KR20110127163A - 펌핑 매체를 이용한 회전 기계용 트러스트 베어링을 윤활하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

펌핑 매체를 이용한 회전 기계용 트러스트 베어링을 윤활하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

유체 장치 및 그러한 유체 장치 작동 방법은 펌프 임펠러 챔버(23), 펌프 유입구(30) 및 펌프 배출구(32)를 구비하는 펌프 부분(16), 그리고 터빈 임펠러 챔버(41), 터빈 유입구(42) 및 터빈 배출구(44)를 가지는 터빈 부분(18)를 포함한다. 샤프트(20)가 펌프 임펠러 챔버와 터빈 임펠러 챔버 사이에서 연장한다. 상기 샤프트는 관통하는 샤프트 통로(70)를 구비한다. 터빈 임펠러(40)가 임펠러 챔버 내에 배치된 샤프트의 임펠러 단부에 커플링된다. 터빈 임펠러가 날개(76 A-D)를 구비하며, 그러한 날개들 중 적어도 하나가 관통 날개 통로(74)를 포함한다. 트러스트 베어링(54)이 상기 날개 통로와 유체 소통한다.

Description

펌핑 매체를 이용한 회전 기계용 트러스트 베어링을 윤활하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR LUBRICATING A THRUST BEARING FOR A ROTATING MACHINE USING PUMPAGE}
관련 출원의 전후 참조
본원은 2009년 2월 6일자로 출원된 미국 가출원 제61/150,342호 및 2010년 2월 1일자로 출원된 미국 실용신안등록출원 제12/697,549호에 대한 우선권을 주장한다. 상기 출원들의 개시 내용을 본원에 편입시켜 참조하기로 한다.
본원 발명은 전체적으로 펌프에 관한 것이고, 보다 구체적으로, 정상 작동에 적합한, 그러나 시동, 차단 및 부조화(upset) 상태에서도 유용한, 유체 장치 내에서 축 방향 트러스트 힘 보상을 위한 트러스트 베어링 윤활에 관한 것이다.
이러한 항목에서의 기재 내용은 단지 본원 발명과 관련한 배경 정보를 제공하기 위한 것이고 그리고 종래 기술을 구성하지는 않을 것이다.
회전 유체 장치는 많은 프로세스를 위한 다양한 용도에서 이용된다. 회전 유체 장치를 위한 윤활이 중요하다. 여러 가지 타입의 유체 장치가 펌핑 매체(pumpage)에 의해서 윤활되는 트러스트 베어링을 이용한다. 적절한 윤활을 위해서는 적절한 펌핑 매체의 유동이 공급되어야 할 것이다. 유체 장치들은 다양한 조건하에서 사용된다. 정상 작동 조건 중에, 윤활은 상대적으로 용이할 것이다. 그러나, 다양한 전환 조건들 하에서, 예를 들어 시동 조건, 차단 조건 및 부조화 조건 중에, 예를 들어 장치를 통한 공기의 통과 중에, 윤활이 이루어지지 않을 수 있고 그에 따라 유체 장치가 손상될 수 있을 것이다. 펌프에서의 공기 포획(entrainment) 또는 파편들이 부조화 조건을 유발할 수 있을 것이다.
도 1을 참조하면, 유압 부스터(HPB)(10)가 유체 장치의 하나의 타입이다. 유압 부스터(10)는 프로세스 챔버(14)를 또한 포함하는 전체 프로세싱 시스템(12)의 일부이다. 유압 부스터는 펌프 부분(16) 및 터빈 부분(18)을 포함할 것이다. 공통 샤프트(20)가 펌프 부분(16)과 터빈 부분(18) 사이에서 연장한다. 유압 부스터(10)는 자유롭게 작동(free-running)할 것이고, 이는 그것이 터빈에 의해서만 에너지화되고 그리고 임의 속도로 작동할 것임을 의미하며, 그러한 임의 속도에서는 터빈 출력 토르크와 펌프 입력 토르크 사이에 평형이 존재한다. 회전자 또는 샤프트(20)가 또한 전기 모터에 연결되어 소정 회전 비율을 제공할 수 있을 것이다.
