KR102431914B1 - 임펠러 및 이를 포함하는 펌프 - Google Patents

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Abstract

임펠러는, 플레이트, 상기 플레이트의 일면으로부터 돌출 형성되는 허브, 상기 허브의 중심부에 형성되는 축공, 상기 허브의 정상부에 형성되고, 상기 축공에 삽입되는 회전축에 결합되는 체결구의 헤드가 안착되는 헤드 안착부, 및 상기 헤드 안착부로부터 반경방향 외측으로 나선형으로 형성되는 제1 날개부 및 제2 날개부를 포함하고, 상기 플레이트로부터 상기 헤드 안착부의 높이는 상기 플레이트로부터 상기 제1 날개부 및 상기 제2 날개부의 높이보다 낮게 형성될 수 있다.

Description

임펠러 및 이를 포함하는 펌프{IMPELLER AND PUMP COMPRISING THE SAME}
본 발명은 임펠러와 이를 포함하는 펌프에 관한 것이다.
일반적으로 펌프는 흡인, 압축 작용에 의해 액체 또는 기체를 수송하는 장치이다. 배수, 양수, 송수용으로서 주로 액체 펌프가 사용되며, 액체 펌프는 회전식, 왕복식, 공기부력식, 진공식 등으로 나뉜다. 펌프의 동력으로서는 인력, 전기 외에 증기, 압축 공기 등이 쓰인다.
펌프가 고형물이 섞여 있는 오폐수를 이송하는 경우 막힘 현상 없이 이송이 가능해야 하기 때문에 임펠러의 설계가 중요하다. 유체 및 고형물을 효과적으로 이송하기 위해서는 임펠러 내부의 유로 면적을 확보하면서 성능을 향상시킬 수 있는 임펠러 설계가 필요하다.
펌프는 사용 용도에 따라 비속도가 결정되는데, 비속도가 작은 펌프의 경우 유동이 축방향으로 유입되어 반경방향으로 토출되는 원심형의 특성을 보이고, 비속도가 큰 펌프는 축방향으로 유입되어 그대로 축방향으로 토출되는 축류형의 특성을 갖는다.
펌프는 낮은 비속도에서도 효율적인 운전이 요구되지만, 원심펌프는 비속도의 감소와 함께 효율이 급격하게 감소하는 특징을 가지며, 기존의 설계방식으로 저 비속도 펌프를 설계 및 제작할 경우 임펠러의 유로 폭이 매우 좁아져 비교적 큰 고형물을 이송하는 것이 불가능하다.
본 발명은 고형물이 섞여 있는 유체를 이송하는 경우에도 막힘 현상이 없는 펌프의 임펠러를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 낮은 비속도에서 운전 효율이 개선된 임펠러와 이를 포함하는 펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 사상에 따른 임펠러는 플레이트, 상기 플레이트의 일면으로부터 돌출 형성되는 허브, 상기 허브의 중심부에 형성되는 축공, 상기 허브의 정상부에 형성되고, 상기 축공에 삽입되는 회전축에 결합되는 체결구의 헤드가 안착되는 헤드 안착부, 및 상기 헤드 안착부로부터 반경방향 외측으로 나선형으로 형성되는 제1 날개부 및 제2 날개부를 포함할 수 있다. 상기 플레이트로부터 상기 헤드 안착부의 높이는 상기 플레이트로부터 상기 제1 날개부 및 상기 제2 날개부의 높이보다 낮게 형성될 수 있다.
상기 제1 날개부의 리딩에지의 내측면과 상기 제2 날개부의 리딩에지의 내측면이 이루는 각이 상기 제1 날개부의 트레일링에지의 내측면과 상기 제2 날개부의 트레일링에지의 내측면이 이루는 각에 비하여 크게 형성될 수 있다.
상기 제1 날개부의 리딩에지와 상기 제2 날개부의 트레일링에지 사이의 간격은 상기 제1 날개부의 리딩에지와 상기 제2 날개부의 리딩에지 사이의 간격보다 크거나 같게 형성될 수 있다.
