KR20190010108A - 디스케일링 고압 펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명의 디스케일링 고압 펌프는, 배럴 커버에 의하여 개폐되는 배럴; 상기 배럴의 내부에 설치되고, 다수개의 임펠러 수납부를 구비하며, 저압공간, 고압공간, 중앙공간을 형성하는 내부케이싱; 및 상기 임펠러 수납부에 수납되며 동축으로 배열되는 다수의 임펠러를 구비하고, 양단부가 상기 배럴 커버 및 배럴을 관통하여 외측으로 돌출된 상태의 샤프트;가 포함되되, 상기 샤프트가 관통하는 배럴커버의 내부에는 공간부가 형성되고, 상기 공간부는 리턴라인을 통하여 저압공간과 연통되며, 상기 샤프트가 관통하는 배럴 및 배럴 커버의 외측에는 베어링 브라켓이 각각 설치되고, 상기 베어링 브라켓의 중심부분에는 샤프트가 관통하는 베어링 커버가 각각 설치되며, 상기 베어링 브라켓에는 유체를 외부로 배출하는 드레인홀이 성형되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 하나의 샤프트에 설치되는 다수의 임펠러를 좌우 대칭으로 배치함으로써 전체적인 균형을 잡을 수 있음과 동시에, 펌프의 동작 시 샤프트에 대하여 축방향으로 가해지는 하중이 일측으로 편중되는 것을 최대한 방지하고 있음을 알 수 있다.

Description

디스케일링 고압 펌프{Descaling high pressure pump}

본 발명은 디스케일링 고압 펌프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열간 압연 공정에서 가열로를 통과한 슬랩(Slab)의 표면에 생성된 스케일을 제거할 수 있도록 고압으로 유체를 분사할 수 있는 디스케일링 고압 펌프에 관한 것이다.

코일링된 압연 강판을 제조하는 공정에 대하여 간단하게 살펴보기로 한다. 철광석 등이 용융된 후, 전로 및 연속 주조기를 거쳐서 일정한 두께를 가지는 슬랩으로 만들어진다.

그리고 이렇게 만들어진 슬랩 형태의 강판을 원하는 두께를 가지는 판으로 코일링하기 위해서는 가열로에서 가열한 후, 압연 과정을 거쳐야 한다. 여기서 슬랩이 가열로에서 가열되어 나오게 되면, 그 표면에는 산화피막이라고 할 수 있는 스케일이 생성된다.

이후, 후공정의 작업을 위해서는 이와 같은 스케일이 제거되어야 하는데 이를 디스케일링이라고 칭하고 있다.

이와 같은 디스케일링용으로 사용되는 고압 펌프는, 원심력을 이용하여 유체(물)에 고압을 인가하여 분사시키는 것에 의하여, 슬랩의 표면에 생성된 스케일을 제거하게 된다. 이와 같은 디스케일링용으로 사용되는 고압 펌프는, 예를 들면 유체에 300 바아(BAR) 정도의 고압을 인가하는 것이고 실질적으로 엄청난 하중을 가지는 중장비라고도 할 수 있다.

이와 같은 스케일의 제거는 고압의 유체를 표면에 분사하는 것에 의하여 이루어진다. 이와 같이 원심력을 이용하는 고압 펌프에 대한 종래 기술을 살펴보기로 한다. 한국 실용신안 등록 제20-0216272호에 개시된 원심펌프는 다수의 임펠러를 일방향으로 배열하고, 이들을 회전축으로 회전시키는 것에 의하여 다단으로 유체에 압축력을 인가할 수 있도록 구성하고 있다.

또한 한국 특허 등록 제10-0883293호 의한 종래의 기술도 이단으로 배치되는 임펠러를 통하여 고압을 인가하도록 구성되고 있다. 이와 같은 종래의 기술에 의하면, 실질적으로 다수 개의 임펠러가 일방향으로 배치되어 있음을 알 수 있는데, 이와 같이 임펠러를 일방향으로만 배열하게 되면, 임펠러를 회전시키는 회전축에는 일방향으로만 부하가 크게 걸리게 되는 단점이 나타날 수밖에 없다.

