KR20100097165A

KR20100097165A - 가압 원심 펌프

Info

Publication number: KR20100097165A
Application number: KR1020107013332A
Authority: KR
Inventors: 료이치 요네하라
Original assignee: 요네하라기켄유켄가이샤
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2010-09-02
Also published as: EP2233749A1; EP2233749A4; WO2009081465A1; US20110280718A1; CN101903661A

Abstract

[발명에 의하여 해결될 문제] 종래의 가압 원심 펌프는 다음과 같은 문제점이 있다. 이물질이 목표 유체에 포함되어 오염을 시키면, 내주면 벽, 전달 개구부의 에지부, 블레이드 및 이와 유사한 것들이 손상을 입는다. 유체가 블레이드의 끝단부 및 내주면 벽 사이의 작은 공간 내에서 이동하기 때문에, 블레이드의 끝단부에서 발생하는 공동화 현상, 물 유출 또는 이와 유사한 것에 의하여 소음이 발생하며, 펌핑 효율이 감소하는 문제점이 있다.
[문제를 해결하기 위한 수단] 본 발명에 따른 가압 원심 펌프에 있어서, 블레이드(12)의 끝단부들이 외주면으로부터 블레이드 플레이트(14)의 중앙 위치의 방향으로 형성된 높이 차이(36)에 의하여 블레이드 플레이트(14)의 외주면의 높이 보다 낮은 높이에 설치되어 있다. 블레이드 플레이트(14)의 외주면은 블레이드의 후방 측면 방향으로 유체의 이동을 제어하기 위하여 유체 제어 공간(h)을 형성하기 위한 케이싱(4)의 내주면 벽(11)에 인접하여 설치되어 있다. 유체 내의 이물질(X)의 통과를 개선하기 위한 유체 통과 공간(H)이 내주면 벽(11) 및 블레이드(12)의 끝단부 사이에 형성되어 있다.

Description

가압 원심 펌프{Pressurizing Centrifugal Pump}

본 발명은 소정의 액체 또는 이와 유사한 것을 흡수 및 전달하기 위하여 펌프 케이싱 내에서 임펠러를 회전시키기 위한 가압 원심 펌프에 관한 것이다.

물, 오일, 공기 또는 이와 유사한 것들과 같은 소정의 유체를 흡수, 가압 및 전달하기 위한 가압 원심 펌프는 본 특허 출원인에 의한 제안 내용을 설명하는 특허 문서에 종래 기술로 잘 설명되어 있다.

그와 같은 가압 원심 펌프는 흡수 개구부 및 전달 개구부를 구비하는 드럼 형성의 케이싱을 포함하고 있다. 이와 같은 경우에, 그의 일 측면에서 방사 형상으로 돌출된 블레이드를 구비하는 임펠러는 전달 개구부 방향의 흡수 개구부로부터 모여드는 형상의 가압 챔버의 일부에 해당하는 가압 표면과 마주하며, 그리고 블레이드 챔버로부터 유체의 누출을 방지하기 위하여 블레이드의 일 측면에 근접하여 형성된 가압 파티션 벽(wall)을 구비하는 가압 섹션과 역시 마주하고 있다. 흡수 개구부로부터 흡수되는 유체는 임펠러 및 가압 섹션을 포함하고 있는 펌프 챔버 내에서 가압되며, 전달 개구부로부터 전달된다.

특허 문서 1: 일본 공개 특허 공보 번호 2004-60470.

상기에 언급된 특허 문서 1에 설명된 가압 원심 펌프에 있어서, 블레이드 플레이트의 일 측면에서 돌출되고 그리고 보스(boss) 섹션으로부터 방사형으로 구성된 블레이드 각각은 전방 경사각(스크래핑 각도)을 구비하고 있다. 이와 같은 구성에 의하여, 다른 나머지 블레이드보다 앞서 형성되어 있는 블레이드의 외부 단부에 의하여 가압 챔버로부터 블레이드 챔버 내로 유체의 스크래핑이 일어나게 된다.

그러나, 전방 경사 각도를 구비하고 평탄하게 형성되는 블레이드들은 유체가 측면 방향으로 자유롭게 누출되도록 하면서, 블레이드 챔버 내로 스크랩된 유체를 가압하는 작용을 한다.

이와 같은 구성에 따라, 임펠러 측면과 가압 챔버 사이의 경계부에서 격렬한 난기류가 발생하는 문제점이 있다. 블레이드 플레이트는 블레이드 플레이트의 다른 측면에 형성된 평탄 블레이드 골(trough) 표면을 통하여 블레이드의 전방 표면과 그에 인접한 또 다른 블레이드의 후방 측면을 결합한다. 이에 따라, 블레이드의 전방 측면에서 스쿱(scooped)되어 블레이드 챔버 주변부에 소용돌이를 형성하는 유체에 의하여, 블레이드의 베이스(base)의 코너 부분에 난기류를 형성하여, 펌핑 효율을 저감시키는 문제점이 발생한다.

임펠러로부터 돌출된 각각의 블레이드는 블레이드 플레이트와 동일한 직경을 갖도록 구성된다. 따라서, 블레이드 플레이트의 외주면은 펌프 케이싱의 내주면에 근접하게 되어, 블레이드 플레이트의 후방 측면으로의 유체의 유출을 제어하기 위한 약 0.3mm의 유체 흐름 공간을 형성하게 되며, 블레이드의 끝단부(tips)들은 유체 제어 공간과 동일한 공간을 형성하게 된다.

상기와 같이 구성되는 펌프에 있어서, 유체가 약 0.3mm 크기 또는 그 보나 큰 크기의 이물질로 오염되었을 때, 이와 같은 이물질들은 블레이드를 따라 그 끝단부로 이동하며, 내주면과 강하게 충돌을 하거나 또는 유체 제어 공간 내에 갇히면서 이동하게 된다. 이와 같은 작용에 따라, 내주면 벽, 전달 개구부의 에지부, 블레이드 플레이트 등이 손상을 입을 수 있는 단점이 있다. 그리고 유체가 블레이드의 끝단부 및 내주면 벽 사이의 작은 공간 내에서 이동하기 때문에, 밀도 높은 공동화 현상(cavitation), 물 유출 또는 블레이드의 끝단부에서 발생하는 이와 유사한 현상들에 의하여 소음이 발생하며, 펌핑 효율이 저감되는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 가압 원심 펌프는 다음의 사항들로 특징 된다.

