KR102162405B1

KR102162405B1 - 백 투 백 원심 펌프

Info

Publication number: KR102162405B1
Application number: KR1020157017945A
Authority: KR
Inventors: 로렌초 베르가미니; 도나토 안토니오 리파; 파브리치오 밀로네
Original assignee: 누보 피그노네 에스알엘
Priority date: 2012-12-05
Filing date: 2013-12-02
Publication date: 2020-10-07
Also published as: US20150330391A1; JP6307090B2; KR20150091515A; US9803644B2; BR112015012444B1; ES2784857T3; WO2014086730A1; ITFI20120272A1; AU2013354217B2; CA2898289A1; CN105026766B; CA2898289C; BR112015012444A2; CN105026766A; EP2929190B1; EP2929190A1; JP2016502624A; AU2013354217A1; BR112015012444B8

Abstract

본 발명은 백 투 백 원심 펌프에 관한 것이다. 펌프는 펌프 입구(111), 펌프 출구(119) 및 펌프 샤프트(107)를 포함한다. 또한, 펌프는 백 투 백으로 배열되는 제1 스테이지의 세트(113) 및 제2 스테이지의 세트(115)를 포함한다. 중간 크로스오버 모듈(117)이 2세트의 스테이지 사이에 배열된다. 제1 스테이지의 세트(113) 및 제2 스테이지의 세트(115)는 각각의 제1 외부 다이어프램(129) 및 제2 외부 다이어프램(139)을 포함한다. 외부 다이어프램과 중간 크로스오버 모듈은 함께 적층되어 펌프 케이싱을 형성한다. 중간 크로스오버 모듈(117)은 제1 스테이지의 세트와 제2 스테이지의 세트 사이의 적어도 하나의 축방향 전달 채널(155)과, 제2 스테이지의 세트와 펌프 출구 사이의 유체 연결부(143)를 형성한다. 제2 다이어프램은 적어도 하나의 주변 방향으로 배열되는 관통 개구(171)를 각각 포함한다. 관통 개구는, 축방향 전달 채널을 제2 스테이지의 세트의 임펠러의 최상류 임펠러와 유체 연결시키는 적어도 하나의 통로(173)를 형성하도록 정렬된다.

Description

백 투 백 원심 펌프{BACKTOBACK CENTRIFUGAL PUMP}

본 발명은 개선된 원심 펌프에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 소위 백 투 백 원심 펌프에 관한 것이다.

원심 펌프는 액체의 압력을 상승시키기 위해 일부 산업 현장에서 사용된다. 원심 펌프는 하나의 또는 복수의 스테이지를 포함할 수 있다. 다단 원심 펌프는 펌프 입구에서 펌프 출구까지 유체의 압력을 순차적으로 증가시키도록 직렬로 배열되는 복수의 스테이지를 포함한다. 펌프 스테이지는 샤프트 상에 장착되고 펌프 케이싱 내에 회전가능하게 수용되는 임펠러를 포함한다. 임펠러에 의해 이송된 액체는 임펠러 주위에 배열된 디퓨저 내에 수집되고, 복귀 채널을 통해 다음 스테이지의 입구로 복귀된다.

몇몇 공지된 실시예에서, 다단 원심 펌프는 백 투 백 배열의 펌프 스테이지를 포함할 수 있다. 백 투 백 펌프의 스테이지는 2세트의 스테이지로 분할된다. 제1 스테이지의 세트의 임펠러는 임펠러 입구가 펌프의 일단부를 향하는 상태로 샤프트 상에 장착되지만, 제2 스테이지의 세트의 임펠러는 임펠러 입구가 펌프의 대향하는 단부를 향하는 상태로 장착된다. 제1 스테이지의 세트와 제2 스테이지의 세트 사이에서 펌프 입구는 펌프의 제1 단부에 배열되고 펌프 출구는 펌프의 미드 스팬에 배열된다.

백 투 백 배열의 스테이지는 샤프트에 대한 스러스트가 밸런스 드럼 없이도 밸런싱될 수 있게 하기 때문에 특히 유리하다.

다른 실시예에서, 스테이지들은 인라인 구성으로 배열되며, 모든 임펠러는 임펠러 입구가 동일한 펌프단부를 향하는 상태로 장착된다. 펌프 입구와 펌프 출구는, 즉 이런 종류의 펌프에서는 흡입 매니폴드와 이송 매니폴드는 펌프 케이싱의 2개의 대향하는 단부에 배열되며, 모든 임펠러는 펌프 입구와 펌프 출구 사이에 배열된다. 인라인 구성은 펌프 작동 중에 임펠러에 대한 작동 유체에 의한 발생되는 축방향 스러스트를 밸런싱하기 위해 샤프트 상에 장착된 밸런스 드럼이 필요하다.

도 1a는 인라인 멀트스테이지 원심 펌프(1)를 도시한다. 인라인 펌프(1)의 흡입 또는 입구 매니폴드는 도면 부호 3으로 표시되어 있다. 출구 또는 이송 매니폴드(5)는 펌프(1)의 대향하는 측부에 배열된다. 일 세트의 스테이지(7)가 입구 매니폴드(3)와 출구 매니폴드(5) 사이에 배열된다. 스테이지(7)는 펌프 샤프트(13) 상에 장착된 각각의 회전 임펠러(9)를 수용하는 다이어프램(9)을 각각 포함한다. 당업자들에게 공지된 바와 같이, 고정 디퓨저 베인과 복귀 베인이 각각의 스테이지(7) 내에 배열된다. 다이어프램(9)은 타이 볼트(19)에 의해 펌프 입구 섹션(15) 및 펌프 출구 섹션(17)과 함께 적층된다.

