KR101920418B1 - 원심펌프 - Google Patents

Abstract

액체 이송에 따른 최초 임펠러가 전체적인 액체 마찰에서 설정압력으로 유체 이송이 시작되면 이송되는 액체와 접촉되지 않은 부분의 임펠러 부분과 케이스 부분이 기체 마찰로 전환되면서 마찰저항을 극소화할 수 있도록 유입관을 통하여 유입되는 액체는 구동원과 축 결합된 임펠러의 중앙 부분으로 유입된 후 케이스의 측면에 형성되는 토출구를 통하여 배출되되, 상기 임펠러의 상단과 대응되는 상기 케이스의 내측면에 상기 임펠러 상단과 케이스의 내측면 사이의 틈새로 액체 이송에 따른 임펠러 회전 시 액체가 유입되는 것을 차단시켜 상기 임펠러의 상단과 케이스 내측면 사이의 액체가 배출되어 제1 기체 마찰공간부가 형성되도록 차단슈라우드가 마련되는 원심펌프를 제공한다.
그에 따라 원심펌프의 전체적인 효율성을 극대화할 수 있는 효과와 함께 원심펌프의 부피 또한 최소화할 수 있는 효과를 가진다.

Description

원심펌프{Centrifugal pump}

본 발명은 원심펌프에 관한 것으로, 더 상세하게는 액체 이송에 따른 최초 임펠러가 전체적인 액체 마찰에서 설정압력으로 유체 이송이 시작되면 이송되는 액체와 접촉되지 않은 부분의 임펠러 부분과 케이스 부분이 기체 마찰로 전환되면서 마찰저항을 극소화할 수 있도록 한 원심펌프에 관한 것이다.

펌프는 다른 것으로부터 에너지를 받아 유체를 높은 곳으로 올리기도 하고 유체에 압력을 주어 송출하는 기계로서, 원심펌프, 벌류트 펌프, 축류펌프, 기어펌프, 베인펌프, 플런저 펌프 등이 있으며, 본원에서는 원심펌프에 대해 알아보면 다음과 같다.

원심펌프는 일명 와류펌프라 하며 임펠러의 회전에 의해 원심력으로 유체에 압력 에너지를 부여하여 퍼올리는 펌프로서 작은 유량, 고양정용으로 사용하고 있으며, 이러한 원심펌프의 종류를 살펴보면 안내날개의 유무에 따라 벌류트 펌프와 터빈 펌프로 구분할 수 있고, 흡입구의 형상에 의해 한쪽 흡입식 펌프와 양쪽 흡입식 펌프로 구분할 수 있다.

그리고 상기한 원심펌프의 케이싱은 압력과 토출량을 높이기 위하여 나선형 구조로 구성되어 있으며 펌프를 설치시에는 펌프의 양정(배관손실을 포함하여 펌프에 의해 이송되는 유체의 이송높이)과 토출량을 결정할 때 이송되는 유체에 따라 관손실의 차이를 감안하여 실제의 양정보다 높게 결정하게 된다.

여기서 원심펌프의 양정과 토출량의 변화를 보면 양정에 따라 토출량의 변화가 커지며 실제로 펌프의 종류에 따라 차이가 있지만 대략 1M 정도의 양정 차이에 따라 토출량은 10% 정도의 변화가 생기게 된다.

상기와 같이 원심펌프와 관련된 선행기술에는 대한민국 등록특허공보 제10-1540403호(이하 '선행기술문헌 1'이라 한다)에 게시된 바와 같이 임펠러가 발생시키는 힘을 효과적으로 조절하기 위한 구성과 그 임펠러가 적용된 펌프와 같은 기술이 제안된 바 있다.

또한, 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0092272호(이하 '선행기술문헌 2'라 한다)에 게시된 바와 같이 흡입구로 흡입된 이물질을 잘라낼 때 발생되는 충격이 임펠러 또는 구동모터에 직접 전달되는 것을 방지할 수 있도록 된 새로운 구조의 입형 원심펌프와 같은 기술도 제안된 바 있다.

또, 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0141067호(이하 '선행기술문헌 3'이라 한다)에 게시된 바와 같이 펌프의 케이스 부재를 분해하지 않으면서 케이스 부재의 토출부에 토출유로를 부분적으로 밀폐시키는 볼트형 오리피스를 삽입하여 토출유로로 토출되는 유체의 유량을 조정하여 원심펌프의 양정 변화 곡선 기울기(체절비)를 조정할 수 있는 원심펌프의 양정 조절 장치와 같은 기술도 제안된 바 있다.

