KR102309142B1 - 이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서 및 이를 구비한 펌프 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유체를 흡입하는 흡입구에 설치되어 이물질을 흡입하여 처리할 수 있는 이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서 및 이를 구비한 펌프에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서는 본 발명의 실시예에 따른 이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서는 유체가 흡입되는 유체흡입공, 상기 유체흡입공에서 상기 펌프가 위치하는 방향으로 갈수록 반경이 넓어지며 임펠러의 베인에 근접하는 내주면부, 및 상기 베인과 상기 내주면부의 사이에서 유속을 증대시켜 이물질의 흡입을 안내하도록 상기 유체흡입공에서 상기 내주면부의 외측 둘레까지 상기 내주면부에 나선형태로 형성되는 흡입가이드홈을 포함하고, 상기 베인과 상기 내주면부의 사이에 압력손실을 방지하도록 상기 흡입가이드홈과 상기 베인은 한 개 이상의 교차점을 갖는다. 따라서, 이물질을 용이하게 제거하여 펌프의 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서 및 이를 구비한 펌프{Suction inducer with sweep function and perm equipped with the same}
본 발명은 유체에 포함된 이물질을 흡입하여 처리할 수 있는 이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서 및 이를 구비한 펌프에 관한 것이다.
일반적으로 펌프는 유체를 이송하기 위한 장치로서, 유체에 이물질이 포함되어 흡입될 경우, 이물질이 임펠러에 감기거나, 펌프케이싱과 임펠러의 사이에 끼어 부하가 증대되거나, 임펠러의 회전이 멈춰 구동모터의 소손이 발생하거나, 펌프의 효율이 하락되는 문제점이 있었다.
이를 해결하기 위해 종래에는 한국등록특허공보 제10-1892052호(2018.8.27.공고)의 "이물질 걸림방지장치를 구비한 펌프"가 개시된 바가 있었다.
종래의 이물질 걸림방지장치를 구비한 펌프는 둘 이상의 베인을 갖는 임펠러가 설치된 펌프의 흡입구에 설치되어 상기 임펠러에 이물질이 끼임을 방지하는 이물질 걸림방지장치를 구비한 펌프에 있어서, 상기 이물질 걸림방지장치는 상기 흡입구에 설치되고 중앙에 유체가 흡입되는 흡입공이 관통 형성된 본체플레이트, 및 상기 둘 이상의 베인에 하나의 이물질이 동시에 삽입되어 상기 임펠러에 이물질의 끼임을 방지하도록 상기 흡입공의 내주에서 상기 흡입공의 중앙을 향해 돌출되어 둘 이상의 베인 중 어느 하나의 베인이 위치된 방향으로 이물질의 유입을 차단하는 이물질걸침부를 포함하여 구성되었다.
이러한 종래의 이물질 걸림방지장치를 구비한 펌프는 이물질걸침부를 통해 이물질의 유입을 차단함으로써, 이물질의 유입에 따른 펌프의 효율의 하락을 방지하거나, 부하의 증가에 따른 구동모터의 소손을 방지할 수 있었다.
하지만, 종래의 이물질 걸림방지장치를 구비한 펌프는 이뮬질의 유입만 차단하고 이물질이 절단되더라도 이물질이 임펠러와 차단판의 사이에 끼이면서, 부하가 증가되기 때문에 펌프의 효율이 하락되거나, 구동모터에 소손이 발생하는 문제점이 있었다.
또한, 이물질걸침부와 임펠러의 사이에 이물질이 끼이는 경우, 회전판이 회전하지만, 한 번 회전한 걸림판이 초기위치로 복귀하지는 못해 한 번 작동 후 더 이상 사용할 수 없는 문제점이 있었다.
또한, 이물질걸침부에 이물질이 걸려 잔류되면서, 이물질의 축적에 따라 흡입구가 협소해져 흡입성이 하락되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이물질의 흡입을 유도할 수 있는 흡입가이드홈이 형성되어 흡입인듀서와 임펠러의 사이에 이물질의 끼임을 최소화할 뿐만 아니라, 회전저지돌출부에 걸린 이물질이 회전하는 임펠러에 의해 절단되어 흡입되기 때문에 펌프의 효율이 하락되는 것을 방지하고, 부하의 증가에 따른 구동모터의 소손을 방지할 수 있는 이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서 및 이를 구비한 펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 회전저지돌출부가 힌지결합부에 의해 회전 가능하게 결합되어 흡입력의 소실 시에 회전저지돌출부가 하향 회전하며 회전저지돌출부에 걸린 이물질을 자중에 의해 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 회전저지돌출부가 탄성지지부에 의해 지지되어 임펠러와 회전저지돌출부의 사이에 절단이 어려운 이물질이 끼일 때, 임펠러의 회전력에 의해 회전저지돌출부가 충격되어 손상되는 것을 방지할 수 있는 이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서 및 이를 구비한 펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서는 유체가 흡입되는 유체흡입공, 상기 유체흡입공에서 상기 펌프가 위치하는 방향으로 갈수록 반경이 넓어지며 임펠러의 베인에 근접하는 내주면부, 및 상기 베인과 상기 내주면부의 사이에서 유속을 증대시켜 이물질의 흡입을 안내하도록 상기 유체흡입공에서 상기 내주면부의 외측 둘레까지 상기 내주면부에 나선형태로 형성되는 흡입가이드홈을 포함하고, 상기 베인과 상기 내주면부의 사이에 압력손실을 방지하도록 상기 흡입가이드홈과 상기 베인은 한 개 이상의 교차점을 갖는다.
