KR20120117152A - 하이브리드 펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하이브리드 펌프에 관한 것으로, 그 목적은 케이싱의 흡입구에 별도의 키를 설치하지 않고 유체의 와류 발생을 억제할 수 있도록 하여 향상된 펌핑 효율을 실현할 수 있으며, 고농도의 슬러지나 이를 함유하는 유체를 보다 효과적으로 펌핑할 수 있도록 하는 하이브리드 펌프를 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명의 하이브리드 펌프는 펌프 케이싱의 흡입구 측에 위치하도록 배치되어 유체를 케이싱의 내부로 유동시키는 스크류형 임펠러; 상기 스크류형 임펠러에 의해 케이싱의 내부로 유입되는 유체를 케이싱의 토출구로 유동시키되, 스크류형 임펠러와 역방향으로 회전하며 유체를 토출구로 유동시키는 판형 임펠러를 구비하는 것으로 구성된다.

Description

하이브리드 펌프{Hybrid pump}

본 발명은 유체를 흡입 토출하는 펌프에 관한 것으로, 특히 서로 다른 타입의 두 임펠러를 상호 역방향으로 회전시킴으로써 고농도의 슬러지 또는 이를 함유한 유체를 효율적으로 펌핑할 수 있도록 한 하이브리드 펌프에 관한 것이다.

일반적으로 펌프라 함은 압력작용을 이용하여 유체를 수송하는 기계장치이다. 이러한 펌프는 그 구조에 따라 왕복펌프, 로터리펌프, 원심펌프, 축류펌프, 마찰펌프 외에도 다양한 구조의 펌프가 있다.

한편 상기 원심펌프는 배수용, 상하수도용, 광산용, 화학공용 등 다양한 분야에서 가장 많이 사용되고 있는 펌프로써, 케이싱 내에서 임펠러를 회전시키고, 이때 발생되는 원심력을 이용하여 유체를 흡입 및 토출하는 펌프이다.

보다 구체적으로 상기 원심펌프의 펌핑원리에 대해 설명하면, 케이싱의 흡입구를 통해 임펠러의 중심부로 유입된 유체가 회전하는 임펠러의 원심력에 의해 임펠러의 바깥쪽으로 나오게 되면, 임펠러 중심부의 압력이 저하되어 진공에 가까워지므로 흡입구의 유체가 압력차에 의해 임펠러의 중심을 향해 흐르게 되고, 원심력에 의해 임펠러의 바깥쪽으로 나온 유체는 케이싱의 토출관을 통해 외부로 배출되게 되며, 이러한 과정이 연속적으로 반복됨으로써 유체의 연속적인 흡입과 토출이 이루어지게 된다.

한편 상기 원심펌프의 경우, 흡입구 내의 유체는 임펠러의 회전에 의해 와류를 형성하게 되며, 이처럼 흡입구 내의 유체가 와류를 형성하게 되면, 펌프의 효율이 저하되므로, 원심펌프의 흡입구에는 흡입구를 통해 유입되는 유체의 와류를 방지하기 위한 키가 형성되어 있다.

상기 키는 흡입구의 유체가 와류를 형성하는 것을 방지하면서 유체가 임펠러의 중심부로 유동하도록 안내하여 주는 장점은 있으나, 흡입구 내에 돌출된 구조로 말미암아 그 자체로써 저항을 유발하여 펌프의 효율을 저하시키는 문제를 갖고 있으며, 특히 고농도의 슬러지 또는 이를 함유하는 유체의 경우 키에 슬러지가 고착되어 유지 관리에 어려움을 따르는 문제점을 갖고 있다.

또한 종래의 원심펌프는 앞서 설명된 바와 같이 임펠러의 중심부에 형성되는 부압(-)을 이용하여 유체를 흡입하는 구조로써, 고농도 슬러지나 이를 함유하는 유체의 경우 원활하게 유입되지 못함으로써 펌핑 효율이 저하되는 문제점을 갖고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 케이싱의 흡입구에 별도의 키를 설치하지 않고 유체의 와류 발생을 억제할 수 있도록 하여 향상된 펌핑 효율을 실현할 수 있는 하이브리드 펌프를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 고농도의 슬러지 또는 이를 함유하는 유체를 보다 효과적으로 펌핑할 수 있도록 하는 하이브리드 펌프를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명의 하이브리드 펌프는 펌프 케이싱의 흡입구 측에 위치하도록 배치되어 유체를 케이싱의 내부로 유동시키는 스크류형 임펠러; 상기 스크류형 임펠러에 의해 케이싱의 내부로 유입되는 유체를 케이싱의 토출구로 유동시키되, 스크류형 임펠러와 역방향으로 회전하며 유체를 토출구로 유동시키는 판형 임펠러를 구비하는 것을 특징으로 한다.

