KR101883649B1

KR101883649B1 - 무간격 웨어링이 구비된 펌프

Info

Publication number: KR101883649B1
Application number: KR1020170028659A
Authority: KR
Inventors: 백대준; 양태성; 최용원; 김민석
Original assignee: (유)한성산기
Priority date: 2017-03-07
Filing date: 2017-03-07
Publication date: 2018-07-31
Also published as: WO2018164318A1

Abstract

본 발명에 따른 무간격 웨어링이 구비된 펌프는,
상부케이싱, 하부케이싱, 모터, 임펠러, 상기 모터의 축과 상기 임펠러를 연결하는 연결축을 포함하는 펌프에 있어서,
상기 하부케이싱의 하면에 설치된 케이싱웨어링과, 상기 케이싱웨어링의 하측 수직방향으로 상기 케이싱웨어링과 간격 없이 밀착된 상태로 상기 임펠러에 설치된 임펠러웨어링으로 구성된 탄소-탄소 복합재 웨어링; 및
상기 케이싱웨어링과 상기 임펠러웨어링을 항상 간격 없이 밀착된 상태로 유지시키는 밀착수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

무간격 웨어링이 구비된 펌프{PUMP HAVING NO GAP WEAR RING}

본 발명은 무간격 웨어링이 구비된 펌프에 관한 것이다.

양.배수장에 배수나 급수를 위한 펌프가 설치된다.

펌프는 장시간 사용 시 초기보다 진동이 커지고, 효율이 떨어지게 된다.

펌프의 진동이 커지고 효율이 떨어지는 주 요인은, 펌프 축을 지지하는 웨어링의 마모로 인한다.

도 1에 도시된 바와 같은, 일반적으로 웨어링(30)은 케이싱(10)에 설치된 케이싱웨어링(31)과, 임펠러(20)에 설치된 임펠러웨어링(32)으로 구성된다.

케이싱웨어링(31)과 임펠러웨어링(32)은 청동으로 만들어진다.

케이싱웨어링(31)이 정지된 상태에서, 임펠러웨어링(32)이 임펠러(20)와 함께 회전한다.

펌프 가동시, 케이싱웨어링(31)과 임펠러웨어링(32)이 열팽창하여 서로 마찰되는 것을 방지하기 위하여, 케이싱웨어링(31)과 임펠러웨어링(32) 은 일정 간격(t) 떨어진다.

간격(t)이 너무 크면 펌프의 진동 및 압력손실이 커지고 효율이 떨어지고, 간격(t)이 너무 작으면 케이싱웨어링(31)과 임펠러웨어링(32)이 열팽창으로 인해 소착된다.

따라서, 케이싱웨어링(31)과 임펠러웨어링(32)은 일정 간격(t)을 유지하는 것이 중요하다.

그러나, 펌프 가동시, 케이싱웨어링(31)과 임펠러웨어링(32)은 펌프 축(모터축, 연결축, 임펠러축 모두를 지칭함)의 진동으로 인해 서로 접촉되고, 유수내 이물질과의 마찰로 마모되어, 케이싱웨어링(31)과 임펠러웨어링(32) 사이 간격(t)이 커질 수밖에 없다.

이렇게 케이싱웨어링(31)과 임펠러웨어링(32) 사이 간격(t)이 커지면, 펌프 축이 심하게 흔들려 진동 및 소음이 커져 수명이 짧아지고, 압력 누설로 인해 펌프의 효율은 떨어진다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 주기적으로 마모된 웨어링을 갈아주고 있으나, 이로 인해 펌프 가동을 일시적으로 중단해야 하고, 웨어링 교체 비용이 주기적으로 발생하고 있다.

따라서, 펌프 구동시 진동 및 소음 그리고 압력 손실을 최소화 할 수 있는 새로운 펌프의 개발이 절실히 요구되고 있다.

한편, 펌프는 수방기간에 대비하여, 평상시에 주기적인 점검이 필요하다.

하지만, 펌프는 물에 의한 윤활 및 냉각구조로 설계 및 제작되어 있어, 물이 없는 상태에서는 펌프의 구동 상태 점검이 불가능하다.

그 이유는 물이 없는 상태(무급수 상태)에서 펌프를 구동하면, 마찰 및 공기압축 열로 인해 웨어링이 소착, 변형, 파손되기 때문이다.

이를 막기 위해, 펌프 점검 시 펌프에 물을 공급하는 장치가 반드시 필요하다. 이러한 펌프에 물을 공급하는 장치의 설치로 인해 많은 비용이 소요된다.

