KR101998035B1 - 케이싱 웨어링과 이를 구비한 원심 펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 케이싱과 임펠러 사이의 미세 간극을 통해 누설되는 유체를 최소화시키기 위한 것으로서, 상기 케이싱과 임펠러 사이의 간극을 통해 누설되는 유체를 이용하여 와류를 형성시키기 위해 와류 공간 저면과, 상기 누설 유체의 흐름을 와류 공간 저면쪽으로 유도하는 와류 공간 하경사면과, 상기 누설 유체를 다음번째 와류 공간부쪽으로 유도하기 위한 와류 공간 상경사면으로 이루어진 복수의 와류 공간부 및 상기 와류 공간 저면 보다 돌출되어 형성된 와류 공간 상면으로 이루어지며, 상기 와류 공간 마감부 및 와류 공간 상면이 연결된 미로 형상을 가지며, 상기 케이싱 웨어링의 표면에 불소 용액을 이용한 화학적 에칭면을 통해 격자 구조의 요철을 형성하고, 상기 요철이 형성된 케이싱 웨어링에 소수성 물질을 코팅된 케이싱 웨어링을 제공할 수 있다.

Description

케이싱 웨어링과 이를 구비한 원심 펌프{CASING WEAR RING AND CENTRIFUGAL PUMP HAVING THE SAME}

본 발명은 케이싱과 임펠러 사이의 미세 간극에 의해 누설되는 유체를 최소화시킬 수 있는 케이싱 웨어링과 이를 구비한 원심 펌프에 관한 것이다.

원심 펌프에는 흡입측(저압 측) 영역과 토출측(고압측) 영역 사이에 유체의 흐름을 저지하기 위한 실링 기구가 필수적으로 구비된다. 왜냐하면 실링 기구를 마련하지 않는다면 고압측 영역에서 저압 측 영역에 유체가 누설해 버려, 펌프 효율이 현저하게 저하하기 때문이다. 이 실링 기구는 일반적으로 날개차(임펠러)와 펌프 케이싱의 근접부에 마련되어 있다.

한편, 클로우즈형 날개차를 채용하고 있는 원심 펌프 장치의 경우, 케이싱은 고정 구조물인데 대해, 날개차는 회전 구조물이다. 이 때문에 케이싱과 날개차 사이에 소정의 간극을 형성할 필요가 있다. 이 간극은 좁을수록 조임 효과를 발휘하고 유체의 누설 손실을 감소시킬 수 있지만, 간극을 좁게 하기 위해서는 케이싱이나 날개차에 대해서 높은 가공 정밀도가 요구된다. 또한 날개차의 회전 시의 얼마 안되는 흔들림 등에서도 케이싱과 날개차가 접촉해 버려, 케이싱 및 날개차를 손상될 가능성이 높아진다.

이 때문에 만일 날개차가 케이싱에 접촉해도, 케이싱이나 날개차에 직접 영향이 미치지 않도록 슬라이드성이 좋은 재료로 제작한 라이너 링이나 웨어링을 사용한다. 여기서 라이너 링이란 케이싱 측에 설치되는 링형 부재이며 날개부차에 대향하는 것이다. 한편, 웨어링이란 날개차에 장착되는 링형 부재이며 케이싱(혹은 라이너 링)에 대향하는 것이다. 여기서 라이너 링과 웨어링을 단순한 원통 형상으로서 이들 라이너 링과 웨어링과의 간극을 단지 좁게 하는 것만으로도 씰 효과를 발휘한다.

대한민국 한국등록특허 제10-1823023호(2017.10.25. 공개)

본 발명은 복수의 와류 공간부를 이용하여 미세 간극으로 누출되는 유체를 최소화시킬 수 있는 케이싱 웨어링과 이를 구비한 원심 펌프를 제공한다.

또한, 본 발명은 와류를 발생시키기 위한 와류 공간부를 형성하는 와류 공간 저면, 와류 공간 상면 또는 와류 공간 마감부 중 적어도 하나 이상에 소수성 코팅면을 형성함으로써, 누설 유체의 흐름을 억제시킬 수 있는 케이싱 웨어링과 이를 구비한 원심 펌프를 제공한다.

