KR102694802B1

KR102694802B1 - 원심 펌프의 3차원 플라스틱 임펠러

Info

Publication number: KR102694802B1
Application number: KR1020237004237A
Authority: KR
Inventors: 친-시엔 시; 친-관 시; 환-잔 치엔; 슈-엔 치엔; 친-청 왕; 유안 헝 린; 펭-시앙 첸
Original assignee: 아쏘마 아이엔씨.
Priority date: 2019-09-25
Filing date: 2019-09-25
Publication date: 2024-08-14
Anticipated expiration: 2039-09-25
Also published as: RU2770774C1; KR20230025929A; JP2022503420A; JP7506423B2; KR102546910B1; EP4036417A1; US20220213897A1; EP4345315A2; KR20210038844A; JP2022177237A; EP4036417A4; WO2021056258A1; US11739642B2; JP7177524B2; EP4345315A3

Abstract

개시된 실시 예는 원심 펌프의 다이-형 3차원 플라스틱 임펠러의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 임펠러에 관한 것으로, 비틀린 블레이드용 몰드 및 임펠러 출구용 몰드를 포함하고, 비틀린 블레이드용 몰드는 임펠러의 각각의 블레이드들의 비틀린 블레이드 부분을 형성하고, 임펠러 출구용 몰드는, 각각의 블레이드의 후방 부분, 임펠러의 허브 림 부분, 임펠러의 슈라우드 림 부분을 형성하도록 구성되고, 허브 림 부분, 슈라우드 림 부분 및 블레이드들이 동일 성형 공정에서 단일 피스로 형성된다.

Description

원심 펌프의 3차원 플라스틱 임펠러{3-DIMENSIONAL PLASTIC IMPELLER OF CENTRIFUGAL PUMP}

본 개시는 펌프 임펠러의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔지니어링 플라스틱 재질로 제작된 펌프 임펠러의 제조 방법에 관한 것으로서, 사출 성형 또는 트랜스퍼 성형과 같은 고효율의 3차원 유동 채널을 갖는 플라스틱 임펠러를 제조하는 방법에 적합하고, 기존의 2차원 임펠러가 생산이 쉽지만 효율이 낮은 문제를 해결할 수 있다.

에너지 절약 및 이산화탄소 배출 감소는 국가들로부터 보다 많은 관심을 받고 있으며, 따라서 전력 기계의 효율 개선은 제조 업체가 추구하는 목표가 되고 있다. 국제 에너지 기구(IEA)의 보고서에 따르면 펌프의 전력 소비는 모터 구동 기계의 전체 전력 소비의 약 19 %이다. 2015년부터 유럽 연합(EU)은 워터 펌프의 최소 효율 지수(MEI)를 최소 0.4 이상으로 규제하게 되어, 많은 제조 업체들이 제조 비용 효율적인 고효율 펌프를 개발하기 위해 노력하고 있다.

참조 1(Paul Cooper. 2001. McGraw-Hill. PUMP HANDBOOK(3rd ed.), 섹션 2.1, 원심 펌프 이론)에 따르면, 그것의 도 9(BEP 비속도(specific speed)의 함수에 따른 최적의 형상) 및 도 10(원심 펌프의 효율성 대 비속도)에서 펌프 산업에서 일반적으로 사용되는 매개 변수를 "비속도(specific speed)"라 하며, 비속도는 다음과 같이 정의 되고, , 참조에는 펌프 임펠러의 형상과 작동 범위(유량(Q), 수두(H))와의 관계도 언급되어 있으며, 원심 펌프의 비속도는 대략 380 내지 1750 사이이며, 비속도가 더 높은 임펠러는 블레이드의 비틀림 정도가 커지는 것으로 나타나 있다. 또한 2차원 블레이드는 비속도가 낮은 전형적인 블레이드이며, 2차원 블레이드는 z 축을 따라 모든 지점에서 동일한 모양을 가지므로, 블레이드의 슈라우드 라인과 허브 라인이 서로 오버랩된다. 반면 3차원 블레이드에서는 슈라우드 라인과 허브 라인이 모양이 다르고, 다른 블레이드 각도를 갖는다.

참고 1의 도 19(블레이드 모양의 등각 변환(conformal transformation) : "격자-라인들(grid-lines)")는, 등각 변환 방법에 의해 블레이드 모양의 격자-라인들이 설정되고, 출구에서 입구까지 자오 좌표()(meridional coordinate)에서 다른 유선들(streamlines)의 블레이드 각도 변화를 명확하게 정의할 수 있음을 언급한다. 출구에서 블레이드 각도가 동일하다는 것을 알 수 있지만, 입구에 가까울수록 슈라우드 라인과 허브 라인은 블레이드 각도에서 더 큰 차이를 가지며, 블레이드의 비틀림이 더 커진다.

원심 임펠러는 터보 기계의 작동에 중요한 요소로서 액체 및/또는 가스를 포함한 유체를 전달하는 데 사용할 수 있으며 풍력 터빈 또는 펌프에 적용될 수 있다. 펌프의 원심 임펠러는 볼류트(volute)에 설치 되고 유체는 펌프 하우징의 흡입부구로 유동하고, 임펠러의 입구로 축 방향으로 진입한다. 임펠러의 내부는 복수 개의 만곡된 블레이드에 의해 형성되는 복수 개의 방사상 또는 경 사진 블레이드 유동 채널들을 갖는다. 임펠러가 회전함에 따라 원심력과 코리올리 힘의 도움으로 이러한 블레이드들을 통해 기계적 에너지가 유체로 전달되어 유체의 유속과 압력이 증가한다. 블레이드들의 가이드를 통해, 유체의 유동이 축 방향에서 방사상의 방향으로 전환 되고 유체가 블레이드 유동 채널을 떠나 볼류트의 유동 채널로 들어가고, 그것의 고속 운동 에너지는 볼류트의 유동 채널의 확산을 통해 정압으로 회복되고 볼류트의 출구에서 배출된다.

축 방향으로는 원심 임펠러의 블레이드 전면과 후면에 슈라우드와 허브가 각각 배치 되고, 슈라우드와 허브는 블레이드 유동 채널 내에서 흐르는 유체의 이동을 제한하도록 구성된다. 허브는 샤프트에 직접 연결 되며 샤프트 동력을 블레이드에 전달하는 데 사용된다. 슈라우드는 유체의 유동을 제한하는 데 사용 되며 블레이드의 전체 구조적 강도를 높이고 볼류트 내부와 블레이드 유동 채널 사이의 압력 차이를 유지할 수 있다.

일반적인 원심 펌프에는 개방형 임펠러, 반-개방형 임펠러 또는 폐쇄형 임펠러가 장착될 수 있다. 개방형 임펠러에는 슈라우드가 없으며 개방형 임펠러에는 블레이드를 샤프트에 연결하는 허브의 일부만 있으며 임펠러는 펌프 하우징의 전방 벽과 후방 벽 사이에 설치되며, 유동장은 주로 임펠러와 펌프 하우징의 전방 벽 및 후방 벽 사이의 간격에 의해 제어된다. 반-개방형 임펠러에는 슈라우드가 없지만 블레이드들을 샤프트에 연결하기위한 완전한 허브를 가지며, 유동장은 주로 임펠러와 펌프 하우징 전방 벽 사이의 간격에 의해 제어된다. 폐쇄형 임펠러에는 일반적으로 슈라우드와 허브가 모두 있으며 임펠러 유동 채널 사이에 간격이 없어 효율성이 높으며 일반적으로 슈라우드, 허브 및 블레이드는 충분한 기계적 강도를 제공하고 각 블레이드 유동 채널에서 액체를 효과적으로 분리하기 위해 단일의 부분으로 만들어진다.

여기서, 도 1a, 도 1b 및 도 1c를 참조하면, 도 1a는 2차원 블레이드를 갖는 종래의 플라스틱 임펠러의 측 단면도이고, 도 1b는 도 1a의 플라스틱 임펠러의 평면도이고, 도 1c는 도 1a에서 2차원 블레이드의 격자-라인들(grid-lines)을 도시한다. 임펠러는 회전식 기계 부분이므로 원통형 좌표계는 도 1a에 표시된 것처럼 임펠러의 기하학적 모양을 설명하는 데 자주 사용된다. 임펠러의 축 방향 횡단면은 r_z 평면 또는 자오 평면(meridional plane)에 있으며 유체가 흡입부를 통해 임펠러로 유입된 후, 축 방향에서 방사상 방향으로 변경되는 유동 채널의 기하학적 모양을 설명하는데 사용되고, 슈라우드(11)와 허브(12) 사이의 블레이드 유동 채널의 기하학적 형태를 설명하는데도 사용되며, 도 1b에서 r_

평면은 자오 평면에 수직한 투영 평면(projection plane)이다. 슈라우드(11)는 내부 표면(111)을 갖는다. r_z 평면상의 내부 표면(111)의 표면 요소는 r축에 평행한 직선이고; 즉, 내부 표면(111)은 2차원 환상의 평면(annular flat surface)이다. 허브(12)는 내부 표면(121)을 갖는다. r_z 평면상의 내부 표면(121)의 표면 요소는 r축에 평행하지 않은 직선이므로, 내부 표면(121)은 원추형 표면(conical surface)이다.

도 1a에서 블레이드(13)는 슈라우드(11)와 허브(12) 사이에 위치하며 슈라우드(11)에서 허브(12)까지의 거리를 자오 폭(131)(meridional width)이라고 하며 자오 폭(131)은 블레이드(13)의 가장 넓은 입구 폭(B11)에서 블레이드(13)의 가장 좁은 출구 폭(B12)까지 감소한다. r_z 평면(자오 평면)에서 블레이드(13)는 입구에 선단 에지(132)를 구비하고, 블레이드(13)는 측부에서 슈라우드(11)에 연결되는 슈라우드 라인(134)을 구비하고, 블레이드(13)의 측부에서 허브(12)에 연결되는 허브 라인(135)을 구비하고, 만곡된 블레이드(13)(curved blade)는 출구 단부에 후단 에지(136)를 구비하고, 슈라우드 라인(134)과 허브 라인(135) 사이에 평균 라인(138)(mean line)이 존재한다. 도 1b에서, r_

평면에서 볼 때, 슈라우드 라인(134) 및 허브 라인(135)은 서로 완전히 오버랩 되고, 2개의 인접한 블레이드(13)는 그 사이에 섹터 폭(137)(sector width)을 가지며, 섹터 폭(137)은 블레이드(13)의 입구로부터 블레이드(13)의 출구를 향하는 방향을 따라서 반경에 증가에 따라 증가한다. 도 1c의 격자 라인에서, 세로 좌표(ordinate)는 자오 좌표(, [])(meridional coordinate)이고, r_z 평면상의 슈라우드 라인(134), 평균 라인(138) 및 허브 라인(135)의 길이가 m = 0에서 시작 함을 의미하고; 가로 좌표(abscissa)은 rd

이고, 이는 rd

=0에서, 슈라우드 라인(134), 평균 라인(138) 및 r_

평면에 돌출하는 허브 라인(135)의 둘레를 의미한다. 도 1b는 2차원 블레이드(13)에서 슈라우드 라인(134)과 허브 라인(135)이 서로 완전히 오버랩되므로, 블레이드 각도()가 동일하고, tan= dm/rd

가 동일하며, 각도는 r_

평면의 블레이드(13)에서 볼 때와 동일하다.

그림 1d에서, 기존의 2차원 플라스틱 임펠러의 제조 방법은 블레이드와 허브를 일체형으로 형성하고, 블레이드와 허브의 성형은 고정식 다이와 이동식 다이로 간단하게 달성할 수 있으며, 블레이드와 허브의 단일 피스(single piece)는 열 용접 또는 용융 로드를 사용하여 슈라우드와 결합되어 완전한 임펠러를 형성한다.