상기 베인의 궤적에 대한 극좌표(r1, θ1)는 r1= a * b * θ1 (여기서, a는 상기 베인의 내경, b는 상기 베인의 외경)이고, 상기 흡입가이드홈의 중심선에 대한 극좌표(r2, θ2)는 r2= c * e^(d*θ2) (여기서, c는 상기 유체흡입공의 직경, d는 평면상에서 인듀서의 길이)를 만족하도록 설계되어 상기 베인과 상기 흡입가이드홈이 한 개 이상의 교차점을 가질 수 있다.
상기 임펠러에 의해 회전하는 이물질의 회전을 저지하여 상기 임펠러의 회전력에 의해 이물질의 흡입을 유도하도록 상기 유체흡입공의 둘레에서 상기 유체흡입공의 중심을 향해 돌출되는 회전저지돌출부를 포함할 수 있다.
상기 회전저지돌출부에서 상기 유체가 흡입되는 방향과 마주하는 면은 걸린 이물질이 용이하게 배출되도록 유체가 유입되는 방향을 향해 볼록한 곡면을 가질 수 있다.
상기 회전저지돌출부는 상기 회전저지돌출부에 걸린 이물질이 상기 흡입가이드홈을 통해 안내되어 흡입되도록 상기 흡입가이드홈에서 상기 유체흡입공에 위치하는 단부에 위치할 수 있다.
상기 회전저지돌출부는 상기 회전저지돌출부에 걸린 이물질에 의해 상기 임펠러의 회전이 정지되는 경우, 상기 회전저지돌출부 또는 상기 임펠러의 파손을 방지하도록 상기 회전저지돌출부를 상기 임펠러가 회전하는 방향에 대해 탄성적으로 지지하는 탄성지지부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서를 구비한 펌프는 상기한 실시예에 따른 이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서, 상기 흡입인듀서의 유체흡입공을 통해 유체를 흡입하고 흡입된 유체를 둘레로 토출하는 상기 임펠러, 상기 임펠러를 수용하며 상기 흡입인듀서가 설치되는 흡입구와 상기 흡입구로 흡입된 유체를 토출하는 토출구가 형성된 펌프케이싱, 및 상기 임펠러를 구동하는 구동모터를 포함한다.
본 발명에 따르면, 흡입인듀서 내주면부에 압력이 낮아져 이물질의 유입을 유도하는 흡입가이드홈이 형성되어 이물질을 흡입가이드홈으로 이동을 안내함으로써, 베인과 내주면부의 사이에 이물질이 끼임에 따라 부하가 증가하거나, 베인이 손상되는 것을 방지하여 펌프의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 회전저지돌출부가 형성되어 상대적으로 긴 길이의 이물질을 절단하여 흡입할 수 있을 뿐만 아니라, 회전저지돌출부가 흡입가이드홈의 시작단에 위치하여 회전저지돌출부와 임펠러에 의해 절단된 이물질이 흡입가이드홈을 통해 유입됨으로써, 이물질의 걸림에 따른 펌프의 효율이 하락되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 회전저지돌출부가 힌지결합부에 의해 상하로 회전 가능하게 결합되어 회전저지돌출부에 이물질이 걸려 쌓이는 경우, 흡입력이 해제되면 회전저지돌출부가 하향 회전하여 쌓였던 이물질을 자중에 의해 제거함으로써, 이물질의 쌓임에 따라 유체흡입공이 축소되는 것을 방지할 수 있기 때문에 펌프의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 회전저지돌출부가 탄성지지부에 의해 지지되어 회전저지돌출부와 임펠러의 사이에 이물질이 끼이는 경우, 회전저지돌출부가 휘어지면서 충격을 완화시켜 회전저지돌출부의 손상을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서를 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서를 도시한 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서의 흡입가이드홈의 유속을 시뮬레이션한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서를 도시한 측단면도이다.
도 6는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서를 도시한 평면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서를 구비한 펌프를 도시한 개략적인 측단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서를 구비한 펌프의 시험성적서이다.
도 9는 도 8의 시험성적서의 성능곡선을 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 설명하도록 한다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서(100)는 펌프케이싱(300)의 흡입구(310)에 설치되어 펌프케이싱(300)의 내부로 유체의 흡입을 안내할 수 있다.
이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서(100)는 유체흡입공(110)을 포함할 수 있다.
유체흡입공(110)은 실질적으로 유체가 흡입되는 구멍으로서 유체흡입공(110)은 흡입인듀서(100)의 중앙부분에 관통된 형태로 형성될 수 있다.
