KR200497870Y1 - 원심 펌프의 모터 지지 구조 - Google Patents

Abstract

본 고안은 액화천연가스, 액화석유가스, 디메틸에테르, 에틸렌, 프로필렌 등의 극저온의 액체를 꺼낼 때 사용하는 원심 펌프의 모터 지지 구조에 관한 것으로, 베어링을 지지하는 금속재의 지지 부재와 링형 절연체는 극저온의 액체에 의해 냉각됨으로써, 재료 고유한 열수축률의 차이에 의해, 링형 절연체의 내주면과 베어링측 지지 부재의 외주면과의 사이의 경사한 대향면 또는 링형 절연체의 외주면과 케이싱측 지지부재의 내주면과의 사이의 경사한 대향면으로 지름 방향으로 갭이 생기게 되지만, 가압된 액체의 유동에 의해 회전축이 상부에 떠오르는 작용에 의해서, 베어링 및 베어링측 지지 부재도 상부에 부상, 경사한 대향면으로 형성된 갭을 없애도록 링형 절연체가 지지 부재와 밀착되며, 베어링측 지지부재의 하부에 턱을 형성하고, 상기 턱하부에 절연판을 가지는 지지부재를 구비하여 링이 아래로 빠지는 것을 방지할 수 있는 원심 펌프의 모터 지지 구조를 제안한다.

Description

원심 펌프의 모터 지지 구조{Centrifugal Pump Motor Support Structure}

본 고안은 액화천연가스, 액화석유가스, 디메틸에테르, 에틸렌, 프로필렌 등의 극저온의 액체를 꺼낼 때 사용하는 원심 펌프의 모터 지지 구조에 관한 것이다.

최근들어, 세계적인 무공해 에너지의 수요에 수반하고, 종래의 석유나 석탄 등의 화석연료에 대신하는 에너지원으로서 천연가스가 각광을 받고 있어 우리 나라에서도 해마다 수입량이 증대하고 있다. 천연가스를 이용하기 위해서는 생산 기지에서 먼 곳의 수락 기지까지 천연가스를 효율적으로 수송할 필요가 있다. 그 수송 수단의 하나로서, 천연가스를-162℃이하의 극저온으로 냉각하고 액화천연가스(이하, LNG라고 칭한다)로 하고, LNG 유조선(tanker)에 의해서 대량 수송하는 방법이 있다.

LNG 유조선(tanker)로부터 LNG를 쌓고 내릴 때 , 액화 가스용 펌프가 사용된다. 액화 가스용 펌프는 펌프 본체가 액화 가스의 액체 중 침지된 상태로 사용되기 때문에, 구동용 모터가 일체화된 수중 펌프가 사용되고 있다.

수중 펌프는 예를 들면 펌프 유닛내로, 상하부의 베어링부에 의해 회전자재로 지지되는 회전축을 마련해 이 회전축의 상부측으로 모터부를 마련하고 또한 하부측에 펌프부를 마련해 액화 가스의 액체 중 침지하는 구조로 되어 있다.

그리고 펌프부로 가압된 액체는 배관을 통해 케이싱의 토출구로부터 압력 용기의 외부에 내보내지는 한편, 그 가압된 액체의 일부가 모터부 분의 하부측의 베어링부를 통해 모터부 분의 내부를 통해 상부측의 베어링부를 통해 케이싱외로 배출되어 재차 펌프부로 유입되는 순환이 행해져 상하부의 베어링부에 대한 윤활이나 모터부 분의 고정자 및 회전자에 대한 냉각 등에 이용되고 있다.

그런데, 이런 종류의 수중 펌프에 있어서는 액화 가스의 싣고 내리는 작업의 효율화를 도모하기 위해서, 대형의 펌프를 사용하는 것이 일반적으로 행하여져 모터를 대형화하거나 그 제어 수단으로 인버터 제어를 채용하거나 하는 것이 행해지도록 되고 있다.

그렇지만 모터를 대형화하거나 인버터 제어를 채용하거나 그러면, 자속 분포의 언밸런싱이나 편심량이 상대적으로 커져 축전압 및 축전류의 값도 커지고, 축전류에 의한 전해부식의 문제가 생기게 된다.