유압 부스터(10)를 이용하여, 터빈 부분(18)을 통해서 감압되는 다른 프로세스 스트림으로부터의 에너지를 이용하는 프로세스 공급 스트림을 부스트한다.
펌프 부분(16)은 펌프 임펠러 챔버(23) 내에 배치된 펌프 임펠러(22)를 포함한다. 펌프 임펠러(22)는 샤프트(20)에 커플링된다. 샤프트(20)는 베어링(24)에 의해서 지지된다. 베어링(24)은 케이싱(26) 내부에서 지지된다. 펌프 부분(16) 및 터빈 부분(18) 모두가 동일한 케이싱 구조물을 공유할 수 있을 것이다.
펌프 부분(16)은 펌핑 매체를 수용하기 위한 펌프 유입구(30) 및 프로세스 챔버(14)로 유체를 배출하기 위한 펌프 배출구(32)를 포함한다. 펌프 유입구(30) 및 펌프 배출구(32) 모두는 케이싱(26) 내의 개구부이다.
터빈 부분(18)은 터빈 임펠러 챔버(41) 내에 배치된 터빈 임펠러(40)를 포함할 수 있다. 터빈 임펠러(40)는 샤프트(20)에 대해서 회전가능하게 커플링된다. 펌프 임펠러(22), 샤프트(20) 및 터빈 임펠러(40)가 함께 회전하여 회전자(43)를 형성한다. 유체 유동이 케이싱(26)을 통한 터빈 유입구(42)를 통해서 터빈 부분(18)으로 들어간다. 유체는 케이싱(26)을 통한 터빈 배출구(44)를 통해서 터빈 부분(40)의 외부로 유동한다. 터빈 유입구(42)는 고압 유체를 수용하고 그리고 배출구(44)는 터빈 임펠러(40)에 의해서 감소된 압력의 유체를 제공한다.
임펠러(40)는 임펠러 외피(shroud)에 의해서 둘러싸인다. 임펠러 외피는 인보드 임펠러 외피(46) 및 아웃보드 임펠러 외피(48)를 포함한다. 펌프 임펠러(22)의 작동 중에, 샤프트(20) 및 터빈 임펠러(44)가 터빈 부분(18)의 방향으로 힘을 받는다. 도 1에서, 이는 축 방향 화살표(50)의 방향이다. 임펠러 외피(48)는 트러스트-베어링(54)의 방향으로 힘을 받는다.
트러스트 베어링(54)은 펌프 유입구(30)로부터 외부 튜브(56)를 통해서 트러스트 베어링(54)으로 제공된 펌핑 매체의 유체에 의해서 윤활된다. 윤활 유체의 층 또는 갭이 트러스트 베어링(54)과 아웃보드 임펠러 외피 사이에 배치될 수 있으며, 그러한 층 또는 갭이 충분히 작고 그에 따라 그 사이의 라인(55)으로 표시되어 있다. 필터(58)가 튜브 내에 제공되어 트러스트 베어링(54)으로 파편이 유입되는 것을 방지한다. 시동시에, 펌프 부분(16) 내의 압력이 트러스트 베어링 보다 크고 그에 따라 윤활 유동이 트러스트 베어링(54)으로 제공될 것이다. 작동 중에, 터빈 부분(18) 내의 압력이 증대될 것이고 그에 따라 트러스트 베어링(54)으로의 유체 유동이 감소될 것이다. 트러스트 베어링(54)은 작동 중에 부적절한 윤활 유동을 가질 수 있을 것이다. 또한, 필터(58)가 막히기 시작할 때, 트러스트 베어링(54)으로의 유동이 중단될 수 있을 것이다. 트러스트 베어링(54)은 정상 작동 동안에 화살표(50)의 반대 방향으로 힘을 생성한다.