첫째로, 가압 원심 펌프는 흡수 개구부(2)와 전달 개구부(3)를 갖는 드럼 형상의 케이싱(4)과; 상기 케이싱(4) 내에 회전 가능하게 구비되는 임펠러(5)와; 상기 임펠러(5)는 보스 섹션(15)으로부터 방사형으로 베이스 플레이트(14)의 측면 표면으로 부터 돌출되는 복수개의 블레이드(12)를 구비하는 것을 특징으로 하며; 각각의 블레이드(12)는 회전 방향으로 후방으로 연장되는 소정의 각도를 가지며; 케이싱(4)의 내부 표면에는, 블레이드(12)와 마주하며 그리고 흡수 개구부(2)로부터 전달 개구부(3)의 방향으로 모아진 형상의 가압 챔버(24)의 일 부분인 가압 표면(27)과, 블레이드 챔버(16) 내의 유체가 유출되는 것을 방지하기 위하여 가압 파티션 벽(25)을 구비하고 그리고 블레이드(12)의 측면 표면에 근접하여 설치된 가압 섹션(22)이 설치되어 있으며, 펌프 챔버(9)가 설치되어 있으며, 상기 펌프 챔버의 내부에서 임펠러(9)가 가압 표면(27) 및 가압 섹션(22)과 마주하여 설치되어 있으며; 블레이드(12)의 끝단부들은 외부 원주면으로부터 블레이드 플레이트(14)의 중앙 위치의 방향으로 형성된 높이 차이(36)에 의하여 블레이드 플레이트(14)의 외부 원주면의 높이 보다 낮은 높이에 형성되어 있으며; 블레이드 플레이트(14)의 외주면은 블레이드의 후방 측면으로 향하여 유체의 이동을 제어하기 위한 유체 제어 공간(h)을 형성하기 위하여 케이싱(4)의 내주면 벽(11)에 인접하여 설치되어 있으며; 유체 내에서 이물질(X)의 통과를 개선 시키기 위한 유체 통과 공간(H)이 내주면 벽(11) 및 블레이드(12)의 끝단부 사이에 형성되어 있다.

둘째로, 두 개의 인접하는 블레이드(12) 사이에 소정의 간격으로 블레이드 플레이트(14)로부터 돌출된 블레이드(12)로 구성된 블레이드 챔버(16)는 각각 회전 방향으로 상류 방향을 향하여 굴곡져 돌출된 아크 형상의 블레이드 전방 표면(33)과; 블레이드 전방 표면(33)의 형상에 따라 형성된 굴곡 표면으로 구성된 블레이드 후방 표면(35)과; 블레이드(12)의 블레이드 전방 표면(33)과 그에 인접하는 또 다른 블레이드(12)의 블레이드 후방 표면(35)을 연결하기 위한 아크 형상의 블레이드 골(trough) 표면(37)을 구비하는 것을 특징으로 하며, 상기 블레이드 골 표면(37)은 블레이드 플레이트(14)의 방향으로 굴곡져 돌출되어 있다.

셋째로, 블레이드 챔버(16)의 골들은 바닥부로부터 그 끝단부의 방향으로 점점 깊어 지도록 형성되어 있다.

넷째로, 블레이드 챔버(16)의 골들은 그의 끝단부 전방에서 바닥부로부터 중간 포인트까지 점점 깊어 지도록 형성되며, 중간 포인트로부터 끝단부까지 일정한 깊이로 형성되는 있다.

다섯째로, 임펠러(5)의 측면 표면에 평행한 가압 가이드 표면(27b)이 흡수 개구부(2)로 연장 형성된 가압 표면(27)의 시작 포인트의 측면 상에 형성되어 있다.

상기에 설명된 본 발명에 따른 가압 원심 펌프는 다음과 같은 효과를 갖는다.

블레이드의 끝단부(tips)의 높이(level)가 외주면으로부터 내부 방향으로 소정의 높이 차이를 둠으로써 블레이드 플레이트의 외주면 보다 낮도록 만들어지기 때문에, 블레이드 플레이트의 외주면은 내주면 벽에 가능하면 근접하도록 구성된다. 따라서 유체 제어 공간으로부터 블레이드 후방 측면으로의 유체의 이동이 제어될 수 있으며, 이에 따라 펌핑 효율이 개선될 수 있다. 내주면 벽과 블레이드의 끝단부 사이에 형성된 유체 통과 공간에 따라, 유체에 포함되어 유체를 오염시키는 이물질(X)의 통과가 개선되어, 소음이 줄어드는 효과가 있다.

회전에 의하여 흡수 개구부로부터 공급된 유체는 블레이드 전방 표면의 형상을 따라 블레이드 챔버 내로 스쿠핑(scooping)되는 형상으로 유입된다. 가압 표면을 통하여 가압 챔버로부터 연속적으로 유입된 유체는 블레이드 전방 표면 및 블레이드 골(trough) 표면을 따라 가이드 되며, 이에 따라 유체를 전달 개구부로 이송하는데 있어 블레이드 챔버에 부드러운 소용돌이가 형성된다. 따라서 펌프 압력이 원심력에 의하여 증가할 수 있으며, 블레이드 및 유체의 킥(kicking) 작용이 현저히 감소하는 장점이 있다.

유체는 블레이드 전방 표면 및 블레이드 골 표면을 따라 바닥부로부터 블레이드 챔버의 끝단부로 가이드 되며, 이에 따라 난류 발생을 방지하면서, 일반적인 소용돌이가 형성되는 효과가 있다. 이에 따라 블레이드 챔버 내에서의 압력이 증가한다. 유체가 전달 개구부에 도착하여, 원심력 및 블레이드의 킥 작용에 의하여 그의 끝단부로부터 릴리즈(released)되면, 블레이드 챔버의 바닥부로부터 전달 개구부의 방향으로 흐르는 순환 흐름이 일반적인 방법에 따라 이루어진다. 따라서 유체는 전달 개구부로부터 효과적으로 전달될 수 있다.