그리고 한국 특허 공개 1995-0021965로 제안된 기술에 의하면, 모터부가 중심부분에 배치되고 임펠러가 모터의 좌우 양측에 다수 배치되어 있어서, 회전축의 일측으로만 부하를 받는 것을 방지하고 있기는 하나 내부에 들어가는 모터부분의 구조에 의하여 충분한 압축력을 생성하기 위한 다단구조에는 일정한 한계가 지적될 수 밖에 없는 것으로 보인다.

한편 미국 특허 제5,846,052호에 의하면 다수의 임펠러를 좌우 대칭으로 배열함으로써, 회전축의 회전시 균형을 이룰 수 있도록 하는 다단식의 고압 펌프가 알려져 있음을 알 수 있다. 이러한 종래 기술에 의하면, 좌우 방향의 밸런스는 어느 정도 잡히고 있음을 알 수 있지만, 입구를 통하여 유입된 유체에 대하여 최초로 작용하는 임펠러가 충분한 양의 유체를 압축하면서 이송하지 못하고 있어서, 실제 동작에서 초기 상태에서의 효율이 저하되고 있다.

따라서, 종래의 고압 펌프의 문제을 개선한 디스케일링 고압 펌프의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 전술한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 유체의 압축 초기 상태에서의 효율을 충분히 확보할 수 있음과 동시에 유체의 다단 압축 과정에서 전체적인 밸런스를 확보함으로써, 회전부품을 지지하는 부분에 가해지는 하중을 최소화시킬 수 있는 디스케일링 고압 펌프를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 펌프의 내부에서 압축되는 유체를 이용하여, 회전하는 샤프트와의 윤활작용을 충분히 확보함으로써, 전체적으로 원활한 동작이 가능하여 내구성을 보다 향상시킬 수 있는 디스케일링 고압 펌프를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 디스케일링 고압 펌프는, 배럴 커버에 의하여 개폐되는 배럴; 상기 배럴의 내부에 설치되고, 다수개의 임펠러 수납부를 구비하며, 저압공간, 고압공간, 중앙공간을 형성하는 내부케이싱; 및 상기 임펠러 수납부에 수납되며 동축으로 배열되는 다수의 임펠러를 구비하고, 양단부가 상기 배럴 커버 및 배럴을 관통하여 외측으로 돌출된 상태의 샤프트;가 포함되되, 상기 샤프트가 관통하는 배럴 커버의 내부에는 공간부가 형성되고, 상기 공간부는 리턴라인을 통하여 저압공간과 연통되며, 상기 샤프트가 관통하는 배럴 및 배럴 커버의 외측에는 베어링 브라켓이 각각 설치되고, 상기 베어링 브라켓의 중심부분에는 샤프트가 관통하는 베어링 커버가 각각 설치되며, 상기 베어링 브라켓에는 유체를 외부로 배출하는 드레인홀이 성형되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 디스케일링 고압 펌프에 따르면, 하나의 샤프트에 설치되는 다수의 임펠러를 좌우 대칭으로 배치함으로써 전체적인 균형을 잡을 수 있음과 동시에, 펌프의 동작 시 샤프트에 대하여 축방향으로 가해지는 하중이 일측으로 편중되는 것을 최대한 방지하는 효과가 있다.

또한, 회전하는 샤프트와 고정된 배럴 또는 배럴 커버의 접촉 부분에 샤프트슬리브 및 원통부재를 설치함으로써, 부품의 교환 및 수리 등이 간편하다.

도 1은 본 발명에 따른 디스케일링 고압 펌프를 도시한 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 디스케일링 고압 펌프를 도시한 단면도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 디스케일링 고압 펌프(P)는, 내부에 일정한 공간을 형성하는 배럴(100)과, 상기 배럴(100)의 내부에 고정되는 내부케이싱(200)과, 상기 배럴(100)과 내부케이싱을 관통한 상태로 설치되어 외부에서의 동력에 의하여 회전하는 샤프트(300)로 구성된다.