펌프 흡입부를 통해 유체가 임펠러로 유입된 이후, 유체의 축 방향 유동이 방사상의 유동과 원형의 유동으로 전환 되는 것을 고려하여 원심형 임펠러가 고효율을 달성하도록 하려면 흡입 섹션(suction section)의 블레이드의 모양은 2.5 차원 또는 3차원의 곡선(비틀린 블레이드 부분)이어야 한다. 2.5 차원 블레이드는 블레이드 각도가 유동장의 요구 사항에 더 부합하기 때문에 2차원 블레이드보다 효율성이 높지만, 3차원 표면을 가진 블레이드 만이 유동장의 요구 사항과 완전히 일치하고, 고효율의 목표를 완전히 달성할 수 있다. 여기서, 도 2a, 도 2a 및 도 2c를 참조하면, 도 2a는 3차원 블레이드를 갖지만 슈라우드가 없는 종래의 플라스틱 임펠러의 측 단면도이고, 도 2b는 도 2a의 플라스틱 임펠러의 평면도이고, 도 2c는 도 2a의 3차원 블레이드의 격자 라인을 도시한다. 도 2b에서, 블레이드 표면의 표면 요소는 곡선이고, 그러한 표면을 3차원 표면이라 하며, 블레이드의 표면의 표면 요소가 직선일 경우, 이러한 표면을 2.5차원 표면이라고 할 수 있다. 전술한 2차원 블레이드와 비교하여, 도 2a의 블레이드(23)는 허브(22)에 배치 되고, 블레이드(23)의 자오 폭(231)은 블레이드(23)의 가장 넓은 입구 폭(B21)에서 블레이드(23)의 가장 좁은 출구 폭(B22)으로 점차 감소하고, 허브(22)는 내부 표면(221)을 가지며, r_z 평면상의 내부 표면(221)의 표면 요소는 곡선이어서, 내부 표면(221)은 오목한 원추형 표면을 갖는다; 이러한 경우, 이러한 임펠러의 성형 공정에서 유동 채널을 형성하기 위한 몰드를 복수 개의 몰드 슬라이드 그룹으로 분할 해야 하거나, 임펠러가 형성된 후에 유동 채널에서 제거할 수 없으며, 이러한 몰드 슬라이드 제거의 어려움은 특히 블레이드의 입구 폭(B21)에서 발생한다.

r_z 평면(자오 평면)에서 블레이드(23)는 입구에 선단 에지(232)를 구비하고, 블레이드(23)는 허브(22)로부터 멀어지는 측부에 슈라우드 라인(234)을 구비하고, 블레이드(23)는 측부에 허브(22)에 연결된 허브 라인(235)을 구비하고, 만곡된 블레이드(23)는 출구 단부에 후단 에지(236)를 구비하고, 슈라우드 라인(234)과 허브 라인(235) 사이에 평균 라인(238)이 존재한다. 도 2b에서, r_

평면에서 볼 때, 2 개의 인접한 블레이드(23)는 그 사이에 섹터 폭(237)을 갖지만, 슈라우드 라인(234)과 허브 라인(235)은 특히 선단 근처의 블레이드(23) 부분에서 서로 오버랩되지 않고, 특히, 3차원의 비틀린 블레이드 부분(233)을 갖는 선단 에지(232) 근처의 블레이드(23)의 부분에서 비틀린 블레이드 부분(233)은 흡입부쪽으로 연장되는 곡선 형상이고, 슈라우드 라인(234)과 허브 라인(235) 사이의 거리는 블레이드 출구를 향하는 방향으로 감소한다. 도 2c의 격자 라인에서, 는 블레이드(23)의 3차원 각도를 나타내고; 입구(즉, m이 100 %에 가까운 경우)에서, 슈라우드 라인(234) 및 허브 라인(235)은 가 다르므로 만곡된 선단 에지(232)는 곡선 요소(239a)를 형성하기 위해 두 개의 곡선(즉, 슈라우드 라인(234) 및 허브 라인(235))을 연결하고, 곡선 요소(239a)는 선단 에지(232)에 평행하고; 블레이드 출구를 향하는 방향으로, 슈라우드 라인(234)과 허브 라인(235) 사이의 거리가 감소하고, 곡선 요소(239a)는 곡선으로부터 점차 직선으로 변한다. 현재의 기술은 이 구성을 3차원 블레이드 표면(239)으로 간주한다.

도 2d를 참조하면, 3차원 블레이드의 각각의 슈라우드 라인(234) 및 허브 라인(235)은 직렬로 연결된 복수 개의 아크 라인(arc lines)에 의해 형성 되고, 이러한 아크 라인들은 상이한 중심 및 상이한 반경을 가지며, 따라서 센터 폭(237)을 형성하기 위한 몰드 슬라이드의 제거는 블레이드(23)를 방해할 것이다.

도 3a, 도 3b 및 도 3c를 참조하면, 도 3a는 2.5 차원 블레이드 표면을 갖지만 슈라우드가 없는 종래의 플라스틱 임펠러의 측 단면도이고, 도 3b는 도 3a의 플라스틱 임펠러의 평면도이고, 도 3c는 도 3a의 3차원 블레이드의 격자 라인들을 도시한다. 도 3a에서, 블레이드(33)는 허브(32)에 배치되고, 블레이드(33)의 자오 폭(331)은 블레이드(33)의 가장 넓은 입구 폭(B31)에서 블레이드(33)의 가장 좁은 출구 폭(B32)으로 점차 감소하고, 허브(32)는 내부 표면(321)에서, r_z 평면상의 내부 표면(321)의 표면 요소는 곡선이고, 내부 표면(321)은 볼록한 원추형 표면이다. r_z 평면(자오 평면)에서 블레이드(33)는 흡입부에 선단 에지(332)를 구비하고, 블레이드(33)는 허브(32)로부터 멀어지는 측부에 슈라우드 라인(334)을 구비하고, 블레이드(33)는 측부에 허브(32)에 연결된 허브 라인(335)을 구비하고, 만곡된 블레이드(33)는 출구 단부에 후단 에지(336)를 가지며, 슈라우드 라인(334)과 허브 라인(335) 사이에 평균 라인(338)이 존재한다. 도 3b에서, r_

평면에서 볼 때, 2 개의 인접한 블레이드(33)는 그 사이에 섹터 폭(337)을 갖지만, 슈라우드 라인(334)과 허브 라인(335)은 특히 2.5 차원의 비틀린 블레이드 부분(333)을 갖는 선단 에지(332) 근처의 블레이드(33) 부분에서 서로 겹치지 않으며, 비틀린 블레이드 부분(333)은 흡입부쪽으로 축 방향으로 연장되는 직선 형상이다. 블레이드(33)의 입구에서, 선단 에지(332)의 직선은 슈라우드 라인(334)과 허브 라인(335)을 연결하여 블레이드 표면(339)을 형성하고, 블레이드 표면(339)은 직선 요소(339b)에 의해 형성된다. 현재 기술에서는 이 구성을 2.5 차원 블레이드 표면으로 간주한다.

2.5 차원 임펠러를 제조하는 종래 기술에서 슈라우드와 블레이드는 단일 피스로 형성되고 섹터 유동 채널의 몰드 슬라이드는 블레이드 표면의 직선 요소를 따라 탈형(demoulded) 되어 간섭을 일으키지 않고, 그런 다음 슈라우드와 블레이드를 열 용접 또는 용융 로드로 허브에 조립하여 완전한 임펠러를 형성한다. 그러나, 2.5 차원 블레이드의 슈라우드 라인(334)과 허브 라인(335)은 서로 연결된 복수 개의 곡선에 의해 형성되어, 섹터 폭(337)에서 몰드 슬라이드를 방사상으로 제거하면 여전히 블레이드를 간섭할 것이며, 또한 3차원 비틀린 블레이드 부분의 블레이드 표면은 곡선 요소에 의해 형성 되고, 따라서 블레이드 표면의 곡선 요소를 따라 섹터 폭(337)에서 몰드 슬라이드를 제거하는 것은 여전히 블레이드에 간섭될 것이다. 따라서 동일한 성형 공정을 여기서 사용할 수 없고, 허브는 동력 전달 구성 요소 이며, 허브는 열 용접 또는 용융 막대로 블레이드에 조립할 수 있지만, 허브가 블레이드를 형성하는 동일한 성형 공정에 의해 생산되지 않기 때문에 허브와 블레이드 사이에 이음새 또는 구조적 불연속성이 여전히 존재하여, 구조적 강도가 약해져 고온(예 : 200℃) 및 고부하와 같은 조건에서 작동 할 수 없다.

위에서 논의한 바와 같이 고효율 플라스틱 임펠러는 슈라우드, 허브, 3차원 비틀린 블레이드 부분을 구비하여야 하며, 이를 통해 성형의 어려움을 극복해야 한다.

또한, 종래에는 로스트-몰드 캐스팅을 이용하거나 판금을 이용하여 다양한 부분을 제작한 후 함께 용접하여 슈라우드와 허브가 있는 3차원 금속 임펠러를 제작할 수 있었다. 그러나 이러한 방법은 이미 성숙한 기술이다. 기존 플라스틱 펌프의 3차원 폐쇄형 임펠러 제조에는 다음과 같은 종래의 기술이 존재한다.

1. 5축 가공 기계를 사용하여 단일 플라스틱 몸체를 3차원 블레이드 표면이 있는 임펠러에 조각한다. 이 방법은 많은 재료 낭비와 높은 처리 비용을 초래할 수 있다. 좁은 유동 채널 폭 또는 블레이드의 크게 비틀린 형상은 이러한 가공 방법을 채택하는 데 적합하지 않다.

2. 5축 가공 기계를 사용하여 전체 플라스틱 몸체를 2.5 차원 블레이드 표면의 임펠러에 조각한다. 이 가공 방법은 기존 방법에 비해 측부 밀링을 쉽게 사용할 수 있지만, 이러한 가공 방법은 여전히 많은 재료 낭비와 높은 가공 비용을 유발할 것이며, 블레이드 라인의 직선 요소가 블레이드의 비틀림을 줄임에도 불구하고, 펌프의 효율성을 감소 시키므로 이 방법은 유동장 요구 사항을 완전히 충족할 수 없다.

3. 임펠러의 슈라우드, 여러 개의 블레이드, 허브를 각각의 몰드를 사용하여 별도로 성형한 후 초음파 용접 또는 열 용접으로 조립한다. 그러나 이 가공 방법에서 블레이드, 슈라우드, 허브는 동일한 성형 공정으로 단일 공정으로 형성되지 않아 이음새 또는 구조적 불연속이 발생하여 높은 작업 온도에서 손상될 수 있는 구조적 강도가 약하다. 예를 들어 약 200℃) 또는 고부하 애플리케이션;

4. 임펠러 꼬임 블레이드 부분의 전체 세트는 두 그룹으로 나뉩니다. 슈라우드와 허브에서 블레이드의 일부가 한 조각으로 생산된다. 대부분의 블레이드가 균등하게 분할된 다음 이러한 구성 요소가 조립 되어 초음파 용접 또는 열 용접을 사용하여 임펠러가 된다. 이 방법은 블레이드 사이의 섹터 폭의 공간을 증가 시키지만, 비틀린 블레이드 부분 탈형의 선단에서 축 방향 또는 방사형 탈형을 직접 수행할 수 없으므로 여전히 몰드 슬라이드 탈형 메커니즘이 필요한다. 그리고 이 방법은 여전히 초음파 용접이나 열 용접으로 조립해야 하는 블레이드의 절반을 가지고 있기 때문에 구조적 강도가 고온(예 : 200℃) 및 고부하와 같은 조건에서 쉽게 손상 되는 문제가 여전히 존재한다;

5. 3차원 비틀린 블레이드 부분을 2차원 블레이드 형상으로 교체하고 유동장의 곡선을 단순한 아크 라인으로 대체하여 몰드 슬라이드를 부드럽게 제거할 수 있지만, 2차원 블레이드 펌프의 성능이 낮기 때문에 효율성이 저하되고 EU의 펌프 에너지 효율 요구 사항을 충족할 수 없다.

