KR20150032686A - 원심펌프의 임펠러 흡입 안내장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원심펌프의 임펠러 흡입 안내장치에 관한 것으로, 내부에 공간을 갖는 펌프하우징, 펌프하우징에 편심내장된 임펠러, 임펠러를 원주방향으로 커버하는 가이드베인, 펌프하우징의 일측면에 연결되고 상기 임펠러의 축방향으로 연통된 흡입관, 상기 펌프하우징의 둘레 일부에 연결된 배출관을 포함하는 원심펌프에 있어서; 상기 흡입관은 내경에 나선홈이 형성되어, 상기 임펠러로 공급되는 유체가 상기 임펠러의 회전방향으로 선회 공급되도록 구성된 된 것을 특징으로 하는 원심펌프의 임펠러 흡입 안내장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 간단한 구조의 유체 흡입가이드를 통해 유체 흡입시 임펠러와의 충돌에 의한 캐비테이션 발생을 억제하고, 이를 통해 임펠러의 침식을 극소화시킴으로서 사용수명을 연장하는 효과를 얻을 수 있다.

Description

원심펌프의 임펠러 흡입 안내장치{DEVICE FOR GUIDING IMPELLER SUCTION OF CENTRIFUGAL PUMP}

본 발명은 원심펌프의 임펠러 흡입 안내장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원심펌프에서 사용되는 임펠러의 침식을 최소화하여 사용수명을 연장할 수 있도록 개선된 원심펌프의 임펠러 흡입 안내장치에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 원심펌프(Centrifugal Pump)는 임펠러에 흡입된 유체를 축과 직각의 복류방향으로 토출시키도록 구성된 펌프로서 복류펌프라고도 한다.

때문에, 원심펌프의 중심부로 들어간 유체는 회전하는 임펠러를 지나 압력이 높아진 상태로 바깥둘레로 유출되고, 스파이어럴 형태의 가이드베인을 지나 펌프 출구를 통해 배출되도록 구성되어 흡입유로와 토출유로가 직각을 이루도록 구성된다.

이와 같은 원심펌프와 관련된 선행기술들은 수없이 많지만, 그 중에서도 주로 흡입효율을 향상시키고자 개선된 예들이 대다수인 바, 이를 테면 등록특허 제0819139호, 공개특허 제2008-0082697호, 실용신안등록공고 제1990-0010009호 등 다수를 들 수 있다.

이러한 원심펌프는 앞서 설명하였듯이, 유체가 모터의 동력력을 유체에 전달하는 임펠러를 통과하면서 유입된 방향에 대해 거의 직각으로 유동이 바뀌면서 유속이 크게 증가한 상태로 원심력에 의해 토출구를 통해 배출되는 유체 유동구조를 갖는다.

때문에, 흡입구 부분에서 유체가 임펠러로 들어가면서 거의 직각으로 유동방향이 바뀌게 되면 캐비테이션(Cavitation)이 발생하게 되고, 이러한 캐비테이션은 종국에 임펠러의 침식을 증대시켜 임펠러의 사용수명을 단축하는 문제로 작용하게 된다.

하지만, 선행 기술들에 나타난 바로는 이러한 캐비테이션을 줄이기 위한 노력들이 미흡하였으며, 개시하고 있는 바 중 하나로는 원심펌프 자체의 구조를 완전히 개량하고 있는데 이럴 경우에는 펌프 자체를 재설계해야 하기 때문에 개발비용이 급증하고, 펌프의 양정능력이 달라지기 때문에 단순히 펌프 구조 자체를 바꾼다고 해서 기존 원심펌프를 완전히 대체할 수 없는 한계에 부딪혀 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 기존 원심펌프의 구조는 그대로 사용하면서 아주 간단한 가이드 수단만을 제공하여 기존 펌프의 구조 변경없이도 캐비테이션 현상을 극소화시켜 임펠러의 침식을 방지함으로써 펌프의 사용수명을 지극히 연장할 수 있도록 한 원심펌프의 임펠러 흡입 안내장치를 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 내부에 공간을 갖는 펌프하우징, 펌프하우징에 편심내장된 임펠러, 임펠러를 원주방향으로 커버하는 가이드베인, 펌프하우징의 일측면에 연결되고 상기 임펠러의 축방향으로 연통된 흡입관, 상기 펌프하우징의 둘레 일부에 연결된 배출관을 포함하는 원심펌프에 있어서; 상기 흡입관은 내경에 나선홈이 형성되어, 상기 임펠러로 공급되는 유체가 상기 임펠러의 회전방향으로 선회 공급되도록 구성된 된 것을 특징으로 하는 원심펌프의 임펠러 흡입 안내장치를 제공한다.

