KR102212106B1 - 원심 펌프 - Google Patents

Abstract

베어링의 냉각이 가능한 베어링 하우징을 구비하는 원심 펌프가 개시된다. 원심 펌프는, 내부에 복수의 임펠러를 다단으로 수용하고 유체를 흡입하는 흡입구와 토출하는 토출구가 형성되는 케이싱, 상기 케이싱 및 상기 복수의 임펠러를 관통하여 구비되고, 상기 임펠러의 회전을 위한 회전축, 상기 회전축을 회전 가능하게 지지하는 베어링이 수용되는 베어링 하우징, 및 상기 토출구에서 토출되는 토출 유체를 상기 베어링 하우징 내부에서 순환시키는 순환 유로와, 상기 토출구와 상기 순환 유로를 연결하는 공급관 및 상기 흡입구와 상기 순환 유로를 연결하는 배출관을 포함하고, 상기 베어링을 냉각시키는 냉각부를 포함하여 구성된다.

Description

원심 펌프{CENTRIFUGAL PUMP}

이하의 설명은 베어링의 냉각이 가능한 베어링 하우징을 구비하는 원심 펌프에 관한 것이다.

일반적으로 원심 펌프는, 임펠러의 회전에 의해 발생하는 원심력에 의해서 유체를 흡입하고 토출하는 펌프이다. 원심 펌프는 유체의 유입 및 토출을 위한 흡입구와 토출구가 형성되는 케이싱과, 케이싱에 결합되는 케이싱 커버와, 케이싱 커버에 결합되고 베어링이 설치되는 베어링 하우징을 포함하여 형성된다. 그리고 베어링 하우징에는, 베어링에 의해서 회전 가능하게 지지되며 구동부에 의해서 회전하는 회전축 및 케이싱 내부에는 회전축에 의해서 회전하는 임펠러를 구비한다.

이러한 원심 펌프는 하나의 임펠러만으로는 양정의 한계가 있기 때문에, 고양정을 구현하기 위해서 복수의 임펠러를 적층하여 구성한 다단식 원심 펌프가 개시된 바가 있다.

다단식 원심 펌프는 단위 케이싱의 내부에 각각의 임펠러가 구비된 상태에서 하나의 회전축에 대해서 복수의 임펠러가 결합되도록 구성된다. 그리고 흡입구 측으로부터 차례로 유체가 흡입 및 토출이 반복됨에 따라 유체의 압력이 증대되면서 고양정이 구현될 수 있다.

이러한 다단식 원심 펌프는, 하나의 임펠러에서 중앙으로 흡입된 유체가 둘레 방향으로 토출되고, 토출된 유체는 다시 다음의 임펠러의 중앙으로 제공되어야 하기 때문에, 각 임펠러를 구획하는 부분에서는 유체의 방향을 전환시키기 위한 토출 챔버를 형성하고 있다.

한편, 기존의 원심 펌프의 베어링 하우징은, 원심 펌프에서 베어링을 수용 및 잡아주는 역할을 하는 것으로, 기준 치수에 대한 신뢰도만 만족하면 되는 부품이다. 따라서, 기존의 베어링 하우징에는 베어링에서 발생되는 열로 인한 열손상에 대해서 베어링을 보호할 수 있는 구조가 없었다.

여기서, 베어링의 온도가 올라가면 베어링 내부의 그리스 및 윤활유 등의 온도가 올라가면서 점도가 바뀌고, 녹아 흐름에 따라 베어링을 윤활 냉각시킬 수 없으므로, 베어링과 베어링 볼의 온도가 과열된다. 더 나아가 베어링과 베어링 볼의 열팽창으로 인하여 베어링이 고착되어 원심 펌프의 구동이 멈추게 되고 원심 펌프 부품을 손상시킬 우려가 있다.

전술한 배경기술로서 설명된 내용은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 인정하는 것이라고 할 수는 없다.

