KR101855707B1 - 밸런스 웨이트 내장 임펠러가 구비된 축류 또는 사류 펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종래 펌프 임펠러 내측면 몸체에 임펠러 몸체의 둘레 면 살(두께)을 깍아내거나 홀가공을 한 밸런스 홀을 형성하거나 임펠러 밸런스 웨이트(weight, 중량체)를 돌출되게 부가 장착하여 무게 중심을 맞추어 밸런스를 유지시키는 밸런스 웨이트 장착 구조를 지양하여, 장기간 사용에 의한 마모나 돌출 구조에 의한 유체저항이 발생하지 않게끔 임펠러 몸체 내부에 고정 플레이트를 구비하고 이에 필요에 따라 중량을 조절 착탈시킬 수 있는 중량 조정용 밸런스 웨이트를 선택적으로 장착하여 밸런스 조정에 필요한 중량을 가감시켜 무게 균형을 맞춰 종래 기술의 펌프 밸런싱 구조 문제점을 해결하는 신규한 임펠러 밸런싱 구조를 형성하되, 모터 펌프의 임펠러 몸체 상부 회전축에 진동센서를 추가로 장착하여 내부를 육안으로 확인할 수 없는 모터 펌프의 진동에 직접적으로 영향을 주는 총체적인 언 밸런스(불평형) 값을 측정하고 측정된 무게 불균형 값에 따라 임펠러에 밸런스조정에 필요한 중량을 착탈식으로 가감하여 모터 펌프의 밸런스를 조정하는 방법을 제공함으로써 임펠러 일체형 모터 펌프에서 회전체의 불균일 회전에 따른 진동 및 소음, 수명 저하, 기능 저하 등의 종합적인 문제점을 한 번에 해결하여 조용하고 안정된 정숙 운전을 가능케 할 수 있는 밸런스 웨이트 내장 임펠러가 구비된 축류 또는 사류 펌프에 관한 것이다.

Description

밸런스 웨이트 내장 임펠러가 구비된 축류 또는 사류 펌프{Motor pump with built-in balance weight impeller and vibration reduction method using pump}

본 발명은 밸런스 웨이트 내장 임펠러가 구비된 축류 또는 사류 펌프 에 관한 것으로서,

더욱 자세히는 지하수 등 유체를 펌핑하여 유체를 배수시키는 기기로서 물에 침수된 상태에서 작동되는 수중 펌프 또는 대기 중에서 작동되는 육상펌프 등으로 분류되고 물의 흐름이 축 방향이고 펌프와 모터가 일체로 결합 형성된 축류 펌프(axial flow pump) 또는 사류펌프로서,

일측에 유입구 타측에 배출구가 각각 형성된 펌프 케이스의 일측에 고정자와 회전자로 이루어진 모터가 구비되고 모터에 연결된 회전축에 의해 회전하면서 유체를 펌핑하는 프로펠러 또는 임펠러가 펌프 케이스의 저부에 구비되는 임펠러 결합형 모터 펌프에 있어서,

펌프의 회전체로서 임펠러의 불균일 회전에 기인하여 발생하는 진동을 저감시키기 위하여 임펠러 몸체에 천공 위치를 변화시켜 밸런스 홀을 절삭 가공하거나 돌출형 중량체로서 회전축에 연동되는 임페러 보스에 내장되어 임펠러의 중량을 지지하는 고정 플레이트에 밸런스 웨이트를 부가 장착하여 밸런스 조정에 필요한 중량을 가감하여 무게 중심을 맞추는 밸런싱 구조를 형성하고 회전 밸런스를 맞춰서 진동을 저감시키는 방법으로 밸런싱을 수행함으로써 장기간 사용시 절삭된 홀 가공 부위에 구멍이 생겨서 임펠러가 마모 변형되거나 돌출 구조로서 운전 부하를 늘리게 하는 유체 저항이 발생하여 심한 진동과 흔들림이 발생함과 동시에 모터의 회전축에 연결되고 회전하면서 기밀을 유지시키는 펌프의 구성물로서 메카니칼 씰(Mechanical Seal)이나 베어링을 손상시키고 축을 휘게 하는 현상이 반복되는 악순환으로 인하여 펌프 수명이 단축되거나 운전 효율을 낮추게 하는 치명적인 구조적 문제점을 가지고 있는 종래 기술의 임펠러 결합형 모터 펌프의 밸런싱 구조를 탈피하여,

장기간 사용에 의한 마모나 돌출 구조에 의한 유체저항이 발생하지 않게끔 임펠러 몸체 내부에 고정 플레이트를 구비하고 이에 필요에 따라 중량을 조절 착탈시킬 수 있는 중량 조정용 밸런스 웨이트를 선택적으로 장착하여 밸런스 조정에 필요한 중량을 가감시켜 무게 균형을 맞춰 종래 기술의 모터 펌프 밸런싱 구조 문제점을 해결하는 신규한 임펠러 밸런싱 구조를 형성하되,

모터 펌프의 임펠러 몸체 상부 회전축에 진동센서를 추가로 장착하여 내부를 육안으로 확인할 수 없는 모터 펌프의 진동에 직접적으로 영향을 주는 총체적인 언 밸런스(불평형) 값을 측정하고 측정된 무게 불균형 값에 따라 임펠러에 밸런스조정에 필요한 중량을 착탈식으로 가감하여 모터 펌프의 밸런스를 조정하는 방법을 제공함으로써,

무게중심을 이동시키는 기능을 갖춘 밸런스 웨이트 구비 고정 플레이트를 임펠러 몸체에 내장하여 모터 펌프 진동에 직접적으로 영향을 주는 요인을 제거하되 진동센서를 이용해 임펠러 무게의 불균형량을 측정하고 임펠러의 무게 균형을 잡음으로써 임펠러 일체형 모터 펌프에서 회전체의 불균일 회전에 따른 진동 및 소음, 수명 저하, 기능 저하 등의 종합적인 문제점을 한 번에 해결할 수 있도록 하는 저소음과 저진동 및 장수명의 모터 펌프 밸런싱 구조 및 방법으로서 펌프 운전시 진동과 소음, 타 구조물과 연결된 피해를 줄여 저소음과 저진동으로 구조물 손상을 방지하고 수명도 연장시킬 뿐 아니라 안정적인 펌프의 운전제어를 할 수 있는 밸런스 웨이트 내장 임펠러가 구비된 축류 또는 사류 펌프이다.

펌프는 압력작용을 이용하여 관을 통해 물 등의 유체를 수송하는 기계로서 전동기 등으로부터 동력을 전달받아 유체에 운동 및 압력 에너지를 전달하게 되는데, 작동원리에 따라 원심펌프(Centrifugal Pump), 축류펌프(Axial Flow Pump), 사류펌프(Mixed Flow Pump) 등이 있다.

축류 펌프(Axial flow pump)는 임펠러의 회전에 의해 유동하는 유체가 축방향을 따라 유동하는 구조를 갖는 펌프이고, 사류 펌프(mixed flow pump)는 임펠러의 회전에 의하여 축방향으로 흘러 들어간 유체가 축과 경사진 방향으로 임펠러로부터 이탈되도록 한 펌프이다.