축전류에 의한 전해부식의 문제는 예를 들면 모터가 인버터 제어 됨으로써, 모터에 의한 축전압이 증가하고, 회전축과 케이싱과의 사이, 나아가서는 베어링의 집안과 외륜과의 사이에 전위차가 생겨 베어링 내에 전동체를 경유하고 전류가 흘러 그 결과, 내외축의 궤도면 또는 전동체의 전동면으로 전해부식이 생겨 베어링으로 손상을 발생시키는 문제가 있었다.

전해부식 방지 대책으로서는, 베어링의 외륜의 외주면에 절연 피막을 마련하거나 베어링의 외륜과 케이싱측의 지지 부재와의 사이에 링형 절연체를 마련하거나 해 축전류의 흐름을 차단할 수 있으며, 수중 펌프의 모터부 분의 베어링 지지 구조에 적용하는 것을 생각할 수 있다.

그렇지만, 수중 펌프는 극저온으로 냉각되어 있는 액화 가스의 액체 중으로 사용되는 것으로부터, 베어링 지지 구조를 구성하는 금속이나 절연 피막 또는 링형 절연체도 열수축 하므로, 이 열수축에 의한 새로운 문제가 발생한다.

즉 베어링 지지 구조를 구성하는 금속과 절연 피막 또는 링형 절연체는 재료의 종류에도 따르지만, 재료 고유한 열수축률로 큰 차이가 있으므로, 극저온으로 냉각되어 수축 그러면, 절연 피막에 있어서는 균열이 발생하거나 박리가 생기거나 해 절연면에서의 결함을 일으킬 우려가 있고, 또한 링형 절연체에 있어서는 링형 절연체와 베어링측 지지부재와의 사이 또는 링형 절연체과 케이싱측 지지부재와의 사이에 갭이 생겨 회전축으로 축치우침을 일으키게 해 모터를 크게 진동시키는 원인이 될 우려가 있었다.

일본 등록특허 공보 제5924613호(2016.04.28.)

본 고안은 상술한 문제점을 해결하기 위해서 된 것이며, 그 목적으로 하는 것은, 극저온 아래에 있어서도 균열이나 박리를 일으키지 않고 축전류에 대한 절연을 확보할 수 있음과 동시에 회전축의 축치우침에 의한 진동한 발생을 방지할 수 있는 원심 펌프의 모터 지지 구조를 제공하는 것에 있다.

또한, 베어링측 지지부재의 하부에 흘림방지 돌기를 형성하고, 흘림장지 돌기가 갭이 발생 시에도 링형 절연체를 지지하여 링형 절연체가 아래로 빠지는 것을 방지할 수 있는 원심 펌프의 모터 지지 구조를 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해서 본 고안에 의한 원심 펌프의 모터 지지 구조는, 회전축의 상부에 모터부를 마련하고 하부에 펌프부를 마련해 펌프부로 가압한 액체의 일부를 모터부 내에 유통시키며, 밸런스 장치를 통하고 회전축을 떠오르게 해 회전축으로 작용하는 스러스트 하중을 조정하도록 한 원심 펌프의 모터 지지 구조에 있어서, 상기 회전축을 지지하는 베어링측 지지 부재와 케이싱측 지지부재와의 사이에 링형 절연체을 설치하며; 상기 링형 절연체는, 상기 베어링측 지지부재의 외주면과 링형 절연체의 내주면과의 대향면 또는 상기 케이싱측 지지부재의 내주면과 링형 절연체의 외주면과의 대향면을 회전축이 상부에 떠올랐을 때에 밀착하도록 회전축의 축심에 대해서 경사지게 구성되며; 상기 베어링측 지지부재는, 하단에 링형 절연체 방향으로 흘림방지 돌기가 돌출 구비되어, 링형 절연체가 아래로 빠져서 이탈되는 것을 방지할 수 있는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 링형 절연체는 열수축률이 상기 베어링측 지지부재 및 상기 케이싱측 지지부재의 열수축률 보다 큰 경우에는 상기 링형 절연체의 외주면과 상기 케이싱측 지지부재의 내주면과의 대향면을 상기 회전축이 상부로 떠올랐을 때 밀착하도록 상기 회전축이 축심에 대하여 경사지게 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 상기 링형 절연체는 열수축률이 상기 베어링측 지지부재 및 상기 케이싱측 지지부재의 열수축률 보다 작은 경우에는 상기 링형 절연체의 내주면과 상기 베어링측 지지부재의 외주면과의 대향면을 상기 회전축이 상부로 떠올랐을 때 밀착하도록 상기 회전축이 축심에 대하여 경사지게 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 상기 흘림방지 돌기는, 링형 절연체의 내주면과 베어링측 지지부재의 외주면과의 대향면 사이에 소정 치수의 갭이 형성되는 간격보다 길게 돌출되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 고안에 의한 원심 펌프의 모터 지지 구조에 의하면, 베어링을 지지하는 금속재의 지지 부재와 링형 절연체은 극저온의 액체에 의해 냉각됨으로써, 재료 고유한 열수축률의 차이에 의해, 링형 절연체의 내주면과 베어링측 지지 부재의 외주면과의 사이의 경사한 대향면 또는 링형 절연체의 외주면과 케이싱측 지지부재의 내주면과의 사이의 경사한 대향면으로 지름 방향으로 갭이 생기게 되지만, 가압된 액체의 유동에 의해 회전축이 상부에 떠오르는 작용에 의해서, 베어링 및 베어링측 지지 부재도 상부에 부상, 경사한 대향면으로 형성된 갭을 없애도록 링형 절연체가 지지 부재와 밀착되는 효과를 가진다.