블레이드 챔버 내에 형성된 골(troughs)들은 그의 끝단부 앞에서 바닥부로부터 중간부의 방향으로 점점 깊어 지도록 형성되며, 중간부로부터 끝단부까지 깊이가 일정하도록 만들어진다. 이와 같은 구성에 따라, 골 표면은 블레이드 챔버의 바닥 측면에 형성된 골의 깊이를 감소시키지 않고 전달 개구부에 대하여 경사지게 형성할 수 있는 장점이 있으며, 유체는 다른 문제없이 전달 개구부 방향으로 흐르도록 할 수 있다.

흡수 개구부로부터 공급된 유체는 가압 가이드 표면을 통하여 임펠러 방향으로 흐르게 되며, 유체는 흡수 작용이 시작하는 시점부터 임펠러를 따라 평행하게 가이드 된다. 따라서, 유체에 음압을 발생시키지 않고 임펠러에 의한 흡수에 따라 유체가 공급될 수 있기 때문에 펌핑 효율이 개선될 수 있는 장점이 있다.

도1은 본 발명에 따른 가압 원심 펌프의 부분 단면 좌측면도이다.
도2는 도1의 펌프 챔버의 구조를 도시하는 단면도이다.
도3은 전개된 방법으로 도1의 펌프 챔버의 구조를 도시하는 전개 단면도이다.
도4는 가압 케이싱의 구조를 도시하는 정면도이다.
도5는 도4의 라인 A-A를 따라 취한 단면도이다.
도6은 도4의 라인 B-B를 따라 취한 단면도이다.
도7은 임펠러의 부분 정면도이다.
도8은 도7의 임펠러의 구조를 도시하는 측면 단면도이다.
도9는 도7의 임펠러에서 블레이드와 블레이드 챔버의 형상을 도시하는 평면도이다.
도10은 도7의 라인 A-A를 따라 취한 단면도이다.
도11은 도7의 라인 B-B를 따라 취한 단면도이다.

본 발명에 따른 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도1, 도2 및 도4에서, 참조 번호 1은 가압 원심 펌프를 도시한다. 상기 펌프(1)는 흡수 개구부(2) 및 전달 개구부(3)를 구비하는 드럼 형상의 케이싱(4)과, 상기 케이싱(4) 내에 회전 가능하게 축방향으로 지지되는 임펠러(5)를 구비한다. 필요시에, 공기 또는 이와 유사한 것을 공급하기 위한 가스 공급 섹션(6)이 상기 케이싱(4) 내에 설치된다.

펌프(1)는 다음과 같이 작용한다. 임펠러(5)를 구비하는 펌프 축(7)의 일측면은 임펠러(5)를 도1의 화살표 방향으로 회전시키기 위하여 모터의 측면으로부터 구동된다. 따라서, 물, 오일 또는 이와 유사한 소정의 유체 및 공기, 다른 유형의 가스 또는 이와 유사한 것과 같은 소정의 가스 또는 약 또는 이와 유사한 것과 같은 파우더 등은 흡수 개구부(2)로부터 케이싱(4) 내의 펌프 챔버(9) 내로 흡수된다. 가스 또는 이와 유사한 것은 유체와 혼합되도록 교반되며, 그에 따라 얻어지는 혼합물은 가압되어, 전달 개구부(3)로부터 전달되도록 한다.

각 요소의 구조, 기능 및 기타 내용들을 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 실시예에 있어서, 유체는 물이며, 혼합되는 가스를 공기이다. 한 예로서 도면에 도시된 케이싱(4)은 좌우 한 쌍의 케이싱으로 흡수 개구부(2)를 갖는 가압 케이싱(4a) 및 전달 개구부(3)를 갖는 임펠러 케이싱(4b)을 구비한다. 가압 케이싱(4a) 및 임펠러 케이싱(4b)은 서로에 대하여 별도로 결합되어, 공기 밀봉 형태의 펌프 챔버(9)를 구성하게 된다.

임펠러 케이싱(4b)은 그릇 형상으로 만들어지며, 임펠러(5) 및 뒤에 설명될 가압 케이싱(4a)의 가압 섹션(22)은 임펠러 케이싱(4b) 내에 수용 또는 그에 결합된다. 임펠러 케이싱(4b)의 원통형 내부면 벽(11)에는, 임펠러(5)의 측면으로부터 돌출된 복수개의 블레이드(12)를 커버링하는 소정 길이를 갖는 전달 개구부(3)가 블레이드의 폭과 마주하는 전달 위치에 형성되어 있다. 전달 개구부(3)에는, 유체의 전달 방향으로 향하여 굴곡져 돌출된 전달 파이프(13)가 일체로 연결되어 있다.

임펠러 케이싱(4b)은 펌프 챔버(9)의 중심 위치에서 펌프 축(7)을 축방향으로 지지하기 위하여 내주면 벽(11)의 또 다른 부분에 일체형 지지 섹션을 구비하고 있다.

펌프 축(7)은 돌출된 복수개의 블레이드(12)를 갖는 임펠러(5)를 부착 나사 및 너트 등을 이용하여 펌프 챔버(9) 내의 축의 일단부에 부착 고정한다. 여기서 임펠러(5)는 블레이드(12)가 돌출되어 있는 측면과는 다른 블레이드 플레이트(14)의 측면 표면이 임펠러 케이싱(4b)의 측면 벽에 근접하도록, 그리고 블레이드(12)가 뒤에 설명될 유체 통과 공간(H)에 의하여 내주면 벽(11)으로부터 떨어져 있도록, 설치된다.

도2에 도시된 바와 같이. 임펠러(5)는 펌프 축(7)에 대하여 부착 섹션으로 작용하는 일체형 원통 형상의 보스(boss) 섹션(15)을 구비한다. 상기 보스 섹션(15)은 블레이드의 측면 벽 역할을 하며 디스크 형상의 블레이드 플레이트(14)의 중앙부로부터 연장 형성되어 있다. 보스 섹션(15)의 측면 단부 및 임펠러(15) 내의 블레이드(12)의 측면 단부는 서로에 대하여 플러시(flush) 상태로 설치된다. 이에 따라 임펠러(5)가 임펠러 케이싱(4b)에 부착되면, 보스 섹션(15)의 단부 표면은 가압 케이싱(4a)의 중앙 섹션에 형성되어 있으며, 뒤에 설명될 평탄 가압 파티션 벽(25)(도4 참조)의 단부 표면에 근접하여 설치된다.

