KR101876161B1

KR101876161B1 - 누설 유동이 감소된 원심 펌프

Info

Publication number: KR101876161B1
Application number: KR1020180039024A
Authority: KR
Inventors: 최해천; 계범준
Original assignee: 서울대학교산학협력단
Priority date: 2018-04-04
Filing date: 2018-04-04
Publication date: 2018-07-06

Abstract

본 발명은 누설 유동이 감소된 원심 펌프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원심 펌프의 효율을 향상시킬 수 있는 구조를 가진 누설 유동이 감소된 원심 펌프에 관한 것이다.
본 발명의 누설 유동이 감소된 원심 펌프는 원심 펌프의 누설 유동을 최소화하여 원심 펌프의 유동 효율을 개선하는 장점이 있다.

Description

누설 유동이 감소된 원심 펌프{Leakage Flow Reduced Centrifugal Pump}

본 발명은 누설 유동이 감소된 원심 펌프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원심 펌프의 누설 유동을 감소시켜 유동 효율을 향상시킬 수 있는 구조를 가진 누설 유동이 감소된 원심 펌프에 관한 것이다.

산업용 펌프는 산업용 전력의 20%를 소비하는 에너지 다소비 기기이다. 선업용 펌프는 유체를 이용하는 분야에 널리 사용된다.

이와 같은 산업용 펌프 중에 원심 펌프의 구조를 가진 펌프가 큰 비중을 차지한다. 원심 펌프의 효율을 개선하면 전체적인 에너지 절감 및 산업 발전에 큰 기여를 하게 된다.

원심 펌프는 회전하는 임펠러와 임펠러를 수용하는 하우징으로 구성된다. 임펠러와 하우징의 간섭을 방지하기 위해 임펠러와 하우징 사이에는 일정한 간격이 존재한다. 이러한 임펠러와 하우징 사이의 간격으로 임펠러에서 토출되는 유체가 누설될 수 있는데 이를 누설 유동이라한다. 누설 유동은 의도하지 않은 유체의 흐름으로 원심 펌프의 효율을 떨어뜨린다. 누설 유동은 특히 원심 펌프가 동작하도록 설계된 유량보다 실제 유량이 낮은 경우에 더욱 빈번하게 나타난다.

이러한 누설 유동을 방지하기 위해서는 임펠러와 하우징 사이의 간격을 줄이는 것이 좋지만 여기에는 한계가 있다. 임펠러와 하우징 사이의 간격을 줄이기 위해 정밀한 가공이 요구되는데 이렇게 생산된 원심 펌프의 단가가 과도하게 올라가게 된다. 설사 간격을 줄인다고 하더라도, 여러 요인에 의해 임펠러와 하우징 사이의 간섭이 발생할 가능성이 높으며 이에 따른 소음, 진동, 파손 문제가 발생할 수 있다.

따라서, 임펠러와 하우징 사이의 간격은 유지시키면서도 누설되는 유동을 최소화하여 유동 효율을 증가시킨 원심 펌프의 필요성이 대두되었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 필요성을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 비교적 적은 설계 변경으로 원심 펌프의 누설 유동을 최소화하는 구조를 가진 원심 펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명의 누설 유동이 감소된 원심 펌프는, 회전축에 연결되어 상기 회전축에 의해 회전하도록 구성되고 유체가 유입되는 유입구를 구비하는 회전 몸체와, 상기 회전 몸체에 결합되는 제1디스크와, 상기 제1디스크와 마주하도록 배치되어 상기 회전 몸체에 결합되는 제2디스크와, 상기 제1디스크와 제2디스크의 사이에 배치되어 상기 회전 몸체의 회전 중심으로부터 멀어지는 방향으로 나선형으로 연장되도록 형성되어 각각 상기 제1디스크 및 제2디스크에 결합되는 복수의 블레이드를 포함하는 임펠러; 상기 임펠러의 제1디스크와 마주하도록 배치되는 제1케이싱과, 상기 임펠러의 제2디스크와 마주하도록 배치되어 상기 제1케이싱과 결합되는 제2케이싱과, 상기 제1케이싱과 제2케이싱으로 둘러싸여 형성되고 상기 임펠러가 수용되는 회전 챔버와, 상기 임펠러에서 상기 회전 챔버로 토출된 유체가 외부로 유출되도록 상기 회전 챔버에 연결되는 유출구를 포함하는 원통형의 하우징; 및 상기 임펠러를 통해 토출되는 유체가 상기 하우징과 상기 임펠러 사이의 공간으로 유출을 방지하도록 상기 제1케이싱의 내면과 상기 제2케이싱의 내면에 각각 형성되는 링 형태의 복수의 가이드 홈;을 포함하는 점에 특징이 있다.

