KR20170021729A

KR20170021729A - 수직 펌프용 배출 헤드 및 수직 펌프

Info

Publication number: KR20170021729A
Application number: KR1020160095422A
Authority: KR
Inventors: 제프리 고든
Original assignee: 술저 매니지멘트 에이지
Priority date: 2015-08-18
Filing date: 2016-07-27
Publication date: 2017-02-28
Also published as: EP3135923A1; BR102016016857A2; US20170051754A1; IL246903A0; CN106468267A; RU2016131276A

Abstract

수직 펌프용 배출 헤드가 제안디며, 이 배출 헤드는, 배출 헤드를 장착하기 위한 기부 플레이트(11), 상부 플레이트(12), 기부 플레이트(11)와 상부 플레이트(12)를 서로 연결하는 적어도 하나의 지지 부재(13), 유체를 전달하기 위한 출구(16)를 가지며 기부 플레이트(11)를 통과해 연장되어 있는 배출관(15), 및 구동 유닛(3)과 수직 펌프의 임펠러(21)를 서로 연결해 주는 축(4)을 수용하기 위한 내부관(17)을 포함하며, 내부관(17)은 기부 플레이트(11)의 영역에 있는 배출관(15)의 내부에서 동축으로 축방향(A)으로 연장되어 있고, 교차부(18)에서 배출관(15)의 벽을 통과하며 또한 상부 플레이트(12)까지 더 연장되어 있으며, 내부관(17)은 교차부(18)와 상부 플레이트(12) 사이에 위치되는 벨로우즈 부재(19)를 포함한다. 또한, 이러한 배출 헤드(10)를 갖는 하는 수직 펌프가 제안된다.

Description

수직 펌프용 배출 헤드 및 수직 펌프{DISCHARGE HEAD FOR A VERTICAL PUMP AND VERTICAL PUMP}

본 발명은 각각의 독립 장치 청구항의 전제부에 따른 수직 펌프용 배출 헤드 및 수직 펌프에 관한 것이다.

수직 펌프는 매우 오랫 동안 여러 용도로 성공적으로 사용되어 오고 있다. 특정 용도의 수직 펌프는 종종 사용자의 설계 세부 사항에 따라 제조되거나 특정 요건에 상세히 부합된다. 수직 펌프는 일단 펌프 또는 다단 펌프로 설계될 수 있다. 수직 펌프는 일반적으로 펌핑될 액체 저장부 안에 침지되고, 그래서 인접하는 펌프 로터를 갖는 적어도 취입 또는 흡입 벨(bell)이 펌핑될 유체에 침지되어, 펌프가 직접 작동 준비된다.

수직 펌프의 사용이 점점 중요해 지고 있는 일 분야는, 태양열 에너지 시스템, 특히 집광형 태양열 발전(CSP) 시스템을 사용하는 에너지 발생이다. 이들 시스템은 큰 영역에 모이는 태양 빛을 작은 영역상에 집광하기 위해 거울 또는 렌즈를 사용하며, 태양 빛은 예컨대 전력 발생기용 터빈을 구동시키기 위한 증기를 발생시키기 위해 사용되는 열전달 유체(HTF)를 가열한다. 오늘날, 바람직한 열전달 유체 또는 열저장 유체의 하나는 용융염(molten salt)이다.

그러한 CSP 시스템의 일 전형적인 구성은, 태양 빛을 중앙 타워의 정상부에 집광하는 복수의 태양열 집열기를 포함한다. 적어도 2개의 용융염 탱크, 즉 저온 탱크와 고온 탱크가 있다. 저온 탱크내의 용융염은 예컨대 350℃까지의 온도를 갖는다. 그 용융염은 저온 탱크로부터 중앙 타워의 정상부까지 펌핑되고, 거기서 태양 빛으로 가열되어 고온 탱크에 보내지며, 이 고온 탱크에서 용융염은 일반적으로 600℃까지의 온도를 갖게 된다. 고온 탱크내의 용융염은 필요한 경우, 저장되는 열의 본질적인 손실 없이 최대 수일 동안 저장될 수 있다. 전력을 발생시키기 위해, 용융염은 예컨대 고온 탱크로부터 증기 발생기에 보내지고, 이 증기 발생기는 증기를 발생시키 위해 용융염의 열을 물에 전달하게 되며, 그 증기는 발전기에 연결되어 있는 증기 터빈을 구동시켜 전기 에너지를 생성하게 된다. 용융염은 증기 발생기로부터 저온 탱크로 되돌려 보내진다.

