KR19990013566A - 혼합류 액체 링 펌프 - Google Patents

Abstract

원추형 포트가 형성된 액체 링 펌프(conically ported liquid ring pump)는 15도 내지 75도 범위의 테이퍼 각도를 갖는 하나 이상의 포트를 구비한다. 이러한 테이퍼 각도는 종래의 테이퍼 각도(가장 일반적으로 약 8도)보다 상당히 크다. 본 발명의 큰 테이퍼 각도는 원추형부와 로터 사이에서 흐르는 액체에 상당한 반경 방향 및 축 방향 속도 성분 모두를 제공한다. 또한, 테이퍼 각도가 크면 포트 구조가 축 방향으로 단축될 수 있는바, 이것은 지지되지 않는 로터 샤프트의 길이를 단축시키는 것과 같은 중요한 많은 장점을 갖는다. 본 펌프의 이러한 특징은 펌프의 길이 대 직경 비를 경제적으로 증가시키는 것과 같은 목적에 유용하다. 또한, 본 발명의 펌프는 원추형 포트가 형성된 펌프가 갖는 다수의 바람직한 특징을 지니고 있다.

Description

혼합류 액체 링 펌프

본 발명은 액체 링 펌프에 관한 것으로, 보다 구체적으로 말하면, 원추형 포트가 형성된 액체 링 펌프의 포트 부재의 구조에 관한 것이다.

액체 링 펌프는 널리 공지된 2개의 구조로 제조 시판되고 있다. 이들 구조 중 하나는 평측면 구조(flat sided design)라 불린다[예컨대, 지멘(Siemen)에게 허여된 미국 특허 제1,180,613호 참조]. 평측면 펌프에 있어서, 로터를 출입하는 피압축 가스를 안내하는 포트가 로터의 축 방향 단부까지 밀접한 간극으로 연장하는 평판에 형성되어 있다. 로터를 출입하는 액체 방향은 축 방향, 즉 로터 샤프트와 평행하므로, 평측면 펌프는 축류 포트 펌프(axial flow ported pump)라고도 불린다. 다른 구조는 원추형 구조(conical design)라 불린다. 이러한 구조에서[예컨대, 셰어우드(Shearwood)에게 허여된 미국 특허 제3,712,764호 참조], 로터 단부 내측의 원추형 리세스까지 밀접한 간극으로 끼워지는 원추형 구조에 가스 포트가 형성된다. 원추형 포트를 통해 로터에서 배출되는 액체 유로는 실질적으로 반경 방향이므로, 원추형 구조 펌프는 방사류 포트 펌프(radial flow ported pump)라고도 불린다.

공지된 구조를 갖는 원추형 부재는 통상 약 8도 정도의 작은 테이퍼 각도로 형성된다. 포트부가 원통형인 특정 경우도 역시 그렇게 제조된다.

본 명세서는 축 방향 및 반경 방향 모두의 상당량의 유동 성분을 유지하는 포트부를 특징으로 하는 신규의 구조를 개시한다. 본원 발명을 종래의 기술과 구별하기 위해서 본 명세서에서 혼합류 포트 구조라고 칭한다. 이러한 개발로 인하여 액체 링 펌프, 특히 후술된 구조의 폭이 매우 넓은 액체 링 펌프의 가격과 성능면에서 몇 가지가 증진되었다. 이러한 증진의 대부분은 종래의 제조 방법의 장점 및 단점을 검토하면 제일 잘 이해될 것이다.

공지된 2개의 구조는 포트 구조와 크게 관련된 명백한 장점 및 단점과, 그 각각의 경우와 관련된 구조적 제한을 가지고 있다. 예컨대, 축류 또는 평측면 구조는 방사류 원추형 구조에 비하여 다음의 장점을 가지고 있다.

평측면 포트 판은 방사류 원추형부보다 간단히 제조할 수 있는 구조로 이루어져 있다. 예컨대, 그것은 강철판으로 제조되어 비교적 경제적인 가공 공정을 거쳐 편평하게 제조될 수 있다. 원추형부는 주조 공정에 의해 성형되고, 몇몇 경우에 보다 비경제적이 될 수 있는 선삭 공정에 의해 가공되는 것이 일반적이다.

