KR20020033762A

KR20020033762A - 모터프레임과 그 모터프레임을 사용한 모터 및 모터펌프

Info

Publication number: KR20020033762A
Application number: KR1020027001918A
Authority: KR
Inventors: 야마모토마사카즈; 미야케요시오; 이이지마가츠지; 모토야마겐지
Original assignee: 마에다 시게루; 가부시키 가이샤 에바라 세이사꾸쇼
Priority date: 1999-08-31
Filing date: 2000-08-31
Publication date: 2002-05-07
Also published as: EP1211784A1; WO2001017095A1; CN1371542A; CN1227799C; AU6867100A; EP1211784A4

Abstract

본 발명은 설치된 인버터를 효과적으로 또한 안정적으로 수냉하기 위한 모터프레임 및 이 모터프레임을 사용한 모터 및 모터펌프에 관한 것이다. 내부에 모터고정자를 수용하는 제 1 통형상부(1)와, 제 1 통형상부의 바깥쪽에 설치되어 제 1 통형상부와의 사이에 처리유체가 흐르는 공간을 형성하는 제 2 통형상부(2)와, 제 2 통형상부의 바깥 둘레부에 설치된 주파수변환기 설치용 자리(3)를 동일 금속재료로 일체로 성형하고 있다.

Description

모터프레임과 그 모터프레임을 사용한 모터 및 모터펌프{MOTOR FRAME AND MOTOR USING THE MOTOR FRAME AND MOTOR PUMP}

종래부터 인버터로 대표되는 주파수변환기를 전동 모터펌프에 설치하고, 펌프처리액으로 주파수변환기의 발생열을 빼앗도록 구성한 펌프조립체는 알려져 있다. 예를 들면, 일본국 특원평5-350994호(특개평7-189996호)에 있어서는, 전주류형 펌프의 원통형상의 펌프케이싱의 외면에 인버터를 설치하는 구성이 개시되어 있다.

일본국 특개평7-189996호에 개시되어 있는 펌프조립체에 있어서는, 인버터를 전주류형 펌프의 펌프케이싱의 외면에 설치함으로써 인버터 냉각용 히트싱크를 불필요로 하여 인버터의 소형화를 도모함과 동시에, 인버터에 의해 모터에 공급하는 전력의 주파수를 높임으로써 모터의 소형화를 도모하고, 또한 펌프회전수를 증가시킴으로써 펌프의 소형화를 도모하고 있다.

그러나 일본국 특개평7-189996호에 개시되어 있는 펌프조립체에서는 펌프케이싱이 원통형상이고, 인버터를 수용하는 판금제의 하 케이스와의 접촉면이 곡면을 이루고 있다. 이 때문에 펌프케이싱과 하 케이스와의 접촉면에서 양자의 곡률이 일치하지 않고 간극이 생겨 인버터의 냉각조건이 안정되기 어렵다는 문제가 있었다. 또 인버터와 하 케이스의 접촉부도 곡면을 이루고 있기 때문에, 이 부분에서의 열전달도 불균일하게 되기 쉬웠었다.

상기한 단점을 개량하기 위하여 본건 출원인은, 앞서 일본국 특원평9-524214호에 있어서, 판금제의 펌프케이싱의 외면에 알루미늄합금제의 브래킷을 설치하고, 이 브래킷에 인버터(주파수변환기조립체)를 고정한 펌프조립체를 제안하고 있다. 이 펌프조립체에서는 브래킷과 주파수변환기조립체의 접촉면이 평면이고, 이 부분에는 간극이 생기기 어려우나, 펌프케이싱과 브래킷의 접촉면이 곡면을 이루고 있기 때문에 상기와 같은 이유에 의해 주파수변환기의 냉각조건이 안정되기 어렵다는 문제가 있었다. 일반적으로 이와 같은 문제를 해결하기 위해서는 접촉면에 액형상 실리콘 등의 충전재를 도포하여 간극을 메우는 방법이 사용되나, 이 방법은 시간이 소요되어 생산성의 관점에서는 바람직한 것이 아니었다.

또 이 종류의 펌프를 구성하는 주된 재료는, JIS규격으로 말하면 SUS304이나 SUS304L, 또는 SUS316이나 SUS316L 등의 오스테나이트계의 스테인레스강의 판금재 (시트메탈)이다. 오스테나이트계의 스테인레스강은 연성이 풍부하고, 그 판금재는 프레스성형이나 벤딩가공 등의 가공이 용이하고, 또한 용접성도 양호하므로 분할한 부재를 용접으로 접합하여 구조체를 성형하는 데 적합하다.

그러나 오스테나이트계의 스테인레스강은 이하에 설명하는 바와 같은 특성이 있으므로, 상기한 바와 같은 구조의 펌프에 이것을 사용하는 경우에는 설계상, 제조상의 제약이 있었다.

(1)열전도율이 작다.

오스테나이트계의 스테인레스강은, 일반 스틸(연강)과 비교하여 열전도율이 작다(1/5 내지 1/6). 따라서 상기한 바와 같은 구조의 펌프에 오스테나이트계의 스테인레스강을 사용한 경우에는 모터 및 인버터의 냉각에 관하여 불리해진다. 비교적 소출력, 소형의 펌프에서는 두께가 얇은 판금재를 사용할 수 있으므로 오스테나이트계의 스테인레스강을 사용하여도 실질적으로 지장은 없으나, 비교적 대출력, 대형의 펌프에서는 구조강도면에서 두께를 두껍게 하지 않을 수 없으므로, 상기 모터 및 인버터의 냉각에 관한 문제가 커진다.

(2) 열팽창계수(선팽창율)가 크다.

오스테나이트계의 스테인레스강은, 일반 스틸(연강)과 비교하여 열팽창계수가 크다(1.5배 정도). 따라서 상기한 바와 같은 구조의 펌프에 오스테나이트계의 스테인레스강을 사용한 경우에는, 모터의 온도가 상승하였을 때 모터고정자(모터고정자를 구성하는 규소강판의 열팽창계수는 연강과 같은 정도)와 모터프레임 사이의 고정력이 약해진다. 비교적 소출력, 소형의 펌프에서는 두께가 얇은 판금재를 사용한 모터프레임을 모터고정자의 바깥 둘레방향에 설치한 후, 비드제거 용접에 의해 모터프레임을 원주방향으로 축소(인장응력을 잔류시킴)하는 등으로 이 문제를 해결하고 있다. 그러나 비교적 대출력,대형의 펌프에서는 상기한 바와 같이 구조강도면에서 두께를 두껍게 하지 않을 수 없으므로, 비드제거 용접 등의 방법은 실질적으로는 채용할 수 없다. 즉 큰 입열량을 가할 필요가 있어 수고와 시간이 지나치게 소요된다. 따라서 다른 방법에 의해 이 문제를 해결하는 것이 필요해진다.

(3)자성이 없다.

일반적으로 오스테나이트계의 스테인레스강재는 자성이 없다. 모터프레임의 자성의 유무는 모터의 크기나 특성에 영향을 주기 때문에, 상기한 바와 같은 구조의 펌프의 모터프레임에 오스테나이트계의 스테인레스강재를 사용한 경우에는 모터프레임에 자성이 없는 만큼, 모터고정자(규소강판)을 크게 설계하는 등의 연구가 필요하게 된다. 이 경우에 있어서 비교적 소출력, 소형의 펌프에서는 모터가 약간 커질 뿐으로 그다지 문제가 되지 않으나, 비교적 대출력, 대형의 펌프에서는 동일한 비율에서도 모터가 커지는 절대량이 커지기 때문에, 펌프 전체가 매우 대형화하여 버린다.

(4) 용접부가 많으면 생산성이 저해되는 경우가 있다.

오스테나이트계의 스테인레스강의 판금재는, 상기한 바와 같이 성형에 관한 생산성이 비교적 양호하나, 부재의 용접부분이 많으면 용접공정의 시간이 길어져 제조비용이 의외로 높아져 버리는 경우가 있다.