상기 배럴(100)은 일측이 열려 있는 원통 형상으로 성형되어 있으며, 배럴 커버(110)에 의하여 개폐되도록 구성된다. 예를 들면 상기 배럴 커버(110)는 다수의 체결볼트에 의하여 상기 배럴(100)에 결합됨으로써, 내부에는 유체의 압축을 위한 공간이 형성되도록 구성하고 있다. 그리고 상기 배럴(100)의 내부 공간에는 내부케이싱(200)이 수납되어, 내부에서 고정된 상태를 유지할 수 있도록 설치된다.

상기 배럴(100)에는 유체가 들어오는 입구와, 상기 입구를 통하여 유입된 유체가 후술하는 과정 및 구조를 통과하면서 압축된 후 필요로 하는 부분으로 배출되기 위한 출구를 구비하고 있다.

또한, 배럴(100)에는 저압공간, 고압공간, 중압공간으로 분할형성된다.

여기서 실질적으로 저압공간, 고압공간, 중압공간은 배럴(100)의 내부에 내부케이싱(200)이 삽입되어 고정된 상태에서, 배럴(100)과 내부케이싱(200) 사이에서 형성되는 공간이라고 할 수 있다.

상기 샤프트(300)에는 다수의 임펠러(310)가 설치되어 있다. 본 발명에서 사용되는 임펠러(310)는 중심부분에 유체의 흡입공이 형성되어 있고 방사상의 외측면에는 유체가 토출되는 출구가 형성되어 있는 것으로, 실제로 그 자체는 공지된 것이다.

상기 샤프트(300)에 설치되는 임펠러(310)는 다수개로 구성되는데, 모두 동축방향으로 설치되어 있음을 알 수 있다.

상기 임펠러(310)는 샤프트(300)을 중심으로 방사상으로 연장된 형상을 가지고 있음을 알 수 있고, 이에 대응하여 상기 내부케이싱(200)의 내부에는 상술한 임펠러들이 모두 수납될 수 있도록, 방사상으로 더 외측으로 오목하게 형성되는 가이드베인(210)이 일정한 간격을 두고 설치되어 있다.

본 발명에 의한 내부케이싱(200)에는, 이전 단계의 임펠러에서 압축된 유체가 다음 단계의 임펠러의 입구부분으로 연결하는 연결통로가 성형되어 있다. 예를 들면, 상기 양면 임펠러(310)에서 압축된 유체는, 상기 임펠러(310)의 방사상의 외측부분에 형성되어 있는 출구를 통하여, 그 다음 단계의 임펠러(310)의 중심부분에 형성되는 입구로 안내된다. 즉, 임펠러(310)의 출구와 그 다음 단계의 임펠러(310)의 입구를 서로 연결하는 연결통로가 형성되어 있는 것이다. 그리고 이러한 연결통로는 본 발명의 모든 임펠러에 대하여 동일하게 형성된다.

즉, 다단으로 형성된 임펠러(310)에 의해 유체를 압축하며 최종 임펠러(310)를 통하여 나오는 유체의 압력은 300 바아(BAR) 전후가 된다. 즉 본 발명에서는 다단으로 배치된 임펠러(310)를 통하여 목적하고 있는 유체의 압력에 도달하도록 구성되어 있다.

그리고 압력이 상승된 유체는 원하는 곳으로 공급될 수 있게 된다.

상기 샤프트(300)의 회전을 지지하기 위하여 샤프트(300)의 양단부에는 슬리브베어링(342)이 각각 설치되어 샤프트(300)의 회전을 지지하고 있음과 동시에, 도면 상 좌측에 해당하는 샤프트(300)의 좌측 단부에는 쓰러스트(thrust) 베어링(340)이 설치되어 있다.

상술한 바와 같이 다수의 임펠러(310)를 구비하고 있는 샤프트(300)는 외부의 모터장치와 연결되어 회전하면서 임펠러(310)를 통하여 유체를 다단으로 압축하게 된다. 이러한 샤프트(300)는 배럴(100) 및 배럴 커버(110)의 양측 단부를 관통한 상태로 외부로 돌출되도록 설치되고, 그 양단부에는 상술한 바와 같이 쓰러스트 베어링(340) 및 슬리브베어링(342)이 설치되어 있다.

