KR20130131213A

KR20130131213A - 이중 유동 원심 펌프

Info

Publication number: KR20130131213A
Application number: KR1020127032692A
Authority: KR
Inventors: 만프레드 브리치
Original assignee: 알바일러 게엠베하
Priority date: 2010-06-16
Filing date: 2011-05-09
Publication date: 2013-12-03
Also published as: CN103080556A; WO2011157485A1; JP2013532252A; JP5857042B2; CN103080556B; ES2569878T3; EP2582983A1; KR101737665B1; EP2582983B1; DE102010023931A1; US20130156545A1; DK2582983T3

Abstract

본 발명은 회전가능하게 구동되는 샤프트(3) 상에 회전가능하게 고정적으로 배열된 이중-유동 임펠러(7) 및 펌프 하우징(2)을 구비하고, 상기 임펠러를 이용해서 유체가 음압 영역(10)으로부터 두 축방향 측면으로부터 흡인될 수 있고 정압 영역(11) 내로 방사상 방향으로 전달될 수 있으며, 상기 음압 영역(10)이 상기 임펠러(7)와 적어도 하나의 정지 펌프 구성요소(23), 특히 펌프 하우징(2) 및/또는 삽입 부품(24) 사이에 형성되고 축방향으로 서로 이격된 적어도 2개의 밀봉 갭(19, 20)에 의해서 정압 영역(11)에 대해서 밀봉되는, 이중-유동 원심 펌프, 특히 선박 디젤 엔진용의 냉각수 펌프 또는 밸러스트수 전달 펌프에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 상기 밀봉 갭(19, 20)은 상기 임펠러(7)와 상기 펌프 구성요소(23) 사이에 축방향으로 배열되고 원주 방향뿐만 아니라 방사상 방향으로 연장되는 축방향 갭들로서 형성되고, 해당 축방향 갭들의 갭 폭(s)은 상기 임펠러(7)로부터 방사상 간격을 가지고 배열된 모든 구성요소들로부터의 상기 임펠러(7)의 방사상 간격(a)보다 적다.

Description

이중 유동 원심 펌프{DUAL-FLOW CENTRIFUGAL PUMP}

본 발명은, 축방향 구동 샤프트 상에 회전가능하게 고정적으로 배열된 이중-유동 임펠러 및 펌프 하우징을 구비하고, 이 임펠러를 이용해서 유체가 음압 영역(negative pressure area)으로부터의 두 축방향 측면(흡인 측)으로부터 흡인되어, 정압 영역(positive pressure area)(압력 측) 내로 방사상 방향으로 전달됨으로써, 음압 영역은 (정압 영역을 통해서) 축방향으로 떨어져서 이격되고 임펠러와 적어도 하나의 정지 펌프 요소, 특히 펌프 하우징 사이에 형성된 적어도 2개의 밀봉 갭에 의해서 정압 영역에 관하여 밀봉되는, 바람직하게는 단상의 이중-유동 원심 펌프, 특히 선박 디젤 엔진용의 냉각수 펌프 혹은 선박 상의 밸러스트수 전달 펌프(ballast water delivery pump)에 관한 것이다.

공지의 이중-유동 원심 펌프에 있어서, 환형상 갭으로서 형성된 밀봉 갭들은 축방향으로 뻗고, 임펠러와 펌프 하우징 사이에 형성된다. 공지의 원심 펌프의 동작 동안, 한 측면 상에 지지된 샤프트에 대해 작용하는 얻어지는 방사상 힘 성분은, 특히 원심 펌프들이 그들의 최적 작업점에서 동작되지 않는다면, 생기므로, 회전가능하게 고정된 임펠러를 구비한 샤프트가 방사상 방향으로 편향된다. 임펠러가 이 편향 이동 동안에 펌프 하우징과 접촉하는 것을 방지하기 위하여, 축방향 갭들로서 형성된 밀봉 갭들은 적절하게 넓은 치수로 되어야만 한다. 그러나, 이것은, 방사상 정압 영역으로부터 일정하게 전달된 매체가 밀봉 캡들을 통해서 음압 영역(흡인 영역) 내로 축방향으로 흐르므로 펌프의 성능 소실을 초래한다. 그 결과, 공지의 원심 펌프의 효능이 상당히 손상된다. 앞서 인용된 원심 펌프는, 샤프트가 한 측면 상에 지지된 경우의 용도에만 적합하며, 여기서, 비교적 낮은 체적 유량이 전달되게 된다. 대형 체적 유량 적용을 위한 이중-유동 원심 펌프의 경우, 예를 들어, 선박 디젤 엔진용의 냉각수 펌프 혹은 선박 상의 밸러스트수 전달 펌프의 경우, 임펠러를 운반하는(carrying) 샤프트는 동작 동안 방사상 편향 이동을 최소화하기 위하여 대체로 임펠러의 축방향 양 측면 상에 지지된다. 이들 용도를 위하여 샤프트의 단지 한 측면 지지의 경우에, 샤프트는 적절하게 큰 직경 및/또는 복합 지지부와 함께 이용될 필요가 있었다.