이러한 CPS 시스템에서 용융염을 전달하기 위해 수직 펌프가 사용되는데, 이 펌프는 탱크의 커버에 장착되고 아래쪽으로 용융염 안으로 진입한다. 수직 펌프의 전형적인 구성은 용융염의 저장부 안에 침지되는 펌핑 유닛을 포함하고, 이 펌핑 유닛은 입구 및 용융염을 전달하기 위한 임펠러를 갖는다. 펌핑 유닛은 일반적으로 탱크의 커버 또는 탱크에 있는 지지 구조체에 연결되고, 그래서 임펠러는 탱크내의 용융염에 침지될 수 있다. 탱크 커버의 위에는 수직 펌프의 배출 헤드가 장착되며, 이 배출 헤드는 유체, 즉 용융염을 위한 출구를 갖는다. 배출 헤드의 위에는 구동축을 위한 액시얼 베어링 유닛 및 임펠러를 구동시키기 위한 구동 유닛이 제공되어 있다. 구동 유닛은 배출 헤드와 임펠러 사이에 배치되는 관의 내부에서 연장되어 있는 구동축에 의해 임펠러에 작동 연결된다.

용융염의 높은 온도 및 특성은 수직 펌프의 적절한 설계에 있어 큰 난제이다. 환경 문제, 안전 문제 및 유지 보수 문제를 해결하기 위해, 용융염을 위한 수직 펌프는 일반적으로 시일레스(sealless) 펌프로 설계된다. 이 시일레스 펌프는 처리 유체(예컨대, 용융염)가 주변 환경으로 빠져나가는 것을 방지하기 위해 패킹이나 기계적 시일을 사용하지 않지만, 당업계에 알려져 있는 다른 방법(예컨대, 시일링 유체의 사용)을 사용한다. 따라서, 시일레스 수직 펌프에는, 용융염과 접촉하는 패킹 및 기계적 시일이 없다.

다른 난제는, 주변 온도와 비교하여 600℃까지 되는 용융염의 높은 온도로 인한 상당한 열적 스트레스 및 열적 과도이다. 일반적으로, 용융염 탱크에 있는 수직 펌프는 용융염을 연속적으로 배출하기 않고, 태양 빛의 가용성에 따른 듀티 사이클을 갖는다. 따라서, 열이 주변 환경으로 손실되어 펌프 헤드의 온도가 낮아지도록 수직 펌프는 수 시간 동안 아이들 상태로 운전될 수 있다. 그리고, 펌프의 재시동은 배출 헤드의 열적 충격을 야기한다. 한편, 작업 중에 펌프의 구성 요소가 용융염과 열적 평형을 이루면, 용융염의 온도 및 주변 온도에 노출되는 펌프의 부품에 큰 온도 구배가 발생하게 된다. 이들 효과로 인해 수직 펌프의 구성 요소는 상당한 열적 부하를 받게 된다.

본 발명은 수직 펌프에 의해 전달되는 유체와 그 수직 펌프의 주변 환경 사이의 높은 온도차로 인한 상기 문제를 해결하고자 한다.

그러므로, 본 발명의 목적은, 주변 온도와 상당히 다른 온도를 갖는 유체를 전달하는데에 특히 적합한, 수직 펌프용의 신규한 배출 헤드 및 수직 펌프를 제공하는 것이다. 특히, 배출 헤드 및 수직 펌프는 용융염과 같은 600℃까지의 매우 고온의 유체를 전달하는데에 적합해야 한다.

상기 목적을 달성하는 본 발명의 내용은 각각의 독립 청구항의 특징적 사항을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에 따르면, 수직 펌프용 배출 헤드가 제안되는데, 이 배출 헤드는 배출 헤드를 장착하기 위한 기부 플레이트, 상부 플레이트, 상기 기부 플레이트와 상부 플레이트를 서로 연결하는 적어도 하나의 지지 부재, 유체를 전달하기 위한 출구를 가지며 상기 기부 플레이트를 통과해 연장되어 있는 배출관, 및 구동 유닛과 수직 펌프의 임펠러를 서로 연결해 주는 축을 수용하기 위한 내부관을 포함하며, 내부관은 상기 기부 플레이트의 영역에 있는 배출관의 내부에서 동축으로 축방향으로 연장되어 있고, 교차부에서 상기 배출관의 벽을 통과하며 또한 상부 플레이트까지 더 연장되어 있으며, 상기 내부관은 상기 교차부와 상부 플레이트 사이에 위치되는 벨로우즈 부재를 포함한다.

본 발명은 특히, 내부관이 배출관의 벽을 통과하는 교차부와 상부 플레이트에 대한 내부관의 연결부 사이에 있는 내부관의 일 부분은 내부관의 굽힘을 야기할 수 있는 매우 높은 열적 스트레스에 노출된다는 발견에 기초한다. 이 굽힘은 내부관과 배출관의 연결부 및 내부관과 상부 플레이트의 연결부 모두에 큰 스트레인을 주게 된다. 또한, 굽힘은 기부 플레이트, 상부 플레이트, 및 지지 부재와 같은 다른 구성 요소의 변형도 야기할 수 있다. 이 스트레인은 교차부와 상부 플레이트 사이에 벨로우즈 부재를 제공함으로써 크게 완화된다. 벨로우즈 부재의 효과 중의 하나는, 벨로우즈 부재는 구성 요소들의 상이한 열 팽창을 보상하고 그래서 온도차와 열적 과도로 인한 배출 헤드에 대한 높은 스트레스를 상당히 감소시킨다는 것이다. 본 발명에 따른 배출 헤드는 펌프의 아이들 작동에서 전달 작동으로 또한 그 반대로 전환할 때 생기는 다수의 열적 사이클을 받을 때에도 뚜렷히 개선된 수명을 갖는다는 것이 밝혀졌다.