상기 베어링(340 및 342)은 베어링하우징(342H)에 의하여 커버되어 있다. 그리고 배럴(100) 및 배럴 커버(110)의 좌우측에서 샤프트(300)가 관통하여 돌출된 부분에는 베어링 브라켓(350)이 각각 설치되어 있고, 상기 베어링 브라켓(350)의 중심부분, 즉 샤프트(300)가 관통하는 부분에는 베어링 커버(352)가 각각 설치되어 있다.

상기 베어링 브라켓(350)과 베어링 커버(352)는, 배럴 커버(110)와 외배럴(100) 내부에서 압축되는 유체가 외부로 더 이상 유출되지 않도록 차단하는 부분이라고 할 수 있다.

그리고 상기 베어링 브라켓(350)에는 유체를 배출하는 씰워터리턴(354)이 각각 형성되어 있다.

이와 같이 배럴(100)의 양측면에서 샤프트(300)가 관통하는 부분에는 베어링 브라켓(350) 및 베어링 커버(352)를 설치하여, 압축되는 유체가 더 이상 외부로 유출되는 것을 차단함과 동시에 씰워터라인(354)에 의해 씰 냉각용 유체가 배출된다.

상기 베어링 하우징(342H)의 내부에는 상술한 베어링의 윤활을 위하여 윤활유가 들어 있기 때문에 배럴(100)에서 유출된 유체(물)가 침투하는 것은 바람직하지 못하고, 이러한 유체(물)의 차단을 위하여 상술한 베어링 브라켓(350) 및 베어링 커버(352)를 설치하고 있는 것이다.

본 발명의 디스케일링 펌프가 동작하게 되면, 배럴(100)의 내부 및 내부케이싱(200)의 내부에는 유체가 일정한 압력을 가지면서 완전히 차게 된다. 이러한 유체는, 회전하는 샤프트(300)가 고정된 상태의 배럴(100) 및 배럴 커버(110)가 통과하는 부분의 틈새까지 들어오게 된다. 그리고 배럴(100) 및 배럴 커버(110)를 관통한 상태로 회전하는 샤프트(300) 사이의 틈새로 유입된 유체는 실질적으로 샤프트(300)의 회전을 위한 윤활유로써 기능을 가지고 있다.

상기 샤프트(300)가 관통하는 배럴 커버(110)의 중간 부분에는 일정한 밸런스홀(119)이 형성되어 있다. 이러한 밸러스홀(119)에 걸리는 압력도 실질적으로 고압 상태임은 당연하다. 상기 밸런스홀(119)은 밸런스라인(150)을 통하여 저압공간과 연결되도록 구성된다.

즉, 밸런스라인(150)은 상기 배럴 커버(110) 내부의 밸런스홀(119)을, 외부케이싱(100)의 일측에 형성된 리턴포트(117)을 통하여 저압공간의 내부로 연결하고 있다.

따라서 실질적으로 유체가 고압상태를 유지하는 밸런스홀(119)에서 저압 상태인 저압공간이 서로 연결되는 것에 의하여, 상기 밸러스홀(119)에서의 고압의 유체 일부가 저압공간으로 공급될 수 있음을 알 수 있다.

이와 같이 고압의 유체의 일부를 저압공간으로 공급하는 것에 의하여, 저압공간 내부의 유체에 예압을 걸 수 있어서, 보다 효율적인 압축을 가능하게 할 수 있다. 또한 이러한 구성에 의하여 디스케일링 펌프의 좌우측의 압력차이를 줄임으로써, 회전시 수반하는 여러 가지 문제점도 방지할 수 있다.

그리고 상기 밸러스홀(119)은 실질적으로 배럴 커버(110)의 내부에서 형성되는 공간이고, 고압공간과는 실질적으로 이격된 것이라고 할 수 있다.

따라서 상기 밸러스홀(119)에서 저압공간으로 유체의 일부를 공급함으로써, 실질적으로 상기 고압공간의 압력 손실도 방지할 수 있을 것으로 기대된다. 도 1에서 도면 부호 115로 표시하는 것은 토출구이고, 이러한 토출구(115)는 원하는 곳에 고압 유체를 공급하게 된다.

