KR102465153B1 - 펌프용 웨어링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 펌프용 웨어링에 관한 것으로서, 케이싱과 임펠러 사이에 형성된 간극에 대한 수밀성을 향상시켜 펌프의 유량 손실을 감소시킴으로써, 상기 펌프의 효율을 유지 또는 향상시키도록 하는 데 그 목적이 있다.
이를 위해 본 발명은, 펌프의 케이싱 일측에 구성되어, 상기 케이싱과 임펠러 사이의 간극으로 유입된 유체에 대한 누수를 감소 또는 방지시켜 유량손실을 감소 또는 방지하도록 하는 웨어링을 포함하고; 상기 웨어링은 일정두께와 폭으로 형성되는 몸체; 및 상기 몸체의 내주면에서 일정깊이로 형성되어, 간극으로 유입된 유체가 체류되도록 지지함에 따라 유입된 유체에 의해 수막이 형성되도록 유도하는 다수의 체류홈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

펌프용 웨어링{A WEARING FOR PUMP}

본 발명은 펌프용 웨어링에 관한 것이다.

일반적으로, 펌프에는 흡입측(저압 측) 영역과 토출측(고압 측) 영역 사이에 유체의 흐름을 저지하기 위한 씰(seal)의 일종인 웨어링이 필수적으로 구성된다. 이러한, 웨어링이 구성되지 않으면, 고압 측의 영역에서 저압 측의 영역으로 유체가 누수됨에 따라 펌프의 효율이 현저하게 저감되는 문제점이 발생된다. 이에, 상기 웨어링은 임펠러와 케이싱의 사이에 근접되게 구성되는 것이 일반적이다.

또한, 펌프의 경우에 케이싱은 고정 구조물인데 비해, 임펠러는 회전구조물이다. 이 때문에, 임펠러의 회전에 의하여 케이싱의 마모가 되지 않도록 임펠러와 케이싱 사이에 간극을 형성시켰다. 또한, 상기 간극은 좁을수록 조임 효과를 발휘하고, 유체의 누수를 감소시킬 수 있지만, 간극을 좁게 하기 위해서는 케이싱이나 임펠러에 대해서 높은 가공 정밀도가 요구된다. 또한, 상기 임펠러의 회전 시에 작용하는 진동이나, 유체마찰 등으로 인해 케이싱 또는 임펠러에서 마모와 고착이 발생할 수 있으므로, 케이싱이나 임펠러에 직접 영향이 미치지 않도록 슬라이드성이 좋은 재료로 제작한 라이너 링이나 웨어링을 사용한다.

상기 웨어링은 케이싱에 부착하고, 임펠러보다 낮은 경도의 재질로 이루어짐에 따라 펌프의 구동 시 웨어링에서 마모가 발생하게 유도하여 펌프 사용 시 웨어링 교체로 펌프의 성능 저감이 일어나지 않도록 유지보수가 가능한 구조를 가진다.

그러나, 임펠러와 웨어링 사이에 존재하는 간극에서 발생되는 유량손실로 인해 펌프의 성능 예컨대, 유량, 효율이 감소되므로, 이 손실을 줄이기 위해서는 간극을 좁혀야 되지만, 간극을 좁힐수록 미세 진동으로 인해 웨어링과 임펠러의 마모가 발생하게 되고, 높은 가공성 또한 요구되는 문제점이 있다.