도 1b는 소위 백 투 백 다단 원심 펌프(21)를 도시한다. 다단 펌프(21)는 각각의 다이어프램(25) 및 임펠러(27)와, 고정 디퓨저 베인 및 복귀 베인을 포함하는 제1 스테이지의 세트(23A)와 제2 스테이지의 세트(23B)를 포함한다. 2세트의 스테이지(23A, 23B)는 백 투 백 구성으로 배열되어, 펌프의 일 단부에 배열된 입구 매니폴드(29)로 유입되는 액체가 제1 스테이지의 세트(23A)를 통과하고, 입구 매니폴드(29)에 대향하는 펌프의 단부에 배열되는 제2 스테이지의 세트(23B)의 제1의 최상류 스테이지를 향해 중간 크로스오버 모듈(31)에 의해 이송된다. 제1의 최상류 스테이지로부터 액체는 스테이지(23B)에 의해 순차적으로 처리되어, 중앙 위치에, 즉 펌프 미드 스팬에 배열된 (도 1B에는 도시되지 않은)출구 매니폴드를 통해 최종적으로 배출된다. 중간 크로스오버 모듈(31)은 제1 스테이지의 세트(23A)와 제2 스테이지의 세트(23B) 사이에 배열된다. 중간 크로스오버 모듈(31)은 부분적으로 가압된 유체를 최하류 제1 스테이지(23A)로부터 제2 스테이지의 세트(23B)를 향해 전달하기 위한 유체 통로를 포함한다. 또한, 중간 크로스오버 모듈(31)은 가압된 유체를 최하류 제2 스테이지(23B)로부터 펌프의 이송 또는 출구 매니폴드를 향해 전달하기 위한 개구를 포함한다. 다양한 스테이지(23A, 23B)의 다이어프램(25)은 스테이지들 사이에 배열된 중간 크로스오버 모듈(31)과 함께 적층된다. 스테이지(23A, 23B)는 펌프 케이싱의 외부 부분을 형성하는 배럴(33) 내에 배열된다. 배럴(33)은 액밀 체적부를 제공하기 위해 펌프의 양 단부에서 폐쇄되며, 고정 다이어프램(25)이 액밀 체적부에 배열된다. 중간 크로스오버 모듈(31)로부터 최상류 제2 스테이지(23B)의 입구까지 액체를 전달하기 위한 유체 통로(34)가 배럴(33)과 제2 스테이지(23B)의 다이어프램(25) 사이에 형성된다. 부분적으로 가압된 액체는 중간 크로스오버 모듈(31)을 통해 주변부 통로(34) 내로 유동되어 펌프 미드 스팬으로부터 최상류 제2 스테이지(23B)의 입구가 위치되는 (도면에서)좌측 단부까지 전달된다. 추가적인 유체 통로(36)가 다이어프램(23A)과 배럴(33) 사이에 형성된다. 제2 통로(36)는 최하류 제2 스테이지(23B)의 출구를 중간 크로스오버 모듈(31)에 제공된 개구를 통해 펌프 출구와 유체 연통시킨다.

외부 배럴(33)이 필요함으로 인해 펌프 구조가 더 복잡해진다. 도 1a에 따른 인라인 다단 원심 펌프에서는 외부 케이싱이 제거됨으로써 더 단순한 구성이 용이하게 이용가능하지만, 외부 케이싱의 제거가 더 낮은 작동 온도 및 압력, 또는 무해한 유체로 인한 것은 아니다. 그러나, 인라인 펌프 구성은, 밸런스 드럼이 백 투 백 구성보다 더 높은 체적 손실을 유발시킴으로 인한 더 낮은 효율과, 더 낮은 바람직한 로터 동역학적 안정성과, 잔류 축방향 스러스트의 갭의 마모에 대한 더 높은 민감도와 같은 몇몇 단점이 있다.

그와는 반대로, 백 투 백 다단 펌프는 케이싱의 복잡성과 교차 유동 모듈의 존재로 인해 외부 배럴 없이 구성될 수가 없다.

따라서, 본 발명의 목적은 더 효과적이고 견고한 백 투 백 멀티스페이지 원심 펌프를 제공하는 것이다.

몇몇 실시예에 따르면, 펌프 입구, 퍼프 출구, 및 펌프를 가로질러 연장되는 펌프 샤프트를 포함하는 다단 원심 펌프가 제공된다. 또한, 펌프는 펌프 샤프트에 장착되는 각각의 제1 임펠러 및 제1 외부 다이어프램을 포함하는 제1 스테이지의 세트와, 펌프 샤프트에 장착되는 각각의 제2 임펠러 및 제2 외부 다이어프램을 포함하는 제2 스테이지의 세트를 포함한다. 외부 다이어프램은 임펠러를 둘러싼다. 중간 크로스오버 모듈(intermediate crossover module)이 제1 스테이지의 세트와 제2 스테이지의 세트 사이에 배열된다. 스테이지들은 백 투 백(back-to-back) 구성으로 배열된다. 따라서, 제1 스테이지의 제1 임펠러는 펌프 입구와 중간 크로스오버 모듈 사이에 압력 증가 시퀀스(pressure-increasing sequence)로 배열되고, 제2 스테이지의 제2 임펠러는 펌프 입구에 대향하는 펌프 단부와 중간 크로스오버 모듈 사이에 압력 증가 시퀀스로 배열된다. 몇몇 실시예에서, 제1 외부 다이어프램, 제2 외부 다이어프램 및 중간 크로스오버 모듈은 펌프 케이싱을 형성하도록 적층된다. 중간 크로스오버 모듈은 제1 스테이지와 제2 스테이지 사이의 적어도 하나의 축방향 전달 채널(axial transfer channel)과, 제2 스테이지와 펌프 출구 사이의 유체 연결부를 형성한다.