도 2를 참조하면, 다른 종래 기술의 유압 부스터(10')가 도시되어 있다. 유압 부스터(10')는 도 1에 도시된 것과 유사한 많은 부품들을 포함하고 그에 따라 도 2의 부품들에 대해서도 동일한 도면부호를 부여하고 그에 관한 설명을 생략한다. 이러한 예에서, 케이싱(26)은 트러스트 베어링(54) 및 아웃보드 터빈 외피(48)에 인접하여 환형 간극(60)을 내부에 구비한다. 이는 시동 중에 트러스트 베어링(54)으로 작은 측부(side) 스트림 유체 유동을 제공한다. 이러한 프로세스의 이점은 외부 튜브(56) 및 필터(58)가 필요하지 않을 수 있다는 것이다.
회전 유체 장치 및 그 내부의 트러스트 베어링에서의 문제점들에는 펌프 내부의 높은 유입구 압력이 포함되며, 그러한 높은 유입구 압력은 터빈(18)의 방향으로 높은 축 방향 트러스트를 회전자에 초래할 수 있을 것이다. 또한, 시동 중에 고압 부스터(10) 상류의 외부 공급 펌프에 의해서 펌프 부분(16)을 통해 펌핑 매체가 가압될 수 있을 것인 반면, 터빈 부분(18)은 전조해지거나 또는 거의 건조해질 수 있다. 펌프 임펠러를 통한 유동은 윤활 부족으로 인해서 트러스트 베어링을 손상시킬 수 있는 토크 발생 회전자 회전을 생성할 수 있다. 종종, 터빈 섹션 내의 압력이 펌프 섹션 내의 압력 보다 상당히 낮고, 그에 따라 정상(full) 회전자 속도에 도달할 때까지 윤활이 불충분할 수 있을 것이다. 펌프 배출과 터빈 유입구 사이의 프로세스 장비가 종종 공기를 터빈으로 도입할 수 있다. 이는 프로세스 챔버 또는 시스템이 시동 중에 적절하게 퍼지되지 않았을 때 발생될 수 있다. 결과적으로, 트러스트 베어링에 대한 간헐적인 윤활이 이루어지지 않을 수 있다.
추가적인 적용 분야가 본원 명세서의 기재로부터 분명하게 이해될 수 있을 것이다. 구체적인 설명 및 특별한 예는 단지 설명을 위한 것이고 그에 따라 본원 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점을 이해하여야 할 것이다.
본 항목은 본원 발명의 개략적인 요약을 제공하는 것이고, 본원 발명의 전체적인 범위 또는 모든 특징을 설명하는 것이 아님을 이해할 수 있을 것이다.
본원 발명은 작동 중에 회전 프로세스 장치를 윤활하기 위한 개선된 방법을 제공한다. 시스템은 장치의 전체 작동 범위에 걸쳐 트러스트 베어링으로 펌핑 매체를 제공한다.
본원 발명의 일 양태에서, 유체 장치는 펌프 임펠러 챔버, 펌프 유입구 및 펌프 배출구를 구비하는 펌프 부분, 그리고 터빈 임펠러 챔버, 터빈 유입구 및 터빈 배출구를 가지는 터빈 부분를 포함한다. 샤프트가 펌프 임펠러 챔버와 터빈 임펠러 챔버 사이에서 연장한다. 상기 샤프트는 관통하는 샤프트 통로를 구비한다. 터빈 임펠러가 임펠러 챔버 내에 배치된 샤프트의 임펠러 단부에 커플링된다. 터빈 임펠러가 날개(vanes)를 구비하며, 그러한 날개들 중 적어도 하나가 관통 날개 통로를 포함한다. 트러스트 베어링이 상기 날개 통로와 유체 소통한다.
본원 발명의 다른 양태에서, 유체 장치 작동 방법은 베어링의 인보드 단부에서 펌프 임펠러 챔버로부터 샤프트 통로를 통해서 트러스트 베어링으로 유체를 소통시키는 단계 그리고 상기 유체 소통 단계에 응답하여 인보드 축 방향 힘을 생성하는 단계를 포함한다.
추가적인 적용 분야가 본원 명세서의 기재로부터 분명하게 이해될 수 있을 것이다. 구체적인 설명 및 특별한 예는 단지 설명을 위한 것이고 그에 따라 본원 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점을 이해하여야 할 것이다.