상술한 해결하고자 하는 과제를 해결하기 위해서 본 발명의 실시예에 따른 케이싱 웨어링은 케이싱에 장착 가능한 케이싱 웨어링에 있어서, 상기 케이싱 웨어링의 일측 단부에서 내주면 방향을 기준으로 호형 단면 형상을 가지고 있고, 케이싱 웨어링의 원주 방향을 따라 연장되어 형성된 내경 단턱부와, 상기 케이싱 웨어링의 타측 단부에서 내주면 방향을 기준으로 돌기 형상을 가지고 케이싱 웨어링의 원주 방향을 따라 연장되어 형성된 외경 단턱부와, 상기 케이싱과 임펠러 사이의 간극을 통해 누설되는 유체를 이용하여 와류를 형성시키기 위해 와류 공간 저면과, 상기 누설 유체의 흐름을 와류 공간 저면쪽으로 유도하는 와류 공간 하경사면과, 상기 누설 유체를 다음번째 와류 공간부쪽으로 유도하기 위한 와류 공간 상경사면으로 이루어진 복수의 와류 공간부 및 상기 와류 공간 저면 보다 돌출되어 형성된 복수의 와류 공간 상면으로 이루어지되며, 상기 복수의 와류 공간부가 상기 복수의 와류 공간 상면으로 상호 연결된 라빈린스 형상을 갖는 미로부를 포함하며, 상기 케이싱의 내주면에 형성된 단공 현상 또는 중공 형상의 체결부를 통해 상기 케이싱에 내주면 체결되며, 상기 케이싱 웨어링의 표면에 불소 용액을 이용한 화학적 에칭면을 통해 격자 구조의 요철을 형성하고, 상기 요철이 형성된 케이싱 웨어링에 소수성 물질을 이용하여 소수성 코팅면을 형성하며, 상기 소수성 물질은 산화 규소, 산화알루미늄, 산화 지르코늄 및 불소 수지 중 어느 하나이거나 이들의 혼합물일 수 있다.

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전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 따르면, 복수의 와류 공간부를 이용하여 미세 간극으로 유입되는 유체에 와류를 발생시켜 누출되는 유체를 최소화시킬 수 있다.

또한, 전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 따르면, 와류를 발생시키기 위한 와류 공간부를 형성하는 와류 공간 저면, 와류 공간 상면 또는 와류 공간 마감부 중 적어도 하나 이상에 소수성 코팅면을 형성함으로써, 누설 유체의 흐름을 억제시켜 펌프의 효율을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 케이싱 웨어링의 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 케이싱 웨어링 세부 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 도 2의 A 부분을 확대한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 케이싱 웨어링이 적용된 원심 펌프의 도면이다.
도 5는 도 4의 B 부분을 확대한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 케이싱 웨어링의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 케이싱 웨어링이 양흡입 볼류트 펌프에 적용된 예를 도시한 도면이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 케이싱 웨어링 및 이를 적용한 원심 펌프에 대해 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 케이싱 웨어링의 구조를 도시한 도면이며, 도 2는 도 1의 케이싱 웨어링 세부 구조를 설명하기 위한 단면도이며, 도 3은 도 2의 A 부분을 확대한 도면이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 케이싱 웨어링(10)은 링 형상을 가지며, 메인 유체 흐름을 가이드 또는 형성하기 위한 내경 단턱부(100) 및 압력 손실을 줄이면서 케이싱 웨어링(10)을 케이싱의 내주면에 안정적으로 고정시키기 위한 외경 단턱부(200)를 구비할 수 있다.

내경 단턱부(100)는 메인 유체 흐름을 가이드 또는 형성시키기 위해 케이싱 웨어링(10)의 일측 단부에서 내주면 방향을 기준으로 호형 단면 형상을 가지고 있고, 케이싱 웨어링(10)의 원주 방향을 따라 연장될 수 있다.

외경 단턱부(200)는 압력 손실을 줄이면서 케이싱 웨어링(10)을 케이싱부의 내부면에 안정적으로 고정시키기 위해 케이싱 웨어링(10)의 타측 단부에서 내주면 방향을 기준으로 돌기 형상을 가지고 케이싱 웨어링(10)의 원주 방향을 따라 연장될 수 있다.

상술한 바와 같은 구조를 갖는 케이싱 웨어링(10)은 라비린스(labyrinth) 형상의 미로부(300)를 구비하며, 체결부(301)를 통해 케이싱의 내주면에 체결될 수 있다. 여기에서, 체결부(301)는 단공 형성 또는 중공 형상을 가질 수 있다.