한편 상기 케이싱에는 스크류형 임펠러의 회전을 지지하는 제1 회전축과, 상기 판형 임펠러의 회전을 지지하는 제2 회전축이 구비되되, 상기 제1 회전축은 제2 회전축의 내부를 통해 연장되는 2중축의 구조로 형성되는 것이 바람직하다.

또한 상기 제1 회전축과 제2 회전축은 유성기어장치에 의해 서로 연결되어 제1 회전축 또는 제2 회전축이 외부 모터와 연결되어 회전할 때, 나머지 하나의 회전축이 역방향으로 연동하여 회전하도록 구성된다.

또한, 상기 유성기어장치는, 제1 회전축에 형성된 선기어; 상기 선기어의 주위에서 선기어와 맞물려 회전하도록 케이싱에 설치된 다수 개의 피니언; 상기 제2 회전축의 내경면에 형성되며, 상기 다수 개의 피니언과 맞물려 피니언의 회전에 의해 제2 회전축을 회전시키는 링기어로 구성된다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 의하면, 케이싱의 흡입구 측에 위치한 스크류형 임펠러에 의해 고농도의 슬러지나 이를 함유하는 유체도 효과적으로 흡입하고, 스크류형 임펠러에 의해 케이싱의 내부로 유동하는 유체는 다시 판형 임펠러에 의해 가압 토출되어 토출구로 유동하게 되므로, 고농도 슬러지 또는 이를 함유하는 유체를 효율적으로 펌핑할 수 있는 효과가 있다.

또한 스크류형 임펠러와 판형 임펠러는 상호 역방향으로 회전하므로, 별도의 키를 흡입구에 형성하지 않아도 흡입구 내에서 유체가 와류를 형성하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한 스크류형 임펠러와 판형 임펠러로 연결되는 두 회전축을 2중축의 구조로 형성함으로써 펌프의 부피가 커지는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한 두 회전축을 하나의 모터를 이용하여 회전시킴으로써, 펌프의 구조가 복잡해지는 것을 방지하고, 유지 관리의 편의성의 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 펌프의 단면도,
도 2 는 본 발명에 따른 스크류형 임펠러와 판형 임펠러의 설치구조를 나타낸 사시도,
도 3 은 본 발명에 따른 제1 회전축과 제2 회전축이 유성기어장치에 의해 연결된 상태를 나타낸 구조도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 펌프의 단면도를, 도 2는 본 발명에 따른 스크류형 임펠러와 판형 임펠러의 설치구조를 나타낸 사시도를, 도 3은 본 발명에 따른 제1 회전축과 제2 회전축이 유성기어장치에 의해 연결된 상태를 나타낸 구조도를 도시하고 있다.

본 발명에 따른 하이브리드 펌프는 케이싱(110) 내에 스크류형 임펠러(120)와 판형 임펠러(130)를 복합적으로 구성하여 흡입구(111)를 통해 유입되는 유체가 와류를 형성하는 것을 방지하고, 고농도의 슬러지 또는 이를 함유하는 유체도 원활하게 펌핑할 수 있도록 한 특징을 갖는 것이다.

상기 케이싱(110)에는 유체의 유동을 위한 흡입구(111)와 토출구(112)가 구비되고, 스크류형 임펠러(120)와 판형 임펠러(130)의 설치 및 상기 두 임펠러와 연결되는 회전축을 지지하기 위한 구조가 마련되어 있다.

상기 스크류형 임펠러(120)는 흡입구(111) 측에 위치하도록 배치되며, 도 1에는 스크류형 임펠러(120)가 흡입구(111)의 내부로 삽입된 상태가 도시되어 있다. 이러한 스크류형 임펠러(120)는 중심축(121)의 외면에 나선형으로 이루어진 다수 개의 날개(122)가 형성된 것으로 구성되어 흡입구(111)의 주변이나 흡입구(111) 내에서 회전하면서 흡입구(111)의 유체를 케이싱(110)의 내부로 유동시키게 된다.