본원 명세서의 도면들은 단지 설명을 위한 것이고 그에 따라 본원 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점을 이해하여야 할 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 제 1 터보 차져를 도시한 단면도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 제 2 터보 차져를 도시한 단면도이다.
도 3은 본원 발명에 따른 제 1 유체 장치의 단면도이다.
도 4는 도 3의 임펠러의 단부도이다.
도 5는 본원 발명에 따른 제 2 유체 장치의 단면도이다.
도 6은 본원 발명에 따른 터빈 부분의 제 3 실시예를 도시한 단면도이다.
도 7은 본원 발명에 따른 터빈 부분의 제 4 실시예를 도시한 단면도이다.
도 8은 본원 발명에 따른 임펠러의 다른 실시예를 도시한 단면도이다.
이하의 설명은 본질적으로 단지 예시적인 것이고 그리고 본원 발명, 적용 또는 용도를 제한하기 위한 것이 아니다. 명료함을 위해서, 도면에서 유사한 요소에 대해서 동일한 도면부호를 부여하였다. 본원 명세서에서 사용된 바와 같이, A, B, 및 C 중 하나 이상이라는 문구가 비-배타적인 논리(logical)를 이용하는 논리(A 또는 B 또는 C)를 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 방법의 단계들이 본원 발명의 원리를 변화시키지 않고 여러 가지 서로 다른 순서로 실행될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
이하에서, 터빈 부분 및 펌프 부분을 가지는 유압 부스터가 설명된다. 그러나, 본원 발명은 다른 유체 장치에도 동일하게 적용될 것이다. 본원 발명은 장치의 작동 범위에 걸쳐 트러스트 베어링으로 펌핑 매체를 전달하는 방법을 제공한다. 회전자는 펌핑 매체를 트러스트 베어링 표면으로 전도하기 위한 수단으로서 이용된다. 시동으로부터 임의의 가변 조건들을 포함하는 차단 프로세스를 통해서 고압이 트러스트 베어링으로 제공된다.
도 3을 참조하면, 고압 부스터(10")의 제 1 실시예가 도시되어 있다. 이러한 예에서, 도 3과 공통의 부품들에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였고 추가적으로 설명하지 않을 것이다. 이러한 실시예에서, 중공형 샤프트(20')가 도 1 및 도 2에 도시된 중실형(solid) 샤프트 대신에 사용된다. 중공형 샤프트(20')는 샤프트 통로(70)를 가지며, 그러한 샤프트 통로는 펌프 부분(16)의 임펠러 챔버(23)로부터 터빈 부분(18)으로 펌핑 매체를 통과시키기 위해서 이용된다. 통로(20)가 펌프 유입구(30)로부터 펌핑 매체를 제공할 수 있을 것이다.
인보드 외피(inboard shroud, 46')는 방사상 통로(72)를 포함한다. 방사상 통로(72)는 샤프트 통로(70)에 유체적으로 커플링된다. 비록 2개의 방사상 통로(72)만이 도시되어 있으나, 다수의 방사상 통로가 제공될 수 있을 것이다.
임펠러(40')가 도 4에 도시된 바와 같이 날개(76A-D)를 포함할 수 있다. 임펠러(40')는 축 방향 통로(74)를 포함한다. 축 방향 통로(74)는 임펠러(40')의 날개(76A 및 76C)를 통해서 제공될 수 있다. 축 방향 통로는 샤프트(20') 및 HPB(10")의 축선과 평행하다. 축 방향 통로(74)는 내측 임펠러 외피(inner impeller shroud, 46')를 부분적으로 통해서 그리고 아웃보드 임펠러 외피(outboard impeller shroud, 48')를 전체적으로 통해서 연장한다. 축 방향 통로(74)는 트러스트 베어링(54)에 인접하여 종료된다. 다시 아웃보드 임펠러 외피(shroud, 48')와 트러스트 베어링(54) 사이의 갭(gap)이 작고 그에 따라 도면에서 그들 사이의 라인(55)으로 표시되어 있다. 트러스트 베어링(54)을 위한 유동 경로는 샤프트 통로(70), 방사상 통로(72) 및 축 방향 터빈 임펠러 통로(74)를 포함한다.