평측면 헤드는 포트 판에 의해 덮여진 측면에서 완전히 개방되므로 보다 용이하게 주조될 수 있다. 방사류 원추형 헤드 구조는 개방되지 않으므로, 이것은 주조 공정에 사용된 코링(coring)의 지지체를 복잡하게 한다.

평측면 펌프의 샤프트에 가해지는 하중은 베어링에 보다 더 밀접하게 분산되므로, 균등한 하중 때문에 샤프트의 직경을 보다 단축시킬 수 있다. 또한, 로터와 고정 부재 사이의 반경 방향의 간극은 방사류 원추형 펌프에서와 같이 중요하지 않으므로, 샤프트 강성은 보다 덜 임계적이다.

평측면 로터에 대한 로터 가공 공정은 방사류 원추형 리세스에 대한 작업을 포함하지 않는다.

축류 펌프의 로터 블레이드는 로터 허브의 총 길이를 따라 지지(보강)되기 때문에, 국부적인 고응력 영역을 최소화한다. 방사류 구조의 블레이드는 포트가 삽입되는 영역 내에 적당히 지지되지 않으므로, 응력 집중 영역이 발생될 수도 있다.

방사류 원추형 펌프에 비해 평측면 구조를 갖는 펌프의 단점들로는 후술하는 바와 같다.

축류 구조의 펌프는 방사류 원추형 펌프만큼 효율적이지 못한데, 그 이유는 포트 속도가 보다 빨라서 더 높은 유입 및 배출 압력 손실을 야기할 수 있기 때문이다. 이것은 직경에 대한 펌프 폭이 증가함에 따라 상당히 증가하게 된다. 축류 펌프의 포트 크기는 펌프 폭과 무관하게 비교적 고정되어 있다. 방사류 포트 펌프는 기저부 직경 및/또는 로터에 삽입되는 원추형부의 길이를 변화시켜서 포트 속도를 보다 치수적으로 제어할 수 있다.

또한, 원추형 포트부는 로터 아래에 플리넘(plenum)을 제공함으로써, 로터를 출입하는 유동이 보다 잘 분배된다.

축 방향의 평측면 배출 유동은 평측면 펌프의 물 처리능을 제한한다. 이러한 단점에 대해서 설명하기로 한다. 액체 링 펌프로부터 배출된 유동은 실질적으로 액체 및 가스의 2상이다. 2상의 유동 특징은 액체 성분의 방향이 예컨대 안내 날개와 같은 외부 영향에 의해 작용되지 않는 한 변화되지 않는 것이다. 로터 내부의 유동 방향(로터에 대하여)이 주로 반경 방향이므로, 반경 방향의 블레이드외에 다른 외부 영향이 없으며, 과잉의 액체가 배출되기 보다는 로터 내에 잔류하는 경향이 더 있다. 이것은 로터에 대한 액체 유동의 방향이 배출 방향과 같은 방사류 원추형 구조와 대조된다. 그러므로, 방사류 원추형 구조 부재에서 과잉의 액체는 용이하게 배출된다.

그 결과는 평측면 구조를 갖는 펌프의 성능이 방사류 원추형 펌프보다는 유입되는 가스 스트림에서 액체에 의해 보다 더 불리한 영향을 받는다. 결국, 캐비테이션(cavitation) 및/또는 로터 파괴가 보다 일찍 시작된다. 또한, 포트 속도에 있어서, 과잉의 액체와 관련된 문제는 펌프 직경에 대해 그 폭이 커짐에 따라 증가한다. 축류 포트는 펌프 폭이 증가함에 따라 문제의 근원에서 보다 더 멀어질 수 있고, 이것은 과잉의 액체를 제거하는 문제를 해결한다.

