KR101837139B1 - 원심 펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 흡입구, 토출구 및 임펠러 수용공간을 포함하는 케이싱, 상기 케이싱 후방에 연결되는 베어링하우징, 상기 베어링하우징 내부에 볼베어링으로 지지되어 모터의 구동력을 전달받는 샤프트 및 상기 샤프트의 축단부에 연결되는 임펠러를 포함하는 원심 펌프에 있어서, 상기 케이싱 및 상기 베어링하우징 사이에 체결부재를 통해 상기 케이싱과 착탈식으로 결합하고 상기 샤프트를 지지하는 케이싱커버; 및 상기 케이싱커버의 내측에 위치하여 상기 샤프트 회전축을 밀봉하는 블리드씰 어셈블리; 를 포함하고, 상기 블리드씰 어셈블리는, 상기 샤프트 외주면을 밀봉하는 슬리브; 상기 슬리브 외주면에 소정간격 이격하여 구비되는 부싱; 상기 부싱의 외주면에 일체로 구비되는 씰케이지; 및 상기 슬리브의 외주면에 일체로 구비되는 리턴 로터; 를 포함하는 원심 펌프에 대한 것으로, 씰링수단의 마모가 줄어 유지보수가 용이하고 장치 수명이 개선되는 효과가 있다.

Description

원심 펌프{A Centrifugal Pump}

본 발명은 원심 펌프에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 샤프트 상에 구비되어 임펠러로부터 토출되는 유체의 역류 및 누수를 효율적으로 방지하는 씰링수단을 포함하는 원심 펌프에 관한 것이다.

원심 펌프(Centrifugal Pump)는 유체를 임펠러의 회전공간이 확보된 케이싱 내부로 유입한 뒤, 상기 임펠러의 회전에 의한 원심력으로 압력 및 속도에너지가 증가한 유체를 고압 고속으로 배출시키는 장치이다.

도 1은 종래의 원심 펌프를 도시한 도면이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 일반적인 원심 펌프는 펌프몸체를 구성하는 케이싱(1), 베어링하우징(5)과 케이싱커버(2)의 중간부에 끼워서 샤프트(7)를 지지하는 그랜드패킹(4) 및 그랜드(8), 베어링하우징(5) 내부에 베어링(6)으로 지지되어 모터의 구동력을 전달받는 샤프트(7), 및 샤프트(7) 전방 단부에 일체로 조립되어 케이싱(1) 내로 유입된 유체를 흡입 및 토출시키도록 하는 임펠러(3)로 구성된다.

상술한 원심펌프에서 모터를 통해 샤프트(7)에 전달된 회전력은 임펠러(3)를 회전시키게 되며, 흡입구(1a), 토출구(1b) 및 임펠러(3)의 수용공간이 구비된 케이싱(2) 내에서 임펠러(3)의 회전으로 중심부가 진공상태로 되어 유체가 흡입된다. 이때, 임펠러(3)의 회전으로 원심력을 받은 유체는 케이싱(1)과 케이싱커버(2)사이로 빠져나와 토출구(1b)를 통해 외부로 토출되는 것이다.

한편, 일반적으로 펌프의 가장 큰 고장원인 중의 하나는 펌프를 통과하는 유체가 임펠러와 펌프가 아닌 다른 구성장치로 누출되는 문제다. 따라서 유체가 외부환경으로 누출되는 것을 방지하기 위한 시스템이 펌프에서 필수적이다.

이를 위해, 종래에는 다양한 씰링수단이 유체의 축방향 누설을 방지하기 위해 임펠러 후방의 샤프트 축 상에 구비되고, 도 1에는 그러한 예로 그랜드 및 그랜드패킹과 같은 씰링수단이 도시되어 있다.

상기 그랜드 패킹과 같은 씰링수단은, 임펠러에 유입된 유체 중에 케이싱 토출구로 빠져나가지 못하는 유체 일부가 임펠러 축의 미세 간극을 통해 임펠러 후방으로 유실될 수 있는데, 이러한 유체의 누설을 방지하는 역할을 한다.

그런데, 상기 그랜드패킹과 같은 씰링수단은 샤프트 축의 원주를 그랜드로 둘러쌓아 그 틈으로 그랜드 패킹을 강제로 끼워 넣어 축방향으로 압축해 패킹과 축을 밀착시키고 그랜드에 볼트 등의 체결수단을 조여 마찰밀봉을 하는 방식으로, 펌프 사용기간이 경과함에 따라 패킹의 마모, 샤프트 축 또는 샤프트를 감싸고 있는 슬리브(미도시)의 마모가 발행하여 누수가 발생하기 쉽다. (도 1 참조)

또한, 펌프 내 유체의 압력이 고속고압으로 작용하는 경우 이러한 씰링수단 및 샤프트의 손상이 유체의 압력에 의해 심해지며, 따라서 씰링상태를 지속적으로 유지하기 위해서는 압착력을 증가시키기 위해 펌프를 분해하여 볼트 등의 체결수단을 수시로 조이거나 주기적인 교체 및 보수작업을 진행해야 하는 불편함이 있다.

