KR20120052172A - 고속 원심 펌프용 유동 벡터 제어기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 원심 펌프용 임펠러는 반경 방향 내부 허브와, 임펠러의 회전 축에 대해 수직인 방향을 따라 직선으로 연장하는 복수의 블레이드를 포함한다. 블레이드는 반경 방향 외부 단부로부터 반경 방향 내부 단부로 연장하고, 대체로 원추대 외형을 형성한다. 유동 제어 특징부는 블레이드의 반경 방향 내부 단부와 허브 사이에 형성된다. 유동 제어 특징부는 굴곡진 상부 표면을 갖는다.

Description

고속 원심 펌프용 유동 벡터 제어기{FLOW VECTOR CONTROL FOR HIGH SPEED CENTRIFUGAL PUMPS}

본 발명은 회전 축에 대해 수직으로 이어지는 블레이드와 함께 블레이드로부터 허브로 연장하는 특징부를 갖는 임펠러에 관한 것이다.

고속 원심 펌프는 대양한 구성을 갖는다. 한가지 구성은 임펠러의 외부 주연부로부터 반경 방향 내향으로 연장하고 임펠러의 회전 축에 대해 수직인 복수의 직선 블레이드를 갖는다. 이러한 펌프에서, 블레이드는, 통상적으로 허브 또는 내부 덮개로부터 반경 방향 이격된 위치에서 종결된다.

공동화(cavitation)는 블레이드의 반경 방향 내부 단부와 허브의 외부 주연부 사이의 위치에서 발생할 수 있다. 고속 원심 펌프에서 공동화를 막는 것은 어렵지만, 입구 케이스 형상 또는 하우징을 변경함으로써 해결되어 왔다. 또한, 임펠러의 상류에 인듀서(inducer)가 제공될 수 있는데, 이는 펌프 유체 유동이 임펠러 블레이드를 향하게 한다. 인듀서 설계는 공동화를 해결하기 위해 변경될 수 있다. 또한, 블레이드의 코너는 종종 둥글려져 왔다.

직선 임펠러 블레이드와 소정 작동 지점에서 임펠러로 유입하는 유동 사이의 상호 작용은 앞서 언급한 모든 시도에도 불구하고 공동화를 발생시킬 수 있다. 공동화는 바람직하지 않으며, 증기 형성 및 유체 붕괴(flow collapse)를 야기할 수 있고, 임펠러에 손상을 가할 수 있다.

원심 펌프용 임펠러는 반경 방향 내부 허브와, 임펠러의 회전 축에 대해 수직인 방향을 따라 직선으로 연장하는 복수의 블레이드를 포함한다. 블레이드는 반경 방향 외부 단부로부터 반경 방향 내부 단부로 연장하고, 대체로 원추대 외형을 형성한다. 유동 제어 특징부는 블레이드의 반경 방향 내부 단부와 허브 사이에 형성된다. 유동 제어 특징부는 굴곡진 상부 표면을 갖는다.

도 1은 제1 임펠러 실시예를 도시한다.
도 2는 제1 실시예의 특징부의 정면도를 도시한다.
도 3은 도 2 실시예의 부분을 통과한 단면도이다.
도 4는 제2 실시예를 도시한다.
도 5는 제2 실시예의 상세도를 도시한다.

도 1은 인듀서(24)로 이어지는 유동 입구(22)를 갖는 펌프(20)를 도시한다. 인듀서는 펌프 임펠러(26)를 향해 유체 유동을 유도한다. 출구(23)는 임펠러(26)의 하류로 연장한다. 샤프트(28)는 임펠러(26)를 구동하여 회전시킨다.

블레이드(36)는 반경 방향 내부 단부(31)로 상향으로 경사진 반경 방향 외부 단부(33)를 갖는다. 이러한 단면에서 인지될 수 있는 바와 같이, 블레이드(36)의 축방향 외부면은 대체로 원추대인 외형을 형성한다. 항공동화 또는 유동 제어 특징부(32)는 블레이드(36)의 내부 단부(31)의 반경 방향 내향으로, 내부 허브(37)로 계속 연장하여 형성된다. 인지될 수 있는 바와 같이, 인듀서(24)상의 블레이드의 외부 직경은 특징부(32)의 외부 직경보다 대체로 작을 수 있다.