평측면 펌프는 방사류 원추형 펌프에 비해 응축 성능이 감소된다. 유입 포트의 보다 높은 속도 때문에, 유입 가스 스트림에 액체를 분사시키면, 원추형 펌프에서 보다는 평측면 펌프에서 보다 더 큰 압력 강하가 발생한다. 그러므로, 평측면 구조의 펌프에서는 유입 가스 스트림의 증기 함유량을 응축하는 중요한 장점이 감소된다. 이러한 문제는 평측면 구조의 펌프가 가스/증기 체적비 만큼 많은 액체를 안전하게 처리할 수 없는 것에 의해 증폭되는데, 응축 성능이 액체 분율과 정비례하기 때문이다.

평측면 펌프의 성능은 로터와 포트 판과의 사이의 축방향 간극에 매우 민감하다. 그러므로, 심(shim)을 사용해서 평측면 간극을 제어하는 것은 종종 실용적이지 못하다. 이에 의해서, 펌프의 대량 생산의 성능이 보다 크게 변동된다. 예컨대, 8도의 각으로 제조된 방사류 원추형 구조에 있어서, 간극 설정에 7대1의 확대가 있다. 그러므로, 로터와 원추형부 사이의 임계 간극은 부재의 축방향 위치의 심 조정으로 정확하게 제어될 수 있고, 보다 균일한 성능을 얻을 수 있다.

전술한 바로부터 명백한 바와 같이, 평측면 펌프가 갖는 장점 중 몇 가지는 동일한 변위의 원추형 펌프에 비해 제조 비용이 낮아지게 될 수 있는 것이다. 그러나, 이러한 제조비 절감은 성능, 액체 처리 및 응축 성능을 희생시켜 획득된다. 이것은 제품의 신뢰성과 시장성에 크게 기여하는 특성이다. 또한, 평측면 구조의 펌프가 갖는 열악한 특성은 그 상대적인 폭이 증가함에 따라 악화된다는 것이 전술한 바로부터 명백하다.

펌프 설계자가 주지하고 있는 바와같이, 액체 링 구조의 제조비를 개선하는 열쇠는 그 상대적인 폭을 연장하는 것이다. 그 이유는 제조 공정의 비용에서 부재 직경과 부재 길이 사이의 상호 작용을 조사함에 의해서 설명될 수 있다. 직경이 일정하게 유지된다면, 펌프의 원가를 변위량으로 나눈 값(달러/입방 피트/분 또는 $/CFM으로 표시)은 최소점에 도달할 때까지 폭이 증가함에 따라 보통 감소하는 것을 실험으로 알 수 있으며, 상기 최소점을 지나면 변위량당 원가가 증가한다. 그 최소점은 기구적 한계 및 성능 한계에 의해 결정된다. 예컨대, 몇 개의 인자 중 하나는 샤프트 직경이 매우 커져서 샤프트 원가가 부적절하게 되고, 샤프트의 크기가 버킷 체적(bucket volume)의 부적절한 부분(인접한 로터 블레이드 사이의 체적)을 제거하여, 원가를 증가시키고 CFM을 떨어뜨리는 것이다.

일반적으로 말하면, 종래의 양구 펌프(예를 들면, 전술한 쉐어우드 특허에 기술한 바와 같이)에 대해서, 최소의 $/CFM은 축 방향 로터 블레이드 길이(단부 및 중앙 슈라우드의 두께를 제외함)가 로터 직경의 약 1.3배까지 점진적으로 증가하는 경우에 일어난다. 혼합류 원추형부 개발의 잇점은, 아래에서 상세히 논의되는 바와 같이, 로터 직경의 1.3배 이상으로 축방향 로터 블레이드 길이에 대하여 최소 비용 한계를 확대하는 것이다.

제닝스에게 허여된 미국 특허 제1,718,294호에는 비교적 큰 테이퍼 각도(도 1에서는 대략 18도이고, 도 4에서는 대략 12도)을 갖는 원추형 포트가 형성된 액체 링 펌프가 기술되어 있다. 그러나, 상기 특허는 원추형부의 포트에 매우 인접하게 측면 보강되며, 원추형부와 로터 사이에서 어떠한 축 방향 액체 유동 성분도 실질적으로 배제하는 로터를 보여준다.

