KR101818038B1 - 원심펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 유체가 흡입되는 흡입구를 구비하고, 상기 흡입된 유체를 토출 가능하도록 이루어지는 펌핑챔버를 구비하는 펌프케이싱; 및 상기 펌핑챔버에서 회전되어 유체를 토출시키는 베인을 구비하되, 상기 펌프케이싱에 설치되고, 상기 펌핑챔버에 연통되되 상기 흡입구를 통과한 유체를 유입시키는 유입구를 구비하는 임펠러를 포함하고, 상기 유입구를 형성하는 상기 임펠러의 측부를 감싸도록 임펠러 웨어링이 설치되고, 상기 임펠러 웨어링과 마주하는 상기 펌프 케이싱의 내주에는 케이싱 웨어링이 설치되며, 상기 펌프 케이싱 및 상기 임펠러 사이의 마찰을 저감하도록 상기 임펠러 웨어링 및 상기 케이싱 웨어링 사이에 미세한 틈이 형성되고, 상기 미세한 틈을 통해서 누수되는 유체를 상기 유입구로 재 유입시키기 위해, 상기 미세한 틈의 일 측이 상기 펌핑챔버를 향하도록 상기 케이싱 웨어링의 적어도 일부는 상기 임펠러 웨어링이 설치된 상기 임펠러의 유입구 측의 단부를 감싸는 것을 특징으로 하는 원심펌프를 제공한다.

Description

원심펌프{Centrifugal pump}

본 발명은 임펠러웨어링 및 케이싱웨어링 사이의 미세한 틈의 방향을 펌핑챔버 내부로 향하게 형성하여, 펌프 효율을 향상시키는 원심펌프에 관한 것이다.

터보형 펌프는 크게 원심 펌프(centrifugal pump)와 축류 펌프(axial pump)의 두 종류로 나눌 수 있다.

원심 펌프는, 허브(hub)와 상기 허브에 배열된 복수의 베인(vane)을 가지는 하나 이상의 커버 디스크(cover disc)를 가지는 임펠러를 포함하는데, 이러한 임펠러를 소위 개방형 임펠러(open impeller)라고 한다. 밀폐형 임펠러(closed impeller)에는 커버 디스크 사이에 베인을 가지는 두 개의 커버 디스크가 배열된다. 상기 두 종류의 임펠러는 모두 액체가 임펠러의 중심에서 축방향으로 흡입되어 임펠러의 외주면에서 주로 접선 방향으로 토출된다.

축류 펌프는 액체가 주로 축방향으로 토출된다는 점에서 전술한 원심 펌프와 상이하다. 이러한 편류는 펌프 하우징에서 하류에 배열된 복수의 가이드 레일에 의해 이루어진다. 또한, 가이드 레일은 일반적으로 펌프 하우징의 구조에서 지지 요소의 역할을 하기도 한다.

임펠러는 펌프 케이싱 내부에 회전 가능하게 설치되는데, 임펠러와 펌프 케이싱 사이의 마찰에 의한 동력 손실을 최소화하기 위해서 둘 사이에는 미세한 간극이 형성될 수 있다. 임펠러 및 펌프 케이싱 사이의 간극으로 인해, 펌핑챔버 내부의 유체가 누설 시에, 누설되는 유체가 흡입되는 유체를 간섭하여, 펌프 효율이 떨어지는 문제가 있었다.

공개특허 10-2015-0112243 (2015.10.07)

본 발명의 일 목적은 효율을 향상시키는 원심펌프를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 일 목적은 펌핑챔버의 외부로 누설되는 유체에 의해 펌프 내로 유체의 유입이 방해되어서 펌프 효율이 저하되는 문제를 해결하기 위한 것이다.