상기 판형 임펠러(130)는 스크류형 임펠러(120)의 후방에서 스크류형 임펠러(120)와 동축상에 위치하도록 배치되며, 스크류형 임펠러(120)와 역방향으로 회전하도록 설치된다. 이러한 판형 임펠러(130)는 디스크(131)의 일면에 다수 개의 날개(132)가 형성된 것으로 구성된다. 이때 다수 개의 날개(132)는 공지의 임펠러와 마찬가지로 디스크(131)의 중앙부로부터 디스크의 외측으로 곡선을 그리며 연장되게 형성되며, 물론 이외의 다른 구조로 형성될 수도 있다.

한편 상기 판형 임펠러(130)가 스크류형 임펠러(120)의 회전방향과 반대인 역방향으로 회전함으로써, 스크류형 임펠러(120)의 회전에 의해 흡입구(111) 내의 유체가 와류를 형성하려 할 경우, 역방향으로 회전하는 판형 임펠러(130)의 영향에 의하여 와류의 형성이 억제되며, 더욱이 스크류형 임펠러(120)의 회전에 의해 케이싱(110)의 내부로 유입되는 유체는 역방향으로 회전하는 판형 임펠러(130)와의 충돌로 인해 더 큰 에너지를 받아 가압되므로 유체의 토출압을 효과적으로 향상시킬 수 있게 된다.

한편 케이싱(110)에는 스크류형 임펠러(120)와 판형 임펠러(130)의 회전을 지지하기 위한 제1 회전축(141)과 제2 회전축(142)이 설치되며, 이때 제1,2 회전축(141,142)을 상호 독립된 축으로 구성할 수도 있으나, 이 경우 독립된 두 축의 지지를 위해서는 케이싱(110)의 부피가 커져 결과적으로 펌프의 부피 증가를 초래하게 되므로, 케이싱(110)의 부피 증가를 억제하면서 제1,2 회전축(141,142)을 케이싱(110)에 효과적으로 설치하기 위하여 스크류형 임펠러(120)와 결합되는 제1 회전축(141)과 판형 임펠러(130)와 결합되는 제2 회전축(142)을 이중축의 구조로 구성하는 것이 바람직하다.

보다 구체적으로 설명하면, 상기 제1 회전축(141)은 케이싱(110)의 외부로부터 케이싱(110)의 내부로 연장되고 판형 임펠러(130)를 관통하여 스크류형 임펠러(120)와 연결되게 설치되며, 케이싱(110)의 바깥쪽에 노출되는 제1 회전축(141)의 끝단은 미도시된 외부 모터와 연결되어 회전력을 전달받게 된다.

한편 상기 제2 회전축(142)은 제1 회전축(141)을 에워싼 채 제1 회전축(141)을 따라 연장되어 판형 임펠러(130)와 연결되게 설치되며, 제1 회전축(141)과 제2 회전축(142)의 사이 그리고 제2 회전축(142)과 케이싱(110)의 사이에는 제1,2 회전축(141,142)의 원활한 회전을 위한 베어링이 설치된다.

상기와 같은 제1 회전축(141)과 제2 회전축(142)을 두 대의 모터에 각각 연결하여 독립적으로 회전하도록 구성할 수도 있으나, 하나의 모터를 이용하여 두 회전축을 회전시키는 것이 비용이나 유지관리 측면에서 보다 바람직하다.

이를 위하여 상기 제1 회전축(141)과 제2 회전축(142)은 유성기어장치(150)에 의해 서로 연결되어 어느 하나의 회전축이 회전할 때, 나머지 회전축이 연동하여 회전하도록 구성되며, 도 1에는 제1 회전축(141)의 케이싱(110)의 밖으로 돌출되어 모터와 연결되는 구조가 도시되어 있다.

한편 상기 유성기어장치(150)는 제1 회전축(141)의 외면에 형성된 선기어(151)와, 상기 선기어(151)의 주위에서 선기어(151)와 맞물려 회전하도록 케이싱(110)에 설치된 다수 개의 피니언(152)과, 상기 제2 회전축(142)의 내경면에 형성되며 다수 개의 피니언(152)과 맞물려 제2 회전축(142)을 회전시키는 링기어(153)로 구성된다.

한편 도면부호 160은 제1 회전축(141)과 제2 회전축(142)의 사이에 설치되어 제1,2 회전축(141,142)의 사이에 이물질이 유입되는 것을 방지하는 메카니칼씰(Mechanical seal)이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 하이브리드 펌프는 미도시된 외부 모터의 구동에 의하여 제1 회전축(141)이 회전하게 되면, 제1 회전축(141)과 결합된 스크류형 임펠러(120)가 회전하여 흡입구(111) 측의 유체를 케이싱(110)의 내부로 유동시키게 된다.