앞에서 인용된 종래 기술로부터 출발하여, 본 발명은, 특히 고도의 효능이 복잡한 구조대책 없이도 가능하게 되는 적어도 500㎥/h의 대형-체적 유량에 대해서, 이중-유동 원심 펌프가 나타내는 기본적인 문제를 지닌다. 임펠러를 운반하는 원심 펌프 샤프트는 바람직하게는 오로지 한면 상에만 지지되어 최소의 가능한 직경을 지녀야함 한다. 펌프 하우징 상에의 임펠러의 충돌을 신뢰성 있게 피해야만 한다.

이 문제는, 밀봉 갭들이 원주 방향뿐만 아니라 방사상 방향으로 연장되는 축방향 갭들로서 형성되어, 펌프 구성요소와 임펠러 사이에 축방향으로 배열되며, 바람직하게는 축방향에서 측정된 그 갭의 갭 폭은 임펠러의 방사상 외측으로 방사상으로 이격되어 배열되는 모든 구성요소들에 대해서 임펠러의 방사상 거리보다 크다고 하는 점에서 일반적인 이중-유동 원심 펌프에 의해 해소된다. 즉, 축방향 갭들로서 형성된 밀봉 갭들의 갭 폭은 임펠러에 의해 한 측면 상에 제한된 모든 다른 갭(방사상 갭)의 갭 폭보다 크다. 이것은, 달리 표현하면, 임펠러와 펌프의 다른 구성요소들 간의, 방사상 방향에서 측정된, 거리가 축방향 갭으로서 형성된 밀봉 갭들의 갭 폭보다 크다는 것을 의미한다.

본 발명의 유리한 추가의 개발 사항은 종속 청구항에 표시되어 있다. 본 발명의 범위는 본 명세서, 특허청구범위 및/또는 도면에 개시된 특성들 중 적어도 두 가지의 모든 조합을 포함한다. 반복을 피하기 위하여, 장치로서 개시된 특성은 방법에 따라서 개시되고 청구될 수 있는 것으로 상정된다. 마찬가지로, 방법에 따라 개시된 특성은 장치에 따라서 개시되고 청구될 수 있는 것으로 상정된다.

본 발명은 원심 펌프의 흡인 측이 압력 측에 대해서 밀봉된 적어도 하나의 펌프 부품과 임펠러 사이의 밀봉 갭이, 즉, 축방향 갭으로서 그의 길이방향 크기에 대해서 방사상 방향으로 뻗도록 구성되어 있는 사상에 의거하고 있다. 즉, 본 발명에 따른 임펠러는 적어도 하나, 바람직하게는 오로지 하나의 펌프 구성요소로부터 밀봉 갭들에 의해 축방향으로 떨어져 있다. 적어도 대략 축 방향으로 연장되는, 밀봉 갭의 폭은, 적어도 하나의 위치에서, 바람직하게는 그의 길이방향 크기에 비해서, 임펠러와 해당 임펠러에 대해서 방사상 거리에 배열된 다른 모든 펌프 구성요소 간의 거리보다 적다. 즉, 밀봉 갭의 갭 폭은 임펠러의 방사상 외측에 배치된 모든 펌프 구성요소에 대한 임펠러의 방사상 거리보다 적다. 밀봉 갭들은, 그들의 축방향 크기가 그들의 방사상 크기보다 (상당히) 적은 점에서 구별된다. 축방향에서 측정된 축방향 갭, (밀봉 갭)의 갭 폭은, 임펠러와 축방향 갭을 제한하는 펌프 구성요소 사이에 배치된 방사상 갭의 방사상 방향에서 측정된 갭 폭보다 크다.

밀봉 갭의 갭 폭은, 축방향 갭을 제한하는 펌프 구성요소에 대한, 특히 펌프 하우징에 대한 및/또는 바람직하게는 하우징 구역을 형성하는 삽입 부품에 대한 임펠러(7)의 방사상 거리의 바람직하게는 적어도 20%, 바람직하게는 적어도 12%, 더욱더 바람직하게는 6%이다.

물론, 임펠러의 방사상 배출 영역의 축방향 양 측면 상에 축방향 갭으로서 형성된 여러 개의 밀봉 갭을 제공하는 것도 가능하다. 그러나, 축방향 갭으로서 형성된 단지 하나의 밀봉 갭을 제공하는 것이 바람직하며, 이로써, 최소 갭 폭을 지니는 상기 갭들이 밀봉 갭인 것으로 이해된다.

