KR20190085790A - Sealing System of centrifugal pump - Google Patents

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KR20190085790A
KR20190085790A KR1020180004064A KR20180004064A KR20190085790A KR 20190085790 A KR20190085790 A KR 20190085790A KR 1020180004064 A KR1020180004064 A KR 1020180004064A KR 20180004064 A KR20180004064 A KR 20180004064A KR 20190085790 A KR20190085790 A KR 20190085790A
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centrifugal pump
bbsm
bushing
case
rotating shaft
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KR1020180004064A
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이연원
이종천
최윤환
전준호
김현지
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부경대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a centrifugal pump comprising: a case which includes an inlet, an outlet, and a storing space of an impeller; a bearing housing which is connected to a back side of the case; a rotating shaft which is supported by a ball bearing inside the bearing housing and receives driving force of a motor; and the impeller which is connected to an end part of the rotating shaft. The centrifugal pump comprises: a case cover which is detached from the case through a connecting member between the case and the bearing housing and supports the rotating shaft; and a bleed bushing sealing mechanism (BBSM) system which is positioned inside the case cover and seals a part of the rotating shaft. The BBSM system includes a bushing which seals a part of the outer circumference surface of the rotating shaft, a labyrinth seal which is provided in one part of the outer circumference surface of the bushing, and a return rotor which is integrally provided in the outer circumference surface of the bushing. The BBSM system includes little abrasion by preventing direct touch with the rotating shaft and a sleeve and eliminates the necessity of a cooling system by preventing generation of frictional heat of a sealed cross surface. The BBSM system reduces maintenance costs by facilitating semi-permanent use without replacing a component and facilitating an unmanned operation, and prevents resin contamination by minimizing leakage in a structure.

Description

원심원심펌프{Sealing System of centrifugal pump}Sealing System of Centrifugal Pump

본 발명은 원심원심펌프에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 기존에 실링시스템 대신에 압력의 균형을 맞추어 회전축을 밀봉하는 장치인 BBSM시스템(Bleed Bushing Sealing Mechanism)를 원심원심펌프에 적용을 통해 성능 및 내구성, 신뢰성을 확보하는 원심원심펌프에 관한 것이다.The present invention relates to a centrifugal centrifugal pump, and more specifically, to a centrifugal centrifugal pump, a BBSM system (Bleed Bushing Sealing Mechanism), which is a device for sealing a rotary shaft by balancing pressure instead of a sealing system, , And a centrifugal centrifugal pump for securing reliability.

일반적으로, 원심원심펌프(Centrifugal Pump)는 유체를 임펠러의 회전공간이 확보된 케이스 내부로 유입시켜 상기 임펠러의 회전에 의한 원심력으로 압력 및 속도에너지가 증가한 유체를 고압/고속으로 배출시키는 장치이다.Generally, a centrifugal pump is a device for discharging a fluid having a pressure and velocity energy increased by a centrifugal force due to the rotation of the impeller at a high pressure / high speed by introducing the fluid into the case where the rotating space of the impeller is ensured.

이러한, 장치로 특허문헌 1은 일반적인 원심원심펌프는 원심펌프몸체를 구성하는 케이스, 베어링하우징과 케이스커버의 중간부에 끼워서 샤프트를 지지하는 그랜드패킹 및 그랜드, 베어링하우징 내부에 베어링으로 지지되어 모터의 구동력을 전달받는 샤프트, 및 샤프트 전방 단부에 일체로 조립되어 케이스내로 유입된 유체를 흡입구 측 및 토출시키도록 하는 임펠러로 구성된다.With such an apparatus, Patent Document 1 discloses a general centrifugal centrifugal pump, which comprises a case constituting a centrifugal pump body, a grand packing and a ground which are sandwiched between a bearing housing and a middle portion of the case cover to support the shaft, A shaft to which the driving force is transmitted, and an impeller which is integrally assembled to the front end of the shaft and discharges the fluid introduced into the case toward the inlet port and the impeller.