일 바람직한 실시 형태에 따르면, 상기 벨로우즈 부재는 예컨대 용접으로 상부 플레이트에 단단히 연결된다.

유리하게는, 상기 벨로우즈 부재는 교차부와 상부 플레이트 사이의 거리의 적어도 절반에 걸쳐 연장되어 있는데, 이러면, 상이한 열 팽창의 매우 양호한 보상이 가능하기 때문이다.

또한, 상기 배출관이 축방향으로 연장되어 있는 수직 부분, 축방향에 수직하게 연장되어 있는 수평 부분, 및 상기 수직 부분과 수평 부분을 서로 연결하는 중간 부분을 갖는 것이, 열적 스트레스의 감소에 유리한 것으로 밝혀졌다.

구조적 관점에서, 상기 중간 부분은 축방향에 대해 약 45°의 각도로 연장되어 있는 것이 바람직하다.

상기 적어도 하나의 지지 부재는 축방향에 평행한 평면 내에서 주 연장을 갖는 것이, 열적 스트레스를 감소시키는데에 더 바람직하다. 지지 부재의 이 배향은 열적 거동에 대하여 반경 방향 배향(지지 부재는 반경 방향으로, 즉 축방향에 수직하게 연장되어 있음) 보다 더 유리함은 명백하다.

상부 플레이트를 위해 더 강하고 균일한 지지를 제공하기 위해서는, 복수의 지지 부재를 가지며 각 지지 부재는 상기 축방향에 평행한 평면 내에서 주 연장을 갖는 실시 형태가 바람직하다.

또한, 열적 스트레스를 감소시키기 위한 더 유리한 방안으로서, 배출관을 위한 배출 지지부를 제공하고 그 배출 지지부는 상기 기부 플레이트에 단단히 연결되고 또한 상기 배출 지지부는 축방향에 평행한 평면 내에서 주 연장을 갖는다.

바람직하게는, 상부 플레이트와 배출 지지부 사이의 직접적인 열전달을 피하기 위해, 상기 배출 지지부는 상부 플레이트와 직접 접촉하지 않는다.

상기 배출 지지부는 기부 플레이트 및 배출관의 수평 부분에 연결되어 있는 것이, 열적 스트레스의 감소에 더욱더 유리하다.

일 바람직한 실시 형태에 따르면, 배출 헤드는, 상기 내부관에서 끝나며 시일링 매체를 내부관에 공급하기 위한 공급 라인을 갖는다. 내부관에 시일링 매체를 제공함으로써, 수직 펌프에 의해 전달되는 유체는 예컨대 스터핑 박스 또는 액시얼 베어링까지 내부관을 통과할 수 없다.

또한, 본 발명은 유체를 전달하기 위한 수직 펌프를 제안하는 바, 이 수직 펌프는, 입구 및 유체를 전달하기 위한 임펠러를 갖는 펌핑 유닛, 유체를 위한 출구를 갖는 배출 헤드, 상기 임펠러를 회전시키기 위한 구동 유닛, 및 축방향으로 연장되어 있고 상기 구동 유닛과 임펠러를 서로 연결해 주는 축을 포함하고, 상기 배출 헤드는 본 발명에 따라 설계되어 있다.

일 바람직한 실시 형태에서, 수직 펌프는 축을 위한 액시얼 베어링을 갖는 액시얼 베어링 유닛을 가지며, 액시얼 베어링 유닛은 배출 헤드의 상부 플레이트에 장착되며, 모터 유닛이 상기 액시얼 베어링 유닛에 장착된다.

상기 배출 헤드는 본 발명에 따라 설계되므로, 상기 수직 펌프는 적어도 250℃의 고온 유체, 특히 용융염(molten salt)을 전달하도록 바람직하게 설계되어 있다.

일 바람직한 용례에 따르면, 상기 수직 펌프는, 태양열 에너지 시스템에 있는 용융염 탱크에 장착되도록 또는 탱크에 있는 지지 구조체에 장착되도록 설계 및 적합하게 되어 있다. 상기 지지 구조체는, 수직 펌프의 축이 탱크 안으로 진입한 상태에서 수직 펌프가 탱크 위쪽에 장착될 수 있도록 설계된다.

본 발명의 다른 유리한 구성 및 실시 형태는 종속 청구항에서 명확히 알 수 있을 것이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더 상세히 설명할 것이다.