변형 실시형태는 바람직하게는 오로지 2개의 밀봉 갭이 원주방향으로 폐쇄된 방사상 갭의 방사상 내측의 영역에 배열되는 것이 상당히 특히 바람직하고, 이 갭을 통해서 임펠러가 적어도 하나, 바람직하게는 오로지 하나의 펌프 구성요소로부터 떨어져 있다. 축방향 갭들이 방사상 방향으로 안쪽으로 방사상 갭으로부터 시작해서 연장되면 특히 바람직하다. 따라서, 변형 실시형태는, 축방향 갭들이, 적어도 방사상 내측 영역에, 방사상 갭들보다 샤프트에 대해서 보다 적은 거리를 지니는 것이 특히 바람직하다. 밀봉 갭들은 가상의 둥근 원통(imaginary circular cylinder) 내부에 위치되는 것이 바람직하며, 해당 원통의 생성면은 방사상 갭들을 수용한다. 이러한 변형 실시형태의 결과로서, 밀봉 작용이 개선된다.

임펠러가 둥근 원통형 케이싱 윤곽(circular, cylindrical casing contour)을 지닌다면 특별히 의미 있고, 이에 의해 밀봉 갭들(축방향 갭들)이 원통형 케이싱 윤곽을 포함하는 임펠러의 전방 측면(front side) 사이에 그리고 적어도 하나의, 바람직하게는 오로지 하나의 펌프 구성요소 사이에 형성된다면 훨씬 더 바람직하다.

대안적으로, 케이싱 윤곽은 임펠러가 방사상 방향으로 더욱 외측으로 그의 배출 영역이 연장되도록 제공될 수도 있다. 그러나, 후술하는 바와 같이, 이러한 기하형태의 경우에, 축방향 밀봉 갭이 펌프 제트와 임펠러 사이에 배열된 가능한 방사상 갭보다 적은 반경을 지니는 영역에 배열된다면 또한 바람직하다.

축방향 갭들로서의 밀봉 갭들의 형성에 의거해서, 방사상 편향 시 임펠러가 밀봉 갭들을 제한하는 펌프 구성요소와 충돌할 위험 없이 종래 기술에서보다 상당히 적은 밀봉 갭들의 갭 폭의 치수로 하는 것이 가능하다. 따라서, 본 발명에 따라서 밀봉 갭들의 설계에 의해서, 압력 영역으로부터 흡인 영역(음압 영역) 내로 흐르는 액체량이 밀봉 갭들의 작은 갭 폭에 의해 최소화되므로 원심 펌프의 높은 효율을 달성하는 것이 가능하다. 임펠러와 펌프 구성요소 및/또는 펌프의 다른 구성요소들 간의 거리는, 동작 동안 일어나는 임펠러의 가장 큰 가능한 편향의 경우에도 충돌의 위험이 없도록 방사상 방향으로 치수를 갖도록 될 수 있다. 따라서, 대형-체적 유량을 구비한 용도, 특히 선박 분야에 대해서도, 임펠러의 보다 큰 방사상 편향이 이전보다 허용될 수 있으므로 임펠러 샤프트의 단지 한쪽 지지를 실현하는 것이 가능하다. 또한, 이와 같이 샤프트의 규모는 최소화될 수 있다.

일 실시형태는 특히 간단한 구조를 지니므로, 밀봉 갭들이 - 허용오차의 체계에서- 그들의 길이방향 크기에 대해서 정확히 방사상 방향으로 뻗는 것이 바람직하다. 그러나, 밀봉 갭들을 제한하는 적어도 하나의 구조적 구성요소(임펠러 및/또는 펌프 구성요소, 특별히 펌프 하우징)의 적절한 형상화에 의한 밀봉 갭들의 약간 만곡된 혹은 약간 비스듬한 설계는, 특히, 임펠러의 만곡된 편향 이동의 갭 기하형태가 특별히 한쪽 샤프트 지지부에 의해 일어나므로 갭 폭이 적어도 동작 동안 임펠러의 편향도와 무관하게 적어도 독립적으로 일정하게 유지되는 방식으로 가능하다. 곡률 반경은, 임펠러를 운반하는 샤프트를 지지하도록 임펠러의 거리에 특별히 바람직한 방식으로 적어도 대략 대응한다.

본 발명의 추가의 발전에 있어서, 축방향 갭들로서 형성된 밀봉 갭들의 갭 폭은 200㎛ 내지 2000㎛, 특히 바람직하게는 200㎛ 내지 400㎛ 범위의 값으로부터 선택되는 것이 유리하게 제공된다.

펌프 구성요소가 축방향 갭들로서 형성된 밀봉 갭들을 제한하는 (임펠러가 정지한 상태에서) 원심 펌프의 펌프 구성요소에 대한 임펠러의 최저의, 즉, 최소의 방사상 거리가 2㎜ 내지 10㎜ 범위의 값으로부터 선택되면 특히 유리하다. 즉, 임펠러와 앞에서 인용된 펌프 구성요소 간의 거리는 바람직하게는 표시된 수치 범위의 거리보다 크다. 앞에서 인용된 최소 방사상 거리는, 방사상 편향 시 충돌을 적절하게 방지하기 위하여, 밀봉 갭들을 제한하는 적어도 하나, 바람직하게는 오로지 하나의 펌프 구성요소에 대한 임펠러의 최소 방사상 거리뿐만 아니라, 펌프의 모든 구조적 구성요소에 대한 임펠러의 최소 방사상 거리가 특히 바람직하다.

