KR19980037294A - 펌프 임펠러 제조방법 및 장치 - Google Patents

펌프 임펠러 제조방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 원심펌프에서 유체에 운동력을 제공하는 펌프 임펠러의 제조방법 및 장치에 관한 것이다.
이러한 장치는 몸체(11), 다수의 날개(12), 슈라우드(13)가 접합되어 일체의 구조로 되는 임펠러(10)의 제조장치에 있어서; 상기 몸체(11) 및 날개(12)를 탈착가능하게 고정하는 다이(30); 상기 슈라우드(13)를 하단으로 지지하고, 슈라우드(13)에 전달되는 진동의 진폭을 확대하는 호온(40); 상기 호온(40)의 상부에 연결되고, 소정의 주파수로 좌우 진동을 발생하는 토크모터(20); 그리고 상기 토크모터(20)의 상측으로 설치되고, 가압판(51)으로 토크모터(20)를 가압하는 공압실린더(50)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명은 각종 유체를 토출, 순환시키는 시스템에 적용되는 원심펌프의 임펠러를 트위스팅 바이브레이션 방법으로 접합함으로써, 제조 상의 난이성 및 그에 따른 불량의 요인을 방지하는 효과가 있다.

Description

펌프 임펠러 제조방법 및 장치
본 발명은 펌프의 임펠러에 관한 것으로서, 더 상세하게는 각종 유체를 토출, 순환시키는 시스템에 적용되는 원심펌프에서 유체에 운동력을 제공하는 임펠러를 개선하여 제조 상의 난이성 및 그에 따른 불량의 요인을 방지하는 펌프 임펠러 제조방법 및 장치에 관한 것이다.
도 1은 펌프 임펠러를 분해하여 단면으로 나타내는 구성도가 도시된다.
도시에는 없으나, 보일러 시스템의 난방 및 온수공급 계통에 적용되는 온수 순환펌프를 예로 들면 펌프하우징과 모터하우징이 기밀되게 연결되어 일체로 조립되는 구조인데, 펌프하우징은 내부에 와류실이 형성되고 임펠러(10)를 수용하며, 모터하우징은 전기적인 힘을 회전력으로 변환하는 모터 조립체를 지닌다.
펌프하우징의 터미널을 통하여 통전하면 로터 및 스테이터의 전자기력 작용에 의해 회전축이 회전력을 받고, 이에 따라 임펠러(10)가 회전하며 온수를 펌핑한다. 펌핑되는 온수중의 일부는 분기되어 모터 조립체를 경유하여 순환하면서 로터 및 스테이터를 냉각시킨다.
이와 같이 온수순환펌프 등에 적용되는 임펠러(10)는 원형의 몸체(11) 상에서 다수의 날개(또는 베인)(12)가 방사형으로 배치되고, 그 전면으로 슈라우드(13)가 접합, 고정되는 구조인데, 임펠러(10)의 회전에 따라 유체는 화살표 방향으로 흐름이 형성된다.
이때, 이러한 임펠러(10)는 엔지니어링 플라스틱(engineering plastic) 또는 노릴(noryl) 재질을 사용하고, 몸체(11) 상의 날개(12)와 슈라우드(13)를 초음파용착시켜 완성한다.
초음파용착은 임펠러(10)와 같은 원형 제품, 특히 날개(12)의 깃 상단에 소정의 곡면을 지니는 원판인 슈라우드(13)를 수직으로 접합시키기에 적합한 방법이지만, 초음파용착으로 접합할 수 있는 비정질 수지는 한정되어 있어 임펠러(10)의 성능 향상을 위한 재질 선택의 폭이 좁다는 단점이 있다.
또, 회전에 의한 마찰열을 이용하는 회전용착의 방법으로 날개(12) 및 슈라우드(13)를 접합시킬 경유 날개(12)가 깃부위의 용착부가 좁아 접합부에 많은 버어(burr)가 발생되는 단점이 있다.
이러한 버어는 임펠러(10)의 제조 과정에서 제거해야 하는 추가적인 공수의 부담이 있을 뿐 아니라, 불충분하게 제거할 경우 모터 조립체를 경유하여 순환되는 냉각유로를 막아 모터부의 발열을 초래할 유려가 있다.
따라서, 본 발명은 각종 유체를 토출, 순환시키는 시스템에 적용되는 원심펌프에서 유체에 운동력을 제공하는 임펠러를 개선하여 제조 상의 난이성 및 그에 따른 불량의 요인을 방지하는 펌프 임펠러 제조방법 및 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
도 1은 펌프 임펠러를 분해하여 단면으로 나타내는 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 펌프 임펠러 제조 장치를 나타내는 구성도,
도 3a 및 도3b는 도 2의 토크모터 내부를 나타내는 정면도 및 평면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 임펠러11 : 몸체
11a : 보스부12 : 날개
13 : 슈라우드20 : 토크모터
21 : 프레임22 : 영구자석
23 : 샤프트24 : 아마추어
25 : 토션바26 : 플랜지
30 : 다이30a : 개구
40 : 호온50 : 공압실린더
51 : 가압판
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 몸체(11), 다수의 날개(12), 슈라우드(13)가 접합되어 일체의 구조로 되는 임펠러(10)의 제조방법에 있어서: 상기 몸체(11) 및 날개(12)를 하나의 금형에서 일체로 사출 성형하는 단계와; 상기 날개(12)의 상단에 슈라우드(13)를 접촉시키고 양자를 가압하는 동안 소정의 주파수로 좌우 진동하는 트위스팅 바이브레이션을 작용하여 상기 임펠러(10)를 완성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 펌프 임펠러 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면은 몸체(11), 다수의 날개(12), 슈라우드(13)가 접합되어 일체의 구조로 되는 임펠러(10)의 제조장치에 있어서: 상기 몸체(11) 및 날개(12)를 탈착가능하게 고정하는 다이(30); 상기 슈라우드(13)를 하단으로 지지하고, 슈라우드(13)에 전달되는 진동의 진폭을 확대하는 호온(40); 상기 호온(40)의 상부에 연결되고, 소정의 주파수로 좌우 진동을 발생하는 토크모터(20); 그리고 상기 토크모터(20)의 상측으로 설치되고, 가압판(51)으로 토크모터(20)를 가압하는 공압실린더(50)를 포함하는 것을 특징으로 하는 펌프 임펠러 제조장치를 제공한다.