본 발명의 목적은 전술한 것을 고려하여 개량된 액체 링 펌프를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 축류 및 방사류 펌프 구조가 갖는 효과 중 일부를 조합하는 액체 링 펌프를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 방사류 구조의 펌프가 갖는 장점 중 일부를 가지지만, 공지된 방사류 펌프에 비하여 로터 직경에 대한 축방향 로터 블레이드 길이 비를 크게하여 공지된 방사류 펌프에 비하여 경제적으로 제조될 수 있는 액체 링 펌프를 제공하는 것이다.

상기 및 기타 본 발명의 목적은 공지의 원추형 포트 펌프와 거의 유사하지만, 원추형 포트 펌프에 대하여 지금까지 알려진 것 보다 더 큰 테이퍼 각도를 가지는 액체 링 펌프를 제공하는 본 발명의 원리에 따라 달성된다. 지난 수십년 동안 대략 8도의 테이퍼 각도가 업계 표준이었지만, 본 발명에 따라 제조된 펌프의 테이퍼 각도는 15도 내지 75도의 범위 내에 있다. 테이퍼 각도가 상당히 증가하면, 본 발명에 따른 펌프의 원추형 포트부는 이전의 액체 링 펌프에서 사용되어 왔던 것보다는 전체적인 길이가 상당히 짧아질 수 있다. 증가된 테이퍼 각도는 원추형부와 로터 사이에서 흐르는 액체에 상당한 축 방향 속도 성분을 제공하는 것을 도와준다. 원추형 표면의 포트에 인접한 로터 블레이드들 사이의 공간은 개방되어 있어서, 이러한 축 방향 속도 성분과 간섭하는 로터부가 구조물에 존재하지 않는다. 다른 장점들 중에서, 상당한 축 방향 액체 속도 성분과 축 방향으로 보다 짧은 포트부는 로터 직경에 대한 축 방향 로터 블레이드 길이 비를 경제성 있게 용이하게 증가시킨다. 동시에, 본 발명의 펌프는 원추형 구조 펌프의 모든 또는 대부분의 장점을 보유한다.

본 발명의 또 다른 특징에 있어서, 그 특성과 다양한 장점은 첨부 도면과 하기의 바람직한 실시예로부터 보다 명백하다.

도 1은 전형적인 종래의 원추형 포트가 형성된 액체 링 펌프의 간략화된 단면도.

도 2는 본 발명에 따라 제조된 액체 링 펌프의 하나의 도식적인 실시예를 보여주는 도 1과 유사한 도면.

도 3은 도 2의 일부와 유사한 도면.

도 4는 도 1과 도 2의 부분을 조합한 것과 유사한 도면.

도 1은 방사류 원추형 구조를 갖는 종래의 양구 펌프를 도시한다. 펌프(10)는 고정식 환형 하우징(20)을 구비하는데, 상기 하우징은 그 좌우 각각의 단부에 고정된 헤드부(30L, 30R)를 포함한다. 원추형 포트 부재(40L, 40R)는 각각의 헤드부(30L, 30R)에 각각 장착된다. 각각의 헤드부(30)의 원추형면의 각도 α는 대략 8도이다. 본 명세서에서 각도 α는 펌프의 테이퍼 각도로 종종 언급된다. 샤프트(50)는 축방향으로 하우징(20), 헤드부(30) 및 포트 부재(40)를 관통하고, 베어링 조립체(60L, 60R)에 의해서 그 부재 모두에 대해 회전하도록 장착된다. 로터(70)는 샤프트(50)에 고정 장착된다. 로터(70)는 허브(72) 및 그 허브 둘레에 서로로부터 원주 방향으로 일정 간격을 두고 허브(72)로부터 반경 방향으로 외부로 연장하는 다수의 블레이드(74)를 구비한다. 각각의 포트 부재(40)는 로터(70)의 인접 단부의 환형 리세스 내로 연장한다. 또한, 로터(70)는 로터 블레이드(74)의 좌우 각각의 축방향 단부를 연결하는 환형 슈라우드(shroud)(76L, 76R)를 구비한다. 또한, 중앙의 환형 보호판(76C)은 로터 블레이드의 중앙부를 연결한다. 중앙의 환형 하우징 보호판(26C)[하우징(20)에 고정됨]은 보호판(76C)과 반경 방향으로 배열되어 있다.