이중-유동 원심 펌프의 일 실시형태는, 밀봉 갭들이 임펠러의 전방 측면들 사이에 배열되어 있는 특히 바람직한 구조를 지니며, 그 전방 측면들은 적어도 하나의 펌프 구성요소 사이에 축방향으로 대면한다. 즉, 밀봉 캡들이 서로 최대로 가능한 축방향 거리를 지닌다면 바람직하다. 이것은, 예를 들어, 임펠러가 적어도 대략 둥근 원통형인 케이싱 윤곽을 지닌다는 점에서 실현될 수 있다. 원심 실린더의 가상 발생면(그 면이 방사상 갭들을 수용함)은, 특히 바람직하게는 외측 상에 방사상으로 축방향 갭들을 둘러싼다.

초기에 설명된 바와 같이, 방사상 방향으로 연장되는 축방향 갭(밀봉 갭)은, 밀봉 갭들이 허용오차의 체계에서, 길이방향 크기에 비해서 정확히 방사상 방향으로 뻗어 있는 실시형태만을 지칭하는 것은 아니고, 즉, 이들은, 예를 들어, 환형상 원반 형상으로 구성된다. 일 실시형태는 또한 밀봉 갭들이 약간의 각도의 상승을 지니거나 다소 만곡되며, 즉, 바람직하게는, 특히 한 측면 상에 지지된 샤프트의 경우에, 해당 샤프트 지지부로부터 특정 밀봉 갭의 거리에 적어도 대략 대응하는 커다란 곡률 반경을 지닌다. 특정 밀봉 갭은, 이와 같이 해서 원심 펌프의 동작 동안 갭 폭이 변화가 없거나 혹은, 즉, 갭 기하형태가 편향 이동을 따르므로 임펠러의 가능한 방사상 편향 시, 가능한 한 약간 변하는 방식으로 설계된다. 밀봉 갭의 곡률 혹은 베벨링(beveling)은 임펠러 및/또는 임펠러와 대향하는 축방향 면 상에 밀봉 갭을 제한하는 적어도 하나, 바람직하게는 오로지 하나의 펌프 구성요소의 적절한 기하학적 형상화에 의해 실현될 수 있다. 샤프트의 길이방향 연장부에 직교하여 배열된 가상 방사상 평면(imaginary radial plane)에 대한 특정 밀봉 갭의 각도(경사각)는, 특히 바람직하게는 0.01° 내지 2.0° 범위의 값으로부터 선택된다. 가능한 곡률 반경은 바람직하게는 200㎜ 내지 1000㎜, 바람직하게는 300㎜ 내지 700㎜ 범위의 값으로부터 선택된다.

특정 밀봉 갭, 더욱 정확하게는 적어도 밀봉 갭을 제한하는 (임펠러 및/또는 펌프 구성요소)의 면의 곡률 반경은, 바람직하게는, 특히 한 측면 상에 지지된 것(펌프 샤프트)의 경우에, 샤프트 지지부에 대한 특정 밀봉 갭(특히 밀봉 갭의 방사상 최내측 영역)에 대한 거리에 적어도 대략 대응한다. 대응하는 방식에서, 본 명세서에서 설명된 갭의 경사 각도란 앞에서 인용된 방사상 평면에 대해서 밀봉 갭을 제한하는 (임펠러 및/또는 펌프 구성요소)의 적어도 하나의 면의 각도를 지칭한다.

이미 언급된 바와 같이, 임펠러를 운반하는 샤프트가 오로지 한 측면, 바람직하게는 상부 측면 상에 지지된 경우 원심 펌프의 일 실시형태의 극히 비용 효율적인 변형예이다.

본 발명에 따른 원심 펌프가 대형-체적 유량 분야, 특히 선박 분야를 위해 설계된다면 특별히 의미 있다. 원심 펌프는, 바람직하게는 대략 20m 내지 대략 50m 범위, 바람직하게는 대략 30m의 값으로부터의 최대 전달 수준에서, 대략 500 ㎥/h 내지 대략 4000 ㎥/h, 바람직하게는 대략 800 ㎥/h 내지 대략 1500 ㎥/h(예를 들어, 오히려 소형 냉각수 펌프의 경우) 또는 대략 1500 ㎥/h 내지 대략 2300 ㎥/h(예를 들어, 평균 크기의 냉각수 펌프의 경우) 또는 2300 ㎥/h 내지 3500 ㎥/h(예를 들어, 오히려 대형 냉각수 펌프의 경우) 범위의 값으로부터의 체적 유량을 전달하도록 설계되는 것이 바람직하다. 이중-유동 원심 펌프가 수직 구조(vertical construction)로, 즉, 샤프트가 원심 펌프의 정지 면에 대해서 수직으로 뻗는 방식으로 실현되면, 공간상의 이유로, 특별히 선박 분야에 특히 바람직하다.