이때, 상기 토크모터(20)는 프레임(21) 내에 설치되는 영구자석(22) 및 아마추어(24)의 전자기적 반발력을 이용하되, 상기 아마추어(24)가 장착되는 샤프트(23)의 상단은 토션바(25)를 개재하여 프레임(21)에 고정되고, 샤프트(23)의 하단은 상기 프레임(21) 상에서 미끄럼 요동운동 가능하게 장착되는 플랜지(26)에 고정된다.
[실시예]
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상술한다.
도 2는 본 발명에 따른 펌프 임펠러 제조 장치를 나타내는 구성도가 도시된다.
본 발명은 몸체(11), 다수의 날개(12), 슈라우드(13)가 접합되어 일체의 구조로 되는 임펠러(10)의 제조방법에 있어서, 종래의 초음파용착이나 회전용착 대신 두단계로 이루어지는 다른 용착 방법을 택한다.
통상적으로 임펠러(10)이는 고온 내열성이 우수하고 강도가 우수한 결정성 수지가 사용되는데, 결정성 수지는 초음파용착의 방법으로 강한 접착력을 유지하기 곤란하므로 바이브레이션에 의한 마찰열을 이용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 첫째 단계는 상기 몸체(11) 및 날개(12)를 하나의 금형에서 일체로 사출 성형한다.
몸체(11)의 후방으로는 회전축에 고정하기 위한 보스부(11a)가 형성되는 등 임펠러(10)의 구조는 종래와 동일하다.
본 발명의 두번째 단계는 상기 날개(12)의 상단에 슈라우드(13)를 접촉시키고 양자를 가압하는 동안 소정의 주파수로 좌우 진동하는 트위스팅 바이브레이션을 작용하여 상기 임펠러(10)를 완성한다.
초음파용착은 진동자의 자왜현상으로 15∼35kHz 범위의 초음파진동을 이용하고, 회전용착은 일종의 마찰압접법으로 1700∼12000rpm 범위의 회전 속도를 이용하지만, 본 발명은 10Hz∼1kHz 범위의 트위스팅 바이브레이션을 이용한다.
도 3a 및 3b는 도 2의 토크모터 내부를 나타내는 정면도 및 평면도가 도시된다.
본 발명은 또 다른 측면에서 몸체(11), 다수의 날개(12), 슈라우드(13)가 접합되어 일체의 구조로 되는 임펠러(10)의 제조장치를 제안하는 바, 이러한 장치는 다이(30)·호온(40)·토크모터(20)·공압실린더(50) 등으로 구성된다.
이때, 본 발명의 다이(30)는 상기 몸체(11) 및 날개(12)를 탈착가능하게 고정한다.
다이(30)는 임펠러(10)의 보스부(11a)를 수용하는 개구(30a)를 지니고, 개구(30a)를 중심으로 다수의 부분으로 분할되어 척(chuck)과 같이 동시에 로크/언로크되는 형태가 사용된다. 이에 따라, 다이(30)를 언로크하여 보스부(11a)에 심봉이 끼워진 몸체(11)를 개구(30a)에 장착하고, 다이(30)를 로크하면 몸체(11)가 견고하게 지지된다.
또, 본 발명의 호온(40)은 상기 슈라우드(13)를 하단으로 지지하고, 슈라우드(13)에 전달되는 진동의 진폭을 확대한다.
통상적으로 호온(40)은 황동, 탄소강, 스테인레스강, 공구강 등의 재질을 사용하고, 가공면적에 따라 스텝형, 지수곡선형, 원추형으로 가공한다. 호온(40)의 관성 모멘트가 최대의 진동에너지를 발생하기 위해서는 전술한 10Hz∼1kHz 범위의 트위스팅 바이브레이션 주파수가 호온(40)을 포함한 장치 전체의 고유진동수와 매칭되는 공진영역에 들어오도록 한다.
또, 본 발명의 토크모터(20)는 상기 호온(40)의 상부에 연결되고, 소정의 주파수로 좌우 진동을 발생한다.
초음파용착에서 가진수단으로 사용되었던 고주파발진기, 진동자 대신 강력한 회전토크를 발생하는 토크모터(20)를 사용하여, 미소한 각도범위 내에서 좌우로 회전하는 진동을 이용한다.
이때, 상기 토크모터(20)는 프레임(21) 내에 설치되는 영구자석(22) 및 아마추어(24)의 전자기적 반발력을 이용하되, 상기 아마추어(24)가 장착되는 샤프트(23)의 상단은 토션바(25)를 개재하여 프레임(21)에 고정되고, 샤프트(23)의 하단은 상기 프레임(21) 상에서 미끄럼 요동운동 가능하게 장착되는 플랜지(26)에 고정된다.
통상적인 토크모터는 아마추어(24)에 교류전원이 인가되면 자극이 교번되고, 아마추어(24)의 양측단에 설치되는 영구자석(22)과 인력 및 척력이 교번되며 작용한다. 반면, 본 발명은 반파 정류된 전원을 사용하여 샤프트(23)를 일방향으로 미소 각도 만큼 회전시키고, 전원이 오프 상태인 동안 토션바(25)에 의해 복귀시키는 형식을 택한다.
상기 플랜지(26)에는 호온(40)을 키이 또는 핀으로 고정시킨다. 초음파용착에서는 호온이 상하운동되므로 볼트 체결도 무방하지만, 본 발명은 좌우운동되므로 볼트체결을 지양하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 아마추어(24)에 가해지는 반파정류 전원은 컨덴서, 다이오드 등으로 구성되는 정류회로를 이용하는 것도 가능하고, 무점접릴레이(solid state relay)로 구성되는 스위칭회로를 이용하는 것도 가능하다.
또, 본 발명은 상기 토크모터(20)의 상측으로 설치되고, 가압판(51)으로 토크모터(20)를 가압하는 공압실린더(50)를 포함한다.
가압력 및 진동 주파수는 임펠러(10) 재료의 특성에 따라 달라지나 통상적인 수지의 기계적 강도를 고려하여 가압력을 결정한다.
가압판(51)은 공압실린더(50)의 피스톤의 하단에 고정하는 것으로서 넓은 면적에서 토크모터(20)와 접촉되도록 한다.
이상과 같이 본 발명의 펌프 임펠러 제조 방법 및 장치는 각종 유체를 토출, 순환시키는 시스템에 적용되는 원심펌프의 임펠러를 트위스팅 바이브레이션 방법으로 접합함으로써, 제조 상의 난이성 및 그에 따른 불량의 요인을 방지하는 효과가 있다.
본 발명은 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구의 범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈 하지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있다.