이와 같은 경우, 재료를 스테인레스주강으로 하고, 주조법 등을 사용한 일체성형 구조체로 함으로써, 제조비용을 저감할 수 있는 경우가 있으나, 일반적으로 주조품(주물제)은 판금과 비교하여 제조상 두께가 두꺼워지기 쉽고, 따라서 두께가 얇은 판금재(판두께 1.5 내지 3mm 정도)에서는 문제가 되지 않았던 상기 (1) 내지(3)같은 문제점이 커지는 경우가 있다.

그런데, 종래부터 이와 같은 전주류형 펌프에 있어서 캔드모터의 주축의 양쪽 끝에 임펠러를 배치하여 축 추력의 균형을 잡고, 상기한 인버터를 이용하여 고속회전으로 구동하는 고양정(高揚程)의 다단 모터펌프가 알려져 있다. 예를 들면 판금제의 펌프 외통에 펌프 흡입구 및 펌프 토출구를 설치하고, 외통의 내부에 직렬 4단 (즉, 모터의 주축의 양쪽 끝에 임펠러를 2단씩 배치하고 있다)의 임펠러를 수용한 세로형 다단 모터펌프이다.

이와 같은 종류의 펌프는, 양정 200m급의 고양정 펌프로서 제품화되어 있고, 모터의 고속화에 의해 펌프가 소형화되고 있는 점이나, 캔드모터이기 때문에 액누설이 없는 점 등의 특징으로부터, 예를 들면 역침투막에 압력수를 공급하기 위한 펌프로서 순수제조장치나, 세정용 노즐에 압력수를 공급하기 위한 펌프로서 각종 세정장치에 조립되어 사용되는 경우가 많다.

이와 같은 장치내에서 사용되는 펌프에서는 일반적으로 (1) 소형, 콤팩트, 공간절약인 것, (2) 메인티넌스 자유로운 것, (3) 처리액을 더럽히지 않을 것, (4) 펌프와 배관의 접속방향이 변경 가능한 등의 옵션대응이 용이한 것, 이 요구된다.

그러나 상기한 펌프 등에서는, 상기 요구 중 (1) 내지 (3)을 만족할 수는 있으나, (4)에 대해서는 충분히 만족할 수 없었다. 즉, 종래의 다단 모터펌프에 있어서는 펌프흡입구 및 펌프토출구가 판금제의 펌프 외통에 용접고정되어 있으므로 펌프흡입구 및 펌프토출구의 위치를 뒤에서 변경할 수 없어 배관과의 접속방향이 한정되게 된다. 따라서 이와 같은 펌프를 장치의 공통부품으로서 미리 다수 준비한 후에 펌프를 각 고객의 사양에 맞추어 그 때마다 변경, 설계하는 경우에는 때로는 불합리한 배관의 처리가 필요하게 되어, 예를 들면 펌프를 포함하는 장치 전체가 커져 버리는 등의 불편이 있었다.

또 이와 같은 다단 모터펌프와는 별도로, 예를 들면 펌프내에 수납된 모터를 걸터 타고 1단째의 임펠러를 수용하는 펌프케이싱과, 2단째의 임펠러를 수용하는 펌프케이싱을 연결하는 배관이 필요하게 되는 펌프도 있다. 이와 같은 경우에는 이 배관 때문에 결과적으로 펌프흡입구 및 펌프토출구의 방향을 자유롭게 정할 수 없어 상기와 같은 불편이 생기고 있었다.

또한 상기한 바와 같은 용도로 이용되는 펌프는, 펌프 내부에 유지성분 등이 잔류하지 않도록 내부를 세정하는 처리(소위 금유 및 탈지처리)를 실시할 필요가 있으나, 앞에서 설명한 펌프에서는 판금제의 펌프흡입구 및 펌프토출구 등이 용접에 의해 고정되어 펌프 전체가 일체로 성형되는 것이기 때문에, 상기 금유(禁油) 및 탈지처리의 작업에 수고가 든다.

본 발명은 모터프레임과 그 모터프레임를 사용한 모터 및 모터펌프에 관한 것으로, 특히 주파수변환기를 장착하는 것을 전제로 한 구조를 가지고, 스테인레스강재로 성형되는 모터프레임과 그 모터프레임를 사용한 모터 및 모터펌프에 관한 것이다. 또 본 발명은 주축의 양쪽 끝에 임펠러를 배치한 다단 모터펌프에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 모터펌프의 일례인 전주류형 인라인펌프를 나타내는 종단면도,

도 2는 도 1의 II-II 선 단면도,

도 3은 도 1의 III 화살표도,

도 4는 본 발명의 제 2 실시형태에 관한 다단 모터펌프의 종단면도,

도 5(a) 내지 도 5(c)는 도 4에 관한 다단 모터펌프의 흡입측 펌프케이싱과 토출측 펌프케이싱과의 배치의 바리에이션을 나타내는 도로서, 도 5(a)는 도 4에 나타내는 흡입노즐과 토출노즐의 방향을 나타내는 도,

도 5(b) 및 도 5(c)는 다른 형태에 있어서의 흡입노즐과 토출노즐의 방향을 나타내는 도면이다.

본 발명은 이와 같은 종래기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 설치된 인버터를 효과적으로 또한 안정적으로 수냉하기 위한 모터프레임 및 이 모터프레임을 사용한 모터 및 모터펌프를 제공하는 것을 제 1 과제로 한다.

또 본 발명은 오스테나이트계의 스테인레스강을 펌프에 사용한 경우에 생기는 상기한 문제점을 해결함과 동시에, 모터고정자 및 주파수변환기의 냉각조건도 적합한 것으로 할 수 있는, 바꿔말하면 생산성이 양호하고, 냉각조건이 뛰어나고,나아가서는 모터특성도 양호한 모터프레임 및 이 모터프레임을 사용한 모터 및 모터펌프를 제공하는 것을 제 2 과제로 한다.

또한 본 발명은 배관과의 접속방향에 관한 자유도를 높일 수 있어, 금유 및 탈지처리도 용이하게 할 수 있는 콤팩트한 다단 모터펌프를 제공하는 것을 제 3 과제로 한다.

상기한 제 1 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 제 1 형태는 내부에 모터고정자를 수용하는 제 1 통형상부와, 제 1 통형상부의 바깥쪽에 설치되어 제 1 통형상부와의 사이에 처리유체가 흐르는 공간을 형성하는 제 2 통형상부와, 제 2 통형상부의 바깥 둘레부에 설치된 주파수변환기 설치용 자리를 동일 금속재료로 일체로 성형한 것을 특징으로 하는 것이다.

이와 같은 구성에 의하여 주파수변환기와 모터프레임은 예를 들면 평면의 자리에서 접촉하기 때문에 양자 사이에 간극이 생기기 어렵게 되어 주파수변환기의 냉각이 양호하게 됨과 동시에 냉각조건이 안정된다. 또 주파수변환기와 모터프레임의 사이에는 상기한 알루미늄합금제 브래킷 등의 부품이 개재하지 않기 때문에 주파수변환기를 매우 유효하게 냉각할 수 있다. 그 결과, 경우에 따라서는 접촉면에 액형상 실리콘 등의 충전재를 도포할 필요가 없어져 생산성의 개선을 도모하는 것도 가능해진다.

또 본 발명의 일 형태에 의하면 통형상부의 축방향 양쪽 끝부에 설치부품과의 동축도를 확보하기 위한 소킷 및 볼트체결용 볼트자리를 설치하고 있다. 그 결과, 뒤에서 설명하는 노즐케이싱 및 노즐케이싱에 고정되는 라이너링과, 임펠러에대표되는 회전체와의 동축도를 용이하게 확보하여 조립할 수 있다.

또 본 발명의 일 형태에 의하면, 축방향 끝부에서 보아 모터프레임의 볼트자리와 볼트자리 사이의 위치에 주파수변환기 설치용 자리를 배치하고 있다. 그 결과, 주파수변환기와 노즐케이싱 설치용 볼트가 간섭하지 않고, 주파수변환기 설치용자리의 면적을 상대적으로 크게 할 수 있으므로, 주파수변환기를 유효하게 냉각하는 것이 가능하게 된다.