따라서, 물이 없는 상태에서 펌프의 구동 점검이 가능한 새로운 펌프의 개발이 절실히 요구되고 있다.

또한, 무급수 상태에서 급수 상태로 전환되어 펌프가 구동될 때, 물에 혼입된 이물질(모래, 진흙, 자갈)이 웨어링을 가격하더라도, 웨어링에 흠집, 균열이 생겨 파손되지 않는 새로운 펌프의 개발도 함께 요구되고 있다.

한국공개특허(10-2004-0089076)

본 발명의 목적은, 상술한 문제점을 모두 해결할 수 있는, 케이싱웨어링과 임펠러웨어링 사이에 간격이 전혀 없는, 무간격 웨어링이 구비된 펌프를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 상술한 문제점을 모두 해결할 수 있는, 케이싱웨어링과 임펠러웨어링이 항상 밀착된 상태로 유지되는, 무간격 웨어링이 구비된 펌프를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 무간격 웨어링이 구비된 펌프는,

상부케이싱, 하부케이싱, 모터, 임펠러, 상기 모터의 축과 상기 임펠러를 연결하는 연결축을 포함하는 펌프에 있어서,

상기 하부케이싱의 하면에 설치된 케이싱웨어링과, 상기 케이싱웨어링의 하측 수직방향으로 상기 케이싱웨어링과 간격 없이 밀착된 상태로 상기 임펠러에 설치된 임펠러웨어링으로 구성된 탄소-탄소 복합재 웨어링; 및

상기 케이싱웨어링과 상기 임펠러웨어링을 항상 간격 없이 밀착된 상태로 유지시키는 밀착수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 웨어링은 수직방향으로 서로 밀착된 케이싱웨어링 및 임펠러웨어링으로 구성된다. 또한, 밀착수단이 케이싱웨어링과 임펠러웨어링을 밀착된 상태로 유지시킨다. 따라서, 펌프를 장시간 사용하더라도, 케이싱과 임펠러웨어링 사이 간격이 전혀 벌어지지 않아, 웨어링이 펌프 축을 흔들림 없이 잡아줄 수 있다. 이는, 펌프의 진동 및 소음의 감소, 압력손실의 최소, 펌프의 효율 유지로 이어진다.

또한, 서로 마주보는 케이싱웨어링의 측벽과 임펠러웨어링의 측벽이 경사각 θ(0.1~10°) 만큼 경사진 상태로 일정간격 떨어져 있어, 케이싱웨어링이 설사 마모되어 밀착수단에 의해 점점 하강하더라도, 경사각으로 인해 케이싱웨어링의 측벽과 임펠러웨어링의 측벽의 간격은 오히려 줄어든다. 이로 인해, 케이싱웨어링이 설사 마모되더라도, 압력누수 및 진동이 줄면 줄었지 늘어나지 않는다.

본 발명은 케이싱웨어링 및 임펠러웨어링이 자기 윤활성을 탄소-탄소 복합재로 만들어진다. 또한, 케이싱웨어링 및 임펠러웨어링이 마찰되는 부분의 자기 윤활성을 다른 부분보다 더 높인 마찰면을 둔다.

마찰면은 0.1~30mm의 길이를 가진 탄소섬유 및 탄소섬유 사이에 채워진 탄소성분으로 구성되며, 0.1~30mm의 두께를 가진다.

이로 인해, 케이싱웨어링과 임펠러웨어링이 무간격으로 밀착된 상태에서, 펌프가 장시간 사용하더라도, 케이싱웨어링과 임펠러웨어링이 마모되지 않는다. 심지어, 무급수 상태(물이 공급되지 않는 상태)에서 작동되어도, 케이싱웨어링과 임펠러웨어링은 마모되지 않는다. 따라서, 종래 일정간격을 둔 청동 웨어링과 달리, 마모된 웨어링을 갈아줄 필요도, 이를 위해 펌프 가동을 중단시킬 필요도, 웨어링 교체에 따른 비용도 없어지게 된다.

또한, 무급수 상태에서 작동이 가능하므로, 펌프 점검 시 펌프에 물을 일부러 공급하는 장치도 필요 없게 된다.

또한, 무급수 상태에서 급수 상태로 전환되어 펌프가 구동될 때, 물에 혼입된 이물질(모래, 진흙, 자갈)이 웨어링을 가격하더라도, 이물질보다 강한 소재인 탄소-탄소 복합재로 만들어진 웨어링의 사용으로, 웨어링에 흠집, 균열이 생기지 않아 웨어링이 파손되지 않는다.

