KR102275999B1 - 추력 저감 기능을 가진 원심 펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원심 펌프의 구동시, 임펠러의 전면부분과 후면부분에 작용하는 정압 차이로 발생하는 축추력을 상쇄하기 위하여 축추력과 반대 방향으로 양력을 형성하여 축추력을 감소시킴으로써, 축방향 추력으로 인해 구동축의 지지 베어링이 파손되는 것을 방지할 수 있도록 한 것으로, 임펠러 구동시에 발생 되는 축방향의 추력을 상쇄하는 장치로서, 상기 임펠러의 유로에 축방향 추력이 작용하는 반대 방향으로 양력이 작용하도록 추력 저감 장치이 구비된 추력 저감 기능을 가진 원심 펌프가 제공된다.

Description

추력 저감 기능을 가진 원심 펌프{Centrifugal Pump Having Reduction Function Axial Thrust}

본 발명은 추력 저감 기능을 가진 원심 펌프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원심 펌프의 구동시, 임펠러의 전면부분과 후면부분에 작용하는 정압 차이로 발생하는 축추력을 상쇄하기 위하여 축추력과 반대 방향으로 양력을 형성하여 축추력을 감소시킴으로써, 축방향 추력으로 인해 구동축의 지지 베어링이 파손되는 것을 방지할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 도 1에 도시된 바와 같이 원심펌프(10)는 구동모터(도시되지 않음)와 연결되는 구동축(12)과, 상기 구동축(12)에 결합 되어 구동축(12)을 지지하는 지지베어링(도시되지 않음)과, 상기 구동축(12)에 하나 또는 복수 개가 다단으로 결합 되는 임펠러(14)와, 상기 임펠러(14)를 수용하는 상태로 밀폐하며 임펠러(14) 쪽으로 물을 유입되는 유입구와 임펠러(14)에 의해 압축된 물을 토출 하는 토출구가 형성되는 구조로 외관을 이루게 되는 펌프케이싱(16)을 포함하여 구성된다.

위와 같이 구성되는 일반적인 원심펌프(10)는 구동모터에 의해 구동축(12)을 회전시켜서 이와 연동하는 임펠러(14)를 회전시키고, 원심펌프(10)의 내부로 유입되는 물이 임펠러(14)를 거치는 동안 가압시켜 토출하게 된다. 이때 상기 임펠러(14)를 회전 구동시키는 경우에 임펠러(14)의 전면부분(18)과 후면부분(20)에 작용하는 정압 차이로 인해 구동축(12)이 도 1에 표시된 회살표(C) 방향으로 이동하려는 축추력이 발생한다.

위와 같이 축추력이 발생하게 되면, 축추력은 구동축(12)을 지지하고 있는 지지베어링으로 집중되어 지지베어링에 과도한 힘이 가해지게 됨으로써, 지지베어링이 파손되는 문제가 있었다. 이와 같이 상기 구동축(12)을 지지하고 있는 지지베어링이 파손되게 되면, 구동축(12)의 회전이 원활하게 이루어지지 않음은 물론, 그로 인해 구동축(12) 및 임펠러(14)가 변형되거나 균열이 발생 되어 원심펌프(10)로서의 기능이 상실되는 문제가 있었다.

대한민국공개특허공보 공개번호 10-2014-0108389호 대한민국공개특허공보 공개번호 10-2996-0001496호

본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 원심 펌프의 구동시, 임펠러의 전면부분과 후면부분에 작용하는 정압 차이로 발생하는 축추력을 상쇄하기 위하여 축추력과 반대 방향으로 양력을 형성하여 축추력을 감소시킴으로써, 축방향 추력으로 인해 구동축의 지지 베어링이 파손되는 것을 방지할 수 있도록 한 추력 저감 기능을 가진 원심 펌프를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 임펠러 구동시에 발생 되는 축방향의 추력을 상쇄하는 장치로서, 상기 임펠러의 유로에 축방향 추력이 작용하는 반대 방향으로 양력이 작용하도록 추력 저감 장치가 구비된 추력 저감 기능을 가진 원심 펌프를 통해 목적을 달성할 수 있다.

