KR20160070380A - 원심펌프용 회전축 결함 진단시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전하고 있는 회전축의 정렬상태가 이상이 오면 이를 감지하여 바로 펌프를 정지시키고 후속조치를 취할 수 있도록 한 원심펌프용 회전축 결함 진단시스템에 관한 것이다.
본 발명은 펌프 케이싱(16)과; 상기 펌프 케이싱(16)의 내부에 구비되어 회전하는 회전축(12)과; 상기 회전축(12)의 결합되어 연동되는 임펠러(14)를 포함하고, 상기 회전축(12)의 일측에는 회전축(12)의 정렬상태의 이상으로 이상 진동이 발생하면 이를 감지할 수 있도록 하는 광센서 유닛(30)과; 상기 광센서 유닛(30)의 동작을 제어하는 제어부(40)와; 상기 제어부(40)와 통신하여 회전축(12)의 이상 정렬상태를 알려주도록 하는 단말기(50)를 포함하는 것이다.

Description

원심펌프용 회전축 결함 진단시스템{Rotating Axis Defect Diagnostics System for Centrifugal Pump}

본 발명은 원심 펌프용 회전축 결함 진단시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회전하고 있는 회전축의 정렬상태가 올바르지 않으면 발생하는 이상 진동을 감지하여 바로 펌프를 정지시키고 후속조치를 취할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로, 펌프라 함은 압력작용을 이용하여 관을 통해 물 등의 유체를 수송하는 기계로써, 크게 왕복펌프, 로터리(회전)펌프, 원심펌프, 축류펌프, 마찰펌프 등이 있으며, 이중 임펠러의 고속회전에 의해 유체를 수송하는 원심펌프가 여러 분야에서 널리 사용되고 있다.

원심펌프는 다수개의 블레이드를 구비하는 임펠러가 모터의 구동에 의해 회전함으로써 임펠러의 중앙부를 통해 물을 흡입하고, 흡입된 물은 임펠러와 함께 회전하는 블레이드의 펌핑 작동으로 펌프 본체의 상부에 갖는 토출구로 토출하도록 되어 있다.

종래의 원심펌프의 일례를 도면을 참조하여 설명하면, 첨부된 예시도면 도 1에 도시된 바와 같이, 종래 원심펌프(10)의 회전축(12)은 임펠러(14)가 하나 또는 여러 개 다단으로 결합 되는 구조로 펌프케이싱(16) 내에 구비되어 있다.

또한, 상기 펌프케이싱(16)에는 임펠러(14)쪽으로 물이 유입되는 유입구(18)와 임펠러(14)에 의해 압축된 물이 토출 되는 토출구(20)가 각각 형성되어 있다.

또한, 상기 펌프케이싱(16)의 토출구(20)쪽에는 물의 토출 압력이 크기 때문에 수압에 견디면서 누수를 차단할 수 있는 구조가 필요하다. 따라서 베어링부분(22)은 수압에 견디고 누수를 차단하면서 회전축(12)을 지지할 수 있는 구조로 이루어져 있다. 아울러, 상기 펌프케이싱(16)의 일측에는 모터(24)가 장착되어 있고, 이 모터(24)의 모터축(26)은 회전축(12)과 연동 회전하도록 연결되어 있다.

위와 같은 구조로 구성되는 원심펌프(10)가 구동을 하게 되면, 임펠러(14)의 회전에 대한 회전 소음이 발생하게 되며, 이와 같이 발생하는 임펠러(14)의 회전 소음을 관리자가 청취하여 임펠러(14)의 이상 유무를 판단하고 있다.

그런데, 위와 같이 임펠러(14)에 대한 이상 유무 판단을 청각 감성과 경험치로 판단함으로써 객관성이 현저히 떨어지고, 청력이나 경험치가 미흡한 관리자의 경우, 이상 유무에 대한 객관성은 더 신뢰할 수 없는 문제가 있었다.

특히, 정상적인 임펠러(14)의 회전 소음과 임펠러(14)의 결함 시 회전 소음을 청각으로 구분할 수 있는 시점에서 결함이 판단되면, 임펠러(14)의 결함 초기 및 중기 단계에서 펌프 성능 및 효율이 저하되는 것을 방지하는 못하게 된다.