도 2에 도시되는 바와 같이, 블레이드 외부 표면(30)은 대체로 원추형이다. 또한, 블레이드는 샤프트(28) 및 임펠러(26)의 중심 회전 축(X)을 향해 바로 수직으로 연장한다. 특징부(32)는 특징부의 반경 방향 최외부 에지(18)로부터 연장하여 도면부호 19에서 내부 허브(37)에 합체된다. 특징부(32)는 블레이드(36)의 두께(t)보다 주연방향으로 더 두꺼운 확대부(40)에 추가 재료를 갖는다. 따라서, 특징부(32)의 일 측부(후단 에지)에 재료가 추가되고, 이는, 전체 임펠러(26)에 추가 강성을 제공한다.

특징부(32)들 사이에 공간(17)이 형성된다.

도 2에서 인지될 수 있는 바와 같이, 특징부(32)의 반경 방향 외부 단부(44)는 블레이드(36)의 반경 방향 내부 단부(31)를 넘어 반경 방향으로 연장할 수 있다.

도 1 및 도 2의 특징부(32)는 반경 방향으로 테이퍼(tapered)질 수 있어서, 반경 방향 내부 부분에서보다 확대부(40)의 반경 방향 외부 부분(44)에서 더 얇아질 수 있다.

도 3에는, 곡선(51)에 합체되는 선단 에지(50) 또는 측부로부터의 곡률 반경(r)이 도시되어 있다. 특징부(32)의 상부에서의 곡선(50/51)의 형성은, 특징부를 따른 유동의 유도를 돕고, 유동이 임펠러 표면으로부터 쉽게 벗어나지 못하게 한다. 도시된 바와 같이, 곡선(51)은 반경(R)으로 있다. 도 3에서 도시된 반경(R)은 도시된 단면보다 평면으로 더 깊게 있다. 인지될 수 있는 바와 같이, 반경(R)은 테이퍼지는 것에 기인하여 변경될 수 있다. 일 실시예에서는, 반경(R)을 최대로 함으로써 소정의 블레이드 두께(t) 대한 특징부의 효율성을 최대로 하기 위해, 반경(r)이 반경(R)에 비해 매우 작다. 실시예에서, 블레이드 두께(t)에 대한 반경(r)의 비율은 5보다 작다. 또한, 반경(R)에 대한 두께(t)의 비율은 대체로 1보다 작을 것이다.

도 1에서 명확하게 알 수 있는 바와 같이, 특징부(32)는 통상적으로 허브(37)로 바로 직선으로 연장하는 최상부 표면을 갖고, 이로써, 복수의 특징부(32)의 복수의 최상부 표면은 임펠러(26)의 회전 축(X)에 수직인 평면을 형성할 것이다. 즉, 특징부(32)가 접선 방향으로 굴곡지는 반면, 도시된 바와 같이, 다른 곳에서는 굴곡지지 않으며, 대신, 반경 방향 치수를 따라 대체로 직선으로 연장한다.

특징부(32)는 하류 흐름으로부터의 역류를 방지하기 위한 댐으로서 작용하고, 또한, 공동화를 방지하는 작용을 한다. 확대부(40)의 추가 재료의 테이퍼링은 회전 축의 최근접부에서 가장 크고, 회전 축 부근에 더 큰 두께를 제공한다.

도 4는 샤프트(128)에 의해 구동되는 임펠러(126)를 갖고, 입구(122)로부터 유체를 수용하는 다른 실시예 펌프(120)를 도시한다. 또한, 이러한 실시예에 인듀서(124)가 사용될 수도 있다. 다시, 블레이드(130)가 반경 방향 내부 단부로 상향으로 경사지고, 이후, 특징부(132)가 시작된다. 인지될 수 있는 바와 같이, 특징부(132)는 내부 허브(136)로 연장한다.

도 5는 임펠러(126)를 도시한다. 인지될 수 있는 바와 같이, 이러한 실시예에서, 추가 재료(140)는 반경 방향 테이퍼를 갖지 않고, 그 전체 길이를 따라 대체로 동일한 두께로 있다. 다르게, 블레이드(130)는 허브(136)에 합체되는 특징부(132)에 합체된다.

도 1에서는 임펠러가 인듀서와 함께 도시되지만, 도 5에 도시된 바와 같이 임펠러는 인듀서 없이 사용될 수도 있다. 임의의 개수의 외부 하우징이 이용될 수 있다. 또한, 소위 "스플리터 베인(splitter vane)"이 이러한 임펠러와 함께 이용될 수 있다.

본 발명의 실시예가 기재되었지만, 당업자라면, 본 발명의 범주 내에서 특정 변경이 이루어질 수 있다는 것을 인지할 것이다. 이러한 이유에서, 하기의 청구범위는 본 발명의 실질적인 범주 및 내용을 결정하도록 고려되어야 한다.