본 발명의 누설 유동이 감소된 원심 펌프는 원심 펌프의 누설 유동을 최소화하여 원심 펌프의 유동 효율을 개선하는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 누설 유동이 감소된 원심 펌프의 일부분을 절개한 사시도이다.
도 2은 도 1에 도시된 누설 유동이 감소된 원심 펌프의 단면도이다.

이하, 본 발명의 일실시예에 따른 누설 유동이 감소된 원심 펌프에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 누설 유동이 감소된 원심 펌프의 일부분을 절개한 사시도이고, 도 2은 도 1에 도시된 누설 유동이 감소된 원심 펌프의 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면 본 실시예의 누설 유동이 감소된 원심 펌프는 임펠러(100)와 하우징(200)과 유량 감지 센서(500)와 간격 조절 부재(600)와 가이드 홈(300)과 가이드 돌기(400)를 포함하여 이루어진다.

본 실시예에 따른 누설 유동이 감소된 원심 펌프의 임펠러(100)는 회전 몸체(110)와 제1디스크(120)와 제2디스크(130)와 복수의 블레이드(140)와 복수의 제1돌기 세트(150)와 돌출 유닛(160)을 포함하여 이루어진다.

회전 몸체(110)는 본 실시예의 누설 유동이 감소된 원심 펌프를 회전시키는 회전축에 결합되도록 구성된다. 회전 몸체(110)에는 회전축에 결합되기 위한 회전축 홀이 형성된다. 회전 몸체(110)에는 본 실시예의 누설 유동이 감소된 원심 펌프에 의해 가압되는 유체가 유입되는 유입구(111)가 형성된다. 본 실시예의 경우 복수의 유입구(111)는 원통형으로 형성된다. 또한, 도 2를 참조하면, 유입구(111)의 내면에는 복수의 돌출구(166)가 형성된다. 복수의 돌출구(166)에는 후술하는 복수의 제1돌기(151)가 각각 삽입된다. 유체는 유입구(111)를 통해 유입되어 회전축으로부터 반경 방향으로 이동하면서 가압되어 펌핑된다.

제1디스크(120)와 제2디스크(130)는 서로 마주하도록 배치되어 각각 회전 몸체(110)에 결합된다. 원반형으로 형성된 제1디스크(120)와 제2디스크(130)의 사이에 회전 몸체(110)의 유입구(111)가 배치되도록 제1디스크(120)와 제2디스크(130)는 회전 몸체(110)에 결합된다. 제1디스크(120)와 제2디스크(130)는 유입구(111)를 통해 유입되는 유체를 외부와 분리하여 제1디스크(120) 및 제2디스크(130) 사이의 공간에 격리시킴으로써 후술하는 블레이드(140)에 의해 유체가 가압될 수 있는 조건을 제공하는 역할을 수행한다.

복수의 블레이드(140)는 제1디스크(120)와 제2디스크(130)의 사이에서 회전 몸체(110)를 중심으로 원주 방향을 따라 일정 간격으로 배열되어 각각 양단이 제1디스크(120) 및 제2디스크(130)에 결합된다. 각각의 블레이드(140)는 회전 몸체(110)의 회전 중심으로부터 반경 방향을 따라 멀어지는 방향으로 나선형으로 연장되도록 형성된다. 이와 같은 블레이드(140)의 형상에 의해 회전 몸체(110)가 회전하면 회전 몸체(110)의 유입구(111)로 유입되는 유체가 각각의 블레이드(140)에 의해 가압되면서 반경 방향으로 흐르게 된다.

복수의 제1돌기 세트(150)는 복수의 제1돌기(151)를 구비한다. 본 실시예의 경우, 제1돌기 세트(150)는 블레이드(140)의 개수와 동일한 개수가 마련되어 서로 일정한 간격으로 배치된다. 각각의 제1돌기 세트(150)는 각각의 블레이드(140)가 시작되는 위치와 인접한 부분에서 유입구(111)의 내주면에 설치된다. 복수의 제1돌기(151)는 회전 몸체(110)의 중심 방향으로 돌출되도록 회전 몸체(110)의 유입구(111)의 내주면을 따라 설치된다. 상술한 바와 같이, 각각의 제1돌기(151)는 유입구(111)에 형성된 돌출구(166)에 삽입된다.