또한, 그랜드 패킹의 구조 자체에 의해 항상 일정량의 누수가 존재하므로 유지비용이 많이 들고, 그랜드 패킹에 함침되는 그리스나 오일은 수질오염의 원인이 된다.

이와 같이, 상기 유체의 누수 문제가 펌프 성능에 중요한 영향을 미치므로 샤프트와 케이싱 커버의 축방향 미세 간극으로 임펠러를 통과하는 유체의 누수에 의한 펌프의 고장사고 및 수명단축의 문제점을 해결하기 위한 펌프 수단이 요구된다.

한국공개실용 1999-0022727

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서 임펠러, 샤프트 및 케이싱 커버 사이의 수밀을 유지시켜 펌프 성능이 개선된 원심 펌프를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 샤프트와 케이싱커버의 사이에 구비되는 씰링수단의 마모를 줄여, 유지보수가 용이하고 장치 수명이 개선된 원심 펌프를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 지적된 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 흡입구, 토출구 및 임펠러 수용공간을 포함하는 케이싱, 상기 케이싱 후방에 연결되는 베어링하우징, 상기 베어링하우징 내부에 볼베어링으로 지지되어 모터의 구동력을 전달받는 샤프트 및 상기 샤프트의 축단부에 연결되는 임펠러를 포함하는 원심 펌프에 있어서, 상기 케이싱 및 상기 베어링하우징 사이에 체결부재를 통해 상기 케이싱과 착탈식으로 결합하고 상기 샤프트를 지지하는 케이싱커버; 및 상기 케이싱커버의 내측에 위치하여 상기 샤프트 회전축을 밀봉하는 블리드씰 어셈블리; 를 포함하고, 상기 블리드씰 어셈블리는, 상기 샤프트 외주면을 밀봉하는 슬리브; 상기 슬리브 외주면에 소정간격 이격하여 구비되는 부싱; 상기 부싱의 외주면에 일체로 구비되는 씰케이지; 및 상기 슬리브의 외주면에 일체로 구비되는 리턴 로터; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 원심 펌프를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 부싱은, 상기 리턴 로터의 전방과 후방에 각각 구비되는 제1부싱 및 제2부싱을 포함하고, 상기 제1부싱은, 상기 슬리브 외주면과의 사이에 소정의 제1이격간격(d1)에 의한 틈을 포함하고, 상기 제2부싱은, 래비린스(labyrinth) 형상으로 상기 슬리브 외주면과의 사이에 소정의 제2이격간격(d2)에 의한 틈을 포함하는 것을 특징으로 하는 원심 펌프를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 씰케이지는, 상기 제1부싱의 외주면에 일체로 구비되는 제1씰케이지 및 상기 제2부싱의 외주면에 일체로 구비되는 제2씰케이지를 포함하고,

상기 제1씰케이지는 후방에 제1플랜지부를 포함하고, 상기 제2씰케이지는 전방에 제2플랜지부를 포함하며, 상기 제1플랜지부 및 상기 제2플랜지부의 결합면이 상호 밀착 결합되고, 상기 제1플랜지부 및 상기 제2플랜지부의 결합부에는 상기 리턴 로터가 수용되는 내부공간을 포함하는 것을 특징으로 하는 원심 펌프를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 씰케이지는, 쌍기 씰케이지의 원주방향으로 일측이 관통되는 홀 형상의 바이패스 홀을 더 포함하고,

상기 바이패스 홀은, 상기 제1씰케이지의 제1플랜지부 상에 구비되는 제1바이패스 홀 및 상기 제2씰케이지 상에 구비되는 제2바이패스 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 원심 펌프를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 리턴 로터는, 상기 샤프트 축 슬리브 외주면과 결합하여 상기 제1플랜지부 및 상기 제2플랜지부의 결합부 내부공간에 수용되고,

블레이드를 포함하여, 상기 블레이드가 임펠러 방향으로 유체의 흐름을 반송시키거나 유체의 속도와 압력을 저감시키는 것을 특징으로 하는 원심 펌프를 제공한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 임펠러, 샤프트 및 케이싱 커버 사이의 수밀을 유지시켜 펌프 성능이 개선되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 샤프트와 케이싱커버의 사이에 구비되는 씰링수단의 마모를 줄여, 유지보수가 용이하고 펌프 수명이 개선되는 효과가 있다.

도 1은 종래의 펌프를 도시한 도면이다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 펌프를 도시한 단면도이다.
도 2b는 도 2a의 임펠러부를 확대도시한 도면이다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 펌프에 적용되는 씰링수단을 도시한 사시도이고, 도 3b는 그 단면도이다.
도 4는, 본 발명에 따른 씰링수단의 작동상태를 도시한 모식도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소와 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 도 1은 종래의 펌프를 도시한 것으로, 그랜드패킹에 의한 씰링수단이 적용된 펌프의 예이다.

