KR20170044004A - 고점성 유체를 전달하기 위한 펌프 - Google Patents

Abstract

고점성 유체를 전달하기 위한 펌프가 개시되는 바, 이 펌프는 적어도 유체를 위한 제 1 입구(3)와 출구(4)를 갖는 케이싱(2); 및 입구(3)로부터 유체를 출구(4)에 전달하기 위한 임펠러(5)를 포함하고, 임펠러(5)는 축방향(A) 주위로 회전할 수 있게 회전 축(6) 상에 배치되고, 또한 임펠러는 펌프의 제 1 입구(3) 쪽을 향하는 전방 쉬라우드(shroud)(7)를 포함하며, 케이싱(2)에는, 임펠러(5)의 전방 쉬라우드(7)를 수용하고 직경(D)을 갖는 고정 임펠러 개구(8)가 제공되어 있고, 전방 쉬라우드(7)와 고정 임펠러 개구(8)는 축방향(A)에 수직인 반경 방향으로의 폭(R)을 갖는 틈(9)을 형성하고, 틈(9)의 폭(R)과 임펠러 개구(8)의 직경(D)의 비가 적어도 0.0045 이다.

Description

고점성 유체를 전달하기 위한 펌프{PUMP FOR CONVEYING A HIGHLY VISCOUS FLUID}

본 발명은 독립 청구항의 전제부에 따른, 고점성 유체를 전달하기 위한 펌프에 관한 것이다.

고점성 유체를 전달하기 위한 펌프가 많은 상이한 산업, 예컨대, 탄화수소 유체를 전달하기 위한 오일 및 가스 처리 산업에서 사용되고 있다. 여기서, 이들펌프는 유전(oil field)으로부터 원유를 추출하는 일, 파이프라인을 통해 또는 정제소 내부에서 오일 또는 다른 탄화수소 유체를 수송하는 일과 같은 다른 용도로 사용된다. 하지만 또한 다른 산업, 예컨대 식품 산업 또는 화학 산업에서는, 고점성 유체를 전달하는 것이 종종 필요하다.

유체의 점도는 흐르는 유체에서 발생되는 내부 마찰에 대한 척도이자 유체의 특성이다. 본원에서, "점도" 또는 "점성" 이라는 용어는 유체의 동점도를 말하는 것이고, "고점성 유체"는 그 유체가 적어도 10^-4m²/s(100 센티스토크(cSt))의 동점도를 갖는 다는 것으로 이해해야 한다.

고점성 유체를 펌핑하기 위해 원심 펌프를 이용하는 것이 알려져 있다. 고점성 유체를 원심 펌프로 펌핑할 때에는, 예컨대 물을 펌핑할 때 보다 상당히 더 많은 펌프 동력이 필요하게 된다. 유체의 점도가 높을수록 펌프는 요구되는 펌핑량을 전달하기 위해 더 많은 동력을 필요로 한다. 특히, 오일 및 가스 산업에서, 주 촛점은 적어도 과거에는, 펌프의 효율 보다는, 펌핑량(즉, 펌프에 의해 발생되는 유량) 및 펌프의 신뢰성에 있었다. 그러나, 오늘날에는, 펌프의 더 효율적인 사용이 추구되고 있다. 펌프를 구동시키기 위해 필요한 동력에 대한, 펌프에 의해 전달되는 동력(특히, 유압 동력)의 비가 가능한 한 가장 높은 것이 바람직하다. 이 바램은, 환경 보호 및 가용 자원의 책임 있는 처리에 대한 증가하는 인식 및 증가하는 에너지 비용에 주로 기반 한다.

고점성 유체를 펌핑하기 위한 펌프의 효율을 개선하기 위해, 특정한 임펠러 설계, 특히 높은 헤드 계수(head coefficient)를 갖는 임펠러를 사용하는 것이 알려져 있다. 임펠러의 헤드 계수는 예컨대 블레이드 출구각 또는 블레이드의 수 또는 임펠러 출구폭을 증가시켜 증가될 수 있다. 이들 방안에도 불구하고, 고점성 유체를 펌핑하기 위한 펌프의 효율을 더욱더 개선할 필요가 여전히 있다.

그러므로, 본 발명의 목적은, 더 양호한 효율, 즉 펌프를 구동시키기 위해 펌프에 공급되는 동력에 대한, 유체를 펌핑할 때 펌프에 의해 전달되는 동력의 증가된 비를 갖는, 고점성 유체를 펌핑하기 위한 신규한 펌프를 제안하는 것이다.

