KR102313450B1 - 원심펌프 - Google Patents

Abstract

본 실시예는 원심펌프에 관한 것이다. 일 측면에 따른 원심펌프는, 내측에 공간이 형성되며, 흡입구와 토출구를 포함하는 하우징; 상기 공간에 배치되는 임펠러; 상기 하우징의 상면에 배치되는 모터 마운트; 및 상기 임펠러를 회전시키는 샤프트를 포함한다.

Description

원심펌프{CENTRIFUGAL PUMP}

본 실시예는 원심펌프에 관한 것이다.

펌프는 임펠러의 회전에 의해 유체를 고압으로 송출하는 장치이다.

펌프는 하우징, 임펠러 및 모터를 포함한다.

하우징에는 흡입구와 토출구가 형성되고, 내부에는 임펠러가 회전 가능한 구조로 배치된다. 따라서, 흡입구를 통해 유체 유입 시, 임펠러의 회전에 의해 가압된 유체가 토출구를 통해 하우징의 외부로 배출되는 구조이다.

종래 기술에 따른 펌프는, 하우징과 임펠러 사이, 하우징 내 유체 유동 공간에 다수의 공간이 발생되어, 임펠러의 회전이 저항을 받을 뿐만 아니라, 펌핑 효율이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 제안된 것으로서, 임펠러의 회전 저항 및 펌핑 효율 저하를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 임펠러가 회전할 때 유체를 볼류트실로 용이하게 유도할 수 있는 원심펌프를 제공하는 데 목적이 있다.

본 실시예에 따른 원심펌프는, 내측에 공간이 형성되며, 흡입구와 토출구를 포함하는 하우징; 상기 공간에 배치되는 임펠러; 상기 하우징의 상면에 배치되는 모터 마운트; 및 상기 임펠러를 회전시키는 샤프트를 포함한다.

본 실시예를 통해, 유체가 누설되는 것을 방지할 수 있어 펌핑 효율이 향상되고, 펌프 내 다양한 구성들을 컴팩트하게 결합시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원심펌프의 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 원심펌프의 분해 사시도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 임펠러의 사시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 임펠러의 단면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 하우징의 단면도.
도 6 은 다양한 설계 조건에 따른 하우징의 형상을 비교한 도면.
도 7은 도 6의 설계 조건으로 펌프의 효율 및 누설유량을 비교한 그래프.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 하우징 내 임펠러의 배치 구조를 설명하기 위한 단면도.
도 9는 볼류트실과 흡입 유로 간 간격에 따른 하우징 내 유체 유동의 흐름을 비교한 도면.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 임펠러 내 베인을 도시한 사시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, “A 및(와) B, C중 적어도 하나(또는 한 개 이상)”로 기재되는 경우 A,B,C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나이상을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예의 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 등으로 한정되지 않는다.

그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐 만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속＇되는 경우도 포함할 수 있다.

또한, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐 만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원심펌프의 사시도 이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 원심펌프의 분해 사시도 이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 임펠러의 사시도 이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 임펠러의 단면도 이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 하우징의 단면도 이고, 도 6 은 다양한 설계 조건에 따른 하우징의 형상을 비교한 도면이고, 도 7은 도 6의 설계 조건으로 펌프의 효율 및 누설유량을 비교한 그래프이며, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 하우징 내 임펠러의 배치 구조를 설명하기 위한 단면도 이고, 도 9는 볼류트실과 흡입 유로 간 간격에 따른 하우징 내 유체 유동의 흐름을 비교한 도면이다.

도 1 내지 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 원심펌프(10)는, 하우징(100), 모터 마운트(200), 샤프트(300) 및 임펠러(400)를 포함할 수 있다.

상기 하우징(100)은 일측에 유체가 유입되는 흡입구(102)가 형성되고, 타측에 유입된 유체가 토출되는 토출구(104)가 형성될 수 있다. 상기 하우징(100) 내에는 상기 임펠러(400)가 배치되는 공간(110)이 형성될 수 있다.

상기 모터 마운트(200)는 상기 하우징(100)의 상면에 결합되며, 상부에 모터가 결합될 수 있다. 상기 모터 마운트(200)는 상기 하우징(100)과 스크류를 통해 나사 결합될 수 있다.