이와 같은 구성에 따라, 임펠러(15)에 있어서, 블레이드(12)는 근접하는 두 개의 블레이드(12) 사이에 소정의 간격을 유지하면서 보스 섹션(15)으로부터 방사 형상으로 블레이트 플레이트(14) 상에 돌출되어 있다. 각각의 근접하는 블레이드(12), 블레이드 플레이트(2) 및 보스 섹션(15)에 의하여 구성되는 공간은 유체를 수용하기 위한 블레이드 챔버(16)(도3 참조)로 작용한다. 도7 내지 도11에 도시된 바와 같이 뒤에 설명될 블레이드(12)를 갖는 블레이드 챔버(16)는 펌핑 효율을 개선하는 작용을 한다. 도2 내지 도6를 참조하여, 가압 케이싱(4a)를 설명하면 다음과 같다. 가압 케이싱(4a)은 흡수 파이프(19) 및 가압 섹션(22)을 구비하는 케이싱 뚜껑(21)을 일체로 구비하고 있다. 가압 섹션(22)은 블레이드(5)를 갖는 임펠러 케이싱(4b)의 내주면 벽(11)의 개구부 내로 삽입되며, 가압 케이싱(4a) 및 임펠러 케이싱(4b)은 볼트에 의하여 서로에 결합된다. 케이싱(4)은 닫힌 상태로 될 수 있다. 이와 같은 구성에 따라, 흡수 개구부(2)로부터 스쿠핑(scooping)된 유체를 가압하고, 임펠러(5)에 의하여 전달 개구부(3)으로부터의 유체를 전달하기 위한 펌프 챔버(가압 챔버)(9)는 가압 섹션(22) 및 임펠러(5) 사이에 형성되어 있다.

도3에 도시된 바와 같이, 펌프 챔버(9)는 유체의 흡수를 가능하게 하기 위한 흡수 챔버(23)과, 유체를 가압하기 위한 그와 연결된 가압 챔버(24)를 구비하고 있다. 가압 챔버(24)의 단부 및 흡수 개부구(2) 사이에는, 가압 파티션 벽(25)이 블레이드 챔버(16)로부터의 유체의 유출을 제어하기 위하여 복수개의 블레이드(12)의 측면 표면에 근접하여 형성되어 있다. 가압 파티션 벽(25)은 평탄하며, 중앙 파티션 벽(26)과 플러시(flush) 상태로 되어 있다.

이와 같은 구성에 따라, 흡수 챔버(23), 가압 챔버(24) 및 가압 파티션 벽(25)은 임펠러(5)의 보스 섹션의 단부 표면과 마주하는 중앙 파티션 벽(26) 주위에 연속으로 형성되어 있다.

가압 챔버(24)가 흡수 챔버(23)의 측면으로부터 블레이드(12)에 접근할 수 있도록, 흡수 개구부(2)로부터 가압 파티션 벽(25)의 방향으로 조금 경사져 형성된 가압 표면(27)이 가압 챔버(24) 까지 형성(converge)되어 있다. 이와 같은 구성에 따라, 흡수 개구부(2)로부터 펌프 챔버(9) 내로 흡수된 유체는 임펠러(5)의 회전에 의하여 스크랩(scrap)된 상태로 그리고 블레이드 챔버(16) 내에 순차적으로 유지된 상태로 길이가 긴 통로인 가압 챔버(24)를 통과하면서, 복수개의 블레이드(12)에 의하여 점점 가압된다.

가압 표면(27)은 가압 파티션 벽(25)의 출발 포인트에 해당하는 가압 단부 포인트(29)까지 형성되어 있다. 흡수 챔버(23)로부터 하루보 이동하는 유체는 가압되어, 경사 가압 표면(27)을 따라 블레이드 챔버(16) 내로 가이드된다. 가압 표면(27)에 따라, 유체는 펌프 챔버(9) 내에서 급격한 압력 변화 없이 가압될 수 있으며, 그리고 가압 단부 포인트(29)에서 가능한 가장 높은 압력을 가지면서 전달 개구부(3)으로부터 효율적으로 빠져나오게 된다.

도3 내지 도6에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 있어서, 가압 표면(27)은 해당하는 블레이드 챔버(16)의 방향으로 가압된 유체의 방향을 변경시키기 위하여 계단 형상의 방향 전환 가압 표면(31)을 구비하고 있다. 방향 전환 가압 표면(31)은 가압 단부 포인트(29)에 대하여 상류 방향이며 전달 개부부(3)의 시작 포인트에 해당하는 위치에 인접한 곳에 설치되어 있다. 따라서, 제2 가압 표면(27a)은 방향 전환 가압 표면(31) 및 가압 단부 포인트(29) 사이에 형성되어 있다.

바람직하게는 반향 변환 표면(31)은 가압 단부 포인트(29)에 대하여 상류에 해당하는 그리고 전달 개구부(3)의 시작 포인트에 대하여는 하류에 해당하는 위치에 근접한 부분부터 형성되어 있다. 가압 챔버(24) 내에서 유체의 방향은 해당하는 블레이드 챔버(16)를 경유하여 전달 개구부(3) 방향으로 바로 제2 가압 표면(27a) 앞에서 변경된다. 따라서 유체의 가압이 촉진되며, 그렇지 않으면 유체 전달에 따라 발생할 수도 있는 압력 감소가 전달 챔버(3)에 해당하는 펌프 챔버(9)의 위치에서 방지될 수 있다.