또한, 본 발명의 추력 저감 장치는 수평으로 배치되는 구동축을 기준으로 하여 임펠러 방향으로 형성하고, 임펠러의 물 흐름 방향으로 길이를 가지고 배치되는 구조가 바람직하다.

또한, 상기 추력 저감장치는 임펠러를 기준으로 하여 임펠러의 전면부분을 향하는 면이 밋밋한 평면부으로 형성되고, 상기 임펠러의 후면부분을 향하는 면은 곡면부로 형성되는 유선형의 날개로 이루어지는 추력 저감 기능을 가진 원심 펌프를 통해 목적을 달성할 수 있다.

본 발명에 따른 추력 저감 기능을 가진 원심 펌프를 사용하게 되면, 임펠러의 전면부분과 후면부분에 작용하는 정압 차이로 발생하는 축추력을 상쇄하기 위하여 축추력과 반대 방향으로 양력을 형성하여 축추력을 감소시킴으로써, 축방향 추력으로 인해 구동축의 지지 베어링이 파손되는 것을 방지할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

또한, 위와 같은 효과에 의해 원심펌프의 내구성은 물론, 사용 수명을 더 연장할 수 있는 효과도 기대할 수 있다.

도 1은 일반적인 원심 펌프의 구조를 예시한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 추력 저감 기능을 가진 원심 펌프의 구조를 예시한 단면도이다.
도 3은 도 2의 요부를 확대한 요부도이다.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 하나의 실시예로서 설명하는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

도 2에서는 본 발명에 따른 추력 저감 기능을 가진 원심 펌프의 구조를 예시한 단면도가 도시되어 있고, 도 3에서는 도 2의 요부를 확대한 요부도가 도시되어 있다.

먼저 도면에서 보듯이, 원심펌프(10)는 배경기술에서 설명하였듯이 구동모터와 연결되는 구동축(12)과, 상기 구동축(12)에 결합 되어 구동축(12)을 지지하는 지지베어링과, 상기 구동축(12)에 하나 또는 복수 개가 다단으로 결합 되는 임펠러(14)와, 상기 임펠러(14)를 수용하는 상태로 밀폐하게 되며 임펠러(14) 쪽으로 물이 유입되는 유입구와 임펠러(14)에 의해 압축된 물이 토출 되는 토출구를 형성되는 구조로 외관을 이루게 되는 펌프케이싱(16)을 포함하여 구성된다.

여기서, 본 발명은 임펠러(14)의 유로(22) 중앙에 추력 저감장치(24)가 설치된다. 특히, 상기 추력 저감장치(24)는 날개(26)로 이루어지며 구동축(12)을 기준으로 하여 직각을 이루는 수직 방향과 임펠러(14)의 물 흐름 방향으로 길이를 가지고 배치되며 임펠러(14)의 내면에 고정된다.

또한, 상기 추력 전감장치(24)인 날개(26)는 임펠러(14)의 유로(22)를 흐르는 물 흐름 방향(S)에 대하여 저항을 가장 적게 받을 수 있도록 하면서 화살표(C) 방향으로 이동하려는 축추력의 방향과 반대되는 방향으로 양력이 형성될 수 있는 구조로 이루어지는 것이 좋다.

위와 같은 축추력의 방향과 반대되는 방향으로 양력이 형성될 수 있는 조건을 만족하기 위한 날개(36)의 구조를 구체적으로 살펴보면, 먼저 임펠러(14)를 기준으로 하여 임펠러(14)의 전면부분(18)을 향하는 면은 밋밋한 평면(28)으로 형성되고, 임펠러(14)의 후면부분(20)을 향하는 면은 곡면(30)으로 형성되는 유선형의 구조가 가장 바람직하다. 또는, 물 흐르는 방향(S)으로 갈수록 단면적이 좁아지는 형태로 뾰족해지는 유선형이 가장 바람직하다.

