KR101784561B1 - 단일 유로 펌프 벌류트 및 이를 구비한 원심 펌프 - Google Patents

단일 유로 펌프 벌류트 및 이를 구비한 원심 펌프 Download PDF

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Abstract

단일 유로 펌프 벌류트가 제공된다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 단일 유로 펌프 벌류트는 유체가 통과할 수 있는 유로 공간이 원주방향으로 연장 형성되되, 유로 공간의 단면적(At)이 가장 작은 부분을 벌류트 각도 0도로 하고, 가장 큰 부분을 벌류트 각도 360도라 할 때, 유로 공간의 단면적이 벌류트 각도가 증가함에 따라 증가된다.

Description

단일 유로 펌프 벌류트 및 이를 구비한 원심 펌프{Single channel pump volute and centrifugal pump having the same}
본 발명은 단일 유로 펌프 벌류트 및 이를 구비한 원심 펌프에 관한 것이다.
일반적으로 여과하지 않은 하수, 슬러지, 폐수, 원수, 식품폐기물, 펄프 슬러지 등의 이송을 위하여 펌프가 사용된다. 흔히 이렇게 슬러지 등을 이송시키기 위한 펌프를 슬러지 펌프라고도 한다. 이러한 슬러지 등을 이송시키는 펌프는 수 처리 플랜트 및 여러 산업분야에서 다양하게 사용되고 있다.
이러한 슬러지 펌프는 생활 및 산업 하수를 처리하는 목적으로 이용되는 펌프로 일반적인 수중 펌프와 달리 이물질을 포함하는 유체를 이동시켜야 하기 때문에 유로 막힘 현상 등으로 인한 성능 감소 및 고장, 파손 등을 방지할 수 있는 설계 특성이 요구된다
다만, 종래의 수중 펌프는 마모성 물질이 함유된 이송물을 펌핑하므로 벌류트의 국부적인 마모가 발생할 수 있으며, 장시간 운전시 벌류트 마모에 의해 펌프 전체의 진동 및 소음이 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 유체역학적 성능을 개선할 수 있는 단일 유로 펌프 벌류트 및 이를 구비한 원심 펌프를 제공하고자 한다.
본 발명의 일측면에 따르면 유체가 통과할 수 있는 유로 공간이 원주방향으로 연장 형성된 단일 유로 펌프 벌류트로서, 상기 유로 공간의 단면적(At)은 베인리스 공간의 단면적(A1) 및 상기 베인리스 공간 외주면에 형성되는 상기 벌류트 내부 공간의 단면적(A2)의 합이고, 상기 유로 공간의 단면적(At)은 가장 작은 부분(At(0))을 벌류트 각도(θ1) 0도로 하고, 가장 큰 부분(At(360))을 상기 벌류트 각도 360도라 할 때, 상기 베인리스 공간의 단면적(A1) 및 상기 벌류트 내부 공간의 단면적(A2)이 상기 벌류트 각도가 증가함에 따라 증가되되, 상기 베인리스 공간의 단면적(A1)은 높이 H1 및 길이 L1로 이루어진 사각 형상의 단면적이고, 상기 벌류트 내부 공간의 단면적(A2)은 높이 H2 및 길이 R로 이루어진 사각 형상의 제1 단면적(A3) 및 상기 제1 단면적의 양 측면에 형성되고 반지름이 R인 원 형상 단면적의 25 %인 한 쌍의 제2 단면적(A4)을 포함하고, 상기 H1 = 0.01 * At(360)이고, 상기 길이 L1 = A1 / H1이며, 상기 높이 H2 = H1 - 2R이고, 상기 길이 R = 벌류트 각도 * (0.1*H1/89.5)인 단일 유로 펌프 벌류트를 제공한다.
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본 발명의 다른 측면에 따르면 전술한 단일 유로 펌프 벌류트, 상기 벌류트의 내부에 유체의 유입과 배출을 위해 회전 가능하도록 결합된 단일 유로 펌프 임펠러를 포함하는 원심펌프가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 단일 유로 펌프 벌류트는 유입구 측의 분뇨, 오폐수, 오물 및 고형물과 같이 점도가 있는 슬러지를 원활하고 용이하게 펌핑할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 단일 유로 펌프 벌류트 및 원심펌프는 부피가 큰 고형물이 쉽게 통과할 수 있어 막힘으로 인한 고장 및 파손을 방지할 수 있고, 높은 펌프 효율을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 단일 유로 펌프 벌류트는 펌프 효율을 향상시킬 수 있고, 내부 유동에 대한 안정성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 유로 펌프 벌류트를 구비한 원심펌프를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 유로 펌프 벌류트를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 유로 펌프 벌류트의 내부 유로 통로의 단면적을 도시한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 유로 펌프 벌류트의 내부 유로 통로를 도시한 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 유로 펌프 벌류트 및 원심 펌프를 보다 상세히 설명하도록 한다.