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

따라서, 본 발명에 따르면, 고점성 유체를 전달하기 위한 펌프가 제안되는데, 이 펌프는, 유체를 위한 적어도 제 1 입구와 출구를 갖는 케이싱; 및 상기 입구로부터 유체를 출구에 전달하기 위한 임펠러를 포함하고, 임펠러는 축방향 주위로 회전할 수 있게 회전 축 상에 배치되고, 또한 상기 임펠러는 펌프의 제 1 입구 쪽을 향하는 전방 쉬라우드(shroud)를 포함하며, 상기 케이싱에는, 상기 임펠러의 전방 쉬라우드를 수용하고 직경을 갖는 고정 임펠러 개구가 제공되어 있고, 상기 전방 쉬라우드와 고정 임펠러 개구는 축방향에 수직인 반경 방향으로의 폭을 갖는 틈을 형성하고, 이 틈의 폭과 임펠러 개구의 직경의 비는 최소 0.0045 이다.

본 발명은 특히, 임펠러의 전방 쉬라우드와 고정 임펠러 개구 사이의 틈을 종래 기술의 경우 보다 반경 방향으로 상당히 더 넓게 설계함으로써 고점성 유체의 펌핑시 펌프 효율이 증가될 수 있다는 발견에 기반하고 있다. 틈의 폭은 틈의 반경 방향 연장이고 일반적으로 간극 또는 반경 방향 간극이라고도 한다. 이 반경 방향 간극은, 틈을 따르는 임펠러의 전방 쉬라우드의 외주면과 고정 임펠러 개구의 내주면 사이의 최소 거리이다.

가끔 래비런스(labyrinth)라고도 하는 상기 틈은 임펠러의 고압측, 특히 측면 공간을 펌프의 입구에 대해 시일링하기 위해 필요하다. 임펠러는 펌프의 일 부분인 고정 임펠러 개구에 배치되며, 그 개구는 케이싱에 대해 움직이지 않으며 임펠러를 수용하도록 되어 있다. 장착 상태에서 임펠러는, 임펠러의 전방 쉬라우드의 외주면과 고정 임펠러 개구의 내주면 사이에 틈 또는 래비런스가 있도록 위치된다. 이 틈은 반경 방향 폭(즉, 간극 및 축방향 길이)을 가지며, 임펠러의 고압측에 있는 측면 공간과 펌프의 입구(펌프의 저압측) 사이의 시일링을 제공한다.

펌프의 작동 중에, 임펠러의 고압측(일단 펌프의 경우에는 펌프 출구의 근처에 있는 영역)으로부터 역류가 발생되는데, 이 역류는 측면 공간 및 전방 쉬라우드와 고정 임펠러 개구 사이의 틈을 통과해 임펠러의 저압측으로 되돌아가게 된다. 그래서, 상기 틈을 통과하는 역류는 각각의 입구를 통과해 흐르는 유체와는 반대 방향의 흐름이다.

상기 틈 또는 래비런스는 반경 방향 간극 시일 또는 래비런스로 설계되는데, 즉 반경 방향에 대해 간극을 제공한다. 그러므로, 상기 틈을 통과하는 주 유동은 축방향인데, 즉 축에 평행하다. 이는 축에 수직하게 또는 비스듬히 연장되어 있는 축방향 간극 시일 또는 래비런스와 구별되어야 하며, 그래서, 축방향 간극 시일을 통과하는 주 유동은 반경 방향이거나 반경 방향에 대해 비스듬하게 일어난다. 축방향 간극 시일에서, 축방향 간극은 고정부와 회전부의 축방향 상대 운동시 변하게 되며, 반경 방향 간극 시일에서, 반경 방향 간극은 고정부와 회전부의 반경 방향 상대 운동시 변하게 된다.

중요한 발견은, 본 발명이 제안하는 틈(즉, 래비런스)의 더 큰 반경 방향 폭(즉, 간극)에 의해 측면 공간에서의 항력(drag)이 감소하여 틈에서의 동력 손실이 감소한다는 것이다. 한편, 틈의 더 큰 폭으로 인해 시일링 작용이 저하되어 펌프에서 역류가 증가할 것으로 예상할 수 있다. 하지만, 역류량이 증가하면 펌프 효율이 감소하여 개선된 효율과 상충된다. 그러므로, 틈의 반경 방향 폭을 증가시킴으로써 역류량의 증가 위험에도 불구하고 전체적인 펌프 효율이 증가한다는 것을 예상치 못하게 발견하였다.

본 발명에 따르면, 틈의 폭은 임펠러 개구의 직경의 적어도 0.0045 배이어야 한다.

틈의 최적 폭은 여러 인자, 예컨대 유체의 점도에 달려 있다. 따라서, 특정 용도에 따라, 상기 틈의 폭과 임펠러 개구의 직경의 비는 적어도 0.0050 인 것이 바람직할 수 있다.