상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 원심펌프는, 유체가 흡입되는 흡입구를 구비하고, 상기 흡입된 유체를 토출 가능하도록 이루어지는 펌핑챔버를 구비하는 펌프케이싱; 및 상기 펌핑챔버에서 회전되어 유체를 토출시키는 베인을 구비하되, 상기 펌프케이싱에 설치되고, 상기 펌핑챔버에 연통되되 상기 흡입구를 통과한 유체를 유입시키는 유입구를 구비하는 임펠러를 포함하고, 상기 유입구를 형성하는 상기 임펠러의 측부를 감싸도록 임펠러 웨어링이 설치되고,상기 임펠러 웨어링과 마주하는 상기 펌프 케이싱의 내주에는 케이싱 웨어링이 설치되며, 상기 펌프 케이싱 및 상기 임펠러 사이의 마찰을 저감하도록 상기 임펠러 웨어링 및 상기 케이싱 웨어링 사이에 미세한 틈이 형성되고, 상기 미세한 틈을 통해서 누수되는 유체를 상기 유입구로 재 유입시키기 위해, 상기 미세한 틈의 일 측이 상기 펌핑챔버를 향하도록 상기 케이싱 웨어링의 적어도 일부는 상기 임펠러 웨어링이 설치된 상기 임펠러의 유입구 측의 단부를 감싼다.

본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 케이싱 웨어링은, 상기 임펠러의 측단의 임펠러 웨어링과 상기 미세한 틈을 형성하도록 배치되되, 상기 흡입구가 형성되는 상기 케이싱의 내주에 삽입되는 결합부; 상기 결합부의 일 측에서 교차하는 방향으로 형성되어 상기 미세한 틈의 경로를 상기 교차하는 방향으로 변경하는 변환부; 및 상기 미세한 틈의 경로를 상기 임펠러의 유입구를 향하게 하도록 상기 변환부의 단부에서 상기 임펠러의 내측을 향해 연장되도록 스커트부를 포함한다.

상기 미세한 틈은, 상기 결합부의 내주 및 상기 임펠러 웨어링의 외주 사이에 형성되는 제1유로; 상기 제1유로에 연통되고, 상기 변환부의 내주 및 상기 임펠러의 단부 사이에 형성되는 제2유로; 및 상기 스커트부의 내주 및 상기 임펠러 사이에 형성되고, 상기 제2유로에 연통되고, 상기 제1 및 제2유로를 통과한 유체를 상기 유입구로 다시 유입 가능하게 하는 제3유로로 이루어질 수 있다.

상기 제1유로 및 상기 제3유로 사이의 각도는 25 ° 내지 45 °일 수 있다.

본 발명과 관련된 다른 일 예에 의하면, 상기 임펠러의 양 측에는 회전축이 결합되고, 상기 회전축은 회전 가능하도록 상기 펌프케이싱에 설치되며, 상기 흡입구는, 상기 임펠러의 측단, 상기 회전축의 외주 및 펌프 케이싱의 내주 사이에 형성되고, 상기 유입구는 상기 흡입구 및 상기 펌핑챔버에 연통 가능하도록 상기 임펠러 양측부의 내주에 구비될 수 있다.

본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 의하면, 상기 임펠러의 측부의 외주에는 걸림부가 구비되는 웨어링삽입부가 형성되고, 상기 웨어링삽입부에는, 상기 걸림부에 걸림되도록 상기 임펠러웨어링이 삽입된다.

본 발명의 원심펌프는 임펠러 웨어링 및 케이싱 웨어링 사이의 미세한 틈을 펌핑챔버의 내부를 향하도록 형성하여, 펌핑챔버의 외부로 누설되는 유체를 펌핑챔버 내부로 재 유입함으로써, 펌프 내로 유입되는 유체를 방해하지 않으며, 이로 인해, 펌프의 효율을 향상시키도록 한다.

본 발명의 원심펌프는, 케이싱 웨어링의 스커트부의 형성 각도를 25 ° 내지 45 °로 하여, 미세한 틈의 제3유로와 제1유로 사이를 25 ° 내지 45 °가 되게 함으로써, 미세한 틈을 펌핑챔버의 내부를 향하도록 형성하여, 펌핑챔버의 외부로 누설되는 유체를 펌핑챔버 내부로 재 유입 가능하게 한다.