도 1을 참조하면, 종래에는 임펠러에 유입된 유체 중에 토출구로 모두 토출되지 못하고 남은 유체가 임펠러 후방으로 누수되어 모터측으로 유입되는 것을 막기 위해, 임펠러(3)를 회전시키는 샤프트(7)의 회전축, 보다 정확하게는 상기 샤프트(7) 축이 통과하는 임펠러 후방 케이싱커버(2) 및 샤프트 외주면 사이에 유체의 누수를 방지하는 씰링수단으로 그랜드(8) 및 그랜드패킹(7)이 적용하고 있다.

그런데, 상기 그랜드패킹과 같은 씰링수단은 펌프 사용기간이 경과함에 따라 패킹의 마모, 샤프트 축 또는 슬리브의 마모가 발행하여 누수가 발생하기 쉽고, 펌프 내 유체의 압력이 고속고압으로 작용하는 경우 이러한 씰링수단 및 샤프트의 손상이 커져, 느슨해진 압착력을 증가시키기 위해 펌프를 분해하여 볼트 등의 체결수단을 조이거나 보수작업을 자주 진행해야 하는 불편함이 있다.

또한, 그랜드 패킹의 구조 자체에 의해서도 항상 일정량의 누수가 존재하므로 유지비용이 많이 들고, 그랜드 패킹에 함침되는 그리스나 오일은 수질오염의 원인이 되는 문제점이 있었다.

한편, 최근에는 상기 그랜드패킹의 문제점을 해결하기 위한 씰링수단으로 메카니컬 씰이 펌프에 사용되나, 비용이 그랜드 패킹의 10배 이상으로 고가이므로 제한적으로 사용된다. 국내에서 생산되는 대부분의 산업용 펌프는 씰링수단으로 그랜드패킹을 채용하고 있으며, 고가의 메커니컬 씰은 석유화학이나 플랜트 산업의 고가펌프에 적용되는 실정이다.

또한, 메카니컬 씰은 펌프의 가동이 정지하는 순간 샤프트 역회전에 의한 충격, 유체의 급속한 압력변화에 의한 손상, 외부의 이물질 침투 등으로 인한 파손 시 씰링수단으로서의 기능을 완전히 상실하여 펌프의 작동이 불가능해진다.

이와 같이 기계적, 유체적 충격으로 파손 시 다량의 유출수로 인한 펌프사고의 위험이 존재하며 유지비용이 높고 작업자의 지속적인 점검이 필요하다.

한편, 상기 종래의 씰링수단은 임펠러 내부의 중심 축뿐만 아니라 임펠러 후방으로도 유체가 누설될 수 있다(도 1 참조). 왜냐하면 임펠러가 흡입구로부터 유입된 유체를 승압하여 토출구로 토출함에 있어서, 토출구에 인접한 임펠러 출구 측에는 회전하는 임펠러와 케이싱 인접면에 회전마찰에 의한 마모를 줄이기 위해 미세한 간극이 구비되어 있기 때문이다.

따라서, 토출구로 미처 빠져나가지 못한 고속고압 상태의 유체는 임펠러 출구 쪽과 케이싱의 미세 간극을 통해서도 임펠러 후방, 즉 모터측 방향으로 스며들게 되 므로 모터측 샤프트로 진입하여 펌프의 각 구성요소에 영향을 미치게 된다.

또한, 임펠러 축과 연결된 샤프트의 회전축은 케이싱 커버와 축결합되므로, 종래와 같은 씰링수단이 구비되어 있더라도 펌프의 지속된 사용에 의해 마모되기 쉽고, 펌프 사용이 지속될수록 샤프트 회전축과 결합되는 케이싱 커버의 축결합부를 중심으로 인접부 간 마찰이 증가한다. 마모는 지속적으로 심화되어 상기 미세 간극은 더욱 넓어지게 된다.

결과적으로, 종래의 씰링수단은 샤프트 축에 접촉하여, 샤프트 및 임펠러의 회전으로 인해 이와 마찰하는 펌프 내의 다른 구성요소와의 간섭에 의해 마모가 발생하기 쉬우며, 즉 상기 샤프트와 케이싱 커버의 축방향 미세 간극으로 임펠러를 통과하는 유체의 누수를 초래하게 되어 펌프의 고장, 사고 및 수명저하의 원인이 된다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 개선하여 유체의 누수를 효과적으로 방지하는 씰링수단을 포함하는 펌프를 제공하고자 한다.

도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 펌프를 도시한 단면도이고, 도 2b는 도 2a의 임펠러부를 확대도시한 도면이다.

도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 펌프에 적용되는 씰링수단을 도시한 사시도이고, 도 3b는 그 단면도이다.

먼저, 도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 펌프의 구조는, 흡입구(111)와 토출구(112) 및 임펠러 수용공간을 포함하는 케이싱(110); 상기 케이싱 후방에 연결되는 베어링하우징(150); 상기 베어링하우징 내부에 볼베어링(160)으로 지지되어 모터의 구동력을 전달받는 샤프트(170); 및 상기 샤프트(170)의 축단부에 연결되는 임펠러(130); 를 포함하여 구성된다.