하우징(20)은 샤프트(50)에 편심되어 있기 때문에, 도 1에 도시한 바와 같은 펌프(10)의 상부가 펌프의 팽창 또는 흡입 구역을 이루고, 도 1에 도시한 바와 같은 펌프(10)의 하부가 펌프의 압축 또는 배출 구역을 이룬다. 팽창 구역에서, 펌프의 액체 링의 액체는 로터 회전 방향으로 허브(72)로부터 반경 방향으로 외부로 이동한다. 그러므로, 급송되는 가스는 흡입 통로(32L, 42L, 32R, 42R)를 통해 펌프의 팽창 구역으로 흡입된다. 압축 구역에서, 펌프의 액체 링에 있는 액체는 로터 회전 방향으로 허브 쪽으로 반경 방향으로 이동한다. 그러므로, 펌프 내의 가스는 압축 구역에서 압축되고, 배기 통로(44L, 34L, 44R, 34R)을 통해 배기된다.

도 1에 도시된 펌프의 비교적 작은 각도(α=8도) 때문에, 이 펌프는 소위 방사류 포트 펌프라 불린다. 포트부(40)와 로터(70)와의 사이의 원추형부 계면을 가로지르는 액체 유동은 반경 방향으로 매우 큰 각도이다.

도 2는 본 발명에 따라 도 1 형태의 펌프의 변형예를 도시한다. 그러므로, 도 2는 전체적으로 펌프(10)에 유사한 펌프(10')를 도시하지만, 상기 펌프(10')는 혼합류 포트의 개념에 근거한 구조를 갖는다. 도 2와 그 이하의 도면에서, 도 1의 참조 부호가 전체적으로 유사한 요소에 대해 반복되고 있다. 그러나, 그 요소의 일부 구조는 이하에서 보다 자세히 기술된 바와 같이 변화된다. 펌프(10')의 전체적인 작동은 후술되는 개량점이 있지만 펌프(10)의 전체적인 작동과 유사하다.

도 3은 도 2로부터의 원추형 포트 요소(40R)를 유동 방향의 구성 요소를 나타내는 화살표로 보다 자세히 보여준다. 도시한 바와같이, 액체가 로터에 들어가고 나옴에 따라 액체 유동 방향에는 반경 및 축 방향 각각으로 상당한 속도 성분인 V-_반경방향및 V-_축방향이 있다.

본 발명에 따라서, 그 유동은 원추형부의 각 α가 약 15도 보다 크고 약 75도 보다 작을 때 혼합된다고 생각될 수 있다. 이것은 혼합류의 축방향 유동 성분인 V-_축방향에 대응되는데, 이 V-_축방향은 원추형부의 표면에서 절대 유동 속도의 25%보다 크다. 도3에 도시된 것에는 테이퍼 각도 α가 20도 이다.

도 4는 전술한 두가지 구조를 대조한다. 도 4의 상부 절반은 도 2와 도 3과 같은 혼합류 구조를 보여주고, 하부 절반은 도 1에서와 같은 방사류 구조를 보여준다. 방사류 구조는 기술될 바와같이 보다 큰 샤프트(50)를 필요로 한다. 샤프트 직경에서의 차이는 하부 섹션에서 점선과 실선에 의해 도시되어 있다. 샤프트 직경의 가장 큰 부분은 D4이다. 두 개의 측면이 동일한 기저 원추형부(40)의 직경(D1)에 대해 그려져 있다.

혼합류 구조는 매우 넓은 액체 링 펌프의 구조, 즉 로터 직경의 약 1.3배 보다 큰 축 방향 로터 블레이드 길이를 가지는 구조에 특히 적합한 종래의 제조 방법보다 상당한 장점을 갖는다. 그 장점은 이하에 기재되어 있다.