실용상의 이유로 그리고 충분한 시일링 작용을 제공하기 위해, 틈의 폭에 대한 바람직한 상한이 존재한다. 바람직한 설계에 따르면, 상기 틈의 폭과 임펠러 개구의 직경의 비는 최대 0.0070 이다. 이 상한은 많은 용도에 바람직하다. 그러나, 틈의 폭이 임펠러 개구의 직경의 0.0070 배 보다 훨씬 큰 경우가 유리한 용도가 있을 수 있다.

상기 틈으로 원하는 시일링 효과를 얻기 위해, 상기 틈은 임펠러 개구의 직경의 적어도 0.092 배인 축방항 길이를 갖는 것이 바람직하다. 상기 틈 또는 래비런스의 길이는 틈의 축방향 연장인데, 즉 임펠러의 전방 쉬라우드의 외주면과 고정 임펠러 개구의 내주면 사이의 거리가 최소인 영역의 길이다.

상기 틈의 범위를 정하는 상기 두 면은 평탄한 표면으로 설계될 수 있다.

다른 실시 형태에 따르면, 상기 틈은 축방향으로 연속적으로 배열되어 있는 복수의 랜드를 포함하고, 서로 인접하는 두 랜드는 홈에 의해 서로 분리되어 있다. 이러한 실시 형태에서, 상기 틈의 범위를 정하는 상기 두 면은 평탄하지 않다. 상기 틈의 범위를 정하는 임펠러의 전방 쉬라우드의 외주면의 일 부분 또는 상기 틈의 범위를 정하는 고정 임펠러 개구의 내주면의 일 부분에는, 복수의 랜드 및 이들 랜드 사이에 있는 홈이 제공될 수 있다. 이러한 실시 형태에서, 틈의 폭은 틈을 따르는 전방 쉬라우드와 고정 임펠러 개구 사이의 최소 반경 방향 거리로 정의된다. 이는 랜드와 이 랜드와 대향하는 면 사이의 반경 방향 거리이다. 이러한 실시 형태의 경우, 틈의 축방향 길이는 모든 개별적인 랜드의 축방향 길이의 합으로 정의된다. 홈들은 틈의 전체 축방향 길이에 기여하지 않는다.

일 바람직한 실시 형태에 따르면, 상기 고정 입구 개구는 틈의 반경 방향 범위를 정하는 마모 링을 포함하며, 이 마모 링은 상기 케이싱에 대해 움직이지 않게 배치되어 있다.

보충적인 또는 대안적인 방안으로서, 임펠러는 틈의 반경 방향 범위를 정하는 마모 링을 포함할 수 있고, 이 마모 링은 상기 임펠러에 대해 움직이지 않게 배치된다.

본 발명은 많은 종류의 원심 펌프에 특히 적합하다. 본 펌프는 예컨대 단일 흡입 펌프 또는 이중 흡입 펌프, 일단 펌프 또는 다단 펌프로 설계될 수도 있다. 펌프가 단일 흡입 펌프로 설계되어 있는 경우, 그 펌프는 전방 쉬라우드에 추가로 임펠러에서 후방 쉬라우드를 가질 수 있다. 이러한 설계에서, 임펠러의 후방 쉬라우드는 케이싱에 대해 움직이지 않는 부분과 함께 틈을 형성한다. 후방 쉬라우드에 있는 이 틈은 임펠러의 전방 쉬라우드에 있는 틈과 관련하여 전술한 바와 유사하게 동일한 방식으로 설계될 수 있다.

일 바람직한 실시 형태에 따르면, 상기 펌프는 이중 흡입 펌프로 설계되어 있고, 유체를 위한 제 2 입구가 펌프의 상기 제 1 입구의 맞은편에 배치되어 있으며, 상기 임펠러는 제 1 입구 및 제 2 입구로부터 유체를 출구에 전달하기 위한 베인을 포함하는 이중 흡입 임펠러로 설계되어 있다.

이중 흡입 펌프인 이러한 설계의 경우, 상기 임펠러는 펌프의 상기 제 2 입구 쪽을 향하는 제 2 전방 쉬라우드를 포함하며, 상기 케이싱에는, 임펠러의 상기 제 2 전방 쉬라우드를 수용하고 직경을 갖는 제 2 고정 임펠러 개구가 제공되어 있고, 상기 제 2 전방 쉬라우드와 제 2 고정 임펠러 개구는 축방향에 수직인 반경 방향으로의 폭을 갖는 제 2 틈을 형성하고, 제 2 틈의 폭과 제 2 임펠러 개구의 직경의 비는 적어도 0.0045인 것이 바람직하다.

특정 용도에 따라, 상기 제 2 틈의 폭과 제 2 임펠러 개구의 직경의 비는 최대 0.073, 바람직하게는 최대 0.055 이다.

또한, 제 2 틈의 길이와 제 2 임펠러 개구의 직경의 비는 적어도 0.0050 인 경우가 유리한 용도가 있다.