도 1은 펌프에 설치된 종래 웨어링을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무간격 웨어링이 구비된 펌프를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 A부분의 내부를 확대하고 절단하여 자세히 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 B부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 5는 도 3에 도시된 C부분을 확대하여 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 무간격 웨어링이 구비된 펌프를 자세히 설명한다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 무간격 웨어링이 구비된 펌프(100)는, 케이싱(110), 모터(120), 연결축(130), 임펠러(140), 탄소-탄소 복합재 웨어링(150), 밀착수단(160)으로 구성된다.

도 2에 도시된 곡선 화살표는 임펠러(140)의 회전방향을 나타낸다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무간격 웨어링이 구비된 펌프(100)는,

모터(120) 축, 연결축(130), 임펠러(130)의 축이 동일 수직선상에 위치된 수중모터펌프이다.

케이싱(110)은, 도 3에 도시된 상부케이싱(111)과 하부케이싱(112), 펌프(100)의 외관을 형성하기 위한 케이싱 등으로 구성된다.

모터(120)는 임펠러(140)를 회전시킨다.

연결축(130)은 모터(120) 축과 임펠러(140)를 연결시킨다.

연결축(130)은 모터(120) 축과 일체로 형성될 수도 있다.

탄소-탄소 복합재 웨어링(150)은, 단단하고 자기 윤활성을 가진 탄소-탄소 복합재로 만들어진다.

탄소-탄소 복합재 웨어링(150)은, 케이싱웨어링(151)과 임펠러웨어링(152)으로 구성된다.

케이싱웨어링(151)은 하부케이싱(112)의 하면에 설치된다.

임펠러웨어링(152)은 케이싱웨어링(151)의 하측 수직방향으로 케이싱웨어링(151)과 밀착된 상태로 임펠러(140)에 설치된다. 이로 인해, 케이싱웨어링(151)과 임펠러웨어링(152) 사이에는 간격이 전혀 없게 된다. 이는 본 발명만의 가장 큰 특징이 된다.

또한, 케이싱웨어링(151)이 하부케이싱(112)의 하면에 설치되고, 임펠러웨어링(152)이 케이싱웨어링(151)의 하측 수직방향으로 케이싱웨어링(151)과 밀착된 상태로 임펠러(140)에 설치되는 구조는, 펌프가 수중모터펌프이기에 적용이 가능하다.

탄소-탄소 복합재 웨어링(150)은 다음과 같이 만들어진다.

탄소섬유직물들과 그 사이에 탄소섬유웹을 적층하고, 적층 방향(수직 방향)으로 니들펀칭(Needle Punching)한다. 탄소섬유직물은 탄소섬유들이 교차되어 만들어진다. 탄소섬유웹은 짧은(3~10cm) 탄소섬유들이 서로 얽혀져 만들어진다. 니들펀칭은 니들판에 배열된 니들이 탄소섬유웹을 구성하는 탄소섬유를 아래로 끌고 내려가, 탄소섬유직물들을 층간 결속시키는 작업을 말한다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 케이싱웨어링(151)과 임펠러웨어링(152)이 마찰될 부분 각각에는 마찰면(151a,152a)이 형성된다. 마찰면(151a,152a)은 탄소섬유(CF)로 구성된 탄소섬유웹이 적층된 후, 니들펀칭되어 만들어진다.

탄소섬유(CF)는 짧은 0.1~30mm의 길이를 가진다.

마찰면(151a,152a)은 0.1~30mm의 두께를 가진다.

이렇게 짧은 탄소섬유들이 균일하게 분포된 마찰면(151a,152a)으로 인해, 케이싱웨어링(151)과 임펠러웨어링(152)이 마찰되는 부분의 자기 윤활성이 더욱 향상될 수 있다. 이는 본 발명만의 중요한 특징이 된다.

케이싱웨어링(151)과 임펠러웨어링(152)의 형상대로, 층간 결속된 탄소섬유직물을 컷팅한다.

탄소섬유직물을 900~1000℃로 탄화시킨다.

탄화된 탄소섬유직물에 탄화수소가스를 침투시키고 그 탄화수소 가스를 열분해하여 탄소(C)로 밀도를 높인다.

밀도화된 탄소섬유직물의 표면을 다이아몬드 연마기로 연마한다.

그러면, 케이싱웨어링(151)과 임펠러웨어링(152)이 마찰될 부분의 자기 윤활성이 특히 향상된, 케이싱웨어링(151)과 임펠러웨어링(152)이 만들어진다.