각각의 제1돌기(151)는 인접한 제1돌기(151)와의 거리가 유입구(111) 직경의 3 ~ 15% 가 되도록 배치되는 것이 바람직하며, 유입구(111)로부터 유입구(111) 직경의 1 ~ 7% 길이까지 돌출되도록 형성되는 것이 좋다.

돌출 유닛(160)은 힌지(161)와 레버(162)와 연결부재(163)와 무게추(164)와 탄성부재(165)를 포함한다. 도 2을 참조하면 힌지(161)는 유입구(111)에 설치된다. 레버(162)는 힌지(161)를 축으로 하여 회전 가능하도록 힌지(161)에 결합된다. 즉, 레버(162)는 힌지(161)에 대해 회전 가능하게 결합된다. 연결부재(163)는 유입구(111)의 돌출구(166)에 삽입된 복수의 제1돌기(151)와 결합된다. 연결부재(163)에서 복수의 제1돌기(151)와 결합하는 부분은 유입구(111)의 내주와 대응하도록 호 모양으로 형성된다. 또한, 연결부재(163)는 레버(162)의 한쪽 말단에 결합된다. 무게추(164)는 돌출 유닛(160)을 구성하는 다른 구성들보다 큰 질량을 갖도록 구성되며, 레버(162)의 반대쪽 말단에 결합된다. 즉, 레버(162)의 한쪽 말단에는 연결부재(163)가 결합되고, 반대쪽 말단에는 무게추(164)가 결합된다. 탄성부재(165)는 무게추(164)에 연결되어 유입구(111)의 중심 방향으로 작용하는 탄성력을 무게추(164)에 제공한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 하우징(200)은 원통형으로 형성된다. 하우징(200)은 제1케이싱(220)과 제2케이싱(230)과 회전 챔버(210)와 유출구(240)와 외측 유입구를 구비한다.

제1케이싱(220)은 임펠러(100)의 제1디스크(120)와 마주하는 위치에 배치된다. 제2케이싱(230)은 임펠러(100)의 제2디스크(130)와 마주하는 위치에 배치되어 제1디스크(120)와 결합된다. 이 때, 본 실시예에 따른 누설 유동이 감소된 원심 펌프에서 제1케이싱(220)과 제2케이싱(230)은 제1케이싱(220)과 제2케이싱(230) 사이의 간격이 조절될 수 있도록 결합된다. 제1케이싱(220)과 제2케이싱(230) 사이의 간격은 후술하는 간격 조절 부재(600)에 의해 조절된다. 회전 챔버(210)는 제1케이싱(220)과 제2케이싱(230)의 결합에 의해 형성된다. 제1케이싱(220)과 제2케이싱(230)의 결합에 의해 제1케이싱(220)과 제2케이싱(230) 사이에 형성되는 빈 공간이 바로 회전 챔버(210)이다. 한편, 상술한 임펠러(100)는 회전 챔버(210)에 수용된다. 임펠러(100)의 회전 몸체(110)가 회전 챔버(210)의 중앙에 배치되고, 임펠러(100)는 회전 챔버(210)에 수용되어 회전 한다. 유출구(240)는 회전 챔버(210)에 연결된다. 임펠러(100)에서 회전 챔버(210)로 토출된 유체는 회전 챔버(210)에 연결된 유출구(240)를 통해 외부로 유출된다.

유량 감지 센서(500)는 하우징(200)의 유출구(240)에 설치된다. 유량 감지 센서(500)는 하우징(200)의 회전 챔버(210)에서 유출구(240)로 유출되는 유체의 유량을 감지한다. 유량 감지 센서(500)는 유체의 유량을 감지하기 위한 다양한 장치가 사용될 수 있다. 본 실시예에 따른 누설 유동이 감소된 원심 펌프의 경우 전자 유량계를 사용하여 유량 감지 센서(500)를 구성한다. 본 실시예의 유량 감지 센서(500)는 전극을 이용하여 유체가 흐를 때 발생하는 기전력을 측정하는 방식으로 하우징(200)의 유출구(240)로 유출되는 유체의 양을 감지한다.