이상의 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 배럴(100) 및 배럴 커버(110)는 고정된 상태이고, 샤프트(300)는 외부의 구동력에 의하여 회전하면서 펌프가 동작하게 된다. 여기서 배럴(100) 및 배럴 커버(110)와 상기 샤프트(300) 사이에는, 상술한 바와 같이 유체가 침투함으로써 일종의 윤활막으로 작용하게 됨은 상술한 바와 같고, 이들 사이를 통과하여 외부로 유출되는 유체는 씰워터라인(354)을 통하여 배수됨도 상술한 바와 같다.

여기서 이와 같이 유체가 회전체와 고정체 사이에서 윤활막을 성형한다고 하더라도 샤프트(300)와 배럴(100) 및 배럴 커버(110) 사이에는 마모가 발생할 수밖에 없다. 이와 같은 마모는 피할 수 없는 것이라도 하더라도, 이러한 마모에 대응하여 수리 및 유지보수의 편리를 위한 구성은 필요하다고 할 수 있다.

도면 부호 360으로 표시한 것은 샤프트(300)의 외측면에 고정되는 원통상의 샤프트슬리브이다. 그리고 도면 부호 160으로 표시한 것은 배럴 커버(110)에서 샤프트(300)가 관통하는 부분에 설치되고 상기 샤프트슬리브(360)의 외측면에 밀착상태로 지지되는 원통부재이다.

상기 원통부재(160)는 배럴 커버(110)에, 그리고 샤프트슬리브(360)는 샤프트(300)에 각각 고정되어 있기 때문에, 케이싱(100,200) 내부의 물은 상기 샤프트슬리브(360)와 원통부재(160) 사이로 침투되면서 윤활 기능을 수행하게 된다.

먼저 본 발명에서는 회전하는 샤프트(300)와 고정된 상태의 배럴(100) 또는 배럴 커버(110)에, 각각 샤프트슬리브(360)와 원통부재(160)를 설치하고 있다.

이와 같이 상기 샤프트(300)의 외주면에 샤프트슬리브(360)를 설치하고, 이와 접촉하는 배럴(100) 또는 배럴 커버(110)에 원통부재(160)를 설치하는 것에 의하여, 어느 일측이 마모되면 그 부분을 교환하는 등 수리가 용이함은 당연하다고 할 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 전술한 실시 예에 한정되지 않고 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 이때, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 고려해야 할 것이다.

P ....... 펌프
100 ..... 배럴
110 ..... 배럴 커버
115 ..... 토출구
119 ..... 밸런스홀공간부
150 ..... 밸런스라인
200 .... 내부케이싱
210 ..... 가이드베인
300 ..... 샤프트
310 ..... 임펠러
340 ..... 쓰러스트베어링
342 ..... 슬리브베어링
342H ..... 베어링하우징
354 .... 씰워터리턴
352 .... 베어링 커버

Claims (1)

1. 배럴 커버에 의하여 개폐되는 배럴;
   상기 배럴의 내부에 설치되고, 다수개의 임펠러 수납부를 구비하며, 저압공간, 고압공간, 중앙공간을 형성하는 내부케이싱; 및
   상기 임펠러 수납부에 수납되며 동축으로 배열되는 다수의 임펠러를 구비하고, 양단부가 상기 배럴 커버 및 배럴을 관통하여 외측으로 돌출된 상태의 샤프트;가 포함되되,
   상기 샤프트가 관통하는 배럴 커버의 내부에는 공간부가 형성되고, 상기 공간부는 리턴라인을 통하여 저압공간과 연통되며,
   상기 샤프트가 관통하는 배럴 및 배럴 커버의 외측에는 베어링 브라켓이 각각 설치되고, 상기 베어링 브라켓의 중심부분에는 샤프트가 관통하는 베어링 커버가 각각 설치되며,
   상기 베어링 브라켓에는 유체를 외부로 배출하는 드레인홀이 성형되는 것을 특징으로 하는 디스케일링 고압 펌프.
   

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