도 4에 도시한 바와같이, 혼합류 구조에 대한 헤드 개방 구역(C)은 방사류 구조에 대한 동등한 구역(C')보다 크다. 이것은 큰 샤프트의 직경이 D2' 미만이므로 내경 D2'가 D2보다 크기 때문이다. 또한, 도 4는 두 개의 구조 사이의 로터 버킷 부피 사이의 차이를 나타내는 A 및 B로 지시된 영역을 보여주는데, 혼합류 구조는 보다 더 많은 버킷 부피를 갖는다. 방사류 원추형 구조(40)가 [직경(D1) 감소에 의한] 부피 손실을 감소시키기 위해 변형된다면, C 지점에서 개방되는 헤드 포트부의 영역에서 부피 손실은 크게 감소된다. 선택적으로, 방사류 구조가 도시한 바와같이 있다면, 로터(70)는 혼합류 구조와 동일한 부피를 얻기 위해서 보다 길어질 필요가 있다.

순수한 개량은 헤드 주물(30)의 통로를 형성하기 위해서 사용된 코어의 지지체가 개량(보다 크게 제조됨)된 것이다. 그러므로, 헤드 주조성은 향상되고, 로터 부피를 손실하거나 로터의 길이를 연장시키지 않는다.

또한, 도 4에서, 원추형부의 목(throat) 또는 원추형부의 기저부를 통과하는 최소 유동 영역이 로터 부피의 손실없이 보다 크게 제조될 수 있다. 이 영역은 직경(D2, D3)에 의해 조절된다. 직경(D3)은 벽 두께보다 작은 원추형 기저부 직경에 의해 설정된다. 직경(D2)은 원추형부의 내벽 두께보다 큰 샤프트 직경에 의해 설정된다. (이러한 논의를 목적으로 그 벽 두께는 고정되는 것으로 여겨질 수 있다.) 직경(D3)은 이전의 두 문단에서 기술한 바와 같이 직경(D1)을 조절하는 동일한 인자에 의해 조절된다. 그러므로, 혼합류 포트부(40)는 동일한 기저부 직경의 방사류 원추형 포트부보다 작은 직경의 샤프트를 구비하고 로터 부피 손실없이 가스 및 액체 유동에 대한 보다 더 큰 목을 허용한다.

혼합류 포트부(40)는 길이가 방사류 원추형부보다는 짧게 제조될 수 있다. 방사류 원추형부(40)로서, 설계자는 특정의 원추형 펌프의 효율성있는 작동 장점과 큰 액체 유동 성분은 로터 길이에 비해 원추형부의 삽입 길이(P')를 최대로하는 것과 관련된다. 삽입 길이는 전체 로터 길이의 45% 보다 큰 것이 일반적인데, 50 내지 60% 범위인 것이 통상적이다.

양호한 원추형 펌프의 작동 특성은 매우 짧은 포트 길이(P)를 사용함으로써 유지될 수 있는 것으로 측정되었다. 예컨대, 포트가 에워싸는 로터 길이의 약 45% 보다 작은 포트 길이가 사용될 수 있다. 도 4의 윗 부분은 [보호판(76C, 76R) 사이] 로터 길이의 관련 부분의 약 34%인 포트 길이(P)를 보여준다.

보다 짧은 혼합류 포트 길이의 충격은 폭이 매우 넓은 액체 링 펌프 구조에 대하여 상당하다. 이전에 언급한 바와 같이, 로터 허브(72)와 베어링(60) 사이의 특정하게 지지되지 않거나 보강되지 않은 거리(L)는 상당히 감소된다. 전체적인 샤프트(50) 편향이 이러한 거리의 입방체에 비례하기 때문에, 그 결과는 (비교적 작은 길이(L)를 갖는) 신규한 구조와 필적할 만한 (비교적 큰 길이(L')를 갖는) 방사류 구조의 편향에 대해 샤프트 직경을 상당히 감소시키는 것이다.