6. 일부는 증발 주조법(evaporative casting)을 사용하여 임펠러를 형성하지만, 증발 주조는 재사용할 수 없으며, 증발 주조 코어를 분해하기 위해 추가 화학 약품이나 가열이 필요하여 제조 공정이 복잡하고 비용이 증가하여 불일치가 발생하여, 경제적 생산 요구 사항과 일치하지 않는 결과가 초래된다.

7. 다른 일부는 몰드 슬라이드 그룹이 각 유동 채널을 형성하는데 사용되도록 유동 채널에 몰드 슬라이드를 레이어링 하려고 시도하므로 몰드 슬라이드를 유동 채널에서 순차적으로 꺼낼 수 있다. 몰드 슬라이드를 제거하는 동안 이전에 제거된 몰드 슬라이드가 차지했던 공간을 나머지 몰드 슬라이드를 제거하는 데 사용할 수 있으므로 나머지 몰드 슬라이드를 간섭없이 제거할 수 있다. 그러나 이 방법은 큰 유동 채널 폭, 큰 유량 및 낮은 수두(중간에서 높은 비속도)를 갖는 펌프 모델에만 적용된다. 이러한 유형의 펌프만이 몰드 슬라이드를 레이어링 하기에 충분한 공간을 갖는다. 또한, 이 방법의 탈형 과정이 복잡하고 탈형 메커니즘의 설계가 복잡하여 생산 비용이 증가한다.

임펠러 제조와 관련된 일부 기존 공개 참조는 다음과 같다.

참조 2(중국 특허 CN 103128974 A)

참조 2는 플라스틱 폐쇄형 임펠러의 생산 공정에 관한 것이다. 참조 2는 탈형 과정을 용이하게 하기 위해 펌프 임펠러가 단일 아크(arc)를 갖는 블레이드를 채택하지만 이는 임펠러의 효율성을 감소시킬 것이다. 폐쇄형 임펠러는 이중 아크(double arcs)가 있는 블레이드를 사용하여 효율성을 높인다. 그러나 임펠러 몰드의 슬라이드를 제거할 수 없어서 하나의 임펠러를 생산할 수 없었다. 참조 2는 슈라우드와 허브가 두 세트의 몰드로 생산된 다음 플라스틱 나사를 통해 결합되는 것을 제안했지만, 참조 2는 3차원 비틀린 블레이드 부분이 어떻게 만들어지는지 언급하지 않았으며, 참조 2의 도면은 블레이드 몰드가 축 방향으로 단 방향으로 제거되는 것으로 도시되므로, 이는 2차원 블레이드에 적합하다는 점을 알 수 있다. 또한, 참조 2는 일체로 성형하는 대신에 플라스틱 나사를 사용하여 블레이드를 조립할 때의 신뢰성과 고온, 고부하 상황에 적용할 수 있는지 여부를 설명하지 않다.

참조 3(중국 특허 CN 104131995 A)

참조 3은 워터 펌프 임펠러의 제조 방법 및 워터 펌프에 관한 것이다. 참조 3은 사출 성형이나 다이 캐스팅 또는 압출을 사용하여 임펠러를 만들기 위해 이동식 다이와 고정식 다이를 사용하여 제안했지만, 참고 3은 몰드 슬라이드를 사용하지 않기 때문에 임펠러의 허브가 노치를 형성하여 효율에 영향을 미친다는 점을 나타낸다. 인서트가 허브의 노치를 채우는데 사용되면 효율이 높아질 수 있지만 참조 3의 임펠러 동력 전달은 허브에 구멍이 있기 때문에, 노치 주변의 작은 영역에서만 샤프트를 통해 스핀들 보어와 허브에 적용될 수 있다. 허브와 블레이드 사이의 연결은 펌프 동력 전달을 위한 기계적 구조적 강도를 가져야한다. 참조 3의 도면은 허브와 블레이드의 연결이 스핀들 보어 근처의 작은 반경에 있는 영역이므로 더 큰 토크 부하를 견뎌야 하며, 탈형 공정을 수행하려면 허브 영역을 임펠러 흡입부 범위로 제한해야 하므로, 참조 3은 높은 유속과 낮은 수두(중간 내지 높은 비속도)를 갖는 원심 펌프에만 적용될 수 있다.

참조 4(중국 특허 CN 105179304 A)

참조 4는 플라스틱 부식 방지 및 내마모성 펌프와 임펠러 성형 다이를 가지고 있으며, 참조 4는 플라스틱 원심 펌프 효율이 일반적으로 금속 펌프의 효율보다 낮다는 점을 보여주는데, 이는 원심 펌프 임펠러의 효율은 임펠러 유동 채널의 축 방향 및 방사상 방향이 유압 모델에 따라 비틀어져야 하기 때문이다. 기존의 프레싱 몰드 기술에서는 주조 공정으로 형성된 금속 임펠러와, 크게 비틀린 유동 채널에서 몰드를 제거하기가 어려우며, 몰드는 스폴링(spalling)에 의해서 제거될 수 있다. 참조 4는 플라스틱 3차원 비틀린 블레이드 부분을 생산할 수 있는 임펠러 몰드를 제안하지만, 참조 4에서 제안한 임펠러 유동 채널 몰드 슬라이드는 세 그룹으로 나뉘어 순차적으로 꺼내야 하므로 복잡한 이형 공정이 발생하고 생산 비용이 증가하며, 자동 탈형 메커니즘을 설계하기 어렵고 경제적 생산 요구 사항을 충족하지 못한다.

참조 5(중국 특허 CN 107471547 A)

참조 5는 원심 임펠러를 제조하기위한 몰드에 관한 것으로 원심 팬의 임펠러를 위한 성형기구를 제공한다. 임펠러 유동 채널의 몰드 슬라이드는 두 그룹으로 나뉩니다. 연결 메커니즘은 r_z 평면에서 폭이 변화하는 임펠러를 생성하도록 설계된다. 그러나 일반 원심 팬의 블레이드 길이는 펌프 블레이드의 블레이드 길이보다 짧으며, 참조 5의 도면은 그 실시 예가 2차원 블레이드임을 도시한다. 참조 5는 또한 임펠러 유동 채널을 위한 몰드 슬라이드의 배치 및 제거 경로가 직선을 따르는 것으로 언급하며, 몰드 메커니즘의 블레이드 설계가 원심 펌프에 필요한 3차원 비틀린 블레이드 부분에 적합하지 않음을 나타낸다.

참조 6(중국 특허 CN 107092763 A)

참조 6은 주조성(castability)이 있는 터보 기계 임펠러의 3차원 설계에 관한 것이다. 참조 6은 다양한 터보 기계의 효율성을 향상시키는 데 중요한 방법 중 하나가 임펠러의 3차원 설계이지만 생산에 적합한 유동 채널 형상이 필요하다는 것을 도시한다. 참조 6은 금속 주조 3차원 임펠러의 제조 가능성을 고려한 설계 방법을 제안하고 있지만, 참조 6은 사출 성형이나 트랜스퍼 성형에 적합한 플라스틱 펌프 임펠러의 제조 방법을 제안하지 않는다.

참조 7(중국 특허 CN 202209308 U)

참조 7은 효율적인 완전한 3차원 임펠러에 관한 것이고, 참조 7은 효율을 높이기 위해 구성된 3차원 임펠러 디자인을 제안하지만, 참조 7은 새로운 임펠러 디자인이 알루미늄 합금을 사용한다고 언급하고 있으며, 참조 7의 도면은 임펠러가 팬에 적용 되는 반-개방형 임펠러지만, 참조 7은 제조 방법에 대한 설명을 제공하지 않는다.

참조 8(중국 특허 CN 203009383 U)

참조 8은 원심 압축기의 기술 분야에 속하는 소유량 폐쇄형 완전-밀링(full-milling) 3차원 임펠러에 관한 것이다. 참조 8은 임펠러의 흡입부 및 배출구와 협력하고 임펠러를 조립하기 위해 용접이나 리벳을 사용하는 대신 기계 가공으로 제조되는 임펠러 슈라우드에 링 모양의 홈을 추가하는 것을 제안한다. 그러나 블레이드 유동 채널을 조각하기 위해 기계를 사용하면 제조 비용이 많이 드는 문제가 있다. 참조 8은 비용 효율성과 관련된 어떤 것도 언급하지 않으며 슈라우드의 링 모양 홈은 유동 채널의 유동에 간섭을 일으키고 임펠러 효율을 감소시킬 것이다.

참조 9(중국 특허 CN 206753985 U)

참조 번호 9는 폐쇄형 임펠러에 관한 것이고, 참조 번호 9는 슈라우드와 임펠러를 결합하는 방법을 제공하며, 도브테일 슬롯(dovetail slot) 및 위치 결정 블록 메커니즘(the positioning block mechanism) 설계는 작동 중 풀림을 방지하여 축 방향으로 제한을 증가시킬 수 있다. 그러나 참조 9는 3차원 블레이드 유동 채널의 제조 방법 및 재질을 제공하지 않는다.

참조 10(WO2007/046565 A1)

참조 10은 자동차 냉각 사이클을 위한 펌프 임펠러의 사출 성형 전략을 제공한다. 참조 10에서는 사출 성형을 이용하여 임펠러를 일체로 성형하는 것이 블레이드 효율을 향상시키고 임펠러 신뢰성을 향상시킬 수 있다고 언급하고 있지만, 참조 10의 도면은 블레이드가 2차원 블레이드임을 보여주고 참조 10의 내용은 플라스틱 임펠러의 3차원 블레이드 유동 채널을 위한 생산 방법에 대한 설명을 제공하지 않는다.

참조 11(중국 특허 CN 102264525 A)

참조 11은 펌프 임펠러 및 펌프 임펠러를 위한 스프레이-주조(spray-casting) 공정에 관한 것이다. 참조 11은 임펠러의 유동 채널이 오목한 측부를 구비할 것을 보여주고, 이는 임펠러 흡입부 근처에 구부러진 측부가 존재하고 펌프 흡입부에 연결된다는 것을 나타내며, 오목한 측부는 유동 채널을 따라 방사상의 방향으로 몰드 코어의 제거를 방해할 것이다. 종래 기술은 임펠러를 형성하기 위해 증발 주조 코어(evaporative casting core) 또는 여러 부분의 어셈블리를 사용해야 한다. 비용을 줄이기 위해 Reference 11은 원심 펌프 임펠러의 유동 채널에서 몰드 슬라이드를 꺼내는 방법을 제공한다. 몰드 슬라이드는 재사용이 가능하므로 증발 주조 코어를 대체할 수 있다. 임펠러의 유동 채널에 공간을 만들기 위해 방사상 방향으로 몰드 코어의 일부를 제거하고 측부 오목한 몰드 코어를 제거한다. 참조 11은 여러 몰드 코어가 함께 제거될 수 있도록 하는 연결 메커니즘 세트를 설계하는 최적화된 실시 예를 제공한다. 그러나 자동 탈형 메커니즘(automatic demolding mechanism)이 없는 경우 수동 이형은 복잡한 이형 프로세스로 이어지고 생산 비용이 증가하고 경제적인 생산 요구 사항을 충족하지 못한다. 참조 11에서 제안한 연결 메커니즘을 사용하는 경우, 유동 채널에는 충분한 공간이 있어야 하며, 특히 축 방향 너비는 안내 경로를 설계하기에 충분해야 한다. 원심 펌프의 출구 및 임펠러 유동 채널의 축 방향 폭은 펌프 유형에 따라 다양할 수 있다. 일반적으로 유속이 작고 수두가 높은 모델(비속이 낮음)은 배출구가 더 작고 몇 밀리미터 밖에 안되기 때문에, 몰드 코어를 그룹들로 나눌 수 없고, 안내 메커니즘을 사용할 수 없다. 큰 유량, 낮은 수두(중간 내지 높은 비속도)의 모델의 경우, 어느 정도 비틀림이 있는 블레이드는 더 높은 효율을 얻을 수 있다. 몰드 코어는 축 방향으로 분할되고 자오 평면에서 분할 되어야 하며, 몰드 코어의 수가 증가하고, 탈형 메커니즘 설계의 어려움도 증가할 것이다.