또한, 제 2 틈의 경우, 제 2 틈은 제 2 임펠러 개구의 직경의 적어도 0.092 배인 축방향 길이를 갖는 것이 유리하다.

또한, 제 2 틈과 관련하여, 제 2 고정 입구 개구가 제 2 틈의 반경 방향 범위를 정하는 제 2 마모 링을 포함하고, 이 제 2 마모 링은 케이싱에 대해 움직이지 않게 배치되는 것이 바람직한 방안이다.

보충적인 또는 대안적인 방안으로서, 임펠러는 틈의 반경 방향 범위를 정하는 제 2 마모 링을 포함하고, 이 마모 링은 임펠러 대해 움직이지 않게 배치되는 것도 가능하다. 바람직하게는, 이 제 2 마모 링은 임펠러의 제 2 전방 쉬라우드에 장착된다.

상기 틈과 제 2 틈은 본질적으로 동일하게 설계되어 있는 것이 특히 바람직한 방안이다.

많은 용도의 경우, 펌프는 원심 펌프, 특히 일단 원심 펌프로 설계되는 것이 바람직하다.

일 중요한 용도에 따르면, 상기 펌프는 오일 및 가스 산업에서 사용되도록 설계되어 있다.

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 펌프의 일 실시 형태의 단면도이다.
도 2 는 도 1 의 I 부분의 확대 상세도이다.
도 3 은 고정 임펠러 개구의 일 부분으로서 마모 링 및 전방 쉬라우드를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4 는 실시 형태의 일 변형예를 도 3 과 유사하게 나타낸 것이다.
도 5 는 전방 쉬라우드와 고정 임펠러 개구 사이에 있는 틈의 설계에 대한 제 2 변형예를 도시한다.
도 6 은 본 발명에 따른 펌프를 종래 기술의 펌프와 비교한 것을 도시한다.

도 1 은 본 발명에 따른 펌프(전체적으로 참조 번호 "1"로 표시되어 있음)의 일 실시 형태의 단면도를 나타낸다. 도 2 는 도 1 의 I 부분의 확대 상세도이다. 펌프(1)는 고점성 유체를 전달하도록 설계되어 있고, "고점성" 이라는 용어는, 유체의 동점도가 적어도 10^-4m²/s(100 센티스토크(cSt))임을 의미한다.

이 실시 형태에서, 펌프(1)는 이중 흡입 일단 원심 펌프로 설계되어 있다. 이 설계는 많은 용도에 실제로 유용한 일 바람직한 실시 형태이다. 물론, 본 발명은 그 설계에 한정되지 않는다. 본 발명에 따른 펌프는 단일 흡입 원심 펌프 또는 다단 원심 펌프 또는 다른 종류의 원심 펌프로 설계될 수도 있다. 도 1 및 2 에 나타나 있는 실시 형태의 설명에 기초하여 당업자가, 본 발명에 따른 펌프를 다른 종류의 펌프, 특히 원심 펌프, 예컨대 단일 흡입 펌프로 설계하여 만드는 것은 문제가 안 된다.

이중 흡입 펌프(1)는 케이싱(2)을 포함하고, 이 케이싱은 펌핑될 유체를 위한 제 1 입구(3), 제 2 입구(3') 및 출구(4)를 갖는다. 유체는 고점성인 예컨대 원유, 오일 또는 다른 종류의 탄화수소 유체일 수 있다. 펌프(1)는 상기 제 1 입구(3)와 제 2 입구(3')로부터 유체를 출구(4)에 전달하기 위한 복수의 베인(51)을 갖는 임펠러(5)를 갖는다. 임펠러(5)는 축방향(A) 주위로 회전할 수 있게 회전 축(6) 상에 배치된다. 축방향(A)은 임펠러(5)가 작업 중에 회전하는 축(6)의 축선으로 규정된다. 축(6)은 구동 유닛(미도시)에 의해 회전된다. 축방향(A)에 수직인 방향을 반경 방향이라고 한다.

제 1 입구(3) 및 제 2 입구(3')는 축방향(A)에 대해 제 1 입구의 맞은 편에 배치된다. 따라서, 도 1 에 나타나 있는 바에 따르면, 유체는 축방향(A)으로 좌측 및 우측 모두로부터 임펠러(5)로 흐르며, 제 1 입구(3)에서 오는 유체는 제 2 입구(3')에서 오는 유체와는 반대 방향으로 임펠러로 유동한다. 임펠러(5)는 제 1 입구(3)에서 오는 유체와 제 2 입구(3')에서 오는 유체 모두를 반경 방향으로 펌프의 출구(4)로 전달한다.