더욱이, 혼합류 원추형부(40)는 동일한 주행 간극으로 조립된 방사류 원추형부(40) 보다 간섭없이 더 많은 샤프트(50)의 편향을 허용한다. 주행 간극은 원추형부 표면에 수직하게 측정된다. 테이퍼 각 α가 증가함에 따라, 로터(70)의 허용할 수 있는 반경 방향의 이동은 그 각의 코사인 값분의 1에 비례한다. 예컨대, 20도 테이퍼 각 α의 혼합류 원추형부는 8도의 방사류 원추형부와 비교해 간섭없이 추가로 5% 편향할 수 있다.

축류 또는 평측면 구조에 있어서, 로터 허브와 베어링 사이의 거리가 여전히 짧을지라도(예컨대, 도 4에 도시한 바와같은 L''), 혼합류 포트(40)는 다른 인자들이 샤프트(50) 크기를 결정하는데 우세할 수 있을 정도까지 이 길이의 상당량을 감소시킬 수 있다. 예컨대, 샤프트 크기는 샤프트 구동 단부의 비틀림 강도 및/또는 필요한 유압 하중을 지지하기 위해 베어링(60)에 필요한 샤프트 저널 크기같은 인자에 의해 한정된다. 그러므로, 혼합류 샤프트(50)는 동등한 평측면 샤프트 크기와 유사하거나 같은 기초로 크기가 정해진다.

혼합류 포트부(40)와 로터(70)는 제조하는데 비싸지 않다. 포트부(40)가 길이에서 보다 짧기 때문에, 그 무게와 전체적인 제조 비용은 종래의 원추형 구조(40)보다 작다. 또한, 로터(70)의 원추형 리세스의 기계 가공 비용은 그것이 보다 더 짧기 때문에 감소된다.

또한, 혼합류 구조의 로터(70)의 보다 더 짧은 원추형 리세스는 종래의 방사류 구조보다 더 강한 로터 블레이드(74)가 된다. 원추형 리세스의 블레이드(74) 부분이 혼합류 구조에서 여전히 지지되지 않을 지라도, 많은 경우에, 평측면 구조와 비교해서 지지되지 않은 길이의 상당량은 [샤프트(50) 구조과 같이] 다른 인자가 필요한 블레이드(74) 두께에 도달할 때 우세할 정도로 감소된다. 예컨대, 블레이드 두께는 그 결정 인자가 양호한 성형 구조에 대한 최소 벽 두께이지 블레이드 응력이 아니라고 말할정도로 감소될 것이다.

전체로서, 특히 폭이 매우 넓은 (즉, 축방향으로 긴) 액체 링 펌프 구조에 사용될 때, 전술한 개량은 혼합류 펌프의 비용을 축류 포트 펌프와 동일하거나 더 낮게 할 수가 있다. 상기 개량은 양구 액체 링 펌프 구조의 $/CFM 지점을 전술한 1.30배 직경을 지나서 이동시킨다.

전술한 논의가 양구 구조(double ended design)의 펌프에 대해 이루어졌지만, 본 발명의 장점은 편구 구조(single ended design), 즉 로터(70)의 일단에 단지 하나의 포트 부재(40)가 형성된 펌프에 역시 적용된다. 편구 구조에 대해 전술한 논의가, 최소의 $/CFM이 다른 폭, 예컨대 양구 구조에 대한 로터 직경의 1.3배 대신에, 로터 직경의 1.05배 둘레에 (단부 보호판을 제외한) 축방향 로터 블레이드 길이에서 종래에 일어나는 것을 제외하고, 역시 적용될 수 있다.

이제 이해할 수 있는 바와같이, 혼합류 구조는 평측면의 구조의 제조 비용 잇점보다 나은 개량의 제공을 가능하게 하며, 동시에 원추형 구조의 특성에 접근할 수 있는 실행 특성을 유지시킨다. 예컨대, 방사류 구조의 효율적인 장점은 혼합류 포트(40) 개구부가 포트를 통해 압력 강하를 최소화시키는 개방 유동 영역과 유동을 로터(70) 내에 분산시키는 큰 플리넘 영역과 함께 형성되기 때문에 유지된다. 유입구에서 응축물 스프레이 조작의 중요한 장점은 떨어지지 않는다. 또한, 혼합류 구조는 과잉의 액체가 축 방향의 로터(70)로부터 방출되게 한다. 그러므로, 방사류 포팅(radial flow porting)의 물 처리 장점은 손실되지 않는다.