이와 같은 제1 회전축(141)의 회전 시, 제1 회전축(141)의 선기어(151)와 맞물린 다수 개의 피니언(152)이 회전하게 되고, 다수 개의 피니언(152)과 맞물린 링기어(153)가 회전함으로써, 별도의 모터를 이용하지 않고도 제2 회전축(142)을 회전시키게 되며, 이러한 제2 회전축(142)의 회전은 제1 회전축(141)의 회전방향과 역방향으로 이루어지게 된다.

한편 제2 회전축(142)의 회전에 의하여 판형 임펠러(130)는 스크류형 임펠러(120)와 반대인 역방향으로 회전하게 되며, 스크류형 임펠러(120)에 의하여 케이싱(110)의 내부로 유동하는 유체는 회전하는 판형 임펠러(130)의 원심력에 의하여 바깥쪽으로 유동하여 토출구(112)를 통해 외부로 배출된다.

상기와 같은 유체의 유동과정에서 스크류형 임펠러(120)에 의해 케이싱(110)의 내부로 유동하는 유체는 스크류의 회전방향에 상응하는 방향으로 회전류를 형성하면서 케이싱(110) 내부의 판형 임펠러(130) 측으로 유동하게 되며, 이때 역방향으로 회전하는 판형 임펠러(130)와 회전류의 충돌에 인해 유체에는 큰 충격파가 가해져 유체를 보다 큰 압력으로 가압 토출할 수 있게 된다.

또한 스크류형 임펠러(120)의 회전에 의해 흡입구(111) 내에서 와류가 발생하는 것을 억제하기 위하여 흡입구(111) 내에 키를 설치하지 않더라도 역방향으로 회전하는 판형 임펠러(130)의 회전에 의해 발생되는 역방향 회전류의 영향으로 인하여 흡입구(111) 내의 유체가 와류를 형성하는 것을 자연스럽게 억제할 수 있으므로, 흡입구(111) 내에 별도의 키를 설치하지 않아도 되는 이점이 있다.

또한 스크류형 임펠러(120)의 경우, 고농도의 슬러지가 함유된 유체도 원활하게 케이싱(110)의 내부로 유동시킬 수 있으며, 스크류형 임펠러(120)에 의해 케이싱(110)의 내부로 유동하는 유체는 역방향으로 회전하는 판형 임펠러(130)와의 충돌로 인해 큰 압력으로 가압 토출되므로, 고농도 슬러지가 함유된 유체도 원활하게 펌핑할 수 있는 이점이 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
(110) : 펌프 케이싱 (111) : 흡입구
(112) : 토출구 (120) : 스크류형 임펠러
(130) : 판형 임펠러 (141) : 제1 회전축
(142) : 제2 회전축 (150) : 유성기어장치
(151) : 선기어 (152) : 피니언
(153) : 링기어

Claims (4)

1. 펌프 케이싱(110)의 흡입구(111) 측에 위치하도록 배치되어 유체를 케이싱(110)의 내부로 유동시키는 스크류형 임펠러(120);
   상기 스크류형 임펠러(120)에 의해 케이싱(110)의 내부로 유입되는 유체를 케이싱(110)의 토출구(112)로 유동시키되, 스크류형 임펠러(120)와 역방향으로 회전하며 유체를 토출구(112)로 유동시키는 판형 임펠러(130)를 구비하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 펌프.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 케이싱(110)에는 스크류형 임펠러(120)의 회전을 지지하는 제1 회전축(141)과, 상기 판형 임펠러(130)의 회전을 지지하는 제2 회전축(142)이 구비되되,
   상기 제1 회전축(141)은 제2 회전축(142)의 내부를 통해 연장되는 2중축의 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 펌프.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제1 회전축(141)과 제2 회전축(142)은 유성기어장치(150)에 의해 서로 연결되어 제1 회전축(141) 또는 제2 회전축(142)이 외부 모터와 연결되어 회전할 때, 나머지 하나의 회전축이 역방향으로 연동하여 회전하도록 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 펌프.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 유성기어장치(150)는,
   상기 제1 회전축(141)에 형성된 선기어(151);
   상기 선기어(151)의 주위에서 선기어(151)와 맞물려 회전하도록 케이싱(110)에 설치된 다수 개의 피니언(152);
   상기 제2 회전축(142)의 내경면에 형성되며, 상기 다수 개의 피니언(152)과 맞물려 피니언(152)의 회전에 의해 제2 회전축(142)을 회전시키는 링기어(153)로 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 펌프.

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