이와 같은 구조에 따라, 유체는 격렬한 소용돌이를 만들기 위하여 가압 표면(27)을 따라 순차적으로 가압되면서, 모아진(converged) 형상을 갖는 가압 챔버(24) 내에서 블레이드(12)에 의하여 교반된다. 펌프가 공기를 유체와 혼합하기 위하여 사용되는 경우, 혼합된 공기의 공기 방울들은 가압된 소용돌이 내에서 크기가 줄어들게 된다. 하류로 이동하는 유체 및 공기 방울들의 진행 방향은 큰 접촉 저항 없이도 방향 전환 가압 표면(31)의 형상에 의하여 블레이드 챔버(16)의 내부 방향으로 가압 표면(27)의 중앙부에서 전환된다. 공기 방울들 역시 가압되고, 빠르게 방출된다. 공기 또는 이와 유사한 것을 펌프 챔버(9)로 공급하기 위하여, 공기는 종래 기술의 장치와 동일한 구조를 갖는 가스 공급 장치(6)을 이용하여 흡수 개구부(2) 내에서 액체와 혼합된다.

도3에 쇄선으로 표시된 바와 같이, 본 실시예에서 펌프(1)의 흡수 챔버(23)는 흡수 개구부(2)로 연속하여 형성되어 있는 가압 표면(27)의 시작 포인트의 측면 상에서, 임펠러(5)의 측면 표면에 평행한 가압 가이드 표면(27b)을 형성한다. 이와 같은 구성에 따라, 뒤에 설명될 블레이드 챔버(16)의 형상 개선에 의한 흡수 능력에 따라, 흡수 개구부(2)로부터 공급된 유체의 공급은 흡수 챔버(23) 내에서 유체에 음압을 만들지 않고 이루어진다. 따라서 흡수 능력이 개선될 수 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 도3에 실선으로 그려진 가압 표면(27)의 시작 포인트로부터 형성된 기존 형상의 경사 표면과 다르게, 가압 가이드 표면(27b)은 평평하게 형성되고, 그리고 가압 가이드 표면(27b)이 흡수 개구부(2)의 단부까지 돌출되어 있는 코너부에서 굴곡 형성된 이후에 임펠러(5)의 블레이드(12)의 측면 표면에 평행하게 연장된다. 가압 가이드 표면(27b)은 가압 표면(27)의 경사 표면까지 연장 형성되어 있다.

이와 같은 구성에 따라, 펌프(1)는 흡수 개구부(2)로부터 공급된 유체가 가압 가이드 표면(27b)의 시작 코너부에 의하여 임펠러(5)의 방향으로 강하게 흐르도록 하며, 유체의 흡수 작용의 시작 시점부터 유체를 임펠러(5)의 방향으로 가압 가이드 표면(27b)의 도움에 따라 가이드할 수 있다. 임펠러(5)에 의한 흡수에 따라 공급된 유체가 흡수 챔버(23)의 시작 포인트에서 음압을 갖는 것을 방지할 수 있다. 따라서 펌핑 효율이 종래 기술보다 높을 수 있으며, 공동화 현상이 방지될 수 있다. 따라서 펌프가 보다 조용해 질 수 있다.

임펠러 케이싱(4b) 내의 전달 개구부(3)는 가압 챔버(24)의 단부 측면에서 제2 가압 표면(27a) 및 가압 파티션 벽(25)와 마주하는 위치에서 블레이드의 폭에 따른 길이 방향의 형상을 갖기 위하여 내주면 벽(11)에 형성되어 있다. 길이 방향의 전달 개구부(3)의 중앙부에는, 소정의 가이드 각도를 갖는 플레이트 형상의 가이드 부재(32)가 유체를 가이드 및 전달하기 위하여 설치되어 있다.

임펠러(5) 내의 블레이드(12) 및 블레이드 챔버(16)의 구조를 설명하면 다음과 같다. 도1, 도7 및 도8에 도시된 바와 같이, 블레이드(12)는 회전 방향에서 상류 방향(이하에서는 "상류"라 칭함)으로 보스 섹션(15)으로부터 방사형으로 디스크 형상의 블레이드 플레이트(14)의 일측면으로부터 돌출되어 있다. 전방에서 보면, 블레이드는 중앙부에서 약간 굽어 후방으로 경사져 있다.

블레이드의 형상에 따라, 임펠러(5)는 회전하면서 흡수 개구부(2)로부터 유입된 유체를 스크랩(scrapes)하게 되고, 블레이드 챔버(16) 내에 유체를 머물게 한다. 전달 개구부(3)와 마주하게 되면, 각각의 블레이드(12)는 후방으로 경사진 블레이드의 형상에 의하여 유체 쪽으로 원심력을 제공하며, 이에 따라 킥(kicking)하는 것과 같이 유체를 빠져나가게 하면서 블레이드 챔버(16)를 형성하게 된다. 이에 따라 원심력 방향의 유체 압력이 증가하게 된다.

도7 및 도8에 도시된 바와 같이, 임펠러(5)에 있어서, 각각의 블레이드(12)의 끝단부의 회전 트랙(track)의 직경은 블레이드 플레이트(14)의 직경보다 적으며, 이에 따라 블레이드(12) 및 내주면 벽(11) 사이의 공간을 블레이드 플레이트(14) 및 내주면 벽(11) 사이의 공간 크기와 다르게 만든다. 두 개의 인접하는 블레이드(12) 사이의 블레이드 챔버(16)는 평면으로 보았을 때 원형 또는 타원형으로 이루어진다. 이와 같은 구성에 따라, 펌핑 효율이 개선되고, 노이즈가 줄어들며, 블레이드의 내구성이 개선되는 장점이 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 펌프(1)의 각 블레이드(12)는 다음과 같은 크기를 갖는다. 예를 들면, 약 3mm의 끝단부 두께를 갖는 12개의 블레이드(12)가 직경 55mm를 갖는 보스 섹션(15) 및 외부 직경 125mm를 갖는 블레이드 플레이트(14) 상에서 동일한 간격으로 돌출된다면, 각각의 인접하는 블레이드(12)의 베이스(base) 섹션 사이의 간격은 약 10mm가 된다. 블레이드의 베이스 섹션의 측면에서의 굴곡은, 각각의 인접하는 블레이드(12)의 베이스 섹션 사이의 간격이 너무 적어지지 않도록 조정되며, 이에 따라 각각의 블레이드 챔버(16)의 유체 수용 부피가 증가하게 되어 유체가 베이스 섹션으로 유입되는 것을 방지하게 된다.