상술한 원심원심펌프에서 모터를 통해 샤프트에 전달된 회전력은 임펠러를 회전시키게 되며, 흡입구, 토출구 및 임펠러의 수용공간이 구비된 케이스 내에서 임펠러의 회전으로 중심부가 진공상태로 되어 유체가 흡입된다. 이때, 임펠러의 회전으로 원심력을 받은 유체는 케이스와 케이스커버 사이로 빠져나와 토출구를 통해 외부로 토출되는 기술이다.In the centrifugal centrifugal pump described above, the rotational force transmitted to the shaft through the motor rotates the impeller. In the case provided with the intake port, the discharge port and the receiving space for the impeller, the central portion is vacuumed by the rotation of the impeller. At this time, the fluid, which is centrifugally driven by the rotation of the impeller, flows out between the case and the case cover and is discharged to the outside through the discharge port.

그리고, 원심펌프에서 가장 큰 고장원인 중의 하나는 원심펌프를 통과하는 유체가 임펠러와 원심펌프가 아닌 다른 구성장치로 누설됨에 따라 유체가 외부환경으로 누설되는 것을 방지하는 구조를 갖는 원심펌프에서 필수적이며, 이를 위해, 종래에는 다양한 실링수단이 유체의 축 방향 누설을 방지하기 위해 임펠러 후방의 회전축 상에 구비되고, 그랜드 및 그랜드패킹과 같은 실링수단을 갖는다.One of the biggest causes of failure in a centrifugal pump is a centrifugal pump having a structure that prevents the fluid passing through the centrifugal pump from leaking to the external environment as the fluid leaks to other components other than the impeller and the centrifugal pump To this end, various sealing means are conventionally provided on the rotational axis behind the impeller to prevent axial leakage of the fluid, and have sealing means such as a gland and a grand packing.

상기 그랜드패킹과 같은 실링수단은 임펠러에 유입된 유체 중에 케이스의 토출구로 빠져나가지 못하는 유체 일부가 임펠러의 회전축에 미세 간극을 통해 임펠러의 후방으로 누설되는 것을 방지하는 역할을 한다.The sealing means, such as the gland packing, serves to prevent a part of the fluid flowing into the impeller from escaping to the rear of the impeller through the micro gap to the rotating shaft of the impeller.

그러나, 상기 회전축의 원주를 그랜드로 둘러 쌓아 그 틈으로 그랜드패킹을 강제로 끼워 넣어 축 방향으로 압축해 패킹과 회전축을 밀착시키고 그랜드에 볼트 등의 체결수단을 조여 마찰밀봉을 하는 방식으로, 원심펌프 사용기간이 경과함에 따라 패킹 마모, 회전축을 감싸고 있는 슬리브 마모가 발행하고 이에 따라 유체의 누설이 발생하기 쉽다.However, the circumference of the rotary shaft is surrounded by the gland, the gland packing is forcedly inserted into the gaps, and the gland packing is compressed in the axial direction so that the packing and the rotary shaft are brought into close contact with each other and the gland is fastened with fastening means such as bolts. As the service period expires, the wear of the packing and the wear of the sleeve surrounding the rotating shaft are issued, and fluid leakage is liable to occur.

또한, 원심펌프 내 유체의 압력이 고압/고속으로 작용하는 경우 이러한 실링수단 및 회전축의 손상이 유체의 압력에 의해 심해지며, 따라서 실링 상태를 지속적으로 유지하기 위해서는 압착력을 증가시키기 위해 원심펌프를 분해하여 볼트 등의 체결수단을 수시로 조이거나 주기적인 교체 및 보수작업을 진행해야 하는 불편함이 있다.In addition, when the pressure of the fluid in the centrifugal pump acts at a high pressure / high speed, the damage of the sealing means and the rotary shaft becomes worse by the pressure of the fluid. Therefore, in order to continuously maintain the sealing state, There is a problem that it is necessary to tighten the fastening means such as a bolt from time to time or perform periodical replacement and maintenance work.

