KR200260750Y1 - 심정용수중모터펌프 - Google Patents

Abstract

본 고안은 심정용(深井用) 수중모터펌프에 관한 것으로, 지하에 깊게 굴착된 우물 속에 삽입된 양수관의 최하단에 설치되며, 하단에서부터 수중모터와 스트레이너 그리고 회전축에 다수의 회전터빈이 다단으로 설치된 펌프로 구성되는 수중모터펌프에 있어서, 상기 회전터빈들의 최상단에 위치한 것에서 연장된 회전축의 최상단에 고정 설치되어 회전축과 함께 회전하는 밸런싱 드럼과, 상기 밸런싱 드럼의 외주면과의 사이에 미세한 유격통로가 형성되게 고정 설치되는 밸런싱 드럼 헤드와, 상기 밸런싱 드럼 상부와 밸런싱 드럼 헤드 내부와의 사이에 형성되는 밸런싱 챔버와, 상기 밸런싱 드럼 헤드를 펌프분체에 고정시키기 위하여 상기 밸런싱 드럼 헤드와 펌프본체와를 잇는 수개의 리브 및 상기 밸런싱 챔버가 우물의 내부압과 일치하도록 상기 리브 각각에 형성되는 유통로를 구성하며, 또한 상기 회전축 상단에 라비린스 밸런싱 드럼을 축착시키며, 상기 밸런싱 드럼 헤드의 내면에 형성시킨 삽입원통부를 상기 라비린스 밸런싱 드럼에 삽입하여 길이가 길어지는 라비린스 유격통로를 형성한 것을 특징으로 하여 펌프의 최상단 회전터빈 상방에 설치된 밸런싱 챔버가 회전터빈에 작용되는 축방향 추력과 반대방향의 상쇄력이 작용되게 하므로서 수중모터의 회전축에 수압에 의한 과다한 하중이 걸리는 현상을 배제하여 수중모터를 지지하는 트러스트 베어링의 마모현상을 줄여 줌과 동시 수중모터펌프의 사용수명을 연장시키는 특징이 있는 실용적인 고안이다.

Description

심정용 수중모터펌프

본 고안은 심정용(深井用) 수중모터펌프에 관한 것이다.

일반적으로 심정용 수중모터펌프는 도 5에 도시된 바와 같이 수중모터펌프 (100)는 지하에 깊게 굴착 시공된 우물(200)속의 맨 아래쪽에 위치하도록 여러 개의 양수관(300)을 다단으로 연결하는 구조로 설치하고 있으며, 상기 우물(200) 상단에 노출되는 엘보우관과 공급관에는 수압게이지(400)와 체크밸브(500) 및 개폐밸브(600)를 설치하고 있다.

종래 기술의 수중모터펌프(100)는 도 5 및 도 6에서 보듯이 통상 하부에는 수중모터(101)를 장착하고 중간부분에는 스트레이너(102)를, 상부에는 펌프(103)를 설치하는 구성되고 있으며, 상기 펌프(103)의 상단에는 양수관(300)으로 펌핑된 물이 역류하는 것을 방지하기 위하여 체크밸브(104)를 설치하고 있다.

또한 종래의 수중모터펌프(100)의 펌프(103) 내부에는 수중모터(101)의 회전출력에 의하여 고속으로 회전하는 회전축(105)에 여러 개의 회전터빈(106)이 다단으로 설치되어 있으며, 상기 회전터빈(106)들은 그 상부 원형판(106a)은 회전축 (105)에 고정설치되고 하부 원형판(106b)의 내경부는 상기 회전축(105)와 일정간격으로 이격되어 물을 흡입하는 흡입공(106c)을 형성하고 있도록 구성되어 있다. 그리고 상,하부 원형판 사이에는 방사상으로 된 다수개의 임펠러(도시 생략)가 형성되어 회전축(105) 함께 고속으로 회전할 때 상기 흡입공(106c)을 통해 물을 흡입한 다음 유출공(106d)으로 유출시키도록 구성되어 있다.

그러나 종래와 같이 수중모터펌프(100)의 펌프(103) 내부에 회전터빈(106)만을 다단으로 설치하였을 때에는 수중모터펌프(100)의 하단에 장착되어 수중모터 (101) 및 회전터빈(106)들의 하중을 지지하고 있는 트러스트 베어링(도시 생략)에 과다한 수압이 작용하게 되어 마모현상이 증가되는 문제점이 있다.