도9에 도시된 바와 같이, 각각의 블레이드(12)는 아크 형상의 블레이드 전방 표면(33)으로부터 평행하게 구성되는 가압 파티션 벽(25)까지 형성되는 평탄 표면(5a)과, 블레이드의 외부 단부의 두께 범위 내에서 블레이드 후방 표면(35)까지 형성되는 챔버 형상의 경사 표면(5b)을 구비한다. 블레이드(12)의 두께가 약 3mm이면, 평탄 표면(5a)은 바람직하게는 약 1mm의 폭을 가지며 이에 따라 경사 표면(5b)을 형성하게 된다. 경사 표면(5b)은 블레이드 전방 표면(33)의 구조에 따라 형성되는 블레이드 후방 표면(35)을 굴곡시켜 형성될 수도 있다. 필요 시, 블레이드(12)는 티타늄 또는 이와 유사한 것을 마모 방지 재료 또는 표면 연성처리 재료를 이용하여 표면 처리될 수 있다.

펌프(1)의 임펠러(5)에 있어서, 각 블레이드(12)의 끝단부의 높이는 외부 원주면으로부터 블레이드 플레이트(14)의 중앙 위치 방향으로 높이 차이(36)를 제공하여 블레이드 플레이트(14)의 외부 원주면의 높이보다 낮다. 상기와 같은 구조를 채용하면, 블레이드의 끝단부의 회전 직경을 블레이드 플레이트(14)의 직경보다 약 7mm 만큼 작게 할 수 있다. 펌프가 깨끗한(정상) 물 용도로 사용되는 경우에 있어서, 블레이드 플레이트(14)의 원통형 내주면 벽(11) 및 외주면에 의하여 형성된 유체 제어 간격(h)이 약 0.5mm인 경우에 있어서, 내주면 벽(11) 및 블레이드 끝단부(12)에 의하여 형성된 유체 통로 공간(H)은 약 0.35mm로 설정된다.

상기의 높이 차이(36)에 따라, 펌프(1)는 블레이드(12)의 끝단부 및 내주면 벽(11) 사이의 유체 통과 공간(H)을 형성하고, 블레이드 플레이트(14)의 외주면은 가능한 내주면 벽(1)에 인접하게 된다. 이에 따라 펌프 챔버(9) 내의 압력에 의하여 만들어진 유체 제어 공간(h)으로부터의 유체의 유출이 제어될 수 있으며, 압력 손실이 방지된다.

모래 또는 이와 유사한 것과 같은 미네말, 유기물질 또는 이와 유사한 것들과 같은, 혼합되어 유체를 오염시키는 약 0.3mm 직경의 작은 입자 파우더(이물질 X)들이 유체 제어 공간(h) 보다 큰 유체 통과 공간(H)을 통하여 쉽게 통과하게 된다.

이에 따라 이물질(X)이 내주면 벽(11)에 심하게 충돌하고 또는 갇히는 또는 블레이드의 끝단부 및 전달 개구부(3)의 에지부 사이에 갇혀 회전하게는 종래 기술의 문제점들이 해결된다. 이와 같은 구성에 따라, 임펠러(5)는 유체 통과 공간(H)을 통하여 펌프 챔버(9) 내에서 이물질(X)들을 부드럽게 통과시킬 수 있으며, 내주면 벽(11), 블레이드(12) 또는 이와 유사한 것들이 손상을 입지 않고도 전달 개구부(3)로부터의 이물질(X)을 배출할 수 있다. 유체 통과 공간(H)은 이물질(X)이 통과할 정도의 크기를 갖는다. 따라서 펌핑 효율이 현저히 떨어지지 않은 특징을 제공하게 된다. 그러한 특징이 있는 점에 있어서, 높이 차이(36)는 엄밀한 의미에서 "높이 차이"가 될 필요는 없다.

고속으로 회전 가능한 블레이드(12)의 끝단부의 높이를 낮추기 위하여 높이 차이(36)에 의하여 형성되는 유체 통과 공간(H)에 따라, 많은 양의 유체가 수용될 수 있으며, 그리고 임펠러의 원주면을 통하여 부드럽게 흐를 수 있으며, 전달 개구부(3)로부터 전달될 수 있다.

이러한 점에 있어서, 블레이드의 끝단부 및 내주면 벽(11) 사이에 발생할 수 있는 공동화 현상이 방지되고, 유체는 블레이드의 끝단부 및 내주면 벽(11) 사이의 큰 공간 내로 이동하게 된다. 따라서 블레이드 끝단부에서의 배출되는 물의 소음을 줄일 수 있다.

만약 펌프가 유체 뿐만 아니라 정상적인 물과 같은 유체와 함께 큰 크기의 입자 이물질(X)을 펌핑하는 경우에 있어서, 유체 통과 공간(H)은 이물질(X)의 크기에 해당하는 크기를 갖는다. 도7 내지 도11를 참조하여 본 실시예에 있어서, 블레이드(12) 및 블레이드 챔버(16)를 설명하면 다음과 같다.

블레이드 플레이트(14)로부터 돌출되고 그리고 소정의 블레이드 피치와 소정의 블레이드 폭을 갖는 블레이드(12) 각각은 회전 방향으로 그리고 상류 방향으로 굴곡져 돌출된 아크 형상의 블레이드 전방 표면(33)과, 블레이드 전방 표면(33)의 형상에 따라 굴곡진 표면으로 형성된 블레이드 후방 표면(35)을 구비한다. 임펠러(5)는 두 개의 인접하는 블레이드(12)의 블레이드 전방 표면(33) 및 블레이드 후방 표면(35)을 부드럽게 연결하는 아크 형상의 블레이드 골 표면(37)을 구비하고 있으며, 굴곡 형성되어 블레이드 플레이트(14) 방향으로 돌출되어 있다.