참조 12(WO2014/139578 A1)

참조 12는 임펠러 마모를 유발할 수 있는 모래 함유 물(sand-containing water)과 같은 이물질이 포함된 액체를 운반하도록 특별히 설계된 펌프에 관한 것이며, 따라서 내마모성 임펠러 재료가 필요하며, 참조 12는 임펠러의 습식 소재(wetted material)로서 마모가 강한 고무와 같은 부드러운 재료를 사용하고, 고무 재질은 신축성이 있어서 변형이 쉽기 때문에, 임펠러 유동 채널에서 몰드 슬라이드를 쉽게 꺼낼 수 있다. 그러나 참조 12는 임펠러 재료를 높은 탄성 계수를 갖는 고무 재료로 정의하는 동시에 펌프의 적용 범위, 특히 고온(예 : 200℃) 및 높은 부하 작동 조건을 제한한다. 플라스틱 펌프의 습식 소재(wetted material)는 일반적으로 불소 수지로 만들어지며, 실(seal)이 없는 펌프의 임펠러는 축 방향 추력 부하에 견딜 수 있어야 하므로 내부 누출 손실을 줄이기 위해 슈라우드 흡입 면과 접촉하거나 아주 작은 간격을 가져야 한다. 고무 임펠러의 작동 온도는 재료에 따라 다르며 일반적으로 200℃에 도달할 수 없으며 높은 탄성 계수로 인해 동력 전달 중에 변형이 발생하여 실 없는 펌프(sealless pump) 적용 요구 사항을 충족하지 못한다.

참조 13(대만 특허 TW 201640027 A)

참조 13은 유체 구동 펌프를 위한 원심 임펠러의 제조 방법에 관한 것으로, 참조 13은 임펠러를 슈라우드와 블레이드의 절반, 허브와 블레이드의 나머지 절반의 두 그룹으로 나누어 사용하며, 포지셔닝 구멍과 초음파 용접을 사용하여 허브, 슈라우드 및 블레이드를 결합한다. 이 방법은 블레이드 사이의 생산 공간을 증가시킬 뿐이지만, 참조 13은 중앙 흡입부구에 있는 임펠러의 블레이드 비틀림 세그먼트가 완성된 블레이드에서 몰드에서 분리되는 방식을 설명하지 않으며, 참조 13의 임펠러는 여전히 동력 전달을 담당하는 허브와 일체로 형성되지 않는 절반의 블레이드를 가지고 있으며, 초음파 용접 또는 화학 접착제, 나사로만 허브에 연결될 뿐이다. 즉, 참조 13의 임펠러는 실시 예에서 임펠러 하중의 절반이 슈라우드와의 매우 작은 접촉면을 갖는 블레이드를 통해서만 전달된다. 플라스틱 소재가 고온(예 : 200℃ 및 고부하와 같은 일부 응용 분야에서 기계적 강도에 신뢰성 문제점에 대한 부분은 참조 13에서 설명되지 않는다.

참조 14(미국 특허 US 2018/0243955A1)

참조 14는 사출 성형법을 이용한 임펠러 제조 방법에 관한 것이지만, 몰드에서 임펠러의 비틀린 블레이드 부분은 허브의 외주면에 위치하며 허브와 오버랩되지 않는 작은 부분에만 연결 되어 있으므로, 몰드 슬라이드가 필요하지 않다. 사출(injection) 이후 블레이드는 폴딩되고 허브에 고정됨으로써, 임펠러를 형성한다. 참조 14에서는 더 나은 임펠러 효율을 달성하기 위해 블레이드 모양을 제한없이 생산할 수 있지만, 블레이드가 허브에 연결되는 방식은 임펠러가 높은 토크 부하를 견딜 수 없게 하므로 저전력 장치에만 적합하다는 점을 알 수 있다. 참조 14는 또한 그 기술 분야가 자동차 냉각 팬과 같은 저전력의 적용을 위한 것이라는 점을 명시한다.

참조 15(미국 특허 US 10016808 B2)

참조 15는 금속 또는 플라스틱 3차원 비틀린 임펠러를 생성하도록 구성된 증발 주조 코어 구조에 관한 것이다. 임펠러 사출 또는 사출 성형 후 증발 주조 코어는 화학 작용제 또는 가열에 의해 분해된다. 이 제조 공정은 복잡하고 비용이 높아 경제적 생산 요구를 충족시키지 못한다.

참조 16(유럽 특허 EP 0734834A1)

참조 16은 폐쇄형 플라스틱 임펠러의 몰드 구조에 관한 것으로, 상부 및 하부 방사상 방향으로 추출된 몰드 슬라이드 코어와 몰드 메커니즘의 조합을 사용하고 사출 성형 방법을 사용하여 일체형 임펠러를 생산하도록 구성된다. 그러나 참조 16은 축 방향으로 제거할 수 있는 몰드를 사용하지 않으므로 3차원 비틀린 블레이드 부분을 생성할 수 없다. 참조 16의 도면은 임펠러가 2차원 구조라는 점을 개시하고 있으므로, 고효율 요구 사항을 달성하기가 어렵다는 점을 알 수 있다.

본 개시는 허브 및 복수 개의 블레이드들을 포함하는 원심 펌프의 다이형 3차원 플라스틱 임펠러를 제공한다. 허브는 허브 림 부분 및 내부 허브를 포함하고, 허브 림 부분은 허브 구멍을 갖고, 블레이드들은 허브 림 부분을 따라 배열된다. 블레이드들은 전방 부분 및 후방 부분을 각각 갖고, 전방 부분은 후방 부분을 통해 허브 림 부분에 연결된 비틀린 블레이드 부분이다; 허브 림 부분 및 복수 개의 블레이드들은 동일 성형 공정에서 단일 피스로 형성되고, 비틀린 블레이드 부분들은 허브 구멍에 위치되고 허브 림 부분과 오버랩되지 않는다. 허브 림 부분의 허브 구멍 및 내부 허브는 열 용접 또는 용융 로드들에 의해 배치되고 이에 따라 임펠러를 함께 형성한다.

본 개시는 허브 및 복수 개의 블레이드들을 포함하는 원심 펌프의 다이형 3차원 플라스틱 임펠러를 제공한다. 허브는 허브 림 부분 및 내부 허브를 포함하고, 허브 림 부분은 허브 구멍을 갖고, 블레이드들은 허브 림 부분을 따라 배열된다. 블레이드들은 전방 부분 및 후방 부분을 각각 갖고, 전방 부분은 후방 부분을 통해 허브 림 부분에 연결된 비틀린 블레이드 부분이다. 축 방향으로 제거 가능한 비틀린 블레이드용 몰드를 사용하여 임펠러를 형성한다. 허브 림 부분의 허브 구멍 및 내부 허브는 열 용접 또는 용융 로드들에 의해 배치되고 이에 따라 임펠러를 함께 형성한다.

본 개시는 허브 및 복수 개의 블레이드들을 포함하는 원심 펌프의 다이형 3차원 플라스틱 임펠러를 제공한다. 블레이드들은 출구에서 후단 에지 및 입구에서 선단 에지를 각각 갖는다. r_z 평면 상의 블레이드들은 자오 좌표()에 의해 규정된다. 허브는 허브 림 부분 및 내부 허브를 포함하고, 허브 림 부분은 허브 구멍을 갖고, 블레이드들은 허브 림 부분을 따라 배열된다. 블레이드들은 비틀린 블레이드 부분을 각각 갖는다. r_z 평면 상의 블레이드들은, 전방 부분, 전방 부분에 연결된 후방 부분, 및 허브의 허브 라인을 각각 포함한다. 전방 부분은 후방 부분을 통해 허브 림 부분에 연결된다. 허브 라인은 자오 좌표()에 의해 규정된다. 허브 라인은 제 1 허브 라인 및 제 2 허브 라인을 포함하고, 제 1 허브 라인은 전방 부분에 위치되고, 제 2 허브 라인은 후방 부분에 위치되고, 전방 부분은 비틀린 블레이드 부분이다. 자오 좌표() 상의 출구에서의 후단 에지로부터 입구에서의 선단 에지까지 허브 라인의 총 길이를 100%라 하면, 자오 좌표() 상의 비틀린 블레이드 부분의 제 1 허브 라인의 길이는 자오 좌표() 상의 복수 개의 블레이드들 중 각각의 블레이드의 허브 라인의 길이의 30%-70%이다. 허브 림 부분 및 블레이드들은 동일 성형 공정에서 단일 피스로 형성된다. 허브 림 부분의 허브 구멍 및 내부 허브는 열 용접 또는 용융 로드들에 의해 배치되고 이에 따라 임펠러를 함께 형성한다.

본 개시의 플라스틱 원심 임펠러 구조의 주된 목적은 몰드를 사용하여 대량 생산을 달성하여 제조 비용을 절감하고 3차원 표면 형상을 갖는 원심 블레이드의 고효율 성능을 달성하고 고온(예 : 200℃) 및 고부하 작동 조건에서 적용될 수 있도록 하는 것이다.

본 개시의 원심 임펠러를 형성하는 동안, 허브의 허브 림 부분은 각 블레이드의 임펠러 후방 부분과 일체로 형성 되어 허브의 허브 림 부분을 통해 모든 블레이드에 확실하게 토크가 전달될 수 있다.

블레이드의 제 2 슈라우드 라인과 제 2 허브 라인은 블레이드 각도가 다르므로 블레이드의 그리드 라인에서 서로 오버랩되지 않는다. 몇몇 경우, 그러한 부분에서의 탈형은 2 개의 몰드 슬라이드를 순차적으로 방사상으로 제거함으로써 달성될 수 있다. 슈라우드 림 부분과 허브 림 부분이 r-z 평면에서 서로 평행한 경우, 임펠러 출구용 몰드의 단일 및 간단한 몰드 슬라이드를 방사상으로 제거하여 동일한 탈형을 수행할 수 있다.

블레이드의 제 2 슈라우드 라인과 제 2 허브 라인이 서로 오버랩되는 경우 ,임펠러 출구의 블레이드는 몰드 슬라이드를 사용하지 않고 직접 성형한 다음 슈라우드 및 내부 허브에 조립하여 열 용접 또는 용융 로드를 통해 완전한 3차원 플라스틱 임펠러를 형성할 수 있다. 슈라우드는 유체의 압력차를 견디고 성형 후 임펠러의 전체적인 강도를 제공하기 때문에 슈라우드는 고온 및 고부하로 인한 풀림(loosening) 문제가 없다.