또 본 발명의 일 형태에 의하면, 제 1 통형상부와 제 2 통형상부를 연결하는 축방향의 리브의 길이를 적어도 모터프레임 전체 길이의 절반 이상의 길이로 한다. 그 결과, 주파수변환기의 발생열은 모터프레임의 제 2 통형상부의 내면으로부터 뿐만 아니라, 리브 표면으로부터도 효과적으로 방열된다.

또 흡입측 노즐케이싱으로부터 흡입된 처리액은, 임펠러와 안내장치를 통과하여 모터프레임의 유로로 유도되나, 안내장치로부터 나온 처리액에는 약간 원주방향의 흐름성분이 포함되어 있어 펌프의 효율저하나 소음발생으로 이어질 가능성이 있다. 모터프레임의 제 1 통형상부와 제 2 통형상부를 연결하는 리브의 전체 길이를 연장시킴으로써 이 문제를 동시에 해결할 수 있다.

또 본 발명의 일 형태에 의하면, 모터프레임의 축방향 끝부와 이 축방향 끝부에 설치되는 상대측 설치부품이 직접 접촉하도록 구성되어 있다. 그 결과, 주파수변환기의 발생열은 모터프레임의 제 2 통형상부의 내면으로부터 뿐만 아니라, 예를 들면 노즐케이싱의 내면으로부터도 효과적으로 방열된다.

또 본 발명의 모터는 상기한 모터프레임과, 모터프레임의 제 1 통형상부에수용된 모터고정자와, 모터프레임의 개방단을 폐쇄하는 모터프레임 측판과, 모터고정자의 안쪽에 수용됨과 동시에 모터프레임에 설치된 베어링에 의해 회전 자유롭게 지지된 모터회전자를 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 모터펌프는 상기 모터와, 모터회전자의 주축에 고정된 임펠러와, 모터프레임의 축방향 끝부에 설치됨과 동시에 임펠러를 수용하는 노즐케이싱을 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.

또 상기한 제 2 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 내부에 모터고정자를 수용하는 모터프레임에 있어서, 상기 모터프레임을 비오스테나이트계의 스테인레스주강재에 의해 성형한 것을 특징으로 하는 모터프레임를 제안한다. 또 동시에 이와 같은 모터프레임를 사용한 모터 및 모터펌프를 제안한다.

구체적으로는 비오스테나이트계의 스테인레스주강재로서, 크롬(Cr)을 15 내지 17%, 몰리브덴(Mo)을 0.5 내지 2%, 니켈(Ni)을 4 내지 6% 포함하고, 탄소(C)를 0.05% 이하로 억제한 마르텐사이트계의 스테인레스재, 또는 크롬(Cr)을 20 내지 30%, 몰리브덴(Mo)을 0.5 내지 4% 포함한 페라이트계의 스테인레스재를 사용하는 것을 제안한다.

또 본 발명은 내부에 모터고정자를 수용하는 제 1 통형상부와, 이 제 1 통형상부의 바깥쪽에 설치되어 제 1 통형상부와의 사이에 처리유체가 흐르는 공간을 형성하는 제 2 통형상부를 구비하고, 상기 제 1 통형상부와 제 2 통형상부를 비오스테나이트계의 스테인레스주강재를 사용하여 일체적으로 성형한 것을 특징으로 하는 것이다.

비오스테나이트계의 스테인레스는 일반적으로 오스테나이트계의 스테인레스와 비교하여 열전도율이 크고, 열팽창율이 작고, 또 자성을 가진다. 즉 상기 모터프레임의 재료로서는 뛰어난 특성을 가지고 있다. 따라서 이와 같은 비오스테나이트계의 스테인레스를 사용하고, 더욱 두께가 얇은 성형이 가능한 로스트왁스 정밀주조법등을 사용함으로써 이 종류의 펌프를 더욱 대출력의 범위까지 연속 확대할 수 있다.

또 이와 같은 종류의 펌프는 주파수변환기에 의해 모터에 공급하는 주파수를 올림으로써, 펌프를 고속, 소형화하고 있는 것이 많다. 그리고 펌프의 고속화에 따라 생기는 비교적 주파수가 높은 소음을 모터의 주위를 둘러싸는 처리유체에 의해 차음(遮音)하도록 연구되어 있다. 이 점에 관하여 본 발명에 의하면 모터프레임, 특히 제 2 통형상부의 두께가 판금제와 비교하여 증가하기 때문에 이 부분에서의 차음효과도 기대할 수 있다.

또 상기 제 2 통형상부의 바깥 둘레부에 주파수변환기 설치용 자리를 구비하고, 상기 제 1 통형상부와 제 2 통형상부와 자리를 비오스테나이트계의 스테인레스주강재를 사용하여 일체적으로 성형한 것을 특징으로 하는 것이다.

이에 의하여 상기한 바와 같이 주파수변환기와 모터프레임은, 예를 들면 평면의 자리에서 접촉하기 때문에 양자 사이에 간극이 생기기 어렵게 되어 주파수변환기의 냉각이 양호하게 됨과 동시에 냉각조건이 안정된다. 또 주파수변환기와 모터프레임 사이에는 상기한 알루미늄합금제 브래킷 등의 부품이 개재하지 않으므로 주파수변환기를 매우 유효하게 냉각할 수 있다. 그 결과, 경우에 따라서는 접촉면에 액상 실리콘 등의 충전재를 도포할 필요가 없어져 생산성의 개선을 도모하는 것도 가능해진다.

상기한 바와 같이 비오스테나이트계의 스테인레스는, 오스테나이트계의 스테인레스와 비교하여 일반적으로 열전도율이 크고, 또 열팽창율이 작고, 자성을 더욱 가져 모터프레임의 재료로서는 뛰어난 특성을 가지고 있다. 그러나, 용접성과 내식성에 대해서는 오스테나이트계의 스테인레스와 비교하여 일반적으로 뒤떨어져 있다.

따라서 마르텐사이트계, 페라이트계의 스테인레스에 있어서, 탄소(C)의 함유율을 극소로 함으로써, 용접성의 개선을 도모하고, 또 크롬(Cr), 니켈(Ni)의 함유율을 증가함으로써 내식성을 SUS304와 동등한 정도로까지 끌어 올릴 수 있다. 또한 주조에 의하여 일체 성형함으로써 불필요한 용접부를 줄이고, 남은 용접부에는 연마처리나 부동태화 처리를 실시함으로써 용접부의 내식성도 향상시킬 수 있다.

또한 제조방법으로서는, 모터냉각 및 자원절약(재료자원)의 관점으로부터 두께가 얇은 성형이 가능한 로스트왁스 정밀주조법 등을 사용하는 것이 바람직하다.

또 본 발명은 효과적인 용도로서 캔드모터나 수중모터의 모터프레임에 적용하는 것을 제안한다. 이와 같은 종류의 모터는 일반의 육상모터와 달리, 강제 공냉용팬을 가지지 않고, 또 밀폐구조로 되어 있다. 즉 모터의 냉각은 주로 모터고정자의 바깥 둘레부, 즉 모터프레임으로부터의 자연대류 공냉 또는 수냉에 의하여 행하여진다. 따라서 모터프레임를 비오스테나이트계의 스테인레스주강재로 일체적으로 성형하는 것이 특히 열전도율, 열팽창계수의 관점에서 유효하게 작용한다.

또한 상기한 제 3 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 제 2 형태는, 모터고정자를 수용하여 모터고정자의 바깥 둘레부에 처리액의 유로를 구성하는 모터프레임과, 이 모터프레임의 축방향의 한쪽 끝에 축방향에서 본 설치각도를 변경 가능하게 설치되는 제 1 펌프케이싱과, 상기 모터프레임의 축방향의 다른쪽 끝에 축방향에서 본 설치각도를 변경 가능하게 설치되는 제 2 펌프케이싱과, 제 1 펌프케이싱 및 제 2 펌프케이싱의 양쪽에 적어도 1개씩 내포되는 임펠러를 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.