상기 샤프트(300)는 상단이 상기 모터와 결합되고, 하단이 상기 임펠러(400)와 결합될 수 있다. 따라서, 상기 모터의 구동력에 의해 회전하게 되고, 상기 임펠러(400)를 회전시킬 수 있다.

상기 임펠러(400)는 전방 슈라우드(420)와, 후방 슈라우드(410) 사이에 다수개의 베인(430)이 배치되는 구조이며, 상, 하면이 개구될 수 있다. 상기 후방 슈라우드(410)의 중앙에는 상기 샤프트(300)가 결합되는 결합홀(442)이 형성될 수 있다. 상기 전방 슈라우드(420)의 상면에는 상기 결합홀(442)의 둘레를 형성하며, 타 영역보다 상방으로 돌출되는 돌출 영역(440)이 형성될 수 있다. 또한, 상기 전방 슈라우드(420)의 하면에는 하방으로 돌출되는 제1가이드(460)가 형성될 수 있다. 상기 제1가이드(460)는 상기 돌출 영역(440)의 외측에 배치되며, 상기 돌출 영역(440)과 반경 방향으로 이격될 수 있다.

상기 후방 슈라우드(410)의 상면에는 개구의 가장자리를 형성하며, 상방으로 돌출되는 제2가이드(450)가 형성될 수 있다.

상기 하우징(100) 내에는 상기 임펠러(400)가 배치되는 공간(110)이 형성될 수 있다. 상기 공간(110)은 상기 흡입구(102) 및 상기 토출구(104)와 연통될 수 있다. 따라서, 상기 흡입구(102)를 통해 상기 하우징(100) 내로 유입된 유체는 상기 공간(110)을 통과하여 상기 토출구(104)로 토출될 수 있다.

상기 흡입구(102)는 상기 하우징(100)의 외면에 배치되는 일단과, 상기 공간(110)과 연결되는 타단을 포함할 수 있다. 여기서 상기 일단의 단면적(D1)은 상기 타단의 단면적(D2) 보다 크게 형성될 수 있다.

상기 공간(110)은 상기 흡입구(102)의 타단과 연결되는 제1영역(112), 상기 제1영역(112)의 상측에 배치되는 제2영역(114), 상기 제2영역(114)의 상측에 배치되는 제3영역(116), 상기 제3영역(116)의 상측에 배치되는 제4영역(118)을 포함할 수 있다. 상기 제1영역(112)의 단면적은 상기 제2영역(114)의 단면적 보다 작게 형성될 수 있다. 상기 제3영역(116)의 단면적은 상기 제2영역(114)의 단면적 보다 작고, 상기 제1영역(112)의 단면적 보다 크게 형성될 수 있다. 상기 제4영역(118)의 단면적은 상기 제3영역(116)의 단면적 보다 크고, 상기 제2영역(114)의 단면적 보다 작게 형성될 수 있다.

상기 임펠러(400)의 제1가이드(460)의 적어도 일부는 상기 제1영역(112)의 내측에 배치될 수 있다. 상기 제1가이드(460)의 외면에는 타 영역보다 내측으로 함몰 형성되는 제1가이드홈(462)이 형성될 수 있다. 따라서, 상기 제1가이드홈(462)의 바닥면이 상기 제1영역(112)의 내주면에 접촉될 수 있다.

상기 임펠러(400)의 제2가이드(450)의 적어도 일부는 상기 제4영역(118)의 내측에 배치될 수 있다. 상기 제2가이드(450)의 외면에는 타 영역보다 내측으로 함몰 형성되는 제2가이드홈(452)이 형성될 수 있다. 따라서, 상기 제2가이드홈(452)의 바닥면이 상기 제4영역(118)의 내주면에 접촉될 수 있다.

한편, 상기 공간(110)의 내면과 상기 임펠러(400)의 사이로 유체의 누설이 발생되는 것을 방지하기 위해, 본 실시예에 따른 제1가이드(460)의 외면과, 제2가이드(450)의 외면에는 도 8에 도시된 바와 같이, 누설 방지 구조가 구비될 수 있다.

상세히, 상기 제1가이드(460)의 외면에는, 외측으로 돌출되는 제1리브(463)가 형성될 수 있다. 상기 제1리브(463)는 상기 제1가이드(460)의 외주면 하단에 배치될 수 있다. 상기 제1리브(463)의 상단과 상기 제1가이드(460)의 측면을 연결하는 모서리 영역에는 곡면이 형성될 수 있다.