그러므로, 이전의 구조 각각의 최고의 특징의 혼합이 가능하다. 혼합류 구조은 평측면 구조의 비용 효과와 동일하거나 또는 향상된 펌프의 형성을 가능하게 하지만, 방사류 원추형 구조의 효과 및 처리 공차에 접근하거나 동일하다.

본 발명은 축류 및 방사류 펌프 구조가 갖는 효과 중 일부를 조합하는 액체 링 펌프를 제공하는 데, 방사류 구조의 펌프가 갖는 장점 중 일부를 가지지만, 공지된 방사류 펌프에 비하여 로터 직경에 대한 축 방향 로터 블레이드 길이 비를 크게하여 공지된 방사류 펌프에 비하여 경제적으로 제조될 수 있는 액체 링 펌프를 제공한다.

Claims (6)

1. 로터의 축 방향 단부의 리세스 내로 연장하는 포트부를 구비하는 액체 링 펌프에 있어서,

   상기 로터는 상기 리세스로부터 반경 방향 외부로 연장하고, 상기 리세스 둘레에 상호 일정 간격을 두고 배치된 축 방향으로 연장하는 다수의 블레이드를 구비하고, 상기 리세스에 거의 인접한 포트부는 15도 내지 75도의 범위의 테이퍼 각도를 갖는 절두 원추형 표면을 형성하고, 상기 절두 원추형 표면은 포트부와 인접한 블레이드 사이의 공간과의 사이에서 액체를 선택적으로 연통시키기 위한 액체 유입구 및 배출구를 형성하고, 상기 유입구 및 배출구에 거의 인접한 로터는 유입구 및 배출구를 통해 연통하는 액체의 유동 방향에 영향을 주는 블레이드 외의 다른 구조물이 없는 것을 특징으로 하는 액체 링 펌프.
2. 제1항에 있어서, 상기 유입구 및 배출구의 최대 크기는 종축과 평행하게 측정할 때 유입구 및 배출구가 에워싸는 블레이드의 축 방향 크기의 45% 이하인 것을 특징으로 하는 액체 링 펌프.
3. 제1항에 있어서, 상기 포트부는 펌프에서 유일한 포트부이고, 로터 직경에 대한 로터 블레이드의 축 방향 길이 비는 1.05보다 큰 것을 특징으로 하는 액체 링 펌프.
4. 제1항에 있어서, 축 방향 단부에 대향하는 로터의 제2 축 방향 단부의 제2 리세스로 연장하는 제2 포트부를 또한 구비하고, 블레이드는 상기 제2 리세스로부터 반경 방향 외부로 연장하고 제2 리세스 둘레에 상호 일정 간격을 두고 배치되고, 제2 리세스에 매우 인접한 제2 포트부는 15도 내지 75도의 범위에 있는 제2 테이퍼 각도를 가지는 제2 절두 원추형 표면을 형성하고, 제2 절두 원추형 표면은 제2 포트부와 인접한 블레이드 사이의 공간과의 사이에서 액체를 선택적으로 연통시키기 위한 제2 액체 유입구 및 배출구를 형성하고, 상기 제2 액체 유입구 및 배출구에 매우 인접한 로터는 제2 액체 유입구 및 배출구를 통해 연통하는 액체의 유동 방향에 영향을 주는 블레이드 외에는 다른 구조물이 없는 것을 특징으로 하는 액체 링 펌프.
5. 제4항에 있어서, 제2 액체 유입구 및 배출구의 최대 크기는 종축과 평행하게 측정할 때 그 제2 액체 유입구 및 배출구가 에워싸는 블레이드의 축 방향 크기의 45% 이하인 것을 특징으로 하는 액체 링 펌프.
6. 제4항에 있어서, 로터 직경에 대한 로터 블레이드의 축 방향 길이의 비는 1.30 보다 큰 것을 특징으로 하는 액체 링 펌프.