유체흡입공(110)의 직경은 하기에 설명할 임펠러(200)의 중앙에 형성되는 유체흡입반경보다 대응되는 직경을 갖거나, 유체흡입반경보다 작게 형성될 수 있다.
이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서(100)는 내주면부(120)를 포함할 수 있다.
내주면부(120)는 임펠러(200)의 베인(210)의 외측둘레에 근접하게 위치하여 회전하는 임펠러(200)와 베인(210)의 외측둘레를 밀폐하여 임펠러(200)의 베인(210)들의 중앙으로부터 흡입력을 발생할 수 있다.
내주면부(120)는 임펠러(200)가 회전하는 외측 둘레 형성과 대응되는 형상으로 형성될 수 있으며, 내주면부(120)는 유체흡입공(110)에서 임펠러(200)와 마주하는 둘레로 갈수록 반경이 점점 넓어지는 곡면을 가지도록 형성될 수 있다.
이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서(100)는 플랜지부(150)를 포함할 수 있다.
플랜지부(150)는 흡입인듀서(100)를 펌프케이싱(300)에 설치하기 위해 고정하는 부분으로서, 이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서(100)의 둘레에서 링판의 형태로 돌출될 수 있다,
플랜지부(150)에는 펌프케이싱(300)에 흡입인듀서(100)를 고정하기 위한 볼트를 체결하는 볼트체결공이 복수 개가 관통 형성될 수 있다.
이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서(100)는 흡입가이드홈(130)을 포함할 수 있다.
이 흡입가이드홈(130)은 유체흡입공(110)으로 유체가 흡입 시 임펠러(200)와 내주면부(120)의 사이에 끼인 이물질의 흡입을 안내할 수 있다.
흡입가이드홈(130)은 임펠러(200)의 회전에 따라 함께 회전하는 이물질이 가이드되면서 유체흡입공(110)으로 이물질이 유도되어 유입될 수 있도록 이물질의 흡입을 가이드할 수 있다.
그리고, 흡입가이드홈(130)은 임펠러(200)에 의해 유체가 회전하는 방향으로 유체의 흡입되기 때문에 내주면부(120)에서 흡입가이드홈(130)으로 인해 유체의 흐름이 발생하면서, 유속이 증대되기 때문에 이물질의 흡입성이 향상될 수 있다.
물론 상대적으로 크기가 작은 이물질도 유속이 빠른 흡입가이드홈(130)을 통해 유입되기 때문에 이물질의 걸림을 최소화할 수 있다.
흡입가이드홈(130)은 회전하는 임펠러(200)에 의해 함께 회전하는 이물질이 흡입가이드홈(130)에 가이드되면서 흡입가이드홈(130)을 따라 흡입되도록 내주면부(120)에 오목한 홈의 형태로 형성될 수 있으며, 흡입가이드홈(130)은 유체흡입공(110)에서 일단이 시작되어 외측으로 갈수록 반경이 점점 넓어지는 나선형태의 곡선으로 형성될 수 있다.
흡입가이드홈(130)은 임펠러(200)를 평면상에서 바라볼 때, 곡선으로 휘어진 베인(210)과 좌,우 대칭된 나선형태의 곡선을 가지도록 임펠러(200)에 형성될 수 있다.
한편, 흡입가이드홈(130)은 복수 개의 베인(210) 중 어느 하나는 흡입가이드홈(130)과 교차점(P)을 가지도록 형성되어 흡입가이드홈(130)으로 인해 내주면부(120)에서 흡입력이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
도 2를 참고하여, 흡입가이드홈(130)은 적어도 하나의 베인(210)이 흡입가이드홈(130)에 교차점(P)을 갖기 위해 하기위 공식에 의해 [수학식 1]과 [수학식 2]를 동시에 만족하도록 계산되어 설계될 수 있다.
상기 베인(210)의 궤적에 대한 극좌표(r1, θ1)는
[수학식 1]
r1 = a * b * θ1
(여기서, a는 상기 베인(210)의 내경, b는 상기 베인(210)의 외경)에 의해 계산될 수 있다.
상기 흡입가이드홈(130)의 중심선(CT)에 대한 극좌표(r2, θ2)는,
[수학식 2]
r2= c * e^(d*θ2)
(여기서, c는 상기 유체흡입공(110)의 직경, d는 평면상에서 흡입인듀서(100)의 외경)계산될 수 있다.
위와 같이 베인(210)의 궤적에 대한 극좌표를 수학식 1에 의해 계산하고, 흡입가이드홈(130)의 중심선(CT) 극좌표를 수학식 2에 의해 계산하여 수학식 1과 수학식 2를 만족하족할 경우, 하나의 베인(210)이 흡입가이드홈(130)에 적어도 1개 이상의 교차점(P)을 갖기 때문에 흡입가이드홈(130)의 형성으로 인한 압력손실을 최소화할 수 있다.
본 출원인은 흡입가이드홈(130)의 유속을 알아보기 위해 유체해석 프로그램인 ANSYS CFX 16.0 이용하여 시뮬레이션 하였다.