또한, 임펠러(14)의 결함을 분명하게 구분할 수 있는 시점에서 임펠러(14)의 결함이 판단되면, 임펠러(14)의 결함 부위는 확대 및 상당히 진행된 상태이므로 수격 현상과 맥동 현상이 크게 발생하고 있는 상태가 된다. 그에 따라 펌프 성능 및 효율이 일정하게 유지될 수 없음은 물론, 원심펌프(10) 내에 구비되는 다른 부품의 파손이나 원심펌프(10)와 연결되는 파이프 및 여러 취약부분에서 균열이 함께 진행되는 문제가 있다.

또한, 회전축(12)은 모터(24)에 의해 회전하는데, 만일 펌프의 작동중 회전축(12)의 정렬상태가 올바르게 되어 있지 않으면 정상적인 회전동작이 이루어지지 못하고, 그에 따라 회전축(12)에 결합되어 회전하는 임펠러(14)의 동작도 원활하게 이루어지지 못하여 정상적인 펌프동작 수행이 어렵게 되는 문제가 있다.

또한, 회전축(12)의 정렬상태가 올바르지 못하게 되면, 작동 소음이 커질 수도 있고, 자칫 펌프내에서 임펠러(14)가 다른 부위와 충돌하거나 또는 회전축(12)의 양쪽 단부에 결합된 베어링(22)의 파손 및 윤활유의 누설 현상이 발생할 수 있는 등의 문제가 있다.

대한민국 공개특허 제 10-2013-13257호(공개일 : 2013.02.06)

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 개발된 것으로, 회전하고 있는 회전축의 단부와 맞은편 케이싱 부분에 광센서 유닛을 마련하여 회전축의 작동중 이상이 발생하면, 단말기를 통해 사용자에게 알려주도록 하여 후속조치를 바로 취할 수 있도록 한 원심 펌프용 회전축 결함 진단시스템를 제공하는 것이다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 해결 수단은, 펌프 케이싱과; 상기 펌프 케이싱의 내부에 구비되어 회전하는 회전축과; 상기 회전축에 결합되어 연동되는 임펠러를 포함하고,

상기 회전축의 일측에는 회전축의 정렬상태의 이상으로 이상 진동이 발생하면 이를 감지할 수 있도록 하는 광센서 유닛과; 상기 광센서 유닛의 동작을 제어하는 제어부와; 상기 제어부와 통신하여 회전축의 이상 정렬상태를 알려주도록 하는 단말기를 포함하는 것이다.

또한, 상기 광센서 유닛은, 회전축의 단부에 형성된 수용홈에 갖추어지는 발광부와, 이 발광부와 맞은편에 위치하면서 펌프 케이싱의 단부측에 형성된 수용홈에 갖추어지는 수광부를 포함하는 것이다.

상기 각 수용홈의 입구부에는 각각 광투과부재가 밀폐되게 결합되는 구조를 가진다.

또한, 상기 광투과부재는 소정범위로 광투과막이 형성되고, 나머지는 광차단부분으로 이루어지는 구조를 가진다.

이와 같이, 본 발명은 원심펌프의 내부에 구비되어 회전하는 회전축의 정렬상태가 삐뚤어지는 등의 이상이 오면, 광센서 유닛에 의해 이를 바로 감지하여 단말기를 통해 인지함으로써, 신속하게 펌프를 정지시키고 후속조치를 취할 수 있도록 하여 회전축 설치 이상에 따른 임펠러의 충돌에 의한 손상 등을 사전에 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 일반적인 원심펌프의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 회전축 결함진단 시스템이 적용된 원심펌프의 개략적인 단면도이다.
도 3a는 도 2의 A부 확대 단면도이다.
도 3b는 도 3a에서 광투과부재의 다른 예를 나타낸 단면도이다.

이하. 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 첨부된 예시도면에 의거 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 회전축 결함진단 시스템이 적용된 원심펌프의 개략적인 단면도이고, 도 3a는 도 2의 A부 확대도이다.

상기 종래기술과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 설명하고 상세한 설명은 생략하며, 새로운 구성요소에 대해서는 새로운 부호를 부여하여 상세하게 설명한다.