대한민국 특허 제10-2032777호(2019.10.17. 공고) 대한민국 특허 제10-2231609호(2021.03.25. 공고)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안하는 것으로서, 본 발명의 목적은, 케이싱과 임펠러 사이에 형성된 간극에 대한 수밀성을 향상시켜 펌프의 유량 손실을 감소시킴으로써, 상기 펌프의 효율을 유지 또는 향상시키도록 하는 펌프용 웨어링을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 펌프의 케이싱 일측에 구성되어, 상기 케이싱과 임펠러 사이의 간극으로 유입된 유체에 대한 누수를 감소 또는 방지시켜 유량손실을 감소 또는 방지하도록 하는 웨어링을 포함하고; 상기 웨어링은 일정두께와 폭으로 형성되는 몸체; 및 상기 몸체의 내주면에서 일정깊이로 형성되어, 간극으로 유입된 유체가 체류되도록 지지함에 따라 유입된 유체에 의해 수막이 형성되도록 유도하는 다수의 체류홈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 체류홈은 몸체에 대하여 조밀한 구조를 가지도록 교호되게 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 체류홈은 허니콤 구조로 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 웨어링은 CFRP를 포함한 물질로 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 케이싱과 임펠러 사이에 형성된 간극에 대한 수밀성을 향상시켜 펌프의 유량 손실을 감소시킴으로써, 상기 펌프의 효율을 유지 또는 향상시키도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 웨어링이 장착된 펌프의 도면으로서,
1a는 편흡입 펌프이고, 1b는 수중펌프이며, 1c는 편흡입 펌프 임펠러이고, 1d는 양흡입 펌프 임펠러이며, 1e는 입축&수중 사류 펌프 임펠러이다.
도 2는 본 발명에 따른 웨어링의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 웨어링의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 웨어링의 작용상태도로서,
4a는 측단면도이고, 4b는 저면도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하기 위한 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

따라서, 몇몇 실시 예에서, 잘 알려진 공정단계들, 잘 알려진 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않은 한 복수형도 포함한다.

명세서에서 사용되는 포함한다(comprises) 및/또는 포함하는(comprising)은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 의미로 사용한다.

그리고, "및/또는"은 언급된 아이템의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

또한, 본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 개략도들을 참고하여 설명될 것이다.

따라서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정형태로 제한되는 것이 아니라 제조공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다.

또한, 본 발명에 도시된 각 도면에 있어서 각 구성요소들은 설명의 편의를 고려하여 다소 확대 또는 축소되어 도시된 것일 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 펌프용 웨어링(10)은 도 1에 도시된 바와 같이, 케이싱(1)과 임펠러(2) 사이에 형성된 간극에 대한 수밀성을 향상시켜 펌프의 유량 손실을 감소시킴으로써, 상기 펌프의 효율을 유지 또는 향상시키도록 한다.

본 발명의 실시예에 따른 웨어링(10)은 도 1a에 도시된 바와 같이 편흡입 펌프에 장착될 수 있으며, 도 1b에 도시된 바와 같이 수중 펌프에 장착될 수 있으며, 도 1c에 도시된 바와 같이 편흡입 펌프의 임펠러에 장착될 수 있으며, 도 1d에 도시된 바와 같이 양흡입 펌프의 임펠러에 장착될 수 있으며, 도 1e에 도시된 바와 같이 입축/수중 사류 펌프의 임펠러에 장착될 수 있다.

상기 웨어링(10)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 일정두께와 폭으로 형성되어, 케이싱(1)의 일측에 삽입되도록 하는 몸체(110)를 포함한다.

상기 몸체(110)는 외주연이 케이싱(1)의 일측에 안착되어 고정되고, 내주면에 임펠러(2)의 일단이 삽입된 상태를 유지함으로써, 상기 케이싱(1)과 임펠러(2) 사이의 간극에 대한 기밀성이 유지되도록 한다.

또한, 상기 몸체(110)의 내주면 즉, 내측으로 임펠러(2)의 외주면에 맞닿는 부분의 면에는 일정깊이로 형성되어, 임펠러(2)와 웨어링(10) 사이로 유입된 유체가 체류되도록 하는 공간을 형성함으로써, 유입된 유체의 체류를 유도하여 수밀성이 향상되도록 하는 체류홈(120)을 포함한다.

상기 체류홈(120)은 상기 몸체(110)의 내주면에서 일정깊이로 형성되어, 유입된 유체를 체류시킴으로써, 유입 유체의 누수를 방지함과 함께, 웨어링(10)과 임펠러(2) 사이에 수막이 형성됨에 따라 결국, 수밀성을 향상시키도록 한다.

