KR20030058882A - 응집기용 하이드로 포일 임펠러 - Google Patents

Abstract

본발명은 상수도 정수장의 응집지 나 하수처리장의 응집반응조 등에서 많이 사용하는 수직형 응집기에서 응집기 의 임펠러 날개를 하이드로 포일형을 사용하는 경우의 임펠러에 관한 것으로 하이드로 포일형의 날개 모양이 원통관이나 원추대관 표면의 특정한 부분의 모양과 같은 성질을 이용하여 임펠러의 날개(브레이드)를 원통관 이나 원추대관 의 특정부분에서 필요한 부분을 절단하여 제작함으로서 시작각과 끝각이 정확한 하이드로 포일형의 응집기 날개를 제작하고 임펠러 허브에 원주상의 3∼4개소에 등 간격으로 반경방향으로 허의 돌기를 미리정한 각도가 되게 일체로 형성하고 이 돌기에는 날개고정용 나사구멍을 내고 상기에서 제작한 날개의 허브 쪽 끝에 위에서 설명한 허브돌기에 대응하는 부분을 형성하고 여기에 대응하는 위치에 나사구멍을 내서 볼트를 이용하여 날개를 고정 할 수 있게 하되 날개에 낸 나사 구멍은 약간 길게 뚫어서 날개 끝 각을 약간 조정할 수 있게 하고 미리 정한 날개 끝 각에 맞추어 제작한 치구(Jig)등을 이용하여 날개 끝 각이 미리 정한 값이 되게 정확하게 조정한 후 에 볼트를 조여서 위치를 확정한 다음 허브 돌기 부분과 날개의 대응위치를 관통하도록 핀 구멍을 뚫고 여기에 고정핀을 삽입하여 고정하여 날개의 각도가 변하지 않게 함으로서 임펠러가 완성된다.

이렇게 응집기의 임펠러를 제작하면 하이드로 포일형의 날개를 1개씩 독립적으로 제작하는 기존의 방법에서는 시작각 과 끝 각, 그리고 캠버 와 날개의 위치를 정확하게 하기가 어렵고 제작을 위하여 특수한 설비나 기술이 필요한데 비하여 별도의 특수한 설비나 제작기술이 없더라도 아주 용이하고 경제적이고 성능이 우수한 응집기의 하이드로 포일 임펠러를 제공할 수 있다.

Description

응집기용 하이드로 포일 임펠러{Hydrofoil Impeller for Flocculator}

본 발명은 정수장의 응집지나 하수처리장이나 폐수처리장등의 응집반응조, 혐기성 탈질조 등에서 많이 사용되고 있는 수직형 응집기의 임펠러에 관한 것이다.

하이드로포일(Hydrofoil) 모양의 임펠러(날개 조립체)는 잘 알려진 것과 같이 선박용 스큐류 처럼 유체가 유입되는 쪽의 날개 입구 각이 유체가 유입되는 상대각도와 같게 하여 날개입구 부에서의 수력손실을 최소화하고 유체에 필요한 에너지는 날개 출구각에 의하여 가해질수 있도록 하고 입구각과 출구각 사이를 매끈한 곡면으로 연결하여 제작한 날개를 조립한 임펠러 인데 이러한 임펠러가 응집성능이나 교반 효과가 좋고 동력이용율이 좋다는 것은 이미 널리 알려진 사실이다.

그러나 하이드로포일 모양의 임펠러 날개를 제작하고 정확하게 조립하는 것이 매우 어려워서 특수한 기술이나 설비를 갖추어야 제작할 수 있었다.

종래에 하이드로 포일 모양의 날개나 임펠러를 제작하는 방법은 날개를 각각 독립적으로 제작하고 이것을 임펠러 허브에 정확하게 부착하거나(미국특허 제 4,147,137호) 날개를 조립한후에 날개의 끝 각이 정확하게 되도록 여러번 비틀기수정작업을 하거나 주형을 이용한 주조나 금형을 이용한 성형등의 방법을 주로 이용하였거나 날개를 각각 독립적으로 제작하여 조립한 후 날개 끝 각이 정확하게 되도록 날개를 특정한 방향에서 굽힘으로서 날개 끝 각이 정확하게 되도록 하는 방법(미국특허 제 5,297,938호)등이 있었으나 모두 날개를 하나씩 독립적으로 가공하여 제작함으로서 날개를 정확하게 제작하는 데에는 매우 많은 어려움이 있었다.