도 1은 본 발명의 원심펌프 내부를 절개하여 도시한 개념도.
도 2는 도 1의 A부분을 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 케이싱웨어링을 절개하여 도시한 사시도.
도 4는 도 3의 종단면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 원심펌프(100)의 구조에 대하여 서술한다.

본 발명의 원심펌프(100)는 펌프케이싱(10) 및 임펠러(20)를 포함한다.

본 발명의 원심펌프(100)는 양 흡입 원심펌프 또는 편 흡입 원심펌프일 수 있다.

펌프케이싱(10)은 펌핑챔버(12)에 유체를 흡입 가능하게 하는 흡입구(13)를 구비한다. 또한 펌프케이싱(10)은 흡입구(13)를 통해서 흡입된 유체를 토출 가능하게 하는 펌핑챔버(12)를 구비한다.

임펠러(20)는 펌프케이싱(10)의 내부의 펌핑챔버(12)에 회전 가능하도록 설치된다. 임펠러(20)의 양 측에는 회전축(25)이 결합되고, 회전축(25)은 회전 가능하도록 펌프케이싱(10)에 설치된다. 펌프케이싱(10)의 회전축(25)은 구동부(미도시)로부터 동력을 제공받아서 회전축(25)에 결합된 임펠러(20)와 함께 회전된다. 한편, 임펠러(20)의 내주에는 베인(27)이 형성되어서, 임펠러(20)가 회전축(25)의 회전에 의해 회전됨에 따라, 베인(27)이 펌핑챔버(12)에서 유체를 펌핑하여서 도 1에서 펌핑챔버(12)에서 유체를 상하 방향으로 토출시킨다. 도 1에는 복수 개의 베인(27)이 임펠러(20)의 내부에 서로 이격되도록 형성됨으로써, 유체 펌핑을 가능하게 하는 일 예가 도시된다.

임펠러(20)의 측부에는 흡입구(13)를 통과한 유체가 유입되는 유입구(23)가 형성된다. 유입구(23)를 형성하는 임펠러(20)의 측부를 감싸도록 임펠러(20)의 측부에는 임펠러웨어링(21)이 설치된다.

임펠러웨어링(21)은 임펠러(20)의 측부의 적어도 일부를 감싸는 형상으로 이루어질 수 있다. 임펠러(20)의 측부의 외주에는 임펠러웨어링(21)이 삽입될 수 있도록 웨어링삽입부(22)가 형성될 수 있는데, 웨어링삽입부(22)는 임펠러웨이링(21)이 회전축(25)이 웨어링(20)에 설치되는 방향으로 삽입되도록 이루어지고, 임펠러웨어링(21)의 일 측이 걸림되는 걸림부(22a)가 형성될 수 있다.

또한, 임펠러웨어링(21)과 마주하는 펌프케이싱(10)의 내주에는 케이싱웨어링(11)이 설치된다.

임펠러(20)와 펌프케이싱(10) 사이의 마찰을 저감하기 위해서, 임펠러(20)의 측단부와 펌프케이싱(10) 사이에는 미세한 틈(30)이 형성되어야 한다. 도 2를 참조하면, 미세한 틈(30)은 임펠러웨어링(21)이 설치되는 임펠러(20)의 측부 및 단부와, 케이스웨어링(11) 사이에 형성된다.

케이싱웨어링(11)의 적어도 일부는 임펠러웨어링(21)이 설치된 임펠러(20)의 유입구(23) 측의 단부를 감싸도록 이루어진다. 이로 인해, 케이싱웨어링(11)과 임펠러(20)의 단부 사이의 미세한 틈(30)이 펌핑챔버(12)를 향하도록 이루어져서 임펠러(20)의 유입구(23)를 향해 재 유입되도록 이루어지고, 흡입구(13)로부터 유입구(23)로 유입되는 유체의 이동을 방해하지 않기에, 펌프 효율이 향상될 수 있다.

케이싱웨어링(11)은, 결합부(15), 변환부(16) 및 스커트부(17)를 포함할 수 있다.

결합부(15)는 흡입구(13)가 형성되는 펌프케이싱(10)의 내주에 삽입되는데, 임펠러웨어링(21)과 미세한 틈(30)을 형성할 수 있다.