작동 중에, 시동시에 펌프 부분(16) 내의 압력이 터빈 부분(18) 보다 높다. 펌프 부분 내의 유체가 샤프트 통로(70)를 통해서 방사상 통로(72)까지 그리고 축 방향 통로(74)까지 이동한다. 유체가 축 방향 통로(74)를 떠날 때, 유체가 트러스트 베어링(54)으로 제공된다. 보다 구체적으로, 유체가 트러스트 베어링(54)과 아웃보드 임펠러 외피(48') 사이의 공간 또는 갭(gap, 55)을 윤활한다. 트러스트 베어링(54)은 화살표(50)의 반대 방향을 따라서 윤활 유체에 응답하여 인보드 축 방향 힘을 생성한다.
시동 중에 가장 높은 펌핑 매체 압력이 펌프 유입구(30) 내에서 발생된다. 펌프 유입구 하류의 통로들은 낮은 압력을 가지고 그에 따라 펌프 부분(16)으로부터의 유체가 터빈 부분(18)으로 유동한다. 결과적으로, 유입구로부터의 펌핑 매체가 시동 중에 높게 된다. 장비의 차단 동안에, 펌프와 터빈 사이의 압력 및 차이로 인해서 동일한 인자들이 적용된다. 정상 작동 중에, 가장 높은 압력이 펌프 유입구 내에 더 이상 존재하지 않고 펌프 배출구(32)에 존재한다. 윤활 통로의 정렬로 인해서, 펌핑 매체 내의 압력이 높아지는데, 이는 터빈 임펠러(40')의 회전에 의해서 생성된 원심력 때문에 방사상 통로(72) 내에서 발생하는 압력 상승 때문이다. 압력 발생량은 방사상 통로(72)의 방사상 길이 및 회전자 회전 속도에 의해서 결정된다. 결과적으로, 유체 장치(10")의 시동, 정상 작동 및 차단시에 펌핑 매체가 트러스트 베어링으로 제공된다.
도 4를 참조하면, 임펠러(40')가 4개의 임펠러 날개(76A-76D)를 가지는 것으로 도시되어 있다. 다양한 개체수의 날개가 제공될 수 있다. 날개들은 샤프트(20')의 축선에 대해서 축 방향으로 연장된다. 하나 이상의 임펠러 날개가 축 방향 통로(74)를 가진다. 도 3에 도시된 아웃보드 임펠러 외피(48') 및 방사상 통로(72)를 차단하기에 충분하게, 축 방향 통로(74)가 날개(76) 및 인보드 외피(46')를 통해서 연장한다.
프로세스 챔버(14)가 역삼투압 시스템을 포함하는 여러 가지 타입의 프로세스에 적합하다는 것을 주지하여야 한다. 역삼투압 시스템의 경우에, 프로세스 챔버가 내부에 배치된 격막(90)을 구비할 수 있다. 탈염(desalinized) 유체가 그로부터 유동할 수 있도록, 투과 배출구(92)가 프로세스 챔버 내에 제공될 수 있다. 염수 유체가 터빈 유입구(42)로 유입될 수 있다. 물론, 전술한 바와 같이, 천연 가스 프로세싱 등을 포함하는 여러 가지 타입의 프로세스를 위해서 여러 가지 타입의 프로세스 챔버가 제공될 수 있을 것이다.
도 5를 참조하면, 도 3의 실시예와 유사한 실시예가 도시되어 있으며, 그에 따라 동일한 도면부호를 부여하였다. 이러한 실시예에서, 편향부(deflector, 110)가 펌프 유입구(30) 내에 제공된다. 편향부(110)는 스트럿(strut, 112)을 이용하여 펌프 임펠러(22)에 커플링될 수 있다. 스트럿(strut, 112)은 편향부(110)를 펌프 임펠러로부터 멀리 유지하고, 그에 따라 갭이 그 사이에 형성되며, 그러한 갭은 샤프트 통로(70) 내로 유체가 유동할 수 있게 허용한다.