케이싱웨어링(151)과 임펠러웨어링(152) 각각에 형성된 마찰면(151a,152a)은, 도 3에 도시된 바와 같이 밀착된다. 이로 인해, 케이싱웨어링(151)과 임펠러웨어링(152)이 상하로 흔들리지 않고 단단히 맞물린다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 서로 마주보는 케이싱웨어링(151)의 측벽과 임펠러웨어링(152)의 측벽은 경사각 θ(0.1~10°) 만큼 경사진 상태로 일정간격 떨어진다.

이로 인해, 케이싱웨어링(151)이 설사 마모되어 밀착수단(160)에 의해 점점 하강하더라도, 경사각(θ)으로 인해 케이싱웨어링(151)의 측벽과 임펠러웨어링(152)의 측벽의 간격은 오히려 줄어든다. 따라서, 케이싱웨어링(151)이 설사 마모되더라도, 압력누수 및 진동이 줄면 줄었지 늘어나지 않는다. 또한, 케이싱웨어링(151)이 하부케이싱(112)이 하면에 설치된 상태에서, 임펠러웨어링(152)을 경사각(θ)을 따라 원활하게 상승시켜, 케이싱웨어링(151)의 마찰면(151a)과 임펠러웨어링(152)의 마찰면(152a)을 밀착시킬 수 있다.

따라서, 서로 마주보는 케이싱웨어링(151)의 측벽과 임펠러웨어링(152)의 측벽을 경사각 θ(0.1~10°) 만큼 경사진 상태로 일정간격 떨어뜨린 것은, 본 발명만의 중요한 특징이 된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 밀착수단(160)은, 스프링(161), 볼트(162)로 구성된다. 도 3에 도시된 곡선화살표는 임펠러웨어링(152)의 회전방향을 나타내고, 직선 실선화살표는 볼트(162)의 상하이동방향을 나타낸다.

스프링(161)은 중심이 뚫려 있는 압력스프링이다. 물론, 압력스프링의 기능을 할 수 있다면, 스프링(161)은 어떤 종류의 스프링이든 상관없다.

스프링(161)은 상부케이싱(111)과 하부케이싱(112) 사이에, 압축된 상태로 위치된다.

볼트(162)는 상부케이싱(111)에 수직방향으로 형성된 관통공(111a)과, 스프링(161)의 중심을 통과한 후, 하부케이싱(112)의 상면에 형성된 암나사산(112a)에 체결된다. 볼트(162)는 관통공(111a) 내에서 상하로 이동할 수 있다.

스프링(161)은 하부케이싱(112)을 아래로 밀어, 케이싱웨어링(151)과 임펠러웨어링(152)을 항상 간격 없이 밀착된 상태로 유지시킨다.

이러한 밀착수단(160)으로 인해, 펌프 구동시 케이싱웨어링(151)과 임펠러웨어링(152) 사이에 순간적으로 간격이 벌어지더라도, 곧바로 하부케이싱(112)을 아래로 밀어 간격을 없앨 수 있다.

또한, 펌프의 장시간 사용으로 인해, 설사 케이싱웨어링(151)과 임펠러웨어링(152)이 마모되더라도, 밀착수단(160)이 하부케이싱(112)을 아래로 밀어 케이싱웨어링(151)과 임펠러웨어링(152)을 밀착시키므로, 케이싱웨어링(151)과 임펠러웨어링(152)은 항상 밀착된 상태를 유지할 수 있다. 이러한 밀착수단(160)은 본 발명만의 중요한 구성요소가 된다.

미 설명 부호 O는 오링을 나타낸다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 무간격 웨어링이 구비된 펌프의 작동을 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 모터(120)가 연결축(130)을 회전시킨다.

임펠러(130)가 회전한다.

임펠러웨어링(152)이 케이싱웨어링(151)과 무간격으로 밀착된 상태로 회전한다.

임펠러웨어링(152)과 케이싱웨어링(151)이 자기 윤활성을 탄소-탄소 복합재로 만들어지고, 임펠러웨어링(152)과 케이싱웨어링(151)이 마찰되는 부분 각각에 자기 윤활성이 다른 부분보다 높은 마찰면(151a,152a)이 형성되므로, 임펠러웨어링(152)이 케이싱웨어링(151)과 무간격으로 밀착된 상태로 회전하더라도, 임펠러웨어링(152)과 케이싱웨어링(151)은 마모되지 않는다.