도 4에 도시된 바와 같이, (a)는 흡입가이드홈(130)을 형성하지 않은 흡입인듀서(100)을 나타낸 것이고, (b)는 흡입가이드홈(130)을 형성한 흡입인듀(100)를 타나낸 것으로서, 실시예에서와 같이, 내주면부(120) 중에서 흡입가이드홈(130)을 형성한 부분에 유속함에 따라 이물질이 흡입성이 향상됨을 알 수 있었다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서(100)는 회전저지돌출부(140)를 포함할 수 있다.
이 회전저지돌출부(140)는 유체흡입공(110)으로 흡입되는 이물질이 임펠러(200)의 회전에 따라 흡입되지 못하고 회전하는 경우, 이물질의 회전을 저지함으로써, 임펠러(200)의 회전력에 의해 이물질이 흡입되도록 이물질의 흡입을 유도할 수 있다.
예컨대, 상대적으로 크기가 큰 이물질의 경우, 임펠러(200)의 흡입력에 의해 흡입되지 못하고 임펠러(200)에 걸려 임펠러(200)와 함께 회전하는 데, 회전저지돌출부(140)는 회전하는 이물질의 회전을 저지시킴으로써, 임펠러(200)의 회전력에 의해 이물질이 흡입될 수 있도록 이물질의 흡입을 유도할 수 있다.
회전저지돌출부(140)는 유체흡입공(110)이 형성된 둘레에서 유체흡입공(110)의 중심을 향해 막대형태로 돌출되어 형성될 수 있다.
여기서, 회전저지돌출부(140)는 회전하는 임펠러(200)에 의해 회전하는 유체의 저항성을 최소화하고, 회전하는 유체의 회전을 유지하여 난류의 발생을 최소화하기 위해 유체흡입공(110)의 반경보다는 짧은 길이로 돌출되어 형성될 수 있다.
회전저지돌출부(140)는 이물질의 회전을 저지하여 이물질의 흡입을 유도하는 동시에 회전하는 임펠러(200)와 근접하게 배치되어 회전저지돌출부(140)에 걸린 이물질이 절단될 수 있으며, 회전저지돌출부(140)에서 임펠러(200)와 근접한 둘레는 걸린 이물질이 회전하는 임펠러(200)에 의해 용이하게 절단될 수 있도록 날카로운 커터날을 가질 수 있다.
여기서, 상대적으로 긴 이물질이 임펠러(200)에 의해 흡입될 경우, 임펠러(200)에 감기거나, 이물질이 끼어 부하가 증가됨에 따라 구동모터(400)에 소손이 발생하거나, 효율이 하락된다.
그러나 이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서(100)는 회전저지돌출부(140)에 의해 상대적으로 긴 이물질이 걸리면서 회전하는 임펠러(200)에 의해 절단되거나, 상대적으로 긴 이물질이 뭉쳐 흡입되는 것이 아니라, 회전저지돌출부(140)에 걸리면서 펼쳐져 유입되도록 함으로써, 이물질에 의한 걸림을 방지할 수도 있다.
한편, 회전저지돌출부(140)는 흡입되는 유체에 의한 저항성을 감소시키기 위해 유입되는 유체와 마주하는 면이 하부로 볼록한 곡면을 가지도록 형성될 수 있다.
그리고, 회전저지돌출부(140)는 걸린 이물질이 바로 흡입가이드홈(130)으로 유도되어 흡입될 수 있도록 유체가 유입되기 시작하는 흡입가이드홈(130)의 시작단에 회전저지돌출부(140)가 위치하여 회전저지돌출부(140)에 걸린 이물질이 흡입가이드홈(130)에 안내되면서 흡입될 수 있다.
이상에서 설명한 각 구성 간의 작용과, 효과를 설명하도록 한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서(100)는 유체흡입공(110)에서 임펠러(200)가 위치하는 방향으로 갈수록 직경이 넓어지는 형태의 내주면부(120)가 형성되며, 내주면부(120)에는 내주면부(120)에서 압력을 낮춰 유체에 포함된 이물질의 흡입을 유도하여 제거하기 위한 흡입가이드홈(130)히 형성된다.
흡입가이드홈(130)은 내주면부(120)의 압력손실을 최소화하기 위해 내주면부(120)에서 임펠러(200)의 베인(210)과 적어도 하나 이상의 교차점(P)을 가지도록 평면에서 바라볼 때, 유체유입구로부터 반경방향의 외측단까지 나선형태의 곡선을 가지도록 형성될 수 있다.
한편, 유체흡입공(110)에는 유체흡입공(110)의 중심을 향해 돌출되어 상대적으로 큰 이물질이 걸려 임펠러(200)와 함께 회전하는 것을 방지하여 임펠러(200)의 회전력에 의해 흡입을 유도하기 위한 회전저지돌출부(140)가 돌출되어 형성될 수 있다.