또한 본 발명에서, 상기 케이싱 및 베어링하우징 사이에는 체결부재(B)를 통해 상기 케이싱과 착탈식으로 결합하고 상기 샤프트를 지지하는 케이싱커버(120)가 구비될 수 있다.

이때, 상기 토출·흡입구가 구비된 케이싱(110)의 후방에는, 베어링하우징(150)이 배치되어 연결볼트 등에 의해 연결되고, 상기 케이싱 및 베어링하우징의 사이에는 케이싱커버(120)가 샤프트(170) 축을 지지하도록 본 발명에 따른 펌프의 씰링수단인 블리드씰 어셈블리(200)를 포함하여 마련된다. 또한, 상기 베어링하우징(120) 내측에는 볼베어링(160)이 장착되어 샤프트(170)를 회전 가능하게 지지하게 된다.

한편, 상기 임펠러(130)의 전방 중심축 둘레부에는 유체를 유입하는 유입구(131)가 형성되며, 이를 통해 케이싱 흡입구(111)로부터 유체를 유입하여 임펠러 날개부(133)의 회전과 함께 승압된 유체를 유출구(132)로 토출시키게 된다.

또한, 상기 임펠러(130)는 상기 상기 샤프트(170)의 축단부에 일체로 조립되고, 상기 샤프트(170)의 축 타단에는 구동모터(미도시)가 연결되어 이를 회전시키게 된다. 이에 따라, 샤프트 축단부에 연결된 임펠러(130)가 회전하며 중심부가 진공상태로 되어 케이싱 흡입구(111)로 유체를 흡입하게 되고, 이때 임펠러의 회전으로 원심력을 받은 유체의 압력이 증가하여 임펠러 날개부(133)를 지나 유출구(132)로 토출되어 케이싱 토출구(112)를 통해 빠져나가게 된다.

이때, 상기 임펠러 유출구(132)는 케이싱(110) 및 케이싱 커버(120)와의 사이에 간극을 포함하므로, 유출구(132)토출되는 유체는 모두 토출구(112)로 빠져나가는 것이 아니라, 임펠러 후방, 즉 케이싱 커버(120)쪽으로 고속고압의 유체가 누설되어 씰링수단으로 흐르게 되면서, 마모 등이 일어나 펌프 성능이 저하된다.

이와 같이, 종래에 유체의 압력변화가 심한 펌프의 경우 그랜드패킹이나 메카니컬 씰과 같은 씰링수단은, 기계적, 유체적 충격으로 인한 파손이 잦고 지속적인 점검이 이루어지지 않으면 펌프사고의 위험이 높으므로 유지비용이 많이 든다.

따라서, 펌프의 누설을 방지하는 것이 펌프 성능을 개선시킬 수 있는 관건인데, 이를 위해, 본 발명에 따른 펌프의 씰링수단은 블리드씰 어셈블리(Bleed Seal Assembly)를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에서 상기 블리드씰 어셈블리(200)는, 상기 케이싱(110) 내부에서 회전하는 샤프트(17) 상에, 보다 정확하게는 회전하는 임펠러(130) 후방의 샤프트 외주면에 씰링수단으로 구비됨으로써 펌프의 씰링성능을 개선될 수 있다.

이를 위해, 상기 블리드씰 어셈블리는, 상기 샤프트(170) 외주면을 밀봉하는 슬리브(210); 상기 슬리브(210) 외주면에 소정간격 이격하여 구비되는 부싱(220); 상기 부싱(220)의 외주면에 일체로 구비되는 씰케이지(230); 및 상기 슬리브(21)의 외주면에 일체로 구비되는 리턴 로터(240); 를 포함할 수 있다.

이때, 상기 슬리브(210)는, 상기 샤프트(170)의 외주면을 감싸는 원통형으로 상기 샤프트에 일체로 끼워져 보호한다.

한편, 상기 부싱(220) 및 상기 씰케이지(230)는 상기 슬리브(210)의 외주면으로부터 원주방향으로 소정간격 이격하여 비접촉식으로 구비되며, 상기 회전하는 샤프트(170)와 달리 상시 고정된 정지상태로 유지된다.

또한, 상기 슬리브와의 이격간격(d)에 의해 부싱과 슬리브 사이에는 미세한 틈을 포함하게 되고, 따라서 상기 틈 사이로 유실된 유체가 스며들게 된다. 한편, 상기 부싱 및 씰케이지를 통한, 누설유체의 흐름상태에 대해서는 도 4에 대한 설명에서 후술하기로 한다.

계속해서, 상기 부싱(220) 및 상기 씰케이지(230)가 상기 샤프트에 이격되어 고정된 상태를 유지하는 것과는 달리, 상기 리턴 로터(240)는 상기 슬리브(210)의 외주면으로부터 원주방향으로 일체로 구비되므로, 상기 샤프트(170)에 고정된 슬리브와 함께 접촉식이므로 샤프트의 동작과 동일한 작동상태를 유지하게 된다. 즉, 상기 샤프트가 회전하면 상기 리턴 로터도 회전하고, 상기 샤프트가 정지하면 상기 리턴 로터도 정지상태를 유지하게 된다. 한편, 상기 리턴 로터를 통한, 누설유체의 흐름상태에 대해서는 도 4에 대한 설명에서 후술하기로 한다.