몇몇 실시예에서, 축방향 전달 채널의 입구는 제1 세트의 펌프 스테이지의 최하류 스테이지, 즉 최고압인 제1 스테이지의 세트의 출구와 유체 연통된다. 몇몇 실시예에서, 축방향 전달 채널의 출구는 제2 세트의 펌프 스테이지의 최상류 스테이지, 즉 최저압인 스테이지로 연장되는 통로와 유체 연통된다. 통로는 제2 스테이지의 세트의 제2 다이어프램에 의해 형성될 수 있다. 각각의 제2 다이어프램은 적어도 하나의 관통 개구를 각각 포함할 수 있다. 다양한 다이어프램의 관통 개구는, 중간 크로스오버 모듈의 축방향 전달 채널을 제2 임펠러, 즉 펌프 입구에 대향하는 펌프의 단부에 인접한 임펠러의 최상류 임펠러와 유체 연결시키는 통로를 형성하도록 정렬된다. 몇몇 실시예에서, 2개 이상의 축방향 전달 채널이 제공될 수 있으며, 바람직하게는 대응하는 개수의 통로가 제2 다이어프램의 대응하는 관통 개구에 의해 형성된다. 관통 개구는 펌프 스테이지의 임펠러에 대해 주변 방향 위치로, 즉 반경 방향 외향으로 배열됨으로써, 관통 개구에 의해 형성된 통로(들)는 펌프 유동에 의해 처리된 유체가 따르는 유동 경로를 방해하지 않는다.

따라서, 펌프 스테이지의 다이어프램을 둘러싸는 배럴 없이도 백 투 백 장치가 달성된다.

몇몇 실시예에 따르면, 본 발명의 원심 펌프는 펌프 입구와, 펌프 출구와, 펌프 샤프트와, 제1 외부 다이어프램 및 펌프 샤프트 상에서 회전되도록 장착되는 제1 임펠러를 포함하는 제1 스테이지와, 제2 외부 다이어프램 및 펌프 샤프트 상에서 회전되도록 장착되는 제2 임펠러를 포함하는 제2 스테이지와, 제1 스테이지와 제2 스테이지 사이에 위치설정되는 중간 크로스오버 모듈을 포함하고, 제1 스테이지와 제2 스테이지는 백 투 백으로 배열되며, 펌프 출구는 제1 스테이지와 제2 스테이지 사이에 배열된다. 중간 크로스오버 모듈은 제1 스테이지와 제2 스테이지 사이의 적어도 하나의 축방향 전달 채널과, 제2 스테이지와 펌프 출구 사이의 유체 연결부를 형성한다. 제2 다이어프램은, 적어도 하나의 축방향 전달 채널을 제2 스테이지의 입구와 유체 연결시키는 적어도 하나의 통로를 형성하는 관통 개구를 포함한다.

본 발명의 특징 및 실시예들이 이하에 기술되며, 본 명세서의 일부를 형성하는 첨부된 특허청구범위에 추가로 기재된다. 상술된 내용은 이하의 상세한 설명을 더 잘 이해하도록 그리고 당업자들이 더 잘 이해하도록 본 발명의 다양한 실시예의 특징을 개시하고 있다. 물론, 이하에서 기술되고 첨부된 특허청구범위에 기술될 본 발명의 다른 특징들도 있다. 이런 점에서, 본 발명의 몇몇 실시예들을 상세히 기술하지 전에, 본 발명의 다양한 실시예들은 이하의 상세한 설명에서 기술되거나 도면에 도시된 상세한 구성 및 구성요소의 배열에 제한되지 않음을 알아야 한다. 본 발명은 다양한 방식으로 실시될 수 있는 다른 실시예들일 수 있다. 또한, 본 명세서에 사용된 어법과 용어는 설명을 위한 것일 뿐 제한적인 것이 아니다.

또한, 당업자들은 본 명세서의 기본적인 기술 사상을 본 발명의 몇몇 목적을 달성하기 위한 다른 구조체, 방법 및/또는 시스템을 구성하는데 있어서 기초로서 용이하게 이용할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 특허청구범위는 본 발명의 기술 사상 및 범주를 벗어나지 않는 그런 등가 구성들을 포함한다.

도 1a 및 도 1b는 각각 인라인 및 백 투 백 장치인 종래 기술의 2개의 다단 원심 펌프를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 백 투 백 구성인 다단 원심 펌프의 일 실시예의 축방향 평면을 따르는 단면도이다.
도 3은 부분적으로 절결된 도 2의 펌프의 측면도이다.
도 4는 도 2 및 도 3의 펌프의 제2 스테이지의 세트의 확대도이다.
도 5는 도 2 내지 도 4의 펌프의 중간 크로스오버 모듈의 사시도이다.
도 6은 제2 스테이지의 세트의 다이어프램 중 하나의 사시도이다.
도 7은 제2 스테이지의 세트의 단부 다이어프램의 도면이다.
도 8은 부분적으로 적층된 장치 배열의 제2 스테이지의 세트의 복수의 다이어프램의 도면이다.