원심 펌프가 단상 원심 펌프, 즉, 오로지 하나의 임펠러를 포함하는 것이면 특히 바람직하다.

펌프 하우징이 흡인 측 상의 유로를 임펠러의 두 축방향 측면에 대해서 설정하고 압력 측 상에 나선형 방식으로 바람직하게는 2개의 출구 도관을 합치는 소위 나선형 하우징이면 특히 의미 있다.

본 발명은 또한 선박 디젤 엔진용의 냉각수 펌프로서 혹은 선박 상의 밸러스트수 전달 펌프로서 본 발명의 사상에 따라서 설계된 이중-유동 원심 펌프의 이용을 포함한다.

본 발명의 기타 이점, 특징 및 상세는 도면으로부터 뿐만 아니라 바람직한 예시적인 실시형태의 이하의 설명으로부터 얻어진다.

도 1은 본 발명의 사상에 따라서 구축된 이중-유동 원심 펌프의 예시적인 실시형태의 단면도;
도 2는 갭 상태를 도시한 기본적인 도면;
도 3 내지 도 7은 밀봉 갭들의 실시형태들의 상이한 가능성들을 도시한 도면.
도면에서, 동일한 기능을 지니는 동일한 요소 및 요소들은 동일한 참조 부호로 표기된다.

도 1은 수직 구조의 이중-유동 원심 펌프(1)의 단면도를 도시하고 있다. 도시된 예시적인 실시형태는 30m의 최대 전달 수준에서 2300 ㎥/h의 체적 유량을 전달하기 위하여 설계된 선박 디젤 엔진용의 냉각수 펌프이다.

원심 펌프(1)는 흡인측 입구(3)뿐만 아니라 압력측 출구(4)와 함께 나선형 하우징으로서 설계된 펌프 하우징(2)을 포함한다. 한 측면 상에 지지된 샤프트(5)는 수직 방향으로 위쪽에서 아래쪽으로 펌프 하우징(2) 내로 연장되고, 볼 베어링으로서 구성된 베어링(6)에 의해 지지된다. 샤프트(5)는 그의 내측에 실질적으로 둥근 원통형 케이싱 윤곽을 지니는 이중-유동 임펠러(7)를 운반한다. 임펠러(7)는 샤프트(5) 상에 회전가능하게 고정 방식으로 안착된다. 샤프트 밀봉부(8)는 지지부(6)와 임펠러(7) 사이의 축방향 영역에 위치된다. 도 1로부터 명확한 바와 같이, 샤프트(5)는 펌프 하우징(2) 상에 나사조임에 의해서 고정된 커버(9)를 통해서 샤프트 밀봉부(8) 위쪽의 영역으로 연장된다.

임펠러(7)는 음압 영역(10)(흡인 측)을 정압 영역(11)(압력 측)과 분리시킨다.

샤프트(5)는 엔진(도시 생략)에 의해서, 특히 전기모터에 의해서 공지의 방식으로 회전될 수 있고, 이에 따라서, 샤프트(5)와 함께 회전 중인 임펠러(7)는 음압 영역(10)으로부터 축방향 양 측면으로부터 유체, 여기서는 냉각수를 흡인하고, 이를 정압 영역(11) 내로 바깥쪽으로 방사상 방향으로 전달함으로써, 정압 영역(11)은 분할 벽(14)에 의해 서로 분리된 두 나선형으로 배열된 유동 도관(12), (13)으로 더욱 분할된다. 두 유동 도관(12), (13)과 유체 전류는 출구(4)의 영역에서 재차 합쳐진다.

원심 펌프(1)의 동작 동안, 특별히 원심 펌프(1)가 최적 작업점에서 작동하지 않는 경우, 방사상 힘에 의한 샤프트(5)의 부하가 임펠러(7)의 영역에서 일어나고, 그 부하는 방사상 방향으로 임펠러(7)와 함께 샤프트(5)를 편향시키는 경향을 지닌다. 임펠러(7)가 펌프 하우징(2)(펌프 구성요소)과 방사상 방향으로 충돌하는 것을 방지하기 위하여, 축 방향으로 연장되는 두 축방향으로 이격된 방사상 갭(15), (16)은, 동작 동안 샤프트(5)의 최대로 상정가능한 편향도 임펠러(7)의 펌프 하우징(2)과의 충돌을 초래하지 않을 있도록 넓은 치수로 되어 있다. 방사상 갭(15), (16)은 밀봉 갭으로서 설계되지 않고, 대략 5㎜의 도시된 예시적인 실시형태에서 한쪽으로부터 그들의 비교적 큰 갭 폭(가장 좁은 위치에서 측정됨)을 고려해서 충분한 밀봉 기능을 수행하지 못한다. 방사상 갭들은 둥근 원통형 발생면을 지닌다. 방사상 갭(15), (16)이 단지 밀봉 갭들이라면, 원심 펌프(1)는 액체, 여기서는 냉각수가 정압 영역(11)으로부터 방사상 갭(15), (16)을 통해서 음압 영역(10)으로 다량 일정하게 흐르고, 이에 따라 직접 회로에 전달되므로, 비교적 큰 갭 폭을 고려해서 극히 불량한 효능을 지닐 것이다.