또한, 베어링측 지지부재의 하부에 흘림방지 돌기를 형성하여, 갭이 생기는 구간에서도 링형 절연체가 아래로 빠지는 것을 방지할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 고안의 실시예에 따른 흘림방지 돌기가 구비된 지지부재를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 고안자는 그 자신의 고안을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 고안의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 1(a) 내지(c)는 본 고안의 원심 펌프의 모터 지지 구조의 주요부의 오른쪽 반을 나타내는 도면으로, 도 1(a)는 상온시 상태, 도 1(b)는 극저온으로 냉각되었을 때 상태, 도 1(c)는 운전 시 회전축이 상부에 떠올랐을 때 상태를 나타내는 도면이다.

본 고안의 일 실시형태에서는, 베어링측 지지부재(20)와 케이싱측 지지부재(30) 사이에는 축 전류를 절연하기 위해 링형 절연체(10)가 설치되어 있다.

이 링 형상 절연체(10)는 열수축률이 큰 3불화에틸렌{LNG(-163℃)상황 하에서의 재질의 선팽창률 6.62 E-05(/℃)}를 사용한 경우이며, 지지부재(20, 30)를 구성하는 금속의 SUS304{LNG(-163℃)상황 하에서의 재질의 선팽창률 1.40 E-05(/℃)}보다도 열수축률이 큰 경우이다.

이 링형 절연체(10)는, 그 외주면과 케이싱측 지지부재(30)의 내주면과의 대향면을, 회전축(1)이 상방으로 떠올랐을 때에 밀착되도록 회전축(1)의 축심에 대하여 경사지게 구성되어 있다.

즉, 링형 절연체(10)는 단면이 상방을 향해 테이퍼지는 쐐기 형상으로 구성되어 있고, 상온시의 상태에서는 도 1(a)에 나타나는 바와 같이 그 내주면에 베어링측 지지부재(20)의 외주면과의 대향면 사이에 소정 치수의 갭(gap, G1)이 형성되는 직경 치수로 구성되고, 외주면과 케이싱측 지지부재(30)의 대향면은 맞닿는 직경 치수로 구성될 수 있다.

베어링측 지지부재(20)의 하부에 흘림방지 돌기(21)가 링형 절연체(10)가 위치하는 방향으로 돌출되어 형성되어 있어, 상기 흘림방지 돌기(21)를 통해 링형 절연체(10)가 아래로 빠져서 이탈되는 것을 방지할 수 있는 효과를 가진다.

이때, 흘림방지 돌기(21)가 돌출되는 길이는 베어링측 지지부재(20)의 외주면과의 대향면 사이에 소정 치수의 갭(gap, G1)이 형성되는 간격 보다 길게 형성되어, 갭(gap)이 형성되어도 안정적으로 링형 절연체(10)를 지지할 수 있다.