즉 축류 펌프(axial flow pump)는 임펠러(Impeller)가 선풍기의 날개와 같은 형상으로 프로펠러형의 임펠러가 회전함으로써 관내의 물을 축 방향으로 보내는 펌프로서 유량이 대단히 크고 양정이 낮은 경우(보통 10m 이하)에 사용되는 것으로 농업용의 양수 및 배수, 상수도 및 하수도용으로 많이 사용되는데, 주축의 방향이 수평면에 대하여 평행인 횡축펌프와 수직인 입축펌프로 구분되며 입축펌프는 용도에 따라 육상에서 사용하는 육상펌프와 수중에서 사용하는 수중펌프가 있다.

그리고 사류 펌프(mixed flow pump)는 몸통 가운데가 볼록한 구조로 임펠러의 축 방향으로 흘러들어간 물이 축과 경사진 방향으로 임펠러로부터 이탈되도록 유출하는 형의 펌프로서 유체가 회전축에 대하여 비스듬히 흘러, 원심력을 받음과 동시에 축 방향으로도 가속되며 축류 펌프와 원심 펌프의 양쪽의 장점을 살려 중간적인 특징을 가지는 펌프로서 4 ∼ 20m의 광범위한 양정에 사용될 수 있다.

모터는 지상에 놓이고 안내 케이싱과 프로펠러를 포함하는 주요 펌핑 부분은 수중에 잠긴 상태에서 사용되는 입축펌프는 대기상태에 거의 노출된 상태로 펌프장치가 설치되어 진동과 소음이 크며 항상 수중에 잠긴 상태에서 가동되는 수중펌프도 펌프의 설치장소가 컬럼 파이프 내에 설치되어 매우 협소하고 수중에서 운전되는 특수성 때문에 방진장치가 설치되지 못하고 그대로 진동과 소음이 수반되는 상태로 운전되나 수중에 설치장소의 특수성으로 인하여 점검에 어려움이 있다.

통상의 모터 펌프는 통상 길다란 수직형의 케이싱을 형성하고 유체가 내측으로 흡입되도록 동력을 발생시키는 모터와 모터와 회전축으로 연결되어 모터 동력을 인가받아 일체로 회전하여 유체를 강제 흡입함과 동시에 배출시키는 임펠러를 구비하는 임펠러 타입 펌프로 구성된다.

축류 펌프와 사류 펌프는 임펠러의 구체적인 구조에 있어서 다소 차이가 있을 뿐 실질적인 구조는 매우 유사하므로, 축류 펌프를 예시하여 그 구조에 대해 설명하도록 한다.

상기 임펠러 타입 펌프 중에서도 예를 들어 물에 잠긴 채로 운전되는 수중 축류 펌프는 펌프와 모터가 일체로 조합된 모터 펌프로서 도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이 상부는 전원의 인가에 따라 구동하는 모터부(A) 하부에 펌프부(B)가 형성되는데,

상기 수중 축류 펌프(100)는 상부에 고정자(112)와 회전자(111)를 구비하는 상부 모터 하우징(110), 상기 모터부 하부에 설치되며 유체를 회전 원심력에 의하여 흡입 및 배출시킬 수 있게 하는 임펠러(50)가 내장되며 내측 케이싱(130)이 동심원상으로 구비되고 유체를 흡입 토출할 수 있게끔 유체가 유입되는 유입구(121)와 유입된 유체를 배출하기 위한 토출구(122)를 각각 구비하는 펌프 케이싱(120)으로 구성된다.

상기 내측 케이싱(130)에는 모터 구동 회전자(111)에 회전축(113)으로 연장되는 동축 상에 축 결합되어 모터에 의해 회전하면서 유체를 펌핑하는 임펠러(30)가 설치되어 있다.

상기 내측 케이싱(120)의 하측으로 돌출되는 회전축(113)의 하단에는 임펠러(50)가 장착되어 있는데, 상기 임펠러(50)는 임펠러 몸체(51) 외주 중앙에 구비된 축봉으로서 임펠러 보스(52) 외주에 다수의 날개(53)가 결합되어 있어 임펠러 보스(52)의 축공에 회전축(113)이 압입 결합되는 임펠러 몸체(27)를 형성한다.

상기한 임펠러는 다수 개의 날개에 의하여 다수개의 공간으로 구획되어 있으며 날개(53)는 크고 넓으며 마치 선풍기의 날개 또는 스크루 프로펠러와 같은 형상으로 형성될 수 있는데 특히 스크류형 임펠러는 나선이 2바퀴 형성되어 물 흡입시 진동이 크게 발생하는 문제점이 있다.

따라서 상부에 구비된 모터부(A)의 작동에 의해 회전축(10)과 함께 임펠러(50)가 회전하게 되면 하부의 펌프 케이싱(120)의 내부로 유입되는 유체(물)가 펌프 케이싱(120)과 내측 케이싱(130)사이 상향 굴곡진 안내 유로로 통과시켜 상부로 펌핑 토출시키게 하는 회전차로서 회전축 방향으로 유입되는 유체가 임펠러 날개를 통과하면서 회전차로부터 속도 에너지를 부여받고 축 방향으로 유체를 높은 압력으로 송출하게 된다.

상기한 바와 같이 수중 축류 펌프는 사용이 점차적으로 증가하고 있는데, 수중 축류 펌프는 펌프 임펠러와 모터 회전자의 불균형, 베어링의 불평형, 유체의 토출에 의한 흐름 저항, 유체 내에 이물질 혼입 뿐 아니라 기타 여러 가지 수력학적인 원인과 기계적인 원인에 따라 펌프가 작동할 때 진동과 소음이 발생하게 되어 성능이 저하되는 주요한 원인이 됨으로써 고장이 발생함은 물론 내구성도 저하되고 있으나 외부에서는 장치 이상 유무를 판단하기가 상당히 어려운 문제점이 있으며 특히 수중 축류 펌프는 수중에 설치되는 특성상 잦은 수리가 어렵고 교체 또한 쉽지 않아 저진동설계가 반드시 요구된다.

또한 임펠러에서 나오는 유체 흐름이 주축과 동심의 원통면상에 있는 축류펌프와 달리 사류펌프는 임펠러에서 뿜어내는 유체 흐름이 주축의 중심을 축으로 하는 원뿔 면상에 있는 점에 차이가 있는데,

상기한 사류 펌프 중에서도 예를 들어 도 4와 같은 입축 펌프는 수직형(vertical)의 길다란 케이싱 구조로서 장축으로 연결되어 한쪽에는 전동기 모터의 집중 질량이 걸리고 장축의 회전축으로 연결되는 다른 쪽에는 임펠러의 집중 질량이 매달려 있는 육상 펌프로서 모터와 임펠러가 한 곳에 집중되어 있어 특정부분의 큰 하중으로 고속회전 시에 회전체 전체에 무리가 가는 불완전한 구조로서 수평형 펌프보다 수직형 펌프에서 더 자주 나타나며 대기에 거의 노출된 상태로 펌프장치가 설치되어 그동안 과도한 고 진동 및 소음 발생으로 인하여 펌프의 안정적 운전에 문제점이 있었다.

결국 축류 펌프나 사류 펌프를 막론하고 종래의 모터 펌프는 진동과 소음과 진동이 과도하게 발생되는 여러 가지 구조적인 문제점을 가지고 있었다,

회전체의 불균형에 의한 주기적인 힘으로서 진동은 마모와 파손의 원인이 되며 진동은 구성 부품 및 재료에 대하여 피로현상의 원인이 되므로 진동으로 인한 불안전한 운전이나 소음은 주위의 구조물에 진동 전달이나 소음으로 타 구조물에 직접, 간접적인 영향을 주어 구조물 손상이나 심각한 2차 피해를 유발하는 문제점이 있어 회전체의 균형은 기계장치의 안전한 운전과 수명연장에 반드시 필요한데,

상기와 같이 축류 펌프나 사류 펌프를 포함한 모터 펌프 동작시 발생되는 진동에는 여러 가지 원인이 있으나 대체로 회전체로서 임펠러의 불균형(unbalance) 회전이 가장 큰 요인으로 작용하므로 회전체의 불균형회전에 의한 진동 문제를 해결하기 위하여 밸런싱(균형잡이, Balancing)과 축 정렬(Alignment) 등의 방법으로 펌프 축 진동을 저감시키게 된다.