또, 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0013532호(이하 '선행기술문헌 4'라 한다)에 게시된 바와 같이 임펠러, 샤프트 및 케이싱 커버 사이의 수밀을 유지시켜 펌프 성능이 개선된 원심 펌프와 같은 기술도 제안된 바 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1540403호 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0092272호 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0141067호 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0013532호

그러나 상기한 선행기술문헌 1 내지 4는 물론 현재 사용되는 모든 원심펌프에서의 임펠러는 이송시키고자 하는 유체, 즉 액체와 모든 부분이 접촉된 상태로 회전이 이루어짐으로써, 그로 인한 마찰손실이 상당히 큰 단점을 가진다.

즉, 케이스 내에 구비된 임펠러는 이송시키고자 하는 액체에 담겨진 상태에서 그 액체와 전체적으로 접촉되면서 회전이 이루어짐으로써, 마찰저항이 큰 단점을 가지는 것이다.

상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 주된 해결과제는 액체 이송에 따른 최초 임펠러가 전체적인 액체 마찰에서 설정압력으로 액체 이송이 시작되면 이송되는 액체와 접촉되지 않은 부분의 임펠러 부분과 케이스 부분이 기체 마찰로 전환되면서 마찰저항을 극소화할 수 있도록 한 원심펌프를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 해결과제는 자체적으로 자흡 기능을 구축할 수 있도록 하는 데 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 해결수단은 유입관과 토출관이 마련된 케이스 내부에서 구동원에 의해 회전되는 임펠러를 포함하여 액체를 이송시키는 원심펌프로서, 상기 유입관을 통하여 유입되는 액체는 구동원과 축 결합된 임펠러의 중앙 부분으로 유입된 후 케이스의 측면에 형성되는 토출구를 통하여 배출되되, 상기 임펠러의 상단과 대응되는 상기 케이스의 내측면에 상기 임펠러 상단과 케이스의 내측면 사이의 틈새로 액체 이송에 따른 임펠러 회전 시 액체가 유입되는 것을 차단시켜 상기 임펠러의 상단과 케이스 내측면 사이의 액체가 배출되어 제1 기체 마찰공간부가 형성되도록 차단슈라우드가 마련된다.

상기 차단 슈라우드는 밑단은 임펠러의 상단 밑면 보다 더 하부로 위치하도록 마련된다.

상기 임펠러의 축 결합되는 임펠러의 밑면과 케이스 바닥면 사이에는 상기 임펠러의 밑면으로부터 돌출되는 차단 블록에 의해 임펠러 회전 시 그 임펠러의 밑면과 케이스 바닥면 사이의 액체가 배출되어 제2 기체 마찰 공간부가 형성되게 마련되는 것을 더 포함한다.

상기 임펠러는 구동축에 장착되는 본체 원판, 상기 본체 원판의 상면 테두리에 상기 토출구를 향하도록 장착되는 복수 개의 블레이드를 포함한다.

상기 토출관과 임펠러 보다 높은 위치의 케이스 사이에는 자흡 기능을 가질 수 있도록 마련되는 자흡 공급부를 더 포함한다.

상기 자흡 공급부는 토출관의 상부로 연결되는 토출 연결관, 상기 유입관의 상부 측으로 연결되는 연결 공급관, 상기 토출관과 임펠러 보다 상부 측의 케이스에 연결되는 자흡 연결관, 상기 자흡 연결관에 마련되는 체크밸브를 더 포함한다.

상기 체크밸브는 자흡 연결관의 내부에 구비되는 받침대, 상기 받침대 상에 올려지는 연질의 합성수지 볼로 구비된다.

본 발명은 액체 이송에 따른 최초 임펠러가 전체적인 액체 마찰에서 설정압력으로 액체 이송이 시작되면 이송되는 액체와 접촉되지 않은 부분의 임펠러 부분과 케이스 부분이 기체 마찰로 전환되면서 마찰저항을 극소화할 수 있도록 함으로써, 원심펌프의 전체적인 효율성을 극대화할 수 있는 효과와 함께 원심펌프의 부피 또한 최소화할 수 있는 효과를 가진다.

