.

상기한 압축스프링(311)은 링크부재(401)가 캠(302)의 표면에 항상 밀착된 상태로 접촉하도록 탄성력을 제공한다.

전술한 동력전달부(400)는 전술한 링크부재(401)를 피벗(405a)가능하게 지지하는 지지대(405)(도 2 참조)로서, 지지대(405)는 베이스 프레임(10)에 견고하게 고정되어 있고, 그 상측에 캠(302)과 샤프트(103) 사이를 연결하는 링크부재(401)와 피벗(405a)가능하게 결합되어 링크부재를 지지한다.

전술한 바와 같이 이루어진 정량펌프 동력전달장치는 구동모터의 캠(302)이 회전하면 링크부재(401)는 피벗(405a)을 중심으로 상하 운동하게 되고, 그 상하 운동과 연동하여 샤프트(103)가 상하로 왕복한다.

따라서, 상부 실링부재(101)의 승하강 운동에 의해 레이디얼 압축부재(100a)는 전술한 바와 같이 펌핑동작이 반복적으로 이루어지면서 일정량의 오·폐수를 상반되게 관로를 개폐시키는 체크밸브(V1)(V2)를 갖춘 유입구 분배관(31)과 배출구 분배관(41)을 통해 유체를 이송시킬 수 있다.

도 6을 참조하면, 도 6은 본 발명에 따른 정량펌프 동력전달장치를 연이어 설치한 상태를 예시한 사시도로서, 도 6에 도시된 바와 같이 또한 본 발명은 정량펌프와 구동모터를 1:1로 채용하여 펌프를 운전하므로 구동모터의 운전부하를 줄일 수 있는 효과가 있을 뿐 아니라 레이디얼 압축부재의 펌핑동작 방향에 맞게 수직방향에서 동력을 제공할 수 있으므로 동력전달 체계가 간소하고, 정량펌프 동력전달장치 설치공간을 절약할 수 있고, 공간이 작은 장소에도 정량펌프를 설치할 수 있다.

10: 베이스 프레임 30: 유체 유입구
31: 유입구 분배관 32: 유입관
33: 매인 유입관 40: 유체 배출구
41: 배출구 분배관 42: 배출관
43: 매인 배출관 100: 정량펌프
100a: 레이디얼 압축부재
101, 102: 상/하부 실링부재 103: 샤프트
103a: 피벗 300: 구동부
301: 구동모터 310: 탄성수단 지지대
311: 압축스프링 320: 구동부 프레임
302: 캠 302a: 홈부
400: 동력전달부 401: 링크부재
401a: 돌부 405: 지지대
405a: 피벗

Claims (2)

1. 상하면이 개방된 상/하부 개방부를 갖추고, 복원력이 내재된 레이디얼 압축부재(100a)와;
   서로 상반되게 개폐되는 체크밸브(V1)(V2)가 결합된 유체 유입구 분배관(31) 및 배출구 분배관(41)이 결합되고, 상기 하부 개방부에 기밀되도록 결합되는 하부 실링부재(102)와, 상기 상부 개방부에 기밀되도록 결합되는 상부 실링부재(101) 및 상기 상부 실링부재(101)의 표면 위로 소정 길이로 연장되게 결합되는 샤프트((103)로 구성된 정량펌프(100)와;
   베이스 프레임(10)에 고정되고, 소정의 높이에 구동모터(301)를 지지하는 구동부 프레임(320)과;
   일측단은 상부 실링부재(101)에 승하강가능하게 결합된 샤프트(103)에 피벗결합되고, 타측단은 상기 구동모터(301)에 의해 회전되는 캠(302)면에 접해지도록 결합되는 링크부재(401)와;
   상기 링크부재(401)를 캠(302)면쪽으로 가압하기 위한 탄성수단을 갖추고 상기 구동부 프레임(320)에 상기 캠과 이웃하게 결합되는 탄성수단 지지대(310)와;
   상기 캠(302)과 샤프트(103) 사이에 연결되는 상기 링크부재(401)를 피벗(405a)가능하게 지지하고, 상기 베이스 프레임(10)에 고정되는 지지대(405)로 구성된 것을 특징으로 하는 정량펌프 동력전달장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 캠(302)은 원주면에 홈부(302a)가 더 마련되고, 상기 링크부재(401)는 상기 홈부에 삽입되는 돌부(401a)가 더 마련된 것을 특징으로 하는 정량펌프 동력전달장치.

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