일반적으로 임펠러를 형성하기 위한 몰드는 두 개의 어셈블리로 나눌 수 있으며, 제 1 어셈블리는 임펠러 흡입부에서 3차원 비틀린 블레이드 부분을 형성하도록 구성된 비틀린 블레이드용 몰드이며, 여기서 비틀린 블레이드용 몰드는 고정식 다이와 이동식 다이를 가질 수 있다. 고정식 다이 및 이동식 다이는 슈라우드 림 부분의 슈라우드 구멍과 허브 림 부분의 허브 구멍을 통해 반대 방향으로 축 방향으로 제거될 수 있다; 제 2 어셈블리는 임펠러의 외부 유동 채널을 형성하도록 구성된 임펠러 출구용 몰드이며, 유동 채널과 동일한 개수의 몰드 슬라이드 또는 몰드 슬라이드 그룹을 가질 경우, 이러한 몰드 슬라이드 또는 몰드 슬라이드 그룹은 유동 채널의 곡선을 따라 방사상으로 제거될 수 있다. 환형 슈라우드 림 부분과 허브 림 부분 및 각 블레이드는 동일한 성형 공정에서 단일 피스로 형성된다. 다른 경우에는 블레이드와 허브 림 부분만 동일한 성형 공정에서 단일 피스로 형성될 수 있다.

원심 펌프의 3차원 플라스틱 임펠러의 제조 방법 및 이에 의해 공개된 임펠러는 적어도 다음과 같은 효과를 달성할 수 있다. 1. 각 부분은 몰드를 사용하여 생산할 수 있으며 자동으로 탈형될 수 있어서 생산 가치를 갖는다. 2. 비틀린 블레이드 부분은 고정식 다이와 이동식 다이 세트를 사용하여 형성할 수 있으며, 3차원 비틀린 블레이드 형상은 펌프 성능을 개선하는 데 도움이 된다. 3. 블레이드와 허브 림 부분은 동일한 성형 공정에서 단일 부분으로 형성 되어 구조적 강도가 더 높은 허브가 블레이드에 직접 토크를 전달하여 임펠러가 높은 작동 온도(예 : 약 200℃) 또는 높은 부하에서 손상 없이 작동하도록 도와준다.

본 개시 내용의 설명 및 실시 예에 대한 다음의 설명은 본 개시 내용의 사상 및 원리를 입증 및 설명하고 본 개시 내용의 청구 범위에 대한 추가 설명을 제공하기 위해 제공된다.

본 개시는 아래에 주어진 상세한 설명 및 본 개시를 제한하려는 의도가 아닌 오로지 예시적인 방식으로 주어진 첨부 도면들로부터 더욱 잘 이해될 것이다.
도 1a는 2차원 블레이드를 갖는 종래의 플라스틱 임펠러의 측 단면도이다.
도 1b는 도 1a의 플라스틱 임펠러의 평면도이다.
도 1c는 도 1a의 2차원 블레이드의 격자 라인을 도시한다.
도 1d는 도 1a의 2차원 블레이드의 분해 사시도이다.
도 2a는 3차원 블레이드를 구비하지만 슈라우드가 없는 종래의 플라스틱 임펠러의 측 단면도이다.
도 2b는 도 2a의 플라스틱 임펠러의 평면도이다.
도 2c는 도 2a의 3차원 블레이드의 격자 라인을 도시한다.
도 2d는 도 2a의 3차원 블레이드의 개략도로서, 복수 개의 곡선 섹션을 도시한다.
도 3a는 2.5차원 블레이드 표면을 갖지만 슈라우드가 없는 종래의 플라스틱 임펠러의 측 단면도이다.
도 3b는 도 3a의 플라스틱 임펠러의 평면도이다.
도 3c는 도 3a의 3차원 블레이드의 격자 라인을 도시한다.
도 4a는 본 개시 내용의 제 1 실시 예에 따른 플라스틱 임펠러의 측 단면도이다.
도 4b는 도 4a의 플라스틱 임펠러의 평면도이다.
도 4c는 도 4a의 블레이드의 격자 라인을 도시한다.
도 4d는 본 개시 내용의 제 1 실시 예의 플라스틱 임펠러 및 이를 제조하기 위한 몰드의 분해도를 도시한다.
도 4e는 본 개시 내용의 제 1 실시 예의 플라스틱 임펠러의 부분 확대 측 단면도이다.
도 4f는 본 개시 내용의 제 1 실시 예의 플라스틱 임펠러의 변형의 측 단면도이다.
도 4g는 본 개시 내용의 제 1 실시 예의 플라스틱 임펠러의 변형의 부분 확대 측 단면도이다.
도 5는 본 개시 내용의 제 1 실시 예의 플라스틱 임펠러의 조립 횡단면도이다.
도 6a-6b는 본 개시 내용의 제 1 실시 예의 플라스틱 임펠러의 다른 각도에서 취한 분해도를 도시한다.
도 7a-7b는 본 개시 내용의 제 1 실시 예의 플라스틱 임펠러의 다른 각도에서 취한 분해도를 도시한다.
도 8a는 본 개시 내용의 제 2 실시 예에 따른 플라스틱 임펠러의 측 단면도이다.
도 8b는 도 8a의 플라스틱 임펠러의 평면도이다.
도 8c는 도 8a의 블레이드의 격자 라인을 도시한다.
도 8d는 본 개시 내용의 제 2 실시 예의 플라스틱 임펠러 및 이를 제조하기 위한 몰드의 분해도를 도시한다.
도 9는 본 개시 내용의 제 2 실시 예의 플라스틱 임펠러의 조립 단면도이다.
도 10a는 본 개시 내용의 제 3 실시 예에 따른 플라스틱 임펠러의 측 단면도이다.
도 10b는 도 10a의 플라스틱 임펠러의 평면도이다.
도 10c는 도 10a의 블레이드의 격자 라인을 도시한다.
도 10d는 본 개시 내용의 제 3 실시 예의 플라스틱 임펠러 및 이를 제조하기 위한 몰드의 분해도를 도시한다.
도 11은 본 개시 내용의 제 3 실시 예의 플라스틱 임펠러의 조립 단면도이다.
도 12는 본 개시의 제 4 실시 예에 따른 플라스틱 임펠러의 조립 단면도이다.

본 개시 내용의 상세한 특징 및 이점은 당업자가 개시 내용의 기술적 내용을 이해할 수 있도록 하기 상세한 설명에 기재되며, 개시되는 내용, 청구항의 범위 및 첨부된 도면을 참조하여, 통상의 기술자라면 본 개시의 목적 및 이점을 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 다음의 실시 예는 본 개시에 대해 더 상세하게 설명하지만 임의의 관점에 의해 본 개시의 범위를 제한하지 않는다.

또한, 본 개시 내용은 이하의 도면들을 통해 개시될 것이다. 명확성을 위해 다음 설명에서 많은 실용적인 세부 사항을 설명한다. 그러나, 이러한 실제적인 세부 사항은 본 개시를 제한하기 위해 사용 되지 않는다는 점을 이해해야 한다.

더욱이, 일부 기존의 종래의 구조 및 구성 요소는 단순한 예시를 위해 간단하고 개략적인 방식으로 도시될 수 있다. 또한, 본 개시의 기술적 특징을 이해하고 파악할 수 있도록 본 개시의 도면에서 일부 특징의 비율 또는 크기를 약간 확대하거나 변경할 수 있으나, 이는 본 개시를 제한하려는 의도가 아니다. 본 명세서의 공개에 따라 제조된 제품의 실제 크기 및 사양은 아래 공개된 바와 같이 요구 사항, 제품 자체의 특성 및 공개 내용의 내용에 따라 조정될 수 있다.

제 1 실시 예

먼저, 도 4a-4c 및 도 5를 참조하면, 도 4a는 본 개시의 제 1 실시 예에 따른 임펠러(5)의 측 단면도이고, 도 4b는 도 4a의 임펠러(5)의 평면도이다. 도 4c는 도 4a의 블레이드(53)의 격자 라인을 도시하고, 도 5는 본 개시 내용의 제 1 실시 예의 임펠러(5)의 조립 횡 단면도를 개시한다. 본 실시 예는 3차원 유동 채널(flow channel)들을 갖는 원심 펌프를 위한 플라스틱 임펠러(5)를 제공한다.

이 실시 예에서, 임펠러(5)는 복수 개의 블레이드(53), 허브 림 부분(521), 내부 허브(후방 내부 플레이트)(522), 슈라우드 림 부분(511) 및 내부 슈라우드(전방 내부 플레이트)(512)를 포함한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 슈라우드 림 부분(511) 및 내부 슈라우드(512)는 슈라우드(51)로부터 함께, 허브 림 부분(521) 및 내부 허브(522)는 허브(52)로부터 함께, 추가로, 도 4a 또는 도 4f에 도시된 바와 같이 , 슈라우드 림 부분(511)은 내부 표면(5111)을 구비하고, r_z 평면상의 내부 표면(5111)의 표면 요소는 곡선이고; 허브 림 부분(521)은 내부 표면(5211)을 구비하고, r_z 평면상의 내부 표면(5211)의 표면 요소는 평평한 표면을 형성하도록 r축에 평행한 직선이고; 즉, 내부 표면(5211)은 2차원 환형의 평평한 표면(annular flat surface)이다.

또한, 도 4a 또는 도 4b에 도시된 바와 같이, 허브 림 부분(521)은 허브 구멍(5210)을 구비하고, 슈라우드 림 부분(511)은 슈라우드 구멍(5110)을 구비하며, 각 블레이드(53)는 적어도 부분적으로 슈라우드 림의 슈라우드 구멍(5110)과, 허브 림 부분(521)의 허브 구멍(5210) 사이에 위치한다.

구체적으로 블레이드(53)에 대해 r_z 평면(자오 평면(meridional plane))에서 블레이드(53)는 흡입부(54) 근처에 선단 에지(532)를 갖고, 블레이드(53)의 측부에는 슈라우드 림 부분(511)에 연결된 슈라우드 라인(53)을 구비하고, 블레이드(53)는 허브 림 부분(521)에 연결된 측부에 허브 라인(535)을 구비하고, 블레이드(53)는 흡입부(54)에서 가장 멀리 위치한 측부에서 후단 에지(536)를 구비하며, 슈라우드 라인(534) 및 허브 라인(535) 사이에 평균 라인(538)(mean line)이 존재한다. 보다 구체적으로, 본 실시 예에서 블레이드(53)는 서로 연결된 전방 부분(530a)과 후방 부분(530b)을 포함하고, 전방 부분(530a)은 블레이드(53)의 선단 에지(532)에 상대적으로 더 가까운 부분이고, 후방 부분(530b)은 후단 에지(536)에 비교적 더 가깝게 위치된 블레이드(53)의 부분이다; 즉, 전방 부분(530a)은 블레이드(53)의 흡입부(54)에 상대적으로 가까운 부분이고, 후방 부분(530b)은 블레이드(53)의 흡입부(54)에서 상대적으로 떨어진 부분이다. 또한, 본 실시 예 또는 일부 다른 실시 예에서, 전방 부분(530a)의 형상은 후방 부분(530b)보다 훨씬 더 비틀어져 있으므로, 전방 부분(530a)은 블레이드(53)의 3차원의 비틀린 부분이며 또한 비틀린 블레이드 부분이라 할 수 있다. 또한, 블레이드(53)의 전방 부분(530a)은 슈라우드 림 부분(511)의 슈라우드 구멍(5110)과 허브 림 부분(521)의 허브 구멍(5210) 사이에 위치하며, 즉 블레이드(53)의 비틀린 블레이드 부분은 슈라우드 림 부분(511)의 슈라우드 구멍(5110)과 허브 림 부분(521)의 허브 구멍(5210) 사이 위치한다. 또한, 전방 부분(530a)은 후방 부분(530b)를 통해 허브 림 부분(521) 및 슈라우드 림 부분(511)에 연결된다.