또한, 상기 체류홈(120)은 일정간격과 크기로 다수가 구성된다.

또한, 상기 체류홈(120)은 몸체(110)의 내주면에 조밀하게 구성될 수 있도록 교호되게 형성됨이 바람직하다.

또한, 상기 체류홈(120)의 깊이는 몸체(110)의 두께에 대하여, 20 ~ 60%의 두께비율로 형성됨이 바람직하다. 예컨대, 20% 미만이면 유체의 체류를 보장할 수 없어 수밀성 효과를 얻을 수 없고, 60% 초과하면 유체의 체류를 보장하지만 웨어링(10)의 내구성을 상실시키는 문제점이 있다.

또한, 상기 체류홈(120)은 다수의 체류홈(120)이 형성되어도 안정적인 내구성을 유지할 수 있도록 하는 허니콤 구조로 형성됨이 바람직하다. 물론, 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 체류홈(120)은 삼각형, 마름모형, 팔각형 등과 같은 다각형뿐만 아니라 원형, 반원형 또는 타원형 등의 다양한 형상으로 형성될 수 있다.

한편, 웨어링(10)은 임펠러(2)보다 경도가 약한 재질로 형성되는 것이 바람직할 수 있다. 이를 위하여 웨어링(10)은 상기 임펠러(2)를 보호함과 함께, 수밀성을 유지할 수 있는 재질로 형성되는 것이 바람직한데, 즉 탄소섬유강화플라스틱(CFRP, carbon fiber reinforced plastic)을 포함한 물질로 제조될 수 있다.

탄소섬유강화플라스틱은 탄소섬유를 강화재로 하는 플라스틱계 복합재를 의미할 수 있다.

본 발명의 실시예에서 웨어링(10)은 'woven carbon NCF(Non Crimp Fabric)'를 적용하여 제조될 수 있는데, 즉 CFRP 원사를 한 층 또는 여러 층으로 배열한 후 스티칭(stitching) 공정을 통해 제조됨으로써, 크림프(Crimp)의 발생을 억제시켜 웨어링(10)에 대한 기계적 성능이 향상되도록 하였다.

또한, 상기 웨어링(10)은 원심펌프에 적용함에 따라 원심펌프의 유량 손실을 감소시키는 효과를 얻을 수 있다.

상기와 같이 구성된 웨어링에 의한 유량손실을 감소시키는 작용상태를 살펴보면 다음과 같다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 유체는 고압에서 저압으로 흐르게 되고, 이때, 케이싱(1)과 임펠러(2) 사이의 간극(A)으로 일부의 유체가 유입된다.

또한, 상기 간극(A)으로 유입된 유체는 일정깊이(B)로 형성된 체류홈(120)으로 진입된다. 또한, 이렇게 상기 체류홈(120)의 깊이(B)로 진입된 유체는 간극(A)으로 유입된 유체 압력에 의해 상기 체류홈(120)으로 진입된 유체가 외부로 배수되지 않고, 체류홈(120)의 내부에서 와류를 형성하여 유체의 체류가 이루어지게 된다.

또한, 상기 체류홈(120)에서 와류작용으로 체류되는 유체에 의해 상기 간극(A)에 수막이 자연스럽게 형성됨으로써, 결국, 케이싱(1)과 임펠러(2) 사이의 간극(A)에 대한 수밀성을 향상시키게 되고, 이로 인해 간극(A)을 통한 유체의 손실을 감소 또는 방지하게 된다.

한편, 도 4b에 도시된 바와 같이, 체류홈(120)은 육각형이 교호되게 다수가 배열된 허니콤 구조를 채택하고 있고, 여기에서, 꼭짓점 부분을 'C'라 하고, 가장 넓은 폭을 'D'로 명명하여, 이하에서 유량 손실을 감소시키는 작용상태를 살펴본다.

