KR102652408B1 - 균형시스템 마모 방지 수단을 구비하는 원심 펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 균형시스템에 의해서, 축추력을 날개차의 발생 압력을 이용하여 역학적으로 밸런스 시키도록 한 원심 펌프에 관한 것으로, LPG(액화석유가스), LNG(액화천연가스) 등의 액화 가스용의 액중 모터 펌프 등에 사용되는 것으로 균형시스템의 회전축 지지수단에 마모 방지 수단을 구비하여, 회전축 하강 시 마모 방지 수단에 접촉 지지되어 하부의 밸런스 시트 등의 균형시스템의 마모를 방지할 수 있는 균형시스템 마모 방지 수단을 구비하는 원심 펌프를 제안한다.

Description

균형시스템 마모 방지 수단을 구비하는 원심 펌프{Centrifugal Pump With Balance System Wear Prevention Means}

본 발명은 균형시스템에 의해서, 축추력을 날개차의 발생 압력을 이용하여 역학적으로 밸런스 시키도록 한 원심 펌프에 관한 것으로, LPG(액화석유가스), LNG(액화천연가스) 등의 액화 가스용의 액중 모터 펌프 등에 사용되는 것으로 균형시스템의 회전축 지지수단에 마모 방지 수단을 구비하여, 회전축 하강 시 마모 방지 수단에 접촉 지지되어 하부의 밸런스 시트 등의 균형시스템의 마모를 방지할 수 있는 균형시스템 마모 방지 수단을 구비하는 원심 펌프에 관한 것이다.

종래 원심 펌프의 토출단으로부터 저압부로 압력수의 일부를 반류(返流)시키는 유로에, 펌프 축방향의 간극イ에 의한 고정조리개부와 반경 방향의 간극ロ에 의한 가변 조리개부를 직렬로 배치하고, 양 조리개부 사이의 공간 압력을 펌프 축방향 변화에 따른 상기 가변 조리개부의 유로 저항의 변화에 의해 변화시켜 자동으로 펌프 축추력의 평형에 하는 밸런스 디스크 장치는 원심 펌프의 축추력 평형 장치로서 이전부터 이용되고 있고, 고정조리개부와 가변 조리개부의 전후 위치 관계나 어느 쪽을 펌프 회전 축중심에 가까운 쪽에 위치시킬까 등 구조상의 상세하게 관련된 변형은 있었는데, 적절한 설계에 의해 펌프 정상 운전 시의 축추력의 평형 기능은 완전하다고 이미 오랜 세월의 실적에 의해 확정되었다.

2,3도 밸런스 디스크식 축추력 평형 장치 종래예, 다단 원심 펌프 6은 흡입 케이싱 7과 중간 케이싱 8을 구비하고, 내부에 베어링 9에 지지된 펌프 회전축 10에 설치한 날개차 11,12를 수납하고, 최종단 날개차 12의 주판의 이면(主板の裏面, 도면의 상면)에 의해 형성된 밸런스 디스크에 대향하여, 축방향의 간극イ와 반경 방향의 간극ロ를 보유하여 밸런스시트 13이 케이싱에 설치, 양 간극イ와 ロ사이에 중간실ハ가 형성되고, 또한 밸런스시트 13의 뒤쪽(하류 측)은 방출 통로 14를 거쳐 모터실(저압실)과 연통. 15는 최종단날개차 12의 주판 12 a의 이면에 형성된 밸런스 디스크. 펌프 운전 시, 최종단 날개차 12에서 토출된 유체의 일부가 주판 12a의 이면에 형성된 간격 일정한 축방향의 고정 간극イ를 거쳐 중간실ハ로 유입하고, 날개차 12에 좌향(흡입구 방향)의 축추력을 작용. 좌향의 축추력에 의해 슈라우드 12c에 작용하는 우방향의 추력에 저항하여 축10이 좌방향으로 변위하면, 가변 조리개부를 구성하는 반경 방향의 간극ロ가 커져, 해당 부분의 유로 저항은 감소. 그런데 방출액 유로의 상류에 존재하는 간극イ는 축의 좌우 이동에 의해 유로 저항의 변화하지 않는 고정조리개부를 구성하므로, 간극ロ가 넓어지면 중간실ハ의 압력은 내리게 되고, 날개차 12에는 전체적으로 오른쪽 방향의 추력이 작용하고, 간극ハ를 좁히려고 한다. 이것이 좁아지면, 중간실ハ 내압은 다시 상승하고, 날개차 2에 작용하는 오른쪽 방향 추력은 작아져, 축 10은 다시 좌방향으로 움직이려고 한다. 이와 같이 하여 축추력을 자동으로 평형하게 되어 있었다.