상기 제1 날개부와 상기 제2 날개부의 상단면은 상기 제1 날개부와 상기 제2 날개부의 리딩에지 측에 형성되는 경사면과 상기 제1 날개부와 상기 제2 날개부의 트레일링에지 측에 형성되는 평탄면을 포함할 수 있다.
상기 허브의 중심부로부터 상기 경사면까지의 최대 거리는 상기 허브의 반경보다 크게 형성될 수 있다.
본 발명의 사상에 따른 펌프는 상기 임펠러를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러는 날개부 사이의 간격이 넓어서 고형물이 섞여 있는 유체를 이송하는 경우에도 막힘 현상이 없이 이송할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러와 이를 포함하는 펌프는 임펠러의 구조가 개선되어 낮은 비속도에서도 많은 유량을 이송하고 운전 효율이 개선될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프를 도시한 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 펌프를 분해하여 도시한 사시도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러를 저면측에서 바라본 사시도,
도 4는 도 3에 도시된 임펠러의 정면도,
도 5는 도 3에 도시된 임펠러의 측면도,
도 6은 도 3에 도시된 임펠러의 저면도,
도 7은 도 6의 A-A 선을 따라 절단한 단면도,
도 8은 도 6의 B-B 선을 따라 절단한 단면도,
도 9는 종래의 임펠러를 포함하는 펌프의 유속을 나타낸 도면, 및
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러를 포함하는 펌프의 유속을 나타낸 도면이다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.
본 명세서의 각 도면에서 제시된 동일한 참조번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낸다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등의 명확한 설명을 위해 과장된 것일 수 있다.
본 명세서에서 사용한 용어는 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 개시된 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는다.
본 명세서에서 사용한 "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 펌프를 분해하여 도시한 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프(1)는 내부에 모터가 배치되는 모터 케이싱(10), 모터 케이싱(10)의 하부에 배치되는 펌프 케이싱(20)을 포함할 수 있다. 펌프 케이싱(20)의 내부에는 펌핑 대상인 유체를 펌프 케이싱(20) 내부로 흡입하여 토출할 수 있도록 마련된 임펠러(100)가 배치될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러를 저면측에서 바라본 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 임펠러의 정면도이고, 도 5는 도 3에 도시된 임펠러의 측면도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러(100)는 플레이트(110), 허브(120), 제1 날개부(150), 제2 날개부(160)를 포함할 수 있다. 플레이트(110)는 디스크 형상으로 형성될 수 있다. 플레이트(110)의 상면의 중심부에는 임펠러(100)의 회전을 위해 연결되는 회전축이 통과하는 보스가 마련될 수 있다.
플레이트(110)의 저면은 평탄하게 형성될 수 있다. 허브(120)는 플레이트(110)의 저면으로부터 돌출되어 형성될 수 있다. 허브(120)는 플레이트(110)의 중심부에 형성될 수 있다. 허브(120)는 플레이트(110)로부터 멀어질수록 직경이 작아지는 산 형상으로 형성될 수 있다. 허브(120)의 가장 넓은 직경은 플레이트(110)의 직경보다 작게 형성될 수 있다.
허브(120)의 중심부에는 보스와 플레이트(110)를 관통하는 축공(130)이 형성될 수 있다. 허브(120)의 정상부에는 축공(130)에 삽입되는 회전축에 결합되는 체결구의 헤드가 안착되는 헤드 안착부(140)가 형성될 수 있다. 축공(130)은 헤드 안착부(140)의 중앙부에 형성될 수 있다. 헤드 안착부(140)는 허브(120)의 높이보다 체결구의 헤드가 돌출되지 않도록 허브(120)의 정상부에서 소정의 깊이만큼 파인 평탄면으로 형성될 수 있다.
임펠러(100)는 2개의 날개부를 포함할 수 있다. 제1 날개부(150) 및 제2 날개부(160)는 헤드 안착부(140)로부터 반경방향 외측으로 나선형으로 형성될 수 있다. 제1 날개부(150) 및 제2 날개부(160)의 헤드 안착부(140) 측 모서리를 리딩에지(151, 161), 플레이트(110)의 외주면 측 모서리를 트레일링에지(152, 162)로 정의할 수 있다.