앞서 설명된 바와 같이 임펠러(14)를 회전 구동시키는 경우, 임펠러(14)의 전면부분(18)과 후면부분(20)에 작용하는 정압 차이 구동축(12)이 화살표(C) 방향으로 이동하려는 축추력이 발생한다.

이때, 도 3에 도시된 바와 같이 임펠러(14)의 유로(22)를 흐르는 물이 날개(26)의 평면(28)과 곡면(30)을 각각 타고 흐르게 된다. 먼저, 날개(26)의 전면부분(18)을 향하는 영역에서는 물이 전면을 타고 흐를 때, 마찰 저항이 강하게 형성되어 물의 유속이 느려지게 되고 상대적으로 압력은 높아지게 됨으로써 정압을 형성하게 된다. 상기 날개(26)의 후면부분(20)을 향하는 영역에서는 물이 후면을 타고 흐를 때 마찰 저항이 약하게 형성되어 물의 유속은 빠르고 상대적으로 압력은 낮아지게 됨으로써 부압을 형성하게 된다.

따라서, 압력이 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 힘이 작용하는 원리에 의해 날개(34)는 상기 화살표(C) 방향으로 이동하려는 축추력의 반대 방향으로 양력이 작용하게 된다.

위와 같이 화살표(C) 방향으로 이동하려는 축추력은 반대 방향으로 작용하는 양력에 의해 화살표(C) 방향으로 이동하려는 축추력이 줄어들게 된다.

위와 같이 상기 화살표(C) 방향으로 이동하려는 축추력이 줄어들게 되면, 구동축을 지지하고 있는 지지베어링에 과도한 힘이 가해지게 것이 감소 되어 지지베어링이 파손되는 문제를 해소할 수 있게 되고, 그로 인해 원심펌프의 내구성은 물론, 사용 수명을 더 연장할 수 있게 된다.

더 나아가, 앞서 설명에서는 본 발명에 따른 추력 저감장치(24)가 임펠러(14)의 유로(22)에 형성되는 것으로 설명되었으나, 이는 설명을 위한 일 예에 불과하여 예를 들어 상기 추력 저감장치(24)가 구동축(12)에 직접 결합 되어 설치되는 것도 본 발명에 포함될 것이다.

본 발명은 상술한 설명에 한정되는 것은 아니고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 아니하는 범위 내에서 본 발명을 여러 가지 형태로 변경하여 실시할 수 있을 것이며, 그러한 변경 실시는 본 발명의 기술적 범위에 해당된다고 할 것이다.

10 : 원심펌프 12 : 구동축
14 : 임펠러 16 : 펌프케이싱
18 : 전면부분 20 : 후면부분
22 : 유로 24 : 추력 저감장치
26 : 날개 28 : 평면
30 : 곡면

Claims (3)

1. 임펠러 구동시에 발생 되는 축방향의 추력을 상쇄하는 장치로서,
   상기 임펠러의 유로에 축방향 추력이 작용하는 반대 방향으로 양력이 작용하도록 추력 저감장치가 구비되며,
   상기 추력 저감장치는 임펠러를 기준으로 하여 임펠러의 전면부분을 향하는 면이 밋밋한 평면부으로 형성되고, 상기 임펠러의 후면부분을 향하는 면은 곡면부로 형성되는 유선형의 날개로 이루어지는 것을 특징으로 하는 추력 저감 기능을 가진 원심 펌프.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 추력 저감장치는 수평으로 배치되는 구동축을 기준으로 하여 임펠러 방향으로 형성하고, 임펠러의 물 흐름 방향으로 길이를 가지고 배치되는 것을 특징으로 하는 추력 저감 기능을 가진 원심 펌프.
3. 삭제

Images