밀착수단(160)은 펌프 구동시 케이싱웨어링(151)과 임펠러웨어링(152) 사이가 순간적으로 간격이 벌어지더라도, 하부케이싱(112)을 아래로 밀어, 간격을 바로 없애준다.

또한, 밀착수단(160)은 펌프의 장시간 사용으로 인해, 설사 케이싱웨어링(151)과 임펠러웨어링(152)이 마모되더라도, 하부케이싱(112)을 아래로 밀어, 케이싱웨어링(151)과 임펠러웨어링(152)을 밀착시킨다.

또한, 케이싱웨어링(151)이 설사 마모되어 밀착수단(160)에 의해 하강하더라도, 경사각(θ)으로 인해 케이싱웨어링(151)의 측벽과 임펠러웨어링(152)의 측벽의 간격은 오히려 줄어든다.

따라서, 펌프를 장시간 사용하더라도, 웨어링(150)은 펌프 축을 항상 흔들림 없이 잡아줄 수 있다.

100: 무간격 웨어링이 구비된 펌프 110: 케이싱
120: 모터 130: 연결축
140: 임펠러 150: 웨어링
151: 케이싱웨어링 152: 임펠러웨어링
151a,152a: 마찰면 160: 밀착수단
161: 스프링 162: 볼트

Claims

상부케이싱, 하부케이싱, 모터, 임펠러, 상기 모터의 축과 상기 임펠러를 연결하는 연결축을 포함하는 펌프에 있어서,
상기 하부케이싱의 하면에 설치된 케이싱웨어링과, 상기 케이싱웨어링의 하측 수직방향으로 상기 케이싱웨어링과 간격 없이 밀착된 상태로 상기 임펠러에 설치된 임펠러웨어링으로 구성된 탄소-탄소 복합재 웨어링; 및
상기 상부케이싱과 상기 하부케이싱의 사이에 위치된 스프링과, 상기 상부케이싱에 수직방향으로 형성된 관통공과, 상기 스프링의 중심을 통과한 후 상기 하부케이싱의 상면에 형성된 암나사산에 체결되는 볼트로 구성된 밀착수단을 포함하며,
서로 마주보는 상기 케이싱웨어링의 측벽과 상기 임펠러웨어링의 측벽은 경사각 θ(0.1~10°) 만큼 경사진 상태로 일정간격 떨어지며,
상기 케이싱웨어링의 바닥에 위치된 마찰면과 상기 임펠러웨어링의 중간바닥에 위치된 마찰면이 마모되어, 상기 케이싱웨어링의 마찰면과 상기 임펠러웨어링의 마찰면이 떨어지려 하면, 상기 스프링이 상기 케이싱웨어링을 수직방향으로 밀어내어, 상기 케이싱웨어링의 측벽이 경사진 상기 임펠러웨어링의 측벽을 따라 내려오면서, 상기 케이싱웨어링의 바닥에 위치된 마찰면과 상기 임펠러웨어링의 중간 바닥에 위치된 마찰면은 다시 밀착되어,
상기 케이싱웨어링의 바닥에 위치된 마찰면과 상기 임펠러웨어링의 중간 바닥에 위치된 마찰면이, 펌프 정지시는 물론 펌프 작동 중에도 항상 밀착된 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 무간격 웨어링이 구비된 펌프.
제1항에 있어서,
상기 케이싱웨어링 및 상기 임펠러웨어링은, 탄소섬유직물들과 그 사이에 탄소섬유웹을 적층하고, 적층 방향(수직 방향)으로 니들펀칭(Needle Punching)한 후, 상기 케이싱웨어링 및 상기 임펠러웨어링의 형상대로 컷팅한 후, 탄화시키고, 탄화된 탄소섬유직물에 탄화수소가스를 침투시키고 그 탄화수소 가스를 열분해하여 탄소로 밀도화시킨 후, 연마하여 형성되되,
상기 케이싱웨어링과 상기 임펠러웨어링이 마찰되는 부분의 자기 윤활성을 다른 부분보다 더 높이기 위해,
상기 케이싱웨어링과 상기 임펠러웨어링이 마찰될 부분 각각에는, 0.1~30mm의 길이를 가진 탄소섬유 및 상기 탄소섬유 사이에 채워진 탄소성분으로 구성되며, 두께가 0.1~30mm인 마찰면이 형성된 것을 특징으로 하는 무간격 웨어링이 구비된 펌프.
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제1항에 있어서,
상기 펌프는 수중모터펌프인 것을 특징으로 하는 무간격 웨어링이 구비된 펌프.