도면에 도시된 바와 같이, 회전축(12)의 한쪽 단부에는 수용홈(12a)이 형성되고, 이 수용홈(12a)의 내부에는 광센서 유닛(30)을 이루는 발광부(31)가 갖추어진다.

또한, 이 발광부(31)와 마주보는 맞은편의 이격된 위치하는 펌프 케이싱(16)의 단부(17)에는 수용홈(17a)이 형성되고, 이 수용홈(17a)의 내부에는 상기 발광부(31)로부터 입사되는 광량을 측정할 수 있는 수광부(32)가 갖추어진다.

상기 발광부(31)와 수광부(32)를 포함하여 광센서 유닛(30)을 이루는 것이다.

상기 발광부(31)는 예를 들어 발광 다이오드가 될 수 있고, 수광부(32)는 광 트랜지스터가 될 수 있으며, 발광부(31)는 원심펌프(10)의 작동에 따라 전원을 공급받아서 발광하게 된다.

또한, 상기 각 수용홈(12a)(17a)의 입구부에는 외부와 밀폐되어 윤활유 등이 유입되지 않도록 하는 광투과부재(33)(34)가 각각 확실하게 설치된다.

상기 광투과부재(33)(34)의 밀폐구조는 여러가지 방법에 의해 가능하며, 예를 들어 팩킹부재를 광투과부재(33)(34)의 안쪽 가장자리 둘레면에 구비하여 나사와 같은 체결부재를 통해 체결,고정되도록 할 수 있다.

상기 광투과부재(33)(34)는 도 3b에 도시된 바와 같이, 각각 광이 통과할 수 있도록 하는 광투과막(33a)(34a)이 소정범위, 가급적 협소한 범위로 형성될 수 있는 구조이다.

상기 광투과막(33a)(34a)의 형성범위를 제외한 나머지 부분은 광이 통과하지 않는 광차단 재질로 형성될 수 있다. 이럼으로써, 회전축(12)의 정렬상태 이상유무를 보다 정확하게 확인할 수 있다. 즉, 광투과막(33a)(34a) 형성범위를 벗어나서 발광부(31)의 광이 조사되면, 수광부(32)에서는 전혀 감지할 수 없기 때문에, 회전축(12)의 정렬 이상 상태를 정확하게 알 수 있는 것이다.

또한, 상기 제어부(40)는 광센서 유닛(30)을 이루는 발광부(31)와 수광부(32)의 전반적인 동작을 제어하며, 원심펌프(10)의 구동시, 발광부(31)로 전원이 인가되도록 하여 광을 발생시키고, 수광부(32)로부터 감지되는 광량을 수신하여 이를 근거로 이상진동 여부를 판별한다.

예를 들어, 회전축(12)에 일정 수준 이상의 이상 진동이 발생하는 경우, 즉 회전축(12)의 정렬상태가 올바르지 않아 회전축(12)이 회전하면서 이상 진동이 발생하면, 선형의 광을 주고받는 발광부(31)와 수광부(32)의 광축이 어긋나거나, 또는 발광부(31)가 일정량의 광을 조사하는데 반해 수광부(32)에서 감지되는 광량이 임계값 이하로 떨어지게 된다.

이때, 제어부(40)는 이러한 수광부(32)를 통해 수광량의 감소에 따른 전기적인 변화를 검출하여 이상 진동을 감지할 수 있고, 이처럼 이상 진동을 감지하는 경우, 제어부(40)는 단말기(50)와 통신하여 회전축(12)의 이상 정렬 상태를 알리는 경보 동작 등의 후처리 동작을 수행할 수 있다.

상기 단말기(50)와 제어부(40)의 접속관계는 일반적인 공지의 통신기술로서 자세한 설명은 생략한다.