임펠러(5)는 베인(51)을 덮는 전방 쉬라우드(shroud)(7)를 포함하고, 이 쉬라우드는 펌프(1)의 제 1 입구(3) 쪽을 향한다. 이 실시 형태에서 임펠러(5)는 이중 흡입 임펠러(5)로 설계되어 있으므로, 그 임펠러는 제 2 입구(3') 쪽을 향하는 제 2 전방 쉬라우드(7')를 포함하며, 이 쉬라우드는 제 2 입구(3') 쪽을 향하는 임펠러(5)의 일 측에서 베인(51)을 덮는다.

상기 케이싱(2)에는, 임펠러(5)의 전방 쉬라우드(7)를 수용하기 위한 고정 임펠러 개구(8)가 제공되어 있다. 이 고정 임펠러 개구(8)는 펌프(1)의 케이싱(2)에 대해 고정되어 있고, 직경(D)의 원형 단면을 가지며, 이 직경(D)은, 고정 임펠러 개구(8)에 있어서 전방 쉬라우드(7)를 수용하는 부분의 최소 직경을 나타낸다.

유사한 방식으로, 케이싱(2)은 임펠러(5)의 제 2 전방 쉬라우드(7')를 수용하기 위한 제 2 고정 임펠러 개구(8')를 포함한다.

장착 상태에서 임펠러(5)는 고정 임펠러 개구(8)와 동축으로 배치되어, 전방 쉬라우드(7)의 외주면은 고정 임펠러 개구(8)의 내주면과 대향하게 된다. 그래서, 전방 쉬라우드(7)와 고정 임펠러 개구(8)는 전방 쉬라우드(7)와 고정 임펠러 개구(8) 사이에서 틈(9)(또한 도 3 참조)를 형성한다. 이 틈(9)을 래비런스(labyrinth)라고도 한다. 그 틈은 본질적으로 환형이며 후술하는 바와 같이 시일링 작용을 제공한다.

틈(9)은 전방 쉬라우드(7)와 고정 임펠러 개구(8) 사이에서 반경 방향 폭(R)을 갖는다. 이 폭(R)(즉, 틈(9)의 반경 방향 연장)은 반경 방향 간극(R)이라고도 하며 틈(9)의 축방향 연장을 따라 일정할 수 있다. 반경 방향 간극(R)은 틈(9)을 따른 최소 반경 방향 간극을 나타낸다.

틈(9)의 기하학적 구조를 규정하는 제 2 파라미터는 틈(9)의 길이(L)인데, 이 길이는 틈(9)의 축방향(A) 연장이다. 틈(9)은 축(6)에 평행하거나 축방향(A)에 평행하다. 따라서, 각각의 입구(3)를 통과해 흐르는 유체와 반대 방향으로 역류가 축(6)에 평행한 틈(9)을 통해 일어난다. 따라서, 각각의 입구(3)를 통해 들어가는 유체의 주 유동 방향에서 볼 때, 틈(9)의 시작점(즉, 유체가 틈(9)에 들어갈 때 통과하는 개구)은 틈(9)의 끝점(즉, 유체가 틈(9)을 떠날 때 통과하는 개구) 뒤에 배치된다.

유사한 방식으로, 제 2 전방 쉬라우드(7')와 제 2 고정 임펠러 개구(8') 사이에 제 2 틈(9')이 형성된다. 이 제 2 틈(9')은 반경 방향 폭(R') 및 축방향(A) 길이(L')를 갖는다. 제 2 고정 임펠러 개구(8')는 직경(D')을 갖는다. 틈(9')은 축(6)에 평행하거나 축방향(A)에 평행하다. 바람직하게는, 폭(R')은 폭(R)과 같고 길이(L')는 길이(L)와 같으며 그리고 직경(D')은 직경(D)과 같은데, 하지만 반드시 그럴 필요는 없다. 제 2 틈(9')의 설계 및 배치는 틈(9)과 동일하므로, 이하의 설명은 틈(9)에만 대한 것이다. 이 설명은 유사하게 제 2 틈(9')에도 적용됨을 이해할 것이다.

상기 틈(9) 또는 래비런스(9)는 임펠러(5)의 고압측에 위치하는 측면 공간(10)을 입구(3)에 위치하는 임펠러(5)의 저압측에 대해 시일링한다. 측면 공간(10)은 펌프(1)의 출구(4) 근처에서 임펠러(5)의 고압측에 위치되며, 임펠러(5)의 전방 쉬라우드(7)와 펌프(1)의 케이싱(2)에 의해 범위가 정해진다. 펌프(1)의 작동 중에, 출구(4)의 영역으로부터 측면 공간(10)을 통과하는 역류가 발생된다. 이 역류는 본질적으로 축방향(A)으로, 즉 축(6)에 평행하게 흐르면서 틈 또는 래비런스(9)를 통과하여 제 1 입구(3) 옆에 있는 임펠러(5)의 저압측에 도달하게 된다. 상기 역류는 펌프(1)의 효율을 감소시킨다는 것은 분명하다.