회전체의 질량 중심이 회전중심으로부터 편심되어 있거나. 불균형 질량이 존재하면 회전체는 불평형 상태에 있게 되는데 회전체의 회전속도가 증가할수록, 질량편심에 의해 더 큰 불평형 원심력이 발생하며 이 원심력은 베어링과 지지부에 전달되어 축과 베어링 등 구조물 진동의 원인이 되며 특히 축의 직경이 가늘어지고 회전속도가 고속화될수록 불균형 질량에 의한 진동의 영향이 더욱 두드러지게 나타나게 되며 회전체의 불균형 질량을 보상해주는 밸런싱(Balancing)작업이 필수적이다.

밸런싱(Balancing)은 불평형의 양과 위치를 알아내어 이것과 동량의 중량체(Weight)를 회전체의 반대 방향에 달거나 Unbalance 위치(Heavy Spot)에서 Weight를 제거하는 과정으로서 회전축에 불평형이 있으면 원심력을 일으켜 회전축에 작용하여 축휨이 발생하게 되고, 또한 휘어진 축은 회전축에 관하여 어떤 편심량의 상태로 회전하고 있기 때문에 이 처짐(휨)은 추가의 불평형력을 일으키게 되는 현상을 반복하게 된다.

회전체의 불균형 질량을 보상해주는 작업으로 밸런스 조정(Balancing, 밸런싱)으로서 통상적으로 임펠러를 포함한 회전체에 대한 밸런스 조정은 회전체의 질량 불균형 위치를 찾아내고 그 질량 불균형을 보상하는 질량만큼 해당되는 부위를 깎아 내거나 거기에 웨이트(weight, 중량체)를 붙이는 식의 질량 가감을 통해 이루어진다.

예를 들어 기계적인 불평형에 의한 펌프의 진동은 여러 가지 복잡한 구성물의 집합체로서 회전체인 임펠러에 밸런스 웨이트로서 중량체(Weight)를 추가하거나 위치를 변화시켜 임펠러 몸체의 살 두께를 제거하여 무게 중심을 맞춤으로써 구조적으로 발생되는 불평형력을 보상해 주는 밸런싱 작업을 수행함으로써 성공적으로 교정될 수 있는데,

도 5 내지 도 6에 도시된 수중 축류 펌프의 임펠러에는 경사면을 가지는 임펠러 몸체에 절삭 가공된 밸런스 홀과 임의의 불균형 질량을 추가하여 돌출 형성된 임펠러 밸런스 웨이트(weight, 중량체)가 각각 예시적으로 도시되어 있어 회전체로서 임펠러의 불균형 질량을 보상하여 평형력을 보정해주는 작업 밸런스 조정(Balancing, 밸런싱) 부재로서의 기능을 수행하여 회전 불균형에 따른 진동과 소음을 방지하게 된다.

즉 임펠러 제작 후 언밸런싱 중량을 조절하기 위해 회전체의 무게 중심과 회전시 밸런스를 맞추기 위한 밸런싱 작업을 실시하게 되는데, 상기 몸체에 무게 밸런스(WEIGHT-BALANCE)를 조절하고자 몸체의 적절한 위치에 밸런스 홀을 절삭 가공하는 것은 무게가 무거운 방향에 임펠러 몸체의 살(두께)을 깍아내거나 부분적으로 홀가공을 하여 무게 중심을 맞추는 것으로서, 밸런스를 용이하게 유지하거나, 축추력을 감소시키는 기능도 수행하나 장시간 운전을 하면 사용중 임펠러 가공부가 마모되어 구멍이 발생하거나 변형되며 임펠러의 급격한 마모와 함께 진동이 발생하여 임펠러의 수명 저하는 물론 주변 회전부속장치인 메커니컬 실이나 베어링 등 펌프의 전반적인 수명 저하가 발생하는 문제점이 있다.

또한 임펠러 몸체에 임펠러 밸런스 웨이트(weight, 중량체)를 돌출되게 부가 장착하여 밸런싱 작업을 실시하는 것은, 상기 몸체의 무게가 무거운 방향의 반대 방향에 철판 등으로 구성된 밸런스 웨이트를 용접 등의 방법으로 부착하여 부가질량 효과로 무게 중심을 맞추는 것으로서, 임펠러의 무게 중심을 맞출 수는 있지만 유체 속에서 운전시 유체의 흐름을 방해하는 외부로 돌출된 형상으로 인하여 유체저항이 발생하여 운전 부하량을 늘리게 함과 동시에 고속 운전시 미세한 불균형에도 흔들림이 발생하여 밀봉부로서 메커니컬 실이나 베어링 등에 무리가 가서 파손되거나 베어링의 축심과 임펠러의 임펠러 축심이 서로 일치되지 않는 휘는 축휨 현상이 발생하여 더욱더 심각한 흔들림이 발생하는 악순환이 반복되어 회전 운동이 비정상적으로 이루어짐으로써 펌핑 효율이 상당히 저하되며 회전 운동이 비정상적으로 이루어짐으로써 회전력 저하와 함께 회전 시 진동 및 소음도 크게 발생되며 축이 부러질 우려가 있게 되는 치명적 결함이 발생하게 되는 문제점이 있다.

또한 종래의 일반적 임펠러 밸런스 조정 방법은 밸런스 머신에 임펠러를 올려놓고 1차 테스트 후 임펠러를 밸런스 머신에서 분리하여 언밸런스부분을 가공, 사상, 용접 등의 작업 후 밸런스 머신에 다시 올려 1차 테스트와 동일한 방법으로 2차, 3차 등 계속된 테스트를 거치기 때문에 시간과 비용이 많이 소요되며 정확한 밸런스를 맞추기 보다는 적당히 맞춰서 출하를 하게 되며 용접으로 밸러스 작업을 진행할 경우 임펠러 형상이 열에 의하여 변형되어 밸런스만이 아닌 샤프트 동심도 등이 변형되어 2차 가공이 필요하다.

결국 종래의 임펠러 밸런스 조정방법은 모두 작업이 번거롭고 비능률적이며, 용접 또는 볼트 등에 의한 밸런스 웨이트의 부착도 어렵고, 위치에서 벗어나는 일이 발생하여 밸런스 보정의 정밀도가 저하되는 등등 제반 문제점이 있다.

따라서 상기한 문제점을 감안하여 새로운 타입의 모터 펌프가 개발되어 사용되고 있고 종래의 선행기술들을 소개한 문헌은 다음과 같으나 이러한 선행기술 역시 임펠러의 불균일 회전에 기인하는 진동문제를 해결할 수 있도록 언밸런스에 의한 진동 임페러(Impeller) 밸런싱을 위한 회전체의 균형 조정구로서 불안전한 구조의 밸런스 웨이트 장착 구조를 개선시키지 못하는 제반 문제점들을 공통적으로 가지고 있다.