실시예의 목적은, 베어링의 열손상을 방지할 수 있도록 베어링을 냉각시킬 수 있는 베어링 하우징을 구비하는 원심 펌프를 제공하는 것이다.

실시예들에서 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

실시예에 따른 원심 펌프에 대해 설명한다.

원심 펌프는, 내부에 복수의 임펠러를 다단으로 수용하고 유체를 흡입하는 흡입구와 토출하는 토출구가 형성되는 케이싱, 상기 케이싱 및 상기 복수의 임펠러를 관통하여 구비되고, 상기 임펠러의 회전을 위한 회전축, 상기 회전축을 회전 가능하게 지지하는 베어링이 수용되는 베어링 하우징, 및 상기 토출구에서 토출되는 토출 유체를 상기 베어링 하우징 내부에서 순환시키는 순환 유로와, 상기 토출구와 상기 순환 유로를 연결하는 공급관 및 상기 흡입구와 상기 순환 유로를 연결하는 배출관을 포함하고, 상기 베어링을 냉각시키는 냉각부를 포함하여 구성된다.

일 측에 따르면, 상기 순환 유로는 상기 베어링 하우징의 내부를 관통하도록 형성되며 상기 베어링 둘레를 따라 순환하도록 형성될 수 있다. 또는, 상기 순환 유로는 상기 베어링 하우징에서 상기 베어링 주변을 둘러싸는 재킷 형태를 가질 수 있다.

일 측에 따르면, 상기 베어링 하우징은 상기 케이싱의 양단부에 각각 구비되고, 상기 냉각부는 상기 토출구 및 상기 흡입구를 양단부에 구비되는 각각의 상기 베어링 하우징을 연결하도록 구비될 수 있다.

일 측에 따르면, 상기 냉각부는 상기 베어링 하우징에 외측에 설치되는 적어도 하나 이상의 냉각핀을 더 포함할 수 있다.

이상에서 본 바와 같이, 실시예들에 따르면, 베어링 하우징이 베어링을 수용하고 위치를 잡아주는 역할 및 베어링을 냉각시키는 역할을 하므로, 베어링의 열손상을 방지할 수 있다.

일 실시예에 따른 원심 펌프의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 일 실시예에 따른 원심 펌프의 측면도이다.
도 2는 도 1의 원심 펌프에서 일 측 베어링 하우징 쪽에서 본 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 베어링 하우징의 단면도이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 베어링 하우징의 사시도이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.

이하, 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

어느 하나의 실시예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시예에 기재한 설명은 다른 실시예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

이하에서는 도면을 참조하여 베어링 하우징(13)의 냉각이 가능한 원심 펌프(10)에 대해서 설명한다.

원심 펌프(10)는 임펠러(미도시)가 수용되는 케이싱(11)과, 임펠러의 회전을 위한 회전축(12)과, 회전축(12)의 회전을 지지하는 베어링(131)이 수용되는 베어링 하우징(13) 및 베어링(131)의 냉각을 위한 냉각부(14)를 포함하여 구성된다.

케이싱(11)은 유체를 흡입하는 흡입구(111)와 임펠러에 의해서 가압된 유체를 토출하는 토출구(112)가 형성된다. 흡입구(111)와 토출구(112)의 위치는 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.

회전축(12)은 케이싱(11) 및 복수의 임펠러를 관통하여 설치된다.

원심 펌프(10)는 복수의 임펠러가 하나의 회전축(12)에 의해서 구동되는 다단 펌프이다. 도면에서는 원심 펌프(10)를 3단으로 예시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 원심 펌프(10)의 단수는 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다. 그리고 회전축(12)은 원심 펌프(10)의 단수에 따라 그 길이가 결정된다.

회전축(12)의 양 단부에는 회전축(12)을 회전 가능하게 지지하는 베어링(131)이 설치되고, 베어링 하우징(13)의 베어링(131)의 위치를 유지하도록 설치된다.