계속해서, 상기 부싱(220) 및 상기 씰케이지(230)는 상기 리턴 로터(240)의 전방과 후방에 각각 구비될 수 있다.

즉, 상기 부싱(220)은, 상기 리턴 로터(240)의 전방 및 후방에 각각 구비되는 제1부싱(220a) 및 제2부싱(220b)을 포함하고, 상기 씰케이지(230)는, 상기 제1부싱(220a)의 외주면에 일체로 구비되는 제1씰케이지(230a) 및 상기 제2부싱(220b)의 외주면에 일체로 구비되는 제2씰케이지(230b)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1부싱(220a)은 상기 슬리브(210)와 유사한 형상의 원통형 형상 으로, 상기 슬리브(210)와 상기 제1부싱(220a) 사이에는 소정의 제1이격간격(d1)에 의한 틈이 마련된다.

또한, 상기 제2부싱(220b)은 상기 슬리브(210)의 외주면에 구비되는 래버린스(labyrinth) 형상으로, 상기 슬리브(210)와 상기 제2부싱(220b) 사이에도 역시 소정의 제2이격간격(d2)에 의한 틈이 마련된다.

즉, 상기 제1부싱(220a) 및 제2부싱(220b)은 모두 샤프트 축을 감싸고 있는 슬리브(210)와 접촉 운동에 의한 마찰저항이 일어나지 않는 비접촉식 씰링수단의 역할을 수행하며, 상기 제1이격간격(d1) 및 상기 제2이격간격(d2)에 의한 틈 사이로 유체가 흐르면서 유체의 속도가 점진적으로 저감되어 씰링성능을 높이고 펌프의 수명을 늘리게 된다.

한편, 상기 제2부싱(220b)의 래버린스는, 유체가 유실되는 통로에 다수개의 핀 또는 링 형상의 금속 또는 세라믹이나 탄소복합체 등의 탄성 소재를 교대로 배치하거나, 선반가공된 래버린스 형상의 관으로 구성 가능하며, 상기 제2부싱을 통과하는 유체는 래버린스에 의해 형성된 좁은 틈과 넓은 틈을 번갈아 수차례 지나가면서 유체의 압력 및 속도에너지가 손실되며 결과적으로 유체의 누설을 막는 역할을 수행하게 된다.

한편, 본 발명의 실시예에서 상기 래버린스 형상의 제2부싱(220b) 일측에는 홀(221)을 포함할 수 있다. 상기 래버린스를 통과하는 유체는 점진적으로 속도가 저감되다가 상기 홀(221)을 통해 후술하는 제2바이패스 홀(232b)로 빠져나가게 된다.

계속해서, 상기 리턴 로터(240)의 전방과 후방에 각각 구비되는 상기 제1씰케이지(230a) 및 상기 제2씰케이지(230b)는 플랜지부(231)를 포함할 수 있다.

즉, 상기 제1씰케이지(230a)는 후방에 제1플랜지부(231a)를 포함하고, 상기 제2씰케이지(230b)는 전방에 제2플랜지부(231b)를 포함할 수 있으며, 이때 상기 제1플랜지부 및 상기 제2플랜지부는 유체가 누설되지 않도록 결합면이 상호 밀착하여 체결될 수 있다.

이때, 상기 제1플랜지부(231a) 및 상기 제2플랜지부(231b)의 결합부에는 상기 리턴 로터(240)가 수용되는 내부공간(233)을 포함하며, 상기 리턴 로터(240)는 상기 상기 제1플랜지부(231a) 및 상기 제2플랜지부(231b)의 결합부 내부공간(233)에 수용되는 동시에, 상술한 바와 같이 상기 슬리브(210)와 결합되어 회전 가능하도록 구비되며, 상기 샤프트(170)의 작동 상태에 따라 회전 또는 정지하게 된다.

한편, 상기 씰케이지(230)는 상기 슬리브(210)와및 상기 부싱(220) 사이 간격(d)을 통과하는 누설 유체를 토출시키는 바이패스 홀(bypass hole)(232)을 더 포함할 수 있다.

상기 바이패스 홀(232) 단부에는 바이패스 관(미도시)이 연결되어, 임펠러로부터 유실된 유체를 흡입구(111)로 반송 또는 드레인하며, 흡입구(111)로 반송 또는 드레인된 유체는 펌프로 유입되는 유체와 함께 섞여 임펠러(130)를 통해 토출구(112)로 토출 또는 유실을 반복하게 된다.

한편, 도 3a 및 도 3b를 참조한 바, 상기 바이패스 홀(232)은 상기 제1씰케이지(230a) 및 상기 제2씰케이지(230b) 상에 각각 구비될 수 있으며, 보다 정확하게는, 상기 제1씰케이지의 제1플랜지부(231a)에 제1바이패스 홀(232a)을 포함하고, 상기 제2씰케이지(230b) 상에 제2바이패스 홀(232b)을 포함할 수 있다.