도 1 은 본 발명에 따른 배출 헤드의 일 실시 형태의 사시 단면도를 나타낸다.
도 2 는 본 발명에 따른 수직 펌프의 일 실시 형태의 단면도를 나타낸다.
도 3 은 도 2 에 나타나 있는 수직 펌프의 배출 헤드의 확대 단면도를 나타낸다.
도 4 는 도 2 에 나타나 있는 수직 펌프의 배출 헤드의 상면도를 나타낸다.

도면에서, 동일한 기능 또는 유사하게 동일한 기능을 갖는 각각의 동일한 부품(들)은 동일한 참조 번호로 표시되어 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 수직 펌프용 배출 헤드의 일 실시 형태의 사시 단면도를 나타낸다. 배출 헤드는 전체적으로 참조 번호 "10"으로 표시되어 있다. 도 2 는 본 발명에 따른 수직 펌프(전체적으로 참조 번호 "1"로 표시되어 있음)의 일 실시 형태의 단면도를 나타내는데, 그 수직 펌프는 본 발명에 따른 배출 헤드(10)를 포함한다.

이하의 설명에서는, 열전달 유체(HTF) 또는 열저장 매체로서 용융염을 사용하는 집광형 태양열 발전(CSP) 시스템인 태양열 에너지 시스템을 위해 수직 펌프가 설계 및 적합하게 되어 있는 중요한 용례를 예시적으로 참조한다. 구체적으로, 이 예에서 수직 펌프는 용융염 탱크, 예컨대 이 탱크의 커버에 장착되며, 탱크로부터 용융염을 집광형 태양열 발전 시스템의 다른 곳으로 전달한다. 물론, 수직 펌프는 탱크에 있는 지지 구조체, 특히 탱크의 위쪽에 있는 지기 구조체에도 장착될 수 있으며, 그래서 수직 펌프는 탱크 안으로 진입할 수 있게 탱크의 위쪽에 장착될 수 있다.

물론, 본 발명은 이 예에 한정되지 않고 많은 다른 용례, 특히 주변 온도와는 상당히 다른 온도를 갖는 유체를 전달하는데에 수직 펌프가 사용되는 용례에도 사용될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 배출 헤드 및 수직 펌프는 용융염과 같이 600℃ 이상의 매우 고온인 유체를 전달하는데에 적합하다.

그러한 수직 펌프는 종래 기술에서 매우 잘 알려져 있기 때문에, 이하의 설명에서는 본 발명의 이해에 중요한 구성 요소들만 보다 상세히 설명할 것이다.

도 1 에 도시되어 있는 수직 펌프용 배출 헤드(10)의 실시 형태는, 배출 헤드(10)를 예컨대 용융염 탱크(100)의 커버(101)(도 2 참조)에 장착하기 위한 기부 플레이트(11) 및 이 기부 플레이트(11)에 평행한 원형 디스크로 되어 있는 상부 플레이트(12)를 포함한다. 적어도 하나의 지지 부재(13)가 기부 플레이트(11)와 상부 플레이트(12)를 서로 연결하여, 상부 플레이트(12)를 위한 지지를 제공한다. 배출 헤드(10)의 이 실시 형태에서, 복수의(즉, 3개) 지지 부재(13)가 제공되어 있는데, 그 중의 2개가 도 1 에 나타나 있다.

배출 헤드(10)는 유체(여기서는 용융염)를 탱크(100)로부터 배출하기 위한 출구(16)를 갖는 배출관(15)을 더 포함한다. 배출관(15)은 기부 플레이트(11)를 통과해 연장되어 있고, 기부 플레이트(11)를 통과해 수직 방향으로 연장되어 있는 수직 부분(151), 기부 플레이트(11)와 상부 플레이트(12) 사이에서 수직 부분(151)에 수직하게 연장되어 있는 수평 부분(152), 및 수직 부분(151)과 수평 부분(152)을 서로 연결하는 중간 부분(153)을 포함하는 주교관형(mitered) 설계를 가지고 있다. 출구(16)는 수평 부분(152)의 단부에 위치되어 있다.

또한, 배출 헤드(10)는 축(4)(도 2 참조)을 수용하기 위한 내부관(17)을 포함하며, 그 축은 구동 유닛(3)과 수직 펌프(1)의 임펠러(21)를 서로 연결해 준다. 내부관(17)은, 작업 중에 임펠러(21)가 회전하는 회전 축선으로 규정되는 축방향(A)으로 연장되어 있다. 도 2 에 나타나 있는 수직 펌프(1)의 통상적인 작업 위치에서, 즉 수직 배향에서, 축방향(A)은 수직 방향과 일치한다. 이하, "위쪽" 또는 "아래쪽"과 같은 위치에 관한 상대적인 용어 및 "수평" 및 "수직"은 도 2 에 나타나 있는 이 작업 위치에 대한 것이다.