따라서, 상기 틈(9)의 일 기능은, 역류를 제한하는 시일링 작용을 제공하는 것이다. 이 때문에 틈(9)을 래비런스라고도 하는 것이다.

본 발명의 기본적인 아이디어는, 틈(9)의 반경 방향 폭(R)(도 2 및 3 참조)을 종래 기술에 알려져 있는 해결 방안과 비교하여 더 크게 설계하는 것이다. 폭(W)이 더 커지면 역류가 증가하고 이에 따라 펌프 효율이 감소될 것으로 예상할 수 있지만, 틈(9)의 폭(R)을 더 크게 함으로써 펌프(1)의 전체적인 효율이 증가될 수 있는 것으로 밝혀졌다.

도 2 및 3 을 참조하여, 지금부터 틈(9)의 설계를 더 상세히 설명하도록 한다. 도 1 에 따른 실시 형태에서, 고정 입구 개구(8)는 틈(9)의 반경 방향 범위를 정하는 마모 링(11)을 포함한다. 이 마모 링(11)은 고정 입구 개구(8)에 삽입되는 전방 쉬라우드(7)의 외주면과 대향한다. 마모 링(11)은 케이싱(2)에 고정되게 장착되어 마모 링(11)은 케이싱(2)에 대해 움직이지 않는다.

도 3 은 틈(9)의 치수를 더 명확히 알 수 있도록 고정 임펠러 개구(8)의 일 부분으로서 마모 링(11)과 전방 쉬라우드(7)를 개략적으로 나타낸 것이다.

유사한 방식으로, 제 2 고정 입구 개구(8')는 제 2 틈(9')의 반경 방향 범위를 정하는 제 2 마모 링(11")(도 1 참조)을 포함한다. 제 2 마모 링(11")은 도 1 에 나타나 있는 바와 같이 케이싱(2)에 대해 대해 움직이지 않게 배치될 수 있고, 또는 제 2 마모 링은 도 4 에 나타나 있는 바와 동일한 방식으로 임펠러(5)에 대해 움직이지 않을 수 있다.

본 발명에 따르면, 틈(9)의 폭(R)은, 폭(R)과 임펠러 개구(8)의 직경(D)의 비가 적어도 0.0045가 되도록, 즉 R/D ≥ 0.0045가 되도록 설계된다. 이미 언급한 바와 같이, 직경(D)은 고정 임펠러 개구(8)의 최소 직경, 즉 마모 링(11)이 전방 쉬라우드(7)의 외주면에 가장 가까이 있는 위치에서의 직경을 나타낸다. 틈(9)의 폭(R)은, 고정 임펠러 개구(8)와 전방 쉬라우드(7)가 서로 가장 가까이 있는 영역의 반경 방향 연장이다.

틈(9)의 기하학적 구조를 규정하는 제 2 파라미터는, 전방 쉬라우드(7)와 고정 임펠러 개구(8) 또는 마모 링(11) 사이의 틈(9)의 축방향(A) 길이(L)이다. 틈(9)의 길이(L)는, 고정 임펠러 개구(8)와 전방 쉬라우드(7)가 서로 가장 가까이 있는 영역의 축방향(A) 연장이다.

실제로, 틈(9)의 길이(L)가 임펠러 개구(8)의 직경(D)의 적어도 0.092 배인, 즉 바람직하게는 L/D ≥ 0.092의 조건이 만족되는 경우가 유리한 것으로 밝혀졌다.

틈(9)의 최적 폭(R)은 각각의 용도에 달려 있다. 틈(9)의 폭(R)의 적절한 선택에 영향을 주는 몇가지 인자가 있는데, 예컨대, 펌핑될 특정 유체의 동점도, 펌프에 의해 발생되는 압력 증가, 펌프를 통과하는 유량 또는 펌프(1)의 다른 작동 파라미터가 있다.

펌프(1)의 주어진 작동 파라미터 세트에 대해, 틈(9)의 폭(R)은 펌핑될 유체의 점도가 증가함에 따라 바람직하게 증가되어야 한다.

실제로 그리고 용도에 따라, R/D 비는 적어도 0.0050인 것이 바람직할 수 있다.

펌프(1)의 바람직한 실시 형태에 따르면, 최대 R/D 비는 0.0070인데, 즉 틈(9)의 폭(R)은 바람직하게는 고정 임펠러 개구(8) 또는 마모 링(11)의 직경의 최대 0.0070 배이다. 그러나, 상기 틈(9)의 폭(R)이 고정 임펠러 개구(8)의 직경의 0.0070 배 보다 훨씬 더 큰 경우가 바람직한 용도가 있을 수 있다.