상기 단말기(50)는 스마트폰과 같은 휴대용 이동통신 단말기로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 발광부(31)와 수광부(32)는 회전축(12)의 단부 부근에 비교적 근거리(예컨대, mm 또는 cm 단위의 근거리)를 두고 마주보도록 위치시키소, 광센서 유닛(30)이 설치되는 펌프 하우징(16)의 내부는 외부의 광이 투과하지 않는 밀폐된 구조를 이루므로, 자연스럽게 광센서 유닛(30)의 감도를 확보할 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 상기 광센서 유닛(30)이 갖추어진 원심펌프(10)에서 회전축(12)의 비정상 작동이 이루어지는 정렬상태가 발생하면, 바로 인지하여 알려주는 결함 진단 시스템으로서, 수광부(32)의 형성범위가 비교적 협소하게 구성하여 회전축(12)이 약간 삐뚤어진 상태가 되면, 발광부(31)의 광 조사량이 수광부(32)의 감지범위를 벗어나게 되면서 이를 바로 감지하게 되는 것이다.

다시 말해서, 회전축(12)의 올바른 정렬상태가 아닌 정도범위를 고려하여 광센서 유닛(30)의 수광범위가 설정되도록 구성하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 원심펌프(10)는 모터(24)에 의해 회전하는 회전축(12)은 약간만 정렬상태가 잘못되면, 그 편차에 의해 회전축(12)에 결합된 임펠러(14)의 회전동작에 악영향을 미치게 되어서 임펠러(14)가 회전하는 도중에 펌프 케이싱(16)의 내부에서 다른 부분과 충돌하여 임펠러(14)가 파손되는 등의 심각한 상황이 발생할 수 있기 때문에, 회전축(12)은 항상 수평 또는 수직상태를 확실하게 유지한 상태에서 회전동작이 이루어져야 한다.

따라서, 본 발명에 따른 결함 진단 시스템을 적용하면, 회전축(12)의 정렬상태가 약간만 삐뚤어지는 상황이 발생하면, 광센서 유닛(30)에 의해 바로 단말기(50)를 통해 알려줌으로써 바로 펌프의 작동을 정지시켜서 후속조치가 가능하도록 하는 신속한 대처가 가능한 것이다.

이상에서는 첨부도면에 도시된 본 발명의 구체적인 실시 예를 상세하게 설명하였으나, 이는 본 발명의 바람직한 형태에 대한 예시에 불과한 것이며, 본 발명의 보호 범위가 이들에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이상과 같은 본 발명의 실시 예는 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 및 균등한 다른 실시가 가능한 것이며, 이러한 변형 및 균등한 다른 실시 예들은 본 발명의 첨부된 특허청구범위에 속한다.

10 : 원심펌프
12 : 회전축
12a : 수용홈
14 : 임펠러
16 : 펌프 케이싱
17 : 단부
17a : 수용홈
18 : 유입구
20 : 토출구
22 : 베어링
30 : 광센서 유닛
31 : 발광부
32 : 수광부
33,34 : 광투과부재
40 : 제어부
50 : 단말기

Claims (4)

1. 펌프 케이싱(16)과;
   상기 펌프 케이싱(16)의 내부에 구비되어 회전하는 회전축(12)과;
   상기 회전축(12)의 결합되어 연동되는 임펠러(14);
   를 포함하고,
   상기 회전축(12)의 일측에는 회전축(12)의 정렬상태의 이상으로 이상 진동이 발생하면 이를 감지할 수 있도록 하는 광센서 유닛(30)과;
   상기 광센서 유닛(30)의 동작을 제어하는 제어부(40)와;
   상기 제어부(40)와 통신하여 회전축(12)의 이상 정렬상태를 알려주도록 하는 단말기(50);
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 원심펌프용 회전축 결함 진단시스템.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 광센서 유닛(30)은,
   회전축(12)의 단부에 형성된 수용홈(12a)에 갖추어지는 발광부(31)와, 이 발광부(31)와 맞은편에 위치하면서 펌프 케이싱(16)의 단부(17)측에 형성된 수용홈(17a)에 갖추어지는 수광부(32)를 포함하는 것을 특징으로 하는 원심펌프용 회전축 결함 진단시스템.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 각 수용홈(12a)(17a)의 입구부에는 각각 광투과부재(33)(34)가 밀폐되게 결합되는 것을 특징으로 하는 원심펌프용 회전축 결함 진단시스템.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 광투과부재(33)(34)는 소정범위로 광투과막(33a)(34a)이 형성되고, 나머지는 광차단부분으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 원심펌프용 회전축 결함 진단시스템.

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