임펠러(7)와 펌프 하우징(2)(펌프 구성요소) 간의 충돌 위험을 피하는 한편 목적으로 하는 밀봉 작용을 얻기 위하여, 펌프 하우징(2)(펌프 구성요소)은, 축방향 갭으로서 구축되고 방사상 방향으로 그의 길이방향 연장부에 관하여 연장되는 밀봉 갭(19), (20)이 펌프 하우징(2)(펌프 구성요소)과 임펠러(7)의 각 전방 측면(17), (18) 사이에 형성되는 방식으로 두 축방향 측면 상에, 즉, 내측 방사상 방향으로 상하로 임펠러(7) 위쪽에 연장된다. 가장 좁은 위치에서 측정된 이들 밀봉 갭(19), (20)은 방사상 갭(15), (16)보다 작은 갭 폭을 지니는 것이 필수이다.

밀봉 갭(19), (20)은 방사상 갭(15), (16) 내측으로 방사상으로 위치됨으로써, 방사상 갭(15), (16)은 밀봉 갭(19), (20) 내로 합병되고, 밀봉 갭(19), (20)은 방사상 갭(15), (15) 상에 경계를 접한다. 도시된 예시적인 실시형태에서, 밀봉 갭(19), (20)의 폭은 대략 400㎛에 상당한다.

밀봉 갭(19), (20)은, 설명된 바와 같이, 임펠러(7)의 전방 측면(17), (18)에 의해 도시된 예시적인 실시형태에서 한편으로는 임펠러(7)에 의해 축방향으로 그리고 펌프 하우징(2)의 벽면(21), (22)에 의해 대향하는 측면 상에 제한되며, 그 벽면은 여기서는 특정 전방 측면(17), (18)과 평행하게 정렬된다.

임펠러(7)의 편향이 동작 중에 방사상 방향으로 일어나면, 전방 측면(17), (18)은 펌프 하우징(2)의 벽면(21), (22)과 실질적으로 평행하게 변위되므로, 여기서는 충돌은 일어날 수 없다. 방사상 갭(15), (16)은, 설명된 바와 같이, 최대로 허용가능한 편향에서도, 여기에서 임펠러(7)와의 충돌도 배제되도록 넓은 치수로 되어 있다.

도 2는 갭 상태를 개략적으로 도시하고 있다.

개략적으로 도시된 임펠러(2)는, 회전가능하게 지지된 샤프트(5) 상에 회전가능하게 고정되는 방식으로 배열되는 것이 인식될 수 있다.

임펠러(7)는 펌프 구성요소(23), 여기서는 펌프 하우징(2), 더욱 정확하게는 펌프 하우징(2)의 구성요소를 형성하는 삽입 부품(24)에 의해 둘러싸인다. 대안적으로, 삽입 부품은 또한 이에 따라 펌프 하우징 내측에 그리고 외부 하우징 측에 대한 소정 거리에서 하우징의 구성요소를 형성하도록 구축되고 배열될 수 없다. 임펠러(7)의 회전 시 액체는 흡인 측(음압 영역)(10)으로부터 압력 측(정압 영역)(11)으로 화살표 방향으로 흐른다.

두 밀봉 갭(19), (20)은 단일형 혹은 이분형으로 되도록 설계될 수 있는 펌프 구성요소(23)와 임펠러(7) 사이, 더욱 정확하게는, 둥근 원통형 케이싱 윤곽을 포함하는 임펠러(7)의 측면(17), (18) 사이에 형성된다. 이들 밀봉 갭(19), (20)은 펌프 구성요소(23)와 임펠러(7) 사이에 축방향으로 형성된 축방향 갭들이다. 밀봉 갭(19), (20)의 갭 폭들은 도시된 예시된 실시형태에서 400㎛이다. 평탄한 환형상 원반 형태의 두 밀봉 갭(19), (20)은, 축방향으로 서로로부터 이격되고, 특히 임펠러(7)의 방사상 출구 영역 혹은 영역들에 의해 서로로부터 분리된다.