도 4 는 펌프(1)의 실시 형태의 일 변형예를 도 3 과 유사하게 나타낸 것이다. 이 변형예에 따르면, 임펠러(5), 특히 그 임펠러(5)의 전방 쉬라우드(7)는 틈(9)의 반경 방향 범위를 정하는 마모 링(11')을 포함한다. 이 마모 링(11')은 임펠러(5)에 고정되게 연결되어 그 임펠러(5)와 함께 회전하게 된다. 이 변형예에서, 고정 임펠러 개구(8)도 마모 링(11)을 포함할 수 있지만, 마모 링 없이 설게될 수도 있다.

도 5 는 전방 쉬라우드(7)와 고정 임펠러 개구(8) 사이에 있는 틈(9)의 설계에 대한 제 2 변형예를 도시한다. 제 2 변형예에 따르면, 고정 임펠러 개구(8) 또는 마모 링(11) 또는 대안(미도시)으로서 전방 쉬라우드(7)는, 틈(9)이 축방향(A)으로 연속적으로 배열되어 있는 복수의 랜드(12)를 포함하도록 설계되어 있는데, 서로 인접하는 두 랜드(12)는 홈(13)에 의해 서로 분리되어 있다. 이러한 설계에서, 틈(9)의 총 길이(L)는 모든 랜드(12)의 개별적인 축방향 길이(L1, L2, L3, L4, L5)의 합이다. 홈의 연장은 틈(9)의 총 길이(L)(즉, L = L1 ＋ L2 ＋ L3 ＋ L4 ＋ L5)에 기여하지 않는다. 반경 방향 폭(R)은 랜드(12)와 전방 쉬라우드(7)의 외주면 사이의 반경 방향 거리이다. 랜드와 홈의 수 및 도 5 에 나타나 있는 그것들의 기하학적 구조는 단지 예시적인 것임을 이해해야 한다.

본 발명에 따른 펌프(1)는 종래 기술의 펌프와 비교하여 더 양호한 펌프 효율을 갖는다. 펌프 효율은 펌프에 의해 전달되는 동력과 펌프를 위해 입력되는 동력( 즉, 펌프를 구동시키는데에 사용되는 동력)의 비를 말한다. 펌프에 의해 전달되는 동력은 일반적으로 펌프(1)에 의해 발생되는 유압 동력이다.

도 6 은 본 발명에 따른 펌프를 종래 기술의 펌프와 비교한 것이다. 그래프는 펌프 효율(P)을 펌프에 의해 전달되는 유체의 점도(V)의 함수로 나타낸 것이다. 더 잘 이해할 수 있도록, 그래프는 종래 기술의 펌프의 펌프 효율(P)이 수평의 점도축(V)과 같도록 표준화되어 있는데, 즉 종래 기술에 따른 펌프의 펌프 효율(P)은 각 점도에 대해 항상 V 축에 있다. 따라서, 그래프는 종래 기술의 펌프와 비교한 본 발명에 따른 펌프(1)의 펌프 효율의 증가를 직접 나타내는 것이다. 본 발명에 따른 펌프의 펌프 효율은 곡선(K)으로 나타나 있다. 명확히 나타나 잇는 바와 같이, 유체의 점도가 특정 값(V1) 보다 크자 마자, 본 발명에 따른 펌프(1)는 종래 기술의 펌프와 비교하여 증가된 펌프 효율을 갖는다. 유체의 점도가 증가함에 따라 효율 이득이 증가한다. 본 발명에 따른 펌프(1)가 종래 기술의 펌프보다 더 효율적으로되는 점도의 특정 값(V1)은 보통 10^-4m²/s 보다 작다. 따라서, 고점성 유체에 대해서는, 본 발명에 따른 펌프(1)가 종래 기술의 펌프보다 더 높은 펌프 효율을 갖게 된다.

설명을 위해, 펌프(1)가 이중 흡입 일단 원심 펌프로 설계되어 있는 특정 실시 형태를 참조했지만, 본 발명은 이러한 실시 형태에 한정되는 것은 결코 아니다. 본 발명에 따른 펌프는 다른 종류의 원심 펌프, 예컨대 단일 흡입 펌프 또는 다단 펌프로 설계될 수 있다. 특히, 본 발명은 폐쇄형 임펠러, 즉 전방 쉬라우드 및 후방 쉬라우드를 갖는 임펠러를 갖는 원심 펌프, 및 반개방형 임펠러를 갖는, 즉 후방 쉬라우드를 갖지만 전방 쉬라우드는 없는 원심 펌프에도 적용 가능하다. 임펠가 후방 쉬라우드 또는 전방 쉬라우드만 갖는 그러한 설계에서는, 본 발명에 따른 틈(9)의 설계는 전방 쉬라우드와 관련하여 본원에서 설명한 바와 유사하게 동일한 방식으로 후방 쉬라우드에 대해서도 사용될 수 있다.

