KR19980012585U - 원심펌프용 임펠러 - Google Patents

Abstract

본 고안은 유체를 양수하는 원심펌프에 사용되는 임펠러에 관한 것이다.

본 고안의 원심펌프용 원심펌프는 주축(11)에 결합되는 보스(21)를 가지는 디스크(17)와, 상기 디스크(17)의 적어도 한쪽 측면에서 축방향으로 돌출되며 일정 간격으로 배치된 복수의 만곡형 베인(23)으로 구성되어, 인접하는 2개의 상기 베인(23)에 의해 상기 베인의 보스(21)측 단부로부터 상기 디스크(17)의 외주단부로 연장하는 유체통로가 형성되는 원심펌프용 임펠러(9)에 있어서, 상기 유체통로는 상기 베인(23)의 보스(21)측 단부의 입구(27)로부터 폭의 치수가 점차 증가하여 상기 디스크(17)의 반경의 4/5위치에서 폭이 최대로 되고, 이어서 점차 폭이 감소하여 상기 디스크(17)의 외주단부에서 상기 유체통로의 입구부(27)의 폭보다 작은 폭을 갖는 출구(29)가 형성되도록 상기 베인(23)이 만곡되는 형상을 가지며, 상기 유체통로의 출구(29)의 베인출구각(β2)은 상기 임펠러(9)의 회전방향에 대하여 17°30′내지 22°30′인 것을 특징으로 한다.

이러한 구성의 임펠러에 의해, 임펠러 유체통로의 출구에서 배출되는 유체가 제트효과를 발휘하여 임펠러의 회전력을 보조하게 된다.

Description

원심펌프용 임펠러

본 고안은 유체를 양수하는 원심펌프에 사용되는 임펠러에 관한 것으로서, 특히 유체 배출측에서 제트효과를 발휘할 수 있는 형상의 유체통로를 갖는 원심펌프용 임펠러에 관한 것이다.

원심펌프는 변곡된 다수의 베인(Vane)이 달린 임펠러가 밀폐된 케이싱내에서 회전함으로써 발생하는 원심력의 작용에 의하여, 유체(주로 물)를 임펠러의 중심에서 흡입하여 임펠러의 베인에 의해 형성된 유체통로를 통과시키면서 유체에 속도 및 압력에너지를 부여하여 임펠러의 출구부로 배출시키고, 이어서 임펠러에서 얻은 에너지에 의해 유체를 케이싱내의 와류실을 거쳐 펌프의 토출구측으로 배출시키게 된다.

유체에 에너지를 부여하는 임펠러의 설계에서는 베인이 무한인 경우의 이론식에 여러 가지 요소에 대하여 수정을 가해야 하며, 특히 베인의 매수, 유체통로의 형상, 유체통로의 입구부 및 출구부의 각도 및 크기에 따라 펌프의 효율이 크게 좌우되기 때문에 임펠러의 형상에 관하여 많은 연구가 이루어져 왔다.

펌프공학에 있어서의 전통적인 원심펌프용 임펠러의 이론에 의하면, 임펠러의 베인과 베인사이의 유체통로는 임펠러 중심측의 입구에서부터 외주의 출구를 향하여 폭이 점차 넓어지는 형상이 채택되었다.

그러나, 스기우라 에이이찌의 미국 특허 제4,253,798호에서는 종래의 임펠러의 유체통로와는 반대로 입구에서 출구를 향하여 점차 폭이 좁아지는 형상의 임펠러를 제안하여 양정 및 효율을 개선하고 있다.

그러나, 이러한 종래의 임펠러에서는 동력이 임펠러를 회전시키는 역할만 수행하고 있을 뿐이며, 양수(揚水)는 전적으로 임펠러의 원심력에 의존함으로써 펌프효율을 일정한계 이상으로 높일 수 없는 문제점이 있었다.

또한, 베인의 매수는 3∼6개정도를 사용하여 곡률반경이 크지 않음으로써 손실헤드가 커지는 문제점이 있었다.

본 고안은 상기한 바와 같은 종래 임펠러의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 고안의 목적은 임펠러의 출구측에서 유체를 고속으로 분사시켜 그 에너지를 임펠러의 회전에 기여케 함으로써, 에너지 사용을 저감시킬 수 있는 임펠러를 제공하는 것이다.