문헌 1 : 대한민국공개특허공보 공개번호 제10-2009-0055218호

(밸런스 웨이트를 구비한 오일펌프, 공개일자 2009년06월02일)

문헌 2 : 대한민국공개특허공보 공개번호 제10-2013-0073026호

(방진장치가 구비되는 수중펌프, 공개일자 2013년07월02일)

문헌 3 : 대한민국공개특허공보 공개번호 제10-2014-0122131호

(회전체 밸런스 조정 조립체, 공개일자 2014년10월17일)

본 발명자는 축류 펌프나 사류 펌프 등 종래 기술의 임펠러 타입 펌프에서 임펠러의 불균일 회전에 기인하는 진동문제를 해결할 수 있도록 회전체의 균형을 조절하기 위한 회전체의 균형 조정구로서 임펠러에서의 밸런스 웨이트 장착 구조를 개선하되,

펌프의 진동에 직접적으로 영향을 주는 임펠러의 총체적인 언밸런스를 항시 측정하고 있다가 규정 이상의 진동량이 발생하게 되면 점검하고 그에 따라 임펠러에 중량을 가감하여 펌프 전체의 밸런스를 조정하는 방법으로 구조적으로 모터 펌프의 동작특성을 변화시키지 않고도 질량 불균일에 의한 진동을 정확한 중량으로 조절하고 임펠러의 회전에 의하여 발생하는 축 추력을 능동적으로 평형 제어할 수 있도록 함으로써,

진동으로부터 초래되는 소음 및 축 흔들림 등의 문제점을 점검하고 밸런스 머신에 임펠러를 올려놓은 세팅 상태에서 밸런스 웨이트를 고정 플레이트에 추가 또는 제거하여 밸런스 량을 조절하는 간단한 방법으로 해결하여 정숙 운전이 가능하며 동시에 회전 부품으로서 메커니컬 실이나 베어링 등의 기구적 손상도 방지되고 펌프수명도 향상시킬 수 있는 새로운 저진동 저소음 설계 구조로서 수력학적/기계적 균형을 맞춘 밸런스 웨이트 내장 임펠러가 구비된 축류 또는 사류 펌프를 창안하게 된 것이다.

전술한 바와 같이 축류 펌프나 사류 펌프 등 종래 기술의 임펠러 타입 펌프에서 임펠러의 불균일 회전에 기인하는 진동문제를 해결할 수 있도록 회전체의 균형을 조절하기 위한 균형 조정구로서 임펠러에서의 밸런스 웨이트 장착 구조는 여러 가지 구조적인 문제점을 가지고 있는바,

회전체의 무게의 불평형으로 인한 진동 및 소음을 줄이기 위한 무게 밸런스(WEIGHT-BALANCE)를 조절 수단으로 임펠러 몸체의 살(두께)을 깍아내거나 홀가공을 하여 밸런스 홀을 형성하거나 임펠러 밸런스 웨이트(weight, 중량체)를 돌출되게 부가 장착하여 무게 중심을 맞추는 밸런스 웨이트 장착 구조로서 임펠러가 마모 변형되거나 돌출 구조로서 유체 저항으로 인하여 심한 진동과 흔들림이 발생하는 종래 기술의 모터 펌프 밸런스 웨이트 장착 구조를 개선하여,

균형잡힌 회전을 위한 밸런스 조정이 가능하게끔 무게중심을 이동시키는 기능을 갖춘 부가질량 효과의 밸런스 웨이트 구비 고정 플레이트를 임펠러 몸체에 내장하여 임펠러의 마모나 파손, 축 휨 등 모터 펌프 진동에 직접적으로 영향을 주는 요인을 제거하되,

임펠러의 회전 무게 평형을 유지시킨 상태에서 회전에 따른 진동을 감지할 수 있는 진동센서를 이용해 이상 작동에 따른 임펠러 무게의 불균형량을 정확하게 측정하여 진동센서를 이용해 임펠러 무게의 불균형량을 측정하고 점검한 다음 임펠러의 무게 균형을 잡음으로써 임펠러를 일체로 구비하는 모터 펌프에서 회전체의 불균일 회전에 따른 진동 및 소음, 수명 저하, 기능 저하 등의 종합적인 문제점을 한 번에 해결하여 최적의 밸런싱 상태를 유지할 수 있도록 하는 새로운 임펠러 밸런스 웨이트 장착 구조로서 저소음과 저진동 및 장수명의 축류 또는 사류 펌프 밸런싱 구조 및 진동 저감 방법을 개발하여야 하는 기술적 과제를 본 발명에서 해결한 것이다.

상기한 바와 같이 본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서,

유체가 유입되는 유입구와 유입된 유체를 배출하기 위한 토출구를 각각 구비하는 길다란 수직형의 케이싱을 형성하고 유체가 내측으로 흡입되도록 동력을 발생시키는 모터와 모터와 회전축으로 연결되어 모터 동력을 인가받아 일체로 회전하여 유체를 강제 흡입함과 동시에 배출시키는 임펠러를 구비하는 임펠러 타입 펌프로서,

상기 케이싱의 하측으로 돌출되는 회전축(113)의 하단에는 임펠러(50)가 장착되고, 상기 임펠러(50)는 외주가 완만하게 테이퍼지는 하향 굴곡의 경사면을 가지는 임펠러 몸체(51) 중앙에 구비된 축봉으로서 임펠러 보스(52) 외주에 다수의 날개(53)가 결합되어 있어 임펠러 보스(52)의 축공에 회전축(113)이 압입 결합 유체를 회전 원심력에 의하여 흡입 및 배출시킬 수 있게 하는 임펠러 몸체(27)를 형성하되,

임펠러 내측면 몸체에 임펠러 몸체의 둘레 면 살(두께)을 깍아내거나 홀가공을 한 밸런스 홀을 형성하거나 임펠러 밸런스 웨이트(weight, 중량체)를 돌출되게 부가 장착하여 무게 중심을 맞추어 밸런스를 유지시키는 밸런스 웨이트 장착 구조를 지양하여,

상기 임펠러 몸체 내측 중앙의 회전축이 압입되는 임펠러 보스(52) 외주 둘레면에 균형 잡힌 회전을 위한 무게 조정용 밸런스 부재로서 임펠러 밸런스 웨이트(weight, 중량체)가 구비된 고정 플레이트를 몸체의 내주 면을 벗어나지 않도록 고정 장착하는 밸런스 웨이트 장착 구조를 형성하여 임펠러 몸체 내측 상부에 무게 중심을 잡게 하는 고정 플레이트로 평형을 유지시켜 반경 및 축에 가해지는 힘이 을 흡수시킨 상태에서 언밸런스 중량만큼 조절된 밸런스 웨이트로 임펠러의 불균형 질량을 보상하여 회전 불균형에 따른 진동과 소음을 방지하게끔 유체의 흐름을 방해하는 돌출 밸런스 웨이트가 없어 유체의 마찰저항을 최소화할 수 있게끔 내부가 매끈하며 날개의 하중을 견고하게 지지할 수 있고 임펠러의 전체 구조도 단순하면서도 고속회전 시에도 안정적인 형상의 임펠러를 구성하고 완벽한 진동감시를 위하여 모터부와 사이에 위치하는 임펠러 상부의 회전축에 진동센서가 부착된 밸런스 웨이트 내장 임펠러가 구비된 축류 또는 사류 펌프를 형성하고,

펌프가 이상 작동을 하는 경우에 상기 진동센서로 축의 진동 정도를 측정하고 진동에 직접적으로 영향을 주는 언밸런스의 측정된 무게 불균형 값에 따라 임펠러에 밸런스 조정에 필요한 중량을 가감하여 구조적으로 모터 펌프의 동작특성을 변화시키지 않고도 모터 펌프의 밸런스를 조정하고 최적의 밸런싱 상태를 유지하여 질량 불평형에 따른 진동문제를 해결할 수 있게 한다.