내부관(17)은 기부 플레이트(11)의 영역에 있는 배출관(15)의 수직 부분(151) 내부에서 동축으로 축방향(A)으로 연장되어 있다. 교차부(18)에서 내부관(17)은 배출관(15)의 벽을 통과하고 축방향(A)으로 상부 플레이트(12)까지 연장되어 있고 상부 플레이트(12)의 중심부에서 그 상부 플레이트를 가로지른다. 내부관(17)은 예컨대 용접으로 상부 플레이트(12)에 단단히 연결된다. 또한, 교차부(18)에서 내부관(17)은 바람직하게는 용접으로 배출관에 단단히 연결된다. 기부 플레이트(11)의 아래쪽에서 내부관(17)에는 2개의 복귀 라인(20)이 제공되어 있는데, 이들 복귀 라인 각각은 축방향(A)에 본질적으로 수직하게 내부관(17)으로부터 분지되어 있다. 각각의 복귀 라인(20)은 먼저 축방향에 수직하게 연장되어 있고 그런 다음에 축방향(A) 아래쪽으로 굴곡되어 있다. 복귀 라인(20)의 기능은, 내부관(17)에서 위쪽으로 흐르는 용융염의 누출 유동을 탱크(100)로 되돌려 보내는 것이다.

내부관(17)과 배출관(15)의 교차부(18)는 배출관의 중간 부분(153)에 위치된다. 중간 부분(153)은 배출관(15)의 수직 부분(151)과 수평 부분(152) 사이에서 축방향(A)에 대해 약 45°로 연장되어 있다.

본 발명에 따르면, 내부관(17)은 상기 교차부(18)와 상부 플레이트(12) 사이에 위치되는 벨로우즈 부재(19)를 포함한다. 이 벨로우즈 부재(19)에 의해 교차부(18)와 상부 플레이트(12) 사이에서 내부관(17)의 축방향(A) 연장이 변할 수 있다. 이리하여, 내부관(17), 배출관(15) 또는 상부 플레이트(12)와 같은 구성 요소들의 상이한 열팽창이 보상될 수 있어, 작업 중에 배출 헤드(10)에서 일어나는 열적 스트레스가 상당히 감소된다. 작업 중에, 예컨대 수직 펌프(1)를 아이들 작동(용융염이 배출되지 않음)에서 전달 작동(용융염이 배출관(15)을 통해 배출됨)으로 전환시킬 때 배출 헤드(10)는 매우 강한 열적 충격에 노출된다. 추가로, 일측에서 600℃ 이상의 온도를 갖는 고온의 용융염이 내부관(17)과 접촉하는 배출관(15)을 관류하고 다른 측에서 내부관(17), 기부 플레이트(11) 및 상부 플레이트(12)가 탱크(100) 외부의 주변 온도에 노출되므로, 배출 헤드(10)는 작업 중에 큰 온도 구배에 노출된다. 내부관(17)의 축방향 길이가 변할 수 있게 함으로써, 내부관(17)은 반경 방향의, 즉 축방향(A)에 수직한 부분 변위 또는 굽힘을 받지 않는다. 이러한 굽힘은 상부 플레이트(12) 및 지지 부재(13)에 추가적으로 특히 교차부(18)에 추가적인 스트레스를 주게 된다.

바람직하게는, 벨로우즈 부재(19)는 상부 플레이트(12)에 고정된다. 이는 용접, 또는 벨로우즈 부재(19)와 상부 플레이트(12)의 견고한 연결을 제공하는데에 적합한 다른 방법으로 행해질 수 있다. 내부관(17)의 벽의 일 부분을 형성하는 벨로우즈 부재(19)는 바람직하게는 내부관(17)에서 나타나는 고온에 적합한 금속 재료, 예컨대 합금으로 만들어진다. 벨로우즈 부재(19)에 적합한 재료는 당업계에 알려져 있는데, 예컨대 오스테나이트계 강과 같은 강을 포함한다.

상이한 열팽창에 대한 특히 효과적인 보상이 가능하도록 하기 위해, 벨로우즈 부재(19)는 축방향(A)으로 길이(L)(도 3 참조)를 갖는데, 이 길이는 교차부(18)와 상부 플레이트(13) 사이의 거리의 적어도 절반이다. 도 1 및 3 에서 보는 바와 같이, 구조적인 관점에서 가능하다면, 벨로우즈 부재(19)는 또한 거의 상부 플레이트(12)의 바닥면과 교차부(18) 사이의 전체 거리에 걸쳐 연장되어 있을 수 있다.

배출 헤드(10)에서 열적 스트레스를 줄이기 위한 다른 바람직한 방안은, 지지 부재(13)의 배향이다. 도 1 및 4 에서 알 수 있는 바와 같이, 각 지지 부재(13)는, 축방향(A)에 평행하게 그 축방향에 대해 이격되어 있는 평면 내에서 주 연장(E)을 갖는다. 따라서, 도 4 에서 알 수 있는 바와 같이, 각 지지 부재(13)는 반경 방향으로 배치되는 것이 아니라, 배출관(15)의 수직 부분(151)에 대해 원주 방향 배향으로 배치된다.