상기와 같이 종래의 축추력 평형 장치는, 정상 운동 상태에서는 축추력은 중간실ハ의 반경 방향(원환형) 면적을 날개차 마우스 링 12d와 축10 사이에서 형성되는 원환형 면적에 대해서 적절하게 큰 값으로 하고, 그것과 관련되어 고정 간극イ의 크기를 적절하게 취하면, 가변 간극ロ는 자동으로 적절한 값이 되어 펌프는 원활하게 운전된다.

그런데 펌프의 과도적 운전 상태, 특히 펌프 시동 혹은 정지 시에는 날개차에 있어서 축추력을 생기게 하는 날개차 전후 차압의 형성과 그에 대항해야 할 역방향 추력을 일으키는 밸런스 디스크 전후 차압의 형성이 시간적으로 일치하지 않는다. 차압의 형성이 모두 조리개 유로를 유체가 통과할 때의 압력 강하에 의해 되기 때문에, 흐름이 정상이 되기까지는 당연 어느 시간을 필요로 하기 때문. 따라서 축추력이 단시간이지만 불평형이 되어, 많은 경우, 가변 조리개부를 구성하는 반경 방향 유로(간극)가 더욱 좁혀지는 방향이 되어 상기 유로를 형성하는 요소, 즉 고정측 요소에 해당하는 밸런스시트 13과 회전측 요소에 해당하는 밸런스 디스크 15가 접촉해 서로 상처를 내는 일이 가끔 발생. 이러한 현상에 대처하기 위해, 쌍방의 대향면에 표면 경화 처리 등을 실시하고, 상기와 같은 단시간의 접촉에 견디도록 고안되어 있지만, 취급액 중에 포함되는 먼지 등 미량의 경질 이물의 개재에 의한 악영향도 있고 상기와 같은 것이 반복될 때에 서로 갉아 먹어 상처를 일으켜 서서히 그것이 성장해 마침내는 조리개 유로로서 부적당한 형상으로 되어, 축추력 평형 기능에 지장을 초래하거나, 그 이전에 펌프축의 원활한 회전운동을 방해하거나 하는 결함이나 사고로 발전하는 문제점이 있었다.

일본 등록실용신안 제1990-018696호(1990.02.07.)