이때, 상기 나선홈은 상기 흡입관의 입구로부터 임펠러 인접측인 출구를 향해 점점 촘촘한 피치를 유지하도록 구성되어 임펠러로 배출될 때에는 임펠러의 회전속도에 대응되게 선회공급되는 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 나선홈은 상기 임펠러의 측단면 형상과 대응되도록 사선으로 요입되되 깊이방향으로 폭이 넓어진 형태를 갖는 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 간단한 구조의 유체 흡입가이드를 통해 유체 흡입시 임펠러와의 충돌에 의한 캐비테이션 발생을 억제하고, 이를 통해 임펠러의 침식을 극소화시킴으로서 사용수명을 연장하는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 원심펌프의 외형을 보인 개략적인 개념도이다.
도 2은 본 발명에 따른 원심펌프를 종방향을 절개하고, 흡입관을 부착한 형태를 보인 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 원심펌프를 종방향을 절개하여 보인 예시적인 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 원심펌프의 사용예를 설명하기 위한 구조도이다.
도 5는 본 발명에 따른 원심펌프의 유체 흡입예를 보인 예시도이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 원심펌프는 펌프하우징(100)을 포함한다.

상기 펌프하우징(100)은 내부에서 소용돌이가 일어나도록 안내하는 일종의 소용돌이 관체라고 보면 된다.

그리고, 상기 펌프하우징(100)의 일측면에는 구동원인 모터(미도시)가 설치된다.

아울러, 상기 펌프하우징(100)의 내부에는 상기 모터(미도시)의 모터축과 연결된 임펠러(120)가 설치된다.

상기 임펠러(120)는 원중심에서 원주방향으로 나선형(Helical Form)을 그리는 다수의 블레이드로 이루어지며, 회전방향으로 원심력에 의해 유체를 비산시켜 고속 배출하도록 구성된다.

이때, 상기 임펠러(120)는 상기 펌프하우징(100) 내부에서 편심 설치되고, 상기 임펠러(120)의 둘레방향으로는 가이드베인(110)이 설치된다.

상기 가이드베인(110)은 상기 임펠러(120)의 회동력에 의해 유체가 압축 배출되도록 하기 위한 것이다.

또한, 상기 펌프하우징(100)의 둘레방향 일측에는 배출관(140)이 연결되고, 상기 펌프하우징(100)의 일측면에는 상기 임펠러(120)의 원중심과 연통되게 흡입관(130)이 연결된다.

그리하여, 상기 흡입관(130)을 통해 임펠러(120) 측으로 수직하게 흡입된 유체는 상기 임펠러(120)의 원주방향으로 회전하면서 수직하게 방향전환된 후 가이드베인(110)을 통해 압축되면서 배출관(140)을 통해 고속 고압으로 배출되게 된다.

본 발명은 이와 같은 통상적인 구조의 원심펌프에서 그 구조를 전혀 변경하지 않으면서 임펠러(120) 주변에서의 캐비테이션 현상이 생기지 않도록 구현하는데 가장 큰 특징이 있다.

이를 위해, 본 발명에서는 상기 흡입관(130)의 내주면에 나선홈(Helical Groove)(132)을 형성한다.

상기 나선홈(132)은 도 4의 확대 도시된 바와 같이, 흡입관(130)의 내경을 따라 임펠러(120)의 나선과 일치되는 갯수로 요입 형성된다.

특히, 상기 나선홈(132)은 상기 임펠러(120)와 원거리에는 나선홈(132)간 간격이 성글게 형성되고, 임펠러(120)에 근접할 수록 조밀하게 형성되어야 한다.

다시 말해, 상기 나선홈(132)의 피치가 흡입관(130)의 입구로부터 흡입관(130)의 출구를 향해 서서히 조밀해지는 구조로 이루어지는데, 이는 흡입되는 유체가 임펠러(120)의 회전속도를 고려하여 최종 출구에서는 빠른 속도로 회전하면서 임펠러(120)를 향해 배출되도록 하기 위함이다.