상기한 문제점을 좀더 자세하게 설명하면, 회전축(105)에 다단으로 설치된 회전터빈(106)은 하부 원형판(106b)에 흡입공(106c)이 형성되어 있고 유출공(106d)은 상,하부 원형판의 외경측에 형성되어 있으므로 펌핑되는 물은 회전축(105) 주위에 형성되어 있는 흡입공(106c)을 통해 유입된 다음 상,하부 원형판(106a)(106b) 외경측에 형성된 유출공(106d)으로 배출되는데, 이때 물이 흡입될 때 하부 원형판 (106b)에 작용되는 수압의 추력은 회전축(105)와 흡입공(106c)의 단면적을 뺀 하부 원형판(106b)의 단면적에만 작용하게 되는 반면에 물이 배출될 때 상부 원형판 (106a)에 작용되는 수압의 추력은 회전축(105)을 감싸고 있는 상부 원형판 전체에 작용하게 된다(도 7 참조). 따라서 상부 원형판(106a) 에 작용되는 추력이 하부 원형판(106b)에 작용하는 추력보다 큰 상태가 되며, 이러한 추력작용의 불평형은 최상단에 설치된 회전터빈(106)에서 더욱 크게 나타나게 된다. 때문에 다단으로 설치된 각각의 회전터빈(106)에 작용하는 축방향 추력의 전체 합력이 수중모터(101)쪽으로 작용하게 되므로 결국 수중모터(101)를 지지하고 있는 트러스트 베어링에는 상기한 수중모터(101)와 회전축(105) 및 다단으로 설치된 각 회전터빈(106)들의 하중이 작용함과 동시 수압에 의한 축방향 추력이 작용하게 되어 쉽게 마모되는 현상이 나타나게 되며, 이러한 마모현상의 증가는 곧 수중모터펌프의 사용수명을 현저하게 저하시키게 된다.

한편, 상기와 같은 축방향 추력을 감소시키기 위한 방편으로서 회전터빈 (106)의 상부 원형판(106a)에 임펠러와 같은 깃을 설치하여 상부 원형판(106a)에 작용하는 수압을 분산시킬 수는 있으나, 이는 회전터빈(106)간의 설치간격이 벌어지게 되기 때문에 수중모터펌프(100)의 회전축(105) 길이를 증가시키는 단점이 있어 실용화되지 못하고 있는 실정이다.

본 고안은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하고자 안출한 것으로, 수중모터펌프의 내부에 다수의 회전터빈이 다단으로 설치되는 회전축의 최상단을 밸런싱 드럼과 밸런싱 드럼 헤드로서 회전이 자유롭게 지지하되, 상기 밸런싱 드럼 헤드 내부에 우물 내부압력이 작용되는 밸런성 챔버(balancing chamber)를 형성시키는 수단으로서 상기 밸런싱 챔버가 최상단의 회전터빈에 작용되는 축방향 추력을 상쇄시키도록 하므로서 회전축에 작용되는 축방향 추력을 평형상태가 되게 하는데 목적을 두고 고안한 것이며, 또한 상기 밸런싱 드럼과 밸런싱 드럼 헤드 사이에 형성되는 유격통로의 길이를 연장시켜 누수량을 최소화시킬 수 있도록 하는 데에 다른 목적을 두고 고안한 것이다.

본 고안은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,

지하에 깊게 굴착된 우물 속에 삽입된 양수관의 최하단에 설치되며, 하단에서부터 수중모터와 스트레이너 그리고 회전축에 다수의 회전터빈이 다단으로 설치된 펌프로 구성되는 수중모터펌프에 있어서,

상기 회전터빈들의 최상단에 위치한 것에서 연장된 회전축의 최상단에 고정 설치되어 회전축과 함께 회전하는 밸런싱 드럼과;

상기 밸런싱 드럼의 외주면과의 사이에 미세한 유격통로가 형성되게 고정 설치되는 밸런싱 드럼 헤드와;

상기 밸런싱 드럼 상부와 밸런싱 드럼 헤드 내부와의 사이에 형성되는 밸런싱 챔버와;

상기 밸런싱 드럼 헤드를 펌프분체에 고정시키기 위하여 상기 밸런싱 드럼 헤드와 펌프본체와를 잇는 수개의 리브와; 및

상기 밸런싱 챔버가 우물의 내부압과 일치하도록 상기 리브 각각에 형성되는 유통로;

를 구성하여서 된 것을 특징으로 하는 것이며,

또한 상기 밸런싱 드럼은 회전축을 기준하여 단면이 "H"자형으로 대칭되게 구성된 것을 특징으로 하는 것이며,

또한 상기 밸런싱 드럼은 회전축을 기준하여 단면이 ""자형으로 대칭되게 구성하여 ""자형의 라비린스 유격통로가 형성되게 한 것을 특징으로 하는 것이다.