첨부된 도면과 함께 이하의 상세한 설명을 참조하면, 개시된 본 발명의 실시예 및 수반되는 많은 이점을 더 완벽하게 이해할 수 있을 것이다. 다양한 도면에서 동일한 도면 부호는 동일하거나 유사한 구성요소를 나타낸다. 또한, 도면들은 일정 비율로 도시될 필요는 없다. 또한, 이하의 상세한 설명은 본 발명을 제한하지 않는다. 대신에, 본 발명의 범주는 첨부된 특허청구범위에 의해 한정된다.

본 명세서 전체에서 "일 실시예" 또는 "하나의 실시예" 또는 "몇몇 실시예"라는 용어는 임의의 실시예와 관련하여 기술된 특정 구성요소, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전체에 걸쳐 다양한 위치에 기재된 "일 실시예에서" 또는 "하나의 실시예에서" 또는 "몇몇 실시예에서"라는 문구는 동일한 실시예(들)를 나타내는 것은 아니다. 또한, 특정 구성요소, 구조 또는 특성은 하나 이상의 실시예에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다.

도 2 및 도 3을 이제 참조하면, 본 발명에 따른 다단 원심 펌프(101)는 펌프(101)의 일 단부에 배열되는 흡입 모듈(103)을 포함한다. 펌프의 대향하는 단부는 도면 부호 105로 개략적으로 도시된 커버에 의해 폐쇄된다. 샤프트(107)가 펌프(101)를 통해 연장되고, 도시 안 된 베어링에 의해 펌프의 대향하는 단부에서 지지된다. 복수의 임펠러가 이하에서 상세히 기술되는 바와 같이 샤프트와의 일체형 회전을 위해 샤프트(107) 상에 장착된다.

몇몇 실시예에서, 흡입 모듈 또는 입구 모듈(103)은 입구 플랜지(109)를 포함하며, 흡입 모듈(103)과 대향하는 커버(105) 사이에 배열된 복수의 스테이지들 중 제1 스테이지와 유체 연통되는 펌프 입구(111)를 형성한다.

또한, 펌프는 제1 스테이지의 세트(113) 및 제2 스테이지의 세트(115)를 포함한다. 도면에 도시된 예시적인 실시예에서, 펌프는 3개의 제1 스테이지(113) 및 3개의 제2 스테이지(115)를 포함한다. 다양한 개수의 스테이지가 제공될 수 있다. 2세트의 스테이지는 동일한 개수의 스테이지 또는 상이한 개수의 스테이지를 포함할 수 있다. 스테이지(113, 115)는 본 명세서의 이하에서 상세히 기술되는 바와 같이, 소위 백 투 백 구성으로 배열된다.

중간 크로스오버 모듈(117)이 제1 스테이지의 세트(113)와 제2 스테이지의 세트(115) 사이에 배열된다. 중간 크로스오버 모듈(117)은 부분적으로 가압된 유체를 제1 스테이지(113)의 최하류 스테이지로부터 제2 스테이지의 세트(115)를 향해 전달하는 기능과, 펌프(101)의 축방향 연장부를 따라 미드 스팬에 배열되는 펌프 출구(119)에 대한 유체 연통을 제공하는 기능을 한다. 펌프 스테이지의 위치와 관련하여 본 명세서에서 사용되는 "상류" 및 "하류"라는 용어는 펌프 내에서의 유체 유동의 방향을 나타낸다. 따라서, 스테이지 세트의 최하류 스테이지는 유체가 관통하여 유동하는 마지막 스테이지이다. 그 반대로, 스테이지 세트의 최상류 스테이지는 유체가 관통하여 이동하는 스테이지 세트의 첫 번째 스테이지이다. 유체 압력은 스테이지 세트의 최상류 스테이지로부터 최하류 스테이지로 유동할 때 증가된다.

몇몇 실시예에 따르면, 제1 스테이지(113) 각각은 샤프트(107) 상에서 회전되도록 장착되는 임펠러(121)를 포함한다. 각각의 임펠러(121)는 고정 디퓨저 베인(123)의 장치 배열을 갖는다. 디퓨저 베인(123)은 각각의 임펠러(121)의 반경 방향 출구 주위에 주변 방향으로 배열된다. 몇몇 실시예에서, 스테이지(113)의 일부는 2개의 대향하는 표면 또는 측부를 갖는 개별 디스크(125)를 포함한다. 디퓨저 베인(123)은 개별 디스크(125)의 제1 측부 상에 배열된다. 복귀 베인(127)이 디스크(125)의 대향하는 표면 또는 대향하는 측부 상에 제공된다. 디스크(125)는 주변 방향으로 배열된 개구를 갖는다. 임펠러에 의해 이송된 유체는 디스크(125)에 제공된 주변 방향으로 배열된 관통 개구를 향해 디퓨저 베인에 의해 안내되어, 복귀 베인(127)에 유입되고, 다음 스테이지의 후속 임펠러의 입구를 향해 복귀 베인에 의해 방향 전환된다.

또한, 제1 스테이지(113)의 일부는 각각의 외측 또는 외부 다이어프램(129)을 포함한다. 도 2의 예시적인 실시예에서, 제1 스테이지의 세트(113)는 개별 임펠러(121)를 각각 포함하는 3개의 스테이지를 포함한다. 2개의 제1 스테이지(113)는 개별 디스크(125) 및 개별 외부 다이어프램(129)을 포함한다.