회전저지돌출부(140)는 유체흡입공(110)의 반경보다 짧은 길이로 돌출되어 형성될 수 있으며, 회전저지돌출부(140)에서 임펠러(200)와 마주하는 둘레는 걸린 이물질이 회전하는 임펠러(200)에 의해 용이하게 절단이 가능하도록 날카로운 커터날을 가질 수 있다.
회전저지돌출부(140)에서 유체의 유입방향과 마주하는 면은 하부로 볼록한 곡면을 가져 유체의 흡입에 대한 저항을 감소시킬 수 있다.
또한, 회전저지돌출부(140)는 걸린 이물질이 흡입가이드홈(130)을 통해 바로 흡입될 수 있도록 흡입가이드홈(130)에서 유체가 유입되는 시작단에 위치될 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제1 실시예에 따른 이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서(100)는 임펠러(200)에 의해 유체가 흡입되면, 유체흡입공(110)을 통해 유체가 유입된다.
그리고, 이물질이 함께 흡입되면서 이물질이 흡입되지 못하고 함께 회전하는 경우, 이물질이 회전저지돌출부(140)에 걸리면서, 회전이 저지되고 회전이 저지된 이물질은 회전하는 임펠러(200)에 의해 딸려 가면서 흡입된다.
이때, 회전저지돌출부(140)에 걸린 이물질은 흡입가이드홈(130)을 따라 흡입되며, 흡입가이드홈(130)은 유체가 흡입되는 방향으로 회전하도록 나선형태로 형성되기 때문에 흡입가이드홈(130)에서 유속이 증대됨에 따라 이물질의 흡입력을 향상시킬 수 있다.
한편, 흡입되는 유체에 상대적으로 긴 이물질은 회전하는 임펠러(200)에 의해 회전하면서 유체흡입공(110)으로 유입되는 데, 이때, 상대적으로 길이가 짧은 이물질은 흡입가이드홈(130)을 통해 바로 유입될 수 있지만, 상재적으로 길이가 긴 이물질은 회전저지돌출부(140)에 걸리고, 회전저지돌출부(140)에 걸린 이물질은 회전하는 임펠러(200)에 의해 절단되면서, 흡입가이드홈(130)을 통해 유입되어 이물질의 걸림을 방지할 수도 있다.
따라서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서(100)는 내주면부(120)에서 이물질의 흡입을 유도하는 흡입가이드홈(130)을 형성하여 유체에 포함된 이물질이 강제 흡입되어 제거되기 때문에 내주면부(120)에 이물질이 고착되어 베인(210)의 마모나 저항의 증가됨에 따라 펌프(500)의 성능이 하락되는 것을 방지함으로써, 펌프(500)의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 유체흡입공(110)에 회전저지돌출부(140)가 형성되어 상대적으로 크기가 큰 이물질이 임펠러(200)와 함께 회전하는 것을 저지하여 임펠러(200)의 회전에 의해 강제적으로 흡입되기 때문에 이물질의 흡입성을 향상시킬 수 있으며, 이물질의 걸림에 따른 펌프(500)의 효율이 하락을 방지하여 펌프(500)의 성능을 향상시킬 수 있다.
이하, 도면을 참고하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서(100)를 설명하도록 한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서(100)는 제1 실시예와 동일한 구성은 동일한 부호를 병기하고 동일한 구성은 작용과 효과가 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서(100)는 회전저지돌출부(140)에 특징이 있다.
제2 실시예에 따른 회전저지돌출부(140)는 회전저지돌출부(140)에 걸린 이물질이 제거되지 않을 경우, 걸린 이물질이 자중에 의해 회전저지돌출부(140)에서 흘러내려 배출시킬 수 있다.
회전저지돌출부(140)는 힌지결합부(141)를 포함할 수 있다.
힌지결합부(141)는 회전저지돌출부(140)에서 유체흡입공(110)에 위치하는 일단이 상하로 회전할 수 있도록 회전저지돌출부(140)의 타단을 회전 가능하게 결합할 수 있다.
힌지결합부(141)는 회전저지돌출부(140)의 끝단을 힌지핀에 의해 고정하는 형태로 회전저지돌출부(140)를 회전 가능하게 고정할 수 있다.
힌지결합부(141)에 결합된 회전저지돌출부(140)는 초기에 회전저지돌출부(140)의 유체흡입공(110)에서 하향된 상태로 위치하다가 유체흡입공(110)을 통해 유체의 흡입력이 발생하거나, 이물질이 회전저지돌출부(140)에 걸려 이물질이 흡입되는 흡입력에 의해 유체흡입공(110)의 중심을 향해 끝단이 위치하도록 회전하여 위치하여 회전하는 임펠러(200)에 의해 이물질을 절단한다.
반면, 유체흡입공(110)에서 유체를 흡입하는 흡입력이 사라지면, 회전저지돌출부(140)의 끝단은 다시 하향 회전하여 회전저지돌출부(140)에 걸린 이물질이 자중에 의해 회전저지돌출부(140)에서 흘러내리며 제거될 수 있다.