편향부(110)가 원뿔-형상일 수 있고 그리고 샤프트(20')의 축선을 따라서 배치된 정점(114)을 가진다. 편향부(110)의 원뿔 형상이 펌핑 매체 내의 파편(debris)들을 펌프 임펠러(22) 내로 편향시킬 것이고 그에 따라 파편이 샤프트 통로(70)를 통과하는 것을 방지한다. 도 1에 도시된 필터(58)와 달리, 파편들이 샤프트 통로(70)로부터 멀리 편향되고 그에 따라 샤프트 통로(70)를 막지 않을 것이다.
도 6을 참조하면, 트러스트 베어링(54')의 다른 실시예를 가지는 터빈 부분(18)이 도시되어 있다. 트러스트 베어링(54')은 외측 랜드(outer land, 210) 및 내측 랜드(inner land, 212)를 포함할 수 있다. 유체 공동(fluid cavity, 214)은 외측 랜드(210)와 내측 랜드(212) 그리고 외측 외피(48') 사이에 배치된다. 도 6의 트러스트 베어링(54')이 도 3 및 도 5에 도시된 실시예에 포함될 수도 있다는 것을 주지하여야 한다.
외측 랜드(210)가 환형 간극(annular clearance, 60)에 인접하여 배치된다. 내측 랜드(212)가 터빈 배출구(44)에 근접하여 배치된다. 트러스트 베어링(54')은 환형 형상이 될 수 있고 그에 따라 외측 랜드(210) 및 내측 랜드(212)가 또한 환형 형상이 될 수 있다.
공동(214)이 도 3 및 도 5에 도시된 펌프 부분(16)으로부터 가압 유체를 수용할 수 있다. 즉, 펌핑 매체가 샤프트 통로(70), 방사상 통로(72) 및 축 방향 통로(74)를 통해서 수용될 수 있다.
부착된 임펠러 외피(48') 내에서의 샤프트(20)의 약간의 축 방향 이동은 외측 외피(48')에 대한 랜드(210)와 랜드(212) 사이의 축 방향 간극(220)의 변동을 초래할 것이다. 만약 축 방향 간극(220)이 커진다면, 간극(220)을 통한 누설의 증대로 인해서 유체 공동(214) 내의 압력이 감소한다. 역으로, 만약 간극(220)의 축 방향 갭이 감소된다면, 유체 공동(214) 내의 압력이 높아질 것이다. 압력 변동은 작동 중에 발생되는 가변 축 방향 트러스트를 방해하고(counteract) 그리고 랜드(210 및 212)가 임펠러 외피(48')와 접촉하지 않게 보장한다.
통로(70-74) 내의 유동 저항에 의해서 압력 감소가 결정된다. 유체 공동(214) 내의 압력 변화 및 누설율 사이의 관계가 축 방향 간극의 함수가 되도록 통로들의 크기가 결정된다. 채널(74)의 방사상 위치가 원심력에 의해서 발생되는 압력 상승의 양을 결정하고 그리고 유동 채널의 직경에 더하여 최적 누설을 보장하는데 있어서 고려된다. 과다한 누설 유동이 효율을 손상시킬 수 있고 그리고 불충분한 유체 유동으로 인해서 간극이 너무 작아질 수 있고 그리고 작동 중에 마찰 접촉이 이루어질 수 있다.
유체 공동 내의 압력은 채널(74)이 최적 방사상 위치에 있을 때 환형 간극(60) 내의 임펠러의 외측 직경 내의 압력 및 터빈 배출구(44) 보다 높다. 그에 따라 공동(214) 외부로 누설이 일어나서 유체 공동(214) 내의 희망 압력 변동을 허용할 것이다.
도 7을 참조하면, 도 6의 실시예와 유사한 실시예가 도시되어 있다. 내측 랜드(212)가 부싱(bushing, 230)에 의해서 대체된다. 부싱(230)이 임펠러 마모 링(232)에 대한 원통형 간극을 형성할 수 있다. 그에 따라 유체 공동(214)이 마모 링(232), 부싱(230) 및 외측 랜드(210) 사이에 형성된다.