제1 임펠러(113)의 최하류 임펠러는, 즉 흡입 모듈(103)에 대향하게 그리고 중간 크로스오버 모듈(117)에 인접하게 배열되는 임펠러는 이하에서 상세히 기술되는 바와 같이 중간 크로스오버 모듈(117) 상에 형성되는 또는 중간 크로스오버 모듈(117)에 의해 지지되는 일 세트의 디퓨저 베인을 포함한다. 최하류 임펠러(121)에 의해 이송된 유동은 중간 크로스오버 모듈(117)에 형성된 복수의 축방향 전달 채널에 유입되는데, 이 축방향 전달 채널은 제2 스테이지(115)의 최상류 스테이지를 향해, 즉 흡입 모듈(103)에 대향하게 그리고 커버(105)에 인접하게 배열된 스테이지를 향해 부분적으로 가압된 유체를 전달하도록 구성된다. 축방향 전달 채널의 구조 및 기능은 이하에서 상세히 기술될 것이다.

제1 스테이지(113)와 유사하게, 제2 스테이지의 세트(115)의 각각의 제2 스테이지(115)는 샤프트(107) 상에서 회전되도록 장착된 임펠러(131)를 포함한다.

몇몇 실시예에서, 제2 스테이지(115)의 각각의 임펠러(131)는 제1 측부 또는 표면, 및 제2 측부 또는 표면을 갖는 디스크(133)와 결합된다. 각각의 디스크(133)의 제1 측부는 디퓨저 베인(135)을 지지하거나 형성한다. 각각의 디스크(133)의 대향하는 측부는 복귀 베인(137)을 지지하거나 형성한다.

또한, 제2 스테이지(115)의 일부는 개별 임펠러(131) 및 디스크(133)를 둘러싸는 개별 외부 다이어프램(139)을 포함한다.

도면에 도시된 실시예에서, 제1 스테이지의 세트(113)의 디스크(125) 및 외부 다이어프램(129)은 별개의 부품으로 제조되어 함께 조립된다. 마찬가지로, 제2 스테이지의 세트(115)의 디스크(133) 및 외부 다이어프램(139)도 별개의 부품으로 제조되어 함께 조립된다. 다른 실시예에서, 도시되진 않았지만 제1 스테이지(113) 및/또는 제2 스테이지(115)의 디스크 및 다이어프램은 모놀리식 부품(monolithic component)으로 제조될 수 있다.

흡입 모듈(103), 커버(105), 중간 크로스오버 모듈(117) 및 다이어프램(129, 139)은 적층되어 타이 로드(140)에 의해 함께 유지된다. 따라서, 펌프의 다이어프램을 둘러싸는 임의의 모놀리식 외부 배럴 없이도 사실상 링 형상의 구조를 갖는 펌프 케이싱이 형성된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 유체는 흡입 모듈(103)에 제공된 펌프 입구(111)를 통해 펌프 내로 유동하여 제1 스테이지(113)의 최상류 스테이지에 유입된다. 화살표 F는 원심 펌프(101)에 의해 처리된 유동의 경로를 개략적으로 나타낸다. 유체는 제1 스테이지의 최상류 스테이지 내에서 부분적으로 가압되어, 제1 임펠러(121)로부터 반경 방향으로 배출되고 디퓨저 베인(123)에 의해 수집되며, 다음 스테이지의 후속 임펠러(121)에 유입되도록 복귀 베인(127)에 의해 샤프트(107)를 향해 복귀되고, 최종적으로는 부분적으로 가압된 유체는 제1 스테이지(113)의 최하류 임펠러(121)로부터 반경 방향으로 방출된다. 최하류 임펠러(121)는 중간 크로스오버 모듈(117)에 인접하게 배열된 임펠러이다.

후속하여, 유체는 특히 도 5를 참조하여 이하에서 기술될 축방향 전달 채널을 따라 중간 크로스오버 모듈(117)을 가로질러 전달된 다음, 제2 스테이지의 세트(115)의 다이어프램(139)에 형성된 통로 또는 채널을 통해 축방향으로 또한 전달된다. 도면 부호 139A에 표시된 제2 스테이지의 세트(115)의 마지막 다이어프램은, 즉 흡입 모듈(103)에 대향하게 그리고 커버(105)에 인접하게 펌프의 단부에 배열된 다이어프램은 최상류 스테이지(115)의 입구 내의 샤프트(107)를 향해 유체를 방향 전환시킨다. 최상류 스테이지(115)는 중간 크로스오버 모듈(117)에 대향하게 배열된 스테이지, 즉 흡입 모듈(103)에 대향하는 펌프(101)의 단부에 가장 인접한 스테이지이다.

후속하여, 유체는 최하류 스테이지(115), 즉 중간 크로스오버 모듈(117)에 인접한 스테이지(115)의 디퓨저 베인(135) 및 복귀 베인(137)에 도달할 때까지, 순차적으로 배열된 제2 스테이지(115)를 가로질러 유동하여 순차적으로 가압된다.

중간 크로스오버 모듈(117)은 내부 챔버(143)를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 내부 챔버(143)는 샤프트(107)가 관통 연장되는 축방향 통로(145)를 둘러싸는 사실상 환형인 형상을 갖는다.