한편, 힌지결합부(141)는 유체흡입공(110)에서 흡입력이 발생하지 않으면, 회전저지돌출부(140)가 자중에 의해 하향 회전하되 하향 회전하는 각도를 제한하는 각도제한부(143)가 형성될 수 있다.
각도제한부(143)는 회전저지돌출부(140)가 유체흡입공(110)에 대해 수직으로 세워지는 것이 아니라, 유체흡입공(110)이 위치한 방향으로 기울어져 추후 유체흡입공(110)에서 흡입력이 발생하면 용이하게 흡입력에 의해 용이하게 회전하도록 구성될 수 있다.
이때, 각도제한부(143)는 유체의 흡입력에 의해 회전저지돌출부(140)가 유체흡입공(110)의 중심을 향해 회전한 상태를 기준으로 30°내지 80°의 각도로 하향되어 세워지도록 회전저지돌출부(140)의 세워지는 각도를 제한할 수 있다.
여기서, 회전저지돌출부(140)가 세워지는 각도가 30°미만인 경우에는 경사도가 작아 회전저지돌출부(140)에 걸린 이물질이 흘러내려 제거되는 것이 미미하며, 80°를 초과하는 경우, 유체 흡입력에 의한 회전저지돌출부(140)에 저항성이 작아 회전저지돌출부(140)가 유체흡입공(110)의 중심을 향해 회전하지 못할 수도 있다.
또한, 각도제한부(143)는 회전저지돌출부(140)의 하향된 위치를 제한할 뿐만 아니라, 유체흡입공(110)을 중심으로 상향 회전된 상태로의 각도도 제한할 수 있으며, 상향 회전된 상태에서는 유체흡입공(110)에 대해 직교되도록 상향 회전된 각도를 제한 할 수도 있다.
회전저지돌출부(140)는 탄성지지부(145)를 포함할 수 있다.
탄성지지부(145)는 회전저지돌출부(140)를 탄성력에 의해 지지하여 상대적으로 강도가 높은 이물질이 회전저지돌출부(140)와 임펠러(200)의 사이에 이물질이 절단되지 않고 걸림에 따라 임펠러(200)가 정지하는 경우, 임펠러(200)의 회전력에 의해 회전저지돌출부(140)가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
탄성지지부(145)는 임펠러(200)의 회전하는 방향으로 회전저지돌출부(140)에 미리 설정된 가압력 이상의 가압력이 작용하면, 회전저지돌출부(140)가 임펠러(200)의 회전 방향으로 휘어지면서, 회전저지돌출부(140)에 걸린 이물질이 회전저지돌출부(140)에서 이탈되거나, 회전저지돌출부(140)와 임펠러(200)의 사이에 걸린 이물질에 의해 임펠러(200)가 순간적으로 작동이 정지되는 경우, 회전저지돌출부(140)에 가해지는 충격을 완화시켜 회전저지돌출부(140)가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
탄성지지부(145)는 일단이 힌지결합부(141)에 의해 회전 가능하게 결합되고, 타단에는 탄성스프링이 설치되며, 탄성스프링에 회전저지돌출부(140)가 연결되는 형태로 설치되어 회전저지돌출부(140)를 탄성적으로 지지할 수 있다.
여기서, 탄성스프링은 회전저지돌출부(140)에 탄성지지부(145)가 마주하는 부분에 스프링공을 관통형성하고, 스프링공에 탄성스프링이 삽입되어 끼워지는 형태로 설치되어 탄성적으로 회전저지돌출부(140)를 지지할 수 있으며, 탄성스프링은 압축된 상태의 압축코일스프링으로 구현될 수 있다.
이렇게 구성된 본 발명의 제2 실시예에 따른 이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서(100)는 유체흡입공(110)을 통해 흡입력이 발생하지 않으면, 유체흡입공(110)에 대해 세워진 상태로 회전저지돌출부(140)가 위치하다가 유체흡입공(110)에 흡입력이 발생하면, 회전저지돌출부(140)가 흡입력에 의해 유체흡입공(110)의 중심을 향해 상향 회전하고, 이물질이 걸리는 경우, 회전하는 임펠러(200)에 의해 이물질을 절단하여 흡입가이드홈(130)을 통해 절단된 이물질을 흡입한다.
한편, 상대적으로 길이가 긴 이물질 또는 강도가 강한 이물질이 미 절단되어 회전저지돌출부(140)와 임펠러(200)의 사이에 걸리는 경우, 임펠러(200)의 회전력에 의한 충격이 이물질을 통해 회전저지돌출부(140)로 전달되고, 회전저지돌출부(140)는 탄성지지부(145)의 탄성력에 의해 회전저지돌출부(140)가 휘어지면서 걸린 이물질이 회전저지돌출부(140)에서 이탈됨에 따라 회전저지돌출부(140)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 유체흡입공(110)에 흡입력이 사라지는 경우, 회전저지돌출부(140)는 힌지결합부(141)를 중심으로 자중에 의해 하향 회전되고, 회전저지돌출부(140)에 걸렸던 이물질이 자중에 의해 흘러내려가 회전저지돌출부(140)에서 제거되어 걸린 이물질을 청소할 수 있다.