이와 같은 구성을 갖고, 원심 펌프가 극저온 액체 중에두어 냉각되면, 지지부재(20,30)보다 링형 절연체(10)가 크게 수축하기 때문에, 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 내주면에 베어링측 지지부재(20)의 외주면의 대향면에 밀착되어, 외주면과 케이싱측 지지부재(30)의 대향면에 갭(gap, G2)이 형성된다. 갭(G1)은 링형 절연체(10)가 수축됨으로써 베어링측 지지부재(20)와의 밀착 강도가 지나치게 커져서 파손되지 않는 치수를 확보하여 생성될 수 있다.

액화 가스의 액체가 가압되어 회전축(1)이 떠오르면, 베어링(11) 및 베어링측 지지부재(20)를 통해 링형 절연체(10)도 떠올라 도 1(c)에 도시된 바와 같이, 링형 절연체(10)의 외주면은 케이싱 지지부재(30)의 내주면에 접촉한다.

따라서, 베어링측 지지부재(20)에 흘림방지 돌기(21)를 구비함을 통하여, 종래의 탈락방지구 또는 절열판을 가지는 지지부재가 구비되지 않아도 링형 절연체(10)가 아래로 빠지는 것을 방지할 수 있어, 그 구조가 간단하며, 제작비용을 절감할 수 있는 효과를 가진다.

본 고안의 다른 실시형태에서는, 축전류를 절연하기 위해서, 베어링측 지지 부재(20)와 케이싱측 지지부재와의 사이에 마련하는 링형 절연체(10)는 열수축률의 작은 에폭시유리 적층체{LNG(-163℃) 상황하에서의 재질의 선팽창율 7.90 E-06(/℃)}을 사용했을 경우이며, 지지 부재(20)를 구성하는 금속의 SUS304{LNG(-163℃) 상황 하에서의 재질의 선팽창율 1.40 E-05(/℃)}보다도 열수축률이 작은 경우이다.

이 링형 절연체(10)는 베어링측 지지 부재(20)의 외주면과 링형 절연체(10)의 내주면과의 대향면을, 회전축이 상부에 떠올랐을 때에 밀착하도록, 회전축의 축심에 대해서 경사시켜 구성한 것이다.

링형 절연체(10)는 단면이 상부를 향해 광폭이 되는 역쐐기 모양으로 구성되고 있어 상온시 상태에서는, 그 내주면과 베어링측 지지 부재(20)의 외주면과의 경사면은 맞닿고, 외주면과 케이싱측 지지부재과의 내주면과의 대향면에는, 소정 치수의 갭이 형성되어 있다.

그리고 수중 펌프가 극저온의 액체 중에 있어 냉각되면, 지지 부재(20)이 링형 절연체(10)보다도 수축이 크기 때문에, 링형 절연체(10)의 내주면과 베어링측 지지 부재(20)의 외주면과의 대향면에는 갭이 형성되어 링형 절연체(10)의 외주면과 케이싱측 지지부재과의 대향면은 밀착하도록 된다.

이어서, 액체가 가압되어 밸런스 장치가 동작해 회전축이 떠오르면, 베어링 및 지지 부재(20)가 부상, 베어링측 지지 부재(20)의 외주면이 링형 절연체(10)의 내주면에 맞닿는다.

따라서 본 고안의 실시형태에 있어서도, 모터의 회전축은 극저온 아래에 있어서도, 상하부의 베어링부의 지름 방향의 갭이 존재하지 않게 되고, 지름 방향이 위치 결정되므로, 축치우침에 의한 진동한 발생을 방지할 수 있다.

이와 같이 본 고안은 극저온 아래에 있어서도 절연 결함이 생기기 어려운 링형 절연체(10)를 사용해 축전류에 대한 절연을 확보하고, 게다가 열수축률이 다르기 위해서 금속제의 지지 부재(20,30)과 링형 절연체(10)와의 사이에 갭이 생겨도, 회전축의 부상을 이용하여, 그 갭을 없앰으로써, 회전축의 지름 방향의 위치 결정이 행해져 축 치우침에 의한 진동한 발생을 방지할 수 있다.

또한, 베어링측 지지부재(20)의 하부에 흘림방지 돌기(21)를 형성하고, 상기 흘림방지 돌기(21)가 걸림 지지되어 링형 절연체(10)가 하측으로 빠지는 것을 방지할 수 있는 효과를 가진다.