본질적으로 동일한 3개의 지지 부재(13)가 있는데(도 4 참조), 각각의 지지 부재는 기부 플레이트(11)와 상부 플레이트(12)를 서로 연결하고, 또한 각각의 지지 부재는 배출관(15)의 수직 부분(151)에 대해 원주 방향 배향을 갖는데, 즉 각각의 지지 부재(13)는, 축방향(A)에 평행하고 축(4)의 회전 축선으로부터 이격되어 있는 평면 내에서 주 연장(E)을 갖는다.

바람직하게는, 지지 부재(13)는 상부 플레이트(12)를 위한 강하고 균일한 지지를 제공하기 위해 내부관(17)(또는 배출관(15)의 수직 부분(151)) 주위에 등간격으로 배치된다. 상부 플레이트(12)가 수직 펌프(1)의 액시얼 베어링 및/또는 구동 유닛(3)을 위한 스탠드로서 사용될 수 있으므로, 그 상부 플레이트는 상당한 하중을 지탱해야 하고 그래서 신뢰적인 지지를 필요로 한다.

지지 부재(13)의 원주 방향 배향에 의해, 펌프(1)의 작동 중에 크게 다른 온도에 노출되는 구성 요소들 간의 열전달이 감소되며, 그 결과 열적 스트레스가 또한 감소된다.

배출 헤드(10)는 배출관(15)을 위한 배출 지지부(14)를 더 포함하는데, 이 배출 지지부는 기부 플레이트(11)에 단단히 연결되고 배출관(15)의 수평 부분(152)에 지지를 제공한다. 배출 지지부(14)는 중심 개구를 갖는 플레이트형 부재료 되어 있으며, 그 중심 개구는 배출관(15)을 수용하고 또한 그 배출관의 전체 원주 주위에 밀접하게 끼워맞춤 된다. 이는 예컨대 배출 지지부(14)를 배출관(15)에 용접하거나 배출 지지부를 2개의 부분 부재로 설계하여 달성될 수 있으며, 그 2개의 부분은 스크류 또는 볼트로 서로에 고정되어 배출 지지부(14)와 배출관 사이의 견고한 연결이 제공된다.

지지 부재(13) 처럼, 플레이트형 배출 지지부(14)는 내부관(17)에 대해 원주 방향 배향을 갖는데, 즉 축방향(A)에 평행한 평면 내에서 주 연장을 갖는다. 배출 헤드(10)의 구성 요소들 간의 열전달을 최소화하기 위해, 배출 지지부(14)는 상부 플레이트(12)와 접촉하지 않는 것이 바람직하다. 이는 상부 플레이트(12)의 직경 보다 큰 거리로 배출 지지부(14)를 축(4)의 회전 축선으로부터 떨어지게 위치시켜 달성될 수 있다. 가장 바람직하게는, 배출 지지부(14)는 기부 플레이트(11) 및 배출관(15)의 수평 부분(152)에만 연결되고, 배출 헤드의 다른 구성 요소에는 연결되지 않는다.

이미 언급한 바와 같이, 도 2 는 본 발명에 따른 배출 헤드(10)를 포함하는 본 발명에 따른 수직 펌프(1)의 일 실시 형태의 단면도를 나타낸다. 배출 헤드(10)는 전술한 바와 같이 설계될 수 있다. 도 2 ∼ 4 에 있는 참조 번호는 전술한 바와 동일한 의미를 갖는다.

도 3 은 도 2 에 있는 수직 펌프(1)의 배출 헤드(10)의 확대 단면도를 나타내고 도 4 는 도 3 에 나타나 있는 수직 펌프(1)의 배출 헤드(10)의 상면도를 나타낸다.

유체, 예컨대 용융염을 전달하기 위한 수직 펌프(1)는 펌핑 유닛(2)을 포함하고, 이 펌핑 유닛은 용융염을 위한 입구(22) 및 용융염을 전달하기 위한 적어도 하나의 임펠러(21)를 갖는다. 수직 펌프(1)는 단지 하나의 임펠러(21)를 갖는 일단 펌프 또는 다단 펌프로 설계될 수 있고, 다단 펌프의 경우에 펌핑 유닛(2)은 축방향(A)에 대해 앞뒤로 배열되는 수개의 임펠러(21)를 갖는다. 도 2 에 따른 실시 형태에서, 수직 펌프(1)는 6개의 임펠러(21)를 갖는 다단 펌프(1)로 설계되어 있다.

수직 펌프(1)는 용융염을 위한 출구(16)를 갖는 배출 헤드(10), 펌핑 유닛(2)의 임펠러(21)를 구동시키기 위한 구동 유닛(3), 및 임펠러(21)를 회전시키기 위해 구동 유닛(3)에 임펠러(21)에 연결하는 축(4)(라인 축이라도고 함)을 더 포함한다. 축(4)은 단일품일 수 있고, 또는 하나 이상의 커플링으로 연결되는 2개 이상의 축 편(piece)으로 이루어질 수 있다.

수직 펌프(1)는 용융염 탱크(100)에 장착된다. 이 탱크(100) 및 그의 커버(101)는 도 2 에 기호로만 나타나 있다.