이와 같이 된 본 발명의 밸런스 웨이트 내장 임펠러가 구비된 축류 또는 사류 펌프는,

임펠러를 구비하는 임펠러 타입 펌프에 있어서 임펠러 내측면 몸체에 임펠러 몸체의 살(두께)을 깍아내거나 홀가공을 한 밸런스 홀을 형성하거나 임펠러 밸런스 웨이트(weight, 중량체)를 돌출되게 부가 장착하여 무게 중심을 맞추어 밸런스를 유지시키는 여러 가지 구조적인 문제점을 가지고 있는 밸런스 웨이트 장착 구조를 지양하여,

종래 기술의 펌프 밸런싱 구조 문제점을 해결하는 신규한 밸런싱 구조를 형성하여 무게중심을 이동시키는 기능을 갖춘 밸런스 웨이트 구비 고정 플레이트를 임펠러 몸체에 내장하여 모터 펌프 진동에 직접적으로 영향을 주는 요인을 제거하되 진동센서를 이용해 임펠러 무게의 불균형량을 측정하고 임펠러의 무게 균형을 잡음으로써 임펠러의 안정적인 회전이 가능하여 임펠러 일체형 모터 펌프에서 회전체의 불균일 회전에 따른 진동 및 소음, 수명 저하, 기능 저하 등의 종합적인 문제점을 한 번에 해결하여 조용하고 안정된 정숙 운전을 가능케 할 수 있다.

또한 밸런스 웨이트 내장 임펠러가 구비된 모터 펌프는 기계적 균형을 맞춘 저진동. 저소음 설계로 임펠러는 물론 베어링 및 등 미케니컬 씰 등 타 회전 구조물의 마모나 파손의 위험을 줄여 저소음과 저진동으로 구조물 손상을 방지하고 수명도 연장시킬 뿐 아니라 안정적인 펌프의 운전제어를 할 수 있으며 양수시 임펠러에서 유체의 흐름을 안정시켜 펌핑 효율 저하를 방지할 수 있다.

본 발명의 임펠러 밸런스 웨이트(weight, 중량체)가 구비된 고정 플레이트를 몸체의 내주 면을 벗어나지 않도록 고정 장착하는 밸런스 웨이트 장착 구조는 밸런스 웨이트를 임펠러 몸체에 내장하여 임펠러의 마모나 파손, 축휨 등 모터 펌프 진동에 직접적으로 영향을 주는 요인을 제거하되 유체의 흐름을 방해하는 돌출 밸런스 웨이트가 없어 유체의 마찰저항을 최소화할 수 있게끔 내부가 매끈하며 날개의 하중을 견고하게 지지할 수 있고 임펠러의 전체 구조도 단순하면서도 고속회전 시에도 안정적인 형상이면서도 이상 발생 시 해체가 간편한 구조의 임펠러로서 장착 사후 유지보수가 용이하다.

그리고 펌프가 이상 작동을 하는 경우에 진동센서로 축의 진동 정도를 측정하고 진동에 직접적으로 영향을 주는 언밸런스의 측정된 무게 불균형 값에 따라 임펠러에 밸런스조정에 필요한 중량을 가감하여 구조적으로 모터 펌프의 동작특성을 변화시키지 않고도 모터 펌프의 밸런스를 조정하고 최적의 밸런싱 상태를 유지하여 질량 불평형에 따른 진동문제를 해결할 수 있다.

특히 본 발명은 작업이 번거롭고 비능률적이며, 용접 또는 볼트 등에 의한 밸런스 웨이트의 부착이 어렵고, 위치에서 벗어나는 일이 발생하여 밸런스 보정의 정밀도가 저하되는 등의 문제점이 있는 종래의 임펠러 밸런스 조정방법에 비하여,

밸런스 머신에 임펠러를 올려놓은 세팅 상태에서 밸런스 웨이트를 고정 플레이트에 추가 또는 제거하여 임펠러의 밸런스 량을 조절하는 간단한 방법으로 해결하면 되기 때문에 시간과 비용을 줄일 수 있어서 임펠러 밸런스 조정 작업이 편리하여 작업 공수를 줄여 생산성을 증대시킬 수 있으며 임펠러 변형 등의 2차적 문제점 발생도 예방할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 축류 펌프의 단면 구성도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸런스 웨이트 내장 임펠러의 단면 구성도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러의 평면 구성도
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 육상용 입축 사류 펌프의 단면 구성도
도 5는 종래 기술의 수중 축류 펌프의 단면 구성도
도 6은 종래 기술의 모터 펌프 무게 균형 조절용 밸런스 홀 절삭 가공 및 밸런스 웨이트 부착 임펠러를 예시적으로 도시한 단면 구성도

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명을 첨부 도면에 의하여 상세하게 기술하면 다음과 같으며 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 구성 요소에 대한 구체적인 설명은 생략하며 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 부여한다.

또한 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 특허 출원 시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명은 지하수 등 유체를 펌핑하여 유체를 배수시키는 기기로서 물에 침수된 상태에서 작동되는 수중 펌프 또는 대기 중에서 작동되는 육상펌프 등으로 분류되는 축류 펌프(axial flow pump) 또는 사류 펌프로서,

유체가 유입되는 유입구와 유입된 유체를 배출하기 위한 토출구를 각각 구비하는 길다란 수직형의 케이싱을 형성하고 유체가 내측으로 흡입되도록 동력을 발생시키는 모터와 모터와 회전축으로 연결되어 모터 동력을 인가받아 일체로 회전하여 유체를 강제 흡입함과 동시에 배출시키는 임펠러를 구비하는 임펠러 타입 펌프로서 무게 조정용 임펠러 밸런스 웨이트(weight, 중량체)와 진동 센서가 구비되어 펌프가 이상 작동을 하는 경우에 상기 진동센서로 축의 진동 정도를 측정하고 진동에 직접적으로 영향을 주는 언밸런스의 측정된 무게 불균형 값에 따라 임펠러에 밸런스조정에 필요한 중량을 가감하는 진동센서가 부착된 밸런스 웨이트 내장 임펠러가 구비된 모터 펌프에 있어서,

상기 임펠러는 임펠러 몸체 내측 중앙의 회전축이 압입되는 임펠러 보스 외주에 둘레면에 균형 잡힌 회전을 위한 무게 조정용 밸런스 부재로서 임펠러 밸런스 웨이트(weight, 중량체)가 구비된 고정 플레이트를 몸체의 내주 면을 벗어나지 않도록 고정 장착하는 밸런스 웨이트 장착 구조로 형성하고 모터부와 펌프부 사이에 위치하는 임펠러 상부의 회전축에 펌프 축의 진동 상태를 측정하는 진동센서를 부착하여서 형성되는 진동 모니터링 부재와 무게 밸런스(WEIGHT-BALANCE)가 유기적으로 결합되어 진동센서를 이용해 임펠러 무게의 불균형량을 측정하고 임펠러의 무게 균형을 잡아 임펠러의 불균형 질량을 보상하게 하는 밸런스 웨이트 내장 임펠러가 구비된 축류 또는 사류 펌프를 형성함을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 상기와 같이 구성된 축류 또는 사류 펌프가 이상 작동을 하는 경우에 상기 진동센서로 축의 진동 정도를 측정하고 진동에 직접적으로 영향을 주는 언밸런스의 측정된 무게 불균형 값에 따라 임펠러에 밸런스조정에 필요한 중량을 가감하여 구조적으로 모터 펌프의 동작특성을 변화시키지 않고도 모터 펌프의 밸런스를 조정하고 최적의 밸런싱 상태를 유지하여 질량 불평형에 따른 진동문제를 해결할 수 있게 하는 펌프의 진동 저감 구성을 제공함을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의하여 상세히 설명한다.