이에 의하여 펌프를 각 고객의 사양에 맞추어 변경, 설계하는 경우에 있어서도 배관과의 접속부분인 처리액을 빨아 들이는 흡입부(예를 들면, 흡입노즐) 또는 토해 내는 토출부(예를 들면, 토출노즐)의 방향을 변경할 수 있으므로, 쓸데 없는 배관의 처리가 불필요하게 되어 펌프를 포함하는 장치 전체를 콤팩트하게 할 수 있다.

또 본 발명의 다른 형태는 모터고정자의 바깥 둘레부에 처리액의 유로를 구성하는 모터와, 이 모터의 축방향의 한쪽 끝에 축방향에서 본 설치각도를 변경 가능하게 설치되는 제 1 펌프케이싱과, 제 1 펌프케이싱내에 설치되어 상기 모터고정자 바깥 둘레부의 유로로 처리액을 유도하는 제 1 임펠러와, 상기 모터의 축방향의 다른쪽 끝에 축방향에서 본 설치각도를 변경 가능하게 설치되는 제 2 펌프케이싱과, 제 2 펌프케이싱내에 설치되어 상기 모터고정자 바깥 둘레부의 유로로부터 처리액을 유도하는 제 2 임펠러를 구비하고, 제 1 임펠러와 제 2 임펠러의 흡입부의 방향을 반대로 한 것을 특징으로 하는 것이다.

이에 의하여 쓸데 없는 배관의 처리가 불필요하게 되어 펌프를 포함하는 장치전체를 콤팩트하게 할 수 있음과 동시에, 축방향의 스러스트하중의 균형을 잡을 수 있다.

이하, 본 발명의 제 1 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하, 본 실시형태를 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 실시형태에 관한 모터펌프의 일례인 전주류형 인라인펌프를 나타내는 종단면도, 도 2는 도 1의 II-II선 단면도, 도 3은 도 1의 III 화살표도이다.

본 실시형태에 관한 전주류형 모터펌프는, 내부에 모터고정자를 수용하는 제1 통형상부(1)와, 제 1 통형상부(1)의 바깥쪽에 설치되어 제 1 통형상부(1)와의 사이에 처리유체가 흐르는 공간(50)을 형성하는 제 2 통형상부(2)와, 제 2 통형상부 (2)의 바깥 둘레부에 설치된 주파수변환기 설치용 평면자리(3)를 비오스테나이트계의 스테인레스주강재로 일체로 성형한 모터프레임(4)을 구비하고 있다. 이 모터프레임(4)은 예를 들면 로스트왁스주조법에 의해 성형되어 있다.

제 1 통형상부(1)의 내부에는 모터고정자(7)가 슈렁크되고, 제 1 통형상부 (1)의 축방향 개방단에는 마찬가지로 비오스테나이트계의 스테인레스주강재로 형성되는 모터프레임 측판(5)이 밀봉용접되어 있다. 모터고정자(7)의 안 둘레부에는 오스테나이트계의 스테인레스박판(SUS316)제의 고정자캔(6)이 끼워 고정되고, 고정자캔(6)은 모터프레임(4) 및 모터프레임 측판(5)과 밀봉 용접되어 있다. 여기서 고정자캔(6)에 오스테나이트계의 스테인레스를 사용하는 이유는, 두께가 아주 얇은 성형이 용이한 점 및, 고정자 캔(6)이 비자성재인 쪽이 모터특성에 유리한 점에 배려하였기 때문이다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 모터프레임(4)의 제 2 통형상부(2)의 바깥 둘레부에는 평탄한 상면을 가지는 평면자리(3)가 설치되고, 이 평면자리(3)에 주파수변환기(8)를 수용한 하 케이스(9) 상 케이스(10)가 설치되어 있다. 이 평면자리(3)의 존재에 의하여 주파수변환기(8)와 모터프레임(4)은 평면으로 접촉하기 때문에 양자 사이에 간극이 생기기 어렵게 되어 주파수변환기(8)의 냉각이 양호하게 됨과 동시에 냉각조건이 안정된다. 주파수변환기(8)의 출력은 도 1에 나타내는 바와 같이 평면자리(3)에 설치한 리드선 구멍(3a)으로부터 리드선(11)을 거쳐모터고정자(7)에 공급된다. 또한 리드선 구멍(3a)의 주위에는 O 링(12)을 설치하고, 상하 케이스(9, 10)로 이루어지는 케이스의 내부 및 모터프레임(4)의 내부와, 외부와의 기밀을 확보하고 있다.

모터고정자(7)의 안쪽에는 모터회전자(13)가 회전 가능하게 수용되어 있다. 모터회전자(13)는 주축(14)에 슈렁크고정되고, 회전자 캔(15)과 회전자 측판(16, 16) 및 주축(14)을 밀봉 용접함으로써, 모터회전자(13)를 처리유체에 의한 부식으로부터 보호하고 있다. 또한 회전자 캔(15)과 회전자 측판(16, 16)의 재료로서 오스테나이트계의 스테인레스를 사용한다. 이는 고정자 캔(6)과 마찬가지로 두께가 아주 얇은 성형이 용이한 점 및 비자성재쪽이 모터특성에 유리한 점에 배려하고 있기 때문이다.

한편, 주축(14)의 재료는 비오스테나이트계의 스테인레스이고, 바람직하게는 크롬(Cr)을 15 내지 17%, 몰리브덴(Mo)을 0.5 내지 2%, 니켈(Ni)을 4 내지 6% 포함하고, 탄소(C)를 0.05% 이하로 억제한 마르텐사이트계의 스테인레스재료를 사용한다. 마르텐사이트계의 스테인레스재료는, 오스테나이트계의 스테인레스강과 비교하여 강도적으로 뛰어 나고, 내식성은 동등하다. 또 탄소(C)를 극소량으로 하고 있기 때문에 캔 등과의 용접성도 양호하다. 또 크롬(Cr)을 20 내지 30%, 몰리브덴(Mo)을 0.5 내지 4% 포함한 페라이트계의 스테인레스재료를 사용하여도 좋다. 또한 주축 (14) 뿐만 아니라, 모터프레임(4) 등에 상기 마르텐사이트계의 스테인레스재료 또는 페라이트계계의 스테인레스재료를 사용할 수 있다.

주축(14)은 양쪽 끝부에 있어서 모터프레임(4)에 설치된 베어링(뒤에서 설명함)에 의해 지지되고, 주축(14)의 한쪽 끝에는 임펠러(18)가 고정되어 있다. 임펠러(18)는 비오스테나이트계의 스테인레스주강에 의한 주조성형품 또는 두께가 얇은 오스테나이트계의 스테인레스강에 의한 프레스성형, 용접품 등이 적절히 선택된다. 도 1에서는 위쪽 절반에 비오스테나이트계의 스테인레스주강에 의한 주조성형품이 도시되고, 아래쪽 절반에 두께가 얇은 오스테나이트계의 스테인레스강을 프레스성형하여 용접함으로써 형성된 프레스성형, 용접품이 도시되어 있다.

다음에 임펠러(18)와 반대측에 설치된 반스러스트 하중측의 베어링 주변부에 대하여 설명한다. 베어링 브래킷(20)에는 레이디얼베어링(21)과 고정측 스러스트베어링(22)이 설치되어 있다. 레이디얼베어링(21)의 끝면은 드물게 발생하는 역방향 스러스트하중을 지지하는 고정측 스러스트베어링으로서의 기능도 부여되어 있다.

레이디얼베어링(21)과 고정측 스러스트베어링(22)을 끼워 양측에는 정방향의 스러스트하중을 지지하는 회전측 정방향 스러스트베어링(23)과, 역방향의 스러스트하중을 지지하는 회전측 역방향 스러스트베어링(24)이 설치되어 있다. 2개의 스러스트베어링(23, 24)은 각각 스러스트 디스크(25, 26)에 슈렁크 고정되어 있고, 2개의 스러스트 디스크(25, 26)는 레이디얼베어링과 슬라이딩부를 구성하는 슬리브 (27)를 사이에 끼워 주축(14)의 끝부에 설치된 더블너트(28)에 의해 고정되어 있다.