또한, 블레이드(53)의 자오 폭(531)(meridional width)은 블레이드(53)의 가장 넓은 흡입 폭(B51)(suction width)에서 블레이드(53)의 가장 좁은 출구 폭(B52)(outlet width)으로 점차 감소한다. 또한, 도 4b에서, r_

평면의 각도에서 보면, 2 개의 인접한 블레이드(53)는 그 사이에 섹터 폭(537)을 가지며, 선단 에지(532), 슈라우드 라인(534) 및 허브 라인(535)은 서로 오버랩 되지 않는다. 특히, 도 4a 및 4b에서, 블레이드(53)의 전방 부분(530a) 및 후방 부분(530b)에 관하여, 블레이드(53)의 슈라우드 라인(534)은 제 1 슈라우드 라인(5341) 및 제 2 슈라우드 라인(5342)을 구비하고, 블레이드(53)의 허브 라인(535)은 제 1 허브 라인(531) 및 제 2 허브 라인(5352)을 포함한다; 즉, 제 1 슈라우드 라인(5341) 및 제 1 허브 라인(5351)은 각각 전방 부분(530a)상의 슈라우드 라인(534) 및 허브 라인(535)의 부분이고, 제 2 슈라우드 라인(5342) 및 제 2 허브 라인(5352)은 각각 후방 부분(530b)상의 슈라우드 라인(534) 및 허브 라인(535)의 부분이다. 이 실시 예에서, 슈라우드 라인(534)에서, 제 2 슈라우드 라인(5342)만 슈라우드 림 부분(511)에 직접 연결되고; 허브 라인(535)에서, 제 2 허브 라인(5352)만 허브 림 부분(521)에 직접 연결된다.

본 실시 예 및 다른 실시 예에서, 블레이드(53)는 비틀린 형상이므로, 블레이드(53)의 후방 부분(530b)의 제 2 슈라우드 라인(5342) 및 제 2 허브 라인(5352)은 블레이드(53)의 그리드 라인에서 서로 중첩되지 않고(예를 들어, 도 4c에 도시됨), 블레이드(53)의 전방 부분(530a)의 제 1 슈라우드 라인(5341) 및 제 1 허브 라인(531)은 블레이드 각도가 다르므로, 제 1 슈라우드 라인(5341) 및 제 1 허브 라인(531)은 블레이드(53)의 그리드 라인에서 서로 오버랩되지 않는다(예를 들어, 도 4c에 도시됨). 전방 부분(530a)에서 제 1 슈라우드 라인(5341)과 제 1 허브 라인(531) 사이의 비-오버랩(non-overlapping)은 그리드 라인에서 볼 때 임펠러(5)에서 더 분명하게 나타나므로, 블레이드(53)의 전방 부분(530a)은 후방 부분(530b)에 비해 보다 더 급격한 기하학적 변화를 갖는다.

구체적으로, 도 4c의 블레이드(53)의 격자 라인으로부터 보다 명확하게 볼 수 있을 것이고, 출구 블레이드 각도( ₂)는 출구에서 동일하지만 흡입부(54)에는 더 가까우며(즉, 임펠러(5)의 축에 더 가깝다), 슈라우드 라인(534) 및 허브 라인(535)은 블레이드 각도()에서 더 큰 차이를 갖고, 이는 블레이드의 비틀림 정도가 증가함을 의미하며, 이는 블레이드의 선단 에지(532) 근처의 3차원의 비틀린 전방 부분(530a)에서 주로 발생함을 의미하므로, 방사상의 방식(radial manner)으로 제거되는 몰드 슬라이드(mold slide)들은 본 실시 예의 전방 부분(530a)를 형성하는데 사용될 수 없으며, 그 내용은 다음 단락에서 설명될 것이다.

또한, 도 4d를 참조하면, 본 개시 내용의 제 1 실시 예의 임펠러(5) 및 이를 제조하기 위한 몰드의 분해도가 도시된다. 이 실시 예 및 다른 실시 예에서, 단일 공정 내에서 임펠러(5)를 형성하기 위한 몰드는 도 4d에 도시된 비틀린 블레이드용 몰드(M1)(mold for twisted blade) 및 임펠러 출구용 몰드(M2)(mold for impeller outlet)의 두 유닛으로 나눌 수 있다. 비틀린 블레이드용 몰드(M1)는 허브 림 부분(521)의 허브 구멍(5210)과 슈라우드 림 부분(511)의 슈라우드 구멍(5110) 사이에서 크게 비틀린 전방 부분(530a)(즉, 비틀린 블레이드 부분)을 형성하도록 구성된다. 구체적으로, 비틀린 블레이드용 몰드(M1)는 예를 들어 고정식 다이(M11)과 이동식 다이(M12)을 포함하고, 고정식 다이(M11)와 이동식 다이(M12)의 협력으로 이들 블레이드(53)의 전방 부분(530a)를 형성할 수 있고, 블레이드(53)의 슈라우드 라인(534)과 허브 라인(535)은 전방 부분(530a)에서 블레이드 각도의 차이가 더 크기 때문에(즉, 전방 부분(530a)에서 블레이드(53)의 슈라우드 라인(534) 및 허브 라인(535)은 블레이드의 그리드 라인상에서 더 큰 비-오버랩 정도를 갖기 때문에), 따라서 비틀린 블레이드용 몰드(M1)의 고정식 다이(M11)와 이동식 다이(M12)의 탈형(demolding)은 허브 림 부분(521)의 허브 구멍(5210)과 슈라우드 림 부분(511)의 슈라우드 구멍(5110)에서 각각 고정식 다이(M11)와 이동식 다이(M12)를 서로 반대 방향으로 축 방향을 따라서 제거하는 것이다. 각 블레이드(53)의 전방 부분(530a)(즉, 비틀린 블레이드 부분)은 슈라우드 림 부분(511)의 슈라우드 구멍(5110)과 허브 림 부분(521)의 허브 구멍(5210) 사이에 위치하므로, 2개의 반대 방향을 따라서 고정식 다이(M11) 이동식 다이(M12)를 축 방향으로 제거하는 것은 블레이드(53), 슈라우드 림 부분(511) 및 허브 림 부분(521)을 간섭하지 않을 것이다. 여기서, 본 개시는 도면에 도시된 고정식 다이(M11) 및 이동식 다이(M12)의 위치, 구성 및 특징으로 제한 되지 않는다는 점에 유의한다. 예를 들어, 일부 다른 실시 예에서, 고정식 다이(M11) 및 이동식 다이(M12)의 위치 또는 특징이 전환될 수 있다.

또한, 후방 부분(530b)에 있는 블레이드(53)의 슈라우드 라인(534)과 허브 라인(535)은 블레이드 각도의 차이가 더 작기 때문에(즉, 블레이드의 그리드 라인에서, 후방 부분(530b)에 있는 블레이드(53)의 슈라우드 라인(534) 및 허브 라인(535)은 오버랩되지 않는 정도가 더 적기 때문에), 일부 다른 실시 예에서도 후방 부분(530b)상의 블레이드(53)의 슈라우드 라인(534) 및 허브 라인(535)은 블레이드의 격자 라인에서 볼 때 서로 겹칠 수 있다. 이와 같이, 임펠러 출구용 몰드(M2)는 블레이드(53)의 전방 부분(530a)(즉, 비틀린 블레이드 부분)를 제외한 나머지 부분(예를 들어, 후방 부분(530b))을 일체로 형성하기위한 복수 개의 반경 방향으로 슬라이딩 가능한 몰드 슬라이드 또는 몰드 슬라이드 그룹을 가질 수 있다.

도 4d 및 도 4e에 도시된 바와 같이, 구체적으로, 이 실시 예에서, 임펠러 출구용 몰드(M2)는 출구 근처의 유동 채널의 일부(즉, 블레이드(53)의 후방 부분(530b), 슈라우드 림 부분(511) 및 허브 림 부분(521) 사이의 공간)를 형성하도록 각각 구성되는 몰드 슬라이드 세트의 복수 개의 그룹을 포함할 수 있고, 몰드 슬라이드 세트 각각은 허브 슬라이드(M21) 및 슈라우드 슬라이드(M22)를 포함할 수 있고, 허브 슬라이드(M21)의 적어도 일부와 슈라우드 슬라이드(M22)의 적어도 일부는 서로 협력하여 허브 림 부분(521)의 내부 표면(5211)과, 슈라우드 림 부분(511)의 내부 표면(5111)과, 블레이드(53)의 후방 부분(530b)을 형성할 수 있으며, 허브 슬라이드(M21)는 허브 림 부분(521)의 내부 표면(5211)을 형성하도록 구성된 허브 슬라이드 표면(M211)을 구비하고, 슈라우드 슬라이드(M22)는 슈라우드 림 부분(511)의 내부 표면(5111)을 형성하도록 구성된 슈라우드 슬라이드 표면(M221)을 구비한다. 본 실시 예에서 허브 슬라이드(M21)의 허브 슬라이드면(M211)의 평평한 표면을 형성하기 위한 직선이므로, 허브 림 부분(521)의 내부 표면(5211)은 표면 요소가 직선인 평평한 표면이 되도록 형성될 수 있다. 슈라우드 슬라이드(M22)의 슈라우드 슬라이드 표면(M221)의 표면 요소는 곡선이고, 따라서 슈라우드 슬라이드 표면(M221)은 볼록한 원추형 표면(convex conical surface)이고; 이러한 경우, 슈라우드 림 부분(511)의 내부 표면(5111)은 표면 요소가 곡선인 오목한 원추형 표면(concave conical surface)으로 형성될 수 있다. 한편, 임펠러(5)는 슈라우드 림 부분(511)의 내부 표면(5111)의 표면 요소가 곡선이고, 허브 림 부분(521)의 내부 표면(5211)의 표면 요소가 직선인 것을 필요로 하기 때문에, 앞서 언급한 허브 슬라이드(M21) 및 슈라우드 슬라이드(M22)가 필요로 한다. 이 요구 사항에 따라 허브 슬라이드(M21) 및 슈라우드 슬라이드(M22)가 차례로 제거된다. 구체적으로, 블레이드(53), 슈라우드 림 부분(511) 및 허브 림 부분(521)가 형성된 후, 먼저 허브 슬라이드(M21)가 반경 방향으로 제거된 후, 허브 슬라이드(M21)가 차지했던 공간이 슈라우드 슬라이드(M22)의 제거를 위해 사용될 수 있게 되며, 따라서 슈라우드 슬라이드(M22)가 블레이드(53)의 후방 부분(530b), 슈라우드 림 부분(511) 및 허브 림 부분(521)을 방해하지 않고 쉽게 제거될 수 있도록 한다.