따라서, 제2 실시예에 따른 이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서(100)는 흡입력이 해제되면 회전저지돌출부(140)가 하향 회전하면서, 걸렸던 이물질을 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 회전저지돌출부(140)와 임펠러(200)의 사이에 이물질이 걸려 과도한 충격이 회전저지돌출부(140)에 가해지는 경우, 탄성지지부(145)에 의해 회전저지돌출부(140)가 휘어지면서 이물질이 이탈되어 회전저지돌출부(140)의 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서를 구비한 펌프(500)를 설명하도록 한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서를 구비한 펌프(500)는 제1 실시예 또는 제2 실시예에 따른 이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서(100)를 포함할 수 있으며, 펌프케이싱(300), 구동모터(400), 임펠러(200)를 더 포함할 수 있다.
임펠러(200)는 회전력에 의해 유체를 흡입하여 토출할 수 있으며, 임펠러(200)는 중앙에서 유체를 흡입하고, 흡입된 유체를 둘레로 토출할 수 있다.
임펠러(200)는 방사상으로 복수 개의 베인(210)이 설치되거나, 하나의 베인(210)이 형성될 수 있으며, 하나의 베인(210)이 형성될 경우에는 평면에서 바라볼 때, 흡입가이드홈(130)이 하나의 베인(210)과 점대칭된 형태로 형성될 수 있다.
펌프케이싱(300)은 임펠러(200)가 내부에 수용될 수 있으며, 펌프케이싱(300)에는 임펠러(200)에 의해 유체가 흡입되는 흡입구(310)와 흡입된 유체를 토출하는 토출구(330)가 형성될 수 있다.
흡입구(310)에는 상기한 제1 또는 제2 실시예에 다른 이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서(100)가 설치될 수 있으며, 흡입구(310)와 마주하는 부분에는 임펠러(200)가 설치될 수 있다.
이때, 임펠러(200)의 전체적인 외형은 이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서(100)의 내주면부(120)와 대응되는 형상으로 형성되어 임펠러(200)의 베인(210)의 부분이 흡입인듀서(100)의 내주면부(120)에 일부 삽입된 상태에서 회전할 수 있다.
구동모터(400)는 펌프케이싱(300)의 외부에 설치될 수 있으며, 구동모터(400)는 유체의 유입을 방지하기 위해 유체를 기밀하는 펌프케이싱(300)에 감싸진 형태일 수 있으며, 구동모터(400)는 펌프케이싱(300)에 결합되거나, 집수정의 외부에 서 구동축이 임펠러(200)에 결합되는 형태로 구성될 수도 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서를 구비한 펌프(500)는 구동모터(400)에 의해 임펠러(200)가 회전하면, 임펠러(200)에서 흡입력이 발생하면서, 흡입인듀서(100)의 유체흡입공(110)으로 유체가 유입되어 펌프케이싱(300)의 내부로 유입되며, 펌프케이싱(300)의 내부로 유입된 유체는 펌프케이싱(300)의 토출구(330)를 통해 토출된다.
한편, 유체에 이물질이 혼합되어 유입되는 경우, 이물질은 흡입인듀서(100)의 상대적으로 유속이 빠른 흡입가이드홈(130)을 통해 유입되고, 흡입가이드홈(130)으로 유입되는 이물질도 펌프케이싱(300)의 내부로 유입되면서 유체와 함께 토출구(330)로 토출된다.
여기서, 상대적으로 큰 이물질은 임펠러(200)와 함께 회전하다가 회전저지돌출부(140)에 걸리면, 회전하는 임펠러(200)에 의해 강제적으로 딸려 흡입가이드홈(130)을 통해 펌프케이싱(300)의 내부로 유입되어 제거된다.
물론, 이물질이 회전저지돌출부(140)에 걸린 경우, 회전저지돌출부(140)의 커터날에 의해 절단되어 흡입될 수도 있다.
제2 실시예에 따른 흡입인듀서(100)가 설치된 경우에는 흡입력이 해제되면, 회전저지돌출부(140)가 하향 회전하면서, 회전저지돌출부(140)에 잔류되었던 이물질이 자중에 의해 탈락되어 제거되고, 임펠러(200)와 회전저지돌출부(140)의 사이에 이물질이 걸리는 경우, 회전저지돌출부(140)가 탄성지지부(145)에 의해 휘어지면서, 이물질이 제거되어 임펠러(200)의 회전력에 의해 회전저지돌출부(140)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
본 출원인은 이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서 및 이를 구비한 펌프의 성능을 확인하기 위해 한국기계전기전자시험연구원에 성능시험을 의뢰하였으며, 시험성적서를 도 8에 첨부하였고, 시험성적에 따른 성능곡선을 도 9에 나타내었다.
시험방법은 KS B 6301:2015.12.24. 개정에 맞춰 시험하였으며, 시험규격은 출원인의 시제품인 50FNP-15, 50mm, 200V, 11A, 1.5kW의 동력을 갖는 펌프에 실시예의 흡입인듀서를 적용한 것을 나타내었고, 비교예는 일반 임펠러를 적용한 것을 타나내었다.