서로 연속하여 형성되는 블레이드 전방 표면(33), 후방 전방 표면(35) 및 블레이드 골 표면(37)으로 각각 구성되는 블레이드 챔버(16)는 다음과 같은 구성을 갖는다. 블레이드(2)의 폭(돌출 길이)은 전달 개구부(3)의 길이와 동일한 블레이드 끝단부의 폭으로부터 블레이드 챔버(16)의 바닥부 방향으로 점점 짧게 형성된다. 따라서, 블레이드 챔버(16)의 골(troughs)들은 그 바닥부로부터 그 끝단부 방향으로 점점 깊어 지도록 구성된다. 도9, 도10 및 도11에 도시된 바와 같이, 블레이드 챔버(16)는 소정의 위치에서 그 단면이 유사하도록 형성된다.

상기와 같은 구조를 갖는 임펠러(5)는 임펠러(5)의 회전에 의하여 흡수 개구부(2)로부터 공급된 유체를 스쿠핑과 같은 방법으로 블레이드 전방 표면(3)의 형상에 따라 블레이드 챔버(16) 내로 유입시킨다. 가압 표면(27)을 통한 가압 챔버(24)로부터 순서적으로 유입된 유체에 의하여, 도9의 화살표에 표시된 바와 같이, 난류 발생을 방지하면서, 순서적인 방법 및 가속도 방법으로 블레이드 전방 표면(33) 및 블레이드 골 표면(37)을 따라 블레이드 챔버의 단면의 중앙 위치 주위에 소용돌이가 형성될 수 있다. 따라서 블레이드 챔버 내의 압력이 증가할 수 있다.

각 블레이드 챔버(16)의 골은 그의 바닥부로부터 그 끝단부의 방향으로 점점 깊어 지도록 형성된다. 따라서 블레이드 챔버(16) 내에서 가압된 유체는 전달 개구부(3)에 이르게 되고, 블레이드(12)의 원심력 및 킥 작용에 의하여 그 끝단부를 통하여 릴리즈된다. 순서적인 방법에 따라 블레이드 챔버(16)의 바닥부로부터 전달 개구부(3) 방향으로 진행되는 순환 흐름이 형성될 수 있다. 따라서 유체는 그의 가압 에너지가 증가하면서, 전달 개구부(3)로부터 강하게 그리고 부드럽게 전달된다.

상기에 기술한 바와 같이 형성된 블레이드(12)는 얇고 뾰족한 외부 끝단부 대신에 평평한 표면(5a)에 의하여 두꺼운 외부 끝단부를 갖게 된다. 블레이드(12)의 베이스 섹션은 블레이드 골 표면(37)의 굴곡에 의하여 두껍게 형성된다. 블레이드(12)는 강하고, 내구성이 좋아서, 가압 파티션 벽(25)에 인접하여 설치된다. 블레이드(12)의 외부 끝단부는 가압 파티션 벽(25) 인접한 곳에 설치된다. 이에 따라 블레이드(12) 및 가압 파티션 벽(25) 사이를 통한 유체, 공기 방울 및 이와 유사한 것들의 유출이 방지된다. 비록 적은 양이라 할지라도 상기 공간을 통하여 강하에 유출되는 유체는 그 다음 블레이드 챔버(16) 내로 흘러들어가며, 경사 표면(5b) 및 블레이드 후방 표면(35)을 따라 소용돌이를 형성하면서 블레이드 전방 표면(33)에 의하여 스쿱(scooped)된다. 따라서 난류를 많이 발생시키지 않고도 가압을 수행할 수 있다.

도9에 실선으로 표시되 바와 같이, 블레이드 후방 표면(35) 및 블레이드 전방 표면(33)은 쇄선으로 표시된 곡선보다 큰 곡선으로 연속하여 형성된다. 이와 같은 경우에 있어서, 높이 차이(36)는 블레이드 챔버(16)의 골로부터 연장 형성되는 접선 상에 형성된다.

도8에 도시된 바와 같이, 골 표면은 바닥부로부터 블레이드 챔버(16)의 끝단부 방향으로 경사 형성된 구성에 한정되지 않는다. 골 표면은 길이 방향으로 골의 약 반 정도의 위치로부터 전달 개구부(3)(쇄선 37을 참조)까지의 비경사 부분을 포함한다.

이러한 경우에 있어서, 임펠러 케이싱(4b)의 소정 위치에 형성된 전달 개구부(3)의 크기와는 상관없이, 골 표면은 블레이드 챔버(16)의 바닥 면 상에 형성된 골의 깊이를 감소시키지 않고 경사로 형성될 수 있다. 따라서 유체는 문제없이 전달 개구부(3) 방향으로 진행시킬 수 있다. 상기와 같은 블레이드 챔버(16)는 펌프(1)의 사용에 따라 선택될 수 있다. 이와 같은 구성에 의하여, 블레이드 챔버(16)는 다양한 형태의 펌프 구성에 쉽게 적용될 수 있는 장점이 있다.

상기와 같이 구성된 펌프(1)는 다음과 같이 작용한다. 임펠러(5)가 회전하기 위하여 구동되면, 각각의 블레이드(12)는 스크랩을 하여, 유체를 흡수 부재(23)를 경유하여 흡수 개구부(2)로부터 블레이드 챔버(16) 내로 흡수하게 되며, 각각의 블레이드 챔버(16) 내에 수용된 유체는 전달 개구부(3)에 도착하기 위하여 펌프 챔버(9) 내에서 주위로 전달되며, 그리고 전달 파이프(13)로부터 전달된다.

임펠러(5)의 각각의 블레이드(12)의 끝단부의 높이는 외주면으로부터 내부 방향으로 형성된 높이 차(36)에 의하여 블레이드 플레이트(14)의 외주면의 높이 보다 낮게 된다. 따라서 유체를 오염시키는 이물질(X)은 내주면 벽(11) 및 블레이드(12)의 끝단부 사이의 큰 유체 통과 공간(H)을 통하여 통과하고, 원주면 방향으로 이탈하게 된다. 따라서 이물질(X)의 내주면 벽(11)으로의 충돌이 완화될 수 있다. 블레이드(12)의 끝단부들은 이물질(X)을 모으면서 이동하는 것이 방지된다. 따라서 펌프의 내구성의 좋아지며, 블레이드 끝단부에서 발생하는 공동화 현상, 물 유출 소음 및 이와 유사한 현상들이 유체 통과 공간(H)에 의하여 방지될 수 있는 장점이 있다.