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 잠수펌프의 시동 시, 중지 시 등 과도기 상태에 재기동시에 발생하는 하부 베어링의 하중 집중 또는 마모 문제점을 해결하기 위해 회전축에 원주 방향의 돌출된 회전축 지지부를 형성하고, 회전축 지지부는 펌프의 정지 시, 즉 회전축이 하강 시에만 마모 방지 수단인 볼 베어링에 의하여 접촉 지지되고, 재기동하여 작동 시 회전축이 상승하면 이격되도록 하여 밸런스 시트 등의 균형시스템의 마모를 방지할 수 있는 균형시스템 마모 방지 수단을 구비하는 원심 펌프를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 균형시스템 마모 방지 수단을 구비하는 원심 펌프는, 케이싱과, 상기 케이싱 내측에 일체로 조립되어 수실이 형성되는 케이싱 커버와, 상기 케이싱 커버 내부에 설치되며 하부 베어링 및 상부 베어링과 라인부쉬에 의해 지지되는 회전축과, 상기 회전축의 일단에 조립되어 유입되는 유체를 유도하는 인듀서와, 상기 인듀서의 후단에 위치하며 상기 회전축의 일단에 조립되어 유입되는 유체를 상기 케이싱과 상기 케이싱 커버 사이에 형성된 디퓨져로 이송시키는 회전차와, 상기 케이싱 커버와 상기 회전차 사이에 구비되어 회전차 후면의 축 스러스트를 저감시키는 밸런스 시트를 포함하는 원심 펌프에 있어서, 상기 하부 베어링은 회전축을 지지하도록 일측에 구비되고, 상기 하부 베어링의 하중을 분산시키기 위하여 상기 회전축 타측을 지지하도록 상부 베어링이 구비되되, 상기 회전축 타단에는 원주 방향으로 돌출되어 형성되며 회전축이 안정적으로 지지될 수 있도록 구비되는 회전축 지지부; 및 상기 회전축 지지부가 접촉되어 지지되는 위치에 배치되는 마모 방지 수단을 포함하며; 상기 마모 방지 수단을 통해 밸런스 시트와의 접촉을 방지하여 균형시스템의 마모를 방지할 수 있는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 회전축 지지부는, 상기 회전축 타단에 원주 방향으로 돌출 시 상기 밸런스 시트와 접촉되지 않고 일정간격 이격되도록 돌출 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 상기 마모 방지 수단은, 회전축 지지부와 접촉되는 밸런스 시트 위치에 배치되는 볼 베어링인 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 마모 방지 수단인 상기 볼 베어링은, 밸런스 시트에 배치 시, 상기 볼 베어링의 상측 일부가 밸런스 시트 보다 상측으로 돌출되어 형성되며, 상기 원심 펌프의 정지 시 돌출되어 형성된 볼 베어링이 회전축 지지부를 지지하여, 밸런스 시트와 상기 회전축 지지부가 접촉되는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 상기 볼 베어링은, 상기 원심 펌프의 구동 정지 시 축이 하강되어 회전축 지지부를 지지하고, 상기 원심 펌프의 재기동 시 축이 상승되어 회전축 지지부와 이격되도록 형성되어, 원심 펌프 구동에 따른 볼 베어링의 과도한 부하를 방지할 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 상기 회전축 지지부는,상기 회전축 타단에 원주 방향으로 돌출 시 상기 마모 방지 수단인 볼 베어링의 중심선과 수직하는 위치의 동일 선상까지 돌출되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 회전축의 하강시 접촉되어 지지될 수 있도록 균형시스템 마모 방지 수단인 볼 베어링을 구비하며, 펌프 구동 시 균형시스템이 작동하면 회전축 지지부와 볼 베어링이 이격되어 접촉이 없어지므로 볼 베어링의 과도한 부하를 방지할 수 있고, 정지 시 회전축의 하강에 따른 밸런스 시트와의 돌출되어 형성된 볼 베어링의 접촉에 의한 균형시스템의 마모를 방지할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 종래의 원심 펌프의 밸런스 디스크 식 축 추력 평형 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 균형시스템 마모 방지 수단을 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 균형시스템 마모 방지 수단을 구비한 원심 펌프를 나타내는 도면이며, 도 2(a)는 원심 펌프의 구동 정지시 회전축(38)이 하강되어 볼 베어링(100)이 회전축 지지부(38a)를 지지하는 도면이고, 도 2(b)는 원심 펌프의 구동 시 회전축(38)이 상승되어 볼 베어링(100)과 회전축 지지부(38a)가 이격된 상태를 나타내는 도면이다.

본 발명에 따른 균형시스템 마모 방지 수단을 구비하는 원심 펌프는, 케이싱과, 상기 케이싱 내측에 일체로 조립되어 수실이 형성되는 케이싱 커버와, 상기 케이싱 커버 내부에 설치되며 하부 베어링(30) 및 상부 베어링(40)과 라인부쉬에 의해 지지되는 회전축(38)과, 상기 회전축(38)의 일단에 조립되어 유입되는 유체를 유도하는 인듀서(32)와, 상기 인듀서(32)의 후단에 위치하며 상기 회전축(38)의 일단에 조립되어 유입되는 유체를 상기 케이싱과 상기 케이싱 커버 사이에 형성된 디퓨져(34)로 이송시키는 회전차(33)와, 상기 케이싱 커버와 상기 회전차(33) 사이에 구비되어 회전차(33) 후면의 축 스러스트를 저감시키는 밸런스 시트(42)를 포함할 수 있다.

잠수식 원심 펌프의 가장 큰 기술적 과제인 시동 시, 중지 시 등 과도기 상태에 재기동시에 발생하는 하부 베어링의 하중 집중 또는 마모가 되는 문제가 있었다.

이를 개선하기 위하여, 상부측에도 상부 베어링을 구비하여 하중이 집중되는 것을 분산하였고, 회전축에 원주 방향의 돌출부를 형성하고, 그 돌출부에 펌프의 정지 시 축이 하강 시에만 볼 베어링(100)에 의하여 지지되고, 재기동 하여 축이 상승하면 이격되도록 하는 것을 특징으로 한다.