도 9의 그래프에서 보는 바와 같이, 토출량이 0.35(m3/min)까지는 비교예보다 실시예가 높은 것으로 나타났으며, 실시예의 축동력은 비교예보다 다소 높지만 펌프의 효율은 비교예보다 더 높은 것으로 나타났다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서를 구비한 펌프(500)는 유체의 흡입 시 이물질이 유입되는 경우, 흡입인듀서(100)의 내주면부(120)에 형성된 상대적으로 유속이 빠른 흡입가이드홈(130)을 통해 이물질이 유입됨으로써, 이물질이 끼임을 최소화하여 이물질에 끼임에 따른 부하의 발생을 방지하여 펌프(500)의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상대적으로 긴 이물질이 유체에 포함되어 유입되는 경우, 이물질이 회전저지돌출부(140)에 걸쳐지면서 임펠러(200)에 의해 절단되어 이물질의 걸림을 최소화하여 펌프(500)의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 회전저지돌출부(140)에 이물질이 잔류하더라도 회전저지돌출부(140)가 힌지결합부(141)에 의해 회전 가능하게 결합되어 회전저지돌출부(140)가 자중에 의해 하향 회전되어 잔류된 이물질을 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 회전저지돌출부(140)가 탄성지지부(145)에 의해 지지되어 과도한 외력에 의해 회전저지돌출부(140)에 충격이 가해지는 경우, 회전저지돌출부(140)가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.
100: 흡입인듀서 110: 유체흡입공
120: 내주면부 130: 흡입가이드홈
140: 회전저지돌출부 141: 힌지결합부
143: 각도제한부 145: 탄성지지부
150: 플랜지부 200: 임펠러
210: 베인 300: 펌프케이싱
310: 흡입구 330: 토출구
400: 구동모터 500: 펌프

Claims (7)

  1. 유체가 흡입되는 유체흡입공,
    상기 유체흡입공에서 펌프가 위치하는 방향으로 갈수록 반경이 넓어지며 임펠러의 베인에 근접하는 내주면부, 및
    상기 베인과 상기 내주면부의 사이에서 유속을 증대시켜 이물질의 흡입을 안내하도록 상기 유체흡입공에서 상기 내주면부의 외측 둘레까지 상기 내주면부에 나선형태로 형성되는 흡입가이드홈을 포함하고,
    상기 베인과 상기 내주면부의 사이에 압력손실을 방지하도록 상기 흡입가이드홈과 상기 베인은 한 개 이상의 교차점을 갖으며,
    상기 베인의 궤적에 대한 극좌표(r1, θ1)는
    r1= a * b * θ1 (여기서, a는 상기 베인의 내경, b는 상기 베인의 외경)이고,
    상기 흡입가이드홈의 중심선에 대한 극좌표(r2, θ2)는
    r2= c * e^(d*θ2) (여기서, c는 상기 유체흡입공의 직경, d는 평면상에서 흡입인듀서의 외경)를 만족하도록 설계되어 상기 베인과 상기 흡입가이드홈이 한 개 이상의 교차점을 갖는 것을 특징으로 하는 이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 임펠러에 의해 회전하는 이물질의 회전을 저지하여 상기 임펠러의 회전력에 의해 이물질의 흡입을 유도하도록 상기 유체흡입공의 둘레에서 상기 유체흡입공의 중심을 향해 돌출되는 회전저지돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 회전저지돌출부에서 상기 유체가 흡입되는 방향과 마주하는 면은 걸린 이물질이 용이하게 배출되도록 유체가 유입되는 방향을 향해 볼록한 곡면을 갖는 것을 특징으로 하는 이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 회전저지돌출부는
    상기 회전저지돌출부에 걸린 이물질이 상기 흡입가이드홈을 통해 안내되어 흡입되도록 상기 흡입가이드홈에서 상기 유체흡입공에 위치하는 단부에 위치하는 것을 특징으로 하는 이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 회전저지돌출부는
    상기 회전저지돌출부에 걸린 이물질에 의해 상기 임펠러의 회전이 정지되는 경우, 상기 회전저지돌출부 또는 상기 임펠러의 파손을 방지하도록 상기 회전저지돌출부를 상기 임펠러가 회전하는 방향에 대해 탄성적으로 지지하는 탄성지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서.
  7. 제1항에 기재된 이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서,
    상기 흡입인듀서의 유체흡입공을 통해 유체를 흡입하고 흡입된 유체를 둘레로 토출하는 상기 임펠러,
    상기 임펠러를 수용하며 상기 흡입인듀서가 설치되는 흡입구와 상기 흡입구로 흡입된 유체를 토출하는 토출구가 형성된 펌프케이싱, 및
    상기 임펠러를 구동하는 구동모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서를 구비한 펌프.
KR1020210005352A 2021-01-14 2021-01-14 이물질의 흡입성을 향상시킨 흡입인듀서 및 이를 구비한 펌프 KR102309142B1 (ko)

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