장착은 다음과 같은 방법으로 수행될 수 있다. 임펠러(21)를 갖는 펌핑 유닛(2)이 예컨대 스크류 또는 볼트에 의해 탱크(100)의 커버(101)의 내면에 장착되어 거기서부터 탱크(100)의 내부로 자유롭게 매달리게 된다. 배출 헤드(10)의 기부 플레이트(11)는 탱크(100)의 커버(101)의 외면에 장착된다. 기부 플레이트(11)는, 볼트 또는 스크류가 스크류 구멍(23)(도 4 참조)에 수용되어 장착되는 별도의 부품일 수 있다. 커버(101)는 별도의 부품이거나 또는 탱크(100)의 일체적인 부분일 수 있다.

따라서, 수직 펌프(1)의 배출 헤드(10)는 탱크(100)의 외부에 위치되고 펌핑 유닛(2)은 탱크(100) 내부에 위치되어, 펌핑 유닛의 입구(22)는 작업 중에 용융염에 침지 된다.

배출 헤드(10)의 배출관(15)은 축방향으로 연장되어 있는 출구 관(7)(칼럼이라고도 함)에 연결되는데, 이 출구 관은 마지막 임펠러(22)의 출구와 유체 연통한다. 배출관과 출구 관(7) 사이의 연결은 스크류 또는 볼트로 이루어질 수 있다. 배출 헤드(10)의 내부 관(17)은 배출관(15)의 수직 부분(151) 내부에서 연장되어 있고 축(4)을 둘러싼다. 내부관(17)은 복귀 라인(20)의 오리피스 아래쪽에서 끝난다.

수직 펌프(1)는 축방향에 대해 축(4)을 지지하기 위한 적어도 하나의 액시얼 베어링(61)을 갖는 액시얼 베어링 유닛(6)을 더 포함한다. 액시얼 베어링 유닛(6)은 배출 헤드(10)의 상부 플레이트(12)에 장착되어 지지된다. 상부 플레이트(12)는 축(4)이 배출 헤드(10)로부터 액시얼 베어링 유닛(6)까지 이를 수 있게 해주는 스터핑(stuffing) 박스(62)를 포함한다. 이 스터핑 박스(62)는 당업계에 알려져 있는 있는 방식으로 설계된다 .

구동 유닛(3)(예컨대 전기 모터)은 액시얼 베어링 유닛의 위에 장착된다.

수직 펌프(1)는 소위 시일레스(sealless) 펌프로 설계된다. 시일레스 펌프는 처리 유체(즉, 용융염)가 주변으로 빠져나가는 것을 방지하기 위해 패킹이나 기계적 시일을 사용하지 않지만, 당업계에 알려져 있는 다른 방법(예컨대, 시일링 유체의 사용)을 사용한다. 따라서, 시일레스 수직 펌프에는, 용융염과 접촉하는 패킹 및 기계적 시일이 없다. 예컨대 스터핑 박스(62) 또는 액시얼 베어링(61)과 용융염의 접촉을 피하기 위해, 내부관(17)은 축(4)을 따라 위쪽으로 흐르는 용융염의 누출 유동을 탱크(100)로 되돌려 보내기 위해 전술한 바와 같은 2개의 복귀 라인(20)을 포함한다.

추가로, 배출 헤드(10)는 시일링 매체(예컨대, 질소)를 내부관(17)에 공급하기 위한 공급 라인(24)을 포함하며, 이 공급 라인은 내부관(17)에서 끝난다. 도 2 및 3 에서 가장 잘 알 수 있는 바와 같이, 공급 라인(24)이 내부관(17)에서 끝나는 오리피스는, 내부관(17)이 배출관(15)의 벽을 통과하는 교차부(18)와 내부관(17)의 벨로우즈 부재(19) 사이에 위치된다. 공급 라인(24)은 시일링 유체 저장부에 연결되어 그 시일링 유체를 내부관에 전달한다. 시일링 유체는 내부관(17)에 들어가고 용융염을 위한 복귀 라인(20)의 상류에 있는 통로를 차단하게 된다. 그래서, 축(4)을 따라 위쪽으로 흐르는 용융염의 누출 유동이 복귀 라인(20) 안으로 가게 된다. 시일링 매체 또는 시일링 유체로서 질소 가스를 사용하는 경우, 그 질소는 용융염이 내부관(17)에 도달하는 것을 방지하기에 충분히 높은 압력으로 공급 라인(24)에 의해 내부관(17)에 공급된다.

수직 펌프(1)의 작동 중에, 탱크(100) 내의 용융염은 수직 펌프의 하단부에 있는 입구(22)를 통해 펌핑 유닛(2)에 들어가며 임펠러(21)에 의해 출구를 통과해 출구 관(7) 안으로 들어가고 그런 다음 배출 헤드(10)의 배출관(15)을 통과해 출구(16)로 가게 된다. 이 출구(16)는 용융염을 원하는 곳으로 안내하는 관(미도시)에 연결된다.