간격 조절 부재(600)는 하우징(200)의 제1케이싱(220)과 제2케이싱(230) 사이에 설치된다. 간격 조절 부재(600)는 제1케이싱(220)과 제2케이싱(230) 사이의 간격을 조절한다. 본 실시예의 경우, 간격 조절 부재(600)는 길이 변형이 가능한 유압식 벨로우즈로 구성된다. 제1케이싱(220)과 제2케이싱(230) 사이의 간격은 간격 조절 부재(600)에 공급되는 유압에 따라 조절된다. 간격 조절 부재(600)에 공급되는 유압이 큰 경우에는 벨로우즈의 길이가 늘어나 제1케이싱(220)과 제2케이싱(230) 사이의 간격이 멀어지며, 간격 조절 부재(600)에 공급되는 유압이 작은 경우에는 벨로우즈의 길이가 줄어들어 제1케이싱(220)과 제2케이싱(230) 사이의 간격이 좁아진다.

가이드 홈(300)은 하우징(200)의 제1케이싱(220) 내면과 제2케이싱(230) 내면에 각각 복수 개 형성된다. 상술한 바와 같이 제1케이싱(220)의 임펠러(100)의 제1디스크(120)와 마주하며, 제2케이싱(230)의 임펠러(100)의 제2디스크(130)와 마주한다. 따라서 가이드 홈(300)은 제1디스크(120)와 제2디스크(130)와 마주한다. 가이드 홈(300)은 링 형태로 형성된다. 도 1을 참조하면, 본 실시예의 가이드 홈(300)은 제1케이싱(220)과 제2케이싱(230)의 둘레를 따라 3열로 형성된다. 복수의 가이드 홈(300)은 일정한 간격으로 배열된다. 각각의 가이드 홈(300)의 높이는 임펠러(100) 반경의 3 ~ 15%가 되도록 형성되는 것이 바람직하다. 각각의 가이드 홈(300)의 너비는 임펠러(100) 반경의 3 ~ 10%가 되도록 형성되는 것이 좋다.

가이드 돌기(400)는 임펠러(100)의 제1디스크(120)와 제2디스크(130)에 복수 개 형성된다. 가이드 돌기(400)는 가이드 홈(300)에 삽입되도록 가이드 홈(300)과 대응되는 모양으로 형성된다. 단, 가이드 돌기(400)는 가이드 홈(300)의 내면과 이격된다. 즉, 가이드 돌기(400)는 가이드 홈(300)에 삽입되는 모양으로 형성되지만 가이드 홈(300)의 내면에 접촉되지 않게 형성된다. 복수의 가이드 돌기(400)는 일정한 간격으로 배열된다. 본 실시예의 경우, 가이드 돌기(400)는 임펠러(100)의 제1디스크(120)에 2열로 형성되고, 제2디스크(130)에도 2열로 형성된다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 제1디스크(120)와 제2디스크(130)에 2열로 형성된 가이드 돌기(400)는 임펠러(100)의 회전 몸체(110)와 가장 멀리 떨어진 가이드 홈(300)을 제외한 나머지 가이드 홈(300)에 각각 삽입된다. 즉, 3열로 형성된 가이드 홈(300) 중 회전 몸체(110)에 대해 최외각에 형성된 가이드 홈(300)을 제외한 나머지 2열의 가이드 홈(300)에 2열의 가이드 돌기(400)가 삽입된다.

외측 유입구는 임펠러(100)의 유입구(111)와 연결된다. 외측 유입구를 통해 유입된 유체는 외측 유입구와 연결된 임펠러(100)의 유입구(111)로 유입된다.

이하, 상술한 바와 같이 구성된 본 실시예에 따른 누설 유동이 감소된 원심 펌프의 작용에 대해 설명한다.

임펠러(100)의 회전 몸체(110)의 유입구(111)를 통해 유체를 유입시키면서 본 실시예의 누설 유동이 감소된 원심 펌프를 회전시키면 유체는 각각의 블레이드(140)에 의해 가압되면서 압력이 상승하여 반경 방향으로 흐르게 된다. 회전 몸체(110)의 회전 속도가 높을수록 유체는 빠른 속력으로 블레이드(140)의 벽면을 따라 흐르게 된다.

임펠러(100)의 블레이드(140)의 벽면을 따라 흐르는 유체는 제1디스크(120)와 제2디스크(130) 사이의 공간을 통해 하우징(200)의 회전 챔버(210)로 토출된다. 회전 챔버(210)로 토출된 유체는 회전 챔버(210)를 따라 회전하며 높은 압력을 얻는다. 회전 챔버(210)의 높은 압력 구배로 인해 회전 챔버(210)를 회전 하는 유체는 회전 챔버(210)와 연결된 유출구(240)를 통해 외부로 유출된다.