도 1과 도 2는 본 발명에 따른 밸런스 웨이트 내장 임펠러가 수중 축류 펌프에 구현된 모터 펌프의 일실시예를 나타내고 있다.

상기 도 1과 도 2에 구현된 수중 축류 펌프(100)는 모터와 펌프가 일체로 조합된 수중 모터 펌프로서 물의 흐름이 축 방향인 수직형(vertical)의 축류 펌프인바 상부는 외부 공급 전원의 인가에 따라 회전 동력을 발생시켜 구동하는 모터부(A)가 하부에는 모터(110)와 회전축(113)으로 연결되어 모터 동력을 인가받아 일체로 회전하여 유체를 강제 흡입함과 동시에 배출시키는 임펠러(Impeller)(50)를 구비하여 임펠러로 물을 펌핑하는 펌프부(B)가 각각 형성되는 임펠러 타입 모터 펌프로서 지정하는 위치의 수중에 설치되어 물에 침수된 상태에서 작동되며 전체적인 펌프 구성은 종래 기술의 도 5 내지 6에 도시된 바와 같이 공지되어 있다.

상기 수중 축류 펌프(100)는 상부에 고정자(112)와 회전자(111)를 구비하는 모터(110), 상기 모터(110) 하부에 설치되고 유체를 회전 원심력에 의하여 흡입 및 배출시킬 수 있게 하는 임펠러(50)를 내장하며 내부 케이싱(130)이 동심원상으로 구비되고 유체를 흡입 토출할 수 있게끔 유체가 유입되는 유입구(121)와 유입된 유체를 배출하기 위한 토출구(122)를 각각 구비하는 펌프 케이싱(120)으로 구성되는데, 상기 내부 케이싱(130)에는 모터 구동 회전자(111)에 회전축(113)으로 연장되는 동축 상에 축 결합되어 모터에 의해 회전하면서 유체를 펌핑하는 임펠러(30)가 설치되어 있다.

그리고 상기 내부 케이싱(120)의 하측으로 돌출되는 회전축(113)의 하단에는 임펠러(50)가 장착되어 있으며, 상기 임펠러(50)는 임펠러 몸체(51) 중앙에 구비된 축봉으로서 임펠러 보스(52) 외주에 크고 넓은 형상의 다수의 날개(53)가 결합되어 있어 임펠러 보스(52)의 축공에 회전축(113)이 압입 결합되는 임펠러 몸체(51)를 형성하여 상부에 구비된 모터(110)의 작동에 의해 회전축(113)과 함께 임펠러(50)가 회전하게 되면 하부의 펌프 케이싱(120)의 내부로 유입되는 유체(물)를 펌프 케이싱(120)과 내부 케이싱(130) 사이 상향 굴곡진 안내 유로로 통과시켜 상부로 펌핑 토출시키게 하는 임펠러 타입 모터 펌프로서 이러한 펌프의 구성은 전술한 양단 베어링 지지 구조의 종래 기술의 수중 축류 펌프인 모터 펌프 구성과 동일하다.

또한 상기 수중 축류 펌프(100)의 구성에서 모터(110)와 임펠러(50) 사이 회전축(113)이 부드럽게 회전할 수 있도록 도와주는 베어링을 지지하며 임펠러의 이물질이나 물이 들어가지 못하도록 커버로 덮혀져서 밀봉 형성되며 메커니컬 씰(mechanical seal)이 구비되는 베어링 박스(140)가 형성되어 있다.

본 발명은 상기와 같이 형성된 임펠러 타입 모터 펌프로서 수중 축류 펌프(100)에 있어서, 상기 임펠러 몸체(51) 내측 중앙에 회전축(113)이 압입되는 임펠러 보스(52) 외주 둘레면에 균형 잡힌 회전을 위한 무게 조정용 밸런스 부재로서 임펠러 밸런스 웨이트(weight, 중량체)(55)가 구비된 고정 플레이트(54)를 임펠러 몸체(51)의 내주 면을 벗어나지 않도록 고정 장착하는 밸런스 웨이트 장착 구조의 임펠러(50)를 구비하되 완벽한 진동감시를 위하여 임펠러(50) 상부의 모터와 연결되는 회전축(113)에 축의 진동 상태를 측정하는 진동센서(142)를 추가로 구비하여 진동센서(142)를 이용해 임펠러 무게의 불균형량을 측정하고 임펠러의 무게 균형을 잡아 임펠러의 불균형 질량을 보상하게 하는 구성으로 기계적 균형을 맞춘 저진동, 저소음 설계의 밸런스 웨이트 내장 임펠러가 구비된 수중 축류 펌프로서,

이는 도 5 내지 도 6에 도시된 바과 같이 종래 기술의 임펠러 몸체(51) 내측면에 임펠러 몸체의 둘레 면 살(두께)을 깍아내거나 홀가공을 한 밸런스 홀(56)을 형성하거나 임펠러 밸런스 웨이트(weight, 중량체)(55)를 돌출되게 부가 장착하여 무게 중심을 맞추어 밸런스를 유지시킴으로써 임펠러가 마모 변형되거나 돌출 구조로서 유체 저항으로 인하여 심한 진동과 흔들림이 발생함으로써 완벽한 밸런스조정이 곤란하여 심각한 구조적 문제점을 가지고 있는 종래 기술의 축류 펌프 밸런스 웨이트 장착 구조를 발상의 전환을 하여 획기적으로 개선하게 된 것이다.

그리고 본 발명에 있어서 임펠러의 무게 불균형(不均衡)을 바로 잡기 위한 평형(平衡) 장치로서 상기 임펠러 밸런스 웨이트(55)가 구비된 고정 플레이트(54)가 내부에 장착된 임펠러(50)는 유체의 흐름을 방해하는 돌출 밸런스 웨이트가 없어 내부가 매끈하여 유체의 마찰저항을 최소화할 수 있게 하는 개선된 밸런스 웨이트 장착 구조로서 간단한 구조와 임펠러의 회전 무게 평형을 유지시킨 상태에서 회전에 따른 진동을 감지할 수 있는 진동센서를 이용해 이상 작동에 따른 임펠러 무게의 불균형량을 정확하게 측정하여 진동센서를 이용해 임펠러 무게의 불균형량을 측정하고 점검한 다음 밸런스 머신에 임펠러를 올려 놓은 상태에서 밸런스 웨이트를 추가 또는 제거하여 임펠러의 무게 균형을 잡는 간단한 중량 조절 방식에 의해 정확하게 회전 밸런스(balance)를 유지할 수 있어 날개의 하중을 견고하게 지지할 수 있으면서도 고속회전 시에도 안정적인 형상의 임펠러(50)를 구성하게 된다.