상기 제1바이패스 홀(232a)은, 상기 제1플랜지부(231a)의 원주방향으로 일측이 관통되는 홀 형상으로, 상기 제1플랜지부의 내부공간(233)에 구비되는 리턴 로터(240)의 전방 또는 전측방에 구비된다. 따라서, 고속고압 상태의 유체가 상기 슬리브(210)와 상기 제1부싱(220a) 사이의 틈을 통해 모터측 방향으로 흐르다가 상기 리턴 로터(240)의 회전력에 의해 전방 또는 전측방으로 역류되거나 유체의 속도와 압력이 감압되며 상기 제1바이패스 홀(232a)을 통해 펌프 흡입구(111)로 반송 또는 드레인시키는 역할을 수행하게 된다.

또한, 상기 제2바이패스 홀(232b)은, 상기 제2씰케이지(230b)의 원주방향으로 일측이 관통되는 홀 형상으로 상기 제2부싱의 측면을 관통하는 홀(221)과 연통하여 구비된다. 따라서, 상기 제1씰케이지(230a)의 제1바이패스홀(232a)로 빠져나가지 못하고 남은 유체가 상기 제2부싱(230b)과 슬리브(210)의 래비린스 이격간격 (d2)에 의한 틈을 통과하면서 지속적으로 속도와 압력이 저감되며 최종적으로 상기 제2바이패스 홀(232b)을 통해 통해 펌프 흡입구(111)로 반송 또는 드레인 된다.

계속해서, 상기 제1씰케이지(230a) 및 상기 제2씰케이지(230b) 사이에 구비되고, 샤프트(170) 축상에 고정되는 슬리브(210) 외주면에 밀착구비되는 리턴 로터(240)는 블레이드(241)를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 리턴로터(240)에 구비되는 블레이드(241)는 상기 임펠러(130)와 유사하게 유체의 흐름을 제어하는 날개부 형상이되, 날개방향이 상기 임펠러와 반대인 것을 특징으로 한다.

따라서, 상기 리턴로터(240)의 블레이드(241)에 의해, 유체의 흐름을 임펠러 ?향으로 반송시키도록 하는데, 즉 상기 임펠러(130)에 유입된 유체가 토출구(112)가 아닌 임펠러 중심축 또는 임펠러 후방을 통해 모터측 샤프트(170)로 누설되는 경우, 고속고압상태의 유체가 상기 블레이드(241)에 부딪히게 되어 유체가 모터측 방향으로 누설되는 것과 반대방향으로 유체를 쳐내는 한편, 누설된 유체의 일부가 리턴 로터를 통과하더라도 누설되는 유체의 속도와 압력을 저감시키게 된다.

다음으로, 상기 제1부싱(220a) 및 상기 리턴로터(240)를 통해 속도와 압력이 1, 2단계로 저감된 누설 유체는, 마지막 3단계로 제2부싱(220b) 및 제2씰케이지(230b)를 통과하며 유체의 속도와 압력이 더욱 저감되며 제2부싱 및 제2씰케이지 상에 형성된 제2바이패스 홀(232b)을 통해 빠져나가게 된다. 이와 같이, 임펠러 후방으로 누설된 고속고압의 유체는 최종적으로 상기 제2바이패스 홀(232b)을 통해 통해 펌프 흡입구(111)로 반송 또는 드레인 된다.

다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 펌프의 씰링수단에 의해, 임펠러 후방으로 누설된 유체의 흐름이 어떻게 제어되는지 설명하도록 한다.

도 4는, 본 발명에 따른 씰링수단의 작동상태를 도시한 모식도이다.

일반적으로, 원심 펌프의 경우 흡입구(111)를 통해 임펠러(130)로 유입된 유체는 임펠러를 통과하며 속도와 압력이 증가하며 고속고압 상태로 토출구(112)로 배출된다.

그런데, 상기 임펠러가 흡입구로부터 유입된 유체를 승압하여 토출구로 토출함에 있어서, 펌프 토출구(112)에 인접한 임펠러 출구 측에는 회전하는 임펠러와 케이싱 인접면에 회전마찰에 의한 마모를 줄이기 위해 미세한 간극이 구비되어 있기 때문에, 임펠러 내부의 중심 축뿐만 아니라 임펠러 후방으로(132) 유체가 누설될 수 있다.

이를, 도 1을 참조하면, 화살표로 도시된 유체의 흐름상태와 같이 임펠러 중심 축뿐만 아니라 임펠러 후방으로도 유체가 누설될 수 있음을 알 수 있다.

따라서, 토출구로 미처 다 빠져나가지 못한 고속고압 상태의 유체가 임펠러 출구 쪽과 케이싱의 미세 간극을 통해서도 임펠러 후방, 즉 모터측 방향으로 스며들게 되므로 모터측 샤프트로 진입하여 펌프의 각 구성요소에 영향을 미치게 된다.