미로부(300)는 누설 유체 유입구측에 마련된 와류 공간 하경사면(331), 와류 공간 하경사면(331)과 연결된 와류 공간 저면(332) 및 와류 공간 저면(332)과 연결된 와류 공간 상경사면(333)으로 구성되어 유입되는 누설 유체(V)에 와류를 형성시키기 위한 와류 공간을 제공하는 와류 공간부(330), 와류 공간 상경사면(333)에 연결되어 형성된 와류 공간 상면(340)로 이루어질 수 있다.

또한, 와류 공간 저면(332)은 와류 흐름을 단계적으로 저감되도록 케이싱 웨어링(10)의 폭 방향을 따라 이격되게 복수개, 예컨대 적어도 5개 이상 배치될 수 있다. 이를 통해 적어도 5개 이상의 와류 공간부(330)가 형성된 케이싱 웨어링(10)이 케이싱의 내주면에 체결될 수 있다.

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와류 공간 상경사면(333)은 와류 흐름이 다음 번째 와류 공간부(330)쪽으로 연결되도록 유체를 가이드할 수 있다.

와류 공간 상면(340)은 와류 공간 저면(332) 사이에서 와류 공간 저면(332)로부터 케이싱 웨어링(10)의 중심 방향을 따라 동일 높이를 갖도록 돌출되고, 각각의 와류 공간 저면(332)과 평행을 이루고 있기 때문에 안정적으로 다단계 또는 단계적 와류 발생이 가능할 수 있다. 또한, 와류 공간 저면(332)과 와류 공간 상면(340)간의 평행 구조를 통해 와류 발생에 따른 기밀 유지 및 펌프 출력 저하를 방지할 수 있다.

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상술한 바와 같은 구조를 갖는 케이싱 웨어링(10)이 원심 펌프(3)에 적용되어 동작하는 과정에 대해 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 케이싱 웨어링(10)이 원심 펌프(3)의 케이싱 내주면에 안착된 상태를 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 원심 펌프(3)에 케이싱 웨어링(10)이 장착된 상태에서 유체의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.

도 4의 원심 펌프(3)는 케이싱(1)의 내면에 장착되고 케이싱(1)과 임펠러(2) 사이의 미세 간극을 통해 누설되는 유체를 이용하여 와류가 형성되는 와류 공간 저면(332)을 포함하는 복수의 와류 공간부(330) 및 와류 공간 저면(332) 보다 돌출되어 형성된 와류 공간 상면(340)으로 이루어지는 케이싱 웨어링(10)을 구비할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 케이싱 웨어링(10)은 와류 공간부(330) 및 와류 공간 상면(340)이 형성된 미로 형상을 가질 수 있다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 케이싱 웨어링(10)이 원심 펌프(3)의 케이싱(1)에 형성된 안착부(4)에 안착되어 체결된 상태에서 원심 펌프(3)가 동작, 즉 임펠러(2)가 회전하게 되면, 임펠러(2)의 회전에 따라 유입되는 유체는 메인 유체 흐름 방향(즉, 메인 유체 방향(M))으로 배출된다. 이때, 펌핑되는 유체의 압력에 의하여 케이싱(1)과 임펠러(2) 사이의 미세 간극에 유로가 생성되어 유체가 흐르게 되어 누설이 발생된다. 그 과정에서 도 5에 도시된 바와 같이, 미세 간극에 유입되는 누설 유체(V)는 복수개의 와류 공간부(330)에 의해 통과 체적의 증가 및 와류를 형성함에 따라 압력이 감소될 수 있다.

상술한 바와 같은 작용에 따라 누설 유체가 갖는 압력이 크게 감소되게하여 누설 유체의 양을 감소시킬 수 있기 때문에 누설을 억제하고 펌핑 효율을 크게 향상시킬 수 있다.

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한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 6에 도시된 바와 같이, 케이싱 웨어링(10a)은 와류 공간부(330)의 와류 공간 저면(332) 및 와류 공간 상면(340)에 선택적으로 소수성 코팅면(400)을 형성할 수 있다. 이러한 소수성 코팅면(400)은 와류 발생을 용이하게 유도하는 기능을 수행할 수 있을 뿐만 아니라 유체의 흐름을 억제할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 와류 공간 저면(332) 및 와류 공간 상면(340)에 선택적으로 소수성 코팅면(400)을 형성하는 것으로 예를 들어 설명하였지만, 케이싱 웨어링(10a)의 전면에 형성할 수도 있다.