내부 챔버(143)는, 이송 또는 배출 플랜지(149)로 종결되고 펌프 출구(119)의 일부를 형성하는 출구 또는 이송 매니폴드(147)와 유체 연통된다. 따라서, 유체는 내부 환형 챔버(143)로부터 이송 매니폴드(147)를 통해 유동한다.

중간 크로스오버 모듈(117)의 일 실시예가 특히 도 3 및 도 5를 참조하여 상세히 기술될 것이다.

중간 크로스오버 모듈(117)은 내부 쉘(151) 및 외부 쉘(153)을 포함한다. 도 3에서, 외부 쉘(153)은 내부 쉘(151)의 측면도가 도시되도록 축방향 평면을 따라 절결되어 있다. 도 5는 중간 크로스오버 모듈(117)의 사시도로서, 내부 쉘(151)의 구조를 더 양호하게 도시하기 위해 외부 쉘(153)의 반부가 제거되어 있다.

이 실시예에서, 2개의 쉘(151, 153)은 별개의 부품으로 제조되어 후속적으로 함께 조립된다. 다른 실시예에서, 내부 쉘(151)과 외부 쉘(153)은 모놀리식일 수 있는데, 예컨대 내부 쉘과 외부 쉘은 단일 부품으로 다이 캐스팅될 수 있다.

내부 쉘(151)은 복수의 축방향 전달 채널(155)을 형성하는 외부면(151A)을 갖는다. 몇몇 실시예에서는, 4개의 축방향 전달 채널(155)이 제공될 수 있다. 축방향 전달 채널은 내부 쉘(151)의 주변 확장부(peripheral development) 주위에 균등하게 분포될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 내부 쉘(151)의 외부면(151A)의 반경 방향 치수는 흡입 모듈(103)을 향하는 단부로부터 펌프(101)의 대향하는 단부를 향하는 단부를 향해 증가된다.

몇몇 실시예에서, 각각의 축방향 전달 채널(155)은 대략 나선형인 확장부를 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 각각의 축방향 전달 채널(155)은 제1 스테이지의 세트(113)를 향하는 채널 입구(155A)와, 제2 스테이지의 세트(115)를 향하는 채널 출구(155B)를 갖는다. 몇몇 실시예에서, 축방향 전달 채널(155)은 채널 입구(155A)로부터 채널 출구(155B)를 향해 샤프트(107)에 대해 점진적으로 분기된다.

몇몇 실시예에서, 각각의 축방향 전달 채널(155)의 채널 입구(155A)는 축방향에 대해 경사진다. 각각의 축방향 전달 채널(155)의 채널 입구(155A)의 배향은, 고정 블레이드(159)에 의해 형성된 고정 디퓨저 베인(157)에 의해 축방향 전달 채널(155) 내로 안내된 부분적으로 가압된 유체의 유입이 용이해지도록 선택된다.

몇몇 실시예에서, 고정 디퓨저 베인(157)은 중간 크로스오버 모듈(117) 상에 장착되는 디스크(161)의 일 측부에 형성된다. 특히 도 5에 도시된 실시예에서, 디스크(161)는 내부 쉘(151)의 일체형 부품으로서 형성된다. 즉, 디스크(161)와 내부 쉘(151)은 예컨대, 모놀리식 부품으로서 다이 캐스팅된다. 다른 실시예에서, 디스크(161)와 내부 쉘(151)은 별개의 부품으로 제조되고, 유닛을 형성하도록 함께 조립될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 내부 쉘(151)은 부속품(appendage; 163)(특히 도 5 참조)을 포함하는데, 이 부속품은 내부 쉘(151)과 외부 쉘(153)을 서로에 대해 로킹시키기 위해 외부 쉘(153)에 제공된 환형 돌출부(165)와 결합된다.

바람직한 실시예에서, 축방향 전달 채널(155)의 채널 출구(155B)는 샤프트(107)의 축에 사실상 평행하게 배향된다.

각각의 채널(150)은 외부 쉘(153)의 내부면에 의해 반경 방향 외측부에서 폐쇄될 수 있다.

내부 쉘(151)과 외부 쉘(153)이 모놀리식 부품으로서 제조되는 경우, 축방향 전달 채널(155)은 다이 캐스팅에 의해 중간 크로스오버 모듈(117)의 모놀리식 두께부 내에 형성될 것이다.

몇몇 실시예에서, 내부 쉘(151)은 중간 크로스오버 모듈(117)의 내부 환형 공동(141)을 둘러싸고 배출 개구(167)를 포함하는데, 이 배출 개구를 통해 환형 내부 챔버(143)와 이송 매니폴드(147) 사이의 유체 연통이 달성될 수 있으며, 가압된 유체는 이송 매니폴드를 통해 이송된다.

이송 매니폴드(147)는 외부 쉘(153)과 모놀리식으로 제조될 수 있다. 다른 실시예에서, 이송 매니폴드(147)는 외부 쉘(153)에 부착될 수 있다.

밀봉 장치가 배출 개구(167)와 이송 매니폴드(147) 사이에 제공되는 것이 유리하다. 밀봉 장치는, 배출 개구(167)를 통해 유동하는 유체와 축방향 전달 채널(155) 내에서 유동하는 유체 사이의 차압에 기인하여, 외부 쉘(153)의 내부면과 내부 쉘(151)의 외부면(151A) 사이의 가압된 유체의 축방향 전달 채널(155)을 향한 누출을 방지한다.