도 1은 본 고안에 따른 임펠러가 설치된 원심펌프의 전체배열을 나타내는 단면도,

도 2는 본 고안에 따른 원심펌프용 임펠러의 정면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 원심펌프 3 : 흡입관

5 : 송출관 7 : 펌프케이싱

9 : 임펠러 11 : 주축

13 : 베어링15 : 와류실

17 : 디스크19 : 스크류판

21 : 보스23 : 베인

25 : 아이(eye)부분27 : 입구

29 : 출구

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 고안에 따른 원심펌프용 임펠러는 주축(11)에 결합되는 보스(21)를 가지는 디스크(17)와, 상기 디스크(17)의 적어도 한쪽 측면에서 축방향으로 돌출되며 일정 간격으로 배치된 복수의 만곡형 베인(23)으로 구성되어, 인접하는 2개의 상기 베인(23)에 의해 상기 베인의 보스(21)측 단부로부터 상기 디스크(17)의 외주단부로 연장하는 유체통로가 형성되는 원심펌프용 임펠러(9)에 있어서, 상기 유체통로는 상기 베인(23)의 보스(21)측 단부의 입구(27)로부터 폭의 치수가 점차 증가하여 상기 디스크(17)의 반경의 4/5위치에서 폭이 최대로 되고, 이어서 점차 폭이 감소하여 상기 디스크(17)의 외주단부에서 상기 유체통로의 입구부(27)의 폭보다 작은 폭을 갖는 출구(29)가 형성되도록 상기 베인(23)이 만곡되는 형상을 가지며, 상기 유체통로의 출구(29)의 베인출구각(β2)은 상기 임펠러(9)의 회전방향에 대하여 17°30′내지 22°30′으로 이루어진다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 고안에 따른 임펠러의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 임펠러가 설치된 원심펌프의 전체배열을 설명하는 단면도이고, 도 2는 본 고안에 따른 임펠러의 정면도이다.

도 1을 참조하면, 원심펌프(1)는 흡입관(3), 송출관(5), 펌프케이싱(7), 케이싱(7)내에 장착되는 임펠러(9), 임펠러(9)에 결합되는 주축(11)과, 주축(11)을 지지하는 베어링(13)을 포함하여 이루어진다. 전동기(도시되지 않음)에서 회전력이 주축(11)을 거쳐 임펠러(9)에 전달되어 임펠러(9)가 회전하게 되면, 흡입관(3)으로부터 유체가 유입되어 임펠러(9)의 중심부를 거쳐 외주부로 배출되게 되고, 이어서 유체는 케이싱(9)의 와류실(15)을 통하여 송출관(5)으로 나가게 된다.

도 2는 본 고안에 따른 임펠러의 형상을 설명하는 도면으로서, 도시된 바와 같이 본 고안에 따른 임펠러(9)는 주축(11)에 결합되는 보스(21)를 가지는 디스크(17)와, 이 디스크(17)의 한쪽 측면에서 축방향으로 돌출되며 일정간격으로 배치된 복수의 만곡형 베인(23)으로 구성된다. 본 실시예에서는 디스크(17)의 한쪽 측면에만 베인(23)이 설치된 편 흡입(single suction)형으로 도시되어 있으나, 디스크(7)의 양쪽 측면에 베인(23)을 설치한 양 흡입(double suction)형에도 적용할 수 있다. 또한 본 실시예에서는 하나의 디스크(17)에 베인(23)이 설치된 개방형으로 설명되나, 2개의 디스크 사이에 베인(23)이 설치된 폐쇄형 임펠러에도 적용할 수 있다.

각각의 베인(23)은 본 고안에 따라 소정의 곡률반경을 가지는 만곡된 일정두께의 금속으로 제작되며, 디스크(17)에 용접으로 확고하게 설치된다. 각 베인(23)의 일단은, 보스(21) 주위에 아이(eye)부분(25)이 형성되도록 보스(21)로부터 일정간격만큼 이격된 채로 시작되어 디스크(17)의 외주부로 연장된다. 따라서 인접하는 2개의 베인(23)사이에는 유체통로가 형성되며, 유체통로의 입구(27)는 보스(21)주위의 아이부분(25)에 연통되고, 출구(29)는 디스크(17)의 반경외측방향으로 개방된다. 각각의 유체통로의 깊이는 일정하고, 즉 각 베인(23)의 디스크(17)에 대한 높이는 일정하나, 유체통로의 폭은 입구(27)로부터 점차로 증가하여 디스크(17)의 중심으로부터 반경의 4/5 지점에서 최대의 폭을 형성하고, 이 최대 폭 지점에서 유체통로의 방향이 완만하게 굴절하면서 점차로 폭이 감소하게 된다. 유체통로의 출구(29)폭은 입구(27)의 폭보다 좁으며, 바람직하게는 입구(27)폭의 7/10∼9/10으로 한다. 임펠러(9)는 보스(21)에서 주축(11)에 장착되어 너트로 고정된다.

보스(21)주위의 아이부분(25)에는 3개의 스크류판(19)이 디스크(17)의 한쪽 측면에서 베인(23)의 돌출방향과 동일한 축방향으로 돌출 형성되며, 3개의 스크류판(19)은 120°의 간격으로 각각 배치된다.