도 1은 본 고안의 요부를 일부 단면한 전체 구성도.

도 2는 본 고안의 요부 확대 단면도.

도 3은 본 고안의 다른 실시예의 확대 단면도.

도 4는 도 2의 A-A선 단면도.

도 5는 본 고안을 설명하기 위하여 도시한 수중모터펌프의 설치상태도.

도 6은 종래 수중모터펌프의 펌프의 일부 확대 단면도.

도 7은 수중모터펌프의 회전터빈에 작용되는 압력분포도.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 수중모터펌프 2 : 수중모터

3 : 스트레이너 4 : 회전터빈

5 : 펌프 6 : 밸런싱 드럼

7 : 밸런싱 드럼 헤드 8 : 리브

21 : 회전축 41 : 상부 원형판

42 : 하부 원형판 43 : 유입공

44 : 유출공 6a : 라비린스 밸런싱 드럼

71 : 유격통로 71a : 라비린스 유격통로

72 : 밸런싱 챔버 81 : 유통로

본 고안의 실시예를 첨부한 도면에 따라서 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 고안의 요부를 일부 단면한 전체 구성도이며, 도 2는 본 고안의 요부 확대 단면도이고, 도 3은 본 고안의 다른 실시예의 확대 단면도이며, 도 4는 도 2의 A-A선 단면도를 도시한 것으로,

도면부호 1은 수중모터펌프를 나타내는 것으로, 상기 수중모터펌프(1)는 종래 기술과 같이 하단에서부터 동력원인 수중모터(2)와 물을 흡입하는 스트레이너 (3) 그리고 회전축(21)에 다수의 회전터빈(4)이 다단으로 설치되는 펌프(5)로 구성되어 있으며, 상기 펌프(5)의 상단에는 체크밸브가 장착되어 있다.

또한 상기한 회전터빈(4)들 역시 종래 기술과 같이 상부 원형판(41)과 하부 원형판(42)으로 구성되며, 상기 하부 원형판(42)에는 흡입공(43)이 형성되고, 상, 하부 원형판(41)(42) 사이에는 방사상으로 다수 형성된 임펠러(도시 생략)에 의하여 펌핑된 물을 유출시키는 유출공(44)이 형성되어 있다.

상기 회전축(21)에 다단으로 설치된 회전터빈(4)들 중 최상단에 위치한 회전터빈(4)에서 연장된 회전축(21)의 상단에는 단면이 "H"자형으로 된 밸런싱 드럼(6)을 고정상태로 축착시키는데, 상기 밸런싱 드럼(6)은 펌프(5) 내부에 고정 설치된 밸런싱 드럼 헤드(7)의 내부에 삽입되게 설치되는 것이며, 상기 밸런싱 드럼(6)과 밸런싱 드럼 헤드(7)의 내주면 사이에는 미세한 유격통로(71)가 형성되도록 한다.

상기 유격통로(71)는 회전축(21) 상단에 축착된 밸런싱 드럼(6)이 회전축 (21)과 함께 회전작동을 가능하게 하는 구성으로서, 상기 회전터빈(4)으로 펌핑되는 수압이 누수되는 현상을 최소화시킬 수 있도록 미세한 틈새를 유지시키는 것이바람직한 구성이다.

상기 밸런싱 드럼 헤드(7)는 수개의 리브(8)에 의하여 펌프(5)에 고정 설치되어 있으며, 또한 상기 밸런싱 드럼(6)의 상방에 공간을 확보하여 밸런싱 챔버 (72)를 구성하고 있는데, 상기 밸런싱 챔버(72)는 수개의 리브(8) 각각에 형성된 유통로(81)에 의하여 펌프(5)의 외부 즉, 우물 내부와 연통하도록 구성하여 상기 밸런싱 챔버(72)의 압력은 우물 내부 압력과 항시 동일한 압력이 유지되도록 구성한 것이다.

상기 밸런싱 챔버(72)에 작용하는 압력은 펌프(5) 내부의 압력 보다 훨씬 낮은 상태이므로 최상단의 회전터빈(4)의 상부 원형판(41)에 작용되는 수압을 상쇄시키는 작용을 하도록 구성한 것이다.