이 때, 회전 챔버(210)로 토출된 유체 중 일부는 유출구(240)를 통해 외부로 유출되지 않고 하우징(200)과 임펠러(100) 사이의 공간으로 유출되기도 한다. 이를 누설 유동이라 한다. 임펠러(100)가 하우징(200)의 회전 챔버(210) 내부에서 원활하게 회전하기 위해서는 하우징(200)과 임펠러(100) 사이에 공간이 필요하다. 만약 하우징(200)과 임펠러(100) 사이의 공간이 존재하지 않는다면, 임펠러(100)는 하우징(200)에 접촉한 상태로 회전하게 된다. 이 경우, 하우징(200)과 임펠러(100)의 마찰 때문에 소음 진동 및 파손이 발생할 수 있다.

본 실시예에 따른 누설 유동이 감소된 원심 펌프는 가이드 홈(300)과 가이드 돌기(400)를 통해 하우징(200)과 임펠러(100) 사이로 누설되는 유체의 유동을 효과적으로 방지할 수 있다. 하우징(200)의 제1케이싱(220)과 제2케이싱(230)에 형성된 가이드 홈(300)은 누설되는 유체에 흐름을 방해하는 일종의 펜스 역할을 수행한다. 하우징(200)과 임펠러(100) 사이로 누설된 유체는 가이드 홈(300)의 구조로 인해, 일정한 유동 방향을 갖지 못한다. 이로 인해, 하우징(200)과 임펠러(100) 사이의 공간으로 누설되는 유체의 유동이 감소된다.

또한, 가이드 홈(300)으로 누설된 유체는 가이드 홈(300)을 빠져나가지 못하고 가이드 홈(300) 내부에서 계속적인 비방향성(非方向非) 유동을 나타낸다. 가이드 홈(300) 내부의 공간은 하우징(200)의 회전 챔버(210)의 공간보다 협소하고 복잡한 유로를 가지기 때문에 하우징(200)과 임펠러(100) 사이의 공간으로 누설되는 유체의 흐름이 감소된다.

또한, 상술한 바와 같이 본 실시예에 따른 누설 유동이 감소된 원심 펌프는 가이드 홈(300)에 삽입되도록 제1디스크(120) 및 제2디스크(130)에 형성된 가이드 돌기(400)를 포함한다. 가이드 돌기(400)는 상술한 가이드 홈(300)의 효과를 보조한다. 가이드 돌기(400)는 가이드 홈(300)에 삽입되어 가이드 홈(300)을 통과하는 누설 유체의 유동을 방해하고, 누설되는 유체가 가이드 홈(300)과 가이드 돌기(400) 사이에서 계속적인 비방향성(非方向非) 유동을 하게 하여 가이드 홈(300)과 가이드 돌기(400) 사이의 압력이 하우징(200)의 회전 챔버(210)의 압력보다 높게 한다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 누설 유동이 감소된 원심 펌프는 하우징(200)과 임펠러(100) 사이의 공간으로 누설되는 유체의 흐름을 가이드 홈(300)과 가이드 돌기(400)의 구성으로 방지한다. 누설되는 유체흐름이 방지된 누설 유동이 감소된 원심 펌프는 일반적인 원심 펌프에 비해 높은 유동 효율을 갖게 된다.

일반적으로 누설 유동은 원심 펌프를 통과하는 유체의 유량이 원심 펌프의 설계 유량보다 낮을 때 빈번하게 발생한다. 본 실시예에 따른 누설 유동이 감소된 원심 펌프는 이러한 누설 유동을 효과적으로 방지하기 때문에 일반적인 원심 펌프에 비해 넓은 유량 조건에서도 높은 성능을 갖는다.

원심 펌프를 통과하는 유체의 유량은 원심 펌프의 동작 환경이나 유체의 종류와 같은 인자들에 의해 실시간으로 변할 수 있다. 상술한 바와 같이, 원심 펌프의 설계 유량보다 실제 유량이 낮은 경우 누설 유동이 더 많이 발생한다. 본 실시예에 따른 누설 유동이 감소된 원심 펌프는 유량 감지 센서(500)와 간격 조절 부재(600)를 통해 변화하는 유체의 유량에 따라 하우징(200)과 임펠러(100) 사이의 간격을 조절할 수 있다.