그리고, 상기 제1리브(463)와 마주하는 상기 제1영역(112)의 내면에는 상기 제1리브(463)가 결합되는 제1홈(112a)이 형성될 수 있다. 상기 제1홈(112a)은 상기 제1리브(463)의 형상에 대응되게 형성될 수 있다. 상기 제1영역(112)의 내면 타 영역과 상기 제1홈(112a)을 연결하는 모서리 영역에는 곡면이 형성될 수 있다.

상기 제2가이드(450)의 외면에는, 외측으로 돌출되는 제2리브(454)가 형성될 수 있다. 상기 제2리브(454)는 상기 제2가이드(450)의 외주면 상단에 배치될 수 있다. 상기 제2리브(454)의 상단과 상기 제2가이드(450)의 측면을 연결하는 모서리 영역에는 곡면이 형성될 수 있다.

그리고, 상기 제2리브(454)와 마주하는 상기 제4영역(118)의 내면에는 상기 제2리브(454)가 결합되는 제2홈(118a)이 형성될 수 있다. 상기 제2홈(118a)은 상기 제2리브(454)의 형상에 대응되게 형성될 수 있다. 상기 제4영역(118)의 내면 타 영역과 상기 제2홈(118a)을 연결하는 모서리 영역에는 곡면이 형성될 수 있다.

이에 추가로, 상기 제1홈(112a)의 바닥면과 상기 제1리브(463)의 외면 사이, 상기 제2홈(118a)의 바닥면과 상기 제2리브(454)의 외면 사이에는 고무 재질의 실링부재가 추가로 배치되어, 상기 임펠러(400)와 상기 하우징(100)의 내면 사이로 유체가 누설되는 것을 방지할 수 있다. 상기 실링부재에는 견고한 고정력을 유지하기 위해, 상기 임펠러(400)와 마주하는 면 및 상기 하우징(100)의 내면과 마주하는 면에 각각 외면으로부터 돌출되는 다수의 돌기를 형성할 수 있다.

한편, 상기 제2영역(114)의 바닥면에는 도 5에 도시된 바와 같이, 하방으로 갈수록 단면적이 작아지는 형상의 경사면이 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2영역(114) 내 볼류트실(115)의 단면 형상은 원형일 수 있다. 본 실시예에 따른 상기 원심펌프(10)는 상기 흡입구(102)가 형성되는 흡입 유로와, 상기 토출구(104)가 형성되는 토출 유로가 일직선 상에 배치되는데, 상기 볼류트실(115)의 단면 형상을 원형으로 형성함으로써, 상기 흡입 유로와 상기 볼류트실(115)이 간섭되지 않은 구조를 형성할 수 있다. 원형의 볼류트실(115)은 상기 제3영역(116) 보다 축방향에 수직인 방향을 기준으로 외측에 배치될 수 있다.

나아가, 상기 볼류트실(115)과 상기 흡입 유로 간 두께는 15mm일 수 있다. 상기 볼류트실(115)과 상기 흡입 유로 간 두께가 너무 얇을 경우 상기 하우징(100)의 내구성에 문제가 되고, 상기 볼류트실(115)과 상기 흡입 유로 간 두께가 두꺼울 경우 도 9에서와 같이 유체의 유동 효율이 떨어지는 문제점이 있다.

따라서, 상기 볼류트실(115)의 내면으로부터 상기 흡입 유로까지의 최단 거리를 15mm로 형성하여 상기 하우징(100) 내 유체의 유동 효율을 향상시킬 수 있다.

한편, 도 6 및 7에 도시된 바와 같이, 상기 제2영역(114)의 직경은 375.182mm 이고, 상기 볼류트실(115)의 최대 단면적은 6045.796mm² 이며, 상기 제1영역(112)의 하단으로부터 상기 베인(430)의 최상단까지의 상하 방향 높이는 45.409mm 이고, 상기 베인(430)의 최상단으로부터 상기 제4영역(118)의 상단까지의 상하 방향 높이는 50.900mm 일 수 있다.

이는 도 6 및 7에 도시된 Case 11의 설계 조건을 구체화한 것으로, Case 11 모델이 280 CMH 기준 효율이 기존 모델 대비 2.9% 향상되었고, 유량의 변화에 따라 양정의 변화가 완만한 더 안정적인 양정-유량 특성이 나타난 것을 확인할 수 있다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 임펠러 내 베인을 도시한 사시도 이다.