케이싱(1)과 임펠러(2) 사이의 간극(A)으로 유입된 유체는 체류홈(120)의 깊이로 인해 유체가 맞닿는 면적이 급격히 넓어짐에 따라 유체압력이 1차로 감소하게 된다.

또한, 체류홈(120)으로 유입된 유체는 체류홈(120)의 꼭짓점(C)에서 가장 넓은 면적을 가지는 폭(D)에 의해 유체가 맞닿는 면적이 넓어짐에 따라 유입된 유체 압력이 2차로 감소하게 된다.

또한, 폭(D)에 위치한 유체는 유입방향과 대칭되게 형성된 반대편 꼭짓점(C)으로 흐를 시 유체압력이 증가하게 된다.

이어서, 다음 차순에 위치한 허니콤 구조의 체류홈(120)으로 유체가 넘어가기 위해서는 간극(A)을 가지는 면적을 지나야 되는데, 이때 유체압력이 급격히 증가되므로, 유체가 고압에서 저압으로 흐르는 원리에 따라 원활히 넘어가지 않고, 허니콤구조 내부에서 유체가 순환 즉, 와류작용으로 체류하게 된다. 이에 따라, 상기 체류홈(120)으로 유체의 체류를 유도시켜 유량손실을 감소 또는 방지하게 된다.

결국, 간극(A)으로 유입된 유체가 허니콤 구조를 가지는 체류홈(120)에 체류하는 과정 중 일부의 유체가 계속적으로 뒤에서 밀어내는 유체의 힘 즉, '임펠러의 토출측의 고압과 흡입측의 저압으로 인한 힘 > 웨어링 내부에서 발생되는 압력차로 인한 힘'에 의해 다음 차순에 위치한 허니콤 구조의 체류홈(120)으로 넘어갈 수 있지만, 상술한 바와 같이 체류홈(120)에서 와류작용에 의한 유체의 체류를 유도하여, 케이싱(1)과 임펠러(2) 사이의 간극(A)에 수막이 자연스럽게 형성되도록 함으로써, 유량손실을 감소 또는 방지하게 되어 종래의 웨어링에 비해 월등히 유량손실의 저감 또는 방지하는 효과를 가지게 된다.

이상에서 설명한 것은 펌프용 웨어링을 실시하기 위한 하나의 실시 예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니한다. 본 발명에 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변경실시가 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

10: 웨어링 110: 몸체
120: 체류홈

Claims (4)

1. 펌프의 케이싱 일측에 구성되어, 상기 케이싱과 임펠러 사이의 간극으로 유입된 유체에 대한 누수를 감소 또는 방지시켜 유량손실을 감소 또는 방지하도록 하되, CFRP를 포함한 물질로 구성되는 웨어링을 포함하고;
   상기 웨어링은 일정두께와 폭으로 형성되되, 외주연이 상기 케이싱의 일측에 안착되어 고정되고, 내주면에 임펠러의 일단이 삽입된 상태를 유지하는 몸체; 및
   상기 몸체의 내주면에서 일정깊이로 형성되어, 간극으로 유입된 유체가 체류되도록 지지함에 따라 유입된 유체에 의해 수막이 형성되도록 유도하는 다수의 체류홈;을 포함하며,
   상기 체류홈은 상기 몸체의 내주면에 교호되게 형성되되, 육각형이 교호되게 다수가 배열된 허니콤 구조로 형성되고 상기 육각형의 꼭짓점 부분이 유체가 유입되는 부분에 위치함과 더불어 유입된 유체가 배출되는 부분에 상기 육각형의 반대편 꼭짓점 부분이 위치하도록 형성되며,
   상기 체류홈의 깊이는 상기 몸체의 두께에 대하여, 20 ~ 60%의 두께비율로 형성되며,
   상기 웨어링은 CFRP 원사를 한 층 또는 여러 층으로 배열한 후 스티칭(stitching) 공정을 통해 제조되는 것을 특징으로 하는 펌프용 웨어링.
   
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