상기 베어링 브래킷(20)은 모터프레임 측판(5)에 설치된 소킷(5a)에 탄성재로 이루어지는 O 링(29)을 거쳐 삽입되어 있다. 또 베어링 브래킷(20)은 탄성재로이루어지는 가스킷(30)을 거쳐 모터프레임 측판(5)에 맞닿아 있다. 또한 스러스트베어링(22, 23, 24), 레이디얼베어링(21) 및 슬리브(27)의 재료는 세라믹재료의 일종 인 실리콘카바이드(SiC)이고, 베어링 브래킷(20) 및 스러스트 디스크(25, 26)의 재료는 스테인레스강(오스테나이트계의 스테인레스 또는 비오스테나이트계의 스테인레스를 적절히 선택함)이다.

다음에 임펠러측에 설치된 스러스트 하중측의 베어링 주변부에 대하여 설명한다. 베어링 브래킷(31)에는 레이디얼베어링(32)이 설치되어 있고, 모터프레임(4)의 소킷(4a)에 탄성재로 이루어지는 O 링(33)을 거쳐 삽입되어 있다. 레이디얼베어링 (32)과 슬라이딩부를 구성하는 슬리브(34)는 와셔(35) 및 임펠러(18)를 거쳐 주축 (14)의 끝부에 설치된 너트(36)에 의해 고정되어 있다.

모터프레임(4)의 제 2 통형상부(2)의 축방향 양쪽 끝부에는 설치부품과의 동축도를 확보하기 위한 소킷(2a, 2a) 및 볼트체결용 볼트자리(2b, 2b)가 설치되어 있고, 0 링(38)을 거쳐 스테인레스주강제의 노즐케이싱(40, 41)이 고정되어 있다. 흡입측 노즐케이싱(40) 및 토출측 노즐케이싱(41)은 각각 노즐(40n, 41n) 및 설치용 플랜지(40f, 41f)를 일체로 형성하고 있다. 이들 흡입측 노즐케이싱(40) 및 토출측 노즐케이싱(41)은 각각 스테인레스주강을 사용하여 로스트왁스주조법에 의해 일체 성형되어 있다. 이 노즐케이싱(40, 41)의 재료인 스테인레스주강으로서는, 오스테나이트계의 스테인레스 또는 비오스테나이트계의 스테인레스를 적절히 선택한다. 단, 비오스테나이트계의 스테인레스주강의 쪽이 응력부식 균열이 발생하기 어렵기 때문에 펌프 일반용도로는 적합하다. 흡입측 노즐케이싱(40) 및 토출측 노즐케이싱 (41)은 동일부품으로 하여 부품 공용화에 의하여 생산성향상을 도모하고 있다. 흡입측 노즐케이싱(40)에는 임펠러(18)와 슬라이딩부를 구성하는 라이너링(42)이 고정되어 있다.

또 흡입측 노즐케이싱(40)은 임펠러(18)로부터 토출된 유체를 안내하는 수지제의 안내장치(43)를 모터프레임(4)과의 사이에서 끼워 유지하고 있다. 안내장치 (43)와 흡입측 노즐케이싱(40)과의 사이에는 고무같은 탄성재로 이루어지는 가스킷 (44)이 설치되고, 치수 정밀도의 불균일에 의해 안내장치(43)에 무용의 응력이 가해지는 것을 방지함과 동시에, 안내장치(43)에 의해 압력회복·승압된 처리유체가 임펠러측으로 역류하는 것도 방지하고 있다.

또 노즐케이싱(40)에는 도 3에 나타내는 바와 같이 원주방향의 선회류를 효과적으로 방지하고, 흡입성능 등을 향상시키기 위한 리브(45)가 설치되어 있다. 그리고 노즐케이싱(40, 41)의 바깥 둘레부에는 공기배출 밸브(46)가 설치됨과 동시에, 압력측정용 나사구멍(47)이나 물배출용 나사구멍(48)이 설치되고, 이들 나사 구멍은 플러그(49, 49)로 폐쇄되어 있다.

상기 주파수변환기 설치용 평면자리(3)는 도 2에 나타내는 바와 같이 모터프레임(4)을 축방향 끝부에서 보아 노즐케이싱 설치용 볼트자리(2b)와 볼트자리(2b) 사이의 위치에 배치하고 있다. 이는 주파수변환기(8)와 노즐케이싱 설치용 볼트 (54) 및 너트(55)가 간섭하지 않도록 하기 위함이며, 주파수변환기 설치용 평면자리 (3)의 면적을 상대적으로 크게 할 수 있으므로 주파수변환기(8)의 냉각에 기여하는 것이다. 또한 모터프레임(4)과 노즐케이싱(40, 41)은 상기한 볼트(54) 및 너트 (55)에 의해 체결되어 있다.

제 1 통형상부(1)와 제 2 통형상부(2)를 연결하는 축방향의 리브(17)의 길이는, 적어도 모터프레임(4)의 전체 길이의 절반 이상의 길이를 확보하고 있다. 그 결과, 주파수변환기(8)의 발생열은 모터프레임(4)의 제 2 통형상부(2)의 내면으로부터 뿐만 아니라, 리브 표면으로부터도 효과적으로 방열된다. 또 흡입측 노즐케이싱 (40)으로부터 흡입된 처리유체는 임펠러(18)와 안내장치(43)를 통과하여 모터프레임 (4)의 유로(50)로 유도되나, 안내장치(43)로부터 나온 처리유체에는 약간 원주방향의 흐름성분이 포함되고 있어 펌프의 효율저하나 소음발생으로 이어질 가능성이 있다. 여기서는 모터프레임(4)의 제 1 통형상부(1)와 제 2 통형상부(2)를 연결하는 리브(17)의 전체 길이를 연장시킴으로써 이 문제를 동시에 해결하고 있다. 모터프레임(4)의 유로(50)로 유도된 처리유체는 모터고정자(7)의 바깥 둘레부와 주파수변환기(8)를 효과적으로 냉각한다. 또 일부의 처리유체는 베어링(21, 22, 23, 24, 32) 및 슬리브(27, 34)의 윤활 및 냉각을 행하고, 동시에 모터고정자(7)의 안 둘레부와 모터회전자(13)를 냉각한다.

모터프레임(4)의 축방향 끝부와 노즐케이싱(40, 41)은 직접 접촉하도록 구성되어 있다. 그 결과, 주파수변환기(8)의 발생열은 모터프레임(4)의 제 2 통형상부 (2)의 내면으로부터 방열될 뿐만 아니라, 상기한 접촉면으로부터 노즐케이싱(40, 41)으로 전달되어, 그 내면으로부터도 처리유체에 의해 효과적으로 방열된다.

주파수변환기(8)는 하 케이스(9)내에 밀착하여 고정되어 발생열을 효과적으로 처리유체에 방열한다. 하 케이스(9)와 상 케이스(10)는 맞춤면에 고무제의 가스킷 (56)을 거쳐 볼트 등의 체결수단에 의해 고정되어 있다. 또 하 케이스(9)에는 전원으로부터의 전력을 입력하는 수단으로서 동력케이블(57)이 설치되어 있다. 이 케이블(57)은 각 코어선으로부터의 공기의 유통을 방지한 기밀처리 케이블이다. 따라서 상하 케이스(9, 10)로 이루어지는 케이스내는 외기와 완전히 차단되어 있기 때문에, 예를 들면 펌프를 고온다습한 환경조건에 있어서 냉수 순환용으로 사용한 경우 이더라도 케이스내에 결로를 일으키지 않아 절연열화의 걱정이 없다.