변환부(16)는 결합부(15)의 일 측에서 교차하는 방향으로 형성될 수 있다. 변환부(16)는 임펠러웨어링(21)과 임펠러(20)의 측단 사이에서 미세한 틈(30)을 90° 꺾여지도록 이루어지게 할 수 있다.

스커트부(17)는, 변환부(16)의 단부에서 임펠러(20)의 내측을 향해 연장될 수 있다. 미세한 틈(30)의 경로를 교차하는 방향으로 변경하도록 한다. 도 2에는 단면상에서, 좌우로 형성되는 미세한 틈(30)이 변환부(16)에서 상하 방향으로 꺾이고, 다시 임펠러(20)의 내측을 향하여 꺾이도록 형성되는 예가 도시된다.

케이싱웨어링(11)이 결합부(15), 변환부(16) 및 스커트부(17)를 포함하여 구성됨에 따라서, 케이싱웨어링(11) 및 임펠러웨어링(21) 사이와 스커트부(17)와 임펠러(20) 사이에 미세한 틈(30)이 형성되게 된다.

또한, 미세한 틈(30)은 제1 내지 제3유로(31, 33, 35)로 이루어질 수 있다. 제1 내지 제3유로(31, 33, 35)는 미세하지만, 유체가 지나갈 수 있는 공간이다.

제1유로(31)는, 결합부(15)의 내주와 임펠러웨어링(21)의 외주 사이에서 형성될 수 있다.

제2유로(33)는 변환부(16)의 내주와 임펠러(20)의 단부 사이에 형성될 수 있다. 제2유로(33)는 제1유로(31)와 교차되는 방향으로 이루어질 수 있는데, 일 예로 제2유로(33)는 제1유로(31)와 90°의 각을 이룰 수 있다.

한편, 제3유로(35)는 스커트부(17) 및 임펠러(20) 사이에서 제2유로(33)에 연통되고, 제1 및 제2유로(31, 33)를 통과한 유체를 상기 유입구(23)를 통해 펌핑챔버(12) 내부로 다시 유입 가능하게 한다. 임펠러(20) 단부에는 스커트부(17)의 내주 형상에 대응되도록 챔퍼(chamfer, 28)가 형성되어서, 스커트부(17)와 챔퍼(28) 사이에 제3유로(35)를 형성할 수 있다. 제3유로(35)는 펌핑챔버(12)를 향하는 방향으로 형성되고, 제3유로(35)의 단이 유입구(23)에 위치되어서, 미세한 틈(30)을 통해 누수되는 유체가 제3유로(35)를 빠져나올 때, 유입구(23)를 통해서 유입되는 유체와 함께 펌핑 챔버 내부로 재 유입된다. 따라서, 미세한 틈(30)을 통해서 누수되는 유체가, 유입되는 유체의 흐름에 의해 자연히 재 유입되어, 펌프케이싱(10) 내부의 펌핑챔버(12)로 유입되는 유체의 흐름을 방해하지 않기에 펌프의 효율이 향상된다.

도 2를 참조하면, 제1유로(31) 및 제3유로(35) 사이의 각도는 25 ° 내지 45 °일 수 있으며, 이를 위해 스커트부(17)의 내측과 결합부(15)의 내주 서로의 각도가 25 ° 내지 45 °일 수 있으며, 임펠러(20)의 챔퍼(28)가 스커트부(17)에 대응되도록 형성된다. 이로 인해, 미세한 틈(30)을 통해서 누수되는 유체를 유입구(23)로 재 유입시키도록 하여, 펌프의 효율을 향상시키게 한다.

스커트부(17)의 형상을 다양한 각도로 제작하여 실험한 결과, 도 4에서 도시되는 바와 같이, 스커트부(17)의 내측과 결합부(15)의 내주 서로의 각도가 25 ° 내지 45 °인 경우에 펌프의 효율이 약 1% 증가하였다.