또한, 자체적으로 자흡 기능을 구축할 수 있도록 함으로써, 수위가 낮은 지역이나 조건에서도 액체의 이송이 원활하게 이루어질 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 단면도,
도 2는 도 1에 따른 토출구 측의 일부 확대 단면도,
도 3은 본 발명의 다른 실시 예를 설명하기 위한 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참고하여 좀 더 상세하게 설명하면 다음과 같으며, 본 발명이 실시 예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 단면도이며, 도 2는 도 1에 따른 토출구 측의 일부 확대 단면도이다.

도시된 바와 같이 원심펌프(1)는 유입관(12)과 토출관(14)이 마련된 케이스(10) 내부에서 통상적인 모터 등과 같은 구동원(20)에 의해 회전되는 임펠러(30)를 포함하여 유체을 이송시키는 데 사용하는 펌프이다.

본 발명은 액체 이송에 따른 최초 임펠러가 전체적인 액체 마찰에서 설정압력으로 액체 이송이 시작되면 이송되는 액체와 접촉되지 않은 부분의 임펠러 부분과 케이스 부분이 기체 마찰로 전환되면서 마찰저항을 극소화할 수 있도록 하는 데 있다.

본 발명에 따른 원심펌프(1)는 상기 유입관(12)을 통하여 유입되는 액체는 구동원(20)과 축 결합된 임펠러(30)의 중앙 부분으로 유입된 후 케이스(10)의 측면에 형성되는 토출구(32)를 통하여 배출되되, 상기 임펠러(30)의 상단과 대응되는 상기 케이스(10)의 내측면에 상기 임펠러(30) 상단과 케이스(10)의 내측면 사이의 틈새로 액체 이송에 따른 임펠러(30) 회전 시 액체가 유입되는 것을 차단시켜 상기 임펠러(30)의 상단과 케이스(10) 내측면 사이의 액체가 배출되어 제1 기체 마찰공간부(10A)가 형성되도록 차단슈라우드(16)가 마련된다. 이때, 상기 차단 슈라우드(16)는 밑단은 임펠러(30)의 상단 밑면 보다 더 하부로 위치하도록 마련된다. 또, 상기 차단 슈라우드(16)는 케이스(10)의 내측면에 일체로 형성될 수 있음은 물론 별도로 제작하여 체결하여도 무방하다.

아울러, 상기 임펠러(30)의 축 결합되는 임펠러(30)의 밑면과 케이스(10) 바닥면 사이에는 상기 임펠러(30)의 밑면으로부터 돌출되는 차단 블록(34)에 의해 임펠러(30) 회전 시 그 임펠러(30)의 밑면과 케이스(10) 바닥면 사이의 유체가 배출되어 제2 기체 마찰공간부(10B)가 형성되게 마련되는 것을 더 포함한다.

임펠러(30)는 구동축에 장착되는 본체 원판(30A)과, 상기 본체 원판(30A)의 상면 테두리에 상기 토출구(32)를 향하도록 일정 간격을 갖도록 통상적인 볼팅 등에 의해 장착되는 복수 개의 블레이드(30B)를 포함한다. 즉, 상기 제1 기체 마찰공간부는 임펠러를 구성하는 각 블레이드의 상단과 케이스의 내측면 사이에 형성된다. 또, 액체는 블레이드와 블레이드 사이를 통하여 토출구 측으로 액체를 이송시킨다.

상기와 같이 구성됨에 따라 본 발명은 먼저, 원심펌프가 구동하기 전에는 케이스 내부로 채워진 유체, 즉 액체는 임펠러, 본체 원판과 복수의 블레이드 전체와 접촉된 상태이다.

이렇게, 액체와 임펠러 전체가 접촉된 상태에서 유체 이송을 위해 임펠러를 회전시키게 되면, 임펠러의 회전과 함께 그 임펠러의 블레이드 상부 넓은 공간으로 유입된 유체는 블레이드 사이를 통하여 케이스의 측면에 형성된 토출구를 통하여 토출되어 지는 데, 이때 임펠러의 블레이드 상단과 케이스의 내측면 사이에 있던 액체는 그 배출 압력에 의해, 즉 임펠러의 블레이드 내의 넓은 공간에서 토출구 측의 좁은 공간으로 배출되는 압력에 의해, 즉 베르누이의 원리에 의해 일시적으로 배출되면서 그 사이의 공간은 유체인 액체가 없는 제1 기체 마찰공간부가 형성된다.