모터는 2극의 3상 유도전동기이고, 주파수변환기로부터 공급되는 예를 들면 160Hz·20OV의 전력에 의해 매분 약 960O 회전의 고속회전으로 운전된다. 그 결과, 임펠러를 비롯한 펌프부의 소형화와 토오크저감에 의한 모터의 소형화가 달성되어 있다. 이 때 소형화되어 표면적도 작아진 펌프조립체에 주파수변환기를 설치하기 위해서는 냉각조건의 개선에 의한 주파수변환기 자체의 소형화가 필수이며, 본 발명은 이것을 가능하게 하고 있다.

또한 상기한 실시형태에 있어서는, 제 2 통형상부의 바깥 둘레부에 평면자리를 설치한 예를 설명하였으나, 상면이 평면인 평면자리가 아니더라도 주파수변환기 설치용 자리가 설치되어 있으면 좋다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 설치된 인버터를 효과적으로 또한 안정적으로 수냉하기 위한 모터프레임를 제공하는 것이 가능하고, 또 상기 모터프레임을 사용한 소형의 모터 및 모터펌프를 제공할 수 있다. 또한 대체로 냉각조건이 양호해지 때문에 고속화에 의한 펌프 및 모터의 소형화와 인버터의 소형화를 양립한 매우 콤팩트한 모터펌프의 제공이 가능해진다. 또 생산성이 양호하고, 냉각조건이 뛰어나며 모터특성도 양호한 모터프레임과 이 모터프레임를 사용한 모터 및 모터펌프를 제공하는 것이 가능해진다.

특히, 본 발명의 모터프레임의 형태에서는 내부에 모터고정자를 수용하는 제 1 통형상부와, 이 제 1 통형상부의 바깥쪽에 설치되어 제 1 통형상부와의 사이에 처리유체가 흐르는 공간을 형성하는 제 2 통형상부를 구비하고, 이들 제 1 통형상부와 제 2 통형상부를 오스테나이트계의 스테인레스와 비교하여 열전도율이 크고, 열팽창율이 작으며, 또 자성을 가지는 비오스테나이트계의 스테인레스주강재를 사용하여 성형하였기 때문에 생산성 및 모터특성을 양호한 것으로 할 수 있다.

또 제 2 통형상부의 바깥 둘레부에 주파수변환기 설치용 자리를 구비하고, 상기 제 1 통형상부와 제 2 통형상부와 자리를 비오스테나이트계의 스테인레스주강재를 사용하여 일체적으로 성형하였기 때문에 주파수변환기를 효과적으로, 또한 안정적으로 수냉할 수 있다.

이하, 본 발명의 제 2 실시형태에 대하여 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 실시형태에 관한 다단 모터펌프의 종단면도이다.

본 실시형태에 관한 다단 모터펌프는, 도 4에 나타내는 바와 같이 흡입측 노즐케이싱(61), 모터프레임(62), 토출측 노즐케이싱(63), 케이싱커버(64) 및 캔드모터(65)로 기본적으로 구성된다. 본 실시형태에 있어서는 흡입측 노즐케이싱(61)이 제 1 노즐케이싱을 구성하고, 토출측 노즐케이싱(63)이 제 2 노즐케이싱을 구성하는 것으로서 설명하나, 제 1 노즐케이싱을 토출측의 노즐케이싱으로서 구성하고,제 2 노즐케이싱을 흡입측의 노즐케이싱으로서 구성하는 것도 가능하다.

모터프레임(62)은 내부에 캔드모터(65)의 모터고정자(69)를 수납하는 제 1 통형상부(66)와, 제 1 통형상부(66)의 바깥쪽에 설치되는 제 2 통형상부(67)와, 제 2 통형상부(67)의 바깥 둘레부에 설치된 주파수변환기 설치용 평면자리(68)를 비오스테나이트계의 스테인레스주강재로 일체적으로 성형한 것이다. 여기서 제 1 통형상부(66)와 제 2 통형상부(67) 사이에는 처리유체가 흐르는 유로(S1)가 형성되어 있다.

제 1 통형상부(66)의 내부에는 모터고정자(69)가 슈렁크 고정되고, 이 모터고정자(69)의 안쪽에는 주축(70)에 슈렁크 고정된 모터회전자(71)가 회전 가능하게 수용된다. 또 제 1 통형상부(66)의 축방향 상단에는 비오스테나이트계의 스테인레스주강재로부터 성형되는 모터프레임 측판(72)이 밀봉 용접되어 있다. 상기 평면자리 (68)는 평탄면을 가지고 있고, 이 평면자리에 주파수변환기(도시 생략)를 수용하는 케이스(73)가 설치되어 있다.

캔드모터(65)의 주축(70)의 양쪽 끝에는 임펠러(75, 76)가 각각 1매씩 고정되어 있고, 이들 임펠러(75, 76)에는 축방향 바깥쪽으로 개구한 흡입부(75a, 76a)가 형성되어 있다. 이들 임펠러(75, 76)는 각각 뒤에서 설명하는 흡입측 노즐케이싱 (61) 및 토출측 노즐케이싱(63)에 수용된다.

임펠러(75, 76)는 비오스테나이트계의 스테인레스주강에 의한 주조성형품 또는 두께가 얇은 오스테나이트계의 스테인레스강에 의한 프레스성형·용접품 등이 적절히 선택되고, 1단 근처 1OOm에 미치는 고양정(압력)을 발생시킨다. 또한 도 4에 있어서는 오른쪽 절반에 비오스테나이트계의 스테인레스주강에 의한 주조성형품이 도시되고, 왼쪽 절반에 두께가 얇은 오스테나이트계의 스테인레스강을 프레스성형하여 용접함으로써 형성된 프레스성형, 용접품이 도시되어 있다.

주축(70)은 그 양쪽 끝에 있어서 모터프레임(62)에 설치된 베어링에 의해 지지되어 있다. 이들 베어링 중, 먼저 주축(70)의 아래쪽(1단째)의 베어링 주변부에 대하여 설명한다.

베어링 브래킷(80)에는 레이디얼베어링(81)이 설치되어 있다. 도면 중 82는 레이디얼베어링(81)과 슬라이딩부를 형성하는 슬리브이고, 슬리브(82)는 와셔(83)에 맞닿아 있다. 또 베어링 브래킷(80)은 제 1 통형상부(66)의 끝부에 맞닿아 있다.

다음에, 주축(70)의 위쪽(2단째) 베어링 주변부에 대하여 설명한다.

베어링 브래킷(90)에는 레이디얼베어링(91)과, 고정측 스러스트베어링(92)이 설치되어 있다. 레이디얼베어링(91)의 끝면은 고정측 스러스트 슬라이딩부재로서의 기능도 부여되어 있고, 스러스트 디스크(93)에 유지된 회전측 스러스트베어링(94)이 레이디얼베어링(91)의 끝면에 슬라이딩 접촉하고 있다. 상기 고정측 스러스트베어링 (92)에 대향하여 회전측 스러스트 슬라이딩부재인 회전측 스러스트베어링(95)이 설치되어 있다. 회전측 스러스트베어링(94)은 스러스트 디스크(96)에 고정되어 있다. 또한 도면 중 97은 레이디얼베어링(91)과 슬라이딩부를 형성하는 슬리브이다.

또한 상기한 레이디얼베어링(81, 91), 스러스트베어링(92, 94, 95) 및 슬리브 (82, 97)의 재료는 세라믹재료의 일종인 실리콘 카바이드이고, 베어링 브래킷(80, 90) 및 스러스트 디스크(93, 96)의 재료는 스테인레스강(오스테나이트계의 스테인레스 또는 비오스테나이트계의 스테인레스를 적절히 선택함)이다.

상기 캔드모터(65)는 2극의 3상 유도전동기이고, 상기 주파수변환기로부터 공급되는 전력(예를 들면 125Hz, 200V)에 의해 매분 약 7500회전의 고속회전으로 운전된다. 그 결과, 임펠러(75, 76)를 포함하는 펌프의 소형화가 달성되어 있다. 이 때 제 1 통형상부(66)와 제 2 통형상부(67) 사이의 유로(S1)를 흐르는 처리액에 의해 소형화되어 표면적도 작아진 모터가 효과적으로 냉각된다. 또 이 처리액은 고속화에 따라 생기는 비교적 주파수가 높은 소음을 차음함과 동시에, 상기 주파수변환기를 효과적으로 냉각한다.