제1 날개부(150) 및 제2 날개부(160)의 내측면(153, 163)은 허브(120) 및 플레이트(110)와 내측 연결곡면(155, 165)에 의해 부드럽게 연결될 수 있다. 제1 날개부(150) 및 제2 날개부(160)의 외측면(154, 164)은 허브(120) 및 플레이트(110)와 외측 연결곡면(156, 166)에 의해 부드럽게 연결될 수 있다.
제1 날개부(150) 및 제2 날개부(160)의 상단면은 플레이트(110)의 저면에 대한 높이가 증가하지 않는 평탄면(158, 168)과 높이가 점차 증가하는 경사면(157, 167)을 포함할 수 있다. 평탄면(158, 168)은 제1 날개부(150) 및 제2 날개부(160)의 상단면의 트레일링에지(152, 162) 측에 형성될 수 있다. 경사면(157, 167)은 제1 날개부(150) 및 제2 날개부(160)의 상단면의 리딩에지(151, 161) 측에 형성될 수 있다. 경사면(157, 167)은 트레일링에지(152, 162) 측으로부터 리딩에지(151, 161) 측을 향하여 상향 경사지게 형성될 수 있다.
경사면(157, 167)은 제1 날개부(150) 및 제2 날개부(160)의 내측면(153, 163) 측이 외측면(154, 164) 측에 비하여 상향 경사지도록 형성될 수 있다. 경사면(157, 167)은 제1 날개부(150) 및 제2 날개부(160)의 내측면(153, 163) 측 상향 경사 추세가 허브(120)의 상향 경사 추세에 대응하도록 형성될 수 있다. 즉, 제1 날개부(150) 및 제2 날개부(160)는 내측 연결곡면(155, 165)의 상단으로부터 내측면(153, 163)의 상단까지의 최단 거리가 유지되도록 형성될 수 있다.
도 6은 도 3에 도시된 임펠러의 저면도이고, 도 7은 도 6의 A-A 선을 따라 절단한 단면도이고, 도 8은 도 6의 B-B 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 제1 날개부(150) 및 제2 날개부(160)의 상단면의 경사면(157, 167)이 시작되는 위치, 즉 허브(120)의 중심부로부터 경사면(157, 167)까지의 최대 거리(J)는 허브(120)의 반경(H)보다 크게 형성될 수 있다.
제1 날개부(150) 및 제2 날개부(160)의 높이(G)는 헤드 안착부(140)의 높이(E) 및 허브(120)의 최상단 높이(F)보다 높게 형성될 수 있다. 즉, 플레이트(110)로부터 헤드 안착부(140)의 높이(E)는 플레이트(110)로부터 제1 날개부(150) 및 제2 날개부(160)의 높이(G)보다 낮게 형성될 수 있다.
종래의 임펠러는 허브의 돌출높이가 날개의 최단 높이에 비하여 높게 형성되어 있었다. 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러(100)는 단위속도당 이송할 수 있는 유량을 증가시키면서 유체에 고형물이 섞여 있더라도 막힘 현상 없이 이송할 수 있도록 종래의 임펠러의 허브와 허브에 연결된 날개부의 일부가 삭제된 구조를 가질 수 있다.
제1 날개부(150)의 리딩에지(151)와 제2 날개부(160)의 트레일링에지(612) 사이의 간격, 또는 제1 날개부(150)의 트레일링에지(152)와 제2 날개부(160)의 리딩에지(161) 사이의 간격은 제1 날개부(150)의 리딩에지(151)와 제2 날개부(160)의 리딩에지(161)사이의 간격보다 크거나 같게 형성될 수 있다. 제1 날개부(150)의 리딩에지(151)와 제2 날개부(160)의 리딩에지(161)사이의 거리는 임펠러(100)의 축방향 입구의 너비로 볼 수 있다. 제1 날개부(150)의 리딩에지(151)와 제2 날개부(160)의 트레일링에지(162) 사이의 간격, 또는 제1 날개부(150)의 트레일링에지(152)와 제2 날개부(160)의 리딩에지(161) 사이의 간격은 임펠러(100)의 반경방향 출구의 너비로 볼 수 있다. 임펠러(100)는 입구의 크기보다 출구의 크기를 크게 형성함으로써 임펠러(100) 내부에서 고형물에 의한 막힘 현상이 발생되지 않을 수 있다. 고형물(170)이 구형상이라고 가정하였을 경우, 임펠러(100)의 입구로 들어올 수 있는 고형물(170)은 임펠러(100) 출구로 배출될 수 있다.