또한, 임펠러 축과 연결된 샤프트의 회전축은 케이싱 커버와 축결합되므로, 종래와 같은 씰링수단이 구비되어 있더라도 펌프의 지속된 사용에 의해 마모되기 쉽고, 펌프 사용이 지속될수록 샤프트 회전축과 결합되는 케이싱 커버의 축결합부를 중심으로 인접부 간 마찰이 증가한다. 마모는 지속적으로 심화되어 상기 미세 간극은 더욱 넓어지게 된다.

결과적으로, 종래의 씰링수단은 샤프트 축에 접촉하여, 샤프트 및 임펠러의 회전으로 인해 이와 마찰하는 펌프 내의 다른 구성요소와의 간섭에 의해 마모가 발생하기 쉬우며, 즉 상기 샤프트와 케이싱 커버의 축방향 미세 간극으로 임펠러를 통과하는 유체의 누수를 초래하게 되어 펌프의 고장, 사고 및 수명저하의 원인이 된다.

그러나 도 4의 모식도에 의하면, 본 발명에 따른 씰링수단인 블리드씰 어셈블리(200)에 의해 임펠러를 통과한 고속고압의 유체는, 3단계에 걸쳐 누설 유체의 속도 및 압력이 저감되며 누수를 차단하게 된다.

먼저, 1단계로 토출구(112)로 모두 빠져나가지 못하고 임펠러 중심축 또는 임펠러 후방으로 유실된 고속고압의 유체가, 상기 샤프트 상의 슬리브(210)와 제1부싱(220a) 사이의 이격간격(d1)에 의한 틈을 통해 모터측 후방으로 빠져나가며 유체의 속도 및 압력이 1차적으로 저감된다.

계속해서, 2단계로 상기 모터측 후방으로 빠져나간 유체의 일부는 상기 제1씰케이지(230a)의 제1플랜지(231a)에 구비된 제1바이패스 홀(232a)에 의해 빠져나가고, 다른 일부는 상기 제1씰케이지의 후방에 구비된 리턴 로터(240)로 흐르게 되는데, 이때, 상기 샤프트 축상에서 회전하는 리턴 로터(240)의 블레이드(241)가 유체를 쳐서 전방으로 반송시키므로, 반송된 유체의 일부는 상기 제1바이패스 홀(232a)로 빠져나가고 일부는 상기 슬리브 및 제1부싱의 이격거리(d1)에 의한 틈 사이로 반송되어 모터측 후방으로 계속해서 누설되는 유체의 속도를 2차적으로 저감시킨다.

한편, 상기 제1바이패스 홀(232a)은 바이패스 관(미도시)에 의해 펌프 흡입구(111)로 연결된다. 따라서, 상기 제1바이패스 홀(232a)을 통해 빠져나간 유체는 바이패스 관을 따라 펌프 흡입구(111)로 반송 또는 드레인 되어, 펌프로 유입되는 유체와 함께 임펠러 통과 및 토출을 반복하게 된다.

마지막으로, 3단계에서는 상기 2단계에서 제1바이패스 홀(232a)로 미처 빠져나가지 못하고 상기 리턴로터(240)를 통과하여 누설된 유체가 제2부싱(220b) 및 슬리브(210) 사이의 이격간격(d2)에 의한 틈 사이로 흐르게 된다. 이때, 누설된 유체의 유속 및 압력은 이미 제1, 제2단계의 블리드씰 어셈블리의 구성장치를 통과하며 많이 저감된 상태이고 적은 양이다.

따라서, 상기 저속저압의 누설 유체는 래버린스 형상의 제2부싱(220b)과 슬리브 틈 사이를 통과하며 속도와 압력이 점진적으로 더욱 줄어들며, 최종적으로는 상기 래버린스 형상의 제2부싱(220b)과 상기 제2부싱 외주면에 일체로 형성된 제2씰케이지(230b)에 형성된 제2바이패스 홀(232b)을 통해 빠져나가게 된다.

상기 제2바이패스 홀(232b)을 통해 빠져나간 유체는, 바이패스 관(미도시)에 의해 연결되어 바이패스 관을 통해 펌프 흡입구(111)로 반송 또는 드레인 되며, 펌프로 유입되는 유체와 함께 임펠러 통과 및 토출을 반복하게 된다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 씰링수단인 블리드씰 어셈블리(200)가 적용된 펌프는, 누설유체가 3단계에 걸쳐 속도와 압력이 단계적으로 저감되는 조립식 구조이므로 유지보수가 용이하다. 즉, 제1부싱에 의한 1차 유속저감, 리턴 로터에 의한 2차 유속저감 및 제2부싱에 의한 3차 유속저감이 이루어지므로 누설 유체에 의한 기계적 손상 및 충격이 줄어든다.