상기한 고정 플레이트(54)는 바이브레이션 댐퍼와 유사한 기능을 하게 되는데 회전축을 수용하는 임펠러 보스(52)의 외주 둘레면에 동일한 동심도로 압압 끼움 방식으로 임펠러 몸체(51)의 내주 면을 벗어나지 않도록 고정 장착되고 임펠러의 회전에 의하여 발생하는 축 추력을 능동적으로 평형 제어하는 균형잡이용 원판상 플레이트로서 임펠러(50)의 무게 불균형을 보정하는 측정된 무게 불균형 값에 기초하는 일정 중량의 임펠러 밸런스 웨이트(55)를 소정 위치에 구비하고 임펠러 몸체(51)의 변형 발생 없이 안정적으로 회전하면서 진동을 흡수하는 회전체의 균형을 조절하기 위한 회전체의 균형 조정구로서 축 방향 추력과 반대방향의 상쇄력이 상호 보완 작용하고 매달림 하중을 분담하여 수중 모터를 지지하고 있는 베어링에 과다한 하중이 부여되는 현상을 배제하여 줌으로써 펌프 축계의 전체적인 안정성을 높이고 과도한 진동이 발생하지 않고 베어링의 마모도 줄여서 모터 펌프의 사용수명도 현저하게 연장시킬 수 있게 한다.

또한 상기 고정 플레이트(54)에 하나 이상 구비되는 밸런스 웨이트(55)는 무게 보정용 얇은 철판 등의 금속 판재 형상으로 용접 등의 방법으로 언밸런스된 중량만큼 가감되어 질량 불균일 위치에 대응하는 임의의 양쪽 측면 위치에 고정 장착되는데 상기 다수개의 밸런스 웨이트(55)는 동일한 중량 또는 서로 다른 중량을 가진다.

또한 상기 모터(110)와 임펠러(50) 사이에 위치하는 임펠러 상부의 베어링 박스(140) 하부 회전축(113)에 진동센서(142)를 부착하는 것은 모터와 펌프의 일체적 결합이나 장축으로 구성된 구조적 특징을 가지는 모터 펌프에서 측정 작업에 방해가 되지 않게 하면서도 정밀하게 임펠러 근처의 축의 운동을 측정하여 진동 정도를 정밀하게 감지하여 완벽한 진동감시를 수행하기 위함으로써 고정에 따른 측정 범위가 가장 큰 스터드 볼트 등을 이용하여 고정시키는 것이 가장 바람직하다.

상기 진동을 감지하는 진동센서(142) 이외에 임의의 위치에 기울기를 측정하는 경사센서와 진동 발생 위치를 감지한 광 감지 센서 등을 필요에 따라 추가로 다양하게 구비할 수 있으며 감지된 정보는 별도로 구비된 마이크로 프로세서의 제어장치를 통해 진동에 따른 가감할 중량이나 진동 장치와 기울기 등을 LED 등 디스플레이 수단으로 출력하게 할 수 있다.

특히 본원은 상기 임펠러 밸런스 웨이트(55)가 구비된 고정 플레이트(54)는 임펠러 몸체(51)의 내주 면을 벗어나지 않도록 임펠러 몸체(51) 상부 내측 둘레면 가장자리에 체결부재를 이용하여 임펠러 밸런스 웨이트(55)로 밸런스조정에 필요한 중량을 고정 플레이트(54)에 착탈 분리식으로 안착되게 장착하고,
상기 진동센서(142)는 회전축의 거동을 파악하여 회전축이나 베어링으로 이루어지지는 회전체 이상을 반응 속도가 빠르게 축 진동을 감시할 수 있도록 임펠러 직 상부와 베어링 박스 사이의 회전축(113)에 위치하도록 장착한다.

따라서 본 발명은 상기와 같이 구성된 수중 축류 펌프(100)가 물을 흡입, 압송하기 위한 구성 수단으로서 임펠러 마모나 변형, 이물질 유입 등으로 인하여 밸런스 량이 달라져서 진동이 발생하는 등의 이상 작동을 하는 경우에 상기 진동센서로 축의 흔들림 등 진동 정도를 측정하고 진동에 직접적으로 영향을 주는 언밸런스의 측정된 무게 불균형 값에 따라 임펠러에 밸런스조정에 필요한 중량(counter weight)을 가감하여 구조적으로 모터 펌프의 동작특성을 변화시키지 않고도 모터 펌프의 밸런스를 조정하고 최적의 밸런싱 상태를 유지하여 질량 불평형에 따른 진동문제를 해결할 수 있게 된다.

또한 본 발명의 임펠러의 불균형 질량을 보상하게 하는 밸런스 웨이트 내장 임펠러가 구현 된 다른 실시예로는 도 4에 도시된 바와 같이 육상 펌프로서 입축형 사류 펌프(200)에 구현될 수 있는데, 전술한 바와 같이 입축형의 사류 펌프(200)는 길다란 수직형 케이싱(210)을 형성하고 상부에는 모터(230)의 질량이 걸리고 다른 쪽에는 임펠라(50)의 집중 질량이 매달려 있는 형태로 전체적으로 매우 불안전한 구조로서 대기에 거의 노출된 상태로 펌프장치가 설치되고 장축을 구비하는 임펠러 타입 펌프로서 진동과 소음이 크게 발생하는 문제점을 역시 가지고 있다.

도 4에 도시된 바와 같이 입축 펌프로서 상기 육상용의 사류 펌프(200)는 유체가 축 방향으로 들어와 축 방향으로 나가게끔 유체가 유입되는 유입구(211)와 유입된 유체를 배출하기 위한 토출구(212)를 각각 하나씩 구비하여 물을 유동시키는 통로를 구성하되 외측 상단에 모터(230)가 장착된 길다란 수직형의 케이싱(210)을 형성하고,

상기 케이싱(210)의 내측 중앙에 베어링이 내장되며 중심으로 모터 구동 회전축(231)이 삽입 관통되는 반 타원의 내부 케이싱(220)과 상기 내부 케이싱(220)을 통하여 연장되는 모터 구동 회전축(231)에 축 결합되어 모터(230)에 의해 회전하면서 유체를 펌핑하는 임펠러(50)가 설치되고 내부 케이싱(220)과 임펠러(50)가 결합되어 합체 형성되는 항아리 형상의 볼(bowl)부 사이에 유체의 유동 방향을 굴곡지게 안내하는 안내 유로가 형성되어 임펠러(50)가 회전하여 유체를 상부로 펌핑 토출시키게 하는 임펠러 타입 펌프로서 기능을 수행하며 상기 임펠러(50)는 임펠러 몸체(51) 외주 중앙에 구비된 축봉으로서 임펠러 보스(52) 외주에 크고 넓은 형상의 다수의 날개(53)가 결합되어 있어 임펠러 보스(52)의 축공에 회전축(231)이 압입 결합되는 임펠러 몸체(50)를 형성하는 육상용의 사류 펌프(200)에 있어서,

상기 임펠러 몸체(51) 내측 중앙의 회전축(231)이 압입되는 임펠러 보스(52) 외주 둘레면에 균형 잡힌 회전을 위한 무게 조정용 밸런스 부재로서 임펠러 밸런스 웨이트(55)(weight, 중량체)가 구비된 고정 플레이트(54)를 몸체의 내주 면을 벗어나지 않도록 고정 장착하는 밸런스 웨이트 장착 구조의 임펠러(50)를 구성하되,

완벽한 진동감시를 위하여 상기 임펠러(50) 상부의 회전축(231)에 축의 진동 상태를 측정하는 진동센서(240)를 수평 방향으로 추가로 구비하여 진동센서(240)를 이용해 임펠러 무게의 불균형량을 측정하고 임펠러의 무게 균형을 잡아 임펠러의 불균형 질량을 보상하게 하는 구성으로 기계적 균형을 맞춘 저진동, 저소음 설계의 밸런스 웨이트 내장 임펠러가 구비된 모터 펌프를 구성하게 된다.