배출 개구(167) 주위의 밀봉 장치는 외부 쉘(153)의 내부면과 내부 쉘(151)의 외부면 사이에 배열된 O링 또는 캐스킷을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 외부 쉘의 내부면과 내부 쉘의 외부면 사이의 접촉 압력은 충분한 밀봉 효과를 제공할 수 있다. 중간 크로스오버 모듈(117)의 내부 쉘과 외부 쉘이 예컨대, 다이 캐스팅에 의해 모놀리식 부품으로서 제조되는 경우, 누출은 완전히 방지된다.

축방향 전달 채널(155)은, 커버(105)와 중간 크로스오버 모듈(117) 사이에 배열된 외부 다이어프램(139)에 제공된 대응하는 관통 개구 또는 포켓(171)과 정렬되는 반경 방향 위치(도 4 참조)에서 종결된다. 외부 다이어프램(139)에 제공된 개구(171)의 구조 및 위치는 도 6에 사시도로 도시되어 있다.

도 6의 실시예에서는, 4개의 관통 개구 또는 포켓(171)이 다이어프램(139)의 환형 중실부(139B)를 따라 제공된다.

바람직하게는, 관통 개구(171)의 단면은 축방향 전달 채널(155)의 출구 단부(151B)의 단면과 일치함으로써, 부분적으로 가압된 유체가 축방향 전달 채널(155)로부터 관통 개구(171) 내로 원활하게 유동할 수 있다.

도 8에 보다 잘 도시된 바와 같이, 외부 다이어프램(139)은 상호간의 각 위치로 적층됨으로써, 외부 다이어프램(139)의 관통 개구(171)는 개별 축방향 전달 채널(155)로부터 단부 다이어프램(139A)까지, 즉 폐쇄 커버(105)에 가장 인접하게 배열된 다이어프램까지 연장되는 연속 통로(173)를 형성하는 다른 관통 개구와 정렬된다.

도 4 및 도 7에 가장 잘 도시된 바와 같이, 마지막 다이어프램(139A)도 또한 관통 개구(171A)를 갖는다. 바람직하게는, 관통 개구(171A)의 입구는 외부 다이어프램(139)의 관통 개구(171)와 정렬되어 각각의 통로(173)를 연장시킨다. 바람직하게는, 관통 개구(171A)의 입구의 단면은 관통 개구(171)의 단면과 일치한다.

다이어프램(139A)은 제2 스테이지(115)의 최상류 임펠러(131)의 입구로 연장되는 각각의 통로(173)의 단부 부분(173A)을 형성한다.

따라서, 제1 스테이지(113)의 최하류 스테이지를 빠져나가는 부분적으로 가압된 유체가 중간 크로스오버 모듈(117)과 통로(173, 173A)를 통해 입구 단부에 대향하는 펌프(101)의 단부에 배열된 최상류 스테이지(115)로 전달되는 장치가 제공된다.

따라서, 상술된 장치로 인해, 링형 구조의, 즉 펌프(101)의 외부 케이싱이 외부 배럴 없이도 다이어프램(129, 139, 139A)과 중간 크로스오버 모듈(117)의 적층에 의해 형성되는 구조의 펌프 케이싱을 갖는 백 투 백 구성의 2세트의 스테이지(113, 115)가 가능해진다. 최하류 스테이지(113)로부터 최상류 스테이지(115)까지의 유체 경로는 중간 크로스오버 모듈(117) 내부에 부분적으로 그리고 다이어프램(139, 139A) 내에 부분적으로 형성된다.

본 명세서에 개시된 본 발명의 실시예들은 몇몇 예시적인 실시예와 관련하여 상세하게 구체적으로 도면에 도시되고 상세한 설명에 기술되었지만, 다양한 변형예와 변경예가 본 명세서에 개시된 신규한 기술 사상, 원리 및 개념과, 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 이점을 벗어나지 않고 이루어질 수 있음을 당업자들은 알 것이다. 따라서, 본 발명의 적합한 범주는 그런 모든 변형예와 변경예를 포함하도록 첨부된 특허청구범위에 의해서만 결정되어야 한다. 또한, 임의의 프로세스 또는 방법 단계의 순서 또는 시퀀스는 대안적인 실시예에 따라 변경되거나 재배열될 수 있다.

107 : 펌프 샤프트 111 : 펌프 입구
113 : 제1 스테이지 115 : 제2 스테이지
117 : 중간 크로스오버 모듈 119 : 펌프 출구
121 : 임펠러 129, 139 : 다이어프램