유량 감지 센서(500)는 외부로 유출되는 유체의 유량을 감지한다. 유량 감지 센서(500)는 유량이 본 실시예에 따른 누설 유동이 감소된 원심 펌프의 설정 유량 범위보다 낮은 경우에 동작 신호를 발생시킨다. 이 동작 신호는 간격 조절 부재(600)에 전달된다. 동작 신호를 전달 받은 간격 조절 부재(600)는 하우징(200)의 제1케이싱(220)과 제2케이싱(230) 사이의 간격을 좁힌다. 상술한 바와 같이 유압식 벨로우즈로 구성된 간격 조절 부재(600)는 간격 조절 부재(600)에 전달되는 유압에 따라 제1케이싱(220)과 제2케이싱(230) 사이의 간격을 조절할 수 있다. 간격 조절 부재(600)에 전달되는 유압을 줄이면 벨로우즈의 길이가 짧아져 제1케이싱(220)과 제2케이싱(230) 사이의 간격이 좁아진다. 제1케이싱(220)과 제2케이싱(230) 사이의 간격이 좁아지면 하우징(200)과 임펠러(100) 사이의 간격도 좁아지며 결과적으로 하우징(200)과 임펠러(100) 사이로 누설되는 유체의 흐름이 줄어든다. 이러한 방식으로 본 실시예에 따른 누설 유동이 감소된 원심 펌프는 실시간으로 변화하는 유량을 유량 감지 센서(500)로 감지하여 하우징(200)과 임펠러(100) 사이의 간격을 간격 조절 부재(600)로 조절하여 누설 유동을 제어할 수 있다.

한편, 본 실시예의 따른 누설 유동이 감소된 원심 펌프의 제1돌기(151)는 유입구(111)에서 발생하는 유동 박리 현상을 억제한다.

유동 박리 현상은 유체가 물체 표면을 따라 유동하지 않고, 유체의 표면을 이탈하여 발생하는 현상이다. 회전 하는 물체에서 유동 박리 현상이 발생하면 주 유동 방향과 반대되는 유동이 발생하여 회전 운동의 효율이 감소한다. 제1돌기(150)는 유입구(111) 표면에서 주 유동 방향으로 와류를 발생시킨다. 이렇게 발생한 와류는 유입구(111) 표면에서 유동 혼합을 증가시켜 유체가 유입구(111) 표면을 이탈하지 않게 하여 유동박리 현상을 방지한다. 유입구(111)에서 발생하는 유동 박리 현상은 유동 방향이 빠르게 전환되는 각 블레이드(140)와 인접한 위치에서 활발하게 발생한다. 상술한 바와 같이 복수의 제1돌기(151)는 제1돌기 세트(150)를 구성하고 제1돌기 세트(150)는 각 블레이드(140)와 인접한 위치에 형성되어 있다. 때문에 본 실시예에 따른 누설 유동이 감소된 원심 펌프는 유동 박리가 발생할 가능성이 높은 부분에 제1돌기(151)를 배치하여 유입구(111)에서 발생할 수 있는 유동 박리 현상을 효과적으로 억제할 수 있다.

또한, 임펠러(100)의 회전 속도에 따라 유동 혼합의 정도를 조절해야 할 필요가 있다. 임펠러(100)의 회전 속도가 빠른 경우에는 유체의 유동이 빨라지고 이에 따라 표면에서 분리된 유동의 흐름도 커지게 된다. 이러한 유체의 유동을 방지하기 위해서는 표면의 유체 혼합이 더 활발하게 이루어질 필요가 있다. 반면에, 임펠러(100)의 회전 속도가 느린 경우에는 유체의 유동이 느려진다. 과다한 유체 혼합은 원심 펌프의 효율을 떨어뜨리는 요인이 될 수 있다. 유체 혼합에 의해 유체의 주 유동 방향과 반대되는 유동이 발생하면 원심 펌프의 효율은 감소하게 된다. 유동 혼합은 유동 혼합을 발생시키는 돌기의 돌출 정도에 따라 조절될 수 있다. 돌기가 많이 돌출될수록 돌기 주변에서 와류가 발생할 가능성이 더 높아져 와류에 의한 유동 혼합이 증가한다. 본 실시예에 따른 누설 유동이 감소된 원심 펌프는 돌출 유닛(160)의 작용으로 회전 속도에 따라 제1돌기(150)의 돌출 길이가 조절되어 유입구(111)의 유동 혼합이 조절될 수 있다.