즉, 하부 베어링(30)은 회전축(38)을 지지하도록 회전축(38)의 일측에 구비되고, 하부 베어링(30)의 하중을 분산시키기 위하여 회전축(38)의 타측을 지지하도록 상부 베어링(40)이 구비된다.

또한, 회전축(38) 타단에는 원주 방향으로 돌출되어 형성되며 회전축(38)이 안정적으로 지지될 수 있도록 구비되는 회전축 지지부(38a)와 회전축 지지부(38a)가 접촉되어 지지되는 위치에 배치되는 마모 방지 수단인 볼 베어링(100)을 구비할 수 있다.

따라서, 마모 방지 수단인 볼 베어링(100)을 통해 밸런스 시트(42) 등의 균형시스템과의 접촉을 방지하여 균형시스템의 마모를 방지할 수 있다.

도 2(a)에 도시된 바와 같이, 회전축(38)의 원주 방향으로 돌출되어 형성된 회전축 지지부(38a)를 구비하여, 회전축(38)의 하강 시 회전축 지지부(38a)와 밸런스 시트(42)가 접촉된다.

이때, 접촉되는 부분에 밸런스 시트(42) 보다 돌출되게 볼 베어링(100)을 구비하여, 회전축(38)의 하강 시 회천축 지지부(38a)가 밸런스 시트(42)에 접촉되지 않고 볼 베어링(100)에 접촉 지지되어, 회전축의 하강에 따른 밸런스 시트와의 접촉에 의해 균형시스템이 마모되는 현상을 방지할 수 있다.

즉, 마모 방지 수단인 볼 베어링(100)은, 밸런스 시트(42)에 배치 시, 볼 베어링(100)의 상측 일부가 밸런스 시트(42) 보다 상측으로 돌출되어 형성되며, 원심 펌프의 정지 시 돌출되어 형성된 볼 베어링(100)이 회전축 지지부를 지지하여, 밸런스 시트(42)와 상기 회전축 지지부(38a)가 접촉되는 것을 방지한다.

또한, 회전축 지지부(38a)는, 회전축(38) 타단에 원주 방향으로 돌출 시 밸런스 시트(42)와 접촉되지 않고 일정간격(d2) 이격되도록 돌출 형성되어 밸런스 시트와의 마모를 방지한다.

또한, 회전축 지지부(38a)는, 회전축(380) 타단에 원주 방향으로 돌출 시 상기 마모 방지 수단인 볼 베어링(100)의 중심선(c)과 수직하는 위치의 동일 선상까지 돌출되어 형성되어, 회전축 지지부(38a)가 안정적으로 볼 베어링(100)에 지지됨과 동시에 회전축 지지부(38a)의 무게를 최소화 하여, 볼 베어링에 부하를 최소화 할 수 있다.

이때, 회전축 지지부(38a)가 중심선(c)까지 돌출이 안되는 경우 즉, 중심선(c)에 수직하는 위치 미만으로 돌출되는 경우에는 회전축 지지부(38a)가 볼 베어링(100)에 안정적으로 지지될 수 없으며, 중심선(c)에 수직하는 위치를 초과하여 돌출되는 경우에는 회전축 지지부(38a)의 길이가 길어져 볼 베어링에 부하를 가중할 수 있으므로 중심선(c)과 수직하는 위치의 동일 선상까지 돌출되는 것이 바람직하다.

또한, 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 구동 시 회전축(38)이 회전하며 상승하고 이에 따른 회전축 지지부(38a)와 밸런스 시트(42)가 일정간격(d1) 이격된다.

이것에 의해 펌프 구동 시 균형시스템이 작동하면 회전축 지지부(38a)와 볼 베어링(100)이 이격되어 접촉이 없어지므로 볼 베어링(100)의 과도한 부하를 방지할 수 있다.

따라서, 볼 베어링(100)은, 원심 펌프의 구동 정지 시 회전축(38)이 하강되어 회전축 지지부(38a)를 지지하고, 원심 펌프의 재기동 시 회전축(38)이 상승되어 회전축 지지부(38a)와 이격되도록 형성되어, 원심 펌프 구동에 따른 볼 베어링(100)의 과도한 부하를 방지할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따르면, 회전축의 하강시 접촉되어 지지될 수 있도록 균형시스템 마모 방지 수단인 볼 베어링을 구비하며, 펌프 구동 시 균형시스템이 작동하면 회전축 지지부와 볼 베어링이 이격되어 접촉이 없어지므로 볼 베어링의 과도한 부하를 방지할 수 있고, 정지 시 회전축의 하강에 따른 밸런스 시트와의 돌출되어 형성된 볼 베어링의 접촉에 의한 균형시스템의 마모를 방지할 수 있는 효과를 가진다.