따라서, 본 고안에 따른 원심 펌프의 모터 지지 구조는 베어링을 지지하는 금속재의 지지 부재와 링형 절연체은 극저온의 액체에 의해 냉각됨으로써, 재료 고유한 열수축률의 차이에 의해, 링형 절연체의 내주면과 베어링측 지지 부재의 외주면과의 사이의 경사한 대향면 또는 링형 절연체의 외주면과 케이싱측 지지부재의 내주면과의 사이의 경사한 대향면으로 지름 방향으로 갭이 생기게 되지만, 가압된 액체의 유동에 의해 회전축이 상부에 떠오르는 작용에 의해서, 베어링 및 베어링측 지지 부재도 상부에 부상, 경사한 대향면으로 형성된 갭을 없애도록 링형 절연체가 지지 부재와 밀착되는 효과를 가진다.

또한, 베어링측 지지부재의 하부에 흘림방지 돌기를 형성하여, 갭이 생기는 구간에서도 링형 절연체가 아래로 빠지는 것을 방지할 수 있는 효과를 가진다.

상기 실시 형태에 있어서는 극저온의 액체로서 LNG를 예를 들고 설명했지만, 액화석유가스, 디메틸에테르, 에틸렌, 프로필렌 등의 다른 극저온의 액체에도와 같이 적용할 수 있는 것이다.

또한 링형 절연체도, 불화 에틸렌이나 에폭시유리 적층체로 한정하지 않고, 다른 절연체도 적용할 수 있는 것이다.

지금까지 본 고안의 원심 펌프의 모터 지지 구조에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 고안의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러가지 실시변형이 가능함은 자명하다.

그러므로 본 고안의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 전해져서는 안되며, 후술하는 실용신안청구범위 뿐만 아니라 이 실용신안청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 고안의 범위는 상세한설명 보다는 후술될 실용신안청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 실용신안청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 고안의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1: 회전축
2: 베어링
10: 링형 절연체
11: 절연와셔
20: 베어링측 지지부재
21: 흘림방지 돌기
30: 케이싱측 지지부재

Claims (4)

1. 회전축의 상부에 모터부를 마련하고 하부에 펌프부를 마련해 펌프부로 가압한 액체의 일부를 모터부 내에 유통시키며, 밸런스 장치를 통하고 회전축을 떠오르게 해 회전축으로 작용하는 스러스트 하중을 조정하도록 한 원심 펌프의 모터 지지 구조에 있어서,
   상기 회전축을 지지하는 베어링측 지지 부재와 케이싱측 지지부재와의 사이에 링형 절연체를 설치하며;
   상기 링형 절연체는,
   상기 베어링측 지지부재의 외주면과 링형 절연체의 내주면과의 대향면 또는 상기 케이싱측 지지부재의 내주면과 링형 절연체의 외주면과의 대향면을 회전축이 상부에 떠올랐을 때에 밀착하도록 회전축의 축심에 대해서 경사지게 구성되며;
   상기 베어링측 지지부재는, 하단에 링형 절연체 방향으로 흘림방지 돌기가 돌출 구비되어, 링형 절연체가 아래로 빠져서 이탈되는 것을 방지할 수 있는 것을 특징으로 하는 원심 펌프의 모터 지지 구조.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 링형 절연체는 열수축률이 상기 베어링측 지지부재 및 상기 케이싱측 지지부재의 열수축률 보다 큰 경우에는 상기 링형 절연체의 외주면과 상기 케이싱측 지지부재의 내주면과의 대향면을 상기 회전축이 상부로 떠올랐을 때 밀착하도록 상기 회전축이 축심에 대하여 경사지게 구성되는 것을 특징으로 하는 원심 펌프의 모터 지지 구조.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 링형 절연체는 열수축률이 상기 베어링측 지지부재 및 상기 케이싱측 지지부재의 열수축률 보다 작은 경우에는 상기 링형 절연체의 내주면과 상기 베어링측 지지부재의 외주면과의 대향면을 상기 회전축이 상부로 떠올랐을 때 밀착하도록 상기 회전축이 축심에 대하여 경사지게 구성되는 것을 특징으로 하는 원심 펌프의 모터 지지 구조.
   
4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
   상기 흘림방지 돌기는,
   링형 절연체의 내주면과 베어링측 지지부재의 외주면과의 대향면 사이에 소정 치수의 갭이 형성되는 간격보다 길게 돌출되어 형성되는 것을 특징으로 하는 원심 펌프의 모터 지지 구조.