다만, 허브 슬라이드(M21) 및 슈라우드 슬라이드(M22)의 기하학적 형태는 실제 요구 사항에 따라 변경될 수 있으며, 본 개시는 이에 제한을 두지 않는다. 예를 들어, 도 4f 및 도 4g에 도시된 바와 같이, 이전 실시 예의 변형에 있어서, 임펠러(5)는 슈라우드 림 부분(511)의 내부 표면(5111)의 표면 요소가 직선이고, 허브 림 부분(521)의 내부 표면(5211)의 표면 요소가 곡선이 되도록 요구되며, 이에 따라 허브 림 부분(521)의 내부 표면(5211)을 형성하기위한 허브 슬라이드(M21)의 허브 슬라이드 표면(M211)은 곡선인 표면 요소를 갖고, 허브 림 부분(521)의 내부 표면(5211)이 곡선의 표면 요소를 갖는 오목한 원추형 표면으로 형성되며; 슈라우드 림 부분(511)의 내부 표면(5111)을 형성하기위한 슈라우드 슬라이드(M22)의 슈라우드 슬라이드 표면(M221)은 직선인 표면 요소를 가지며, 슈라우드 림 부분(511)의 내부 표면(5111)은 직선의 표면 요소를 갖는 평평한 표면이 되도록 형성될 수 있다. 마찬가지로 허브 슬라이드(M21)와 슈라우드 슬라이드(M22)는 차례로 제거된다. 구체적으로, 블레이드(53)가 형성된 이후, 먼저 슈라우드 슬라이드(M22)를 반경 방향으로 제거하고, 슈라우드 슬라이드(M22)가 차지했던 공간이 허브 슬라이드(M21)를 제거할 수 있게 하여, 허브 슬라이드(M21)는 블레이드(53)의 후방 부분(530b), 슈라우드 림 부분(511) 및 허브 림 부분(521)과 같이 이전 공정에서 형성된 부분을 간섭하지 않고 쉽게 제거될 수 있다. 또한, 허브 슬라이드와 슈라우드 슬라이드의 기하학적 구성 또는 결합 표면은 실제 요구 사항에 따라 수정될 수 있으며, 본 개시는 이에 제한을 두지 않는다.

또한, 도 5를 참조하면, 임펠러(5)는 로터(7)에 조립된다. 임펠러(5)는 슈라우드(51), 허브(52) 및 블레이드(53)를 포함한다. 전술한 바와 같이, 슈라우드(51)는 전술한 슈라우드 림 부분(511) 및 내부 슈라우드(512)에 의해 형성된다. 도 4a 및 도 5를 참조하면, 내부 슈라우드(512)는 슈라우드 림 부분(511)의 슈라우드 구멍(5110)에 있고, 열 용접, 초음파 용접 또는 다른 적절한 방법에 의해 슈라우드 림 부분(511) 및 블레이드(53)에 조립될 수 있다. 또한, 웨어 링 시트(512a)는 내부 슈라우드(512)에 배치되고 웨어 링(8)의 설치를 위해 구성된다. 허브(52)는 전술한 허브 림 부분(521)와 내부 허브(522)에 의해 형성된다. 도 4a 및 도 5를 참조하면, 내부 허브(522)는 허브 림 부분(521)의 허브 구멍(5210)에 위치 되고, 열 용접, 초음파 용접 또는 다른 적절한 방법에 의해 허브 림 부분(521) 및 블레이드(53)에 조립될 수 있다. 또한 동력 전달 시트(521a)가 허브 림 부분(521)에 배치되고, 로터(7)에 설치 되도록 구성된다.

도 5의 내부 슈라우드(512) 및 내부 허브(522)는 간단한 몰드를 사용하여 추가로 생산될 수 있으며, 내부 슈라우드(512) 및 내부 허브(522)는 블레이드(53) 각각의 제 1 슈라우드 라인(5341) 및 제 1 허브 라인(531)에 각각 연결 되어, 슈라우드 림 부분(511), 허브 림 부분(521) 및 블레이드(53)에 조립 됨으로써 함께 완전한 3차원 플라스틱 임펠러를 형성한다. 예를 들어, 도 6a-6b는 본 개시 내용의 제 1 실시 예의 임펠러(5)의 분해도를 다른 각도에서 도시 한 것으로, 내부 슈라우드(512)의 용접 세그먼트(512b)는 열 용접, 초음파 용접 또는 기타 적절한 방법에 의해 블레이드(53)의 용접 세그먼트(534a)에 결합될 수 있고; 유사한 방식으로, 내부 허브(522)의 용접 세그먼트(522b)는 열 용접, 초음파 용접 또는 다른 적절한 방식에 의해 블레이드(53)의 용접 세그먼트(535a)에 결합될 수 있다. 대안적으로, 도 7a-7b는 또한 본 개시 내용의 제 1 실시 예의 임펠러(5)의 분해도를 다른 각도에서 도시한 것으로, 내부 슈라우드(512)는 용융 로드(534b)가 그 내부에 삽입될 용융 구멍(512c)을 가질 수 있으며, 용융 로드(534b)는 용융 구멍(512c)과 결합되도록 가열될 수 있다. 유사하게, 내부 허브(522)는 블레이드(53)의 용융 로드(535b)가 삽입될 용융 구멍(522a)을 가질 수 있고, 용융 로드(535b)는 용융 구멍(522a)과 결합되도록 가열될 수 있다. 따라서, 내부 슈라우드(512) 및 내부 허브(522)는 슈라우드 림 부분(511), 허브 림 부분(521) 및 블레이드(53)를 일체로 성형하는 성형 공정에 의해 생산 되지 않는다.

도 5를 참조하면, 펌프의 동력은 동력 전달 시트(521a) 및 허브 림 부분(521)을 통해 전달된 다음 블레이드(53)로 전달 되는데, 이 세 부분은 동일한 성형 공정에서 단일 피스로 형성 되기 때문이다. 즉, 블레이드(53), 허브 림 부분(521) 및 동력 전달 시트(521a)는 그들 중 다른 공정에 의해 야기 되는 이음매, 이음 또는 접합이 없다. 따라서, 블레이드(53), 허브 림 부분(521) 및 동력 전달 시트(521a) 사이에 이음새 나 구조적 불연속이 없으므로 이들 부분으로 형성된 단일 피스는 높은 구조적 강도를 갖는다. 이와 같이 허브 림 부분(521)는 펌프의 주요 부하 또는 동력 전달을 수용할 수 있어 펌프의 적용 범위를 확장하는 데 도움이 된다. 또한, 내부 슈라우드(512)와 내부 허브(522)는 간단한 몰드를 사용하여 형성 한 다음 다른 부분과 조립하여 열 용접, 초음파 용접 또는 기타 적절한 방법으로 완전한 임펠러를 형성하지만, 내부 슈라우드(512) 및 내부 허브(522)는 임펠러(5)의 범위에서 유체를 제한하기 위해 사용되되, 펌프의 주요 부하 또는 동력 전달을 직접 받는데 사용 되지 않으므로 내부 슈라우드(512) 및 내부 허브(522)를 형성하는 방법은 펌프의 구조적 강도에 영향을 미치지 않는다. 결과적으로, 본 실시 예의 임펠러(5)는 고온(예를 들어, 200℃) 및 고부하와 같은 조건 하에서 다양한 적용에서 작동할 수 있다.

제 2 실시 예

도 8a-8c 및 도 9를 참조하면, 도 8a는 본 개시 내용의 제 2 실시 예에 따른 임펠러(5)의 측 단면도이고, 도 8b는 도 8a의 임펠러(5)의 평면도이고, 도 8c는 도 8a의 블레이드(53)의 격자 라인을 도시하고, 도 9는 본 개시 내용의 제 2 실시 예의 임펠러(5)의 조립 단면도를 도시한다. 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시 예와 앞선 실시 예 간의 주요 차이점은 다음과 같다: 제 2 실시 예의 블레이드(53)의 자오 폭(531)은 입구 폭(B51)에서 전방 부분(530a)과 후방 부분(530b) 사이의 부분을 가리키는 방향으로 감소하고, 슈라우드 림 부분(511)은 r_z 평면상의 표면 요소가 r축에 평행 한 직선이므로, 따라서 평평한 표면을 형성하는 내부 표면(5111)을 갖는다. 즉, 내부 표면(5111)은 2차원의 환형 평면이고; 허브 림 부분(521)은 r_z 평면상의 표면 요소가 r축에 평행한 직선이므로, 따라서 평평한 표면을 형성하는 내부 표면(5211)을 가는다, 다시 말해, 내부 표면(5211)은 2차원의 환형의 평평한 표면(annular flat surface)이다. 즉, 내부 표면(5111)과 내부 표면(5211)은 서로 평행하므로, 자오 폭(531)은 전방 부분(530a)과 후방 부분(530b) 사이의 부분에서 출구 폭(B52)을 향하는 방향으로 변화하지 않고, 제 2 슈라우드 라인(5342) 및 제 2 허브 라인(5352)은 r_z 평면에서 서로 실질적으로 평행하다. 즉, 본 실시 예에서 블레이드(53)의 전방 부분(530a)의 자오 폭(531)은 평균 라인(538)을 따라 입구 폭(B51)에서 출구 폭(B52)을 향하는 방향으로 감소하지만, 블레이드(53)의 후방 부분(530b)의 자오 폭(531)은 평균 라인(538)을 따라서 변화하지 않는다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 선단 에지(532), 슈라우드 라인(534) 및 허브 라인(535)은 블레이드(53)의 전방 부분(530a)에서 서로 오버랩되지 않고, 슈라우드 라인(534)과 허브 라인(535)은 블레이드(53)의 후방 부분(530b)에서 서로 오버랩되지 않는다.

또한, 도 8c에 도시된 블레이드(53)의 그리드 라인에서, 전방 부분(530a)과 후방 부분(530b) 사이의 부분으로부터 후단 에지(536)까지의 범위에서 출구 블레이드 각도(outlet blade angle)들은 동일하고, 제 2 슈라우드 라인(5342) 및 제 2 허브 라인(5352)은 10도 이내의 블레이드 각도()의 차이를 갖는다. 따라서, 본 실시 예의 임펠러 출구용 몰드는 방사상 방향으로 제거될 수 있는 단일 몰드 슬라이드(single mold slide)로 변형될 수 있다.

구체적으로, 도 8d를 더 참조하면, 본 실시 예의 임펠러 및 이를 제조하기 위한 몰드의 분해도가 도시된다. 이 실시 예에서, 슈라우드 림 부분(511)과 허브 림 부분(521)은 r_z 평면(자오 평면)에서 서로 실질적으로 평행하고, 즉, 슈라우드 림 부분(511)과 허브 림 부분(521)의 내부 표면은 서로 마주보며 평행하며, 따라서 슈라우드 림 부분(511)과 허브 림 부분(521) 사이의 공간은 외부에서 내부로 갈수록 폭이 증가하지 않는다. 따라서, 전술한 도 4d와 비교할 때, 본 실시 예의 임펠러 출구용 몰드(M2)는 균일한 두께를 갖고 방사상으로 제거될 수 있는 단일 몰드 슬라이드일 수 있고, 허브 림 부분(521)의 내부 표면(5211) 및 슈라우드 림 부분(511)의 내부 표면(5111)을 형성하기 위한 단일 몰드 슬라이드의 허브 슬라이드 표면(M211) 및 슈라우드 슬라이드 표면(M221)은 모두 직선인 표면 요소를 갖는다. 이 구성에 의해, 임펠러 출구용 몰드(M2)는 r_z 평면(자오 평면) 상에서 방사상 방향으로 제거될 수 있다. 또한, 슈라우드 림 부분(511)과 허브 림 부분(521)은 r_z 평면(자오 평면)에서 볼 때 평행하고, 섹터 폭(537)은 r_

평면에서 반경이 증가함에 따라 증가하므로, 임펠러 출구용 몰드의 탈형은 간섭으로 이어지지 않는다.

제 3 실시 예

도 10a-10c 및 도 11을 참조하면, 도 10a는 본 개시 내용의 제 3 실시 예에 따른 임펠러(5)의 측 단면도이고, 도 10b는 도 10a에서 임펠러(5)의 평면도이고, 도 10c는 도 10a에서 블레이드(53)의 격자 라인을 도시하고, 도 11은 본 개시 내용의 제 3 실시 예의 임펠러(5)의 조립 단면도를 개시한다.