냉각부(14)는 토출구(112)에서 토출되는 유체(이하, '토출 유체'라 함)를 베어링 하우징(13)으로 공급하여 베어링(131)을 냉각시킨다.

상세하게는, 냉각부(14)는 베어링 하우징(13) 내부에서 토출 유체를 순환시키는 순환 유로(142)와, 토출구(112)의 일측과 베어링 하우징(13)을 연결하는 공급관(141) 및 흡입구(111)의 일측과 베어링 하우징(13)을 연결하는 배출관(143)을 포함하여 구성된다.

회전축(12)의 양 단부에 각각 베어링 하우징(13)이 설치되므로, 냉각부(14)는 토출구(112) 및 흡입구(111)에서 양측의 베어링 하우징(13)에 연결된다. 도면에서는 도면 상에서 우측 베어링 하우징(13)과 좌측 베어링 하우징(13)에 연결되는 공급관(141, 141a)과 배출관(143, 143a)에 도면 부호를 구분하여 부여하였으나, 그 구성 및 역할을 동일하다. 이에, 이하에서는 우측 베어링 하우징(13)에 대해서만 공급관(141) 및 배출관(143)의 구성을 설명한다.

순환 유로(142)는 베어링 하우징(13) 내부에서 베어링(131) 주변으로 토출 유체가 순환할 수 있는 형태를 가진다. 예를 들어, 순환 유로(142)는 베어링 하우징(13)을 관통하여 형성되는 유로일 수 있다. 또는 순환 유로(142)는 베어링(131) 주변을 둘러싸되 토출 유체를 순환시킬 수 있는 재킷 형태를 가질 수 있다.

공급관(141)은 토출구(112)와 순환 유로(142)를 연결함으로써, 토출구(112)에서 토출되는 토출 유체의 압력에 의해서 토출 유체를 순환 유로(142)에 공급한다.

배출관(143)은 흡입구(111)와 순환 유로(142)를 연결함으로써, 순환 유로(142)보다 상대적으로 압력이 낮은 흡입구(111) 쪽으로 순환 유로(142) 내부의 유체를 유동시키게 된다.

여기서, 도면에서는 공급관(141) 및 배출관(143)을 각각 1개씩 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 공급관(141) 및 배출관(143)의 수는 2개 이상 복수 개가 구비될 수 있다. 또한, 공급관(141) 및 배출관(143)이 연결되는 위치 역시 도면에 의해 한정되지 않는다.

냉각부(14)는 베어링(131)의 냉각 효과를 높이기 위해서, 베어링 하우징(13) 주변에 냉각핀(144)를 구비할 수 있다. 예를 들어, 냉각핀(144)은 베어링 하우징(13)의 외측 방향을 향해 돌출되며 판 또는 핀 형상을 갖는다. 다만, 도면의 냉각핀(144)은 일 예시에 불과한 것으로, 냉각핀(144)의 위치 및 형상은 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다.

본 실시예에 따르면, 원심 펌프(10)의 토출구(112)와 베어링 하우징(13)을 연결시키고, 흡입구(111)와 베어링 하우징(13)을 연결시킴으로써, 별도의 구동원이나 펌프 없이도 토출 유체를 베어링 하우징(13)에 공급하여 베어링(131) 주변으로 순환시킬 수 있다. 즉, 냉각부(14)는 원심 펌프(10)에서 토출되는 토출 유체와 흡입되는 유체 사이의 압력을 이용하는 자연 순환 냉각 장치이고, 토출 유체가 베어링 하우징(13) 내부에서 자연 순환 및 열교환이 발생하여 베어링(131)을 냉각시키는 장치이다.

또한, 본 실시예들에 따르면, 원심 펌프(10)에서 토출되는 토출 유체를 베어링 하우징(13)에 제공함으로써, 토출 유체의 압력에 의해서 토출 유체가 베어링 하우징(13)을 순환하면서 베어링(131)을 냉각시킬 수 있다.