여기서, 모터프레임(62)의 제 2 통형상부(67)의 축방향 양쪽에는 흡입측 노즐케이싱(61)과 토출측 노즐케이싱(63)이 각각 고정되어 있다. 즉 모터프레임(62)의 제 2 통형상부(67)의 축방향 양쪽 끝에는 설치부품과의 동축도를 확보하기 위한 소킷(도시 생략) 및 볼트체결용 볼트자리(100, 101)가 각각 설치되고 있고, 이 볼트자리(100, 101)를 거쳐 흡입측 노즐케이싱(61)과 토출측 노즐케이싱(63)이 고정된다. 또한 모터프레임(62)의 제 2 통형상부(67)의 축방향 양쪽 끝에는 각각 O 링(102, 103)이 배치되어 있고, 이 O 링(102, 103)에 의해 이들 노즐케이싱(61, 63) 및 모터프레임(62)이 시일되어 있다.

여기서 이 제 2 통형상부(67)와 흡입측 노즐케이싱(61) 및 토출측 노즐케이싱 (63)은 직접 접촉하도록 구성되어 있다. 그 결과, 주파수변환기의 발생열은 제2 통형상부(67)의 내면으로부터 방열되는 것 뿐만 아니라, 상기한 접촉면으로부터 양쪽의 노즐케이싱(61, 63)에 전달되고, 이들 내면으로부터도 효과적으로 방열된다.

흡입측 노즐케이싱(61)은 흡입노즐(110)을 구비하고 있고, 이 흡입노즐(110)로부터 1단째의 임펠러(75)의 흡입부(75a)에 이르는 유로(S2)가 형성되어 있다. 또이 유로(S2)를 형성하는 벽에 의하여 임펠러(75)의 흡입부(75a)와 상기한 유로(S1)를 연통하는 유로(S3)가 형성되어 있다.

이에 의하여 흡입측 노즐케이싱(61)의 흡입노즐(110)로부터 유로(S2)로 흡입된 유체는, 1단째 임펠러(75)의 흡입부(75a)를 통하여 임펠러(75)에 의해 승압된다. 그리고 이 승압된 유체는 유로(S3)를 통하여 유로(S1)에 유입된다.

토출측 노즐케이싱(63)에는 상기 유로(S1)와 연통하는 유로(S4)와 2단째 임펠러(76)의 토출부로부터 토출노즐(120)에 이르는 유로(S5)가 형성되어 있다.

여기서 토출측 노즐케이싱(63)의 상부에는 볼트체결용 볼트자리(104)가 설치되어 있고, 이 볼트자리(104)를 거쳐 케이싱커버(64)가 고정되어 있다. 이 케이싱커버(64)에는 상기 토출측 노즐케이싱(63)에 형성된 유로(S4)와 연통하는 공간(S6)이 설치됨과 동시에, 토출측 노즐케이싱(63)의 중앙부, 즉 제 2단의 임펠러(76)의 흡입부(76a)가 위치하는 부분은 개구되어 있다. 따라서 상기 제 1단의 임펠러(75)에 의해 승압되어 유로(S1)로 유입된 유체는, 토출측 노즐케이싱(63)의 유로(S4)에 도입되어 케이싱커버(64)의 공간(S6)에 이른다. 그리고 유체는 케이싱커버(64)의 공간(S6)으로부터 임펠러(76)의 흡입부(76a)를 통하여 임펠러(76)에 의해 승압되고, 유로(S5)를 통하여 토출측 노즐케이싱(63)의 토출노즐(120)로부터 토출된다.

그런데 상기 흡입측 노즐케이싱(61) 및 토출측 노즐케이싱(63)은 각각 4개의 볼트를 사용하여 모터프레임(62)에 고정되어 있다. 즉, 모터프레임(62)의 제 2 통형상부(67)의 볼트자리(100, 101)는 제 2 통형상부(67)의 원 둘레상에 90도씩의 간격을 두고 배치되어 있고, 이들 4개소의 볼트자리(100, 101)에 의해 상기 노즐케이싱 (61, 63)이 제 2 통형상부(67)에 각각 고정되어 있다.

이와 같이 함으로써, 노즐케이싱의 흡입노즐(110) 또는 토출노즐(120)의 방향을 90도씩 변경하여 고정배치할 수 있다. 도 5(a)는 도 4의 단면도에 있어서의 흡입노즐(110) 및 토출노즐(120)의 방향을 나타내는 것이나, 도 5(a)에 나타내는 배치뿐만 아니라, 도 5(b) 및 도 5(c)에 나타내는 바와 같이 흡입노즐(110) 및 토출노즐 (120)의 방향을 적절하게 변경할 수 있다. 따라서 예를 들면 장치의 설치환경 등에 맞추어 펌프의 흡입노즐 및 토출노즐의 방향을 자유롭게 변경할 수 있다.

또 본 발명에 관한 다단 모터펌프는, 흡입측 노즐케이싱(61), 모터프레임 (62), 토출측 노즐케이싱(63), 케이싱커버(64)로 분할되는 구조로 되어 있고, 이들을 용이하게 분리할 수 있으므로 종래의 다단 모터펌프와 비교하여 금유 및 탈지처리가 용이해진다.

또한 예를 들면 펌프의 요항(要項)을 유량 0.08(m³/min), 양정 200(m)로 하고, 임펠러 단수를 2단, 회전속도를 7500(min^-1)로 했을 경우에는 펌프 및 임펠러의설계상의 지표가 되는 비속도(Ns)의 값은 67(m³/min, m, min^-1)이 된다.

이 값은 임펠러를 비롯한 하이드로모델의 설계에 다음과 같은 과제가 생긴다. 즉, 비속도 Ns < 70에 있어서는 펌프효율이 현저하게 낮아진다. 이것은 널리 알려져 있으며, 예를 들면「터보기계 제27권 제12호의 43 내지 51페이지」등에도 기재되어 있다. 또 통상의 임펠러 설계방법에 의하면 지름(임펠러 출구지름)이 110 내지 130(mm)정도, 날개의 폭(임펠러 출구폭)이 1 내지 2mm 정도로 되어 버려 주조에의한 임펠러의 제작이 곤란하거나, 펌프가 이물을 흡인한 경우에 막힘이 생기기 쉽다.

따라서 본 실시형태에서는 상기 문제를 해결하기 위하여 임펠러의 설계에 다음과 같은 방법을 사용하고 있다. (1) 예를 들면 8매 날개로 유량이 4배, 즉 0.32 (m³/min)로 임펠러를 설계한다. 이 임펠러의 비속도(Ns)의 값은 134(m³/min, m, min^-1)이므로 펌프효율이 현저하게 낮아지는 일은 없고, 또 임펠러 출구폭도 2 (mm) 이상의 값을 확보할 수 있다. (2) 게다가 8매 날개에 의해 형성되는 8개의 임펠러 유로 중, 6개의 유로를 메움으로써 처리액이 흐르지 않도록 하고, 유량이 대체로 O.O8(m³/min)이 되는 임펠러로 한다. 주조에 의해 제작하는 경우에는 상기한 6개의 유로는 미리 일체적으로 메워 놓을 수 있다. 이와 같은 방법에 의해 펌프효율이나 생산성을 손상하지 않고 이물통과 지름을 확보한 임펠러를 설계, 제작할 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명은 배관과의 접속부분인 처리액을 빨아 들이는 흡입부(예를 들면, 흡입노즐) 또는 토해 내는 토출부(예를 들면, 토출노즐)의 방향을 변경하는 등의 옵션대응이 용이하고, 금유 및 탈지처리가 용이해지고, 또 더욱 소형으로 콤팩트한 각종 장치에 적합한 다단 모터펌프를 제공하는 것이 가능해진다. 또한 생산성이 양호하고, 모터 및 설치인버터를 효과적으로 또한 안정적으로 수냉하는 것이 가능하고, 고속화에 의한 펌프 및 모터의 소형화를 양립시킨 매우 콤팩트한 펌프조립체를 제공하는 것이 가능해진다.