Claims (13)

1. 원심 펌프용 임펠러이며,
   반경 방향 내부 허브와, 임펠러의 회전 축에 대해 수직인 방향을 따라 직선으로 연장하는 복수의 블레이드와,
   상기 블레이드의 반경 방향 내부 단부에서 상기 허브로 연장하여 이들 사이에 위치되는, 굴곡진 상부 표면을 갖는 유동 제어 특징부를 포함하며,
   상기 블레이드는 반경 방향 외부 단부로부터 반경 방향 내부 단부로 연장하고, 블레이드의 축방향 외부면에서 대체로 원추대 외부 외형을 형성하는
   원심 펌프용 임펠러.
2. 제1항에 있어서,
   상기 블레이드는 상기 특징부에 합체되는 대체로 원추형 상부 표면을 갖는
   원심 펌프용 임펠러.
3. 제1항에 있어서,
   블레이드의 후단 에지 및 특징부상에 추가 재료가 갖춰지고, 이로써 후단 에지 추가 재료는 각각의 상기 특징부의 두께에 추가되는
   원심 펌프용 임펠러.
4. 제3항에 있어서,
   추가 재료는 허브로부터 상기 블레이드의 반경 방향 내향 단부를 지나는 위치로 반경 방향 외향으로 연장하는
   원심 펌프용 임펠러.
5. 제3항에 있어서,
   추가 재료는 테이퍼진 두께로 되어 있으며, 반경 방향 외부 위치에 인접해서보다 허브에 인접하여 두꺼워지는
   원심 펌프용 임펠러.
6. 제3항에 있어서,
   특징부는 대체로 균일한 두께로 되어 있는
   원심 펌프용 임펠러.
7. 제3항에 있어서,
   주연방향으로 이격된 공간이 추가 재료와 이웃하는 인접한 특징부의 선단 에지 사이에 갖춰지는
   원심 펌프용 임펠러.
8. 제1항에 있어서,
   복수의 특징부의 최상부 표면은 임펠러의 회전 축에 대해 수직인 평면을 형성하는
   원심 펌프용 임펠러.
9. 제1항에 있어서,
   인듀서는 임펠러의 상류에 위치되는
   원심 펌프용 임펠러.
10. 제9항에 있어서,
    인듀서의 블레이드의 외부 직경은 특징부의 외부 직경보다 작은
    원심 펌프용 임펠러.
11. 제1항에 있어서,
    상기 굴곡진 상부 표면은 상기 블레이드의 주연방향 두께보다 큰 제1 반경으로 형성된 적어도 제1 부분을 갖는
    원심 펌프용 임펠러.
12. 제11항에 있어서,
    상기 굴곡진 상부 표면은 또한, 상기 특징부의 측벽으로부터 상기 제1 부분으로 합체되는 제2 부분을 포함하고, 상기 제2 부분은 만곡부의 상기 제1 반경보다 작은 만곡부의 반경에 있는
    원심 펌프용 임펠러.
13. 원심 펌프용 임펠러이며,
    반경 방향 내부 허브와, 임펠러의 회전 축에 대해 수직인 방향을 따라 직선으로 연장하는 복수의 블레이드와,
    상기 블레이드의 반경 방향 내부 단부에서 상기 허브로 연장하여 이들 사이에 위치되는, 굴곡진 상부 표면을 갖는 유동 제어 특징부를 포함하며,
    상기 블레이드는 반경 방향 외부 단부로부터 반경 방향 내부 단부로 연장하고, 블레이드의 축방향 외부면에서 대체로 원추대 외부 외형을 형성하고,
    복수의 특징부의 최상부 표면은 임펠러의 회전 축에 대해 수직인 평면을 형성하고,
    상기 블레이드는 상기 특징부에 합체되는 대체로 원추형 상부 표면을 갖고,
    블레이드의 후단 에지 및 특징부상에 추가 재료가 갖춰지고, 이로써 후단 에지 추가 재료는 상기 특징부 각각의 두께에 추가되고,
    주연방향으로 이격된 공간이 추가 재료와 이웃하는 인접한 특징부의 선단 에지 사이에 갖춰지고,
    상기 굴곡진 상부 표면은 상기 블레이드의 주연방향 두께보다 큰 제1 반경으로 형성된 적어도 제1 부분을 갖고, 상기 굴곡진 상부 표면은 또한, 상기 특징부의 측벽으로부터 상기 제1 부분으로 합체되는 제2 부분을 포함하고, 상기 제2 부분은 만곡부의 상기 제1 반경보다 작은 만곡부의 반경에 있는
    원심 펌프용 임펠러.
    

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