한편, 도 3의 실시예와 같이 상기 회전축(21) 상단에는 단면이 ""자형으로 된 밸런싱 드럼(6a)을 축착시킨 다음 상기 밸런싱 드럼 헤드(7)의 내부에 일체로 형성된 삽입원통부(73)를 상기 밸런싱 드럼(6a)의 상면에 형성된 공간부로 삽입시키되, 상기 밸런싱 드럼(6a)과 밸런싱 헤드 드럼(7)의 내주면 및 삽입원통부(73)들이 서로 미세한 간격을 유지하면서 통로의 길이가 길어지는 ""자형의 라비린 스(labylinth) 유격통로(71a)가 형성되도록 한 것이다.

이와 같이 구성된 본 고안의 작용을 설명하면 다음과 같다.

상기 수중모터펌프(1)의 수중모터(2)가 구동하면 회전축(21)과 함께 고속으로 회전하게 되는 회전터빈(4)들의 임펠러에 의하여 우물에 있는 물은 스트레이너(3)를 통해 펌프(5) 하부측으로 흡입된 다음 최하단측 회전터빈에서부터 최상단의 회전터빈을 차례로 거치면서 펌핑되는데, 다단으로 설치된 회전터빈(4)들 각각의 상,하부 원형판(41)(42)에 작용하게 되는 축방향 수압의 추력은 상부 원형판(41)에 더 크게 작용하게 되지만 최하단 회전터빈에서부터 최상단 회전터빈 아래에 위치한 회전터빈까지는 상부 원형판(41)에 작용하는 축방향 추력은 그 위에 설치된 회전터빈의 유입공(43)이 물을 흡입하는 작용에 의해 상쇄되는 한편, 최상단에 위치한 회전터빈(4)의 경우는 물을 흡입하는 작용이 일어나지 않는 대신에 밸런싱 챔버(72)에 의하여 불평형의 축방향 추력이 상쇄되는 현상이 나타나게 된다.

즉, 다단으로 설치된 각 회전터빈(4)들의 펌핑작동에 의하여 펌프(5) 내부 압력은 우물 내부의 압력보다 높은 상태이며, 특히 최상단 회전터빈(4)의 상부 원형판(41) 위에 작용하는 압력은 가장 높은 상태인 반면에, 최상단 회전터빈(4) 바로 위에 설치된 밸런싱 드럼 헤드(7) 내부의 밸런싱 챔버(72)는 리브(8)에 형성된 유통로(81)에 의하여 우물 내부와 통하고 있는 상태이므로 상기 밸런싱 챔버(72)의 내부 압력은 우물 내부 압력과 같이 낮은 압력을 유지하고 있게 되므로서 밸런싱 드럼(6)은 낮은 압력의 밸런싱 챔버(72)를 향해 빨려들어 가려는 힘이 작용하게 되고 그와 같은 작용은 곧 상부 원형판(41)에 작용하는 축방향 추력과 반대방향의 상쇄력으로 작용하게 되므로서 결국 최상단 회전터빈(4)의 상부 원형판(41)에 작용하게 되는 축방향 추력이 밸런싱 드럼(6)의 단면적 만큼 상쇄되며, 또한 상기 밸런싱 드럼(6)의 단면적은 하부 원형판(42)에 형성된 유입공(43)과 일치하도록 구성하였으므로 상,하부 원형판(41)(42)에 작용하는 수압의 추력은 평형을 이루게 되어 회전축(21)에는 축방향 추력이 작용하지 않게 되는 것이며, 이와 같은 축방향 추력의 상쇄현상은 곧 수중모터(2)를 지지하고 있는 트러스트 베어링을 과다한 하중으로부터 보호하는 작용을 기대할 수 있는 것이다.

한편, 밸런싱 드럼(6)의 외주면과 밸런싱 드럼 헤드(7)의 내주면 사이에는 유격통로(71)가 형성되어 있으므로 최상단 회전터빈(4) 상부와 밸런싱 챔버(72)는 상기한 유격통로(71)에 의하여 서로 통하고 있는 상태가 되므로 펌프(5) 내부의 높은 수압이 낮은 수압의 밸런싱 챔버(72)로 유입되며, 또한 밸런싱 챔버(72)로 유입된 수압은 유통로(81)를 통해 펌프(5)의 외부로 유출되는데, 상기한 유격통로(71)는 밸런싱 드럼(6)이 회전작동만을 허용하도록 미세하게 형성되어 있으므로 유격통로(71)로 누출되는 수압의 양은 매우 적은 양이므로 펌프(5)의 펌핑작동에는 아무런 영향을 미치지 않는 것이다.