이상에서 설명한 원심펌프(100)는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

100 : 원심펌프
10 : 펌프 케이싱
11 : 케이싱웨어링 12 : 펌핑챔버
13 : 흡입구
15 : 결합부 16 : 변환부
17 : 스커트부 20 : 임펠러
21 : 임펠러웨어링
22 : 웨어링삽입부
22a : 걸림부
23 : 유입구
25 : 회전축 27 : 베인
28 : 챔퍼
30 : 미세한 틈 31 : 제1유로
33 : 제2유로 35 : 제3유로

Claims (6)

1. 유체가 흡입되는 흡입구를 구비하고, 상기 흡입된 유체를 토출 가능하도록 이루어지는 펌핑챔버를 구비하는 펌프케이싱; 및
   상기 펌핑챔버에서 회전되어 유체를 토출시키는 베인을 구비하되, 상기 펌프케이싱에 설치되고, 상기 펌핑챔버에 연통되되 상기 흡입구를 통과한 유체를 유입시키는 유입구를 구비하는 임펠러를 포함하고,
   상기 유입구를 형성하는 상기 임펠러의 측부를 감싸도록 임펠러 웨어링이 설치되고,
   상기 임펠러 웨어링과 마주하는 상기 펌프 케이싱의 내주에는 케이싱 웨어링이 설치되며,
   상기 펌프 케이싱 및 상기 임펠러 사이의 마찰을 저감하도록 상기 임펠러 웨어링 및 상기 케이싱 웨어링 사이에 미세한 틈이 형성되고,
   상기 미세한 틈을 통해서 누수되는 유체를 상기 유입구로 재 유입시키기 위해, 상기 미세한 틈의 일 측이 상기 펌핑챔버를 향하도록 상기 케이싱 웨어링의 적어도 일부는 상기 임펠러 웨어링이 설치된 상기 임펠러의 유입구 측의 단부를 감싸고,
   상기 케이싱 웨어링은,
   상기 임펠러의 측단의 임펠러 웨어링과 상기 미세한 틈을 형성하도록 배치되되, 상기 흡입구가 형성되는 상기 케이싱의 내주에 삽입되는 결합부;
   상기 결합부의 일 측에서 교차하는 방향으로 형성되어 상기 미세한 틈의 경로를 상기 교차하는 방향으로 변경하는 변환부; 및
   상기 교차하는 방향으로 변경된 상기 미세한 틈의 경로를 상기 임펠러의 내측을 향하여 꺾이게 하도록 상기 변환부의 단부에서 상기 임펠러의 내측을 향해 연장되는 스커트부를 포함하고,
   상기 미세한 틈은,
   상기 결합부의 내주 및 상기 임펠러 웨어링의 외주 사이에 형성되는 제1유로;
   상기 제1유로에 연통되고, 상기 변환부의 내주 및 상기 임펠러의 단부 사이에 형성되는 제2유로; 및
   상기 스커트부의 내주 및 상기 임펠러 사이에 형성되고, 상기 제2유로에 연통되고, 상기 제1 및 제2유로를 통과한 유체를 상기 유입구로 다시 유입 가능하게 하는 제3유로로 이루어지고,
   상기 제1유로 및 상기 제3유로 사이의 각도는 25 ° 내지 45 ° 이고,
   상기 임펠러의 단부에는 상기 스커트부의 내주 형상에 대응되도록 챔퍼가 형성되어 상기 스커트부와 챔퍼 사이에 상기 제3유로를 형성하며,
   상기 임펠러의 양 측에는 회전축이 결합되고, 상기 회전축은 회전 가능하도록 상기 펌프케이싱에 설치되며,
   상기 흡입구는, 상기 임펠러의 측단, 상기 회전축의 외주 및 펌프 케이싱의 내주 사이에 형성되고,
   상기 유입구는 상기 흡입구 및 상기 펌핑챔버에 연통 가능하도록 상기 임펠러 양측부의 내주에 구비되는 것을 특징으로 하는 원심펌프.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 임펠러의 측부의 외주에는 걸림부가 구비되는 웨어링삽입부가 형성되고, 상기 웨어링삽입부에는, 상기 걸림부에 걸림되도록 상기 임펠러웨어링이 삽입되는 것을 특징으로 하는 원심펌프.

Images