도시된 예시적인 실시형태에 있어서, 임펠러(7)와 펌프 구성요소(23) 사이의 밀봉 갭(19), (20)에 부가해서, 두 방사상 갭(15), (16)은, 갭 폭(a)이 밀봉 갭의 갭 폭(s)보다 크도록 제공된다. 도시된 예시적인 실시형태에 있어서, 갭 폭(a)은 임펠러(7)가 정지 상태에 있을 때 대략 5㎜이다. 밀봉 갭(19), (20)은 방사상 갭(15), (16) 내부로 방사상으로 위치되고, 따라서 방사상 갭(15), (16)보다 샤프트(5)로부터 훨씬 적게 이격되어 있다. 방사상 갭들은 둥근 원통형 재킷의 형태를 지닌다. 밀봉 갭(19), (20)은 대략 둥근 링 원반의 형태이다. (좁은) 방사상 갭(15), (16)의 제공은 또한 펌프 구성요소(23)의 변형된 구조 설계로 제거될 수 있다. 또, 두 축방향 측면 중 적어도 한쪽 상에, 바람직하게는 임펠러(7)의 축방향 양 측면 상에 있는 축방향 갭들인 평팽한 평면에 존재하는 여러 개의 밀봉 갭(19), (20)을 제공하는 것이 상정된다. 그러면, 두 축방향으로 인접한 밀봉 갭은 바람직하게는 임펠러(7)의 적어도 하나의 축방향 측면 상의 밀봉 갭들의 갭 폭보다 큰 갭 폭을 지니는 방사상 갭을 통해서 서로 연결된다. 이와 같이 해서, 단차 갭 형성이 일어나고, 이에 따라서, 축방향 갭 구역은 밀봉 갭들을 나타낼 것이다. 따라서, 단차 갭 설계로 된다.

상정되는 대안적인 밀봉 갭 기하형태는 도 3 내지 도 7에 도시되어 있고, 이에 따라서, 곡면의 각도 혹은 반경은 명확화를 이유로 과장된 방식으로 도시되어 있다. 실제로, 곡률의 최소 상승 및 큰 반경이 내포된다.

모든 예시적인 실시형태는, 밀봉 갭들이 실질적으로 방사상 방향으로 그들의 길이방향 연장부에 관하여 뻗는 축방향 갭들이고 그들의 축방향 연장부가 (실질적으로) 그들의 방사상 연장부보다 작다고 하는 공통의 사실을 지닌다.

도 3에 따른 예시적인 실시형태에 있어서, 밀봉 갭(19)은 임펠러(7)와 펌프 구성요소(23) 사이에 형성되어 있다. 밀봉 갭(19)을 제한하는 임펠러(7)의 구역은 정확히 방사상 방향으로 샤프트의 길이방향 연장부에 대해서 뻗는 한편, 이와 대조적으로, 밀봉 갭(19)을 제한하는 펌프 구성요소(23)의 표면 구역은, 여기서 1°보다 작은 각도(α) 하에, 방사상 평면에 대해서 약간 경사져 있다. 이것은, 도시된 예시적인 실시형태에서, 임펠러(7)의 표시된 표면 구역이 놓이는 가상의 방사상 평면에 대해서 이 각도(α)에 대해서 밀봉 갭의 경사를 초래한다.

도 4에 따른 예시적인 실시형태에 있어서, 밀봉 갭(19)을 제한하는 임펠러(7)의 표면 구역뿐만 아니라 밀봉 갭(19)과 반대쪽에 있고 해당 밀봉 캡을 제한하는 펌프 구성요소(23)의 표면 구역은, 여기서 10°보다 작은 동일한 각도(α) 하에 양쪽 모두 도시된 예시적인 실시형태에 있어서, 방사상 평면에 대해서 경사져 있다. 상이하지만 유사한 경사각도의 실현도 가능하다.

도 5에 따른 예시적인 실시형태에 있어서, 밀봉 갭(19)을 제한하는 임펠러(7)의 표면 영역은 밀봉 갭(19)을 제한하는 펌프 구성요소(23)의 표면 영역이 만곡된 것(그 곡률은 바람직하게는 샤프트(5)(도시 생략)의 지지부로부터 밀봉 갭(19)을 지니는 반경을 지님)과 대조적으로, 샤프트의 길이방향 연장부에 대해서 방사상 평면에 위치되어 있다.

도 6에 따른 예시적인 실시형태에 있어서, 밀봉 갭(19)을 제한하는 면들뿐만 아니라 임펠러(7)의 면과 펌프 구성요소(23)의 면들의 모두는 다소 만곡되도록 설계되어 있다.

도 7에 따른 예시적인 실시형태에 있어서, 밀봉 갭(19)을 제한하는 임펠러(7)의 표면은, 밀봉 갭(19)을 제한하는 펌프 구성요소(23)의 표면이 다소 만곡되어 바람직하게 500㎜의 곡률 반경을 지니는 것과 대조적으로, 방사상 평면에 대해서 10°보다 작은 각도(α)로 경사지지만 평탄하게 설계되어 있다.