도 8을 참조하면, 방사상 평면 뿐만 아니라 축방형 평면 내에서 곡률을 가지는 임펠러(242)의 날개(240)가 도시되어 있다. 임펠러(242)가 혼합 유동 디자인에서 이용될 수 있을 것이다. 이러한 실시예에서, 외측 랜드(210') 및 내측 랜드(212')가 임펠러(242)의 형상에 따라서 형성된다. 유체 공동(214')이 또한 외측 랜드(210')와 내측 랜드(212') 사이에서 불규칙한 형상을 가질 것이다.
유체 통로(250)는 샤프트(20') 및 유체 장치의 길이방향 축선에 대해서 각도를 이루는 방향으로 유체 공동(214')에 대해서 직접적으로 유체를 제공한다. 그에 따라, 방사상 통로(72) 및 축 방향 통로(74)가 대각선 방향 통로(250)로 대체된다. 대각선 방향 통로(250)가 랜드(212')에 인접한 곳을 포함하는 여러 위치에서 또는 랜드(210')에 인접하는 곳과 같은 다른 위치에서 유체 공동(214')으로 도입될 것이다. 패널(210')과 패널(212') 사이의 여러 장소들은 또한 대각선 방향 통로(250)를 수용할 수 있다.
이상의 설명으로부터, 소위 당업자는 본원 발명의 넓은 사상이 여러 가지 다양한 형태로 실현될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그에 따라, 본원 발명이 특별한 예를 포함하는 한편, 본원 발명의 진정한 범위가 그러한 예로 제한되지 않아야 하는데, 이는 당업자가 첨부 도면, 상세한 설명 및 이하의 특허청구범위로부터 다른 변형들을 명확하게 이해할 수 있기 때문이다.

Claims (29)

  1. 유체 장치로서,
    펌프 임펠러 챔버, 펌프 유입구 및 펌프 배출구를 구비하는 펌프 부분;
    터빈 임펠러 챔버, 터빈 유입구 및 터빈 배출구를 가지는 터빈 부분;
    상기 펌프 임펠러 챔버와 터빈 임펠러 챔버 사이에서 연장하고, 관통 샤프트 통로를 구비하는 샤프트;
    상기 임펠러 챔버 내에 배치된 샤프트의 임펠러 단부에 커플링된 터빈 임펠러로서, 상기 터빈 임펠러가 날개를 구비하며, 상기 날개들 중 적어도 하나가 관통 날개 통로를 포함하는 터빈 임펠러; 및
    상기 날개 통로와 유체 소통하는 트러스트 베어링을 포함하는 유체 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 샤프트 통로를 날개 통로에 유체적으로 커플링하는 터빈 임펠러 관통 통로를 구비하는 터빈 임펠러 외피(shroud)를 더 포함하는 유체 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 날개 통로가 상기 샤프트에 평행한 축 방향 통로인 유체 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    동일한 통로가 상기 샤프트 통로로부터 상기 트러스트 베어링까지 각도를 이루어 배치되는 유체 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 펌프 유입구가 상기 샤프트와 동축상인 유체 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 샤프트 통로의 펌프 단부에 인접하여 배치된 원뿔형 편향기를 더 포함하는 유체 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 샤프트 통로의 펌프 단부에 인접하여 배치된 편향기를 더 포함하는 유체 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 편향기가 원뿔 형상인 유체 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 편향기가 상기 샤프트와 동축적으로 배치되는 유체 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 편향기가 스트럿(strut)으로 상기 펌프 임펠러에 커플링되는 유체 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 펌프 임펠러와 상기 펌프 임펠러 및 상기 샤프트 통로에 유체적으로 커플링된 상기 편향기 사이에 갭(gap)이 형성되도록 상기 편향기가 펌프 임펠러에 커플링되는 유체 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 펌프 부분 및 상기 터빈 부분이 케이싱 내에 배치되고, 상기 케이싱은 상기 터빈 임펠러 부분과 유체 소통하는 환형 간극을 포함하는 유체 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 트러스트 베어링은 유체 공동(fluid cavity)을 형성하는 외측 랜드(outer land) 및 내측 랜드(inner land)를 포함하고, 상기 유체 공동은 상기 날개 통로에 유체적으로 커플링되는 유체 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 트러스트 베어링은 외측 밴드, 부싱(bushing) 및 마모 링(wear ring)을 포함하고, 상기 외측 밴드, 부싱 및 마모 링은 그들 사이에 유체 공동(fluid cavity)을 형성하며, 상기 유체 공동은 상기 날개 통로에 유체적으로 커플링되는 유체 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 마모 링이 상기 샤프트에 커플링되는 유체 장치.