임펠러(100)의 회전 속도가 빠른 경우에는 유입구(111)에 설치된 돌출 유닛(160)에 원심력이 강하게 작용한다. 이 원심력에 의해 돌출 유닛(160)의 무게추(164)는 유입구(111)의 중심에서 멀어지는 방향으로 힘을 받게 된다. 이 원심력이 무게추(164)에 연결된 탄성부재(165)의 탄성력보다 커지면 무게추(164)가 유입구(111)의 중심에서 멀어지기 시작하고, 레버(162)가 힌지(161)에 대해 회전한다. 이때, 레버(162)의 말단에 결합된 연결부재(163)는 유입구(111)의 중심과 가까워지는 방향으로 이동된다. 상술한 바와 같이 연결부재(163)에는 복수의 제1돌기(1551)가 결합된다. 연결부재(163)가 유입구(111)의 중심과 가까워지면 복수의 제1돌기(151)는 유입구(111)의 돌출구(166)를 통해 유입구(111)의 중심 방향으로 더 돌출된다.

이와 달리 임펠러(100)의 회전 속도가 느린 경우에는 무게추(164)에 작용하는 원심력보다 탄성부재(165)가 무게추(164)에 제공하는 탄성력이 더 크다. 이 경우에는 무게추(164)가 유입구(111)의 중심에 가까워지고 레버(162)가 힌지(161)에 대해 회전하여 연결부재(163)는 유입구(111)의 중심과 멀어지는 방향으로 이동된다. 이에 따라 복수의 제1돌기(151)는 유입구(111)의 돌출구(166)로 삽입된다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 누설 유동이 감소된 원심 펌프의 임펠러(100)의 돌출 유닛(160)은 임펠러(100)의 회전 속도에 따라 제1돌기(150)의 돌출 길이를 조절하여 유입구(111)에서 발생하는 유동 박리를 더욱 효과적으로 감소시킬 수 있다.

이상, 본 발명에 대해 바람직한 예를 들어 설명하였으나 본 발명의 범위가 앞에서 설명하고 도시한 구조로 한정되는 것은 아니다.

예를 들어, 앞에서는 유량 감지 센서(500)가 전자 유량계로 구성되는 것으로 설명하였으나, 유량 감지 센서는 유량을 감지할 수 있는 다양한 구성이 사용될 수 있다. 예를 들어, 유량 감지 센서를 용적식 유량계, 터빈 유량계, 열식 질량 유량계와 같은 유량 감지 장치로 구성하는 것도 가능하다.

또한, 앞에서는 간격 조절 부재(600)로 유압식 벨로우즈를 사용하는 것으로 설명하였으나, 간격 조절 부재는 간격을 조절할 수 있는 공지된 다양한 구성이 사용될 수 있다.

또한, 앞에서는 유량 감지 센서(500)와 간격 조절 부재(600)를 포함하여 설명하였으나, 유량 감지 센서(500)와 간격 조절 부재(600)를 포함하지 않도록 누설 유동이 감소된 원심 펌프를 구성하는 것도 가능하다. 이 경우에는 하우징의 제1케이싱과 제2케이싱 사이의 간격이 고정 된다.

또한, 앞에서는 가이드 돌기(400)를 구비하는 것으로 설명하였으나, 가이드 돌기를 생략하는 것도 가능하다.

또한, 앞에서는 가이드 홈(300)이 3열로 형성되는 것으로 설명하였으나, 가이드 홈의 개수는 다양하게 변경될 수 있으며 마찬가지로 가이드 돌기의 개수도 다양하게 변경될 수 있다.

또한, 앞에서는 제1돌기(151)의 돌출 길이가 돌출 유닛(160)에 의해 조절되는 것으로 설명하였으나 돌출 유닛(160)을 구비하지 않는 구성도 가능하다. 이렇게 구성하는 경우에는 제1돌기의 돌출 길이는 조절되지 않고 제1돌기가 유입구와 직접 결합되거나 유입구에 제1돌기가 형성될 수 있다.