상기와 같이 밸런싱 드럼(6)과 밸런싱 드럼 헤드(7)와의 사이에 형성되는 유격통로(71)는 그 길이가 길면 길수록 누수량을 줄일 수 있는 장점이 있으므로 상기 밸런싱 드럼(6)의 상,하 길이(축방향 길이)를 길게 구성하는 것이 고려될 수 있지만 밸런싱 드럼(6)의 상,하 길이를 길게 구성하게 되면 수중모터펌프(1)의 전체 길이가 길어지는 단점이 있게 되므로 상기한 밸런싱 드럼(6)의 상,하 길이는 그대로 유지한 상태에서 유격통로(71)의 길이를 길게 연장시킬 수 있는 수단은 도 3의 실시예로서 가능해진다.

도 3의 실시예는 상기 회전축(21) 상단에 단면이 ""형으로 된 밸런싱 드럼(6a)을 축착하고, 상기 밸런싱 드럼 헤드(7)의 내면에 하향으로 길게 돌출된 삽입원통부(73)가 상기 밸런싱 드럼(6a)에 형성된 환형공간부로 삽입되게 하는 구조로서 상기 밸런싱 드럼(6a)과 삽입원통부(73) 사이에는 단면이 지그재그상으로 된 ""형의 라비린스 유격통로(71a)가 형성되게 한 실시예이다.

상기 라비린스 유격통로(71a)는 전술한 실시예의 유격통로(71)에 비하여 2.5 배 정도로 길게 연장된 상태가 되게 할 수 있으므로 수압의 누수현상을 그만큼 줄일 수 있는 특징이 있는 한편, 전술한 실시예와 동일한 축방향 추력을 상쇄시키는 작용을 기대할 수 있는 것이다.

상기와 같은 본 고안에 의하면 수중모터펌프의 펌프 내부에 다단으로 설치되어 수압을 펌핑하는 최상단 회전터빈 위에 회전축과 함께 회전하도록 축착시킨 밸런싱 드럼과 펌프에 고정 설치되는 밸런싱 드럼 헤드로 밸런싱 챔버를 형성시킨 다음 상기 밸런싱 챔버가 우물 내부의 수압과 같이 낮은 수압을 유지하도록 하는 구성수단으로 밸런싱 드럼측에서 최상단 회전터빈의 상부 원형판에 작용되는 축방향 추력과 반대방향의 상쇄력이 작용되도록 하는 효과를 가져다주어 수중모터를 지지하고 있는 트러스트 베어링에 과다한 하중이 부여되는 현상을 배제하므로서 트러스트 베어링의 마모를 줄여 줌과 동시 수중모터펌프의 사용수명을 현저하게 연장시킬 수 있는 특징이 있는 고안이다.

Claims (3)

1. 지하에 깊게 굴착된 우물 속에 삽입된 양수관의 최하단에 설치되며, 하단에서부터 수중모터와 스트레이너 그리고 회전축에 다수의 회전터빈이 다단으로 설치된 펌프로 구성되는 수중모터펌프에 있어서,

   상기 회전터빈들의 최상단에 위치한 것에서 연장된 회전축의 최상단에 고정 설치되어 회전축과 함께 회전하는 밸런싱 드럼과;

   상기 밸런싱 드럼의 외주면과의 사이에 미세한 유격통로가 형성되게 고정 설치되는 밸런싱 드럼 헤드와;

   상기 밸런싱 드럼 상부와 밸런싱 드럼 헤드 내부와의 사이에 형성되는 밸런싱 챔버와;

   상기 밸런싱 드럼 헤드를 펌프본체에 고정시키기 위하여 상기 밸런싱 드럼 헤드와 펌프본체와를 잇는 수개의 리브와;

   상기 밸런싱 챔버가 우물의 내부압과 일치하도록 상기 리브 각각에 형성되는 유통로;

   를 구성하여서 된 것을 특징으로 하는 심정용 수중모터펌프.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 밸런싱 드럼은 회전축을 기준하여 단면이 " H "자형으로 대칭되게 구성한 것을 특징으로 하는 심정용 수중모터펌프.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 밸런싱 드럼은 회전축을 기준하여 단면이 ""자형으로 대칭되게 구성하여 ""자형의 라비린스 유격통로가 형성되게 한 것을 특징으로 하는 심정용 수중모터펌프.