도 10을 참조하면, 상기 전방 슈라우드(420)의 상면으로부터 돌출되는 상기 베인(430)은 3개의 영역으로 구획할 수 있다. 상기 3개의 영역은 상기 전방 슈라우드(420)의 상면에 배치되는 허브면(436), 상기 베인(320)의 상단을 형성하는 슈라우드면(432)과, 중간면(434)을 포함할 수 있다. 상기 중간면(434)은 상기 베인(430)의 일단에서 상기 허브면(436)과 상기 슈라우드면(432)을 상하 방향을 기준으로 1/2을 형성하는 지점으로부터 상기 베인(430)의 타단에서 상기 허브면(436)과 상기 슈라우드면(432)을 상하 방향을 기준으로 1/2을 형성하는 지점을 연결하는 면으로 정의할 수 있다.

본 실싱에 따른 상기 베인(430)은 상기 중간면(434)의 길이가 상기 허브면(436) 보다 길고, 상기 슈라우드면(432) 보다 짧게 형성될 수 있다. 상기와 같은 구조에 의해, 상기 임페러(400) 내 유체의 유동이 원활하게 이루어질 수 있다.

이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 '포함하다', '구성하다' 또는 '가지다' 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (5)

1. 내측에 공간이 형성되며, 흡입구와 토출구를 포함하는 하우징;
   상기 공간에 배치되는 임펠러;
   상기 하우징의 상면에 배치되는 모터 마운트; 및
   상기 임펠러를 회전시키는 샤프트를 포함하고,
   상기 공간은,
   상기 흡입구와 연통되는 제1영역;
   상기 제1영역의 상부에 배치되는 제2영역;
   상기 제2영역의 상부에 배치되는 제3영역; 및
   상기 제3영역의 상부에 배치되는 제4영역을 포함하고,
   상기 임펠러는,
   전방 슈라우드;
   상기 전방 슈라우드의 상부에 배치되는 후방 슈라우드;
   상기 전방 슈라우드와 상기 후방 슈라우드 사이에 배치되는 베인;
   상기 전방 슈라우드의 하면으로부터 하방으로 돌출되며, 적어도 일부가 상기 제1영역의 내측에 배치되는 제1가이드; 및
   상기 후방 슈라우드의 상면으로부터 상방으로 돌출되며, 적어도 일부가 상기 제4영역의 내측에 배치되는 제2가이드를 포함하고,
   상기 제1가이드는 측면 하단으로부터 외측으로 돌출되는 제1리브가 형성되고,
   상기 제1영역의 내면 중 상기 제1리브와 마주하는 영역에는 상기 제1리브가 결합되는 제1홈이 배치되며,
   상기 제2가이드는 측면 상단으로부터 외측으로 돌출되는 제2리브가 형성되고,
   상기 제4영역의 내면 중 상기 제2리브와 마주하는 영역에는 상기 제2리브가 결합되는 제2홈이 배치되는 원심펌프.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1영역의 내면과 상기 제1홈을 연결하는 모서리 영역에는 곡면이 형성되고,
   상기 제2영역의 내면과 상기 제2홈을 연결하는 모서리 영역에는 곡면이 형성되는 원심펌프.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1영역의 단면적은 상기 제2영역의 단면적 보다 작고,
   상기 제3영역의 단면적은 상기 제2영역의 단면적 보다 작고, 상기 제1영역의 단면적 보다 크며,
   상기 제4영역의 단면적은 상기 제3영역의 단면적 보다 크고, 상기 제2영역의 단면적 보다 작은 원심펌프.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 제2영역에는 볼류트실이 형성되고,
   상기 볼류트실은 단면이 원형으로 형성되며,
   상기 볼류트실의 내면과 상기 흡입구와 연결된 흡입 유로 간 최단거리는 15mm인 원심펌프.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 제2영역의 직경은 375.182mm 이고,
   상기 볼류트실의 최대 단면적은 6045.796mm² 이며,
   상기 제1영역의 하단으로부터 상기 베인의 최상단까지의 상하 방향 높이는 45.409mm 이고,
   상기 베인의 최상단으로부터 상기 제4영역의 상단까지의 상하 방향 높이는 50.900mm인 원심펌프.
   
   
   
   
   
   
   

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