1: 이중-유동 원심 펌프 2: 펌프 하우징
3: 입구(입구 접속편) 4: 출구(출구 접속편)
5: 샤프트 6: 지지부
7: 임펠러 8: 샤프트 밀봉부
9: 커버 10: 음압 영역
11: 정압 영역 12: 유동 도관
13: 유동 도관 14: 분할 벽
15: 방사상 갭 16: 방사상 갭
17: 전방 측면 18: 전방 측면
19: 밀봉 갭 20: 밀봉 갭
21: 벽면 22: 벽면
23: 펌프 구성요소 24: 삽입 부품
s: 갭 폭, 밀봉 갭 a: 갭 폭, 방사상 갭

Claims

회전가능하게 구동되는 샤프트(3) 상에 회전가능하게 고정적으로 배열된 이중-유동 임펠러(7) 및 펌프 하우징(2)을 구비하고, 상기 임펠러를 이용해서 유체가 음압 영역(10)으로부터 두 축방향 측면으로부터 흡인되고 정압 영역(11) 내로 방사상 방향으로 전달될 수 있어, 상기 음압 영역(10)이 상기 임펠러(7)와 적어도 하나의 정지 펌프 구성요소(23), 특히 펌프 하우징(2) 및/또는 삽입 부품(24) 사이에 형성되고 축방향으로 이격된 적어도 2개의 밀봉 갭(19, 20)에 의해서 정압 영역(11)에 대해서 밀봉되는, 이중-유동 원심 펌프, 특히 선박 디젤 엔진용의 냉각수 펌프 또는 밸러스트수 전달 펌프(ballast water delivery pump)로서,
상기 밀봉 갭(19, 20)은 상기 임펠러(7)와 상기 펌프 구성요소(23) 사이에 축방향으로 배열되고 원주 방향뿐만 아니라 방사상 방향으로 연장되는 축방향 갭들로서 형성되고, 해당 갭들의 갭 폭(s)은 상기 임펠러(7)에 대해서 방사상 거리에 배열된 모든 구성요소들에 대한 상기 임펠러(7)의 방사상 거리(a)보다 적은 것을 특징으로 하는 이중-유동 원심 펌프.
제1항에 있어서, 상기 밀봉 갭(19, 20)의 갭 폭(s)은 200㎛ 내지 2000㎛ 범위의 값으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 이중-유동 원심 펌프.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 임펠러(7)가 정지해 있는 상태에서 상기 원심 펌프의 펌프 구성요소(23)에 대한 임펠러(7)의 최소 방사상 거리(a)가 2㎜ 내지 10㎜ 범위의 값으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 이중-유동 원심 펌프.
제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 밀봉 갭(19, 20)은 상기 임펠러(7)의 전방 측면들(17, 18) 사이 및 상기 펌프 구성요소(23) 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 이중-유동 원심 펌프.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밀봉 갭(19, 20)은 정확히 방사상 방향으로 뻗거나 혹은 대략 0°내지 1°, 바람직하게는 0.5° 내지 5°범위의 값으로부터의 각도로부터 소정 각도 방사상 평면으로 둘러싸이도록 설계되고/되거나 상기 밀봉 갭(19, 20)은 200㎜ 내지 1000㎜, 바람직하게는 300㎜ 내지 700㎜ 범위의 값으로부터의 곡률 반경을 지니는 것을 특징으로 하는 이중-유동 원심 펌프.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 샤프트(3)는 오로지 한쪽 상에만 지지되는 것을 특징으로 하는 이중-유동 원심 펌프.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원심 펌프는 대략 20m 내지 대략 50m 범위, 바람직하게는 대략 30m의 값으로부터의 최대 전달 수준에서, 대략 500 ㎥/h 내지 대략 4000 ㎥/h, 바람직하게는 대략 800 ㎥/h 내지 대략 1500 ㎥/h 또는 대략 1500 ㎥/h 내지 대략 2300 ㎥/h 또는 2300 ㎥/h 내지 3500 ㎥/h 범위의 값으로부터의 체적 유량을 전달하도록 설계된 것을 특징으로 하는 이중-유동 원심 펌프.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원심 펌프는 수직 구조(vertical construction)로 실현되는 것을 특징으로 하는 이중-유동 원심 펌프.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 바람직하게 오로지 2개의 밀봉 갭(19, 20)이 펌프 구성요소로서 형성된 방사상 갭(15, 16)과 임펠러(7) 사이보다 샤프트(5)에 대해서 보다 적은 방사상 거리를 지니는 것을 특징으로 하는 이중-유동 원심 펌프.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 임펠러(7)는 둥근 원통형 케이싱 윤곽(circular, cylindrical casing contour)을 지니는 것을 특징으로 하는 이중-유동 원심 펌프.