Claims

원심 펌프에 있어서,
펌프 입구;
펌프 출구;
펌프 샤프트;
상기 펌프 샤프트에 장착되는 각각의 제1 임펠러, 및 제1 외부 다이어프램들을 포함하는 제1 스테이지들의 세트;
상기 펌프 샤프트에 장착되는 각각의 제2 임펠러, 및 제2 외부 다이어프램들을 포함하는 제2 스테이지들의 세트;
중간 크로스오버 모듈로서, 상기 중간 크로스오버 모듈은 상기 제1 스테이지들의 세트와 상기 제2 스테이지들의 세트 사이에 배열되고, 상기 제1 임펠러는 상기 펌프 입구와 상기 중간 크로스오버 모듈 사이에 압력 증가 시퀀스로 배열되며, 상기 제2 임펠러는 상기 펌프 입구에 대향하는 펌프 단부와 상기 중간 크로스오버 모듈 사이에 압력 증가 시퀀스로 배열되는 것인, 상기 중간 크로스오버 모듈
을 포함하고,
상기 제1 외부 다이어프램들, 상기 제2 외부 다이어프램들 및 상기 중간 크로스오버 모듈은 펌프 케이싱을 형성하도록 적층되고,
상기 중간 크로스오버 모듈은, 상기 제1 스테이지들의 세트와 상기 제2 스테이지들의 세트 사이의 적어도 하나의 축방향 전달 채널과, 상기 제2 스테이지들의 세트와 상기 펌프 출구 사이의 유체 연결부를 형성하고,
상기 제2 외부 다이어프램들 각각은 주변에 배열되는 적어도 하나의 관통 개구를 포함하며,
상기 관통 개구는 상기 적어도 하나의 축방향 전달 채널을 상기 제2 임펠러들 중 최상류 임펠러와 유체 연결시키는 적어도 하나의 통로를 형성하도록 정렬되는 것인 원심 펌프.
제1항에 있어서, 각각의 제2 외부 다이어프램은 주변에 배열되는 복수의 관통 개구들을 포함하고, 상기 중간 크로스오버 모듈은 복수의 축방향 전달 채널들을 포함하며, 상기 제2 외부 다이어프램들의 관통 개구들은, 상기 축방향 전달 채널들을 상기 최상류 제2 임펠러의 입구와 유체 연결시키는 복수의 통로를 형성하는 것인 원심 펌프.
제1항에 있어서, 상기 중간 크로스오버 모듈은, 상기 제2 스테이지들 및 상기 펌프 출구와 유체 연통되는 환형 내부 챔버를 포함하는 것인 원심 펌프.
제1항에 있어서, 상기 중간 크로스오버 모듈은 내부 쉘 및 외부 쉘을 포함하며, 상기 내부 쉘과 상기 외부 쉘은 하나가 다른 하나의 내부에 있도록 배열되는 것인 원심 펌프.
제3항에 있어서, 상기 중간 크로스오버 모듈은, 하나가 다른 하나의 내부에 있도록 배열되는 내부 쉘 및 외부 쉘을 포함하고, 상기 내부 쉘은, 상기 환형 내부 챔버를 상기 외부 쉘 내에 배열된 반경 방향 배출 덕트에 연결시키는 배출 개구를 가지며, 상기 반경 방향 배출 덕트는 상기 펌프 출구와 유체 연통되는 것인 원심 펌프.
제5항에 있어서, 상기 배출 개구 주위에서 상기 내부 쉘과 상기 외부 쉘 사이에 배치되는 밀봉 장치를 더 포함하는 원심 펌프.
제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내부 쉘은 절두 원추 형상을 갖는 것인 원심 펌프.
제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 축방향 전달 채널은 상기 내부 쉘과 상기 외부 쉘 사이에 배열되는 것인 원심 펌프.
제8항에 있어서, 상기 적어도 하나의 축방향 전달 채널은 상기 내부 쉘의 외부면과 상기 외부 쉘의 내부면 사이에 형성되는 것인 원심 펌프.
제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부 쉘은 펌프 출구 플랜지를 형성하는 것인 원심 펌프.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 스테이지들 중 최하류 스테이지와 상기 중간 크로스오버 모듈 사이에 배열되는 디퓨저를 더 포함하는 원심 펌프.
제11항에 있어서, 상기 디퓨저는 상기 중간 크로스오버 모듈 상에 형성되는 것인 원심 펌프.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 스테이지들 중 마지막 스테이지는 각각의 임펠러와 상기 중간 크로스오버 모듈 사이의 고정 디퓨저 베인을 포함하며, 상기 제1 스테이지들 중 마지막 스테이지의 고정 디퓨저 베인은 상기 적어도 하나의 축방향 전달 채널과 유체 연통되는 것인 원심 펌프.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 축방향 전달 채널은 상기 펌프 샤프트 주위로 나선형 커브에 따라 연장되는 것인 원심 펌프.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 축방향 전달 채널은, 접선 방향 속도 성분을 갖는 유체 유동을 수용하기 위해 축방향과 각도를 형성하는 입구 단부와, 상기 펌프 샤프트에 평행한 방향으로 배향되는 출구 단부를 갖는 것인 원심 펌프.
원심 펌프에 있어서,
펌프 입구;
펌프 출구;
펌프 샤프트;
제1 외부 다이어프램, 및 상기 펌프 샤프트 상에서 회전되도록 장착되는 제1 임펠러를 포함하는 제1 스테이지;
제2 스테이지로서, 상기 제2 스테이지는 제2 외부 다이어프램, 및 상기 펌프 샤프트 상에서 회전되도록 장착되는 제2 임펠러를 포함하고, 상기 제1 스테이지와 상기 제2 스테이지는 백 투 백(back-to-back) 배열되며, 상기 펌프 출구가 상기 제1 스테이지와 상기 제2 스테이지 사이에 배열되는 것인, 상기 제2 스테이지;
상기 제1 스테이지와 상기 제2 스테이지 사이에 위치하는 중간 크로스오버 모듈
을 포함하고,
상기 중간 크로스오버 모듈은, 상기 제1 스테이지와 상기 제2 스테이지 사이의 적어도 하나의 축방향 전달 채널과, 상기 제2 스테이지와 상기 펌프 출구 사이의 유체 연결부를 형성하고,
상기 제2 외부 다이어프램은, 상기 적어도 하나의 축방향 전달 채널을 상기 제2 스테이지의 입구와 유체 연결시키는 적어도 하나의 통로를 형성하는 관통 개구를 포함하는 것인 원심 펌프.