또한 상기 임펠러 밸런스 웨이트(55)가 구비된 고정 플레이트(54)는 임펠러 몸체(51)의 내주 면을 벗어나지 않도록 임펠러 몸체(51) 상부 내측 둘레면 가장자리에 체결부재를 이용하여 임펠러 밸런스 웨이트(55)로 밸런스조정에 필요한 중량을 고정 플레이트(54)에 가감할 수 있도록 착탈 분리식으로 안착되게 장착하고,
상기 진동센서(240)는 회전축의 거동을 파악하여 회전축이나 베어링으로 이루어지지는 회전체 이상을 반응 속도가 빠르게 축 진동을 감시할 수 있도록 임펠러 직 상부의 회전축(231)에 위치하도록 장착한다.

상기한 바와 같이 본 발명은 밸런스 웨이트 내장 임펠러가 구비된 모터 펌프는 기계적 균형을 맞춘 새로운 저진동 저소음 설계 구조로서 고속 회전시 회전시 임펠러의 무게 편차나 축이나 베어링 등 회전관련 부품들의 안착 편차 등 각종 편차에 의해 생기는 언밸런스 때문에 회전 진동이 발생하는 것을 균형 잡힌 회전을 위한 무게 조정용 밸런스 부재로서 임펠러 밸런스 웨이트(weight, 중량체)가 구비된 고정 플레이트의 반대의 회전에 의한 진동 상쇄효과로 임펠러의 마모나 파손, 축휨 등 모터 펌프 진동에 직접적으로 영향을 주는 요인을 제거하여 모터 펌프 진동에 직접적으로 영향을 주는 요인을 제거함으로써 모터 펌프의 동작특성을 변화시키지 않고도 임펠러를 포함한 모터 전체의 진동을 감소시키는 효과가 있게 되는 것이다.

또한 상기한 본 발명의 실시예에 따른 임펠러 방식 모터 펌프를 구성하는 밸런스 웨이트 내장 임펠러는 상기한 수중 축류 펌프나 입축형 사류 펌프에 본 발명이 적용된 구조가 도시되어 있으나, 수중 사류펌프와 입축형 축류 펌프 등 기존의 사류펌프나 축류 펌프에도 용이하게 적용하여 사용할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변경이 가능하므로 전술한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

50:임펠러 51:임펠러 몸체
52:임펠러보스(축봉) 53:날개
54:고정 플레이트(밸런싱 부재)
55:밸런스 웨이트(중량체, 철판)
56:밸런스 홀
100:수중 축류 펌프 A:모터부 B:펌프부
110:모터 하우징 111:회전자
112:고정자 113:회전축
120:펌프 케이싱 121:유입구
122:토출구 130:내부 케이싱
140:베어링 박스 142:진동센서
200:육상용 사류 펌프
210:케이싱 211:유입구
212:토출구 220:내부 케이싱
230:모터 박스 231:회전축

Claims (3)

1. 상부에 고정자(112)와 회전자(111)를 구비하는 모터(110), 상기 모터(110) 하부에 설치되고 유체를 회전 원심력에 의하여 흡입 및 배출시킬 수 있게 하는 임펠러(50)를 내장하며 내부 케이싱(130)이 동심원상으로 구비되고 유체를 흡입 토출할 수 있게끔 유체가 유입되는 유입구(121)와 유입된 유체를 배출하기 위한 토출구(122)를 각각 구비하는 펌프 케이싱(120)이 형성되고, 상기 내부 케이싱(130)에는 모터 구동 회전자(111)에 회전축(113)으로 연장되는 동축 상에 축 결합되어 모터에 의해 회전하면서 유체를 펌핑하는 임펠러(30)가 설치되어 있고,
   상기 임펠러(50)는 임펠러 몸체(51) 중앙에 구비된 축봉으로서 임펠러 보스(52) 외주에 크고 넓은 형상의 다수의 날개(53)가 결합되어 있어 임펠러 보스(52)의 축공에 회전축(113)이 압입 결합되는 임펠러 몸체(51)를 형성하여 상부에 구비된 모터(110)의 작동에 의해 회전축(113)과 함께 임펠러(50)가 회전하게 되면 하부의 펌프 케이싱(120)의 내부로 유입되는 유체(물)를 펌프 케이싱(120)과 내부 케이싱(130) 사이 상향 굴곡진 안내 유로로 통과시켜 상부로 펌핑 토출시키게 하는 임펠러 타입 수중용의 축류 펌프이고,
   상기 임펠러 몸체(51) 상부 임펠러 보스(52) 외주 둘레면에 균형 잡힌 회전을 위한 무게 조정용 밸런스 부재로서 임펠러 밸런스 웨이트(weight, 중량체)(55)가 구비된 고정 플레이트(54)를 고정 장착하고 완벽한 진동감시를 위하여 임펠러(50) 상부의 모터와 연결되는 회전축(113)에는 축의 진동 상태를 측정하는 진동센서(142)를 추가로 구비하여 밸런스 웨이트 내장 임펠러가 구비된 축류 펌프를 형성하되.
   상기 임펠러 밸런스 웨이트(55)가 구비된 고정 플레이트(54)는 임펠러 몸체(51)의 내주 면을 벗어나지 않도록 임펠러 몸체(51) 상부 내측 둘레면 가장자리에 체결부재를 이용하여 임펠러 밸런스 웨이트(55)로 밸런스조정에 필요한 중량을 고정 플레이트(54)에 착탈 분리식으로 안착되게 장착하여 형성되는 밸런스 웨이트 내장 임펠러가 구비된 축류 펌프에 있어서.
   상기 고정 플레이트(54)는 회전축을 수용하는 임펠러 보스(52)의 외주 둘레면에 동일한 동심도로 압압 끼움 방식으로 임펠러 몸체(51)의 내주 면을 벗어나지 않도록 고정 장착할 수 있도록 형성하여 밸런스 머신에 임펠러를 올려놓은 세팅 상태에서 밸런스 웨이트를 고정 플레이트에 추가 또는 제거하여 임펠러의 밸런스 량을 간단한 방법으로 조절할 수 있게금 구성하고,
   상기 진동센서(142)는 모터와 임펠러를 구비하는 펌프가 연접하여 상호 일체적으로 구성된 임펠러가 구비된 축류 펌프에서 회전축의 거동을 파악하여 회전축이나 베어링으로 이루어지는 회전체 이상을 반응 속도가 빠르게 축 진동을 감시할 수 있도록 임펠러 직 상부와 베어링 박스 사이의 회전축(113)에 위치하도록 장착하여,
   회전에 따른 진동을 감지할 수 있는 진동센서를 이용해 이상 작동에 따른 임펠러 무게의 불균형량을 정확하게 측정하여 진동센서를 이용해 임펠러 무게의 불균형량을 측정하고 점검한 다음 밸런스 머신에 임펠러를 올려 놓은 상태에서 밸런스 웨이트를 추가 또는 제거하여 임펠러의 무게 균형을 잡는 간단한 중량 조절 방식에 의해 정확하게 회전 밸런스(balance)를 유지할 수 있게 구성됨을 특징으로 하는 밸런스 웨이트 내장 임펠러가 구비된 축류 펌프.
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