본 발명의 다른 실시예에서 소수성 코팅면(400)은 산화 규소, 산화알루미늄, 산화 지르코늄, 불소 수지, 또는 이들의 혼합물이다. 특히 불소 수지를 주성분으로 하는 소수성 코팅면(400)을 형성하는데 이용되는 재료는 높은 소수성을 나타내는 것과 동시에 화학적으로도 매우 안정적인 것으로서, 바람직하게는 불소 수지를 주성분으로 하는 것을 이용할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 케이싱 웨어링(10a)의 표면에 소수성 코팅면(400)을 형성하는 것으로 예를 들어 설명하였지만, 내마모성이 우수하면서 소수성을 갖는 코팅면을 형성할 수도 있다. 이 경우 코팅면은 불소 용액을 이용한 화학적 에칭면을 통해 케이싱 웨어링(10a)의 표면에 격자 구조의 요철을 형성하고, 요철이 형성된 케이싱 웨어링(10a)에 소수성 물질을 코팅하여 형성될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 편흡입 볼류트 원심 펌프에 케이싱 웨어링(10 또는 10a)에 적용된 것으로 예를 들어 설명하였지만, 도 7에 도시된 바와 같이, 양흡입 볼류트 펌프(3a)에도 적용될 수 있다. 이 경우, 양흡입 볼류트 펌프(3a)는 1개의 모터 연결 회전축(9)에 대칭 임펠러 단면을 갖는 양흡입 펌프(3a)용 임펠러(2a)가 결합되고, 임펠러(2a)의 주변으로 양흡입 작용을 하는 케이싱(3)이 설치될 수 있다. 이때, 케이싱 웨어링(10)은 케이싱(3)의 내주면에 장착될 수 있다.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1 : 케이싱
2, 2a : 임펠러
3 : 원심 펌프
3a : 양흡입 볼류트 펌프
4 : 안착부
10, 10a : 케이싱 웨어링
100 : 내경 단턱부
200 : 외경 단턱부
300 : 미로부
340 : 와류 공간 상면
400 : 소수성 코팅면

Claims (5)

1. 케이싱에 장착 가능한 케이싱 웨어링에 있어서,
   상기 케이싱 웨어링의 일측 단부에서 내주면 방향을 기준으로 호형 단면 형상을 가지고 있고, 케이싱 웨어링의 원주 방향을 따라 연장되어 형성된 내경 단턱부와,
   상기 케이싱 웨어링의 타측 단부에서 내주면 방향을 기준으로 돌기 형상을 가지고 케이싱 웨어링의 원주 방향을 따라 연장되어 형성된 외경 단턱부와,
   상기 케이싱과 임펠러 사이의 간극을 통해 누설되는 유체를 이용하여 와류를 형성시키기 위해 와류 공간 저면과, 상기 누설 유체의 흐름을 와류 공간 저면쪽으로 유도하는 와류 공간 하경사면과, 상기 누설 유체를 다음번째 와류 공간부쪽으로 유도하기 위한 와류 공간 상경사면으로 이루어진 복수의 와류 공간부 및 상기 와류 공간 저면 보다 돌출되어 형성된 복수의 와류 공간 상면으로 이루어지되며, 상기 복수의 와류 공간부가 상기 복수의 와류 공간 상면으로 상호 연결된 라빈린스 형상을 갖는 미로부를 포함하며,
   상기 케이싱의 내주면에 형성된 단공 현상 또는 중공 형상의 체결부를 통해 상기 케이싱에 내주면 체결되며,
   상기 케이싱 웨어링의 표면에 불소 용액을 이용한 화학적 에칭면을 통해 격자 구조의 요철을 형성하고, 상기 요철이 형성된 케이싱 웨어링에 소수성 물질을 이용하여 소수성 코팅면을 형성하며,
   상기 소수성 물질은 산화 규소, 산화알루미늄, 산화 지르코늄 및 불소 수지 중 어느 하나이거나 이들의 혼합물인 케이싱 웨어링.
   
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5. 제1항의 케이싱 웨어링을 구비한 원심 펌프.

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