왜냐하면 응집기 날개는 응집지의 크기 등에 따라 다소의 차이는 있으나 대개 날개폭이 150∼300mm 정도이고 날개길이는 대개 600∼900mm정도인 것을 고려하면 이렇게 좁고 긴 날개를 날개단면이 매끈한 곡면 을 유지하면서 날개양쪽 끝의 캠버가 다르고 날개양쪽 끝의 입구각과 출구 각이 서로 다르게 하나씩 별도고 로울링(제관) 작업등을 통하여 정확하게 제작하는 것은 비록 원리적으로는 가능하다고 하여도 실제상으로는 특수한 장비나 제작 기술을 필요로 하는 매우 어려운 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 응집효과가 크고 교반 동력이 상대적으로 적은 응집기의 제공을 위하여 얇은 판재(Plate)로부터 정확한 하이드로 포일모양의 임펠러 및 날개를 용이하고 경제적으로 제작하는 방법 및 구조를 제공하는 것이다.

도 1 은 본 발명의 임펠러의 구성상태를 나타낸 평면도

도 2 는 본 발명의 임펠러 허브의 측면도

도 3 은 본 발명의 임펠러 날개 외형도

도 4 는 본 발명의 임펠러 날개를 원통관에서 만드는 방법을 표시한 예시도

도 5 는 본 발명의 임펠러 날개를 원추대관에서 만드는 방법을 표시한 예시도

도 6 은 본 발명의 임펠러 날개를 만드는 다른 실시 예를 표시한 예시도

도 7 은 본 발명의 전진각이 0도인 임펠러 날개 외형도

도 8 은 본 발명의 임펠러 날개의 캠버와 앙각을 표시한 설명도

도면의 중요부분에 대한 부호의 설명

1. 임펠러 허브

2. 허브 돌기 2-1. 나사구멍

3. 날개 3-1 날개 돌기 3-2. 나사구멍

4. 고정용 볼트 4-1. 너트

5. 핀구멍

6. 위치 고정핀

L. 날개길이 ℓ. 날개돌기 길이 B₁. 날개 안쪽 폭

B₂. 날개 바깥 끝 폭 ΔΘ. 날개 전진각도

αR. 뿌리 각 αT. 날개 끝 각

본 발명은 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여,

미리정한 임펠러 의 날개 길이와 동일한 길이를 가지고 날개의 안쪽 과 바깥쪽 끝에서의 미리 정한 캠버를 형성할 수 있는 곡률을 가지도록 일정한 두께를 가진 판재(Plate)로부터 제작한 원통관 또는 원추대관에서 미리 정한 날개의 안쪽과 바깥쪽에서의 각각의 입구각과 출구 각을 가지는 위치가 되도록 상기 원통관이나 원추대관의 표면에서 날개의 안쪽과 바깥쪽 위치를 가능한 숫자만큼 여러개로 표시한 다음 순차적으로 절단하여 각각의 날개를 형성한 하이드로 포일 모양의 날개;

상기 날개에는 안쪽 끝에 허브 돌기에 대응하는 날개돌기 부분을 형성하고 여기에 허브돌기의 나사 구멍에 대응하는 위치에 나사 구멍을 천공하고 이 나사 구멍은 날개 길이 방향에 90도 인 방향으로 조금 길게 천공한 날개;

원통형의 허브에 원주상으로 등 간격인 위치에 2개 이상의 날개를 부착할 수 있도록 반경방향으로 허브에 일체가 되도록 형성한 허브돌기를 가지고 이 허브돌기에는 상기 날개의 대응하는 위치에 나사 구멍을 천공한 임펠러 허브; 및

상기 임페러 허브에 상기 날개를 조립하되 날개의 끝 각 이 미리 정한 정확한 값이 되도록 날개의 위치를 조절한 다음 고정용 볼트, 너트로 견고히 고정하고 임펠러 허브돌기와 날개의 대응위치에 고정 핀 구멍을 천공하고 여기에 고정 핀을 삽입하고 고정함으로서 날개의 위치가 변하지 않도록 한 임펠러 조립체를 포함하는 하이드로 포일 모양의 날개를 가진 응집기 의 임펠러를 제공한다.