이는 케이스의 내측면에 형성된 차단 슈라우드에 의하여 임펠러의 블레이드 상단과 케이스의 내측면 사이로 유체인 액체가 유입되는 것을 차단함에 따라 가능하다 할 것이다.

이러한 원리는 임펠러의 밑면과 케이스의 바닥면 사이의 공간 또한 상기한 동일한 원리에 의해 제2 기체 마찰공간부가 형성된다.

즉, 임펠러의 밑면에 돌출 형성된 차단 블록에 의해 임펠러의 밑면과 케이스의 바닥면 사이의 유체 또한 배출됨으로 인해 제2 기체 마찰 공간부가 형성되는 것이다.

그에 따라 임펠러는 이송시키고자 하는 액체가 맞닿는 부분을 제외하고는 즉, 임펠러의 블레이드 내측면과 바닥면을 제외한 나머지 상단과 케이스 내측면 사이의 제1 기체 마찰공간부와, 상기 임펠러의 밑면과 케이스의 바닥면 사이의 제2 기체 마찰공간부에 의한 기체 마찰로 회전됨으로써, 마찰저항을 극소화된 상태로 회전될 수 있는 조건을 가지게 된다.

그로 인해 유체인 액체의 이송 효율성을 극대화할 수 있는 조건을 가짐은 물론 그에 따른 원심펌프의 전체적인 부피도 최소한으로 줄일 수 있는 부수적인 조건을 가진다.

특히, 본 발명은 복잡한 기술적 구성을 가지는 것이 아니라 간단한 원리를 이용하여 케이스 내부에서 임펠러가 회전되는 과정에서 이송되는 액체와 접촉되는 부분을 제외한 케이스와 접하는 부분을 제1,2 기체 마찰공간부에서 기체 마찰로 인해 회전되도록 함으로써, 마찰저항을 현저하게 줄일 수 있는 획기적인 기술이라 할 것이다.

아울러, 상기 제1,2 기체 마찰공간부는 유체인 액체의 이송이 완료되어 임펠러의 회전이 정지할 경우에는 다시 그 제1,2 기체 마찰 공간부로 액체는 스며들어 채워지고, 다시 임펠러의 회전이 이루어질 경우에는 전술한 바와 같은 원리로 인해 그 제1,2 기체 마찰공간부로 채워졌던 유체는 다시 배출되어 기체 마찰로 전환되어 회전이 이루어질 수 있는 조건을 지속적으로 유지할 수 있는 것이다.

이로써, 본 발명은 간단한 원리에 의하여 임펠러에 의해 액체를 이송시키는 과정에서 임펠러의 일부분을 기체 마찰에 의해 접촉되도록 함으로써, 액체 이송에 따른 마찰저항을 극소화할 수 있는 조건을 가진다.

그에 따라 원심펌프의 효율성을 극대화할 수 있을 뿐만 아니라 전체적인 부피 또한 현저하게 줄일 수 있는 조건 또한 가진다.

도 3은 본 발명의 다른 실시 예를 설명하기 위한 단면도이다.

도시된 바와 같이 상기한 구성에서, 본 발명의 원심펌프는 수위의 높이 보다 높은 위치에 있을 때, 별도의 유체를 공급하여 구동하는 것이 아니라 그 펌프에 잔류하는 유체에 의해 자흡 기능을 가질 수 있는 기술적 구성도 포함한다.

토출관(14)과 임펠러(30) 보다 높은 위치의 케이스(10) 사이에는 자흡 기능을 가질 수 있도록 마련되는 자흡 공급부(40)를 더 포함되, 상기 자흡 공급부(40)는 토출관(14)의 상부로 연결되는 토출 연결관(42)과, 상기 유입관(12)의 상부 측으로 연결되는 연결 공급관(44)과, 상기 토출관(14)과 임펠러(30) 보다 상부 측의 케이스(10)에 연결되는 자흡 연결관(46), 및 상기 자흡 연결관(46)에 마련되는 체크밸브(48)를 더 포함한다. 이때, 상기 체크밸브(48)는 자흡 연결관(46)의 내부에 구비되는 받침대(48A)와, 상기 받침대(48A) 상에 올려지는 연질의 합성수지 볼(48B)로 구비된다.

다시 말해서, 상기 토출 연결관과 연결 공급관에 의해 원심펌프의 구동이 정지된 상태에서도 그 토출 연결관과 연결 공급관에 잔류하는 유체에 의하여 자흡 기능을 가진다.