이 실시 예와, 앞선 실시 예 사이의 주요 차이점은 다음과 같다: 제 3 실시 예는 더 낮은 유량, 더 높은 수두(head) 및 더 낮은 비속도(specific speed)를 갖는 펌프의 임펠러(5)를 위한 것이며, 여기서 임펠러(5)는 전술한 슈라우드 림 부분(511)을 갖지 않을 수 있고, 블레이드(53)는 전방 부분(530a)에서만 3차원의 비틀린 기하학적 구조를 필요로하고, 블레이드(53)의 후방 부분(530b)에서는 2차원의 기하학적 블레이드 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 제 1 슈라우드 라인(5341)과 제 1 허브 라인(531)은 블레이드 각도가 다르지만(즉, 제 1 슈라우드 라인(5341)과 제 1 허브 라인(531)은 블레이드의 그리드 라인에서 서로 오버랩 않음), 제 2 슈라우드 라인(5342)과 제 2 허브 라인(5352)은 블레이드 각도가 동일할 수 있다(즉, 제 2 슈라우드 라인(5342) 및 제 2 허브 라인(5352)은 블레이드의 그리드 라인상에서 서로 오버랩될 수 있다). 허브 림 부분(521)은 내부 표면(5211)을 구비하고, 내부 표면(5211)의 표면 요소는 r_z 평면에서 r축에 평행한 직선이다.

또한, 도 10c의 블레이드의 그리드 라인에서, 블레이드(53)의 후방 부분(530b), 슈라우드 라인(534), 평균 라인(538) 및 허브 라인(535)은 블레이드 각도()가 동일하다.

따라서, 본 실시 예에서는 블레이드(53)의 후방 부분(530b)를 형성하기 위한 임펠러 출구용 몰드를 방사상으로 제거할 필요가 없지만, 블레이드(53)의 전방 부분(530a)를 형성하기 위한 비틀린 블레이드용 몰드를 제거하는 과정과 유사하게 축 방향으로 제거될 수 있다. 구체적으로, 도 10d를 더 참조하면, 도 10d는 본 실시 예의 임펠러 및 이를 제조하기위한 몰드의 분해도를 도시한다. 이 실시 예에서, 임펠러(5)는 슈라우드 림 부분(511)을 갖지 않기 때문에, 허브 림 부분(521)으로부터 떨어진 블레이드(53)의 측부는 덮이지 않고, 블레이드(53)의 후방 부분(530b)은 2차원의 블레이드 형상이며, 따라서 비틀린 전방 부분(530a)(즉, 비틀린 블레이드 부분)을 형성하기위한 비틀린 블레이드용 몰드(M1)의 이동식 다이(M12)는 후방 부분(530b)을 형성하기 위한 임펠러 출구용 몰드(M2)와 일체로 형성될 수 있으며, 제거 중에 블레이드(53)를 방해하지 않고 허브 림 부분(521)으로부터 멀어지는 방향을 따라 축 방향으로 제거될 수 있다.

슈라우드(51)와 관련하여, 슈라우드 림 부분(511)과 내부 슈라우드(512)는 간단한 몰드를 사용하여 일체형으로 형성될 수 있으며, 슈라우드(51)는 열 용접, 초음파 용접 또는 기타 적절한 방법으로 블레이드(53)에 연결됨으로써, 완전한 임펠러(5)를 형성할 수 있다.

제 4 실시 예

도 12를 참조하면, 도 12는 본 개시의 제 4 실시 예에 따른 임펠러(5)의 조립 단면도를 개시한다. 이 실시 예와 앞선 실시 예 간의 주요 차이점은 다음과 같다: 강화 금속(55)(reinforcing metal)이 임펠러(5)의 블레이드(53), 허브 림 부분(5221) 및 슈라우드 림 부분(511) 내부에 임베드(embed)되고, 강화 금속(55)은 전체 구조의 강성을 개선하도록 구성됨으로써, 플라스틱 임펠러가 고온(200℃) 및 고부하에서 고장없이 안정적으로 작동할 수 있게 된다. 일부 다른 실시 예에서, 슈라우드 림 부분(511)은 강화 금속(55)을 포함하지 않을 수 있다는 점에 유의한다. 즉, 이러한 경우, 임펠러(5)에서 보강 금속(55)은 블레이드(53) 및 허브 림 부분(521)에만 포함될 수 있다.

따라서, 원심 펌프를 위한 3차원 플라스틱 임펠러의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 임펠러는 본 개시의 앞선 실시 예에서 개시된 바와 같이 적어도 다음과 같은 효과를 달성할 수 있다. 1. 각 부분은 몰드를 사용하여 생산할 수 있으며 자동으로 탈형될 수 있어서 생산 가치를 갖는다. 2. 비틀린 블레이드 부분은 분리 가능하고 탈착 가능한 고정식 다이와 이동식 다이를 사용하여 형성할 수 있으며, 3차원 비틀린 블레이드 형상은 펌프 성능을 개선하는 데 도움이 된다. 3. 블레이드와 허브 림 부분은 동일한 성형 공정에서 단일 피스로 형성되어 구조적 강도가 더 높은 허브가 블레이드에 직접 토크를 전달하여 임펠러가 높은 작동 온도(예 : 약 200℃ 또는 높은 부하에서 손상 없이 작동하도록 도와준다.

Claims

원심 펌프의 임펠러에 있어서,
상기 임펠러는 허브 및 복수 개의 블레이드들을 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 허브는 허브 림 부분 및 내부 허브를 포함하고, 상기 허브 림 부분은 허브 구멍을 갖고, 상기 복수 개의 블레이드들은 상기 허브 림 부분을 따라 배열되고;
상기 복수 개의 블레이드들은 전방 부분 및 후방 부분을 각각 갖고, 상기 전방 부분은 상기 후방 부분을 통해 상기 허브 림 부분에 연결된 비틀린 블레이드 부분이고, 상기 후방 부분은 블레이드 각도가 상이한 제 2 슈라우드 라인 및 제 2 허브 라인을 갖고;
상기 복수 개의 블레이드들, 및 동력 전달 시트를 포함하는 상기 허브 림 부분은 동일 성형 공정에서 단일 피스로 형성되고, 상기 비틀린 블레이드 부분들은 상기 허브 구멍에 위치되고 상기 허브 림 부분과 오버랩되지 않고, 상기 동력 전달 시트는 상기 내부 허브 주위에 배치되고;
상기 허브 림 부분의 상기 허브 구멍 및 상기 내부 허브는 열 용접 또는 용융 로드들에 의해 배치되고 이에 따라 상기 임펠러를 함께 형성하는 임펠러.
삭제
원심 펌프의 임펠러에 있어서,
상기 임펠러는 허브 및 복수 개의 블레이드들을 포함하고,
상기 허브는 허브 림 부분 및 내부 허브를 포함하고, 상기 허브 림 부분은 허브 구멍을 갖고, 상기 복수 개의 블레이드들은 상기 허브 림 부분을 따라 배열되는 것을 특징으로 하고;
상기 복수 개의 블레이드들은 전방 부분 및 후방 부분을 각각 갖고, 상기 전방 부분은 상기 후방 부분을 통해 상기 허브 림 부분에 연결된 비틀린 블레이드 부분이고, 상기 후방 부분은 블레이드 각도가 상이한 제 2 슈라우드 라인 및 제 2 허브 라인을 갖는 것을 특징으로 하고;
상기 복수 개의 블레이드들, 및 동력 전달 시트를 포함하는 상기 허브 림 부분은 동일 성형 공정에서 단일 피스로 형성되고, 상기 동력 전달 시트는 상기 내부 허브 주위에 배치되고;
상기 임펠러를 형성하기 위해 축 방향으로 제거 가능한 비틀린 블레이드용 몰드를 사용하는 것을 특징으로 하고; 그리고
상기 허브 림 부분의 상기 허브 구멍 및 상기 내부 허브는 열 용접 또는 용융 로드들에 의해 배치되고 이에 따라 상기 임펠러를 함께 형성하는 것을 특징으로 하는 임펠러.
삭제
제 3 항에 있어서,
r_z 평면 상의 상기 복수 개의 블레이드들의 각각은 자오 좌표()에 의해 규정되고, 상기 복수 개의 블레이드들의 각각은 허브 라인을 갖고, 상기 허브 라인은 상기 전방 부분에서 제 1 허브 라인 및 상기 후방 부분에서 상기 제 2 허브 라인을 갖고, 상기 자오 좌표() 상의 출구에서의 후단 에지로부터 출발하는 상기 허브 라인의 총 길이를 100%라 하면, 상기 비틀린 블레이드 부분들 중 각각의 비틀린 블레이드 부분의 상기 제 1 허브 라인의 길이는 상기 비틀린 블레이드 부분들 중 각각의 비틀린 블레이드 부분의 상기 허브 라인의 길이의 30%-70%인 것을 특징으로 하는 임펠러.
원심 펌프의 임펠러에 있어서,
상기 임펠러는 허브 및 복수 개의 블레이드들을 포함하고;
상기 복수 개의 블레이드들은 출구에서 후단 에지 및 입구에서 선단 에지를 각각 갖고;
r_z 평면 상의 상기 복수 개의 블레이드들은 자오 좌표()에 의해 규정되고;
상기 허브는 허브 림 부분 및 내부 허브를 포함하고, 상기 허브 림 부분은 허브 구멍을 갖고, 상기 복수 개의 블레이드들은 상기 허브 림 부분을 따라 배열되는 것을 특징으로 하고;
상기 복수 개의 블레이드들은 비틀린 블레이드 부분을 각각 갖는 것을 특징으로 하고;
상기 r_z 평면 상의 상기 복수 개의 블레이드들은, 전방 부분, 상기 전방 부분에 연결된 후방 부분, 및 상기 허브의 허브 라인을 포함하고, 상기 전방 부분은 상기 후방 부분을 통해 상기 허브 림 부분에 연결되고, 상기 후방 부분은 블레이드 각도가 상이한 제 2 슈라우드 라인 및 제 2 허브 라인을 갖는 것을 특징으로 하고;
상기 허브 라인은 자오 좌표()에 의해 규정되는 것을 특징으로 하고;
상기 허브 라인은 제 1 허브 라인 및 상기 제 2 허브 라인을 포함하고, 상기 제 1 허브 라인은 상기 전방 부분에 위치되고, 상기 제 2 허브 라인은 상기 후방 부분에 위치되고, 상기 전방 부분은 상기 비틀린 블레이드 부분이고;
상기 자오 좌표() 상의 상기 출구에서의 후단 에지로부터 입구에서의 선단 에지까지 상기 허브 라인의 총 길이를 100%라 하면, 상기 자오 좌표() 상의 상기 비틀린 블레이드 부분의 상기 제 1 허브 라인의 길이는 상기 자오 좌표() 상의 상기 복수 개의 블레이드들 중 각각의 블레이드의 상기 허브 라인의 길이의 30%-70%이고;
상기 복수 개의 블레이드들, 및 동력 전달 시트를 포함하는 상기 허브 림 부분은 동일 성형 공정에서 단일 피스로 형성되고, 상기 동력 전달 시트는 상기 내부 허브 주위에 배치되고;
상기 허브 림 부분의 상기 허브 구멍 및 상기 내부 허브는 열 용접 또는 용융 로드들에 의해 배치되고 이에 따라 상기 임펠러를 함께 형성하는 임펠러.
삭제
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 내부 허브는 상기 허브 림 부분 및 상기 블레이드들 중 각각의 블레이드의 제 1 허브 라인에 연결된 것을 특징으로 하는 임펠러.
제 6 항에 있어서,
상기 내부 허브는 상기 허브 림 부분 및 상기 블레이드들 중 각각의 블레이드의 상기 제 1 허브 라인에 연결된 것을 특징으로 하는 임펠러.
제 1 항, 제 3 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 허브 림 부분 및 상기 블레이드들에 임베드 된 강화 금속을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 임펠러.