Claims (3)

  1. 몸체(11), 다수의 날개(12), 슈라우드(13)가 접합되어 일체의 구조로 되는 임펠러(10)의 제조방법에 있어서:
    상기 몸체(11) 및 날개(12)를 하나의 금형에서 일체로 사출 성형하는 단계와;
    상기 날개(12)의 상단에 슈라우드(13)를 접촉시키고 양자를 가압하는 동안 소정의 주파수로 좌우 진동하는 트위스팅 바이브레이션을 작용하여 상기 임펠러(10)를 완성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 펌프 임펠러 제조방법.
  2. 몸체(11), 다수의 날개(12), 슈라우드(13)가 접합되어 일체의 구조로 되는 임펠러(10)의 제조방법에 있어서:
    상기 몸체(11) 및 날개(12)를 탈착가능하게 고정하는 다이(30);
    상기 슈라우드(13)를 하단으로 지지하고, 슈라우드(13)에 전달되는 진동의 진폭을 확대하는 호온(40);
    상기 호온(40)의 상부에 연결되고, 소정의 주파수로 좌우 진동을 발생하는 토크모터(20); 그리고
    상기 토크모터(20)의 상측으로 설치되고, 가압판(51)으로 토크모터(20)를 가압하는 공압실린더(50)를 포함하는 것을 특징으로 하는 펌프 임펠러 제조장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 토크모터(20)는 프레임(21) 내에 설치되는 영구자석(22) 및 아마추어(24)의 전자기적 반발력을 이용하되, 상기 아마추어(24)가 장착되는 샤프트(23)의 상단은 토션바(25)를 개재하여 프레임(21)에 고정되고, 샤프트(23)의 하단은 상기 프레임(21) 상에서 미끄럼 요동운동 가능하게 장착되는 플랜지(26)에 고정되는 것을 특징으로 하는 펌프 임펠러 제조장치.
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