본 발명에서는 분뇨, 오폐수, 오물 및 고형물과 같이 점도가 있는 슬러지를 유체라 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 유로 펌프 벌류트를 구비한 원심펌프를 도시한 단면도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 유로 펌프 벌류트를 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 유로 펌프 벌류트(30)를 구비하는 원심 펌프(1)는 단일 유로 펌프 임펠러(10), 단일 유로 펌프 벌류트(30) 및 구동 모터(3)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 단일 유로 펌프 벌류트는 원심 펌프가 작동할 때 펌프 효율을 최적화시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 원심 펌프(1)는 단일 유로 펌프 벌류트 (30)를 구비하여 부피가 큰 유체가 쉽게 통과할 수 있고 막힘으로 인한 고장 및 파손을 방지할 수 있고, 높은 펌프 효율을 가질 수 있다.
한편 본 발명의 일 실시예에서 구동 모터(3)는 중심에 회전 가능하도록 하부방향으로 연장 형성된 구동축(5)이 형성되고, 구동축의 하단에는 축 방향으로 유입되는 유체를 원주방향으로 배출시킬 수 있는 단일 유로 펌프 임펠러(10)가 설치된다.
단일 유로 펌프 임펠러(10)는 단일 유로 펌프 벌류트(30)의 내부에 유체의 유입과 배출을 위해 회전 가능하도록 결합될 수 있다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 유로 펌프 벌류트(30)는 벌류트 케이싱(31) 및 배출관(9)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 벌류트 케이싱(31)은 나선형으로 연장 형성될 수 있다. 또한 벌류트 케이싱(31)의 내부에는 유체가 유입되는 흡입구(33) 및 유체가 배출되는 토출구(35)가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 단일 유로 펌프 벌류트(30)는 유체를 펌핑할 경우 유체가 벌류트(30)에 걸리지 않고 유체 유동 통로(41)를 통해 배출됨으로써 유체에 의한 펌핑력의 저하 또는 벌류트의 손상을 방지할 수 있다.
도 2를 참고하면, 벌류트 케이싱(31)의 내부 중심부에는 단일 유로 펌프 임펠러(10)가 설치될 수 있다. 이때, 단일 유로 펌프 임펠러(10)는 전체적으로 원통형상으로 이루어질 수 있고, 만곡지게 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 단일 유로 펌프 임펠러(10)는 회전 시 유입되는 유체에 원심력을 부여하여 유체가 원심력에 의해 유동되도록 할 수 있다.
도 1을 참고하면, 임펠러(10)의 유입구(8a)는 유입관(8) 내부에 형성될 수 있다. 이때, 유입관(8)은 임펠러(10)의 하부측에 형성되면 유체는 유입관을 통해 임펠러(10)의 회전에 의한 흡입작동으로 임펠러 내부로 유입된다.
또한, 배출관(9)은 벌류트(30)의 일측 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같이, 유입관(8)에 수직한 방향에 형성되어 벌류트의 회전에 의한 배출작동으로 유체를 벌류트 외부로 배출되도록 한다. 이때, 도 1에 도시된 바와 같이, 고형물이 80 mm 일 때 배출관(9)의 직경(D)는 86 mm로 고정될 수 있다.
이때, 도 2를 참고하면, 임펠러(10)의 유입관(8) 및 벌류트(30)의 배출관(9)은 원통형상으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 유로 펌프 벌류트의 내부 유로 통로의 단면적을 도시한 개략도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 유로 펌프 벌류트의 내부 유로 통로를 도시한 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 벌류트 케이싱(31)의 내부에는 흡입구(33)에서 토출구(35)에 이르는 나선형의 단일 유로인 유체 유동 통로(41)가 형성될 수 있다. 즉, 단일 유로 펌프 벌류트(30)로 유입되는 유체는 나선형으로 연장되는 유체 유동 통로(41)를 따라 이동할 수 있다.
이때, 유체 유동 통로(41)는 흡입구(33)로 유입된 유체가 내측의 곡면에 간섭되지 않고 토출구(35)로 이동할 수 있도록 만곡지게 굴곡진 곡면 형상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 유체 유동 통로(41)는 흡입구(33)로 유입되는 유체가 곡면을 따라 저항을 받지 않고 유동하도록 한다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 벌류트 케이싱(31)의 내부에는 내벽에 의해 구획된 펌프실(7)이 형성될 수 있다. 펌프실(7)은 임펠러(10)가 수용될 수 있도록 단면이 반원형상으로 오목하게 형성될 수 있다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 유로 펌프 벌류트의 유체 유동 통로(41) 단면적 중 가장 작은 단면적인 곳이 시작하는 지점을 벌류트 각도(θ1) 0도로 하였다.