수직 펌프(1)의 배출 헤드(10)에 대한 열적 부하 또는 열적 스트레스를 줄이기 위해, 벨로우즈 부재(19)는 없어도 되고 전술한 방식으로 지지 부재(13)만 제공하거나 전술한 방식으로 배출 지지부(14)만 제공할 수 있으며 또는 전술한 바와 같이 지지 부재(13)와 배출 지지부(14)를 함께 제공할 수도 있다.

Claims

수직 펌프용 배출 헤드로서, 배출 헤드를 장착하기 위한 기부 플레이트(11), 상부 플레이트(12), 상기 기부 플레이트(11)와 상부 플레이트(12)를 서로 연결하는 적어도 하나의 지지
부재(13), 유체를 전달하기 위한 출구(16)를 가지며 상기 기부 플레이트(11)를 통과해 연장되어 있는 배출관(15), 및 구동 유닛(3)과 수직 펌프의 임펠러(21)를 서로 연결해 주는 축(4)을 수용하기 위한 내부관(17)을 포함하며, 내부관(17)은 상기 기부 플레이트(11)의 영역에 있는 배출관(15)의 내부에서 동축으로 축방향(A)으로 연장되어 있고, 교차부(18)에서 상기 배출관(15)의 벽을 통과하며 또한 상부 플레이트(12)까지 더 연장되어 있으며, 상기 내부관(17)은 상기 교차부(18)와 상부 플레이트(12) 사이에 위치되는 벨로우즈 부재(19)를 포함하는 수직 펌프용 배출 헤드.
제 1 항에 있어서,
상기 벨로우즈 부재(19)는 상부 플레이트(12)에 단단히 연결되어 있는 수직 펌프용 배출 헤드.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 벨로우즈 부재(19)는 교차부(18)와 상부 플레이트(12) 사이의 거리의 적어도 절반에 걸쳐 연장되어 있는 수직 펌프용 배출 헤드.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배출관(15)은 축방향(A)으로 연장되어 있는 수직 부분(151), 축방향(A)에 수직하게 연장되어 있는 수평 부분(152), 및 상기 수직 부분(151)과 수평 부분(152)을 서로 연결하는 중간 부분(153)을 갖는 수직 펌프용 배출 헤드.
제 4 항에 있어서,
상기 중간 부분(153)은 축방향(A)에 대해 약 45°의 각도로 연장되어 있는 수직 펌프용 배출 헤드.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 지지 부재(13)는 축방향(A)에 평행한 평면 내에서 주 연장(E)을 갖는 수직 펌프용 배출 헤드.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
복수의 지지 부재(13)를 가지며, 각 지지 부재(13)는 상기 축방향(A)에 평행한 평면 내에서 주 연장(E)을 갖는 수직 펌프용 배출 헤드.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배출관(15)을 위한 배출 지지부(14)를 가지며, 배출 지지부는 상기 기부 플레이트(11)에 단단히 연결되고 또한 상기 배출 지지부는 축방향(A)에 평행한 평면 내에서 주 연장을 갖는 수직 펌프용 배출 헤드.
제 8 항에 있어서,
상기 배출 지지부(14)는 상부 플레이트(12)와 직접 접촉하지 않는 수직 펌프용 배출 헤드.
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 배출 지지부(14)는 오직 기부 플레이트(11) 및 배출관(15)의 수평 부분(152)에만 연결되어 있는 수직 펌프용 배출 헤드.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 내부관(17)에서 끝나며 시일링 매체를 내부관(17)에 공급하기 위한 공급 라인(24)을 갖는 수직 펌프용 배출 헤드.
유체를 전달하기 위한 수직 펌프로서, 입구(22) 및 유체를 전달하기 위한 임펠러(21)를 갖는 펌핑 유닛(2), 유체를 위한 출구(16)를 갖는 배출 헤드(10), 상기 임펠러(21)를 회전시키기 위한 구동 유닛(3), 및 축방향(A)으로 연장되어 있고 상기 구동 유닛(3)과 임펠러(21)를 서로 연결해 주는 축(4)을 포함하고, 상기 배출 헤드(10)는 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따라 설계되어 있는 수직 펌프.
제 12 항에 있어서,
상기 축(4)을 위한 액시얼 베어링(61)을 갖는 액시얼 베어링 유닛(6)을 가지며, 액시얼 베어링 유닛(61)은 배출 헤드(10)의 상부 플레이트(12)에 장착되며, 모터 유닛(3)이 상기 액시얼 베어링 유닛(6)에 장착되어 있는 수직 펌프.
제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
적어도 250℃의 고온 유체, 특히 용융염(molten salt)을 전달하도록 설계되어 있는 수직 펌프.
제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
태양열 에너지 시스템에 있는 용융염 탱크(100)에 장착되도록 또는 탱크(100)에 있는 지지 구조체에 장착되도록 설계되고 적합하게 되어 있는 수직 펌프.