즉, 임펠러의 회전에 따른 연결 공급관 내의 유체가 임펠러를 거쳐 토출관과 토출 연결관으로 공급됨과 동시에 그 토출 연결관 내의 유체는 다시 자흡 연결관을 통하여 케이스 내로 공급되면서 연결 공급관 내의 내부 압력을 지속적으로 상승시킴으로써, 연결 공급관과 연결되는 원심펌프 보다 낮게 위치한 펌핑 연결관(도시하지 않은) 내의 압력 또한 점차적으로 상승하면서 결국에는 연결 공급관을 거쳐 원심펌프 내로 공급되어 진다.

아울러, 자흡 연결관 내의 체크밸브는 자흡 기능이 지속적으로 이루어질 때에는 그 자흡 연결관을 개방시킨 상태를 유지하다가, 자흡 기능이 완료되어, 즉 다시 유체의 이송이 이루어지는 시점에서 토출관 내의 압력에 의해 자흡 연결관을 폐쇄하여 원활하게 유체의 이송이 이루어질 수 있도록 작동된다.

이로써, 본 발명의 원심펌프는 자흡 기능 또한 가짐으로써, 유체의 수위가 원심펌프의 하부에 위한 지역이나 조건에서도 별도의 유체 공급이 이루어지지 않은 상태에서도 유체이 용이하게 이루어질 수 있는 편리성을 제공한다.

1 : 원심펌프
10 : 케이스 10A : 제1 기체 마찰공간부
10B : 제2 기체 마찰공간부 12 : 유입관
14 : 토출관 16 : 차단 슈라우드
20 : 구동원 30 : 임펠러
30A : 본체 원판 30B : 블레이드
32 : 토출구 34 : 차단 블록
40 : 자흡 공급부 42 : 토출 연결관
44 : 연결 공급관 46 : 자흡 연결관
48 : 체크 밸브 48A : 받침대
48B : 합성수지 볼

Claims (7)

1. 유입관과 토출관이 마련된 케이스 내부에서 구동원에 의해 회전되는 임펠러를 포함하여 액체를 이송시키는 원심펌프로서,
   상기 유입관을 통하여 유입되는 액체는 구동원과 축 결합된 임펠러의 중앙 부분으로 유입된 후 케이스의 측면에 형성되는 토출구를 통하여 배출되되, 상기 임펠러의 상단과 대응되는 상기 케이스의 내측면에 상기 임펠러 상단과 케이스의 내측면 사이의 틈새로 액체 이송에 따른 임펠러 회전 시 액체가 유입되는 것을 차단시켜 상기 임펠러의 상단과 케이스 내측면 사이의 액체가 배출되어 제1 기체 마찰공간부가 형성되도록 차단슈라우드가 마련되되,
   상기 임펠러의 축 결합되는 임펠러의 밑면과 케이스 바닥면 사이에는 상기 임펠러의 밑면으로부터 돌출되는 차단 블록에 의해 임펠러 회전 시 그 임펠러의 밑면과 케이스 바닥면 사이의 액체가 배출되어 제2 기체 마찰 공간부가 형성되게 마련되는 것을 더 포함하는 원심펌프.
2. 제1항에 있어서,
   상기 차단 슈라우드의 밑단은 임펠러의 상단 밑면 보다 더 하부로 위치하도록 마련되는 원심펌프.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 임펠러는 구동축에 장착되는 본체 원판, 상기 본체 원판의 상면 테두리에 상기 토출구를 향하도록 장착되는 복수 개의 블레이드를 포함하는 원심펌프.
5. 제1항, 제2항, 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 토출관과 임펠러 보다 높은 위치의 케이스 사이에는 자흡 기능을 가질 수 있도록 마련되는 자흡 공급부를 더 포함하는 원심펌프.
6. 제5항에 있어서,
   상기 자흡 공급부는 토출관의 상부로 연결되는 토출 연결관, 상기 유입관의 상부 측으로 연결되는 연결 공급관, 상기 토출관과 임펠러 보다 상부 측의 케이스에 연결되는 자흡 연결관, 상기 자흡 연결관에 마련되는 체크밸브를 더 포함하는 원심펌프.
7. 제6항에 있어서,
   상기 체크밸브는 자흡 연결관의 내부에 구비되는 받침대, 상기 받침대 상에 올려지는 연질의 합성수지 볼로 구비하는 원심펌프.
   

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