도 3을 참고하면, 흡입구(33)는 유체 유동 통로(41) 단면적 중 가장 작은 단면적인 곳이 시작하는 지점으로서 벌류트의 각도(θ1) 0도인 곳이다. 이때, 도 2 및 도 4를 참고하면 배출관(9)의 중심과 임펠러(10)의 중심을 잇는 가상의 선에서 우측 방향으로 소정의 각도(θ2)만큼 기울어진 곳이 벌류트의 각도(θ1) 0도일 수 있다. 이때 본 발명의 일 실시예에서 소정의 각도(θ2)는 36.25도 일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 단일 유로 펌프 벌류트(30)는 내부에 유체가 통과할 수 있는 유로 공간(S)이 원주방향으로 연장 형성될 수 있다. 이때, 유로 공간의 단면적(At)이 가장 작은 부분을 벌류트 각도(θ1) 0도로 하고, 가장 큰 부분을 벌류트 각도(θ1) 360도라 할 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 유로 펌프 벌류트(30)는 유로 공간(S)의 단면적(At)이 벌류트 각도(θ1)가 증가함에 따라 증가될 수 있다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유로 공간(S)은 베인리스 공간(S1) 및 벌류트 내부 공간(S2)의 합일 수 있다. 이때, 벌류트 내부 공간(S2)은 베인리스 공간(S1) 외주면에 형성될 수 있다. 또한 베인리스 공간(S1)의 폭(L)은 30 mm일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
도 4를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 유로 공간(S)의 단면적(At)은 베인리스 공간(S1)의 단면적(A1) 및 벌류트 내부 공간(S2)의 단면적(A2)의 합으로서 하기 식 1과 같다.
Figure 112015091199290-pat00001
이때, 베인리스 공간(S1)의 단면적(A1)은 사각형 형상이고, 벌류트 내부 공간(S2)의 단면적(A2)은 반 타원 형상일 수 있다. 또한, 벌류트 내부 공간(S2)의 단면적(A2)은 제1 단면적(A3) 및 제2 단면적(A4)으로 형성될 수 있다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 제1 단면적(A3)은 사각형상일 수 있고, 제2 단면적(A4)은 제1 단면적(A3)의 상하 방향으로 양 측면에 한 쌍으로 형성될 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시예에서 제2 단면적(A4)은 반지름이 R인 원 형상 단면적의 25 %일 수 있다. 즉, 제2 단면적(A4)은 π*R2 / 4일 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 유로 펌프 벌류트(30)는 베인리스 공간(S1)의 단면적(A1)의 높이 H1, 길이 L1이고, 제1 단면적(A3)의 높이 H2, 길이 R일 수 있다.
한 쌍의 제2 단면적(A4)의 반지름은 R일 수 있으며 이때 하기 식 1 내지 4를 만족할 수 있다.
이때 본 발명의 식 1에서 At는 벌류트 각도가 360도 일 때의 유로 공간의 단면적일 수 있고 At는 고형물 통과를 위해 필요한 값으로서 고형물의 크기에 따라서 달라질 수 있다.
Figure 112015091199290-pat00002
Figure 112015091199290-pat00003
이때, C는 확장 계수로서 C = 0.1*H1/89.5 일 수 있다.
Figure 112015091199290-pat00004
이때, H2 = H1 - 2R이고, A4 = π*R2 / 4 이며, L1 = A1 / H1일 수 있다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 상기 식 1 내지 4를 적용하여 At, R, H2, A3, A4, A1, L1 및 L2를 구하면 하기 표 1과 같다.
Figure 112015091199290-pat00005
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 유로 펌프 벌류트는 불균일 유동 성분들을 효과적으로 억제하여 펌프 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 단일 유로 펌프 벌류트는 유입구와 배출구가 만곡지게 형성되어 유입구 측의 분뇨, 오폐수, 오물 및 고형물과 같이 점도가 있는 슬러지를 원활하고 용이하게 펌핑할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 단일 유로 펌프 벌류트 및 원심펌프는 부피가 큰 고형물이 쉽게 통과할 수 있어 막힘으로 인한 고장 및 파손을 방지할 수 있고, 높은 펌프 효율을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 단일 유로 펌프 벌류트는 펌프 효율을 향상시킬 수 있고, 내부 유동에 대한 안정성을 확보할 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
1 : 원심 펌프 3 : 구동 모터
5 : 구동축 7 : 펌프실
8 : 유입관 8a : 유입구
9 : 배출관 9a : 배출구
10 : 단일 유로 펌프 임펠러 30 : 단일 유로 펌프 임펠러
31 : 벌류트 케이싱 33 : 흡입구
35 : 토출구 41 : 유체 유동 통로