한편, 베인(23)의 출구각도(β2)는 도 2에 도시된 바와 같이 임펠러의 회전방향(본 실시예에서는 시계방향)에 대하여 90°이하(β290°)로 형성시켜, 베인의 출구에서 유체의 분사효과를 가질 수 있게 하며, 특히 β2는 17°30′ β2 22°30′의 범위로 정하는 것이 바람직하다.

베인(23)은 되도록 매수를 많이하여 곡률반경을 크게 함으로써 손실헤드를 줄여야 하나, 베인의 매수가 많아질 경우 이에 따라 마찰손실도 증가하므로, 이를 고려하여 본 실시예에서는 베인의 매수를 10∼14로 한정한다.

다음으로, 상기한 구성의 본 고안에 따른 임펠러의 작동관계에 대하여 설명한다.

주축(11)에서 전달된 회전력에 의해 임펠러(9)가 회전하면, 유체는 펌프의 흡입관(3)으로부터 유입되어 임펠러(9)의 아이부분(25)에 도달하게 된다. 아이부분(25)에는 세 개의 스크류판이 120°간격으로 배치되어 있어 흡입관으로부터 유입된 유체가 각각의 스크류판(19)에 의해 구획된 공간에 위치하게 되고, 점차 임펠러의 속도가 증가하면 세 개의 스크류판에 의해 유체는 속도에너지를 얻게 된다. 이어서 스크류판(19)에 의해 회전되는 유체는 연통된 유체통로의 입구(27)로 들어가게 된다. 입구(27)로 들어온 유체는 원심력에 의해 속도에너지를 얻게 되며, 이어서 유체통로를 따라 임펠러(9)의 외주방향으로 진행하게 된다.

유체통로는 전술한 바와 같이 임펠러디스크(17)의 반경의 4/5지점까지 점차 폭이 증가하므로, 임펠러의 회전에 의해 유체에 부여되는 속도에너지는 폭이 증가함에 따라 압축에너지로 바뀌게 된다. 유체통로(17)의 최대폭 지점을 통과한 유체는 높은 압축에너지를 가진채로 유체통로의 출구(29)로 분사하게 된다. 이때 임펠러의 베인(23)의 출구(21) 각도(β2)는 임펠러의 회전방향(본 실시예에서는 시계방향)에 대하여 17°30′ β2 22°30′의 범위를 가지므로, 고에너지의 유체가 분사되게된다. 임펠러 출구(29)에서 유체가 보유하는 에너지 E = m·r·w2(m: 질량, r: 반경, w: 각속도) 식에 의해 주어지는 바와 같이 임펠러반경×각속도2에 비례하므로, 고속 회전하는 임펠러의 출구(29) 선단에서의 에너지는 매우 높아지고 따라서, 유체통로 출구에서 배출되는 유체는 제트효과를 나타내게 된다. 그러므로 고속으로 회전하는 임펠러(9)에서 배출되는 유체는 임펠러를 추진하는 힘으로 작용하게 되어 임펠러의 회전을 배가시키게 된다.

이상과 같은 구성의 본 고안에 의해, 임펠러(9)의 유체통로의 출구(29)에서 배출되는 유체는 임펠러의 회전에 의해 매우 높은 원심력을 갖게 되므로, 임펠러의 회전방향에 대해 베인의 출구각도 β2 90°로 설계된 본 고안에 의해 유체통로의 출구(29)에서 배출되는 유체는 제트효과를 나타내게 되고, 따라서 분사된 유체는 임펠러의 추진력을 보조하게 되므로, 동일량의 유체를 단위시간당 양수하는데 소요되는 에너지를 절감할 수 있는 효과가 발휘된다.

Claims (2)

1. 주축(11)에 결합되는 보스(21)를 가지는 디스크(17)와, 상기 디스크(17)의 적어도 한쪽 측면에서 축방향으로 돌출되며 일정 간격으로 배치된 복수의 만곡형 베인(23)으로 구성되어, 인접하는 2개의 상기 베인(23)에 의해 상기 베인의 보스(21)측 단부로부터 상기 디스크(17)의 외주단부로 연장하는 유체통로가 형성되는 원심펌프용 임펠러(9)에 있어서, 상기 유체통로는 상기 베인(23)의 보스(21)측 단부의 입구(27)로부터 폭의 치수가 점차 증가하여 상기 디스크(17)의 반경의 4/5위치에서 폭이 최대로 되고, 이어서 점차 폭이 감소하여 상기 디스크(17)의 외주단부에서 상기 유체통로의 입구부(27)의 폭보다 작은 폭을 갖는 출구(29)가 형성되도록 상기 베인(23)이 만곡되는 형상을 가지며, 상기 유체통로의 출구(29)의 베인출구각(β2)은 상기 임펠러(9)의 회전방향에 대하여 17°30′내지 22°30′인 것을 특징으로 하는 원심펌프용 임펠러.
2. 상기 베인(23)은 10 내지 14개가 일정간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 원심펌프용 임펠러.