  16. 제 1 항에 따른 유체 장치를 포함하는 프로세싱 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 유체 장치가 역삼투압 펌핑 시스템을 포함하는 프로세싱 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 펌프 배출구와 상기 터빈 유입구 사이에 커플링된 프로세스 챔버를 더 포함하는 프로세싱 시스템.
  19. 유체 장치 작동 방법으로서,
    회전자의 터빈 단부에서 펌프 임펠러 챔버로부터 샤프트 통로를 통해서 트러스트 베어링으로 유체를 소통시키는 단계; 및
    상기 유체 소통 단계에 응답하여 인보드(inboard) 축 방향 힘을 생성하는 단계를 포함하는 유체 장치 작동 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 유체 소통 단계는 상기 샤프트 통로로부터 터빈 임펠러 내의 날개 통로를 통해서 트러스트 베어링으로 유체를 소통시키는 것을 포함하는 유체 장치 작동 방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 유체 소통 단계는 상기 샤프트 통로로부터 방사상 임펠러 통로를 통해서 트러스트 베어링으로의 날개 통로로 유체를 소통시키는 것을 포함하는 유체 장치 작동 방법.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 유체 소통 단계는 상기 샤프트 통로로부터 방사상 임펠러 통로를 통해서 트러스트 베어링으로의 축 방향 날개 통로로 유체를 소통시키는 것을 포함하는 유체 장치 작동 방법.
  23. 제 19 항에 있어서,
    상기 유체 소통 단계가 상기 샤프트에 대해서 각도를 이루어 배치된 임펠러 통로를 포함하는 유체 장치 작동 방법.
  24. 제 19 항에 있어서,
    내부에 파편(debris)을 가지는 펌프 임펠러 챔버 내로 펌핑 매체(pumpage)를 소통시키는 단계와, 편향부를 이용하여 상기 샤프트 통로로부터 파편을 편향시키는 단계를 더 포함하는 유체 장치 작동 방법.
  25. 제 19 항에 있어서,
    내부에 파편(debris)을 가지는 펌프 임펠러 챔버 내로 펌핑 매체(pumpage)를 소통시키는 단계와, 원뿔형-편향부를 이용하여 상기 샤프트 통로로부터 파편을 편향시키는 단계를 더 포함하는 유체 장치 작동 방법.
  26. 제 19 항에 있어서,
    상기 유체 소통 단계가 내측 랜드(inner land) 및 외측 랜드(outer land)에 의해서 형성된 공동(cavity)을 가지는 트러스트 베어링으로 유체를 소통시키는 것을 포함하는 유체 장치 작동 방법.
  27. 제 19 항에 있어서,
    상기 유체 소통 단계는 외측 랜드(outer land), 마모 링(wear ring) 및 부싱(bushing)에 의해서 형성된 공동을 가지는 트러스트 베어링으로 유체를 소통시키는 것을 포함하는 유체 장치 작동 방법.
  28. 프로세스 실행 방법으로서,
    챔버로부터 프로세스 챔버로 유체를 소통시키는 단계; 및
    제 19 항에 따른 방법을 포함하는 유체 장치 작동 단계를 포함하는 프로세스 실행 방법.
  29. 제 27 항에 있어서,
    상기 프로세스 챔버 내의 격막을 통해서 염수 유체를 생성하는 프로세스 실행 방법.
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