한편, 상기 블리드씰 어셈블리(200)는 주물방식 또는 사출성형에 의한 방법으로 각각 슬리브, 부싱, 씰케이지 및 리턴 로터를 제조한 후, 상기 어셈블리를 조립하는 방식으로 제조될 수 있다. 따라서, 부품 마모에 따른 부분교체 및 보수를 용이하게 할 수 있다.

종래에는 원심 펌프의 특성 상, 펌프 내에서 유체의 압력 변동이 심해, 고속고압의 유체가 씰링수단 및 샤프트의 손상을 유발하여, 씰링상태를 지속적으로 유지하기 위해서는 압착력을 증가시키기 위해 펌프를 주기적인 부품 교체 및 보수작업을 진행해야 했으나, 본 발명은 3단계에 의한 점진적 누설 방지수단에 의해 기계적 손상이 줄어 수명이 증가하고, 간단한 조립식 구조로 씰링수단의 보수 또한 용이하다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 블리드씰 어셈블리를 포함하는 펌프는, 종래와 달리 비접촉식 씰링수단이므로 유체의 급속한 압력변화에 따른 기계적 사고발생의 우려가 없고, 샤프트 축 밀봉부위의 압력이 서서히 저감되어 밸런스를 이루는 구조이므로, 유체의 압력 변화에 따른 잦은 마모, 갑작스러운 사고위험 및 펌프의 전체적인 파손이 일어나지 않아 수명이 현저히 개선된다.

따라서, 임펠러, 샤프트 및 케이싱 커버 사이의 수밀이 보장되어 누수로 인한 작업불량, 주변부품 부식, 수질오염 등이 발생하지 않으며, 기존 펌프의 씰링수단에 대체 적용 가능하므로 펌프의 비가동 시간을 줄일 수 있다.

이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

100: 원심 펌프 110: 케이싱
120: 케이싱커버 130: 임펠러
140: 그랜드패킹 150: 베어링하우징
160: 베어링 170: 샤프트
200: 씰링수단 210: 슬리브
220: 부싱 230: 씰케이지
240: 리턴 로터

Claims (5)

1. 흡입구, 토출구 및 임펠러 수용공간을 포함하는 케이싱, 상기 케이싱 후방에 연결되는 베어링하우징, 상기 베어링하우징 내부에 볼베어링으로 지지되어 모터의 구동력을 전달받는 샤프트 및 상기 샤프트의 축단부에 연결되는 임펠러를 포함하는 원심 펌프에 있어서,
   상기 케이싱 및 상기 베어링하우징 사이에 체결부재를 통해 상기 케이싱과 착탈식으로 결합하고 상기 샤프트를 지지하는 케이싱커버; 및 상기 케이싱커버의 내측에 위치하여 상기 샤프트를 밀봉하는 블리드씰 어셈블리; 를 포함하고,
   상기 블리드씰 어셈블리는, 상기 샤프트 외주면을 밀봉하는 슬리브; 상기 슬리브 외주면에 소정간격 이격하여 구비되는 부싱; 상기 부싱의 외주면에 일체로 구비되는 씰케이지; 및 상기 슬리브의 외주면에 일체로 구비되는 리턴 로터; 를 포함하며,
   상기 부싱은,
   상기 리턴 로터의 전방과 후방에 각각 구비되는 제1부싱 및 제2부싱을 포함하고,
   상기 제1부싱은, 상기 슬리브 외주면과의 사이에 소정의 제1이격간격(d1)에 의한 틈을 포함하고,
   상기 제2부싱은, 래비린스(labyrinth) 형상으로 상기 슬리브 외주면과의 사이에 소정의 제2이격간격(d2)에 의한 틈을 포함하는 것을 특징으로 하는 원심펌프.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 씰케이지는,
   상기 제1부싱의 외주면에 일체로 구비되는 제1씰케이지 및 상기 제2부싱의 외주면에 일체로 구비되는 제2씰케이지를 포함하고,
   상기 제1씰케이지는 후방에 제1플랜지부를 포함하고,
   상기 제2씰케이지는 전방에 제2플랜지부를 포함하며,
   상기 제1플랜지부 및 상기 제2플랜지부의 결합면이 상호 밀착 결합되고, 상기 제1플랜지부 및 상기 제2플랜지부의 결합부에는 상기 리턴 로터가 수용되는 내부공간을 포함하는 것을 특징으로 하는 원심펌프.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 씰케이지는,
   상기 씰케이지의 원주방향으로 일측이 관통되는 홀 형상의 바이패스 홀을 더 포함하고,
   상기 바이패스 홀은, 상기 제1씰케이지의 제1플랜지부 상에 구비되는 제1바이패스 홀 및 상기 제2씰케이지 상에 구비되는 제2바이패스 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 원심펌프.
5. 제 3항에 있어서,
   상기 리턴 로터는,
   상기 슬리브의 외주면과 결합하여 상기 제1플랜지부 및 상기 제2플랜지부의 결합부 내부공간에 수용되고,
   블레이드를 포함하여, 상기 블레이드가 임펠러 방향으로 유체의 흐름을 반송시키거나 유체의 속도와 압력을 저감시키는 것을 특징으로 하는 원심펌프.

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