냉각부(14)는 토출 유체의 압력이 높을수록 베어링 하우징(13)을 순환하는 토출 유체의 유속이 빨라지므로, 토출 유체에 의한 베어링(131)의 냉각 효과가 증가된다. 마찬가지로, 토출 유체의 압력이 낮더라도, 순환 유로(142)에 공급되는 토출 유체의 유량이 많다면 토출 유체에 의한 베어링(131)의 냉각 효과가 증가된다.

여기서, 원심 펌프(10)의 단수가 증가하면 회전축(12)의 길이가 길어지고 베어링(131)에 가해지는 하중이 증가하면서, 베어링(131)에 발생하는 열도 증가하게 된다. 그러나, 원심 펌프(10)의 단수가 증가하면 양정, 즉, 토출 유체의 압력이 커지기 때문에 그만큼 베어링 하우징(13)에 공급 및 순환되는 토출 유체의 유속이 증가하면서 베어링(131)의 냉각 효과가 증가하게 된다. 따라서, 본 실시예에 따르면 원심 펌프(10)의 단수가 증가하더라도 그만큼 냉각부(14)에서의 베어링(131)의 냉각 효과가 증가하므로, 다단의 원심 펌프(10)에 대해서 충분하게 냉각시킬 수 있다.

또한, 본 실시예에 따르면 기존의 베어링 하우징(13)의 구조를 변경하지 않고 베어링(131)을 냉각시킬 수 있으므로, 원심 펌프(10)의 설계가 고도화되고, 고사양의 원심 펌프(10)를 제작하기 위해서 베어링(131)의 사이즈를 증가시키지 않고도 요구되는 사양을 만족시킬 수 있으므로 회전축(12) 등의 부품 구조의 변경이 불필요하고, 제조 비용의 상승을 방지할 수 있다.

이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 청구범위 뿐만 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

10: 원심 펌프
11: 케이싱
111: 흡입구
112: 토출구
12: 회전축
13: 베어링 하우징
131: 베어링
14: 냉각부
141, 141a: 공급관
142: 순환 유로
143, 143a: 배출관
144: 냉각핀

Claims (5)

1. 내부에 복수의 임펠러를 다단으로 수용하고 유체를 흡입하는 흡입구와 토출하는 토출구가 형성되는 케이싱;
   상기 케이싱 및 상기 복수의 임펠러를 관통하여 구비되고, 상기 임펠러의 회전을 위한 회전축;
   상기 회전축을 회전 가능하게 지지하는 베어링이 수용되는 베어링 하우징; 및
   상기 베어링 하우징 내부에 형성되는 순환 유로와, 상기 토출구와 상기 순환 유로를 연결하여 상기 토출구에서 토출되는 토출 유체를 상기 순환 유로에 공급하는 공급관 및 상기 흡입구와 상기 순환 유로를 연결하여 상기 순환 유로 내부의 유체를 배출시키는 배출관을 포함하고, 상기 토출 유체를 상기 순환 유로 내부에서 순환시킴에 따라 상기 베어링을 냉각시키는 냉각부;
   를 포함하고,
   상기 토출 유체의 압력과 상기 흡입구에서의 압력 사이의 압력 차에 의해서 상기 순환 유로 내부에서 자연 순환을 발생시키는 원심 펌프.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 순환 유로는 상기 베어링 하우징의 내부를 관통하도록 형성되며 상기 베어링 둘레를 따라 순환하도록 형성되는 원심 펌프.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 순환 유로는 상기 베어링 하우징에서 상기 베어링 주변을 둘러싸는 재킷 형태를 갖는 원심 펌프.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 베어링 하우징은 상기 케이싱의 양단부에 각각 구비되고,
   상기 냉각부는 상기 토출구 및 상기 흡입구를 양단부에 구비되는 각각의 상기 베어링 하우징을 연결하도록 구비되는 원심 펌프.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 냉각부는 상기 베어링 하우징에 외측에 설치되는 적어도 하나 이상의 냉각핀을 더 포함하는 원심 펌프.

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