Claims (15)

1. 고점성 유체를 전달하기 위한 펌프로서, 유체를 위한 적어도 제 1 입구(3)와 출구(4)를 갖는 케이싱(2); 및 입구(3)로부터 유체를 출구(4)에 전달하기 위한 임펠러(5)를 포함하고, 임펠러(5)는 축방향(A) 주위로 회전할 수 있게 회전 축(6) 상에 배치되고, 또한 상기 임펠러는 펌프의 제 1 입구(3) 쪽을 향하는 전방 쉬라우드(shroud)(7)를 포함하며, 상기 케이싱(2)에는, 상기 임펠러(5)의 전방 쉬라우드(7)를 수용하고 직경(D)을 갖는 고정 임펠러 개구(8)가 제공되어 있고, 상기 전방 쉬라우드(7)와 고정 임펠러 개구(8)는 축방향(A)에 수직인 반경 방향으로의 폭(R)을 갖는 틈(9)을 형성하고, 틈(9)의 폭(R)과 임펠러 개구(8)의 직경(D)의 비가 최소 0.0045인, 고점성 유체를 전달하기 위한 펌프.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 틈(9)의 폭(R)과 임펠러 개구(8)의 직경(D)의 비는 최소 0.0050인, 고점성 유체를 전달하기 위한 펌프.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 틈(9)의 폭(R)과 임펠러 개구(8)의 직경(D)의 비는 최대 0.0070인, 고점성 유체를 전달하기 위한 펌프.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 틈(9)은 임펠러 개구(8)의 직경(D)의 최소 0.092 배인 축방항 길이(L)를 갖는, 고점성 유체를 전달하기 위한 펌프.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 틈(9)은 축방향(A)으로 연속적으로 배열되어 있는 복수의 랜드(12)를 포함하고, 서로 인접하는 두 랜드(12)는 각각 홈(13)에 의해 서로 분리되어 있는, 고점성 유체를 전달하기 위한 펌프.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 고정 입구 개구(8)는 틈(9)의 반경 방향 범위를 정하는 마모 링(11)을 포함하며, 마모 링(11)은 상기 케이싱(2)에 대해 움직이지 않게 배치되어 있는, 고점성 유체를 전달하기 위한 펌프.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 임펠러(5)는 틈(9)의 반경 방향 범위를 정하는 마모 링(11')을 포함하며, 마모 링(11')은 상기 임펠러(5)에 대해 움직이지 않게 배치되어 있는, 고점성 유체를 전달하기 위한 펌프.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 펌프는 이중 흡입 펌프로 설계되어 있고, 유체를 위한 제 2 입구(3')가 펌프의 상기 제 1 입구(3)의 맞은 편에 배치되어 있으며, 상기 임펠러(5)는 제 1 입구(3) 및 제 2 입구(3')로부터 유체를 출구(4)에 전달하기 위한 베인(51)을 포함하는 이중 흡입 임펠러(5)로 설계되어 있는, 고점성 유체를 전달하기 위한 펌프.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 임펠러(5)는 펌프의 상기 제 2 입구(3') 쪽을 향하는 제 2 전방 쉬라우드(7')를 포함하며, 상기 케이싱(2)에는, 임펠러의 상기 제 2 전방 쉬라우드(7')를 수용하고 직경(D')을 갖는 제 2 고정 임펠러 개구(8')가 제공되어 있고, 상기 제 2 전방 쉬라우드(7')와 제 2 고정 임펠러 개구(8')는 축방향(A)에 수직인 반경 방향으로의 폭(R')을 갖는 제 2 틈(9')을 형성하고, 제 2 틈(9')의 폭(R')과 제 2 임펠러 개구(8')의 직경(D')의 비가 최소 0.0045인, 고점성 유체를 전달하기 위한 펌프.
10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 틈(9')의 폭(R')과 제 2 임펠러 개구(8')의 직경(D')의 비는 최소 0.0050인, 고점성 유체를 전달하기 위한 펌프.
11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 틈(9')은 제 2 임펠러 개구(8')의 직경(D')의 최소 0.092 배인 축방항 길이(L')를 갖는, 고점성 유체를 전달하기 위한 펌프.
12. 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 고정 입구 개구(8')는 제 2 틈(9')의 반경 방향 범위를 정하는 제 2 마모 링(11")을 포함하고, 제 2 마모 링(11")은 케이싱(2)에 대해 움직이지 않게 배치되어 있는, 고점성 유체를 전달하기 위한 펌프.
13. 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 틈(9)과 제 2 틈(9')은 본질적으로 동일하게 설계되어 있는, 고점성 유체를 전달하기 위한 펌프.
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펌프는 원심 펌프, 특히 일단 원심 펌프로 설계되어 있는, 고점성 유체를 전달하기 위한 펌프.
15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펌프는 오일 및 가스 산업에서 사용되도록 설계되어 있는, 고점성 유체를 전달하기 위한 펌프.

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