이하 본 발명에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같으나 본 발명의 내용은 여기에 제한되지 않고 무수한 변형이 가능하며 본 발명의 목적이나 정신에 비추어 유사한 것은 본 발명의 권리를 침해하는 것이 된다.

응집기 임펠러의 제작에 있어서 먼저 임펠러에 조립될 날개 수 와 날개길이, 날개폭, 날개 안쪽과 끝 쪽의 입구각도 및 출구각도, 날개면의 곡률이 먼저 정해진다.

응집기 임펠러의 날개 길이는 임페러가 조립된 상태에서의 낱개지름이 응집지폭의 약 0.3∼0.4배 정도가 보통이며 대표 값으로 0.35배로 하는 경우가 많고 점성이 큰 유체에 사용할 경우는 0.7 배까지 크게 하는 경우도 있다.

또한 날개의 폭은 날개 끝 쪽에서 약 150∼300mm 정도로 하고 날개 안쪽 끝은 이것과 같거나 약간 크게 정하는 것이 보통이다.

날개의 안쪽과 바깥 쪽 각도는 날개의 앙각(날개의 현이 수평과 이루는 각도)으로 표시하는데 안쪽은 약 45도 정도이고 바깥쪽은 기능이나 목적에 따라 여러 가지로 변화할수 있는데 대표적인 값은 20∼25도 이고 작게는 10도 정도까지 할 수 있다.

캠버는 날개의 어떤 단면에서 현 의 길이와 높이와의 비를 표시하는데 날개의 바깥쪽 끝에서 작고 안쪽으로 갈수록 크게 하는 것이 보통이다.

그러나 반대로 안쪽으로 갈수록 감소하게 하는 경우도 있다.

캠버를 이루기 위한 날개단면의 곡면의 곡률(반지름)은 임펠러 날개 지름의 0.3∼0.5배 범위내에서 날개의 특성과 모양을 고려하여 정한다.

예를 들어 지금 임펠러 날개 지름 이 1.8m인 응집기의 날개(3)을 제작한다고 하면 응집기 날개의 규격은 다음과 같이 표시된다.

응집기 날개 유효길이 :

(임펠러 지금-허브돌기 지름)÷2이므로 허브 돌기의 지름을 임펠러 지름의 0.25배라고 하면 날개(3)의 길이는 (1800-360)÷2=720mm가 된다.

날개(3)의 안쪽과 바깥쪽의 곡률을 같게 하면 날개단면의 곡면의 반지름은 900mm가 되고 이 곡면은 지름 1800mm인 원통관 과 같다.

날개(3)의 앙각은 날개 끝에서 22.5도(날개끝 각) 안쪽에서 45도(뿌리각)로 정하고 각각의 위치에서 입구각과 출구 각의 차이를 12도, 16도로 정하였다면 이 날개(3)은 원통 관의 외부에 [도4] 에서 표시한 것과 같이 원통 관의 한쪽에 날개 안쪽의 기준을 잡아서 수직선에 대하여 앙각이 45도이고 입구각과 출구 각의 차이는 16도이고 앙각의 중심을 지나는 선에 대하여 입구각은 8도가 작은 37도이고 출구 각은 8도가 큰 53도가 된다.(원통관의 중심에서 입구부 와 출구부를 연결하는 선이 이루는 각은 입구 부 와 출구 부에서의 접선각과 같으므로 위에 표시한 각도는 그대로 입구각 과 출구 각이 된다) 원통 관의 반대쪽에는 날개 바깥쪽이 되게 정하여 앙각이 22.5도이고 입구 부 와 출구 부 의 각도 차이를 12도로 정하였으므로 입구각은 앙각 보다 6도가 작은 16.5도가 되고 출구각은 앙각보다 6도가 큰 28.5도가 된다.

따라서 안쪽과 바깥쪽의 각각 정의된 점들을 연결한 것이 날개의 정확한 날개의 모양이 된다.(다른 방법으로는 각각의 앙각을 원동관의 외면에 표시하고 이를 중심으로 하여 앞쪽과 뒤쪽으로 균등하게(날개폭의 1/2 씩) 미리 정한 날개폭을 표시하여 각각의 표시점 의 끝을 연결하여 날개 모양을 정할 수 도 있다).