지금까지 본 발명의 균형시스템 마모 방지 수단을 구비하는 원심 펌프에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러가지 실시변형이 가능함은 자명하다.

그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 전해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한설명 보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10: 펌프 회전축 11,12: 날개차
12a: 주판 12b: 라이너링
13: 밸런스시트 14: 방출 통로
15: 밸런스 디스크 20: 동압 베어링판
21: 리브 22: 억제판
23: 동압 베어링 지지판 30: 하부 베어링
31: 소용돌이 방지 장치 및 스트레이너
32: 인듀서(inducer) 33: 회전차
34: 디퓨저(diffuser) 35: 임펠러(impeller)
36: 축 균형 시스템 37: 고정자(stator)
38: 회전축(shaft) 38a: 회전축 지지부
39: 로터 어셈블리(rotor assembly)
40: 상부 베어링 42: 밸런스 시트
100: 볼 베어링

Claims (6)

1. 케이싱과, 상기 케이싱 내측에 일체로 조립되어 수실이 형성되는 케이싱 커버와, 상기 케이싱 커버 내부에 설치되며 하부 베어링 및 상부 베어링과 라인부쉬에 의해 지지되는 회전축과, 상기 회전축의 일단에 조립되어 유입되는 유체를 유도하는 인듀서와, 상기 인듀서의 후단에 위치하며 상기 회전축의 일단에 조립되어 유입되는 유체를 상기 케이싱과 상기 케이싱 커버 사이에 형성된 디퓨져로 이송시키는 회전차와, 상기 케이싱 커버와 상기 회전차 사이에 구비되어 회전차 후면의 축 스러스트를 저감시키는 밸런스 시트를 포함하는 원심 펌프에 있어서,
   상기 하부 베어링은 회전축을 지지하도록 일측에 구비되고, 상기 하부 베어링의 하중을 분산시키기 위하여 상기 회전축 타측을 지지하도록 상부 베어링이 구비되되,
   상기 회전축 타단에는 원주 방향으로 돌출되어 형성되며 회전축이 안정적으로 지지될 수 있도록 구비되는 회전축 지지부; 및
   상기 회전축 지지부가 접촉되어 지지되는 위치에 배치되는 마모 방지 수단을 포함하며;
   상기 마모 방지 수단을 통해 균형시스템인 밸런스 시트와 상기 회전축 지지부와의 접촉을 방지하여 균형시스템인 밸런스 시트의 마모를 방지할 수 있으며;
   상기 마모 방지 수단은, 회전축 지지부와 접촉되는 밸런스 시트 위치에 배치되는 볼 베어링이며;
   상기 볼 베어링은, 밸런스 시트에 배치 시, 상기 볼 베어링의 일부가 밸런스 시트 보다 상측으로 돌출되어 형성되며;
   상기 원심 펌프의 정지 시 돌출되어 형성된 볼 베어링이 회전축 지지부를 지지하여, 밸런스 시트와 상기 회전축 지지부가 접촉되는 것을 방지하며;
   상기 볼 베어링은, 상기 원심 펌프의 구동 정지 시 회전축이 하강되어 회전축 지지부를 지지하고, 상기 원심 펌프의 재기동 시 회전축이 상승되어 회전축 지지부와 이격되도록 형성되어, 원심 펌프 구동에 따른 볼 베어링의 과도한 부하를 방지할 수 있는 것을 특징으로 하는 균형시스템 마모 방지 수단을 구비하는 원심 펌프.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 회전축 지지부는,
   상기 회전축 타단에 원주 방향으로 돌출 시 상기 밸런스 시트와 접촉되지 않고 일정간격 이격되도록 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 균형시스템 마모 방지 수단을 구비하는 원심 펌프.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 회전축 지지부는,
   상기 회전축 타단에 원주 방향으로 돌출 시 상기 마모 방지 수단인 볼 베어링의 중심선과 수직하는 위치의 동일 선상까지 돌출되어 형성되는 것을 특징으로 하는 균형시스템 마모 방지 수단을 구비하는 원심 펌프.