Claims (7)

  1. 유체가 통과할 수 있는 유로 공간이 원주방향으로 연장 형성된 단일 유로 펌프 벌류트로서,
    상기 유로 공간의 단면적(At)은 베인리스 공간의 단면적(A1) 및 상기 베인리스 공간 외주면에 형성되는 상기 벌류트 내부 공간의 단면적(A2)의 합이고,
    상기 유로 공간의 단면적(At)은 가장 작은 부분(At(0))을 벌류트 각도(θ1) 0도로 하고, 가장 큰 부분(At(360))을 상기 벌류트 각도 360도라 할 때, 상기 베인리스 공간의 단면적(A1) 및 상기 벌류트 내부 공간의 단면적(A2)이 상기 벌류트 각도가 증가함에 따라 증가되되,
    상기 베인리스 공간의 단면적(A1)은 높이 H1 및 길이 L1로 이루어진 사각 형상의 단면적이고,
    상기 벌류트 내부 공간의 단면적(A2)은 높이 H2 및 길이 R로 이루어진 사각 형상의 제1 단면적(A3) 및 상기 제1 단면적의 양 측면에 형성되고 반지름이 R인 원 형상 단면적의 25 %인 한 쌍의 제2 단면적(A4)을 포함하고,
    상기 H1 = 0.01 * At(360)이고, 상기 길이 L1 = A1 / H1이며,
    상기 높이 H2 = H1 - 2R이고, 상기 길이 R = 벌류트 각도 * (0.1*H1/89.5)인 단일 유로 펌프 벌류트.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1 항에 따른 단일 유로 펌프 벌류트; 및
    상기 벌류트의 내부에 유체의 유입과 배출을 위해 회전 가능하도록 결합된 단일 유로 펌프 임펠러;를 포함하는 원심펌프.
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