날개의 폭은 각 단면에서의 원주길이를 입, 출구 각 차이로 나눈 원주에 대한 현의 길이 이며 안쪽은 입 출구 각 의 차이가 16도, 바깥쪽은 12도로 정 했으므로 현길이 계산표에서 각각 안쪽의 날개폭은 250mm, 바깥쪽의 폭은 188mm가 되며날개 끝 의 앞쪽(입구부)은 안쪽날개 보다 앞쪽으로 37도-16.5도= 20.5도(날개 전진각) 앞선 모양이 된다. ( [도3] 참조)

따라서 제작 시에는 여러 개의 날개(3)을 동일하게 원통관의 외부에 위와 같은 절차로 미리정한 치수대로 그리고 플라스마 나 레이저 절단기를 이용하여 정밀하게 절단하여 절단면을 매끈하게 다듬질함으로서 미리 정한 날개와 정확하게 일치하는 날개가 만들어진다.

원통관에서 날개(3)을 제작 할 때는 [도4] 에서 표시한 것처럼 날개(3)을 가, 나, 다 순으로 순차적으로 표시하되 방향을 서로 반대로 하면 재료의 손실을 최소화 할 수 있다.

또한 날개(3)의 허브돌기(2)에 대응하는 위치인 날개돌기(3-1)은 원통 관의 외부에서 날개(3)과 함께 표시하여 절단하여 일체로 제작하거나( 도시하지 않았음) 별도의 원통 관에서 그 부분만 별도로 절단하여 날개에 용접하여 일체로 형성한다.

임펠러 허브(1)에는 윈주방향으로 등간격이 되게 2개 이상(보통은 3개 가 많다)의 허브돌기(2)를 등 간격으로 지름방향이 되게 수평으로 설치하되 각도는 45도(뿌리각)가 되게 날개의 안쪽끝 부분인 날개돌기(3-1)의 원호와 같은 원호면을 가진 허브 돌기(2)를 임펠러 허브(1)에 일체로 견고하게 연결한다.

또한 각각의 허브돌기(2)에는 4개의 나사 구멍을 천공하고 여기에 대응하는 날개(3)의 날개돌기(3-1)에는 역시 대응하는 위치에 4개의 나사구멍을 천공하되 [도 3] 과 같이 날개 폭 방향으로 길게 형성한다.

허브돌기(2)에 날개(3)를 조립하고 고정용 볼트(4)와 너트(4-1)로 가 조립한 다음 날개의 절단이나 다듬질 과정에서 혹시 미세한 변형이 일어나 날개의 끝 각이 달라질 수 있으므로 날개(3)의 끝 각이 미리 정한 값이 정확한 값이 되도록 날개를 약간 움직여 조절하고 고정용 볼트(4)와 너트(4-1)을 견고하게 조인다음 그 상태에서 그 허브돌기(2)와 날개돌기(3-1)의 중앙부근에 핀 구멍(5)를 관통되게 천공하고 고정핀(6)을 삽입하고 빠지지 않게 고정(핀의 끝을 변형시키거나 스프링 핀 사용 등의 방법으로 )하면 정확한 하이드로 포일 모양의 임펠러 가 완성된다.

임펠러 날개를 제작하는 다른 실시 예는 날개 바깥쪽 끝 의 단면을 이루는 곡면의 지름 과 날개 안쪽 끝 의 단면을 이루는 곡면의 지름 이 다른 경우로서(통상적으로 안 쪽 곡면의 지름＜바깥쪽 곡면의 지름 임) 날개는 이 두 지름으로 이루어진 원추대 의 외면에 위치하게 되는데 날개(3)의 모양을 결정하고 제작하는 방법은 ( [도5 참조] ) 위에서 설명한 것과 동일하므로 상세한 설명을 생략하기로 하나 이러한 방법으로 제작한 날개는 상기 원통관에서 제작한 날개에 비하여 날개 안쪽 끝 과 바깥쪽 끝의 날개폭이 비교적 일정하고 유랑특성이 개선되어 응집 및 교반 특성이 좋게 된다.

임펠러 날개를 제작하는 또 다른 실시 예는 [도6]과 같이 상기실시 예에서와 같은 방법으로 날개(3)의 의치를 표시하되 날개의 안쪽 끝과 바깥쪽 끝에서 ΔΘ만큼씩 날개 끝을 절단하여 이 상태에서 날개 안쪽 끝과 바깥쪽 끝에서의 날개각이 미리 정한 값이 되게 하여 날개를 제작하는 것이다.