더욱 구체적인 효과로서는, 펌프를 각 고객의 사양에 맞추어 변경, 설계하는 경우에 있어서도 배관과의 접속부분인 처리액을 빨아 들이는 흡입부(예를 들면, 흡입노즐) 또는 토해 내는 토출부(예를 들면, 토출노즐)의 방향을 변경할 수 있으므로 쓸데 없는 배관의 처리가 불필요하게 되어 펌프를 포함하는 장치 전체를 콤팩트하게 할 수 있다. 또 다단 모터펌프를 제 1 노즐케이싱, 모터프레임, 제 2 노즐케이싱 등의 부재로 분할함으로써 이들을 용이하게 분리할 수 있으므로 금유 및 탈지처리를 용이하게 행할 수 있다.

본 발명은 주파수변환기를 설치하는 것을 전제로 한 구조를 가지고, 스테인레스강재로 성형되는 모터프레임과 이 모터프레임을 사용한 모터 및 모터펌프에 적합하게 이용된다. 또 본 발명은 주축의 양쪽 끝에 임펠러를 배치한 다단 모터펌프에 적합하게 이용된다.

Claims

내부에 모터고정자를 수용하는 제 1 통형상부와;

제 1 통형상부의 바깥쪽에 설치되어 제 1 통형상부와의 사이에 처리유체가 흐르는 공간을 형성하는 제 2 통형상부와;

제 2 통형상부의 바깥 둘레부에 설치된 주파수변환기 설치용 자리를 동일 금속재료로 일체로 성형한 것을 특징으로 하는 모터프레임.
제 1항에 있어서,

제 2 통형상부의 축방향 양쪽 끝부에 설치부품과의 동축도를 확보하기 위한 소킷 및 볼트체결용 볼트자리를 설치한 것을 특징으로 하는 모터프레임.
제 2항에 있어서,

축방향 끝부에서 보아 모터프레임의 볼트자리와 볼트자리 사이의 위치에 주파수변환기 설치용 자리를 배치한 것을 특징으로 하는 모터프레임.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

제 1 통형상부와 제 2 통형상부를 연결하는 축방향의 리브의 길이를, 적어도 모터프레임 전체 길이의 절반 이상의 길이로 한 것을 특징으로 하는 모터프레임.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

모터프레임의 축방향 끝부와 이 축방향 끝부에 설치되는 상대측 설치부품이 직접 접촉하도록 구성한 것을 특징으로 하는 모터프레임.
제 1항 내지 제 5항 기재 중 어느 한 항기재의 모터프레임과;

모터프레임의 제 1 통형상부에 수용된 모터고정자와;

모터프레임의 개방단을 폐쇄하는 모터프레임 측판과;

모터고정자의 안쪽에 수용됨과 동시에 모터프레임에 설치된 베어링에 의해 회전 자유롭게 지지된 모터회전자를 구비한 것을 특징으로 하는 모터.
제 6항에 기재된 모터와;

모터회전자의 주축에 고정된 임펠러와;

모터프레임의 축방향 끝부에 설치됨과 동시에 임펠러를 수용하는 노즐케이싱을 구비한 것을 특징으로 하는 모터펌프.
제 7항에 있어서,

상기 노즐케이싱은 흡입측 노즐케이싱과 토출측 노즐케이싱을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터펌프.
제 8항에 있어서,

흡입측 노즐케이싱과 토출측 노즐케이싱은, 동일 부품인 것을 특징으로 하는 모터펌프.
내부에 모터고정자를 수용하는 모터프레임에 있어서,

상기 모터프레임을 비오스테나이트계의 스테인레스주강재에 의해 성형한 것을 특징으로 하는 모터프레임.
내부에 모터고정자를 수용하는 제 1 통형상부와;

상기 제 1 통형상부의 바깥쪽에 설치되어 제 1 통형상부와의 사이에 처리유체가 흐르는 공간을 형성하는 제 2 통형상부를 구비하고,

상기 제 1 통형상부와 제 2 통형상부를 비오스테나이트계의 스테인레스주강재에 의해 성형한 것을 특징으로 하는 모터프레임.
제 11항에 있어서,

상기 제 1 통형상부와 제 2 통형상부를 일체적으로 성형한 것을 특징으로 하는 모터프레임.
제 11항에 있어서,

상기 제 2 통형상부의 바깥 둘레부에 주파수변환기 설치용 자리를 구비하고, 상기 제 1 통형상부와 제 2 통형상부와 자리를 비오스테나이트계의 스테인레스주강재에 의해 성형한 것을 특징으로 하는 모터프레임.
제 13항에 있어서,

상기 제 1 통형상부와 제 2 통형상부와 자리를 일체적으로 성형한 것을 특징으로 하는 모터프레임.
제 10항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 비오스테나이트계의 스테인레스주강재는, 크롬을 15 내지 17%, 몰리브덴을 0.5 내지 2%, 니켈을 4 내지 6% 포함하고, 또 탄소를 0.05% 이하로 억제한 마르텐사이트계의 스테인레스재인 것을 특징으로 하는 모터프레임.
제 10항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 비오스테나이트계의 스테인레스주강재는, 크롬을 20 내지 30%, 몰리브덴을 0.5 내지 4% 포함한 페라이트계의 스테인레스재인 것을 특징으로 하는 모터프레임.
제 10항 내지 제 16항 중 어느 한 항 기재의 모터프레임과;

상기 모터프레임의 제 1 통형상부에 수용된 모터고정자와;

모터고정자의 안쪽에 수용됨과 동시에 상기 모터프레임에 설치된 베어링에 의해 회전 자유롭게 지지된 모터회전자를 구비한 것을 특징으로 하는 모터.
제 17항에 있어서,

상기 모터는 상기 모터회전자를 캔 밀봉하는 회전자 캔을 구비한 캔드모터인 것을 특징으로 하는 모터.
제 17항 또는 제 18항에 있어서,

상기 모터는 상기 모터프레임의 내부를 밀폐구조로 한 수중모터인 것을 특징으로 하는 모터.
제 17항 내지 제 19항 중 어느 한 항기재의 모터와;

상기 모터회전자의 주축에 고정된 임펠러와;

상기 모터 및 임펠러를 수용하는 펌프케이싱를 구비한 것을 특징으로 하는 모터펌프.
모터고정자를 수용하여 모터고정자의 바깥 둘레부에 처리액의 유로를 구성하는 모터프레임과;

상기 모터프레임의 축방향의 한쪽 끝에 축방향에서 본 설치각도를 변경 가능하게 설치되는 제 1 노즐케이싱과;

상기 모터프레임의 축방향의 다른쪽 끝에 축방향에서 본 설치각도를 변경 가능하게 설치되는 제 2 노즐케이싱과;

제 1 노즐케이싱 및 제 2 노즐케이싱의 양쪽에 적어도 1개씩 내포되는 임펠러 를 구비한 것을 특징으로 하는 다단 모터펌프.
모터 고정자의 바깥 둘레부에 처리액의 유로를 구성하는 모터와;

상기 모터의 축방향의 한쪽 끝에 축방향에서 본 설치각도를 변경 가능하게 설치되는 제 1 노즐케이싱과;

제 1 노즐케이싱내에 설치되어 상기 모터고정자 바깥 둘레부의 유로에 처리액을 유도하는 제 1임펠러와;

상기 모터의 축방향의 다른쪽 끝에 축방향에서 본 설치각도를 변경 가능하게 설치되는 제 2 노즐케이싱과;

제 2 노즐케이싱내에 설치되어 상기 모터고정자 바깥 둘레부의 유로로부터 처리액을 유도하는 제 2임펠러를 구비하고,

제 1 임펠러와 제 2임펠러의 흡입부의 방향을 역으로 한 것을 특징으로 하는 다단 모터펌프.
제 21항 또는 제 22항에 있어서,

캔드모터를 사용한 것을 특징으로 하는 다단 모터펌프.