제1 날개부(150) 및 제2 날개부(160)는 플레이트(110)의 중심으로부터 반경방향 외측으로 기울어지게 형성될 수 있다. 제1 날개부(150)의 리딩에지(151)의 내측면과 제2 날개부(160)의 리딩에지(161)의 내측면이 이루는 각(D)이 제1 날개부(150)의 트레일링에지(152)의 내측면과 제2 날개부(160)의 트레일링에지(162)의 내측면이 이루는 각(C)에 비하여 크게 형성될 수 있다.
도 9는 종래의 임펠러를 포함하는 펌프의 유속을 나타낸 도면이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러를 포함하는 펌프의 유속을 나타낸 도면이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 종래의 임펠러를 포함하는 펌프에 비하여 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러를 포함하는 펌프는 펌프 케이싱의 입구, 내부 및 출구에서 모두 유속이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프는 고형물이 섞여 있는 유체를 막힘 현상 없이 이송할 수 있으므로 오수 등을 펌핑하는 슬러지 펌프로 활용할 수 있고, 많은 유량을 단위시간에 이송할 수 있으므로 일반 펌프로도 활용할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명의 속하는 기술분야의 통상의 기술자들에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀 둔다.
1: 펌프 10: 모터 케이싱
20: 펌프 케이싱 100: 임펠러
110: 플레이트 120: 허브
130: 축공 140: 헤드 안착부
150, 160: 날개부 151, 161: 리딩에지
152, 162: 트레일링에지 153, 163: 내측면
154, 164: 외측면 155, 165: 내측 연결곡면
156, 166: 외측 연결곡면 157, 167: 상단면의 경사면
158, 168: 상단면의 평탄면 170: 고형물

Claims (6)

  1. 플레이트;
    상기 플레이트의 일면으로부터 돌출 형성되는 허브;
    상기 허브의 중심부에 형성되는 축공;
    상기 허브의 정상부에 형성되고, 상기 축공에 삽입되는 회전축에 결합되는 체결구의 헤드가 안착되는 헤드 안착부; 및
    상기 헤드 안착부로부터 반경방향 외측으로 나선형으로 형성되는 제1 날개부 및 제2 날개부;를 포함하고,
    상기 플레이트로부터 상기 헤드 안착부의 높이는 상기 플레이트로부터 상기 제1 날개부 및 상기 제2 날개부의 높이보다 낮게 형성되고,
    상기 제1 날개부와 상기 제2 날개부의 상단면은 상기 제1 날개부와 상기 제2 날개부의 리딩에지 측에 형성되는 경사면과 상기 제1 날개부와 상기 제2 날개부의 트레일링에지 측에 형성되는 평탄면을 포함하고,
    상기 경사면은 트레일링에지 측으로부터 리딩에지 측을 향하여 상향 경사지게 형성되는 임펠러.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 날개부의 리딩에지의 내측면과 상기 제2 날개부의 리딩에지의 내측면이 이루는 각이 상기 제1 날개부의 트레일링에지의 내측면과 상기 제2 날개부의 트레일링에지의 내측면이 이루는 각에 비하여 크게 형성되는 임펠러.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 날개부의 리딩에지와 상기 제2 날개부의 트레일링에지 사이의 간격은 상기 제1 날개부의 리딩에지와 상기 제2 날개부의 리딩에지 사이의 간격보다 크거나 같게 형성되는 임펠러.
  4. 삭제
  5. 제4항에 있어서,
    상기 허브의 중심부로부터 상기 경사면까지의 최대 거리는 상기 허브의 반경보다 크게 형성되는 임펠러.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 임펠러를 포함하는 펌프.
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