그렇게 되면, 마치 벤츄리 구조처럼 유체가 임펠러(120) 쪽으로 빨려 들어가는 형태를 취할 수 있게 되는데, 이것은 충돌하면서 흡입되는 기존 구조와는 완전히 다른 것이다.

이에 따라, 임펠러(120)의 회전과 유체의 흡입유동(거동)이 화살표와 같이 나선방향으로 회전하는 유동을 통해 흡입되기 때문에 회전격차를 줄일 수 있고, 이는 캐비테이션 발생을 억제하는 효과를 가져오게 된다.

결국, 캐비테이션이 극소화되므로 임펠러(120)와 유체가 충돌하는 면에서의 침식이 방지되어 임펠러(120)의 수명을 연장할 수 있게 된다.

특히, 상기 나선홈(132)은 상기 임펠러의 측단면 형상과 대응되도록 사선으로 요입되되 깊이방향으로 폭이 넓어진 형태를 갖도록 형성되어 유체의 흐름이 원활하게 일어나도록 안내하여야 한다.

물론, 경우에 따라서는 'V'형, 반원형 등도 가능하지만, 상기 형상을 만족함으로써 임펠러(120) 인접측에서 흡입유동시 유동충격을 최소화하고, 이를 통해 캐비테이션 발생을 억제하도록 기능하여야 한다.

이와 같이 구성된 본 발명은 도 5의 예시와 같이, 흡입관(130)을 통해 흡입되는 유체의 흡입유동은 나선홈(132)을 따라 서서히 유속이 증가하다가 임펠러(120) 지근거리에서는 거의 임펠러(120)의 회전속도에 버금가는 유속으로 나선회전되면서 빨려 들어가는 거동을 보이게 된다.

때문에, 임펠러(120)와의 충돌 충격이 거의 없는 상태로 부드럽게 빨려 들어가면서 흡입되고, 흡입된 유체는 가이드베인(110)과의 사이에서 회전 압축되다가 펌프하우징(100)의 내부 가장 바깥쪽을 타고 소용돌이 치면서 배출관(140)을 향해 고속 고압으로 배출되게 된다.

이러한 거동을 갖도록 유도하는 흡입관(130)은 일정길이를 가져야 하는데, 임펠러(120) 지근거리에서 임펠러(120)의 회전속도에 버금가는 유속으로 흡입될 수 있도록 최소한 임펠러(120)의 회전반경 보다 길게 형성되어야 한다.

이와 같이, 본 발명은 기존 원심펌프의 구조를 하나도 바꾸지 않으면서 단지 흡입관(130)의 길이를 조절하고, 내경에 특정 형상의 나선홈(132)을 형성하는 것만으로도 임펠러(120)의 흡입측에서 발생되는 캐비테이션을 억제하여 임펠러(120)의 표면에서의 침식을 방지할 수 있는 큰 장점을 가진다.

100: 펌프하우징 110: 가이드베인
120: 임펠러 130: 흡입관
140: 배출관

Claims (3)

1. 내부에 공간을 갖는 펌프하우징, 펌프하우징에 편심내장된 임펠러, 임펠러를 원주방향으로 커버하는 가이드베인, 펌프하우징의 일측면에 연결되고 상기 임펠러의 축방향으로 연통된 흡입관, 상기 펌프하우징의 둘레 일부에 연결된 배출관을 포함하는 원심펌프에 있어서;
   상기 흡입관은 내경에 나선홈이 형성되어, 상기 임펠러로 공급되는 유체가 상기 임펠러의 회전방향으로 선회 공급되도록 구성된 된 것을 특징으로 하는 원심펌프의 임펠러 흡입 안내장치.
   
2. 청구항 1에 있어서;
   상기 나선홈은 상기 흡입관의 입구로부터 임펠러 인접측인 출구를 향해 점점 촘촘한 피치를 유지하도록 구성되어 임펠러로 배출될 때에는 임펠러의 회전속도에 대응되게 선회공급되는 것을 특징으로 하는 원심펌프의 임펠러 흡입 안내장치.
   
3. 청구항 1에 있어서;
   상기 나선홈은 상기 임펠러의 측단면 형상과 대응되도록 사선으로 요입되되 깊이방향으로 폭이 넓어진 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 원심펌프의 임펠러 흡입 안내장치.

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