임펠러(5)에 의하여 유체 제어 공간(h)은 유체 통과 공간(H)을 확보하면서도, 허용 가능한 공정 정밀도의 한계까지 줄일 수 있다. 이와 같은 구성에 따라, 가압 챔버(24) 내의 유체 압력이 증가하는 곳에서도, 블레이드 플레이트(14)의 후방 측면으로의 유체 이동이 제어될 수 있으며, 펌핑 효율이 개선될 수 있다.

이점에 있어서, 소정의 이용에 따라 가압 챔버(24) 내에서 유체가 혼합된 공기는 블레이드(12)에 의하여 작은 방울들을 만들면서 그리고 유체 통과 공간(H) 내에서 균일하게 분산되면서, 가압 표면(27)을 따라 가압된다. 공기 방울들은 가압 파티션 벽(25)에 이르게 되고, 블레이드(12)의 회전에 의한 미는 힘 및 원심력을 공급 받으면서, 전달 개구부(3)로부터 최고의 가압 상태로 부드럽게 전달된다.

이와 같은 구성에 따라, 공기와 혼합된 유체를 이용한 세척, 폭기(aeration) 작용을 통한 물 세척 및 이와 유사한 것을 포함하는 다양한 공정이 높은 성능으로 실시될 수 있다. 펌프(1) 내에서 혼합되는 가스는 공기에 한정되지 않고, 다양한 유형의 가스 또는 파우더가 사용될 수도 있다. 액체약, 소화기 액체, 비료 액체 또는 이와 유사한 것들과 같은 소정의 액체가 사용될 수도 있다. 따라서 편의성이 증가하며, 펌프 이용을 확대할 수 있는 장점이 있다.

1: 펌프(가압 원심 펌프)
2: 흡수 개구부
3: 전달 개구부
4: 케이싱
4a: 가압 케이싱
4b: 임펠러 케이싱
5: 임펠러
11: 내주면 벽
14: 블레이드 플레이트
15: 보스(boss) 섹션
12: 블레이드
24: 가압 챔버
27: 가압 표면
16: 블레이드 챔버
22: 가압 섹션
33: 블레이드 전방 표면
35: 블레이드 후방 표면
36: 높이(level) 차이
37: 블레이드 골(trough) 표면
H: 유체 통과 공간
h: 유체 제어 공간
X: 이물질
27b: 가압 가이드 표면

Claims

가압 원심 펌프는,
흡수 개구부(2)와 전달 개구부(3)를 갖는 드럼 형상의 케이싱(4)과;
상기 케이싱(4) 내에 회전 가능하게 구비되는 임펠러(5)와;
상기 임펠러(5)는 보스 섹션(15)으로부터 방사형으로 베이스 플레이트(14)의 측면 표면으로 부터 돌출되는 복수개의 블레이드(12)를 구비하는 것을 특징으로 하며;
각각의 블레이드(12)는 회전 방향으로 후방으로 연장되는 소정의 각도를 가지며;
케이싱(4)의 내부 표면에는, 블레이드(12)와 마주하며 그리고 흡수 개구부(2)로부터 전달 개구부(3)의 방향으로 모아진 형상의 가압 챔버(24)의 일 부분인 가압 표면(27)과, 블레이드 챔버(16) 내의 유체가 유출되는 것을 방지하기 위하여 가압 파티션 벽(25)을 구비하고 그리고 블레이드(12)의 측면 표면에 근접하여 설치된 가압 섹션(22)이 설치되어 있으며,
펌프 챔버(9)가 설치되어 있으며, 상기 펌프 챔버의 내부에서 임펠러(9)가 가압 표면(27) 및 가압 섹션(22)과 마주하여 설치되어 있으며;
블레이드(12)의 끝단부들은 외부 원주면으로부터 블레이드 플레이트(14)의 중앙 위치의 방향으로 형성된 높이 차이(36)에 의하여 블레이드 플레이트(14)의 외부 원주면의 높이 보다 낮은 높이에 형성되어 있으며;
블레이드 플레이트(14)의 외주면은 블레이드의 후방 측면으로 향하여 유체의 이동을 제어하기 위한 유체 제어 공간(h)을 형성하기 위하여 케이싱(4)의 내주면 벽(11)에 인접하여 설치되어 있으며;
유체 내에서 이물질(X)의 통과를 개선 시키기 위한 유체 통과 공간(H)이 내주면 벽(11) 및 블레이드(12)의 끝단부 사이에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가압 원심 펌프.
제1항에 있어서, 두 개의 인접하는 블레이드(12) 사이에 소정의 간격으로 블레이드 플레이트(14)로부터 돌출된 블레이드(12)로 구성된 블레이드 챔버(16)는 각각;
회전 방향으로 상류 방향을 향하여 굴곡져 돌출된 아크 형상의 블레이드 전방 표면(33)과;
블레이드 전방 표면(33)의 형상에 따라 형성된 굴곡 표면으로 구성된 블레이드 후방 표면(35)과;
블레이드(12)의 블레이드 전방 표면(33)과 그에 인접하는 또 다른 블레이드(12)의 블레이드 후방 표면(35)을 연결하기 위한 아크 형상의 블레이드 골(trough) 표면(37)을 구비하는 것을 특징으로 하며, 상기 블레이드 골 표면(37)은 블레이드 플레이트(14)의 방향으로 굴곡져 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 가압 원심 펌프.
제1항에 있어서, 블레이드 챔버(16)의 골들은 바닥부로부터 그 끝단부의 방향으로 점점 깊어 지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 가압 원심 펌프.
제1항 또는 제2항에 있어서, 블레이드 챔버(16)의 골들은 그의 끝단부 전방에서 바닥부로부터 중간 포인트까지 점점 깊어 지도록 형성되며, 중간 포인트로부터 끝단부까지 일정한 깊이로 형성되는 것을 특징으로 하는 가압 원심 펌프.
제1항 또는 제2항에 있어서, 임펠러(5)의 측면 표면에 평행한 가압 가이드 표면(27b)이 흡수 개구부(2)로 연장 형성된 가압 표면(27)의 시작 포인트의 측면 상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가압 원심 펌프.