이런 방법으로 제작된 날개(3)의 모양은 [도7] 과 같으면 날개의 전진 각 ΔΘ가 0도가 된다.

임펠러 날개를 임펠러 허브에 부착하는 다른 실시 예는 상기에서 설명한 것 이외에도 치구(jig)등을 이용하여 날개 끝 각을 정확하게 조절한 다음 임펠러 허브에 직접 용접하여 부착하는 유사한 방법도 사용될 수 있다.

본 발명은 정수장의 응집지 용 응집기 나 하수처리장이나 폐수처리장 등 의 응집반응조 및 혐기성 탈질조의 교반 용으로 많이 사용하는 하이드로 포일 모양의 일펠러 의 날개를 일정한 두께를 가진 판재로부터 제작한 하나의 원통관이나 원추대 관의 외면을 이용하여 동일한 모양으로 동시에 여러 개를 절단하여 제작할 수 있으며 원통관 이나 원추대를 정확하게 제작하고 그 표면에 날개 위치를 정확하게 그리는 작업은 기술자라면 누구나 할 수 있는 매우 용이하고 일반적인 것이므로 제작이 매우 용이하고 정확도가 높게 제작할 수가 있으며 임펠러의 허브돌기에도 용이하게 정확한 각도로 조립할 수 있으며 제작설비도 통상의 로울러와 절단 장비만 있으면 되므로 특수한 설비나 제작 기술이 없어도 정확한 제작이 가능하므로 매우 경제적이다.

또한 잘 알려진 것과 같이 하이드로 포일 모양의 날개를 가진 임펠러 를 제공하여 응집 및 교반 효과가 향상되고 응집에 필요한 동력이 상대적으로 감소하는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 미리정한 임펠러 의 날개 길이와 동일한 길이를 가지고 날개의 안쪽 과 바깥쪽 끝에서의 미리 정한 캠버를 형성할수 있는 곡률을 가지도록 일정한 두께를 가진 판재(Plate)로부터 제작한 원통관 또는 원추대관에서 미리 정한 날개의 안쪽과 바깥쪽에서의 각각의 입구각과 출구각을 가지는 위치가 되도록 상기 원통관이나 원추대관의 표면에서 날개의 안쪽과 바깥쪽 위치를 정하고 가능한 숫자만큼 여러 개 표시한 다음 순차적으로 절단하여 각각의 날개를 형성한 하이드로 포일 모양의 날개;

   상기 날개에는 안쪽 끝에 허브 돌기에 대응하는 부분을 형성하고 여기에 허브돌기의 나사 구멍에 대응하는 위치에 나사 구멍을 천공하고 이 나사 구멍은 날개길이 방향에 90도 인 방향으로 조금 길게 천공한 날개;

   원통형의 허브에 원주상으로 등 간격인 위치에 2개 이상의 날개를 부착할 수 있도록 반경방향으로 허브에 일체가 되도록 형성한 허브돌기를 가지고 이 허브돌기에는 상기 날개의 대응하는 위치에 나사 구멍을 천공한 임펠러 허브; 및

   상기 임펠러 허브에 상기 날개를 조립하되 날개의 끝 각 이 미리 정한 정확한 값이 되도록 날개의 위치를 조절한 다음 고정용 볼트, 너트로 견고히 고정하고 임펠러 허브돌기와 날개의 대응위치에 고정 된 구멍을 천공하고 여기에 고정 핀 을 삽입하고 고정함으로서 날개의 위치가 변하지 않도록 한 임펠러 조립체를 포함하는 하이드로 포일 모양의 날개를 가진 응집기 임펠러의 제조방법 및 구조.
2. 청구항 1에서 날개의 끝각은 10∼22.5도 인 임펠러.
3. 청구항 1에서 날개의 캠버는 날개 끝에서 안쪽으로 갈수록 증가하게 한 임펠러 날개.
4. 청구항 1에서 날개의 캠버는 날개 끝에서 안쪽으로 갈수록 감소하게 한 임펠러 날개.
5. 청구항 1에서 날개의 전진 각 은 0도 또는 약 20도 정도인 임펠러 날개 .