100: 임펠러 110: 회전 몸체
111: 유입구 120: 제1디스크
130: 제2디스크 140: 블레이드
150: 제1돌기 세트 151: 제1돌기
160: 돌출 유닛 161: 힌지
162: 레버 163: 연결부재
164: 무게추 165: 탄성부재
166: 돌출구 200: 하우징
210: 회전 챔버 220: 제1케이싱
230: 제2케이싱 240: 유출구
300: 가이드 홈 400: 가이드 돌기
500: 유량 감지 센서 600: 간격 조절 부재

Claims

회전축에 연결되어 상기 회전축에 의해 회전하도록 구성되고 유체가 유입되는 유입구를 구비하는 회전 몸체와, 상기 회전 몸체에 결합되는 제1디스크와, 상기 제1디스크와 마주하도록 배치되어 상기 회전 몸체에 결합되는 제2디스크와, 상기 제1디스크와 제2디스크의 사이에 배치되어 상기 회전 몸체의 회전 중심으로부터 멀어지는 방향으로 나선형으로 연장되도록 형성되어 각각 상기 제1디스크 및 제2디스크에 결합되는 복수의 블레이드를 포함하는 임펠러;
상기 임펠러의 제1디스크와 마주하도록 배치되는 제1케이싱과, 상기 임펠러의 제2디스크와 마주하도록 배치되어 상기 제1케이싱과 결합되는 제2케이싱과, 상기 제1케이싱과 제2케이싱으로 둘러싸여 형성되고 상기 임펠러가 수용되는 회전 챔버와, 상기 임펠러에서 상기 회전 챔버로 토출된 유체가 외부로 유출되도록 상기 회전 챔버에 연결되는 유출구를 포함하는 원통형의 하우징; 및
상기 임펠러를 통해 토출되는 유체가 상기 하우징과 상기 임펠러 사이의 공간으로 유출을 방지하도록 상기 제1케이싱의 내면과 상기 제2케이싱의 내면에 각각 형성되는 링 형태의 복수의 가이드 홈;을 포함하고,
상기 하우징은, 상기 제1케이싱과 제2케이상 사이의 간격이 조절 가능하도록 상기 제1케이싱과 제2케이싱이 결합되고,
상기 임펠러에서 상기 하우징의 회전 챔버로 토출되는 유체의 유량을 감지하도록 상기 하우징의 회전 챔버에 설치되는 유량 감지 센서; 및
상기 유량 감지 센서가 감지한 유량에 따라 상기 하우징과 상기 임펠러 사이의 간극을 조절하도록 상기 하우징의 제1케이싱과 제2케이싱 사이에 설치되어 상기 제1케이싱에 대한 제2케이싱의 간격을 조절하는 간격 조절 부재;를 더 포함하는 누설 유동이 감소된 원심 펌프.
제1항에 있어서,
상기 복수의 가이드 홈의 내면과 이격된 상태로 상기 복수의 가이드 홈 중적어도 하나의 가이드 홈에 삽입되도록 상기 임펠러의 제1디스크와 제2디스크에 상기 가이드 홈과 대응되는 모양으로 각각 형성되는 복수의 가이드 돌기;를 더 포함하는 누설 유동이 감소된 원심 펌프.
제2항에 있어서,
상기 복수의 가이드 홈은 일정한 간격으로 배열되고,
상기 복수의 가이드 돌기도 일정한 간격으로 배열되는 누설 유동이 감소된 원심 펌프.
삭제
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 임펠러는,
상기 회전 몸체의 중심 방향으로 돌출되도록 상기 회전 몸체의 유입구의 내주면을 따라 상기 유입구에 설치되는 복수의 제1돌기를 구비하는 복수의 제1돌기세트를 더 포함하는 누설 유동이 감소된 원심 펌프.
제5항에 있어서,
상기 임펠러는,
상기 유입구에 설치되는 힌지와, 상기 힌지에 대해 회전 가능하도록 상기 힌지에 결합되는 레버와, 상기 복수의 제1돌기세트의 복수의 제1돌기가 함께 움직이도록 복수의 제1돌기와 결합되어 상기 레버의 한쪽 말단에 결합되는 연결부재와, 상기 레버의 반대쪽 말단에 결합되는 무게추와, 상기 회전 몸체의 중심 방향으로 작용하는 탄성력을 상기 무게추에 제공하도록 상기 무게추에 연결되는 탄성부재를 포함하는 돌출 유닛을 더 포함하고,
상기 임펠러의 회전 몸체의 유입구는 상기 복수의 제1돌기가 각각 삽입되도록 형성되는 복수의 돌출구를 포함하는 누설 유동이 감소된 원심 펌프.