또한, 그랜드패킹의 구조 자체에 의해 항상 일정량의 누설이 존재하므로 유지비용이 많이 들고, 그랜드패킹에 함침되는 그리스나 오일은 수질오염의 원인이 되고, 상기 유체의 누설 문제가 원심펌프 성능에 중요한 영향을 미치므로 회전축과 케이스 커버의 축 방향 미세간극으로 임펠러를 통과하는 유체의 누설에 의한 원심펌프의 고장사고 및 수명단축의 문제점이 있다.Also, since the structure of the packing itself always causes a certain amount of leakage, the maintenance cost is high, and the grease or oil impregnated in the gland packing causes water pollution, and the leakage problem of the fluid is important in the performance of the centrifugal pump There is a problem of failure of the centrifugal pump due to leakage of the fluid passing through the impeller due to a slight gap in the axial direction between the rotary shaft and the case cover.

따라서, 원심펌프(Pump)에 상용화되고 있는 실은 크게 그랜드패킹이실(Gland Packing Seal)과 메카니컬실(Mechanical Seal)로 구분되는데 그랜드패킹실은 회전축과 스터핑박스(Stuffing box)의 틈새에 패킹을 강제 압입(壓入 - 좁은 구멍이나 홈 따위에 세게 눌러서 밀어 넣음.)하여 마찰밀봉을 하는 방식으로, 사용기간이 경과함에 따라 패킹의 마모, 회전축 또는 슬리브의 마모가 발생되어 누설이 증대되기 때문에 주기적인 조정이나 교체 등의 유지보수가 필요하다.Therefore, the thread which is commercially used in the centrifugal pump is largely divided into a gland packing seal and a mechanical seal. The gland packing chamber is formed by forcing the packing into the gap between the rotary shaft and the stuffing box (Pressure is applied by pushing hardly into a narrow hole or groove), and the friction is sealed. As the use period elapses, wear of the packing, wear of the rotary shaft or sleeve occurs, and leakage increases. Maintenance such as replacement is necessary.

이때, 그랜드패킹실에 함침 시키는 그리스나 오일은 실을 부식시키고 수질오염의 원인이 되어 엄격해지는 환경기준에 많은 문제점을 가지고 있으며, 그랜드패킹실은 구조상 작동하는데 일정량의 누설이 존재하기 때문에 수질오염이나 주변 환경오염에 심각하다.At this time, the grease or oil impregnated into the grand packing chamber has many problems in the environmental standard that becomes corroded due to corrosion of the seal, water pollution, and the like, and since there is a certain amount of leakage in the operation of the grand packing chamber, It is serious to environmental pollution.

또한, 메카니컬실은 상기 그랜드패킹실의 단점을 보완하여 개발된 실로써 압력을 받는 액체가 원심펌프에서 외부로 누설되는 것을 방지하거나 진공조건일 때 공기가 원심펌프로 유입되는 것을 방지하는 체크밸브(Check valve)와 슬라이드베어링(Slide bearing)의 기능을 하지만, 제품단가가 그랜드패킹실의 약 10배 이상의 고가이기 때문에 제한적으로 사용해야 하며, 트러블(반복되는 기동과 정지에 의한 충격, 압력변동에 의한 충격, 외부의 이물질 침투 등)로 인한 파손 발생시 밀봉장치(Sealing devices)로서 기능을 완전히 상실하고 나아가 원심펌프의 기능을 불가능하게 하는 문제점이 있으며, 정수장이나 가압장 등의 무인운전이 어렵고 항상 감시자나 감시기능이 필요한 실정이다. In addition, the mechanical seal is provided by complementing the disadvantages of the above-mentioned grand packing chamber, and it is possible to prevent leakage of the liquid under pressure from the centrifugal pump to the outside, or to prevent the air from being introduced into the centrifugal pump valve and slide bearings. However, the product price is more than 10 times higher than that of the grand packing seals. Therefore, it should be used in a limited manner, and troubles (repetitive start and stop shocks, It is impossible to operate the centrifugal pump completely. It is difficult to operate the centrifugal pump such as a water purification plant or a hydraulic pressure pump, and it is difficult to operate the centrifugal pump at all times, It is necessary.

KR 20-1999-0022727 UKR 20-1999-0022727U

상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 원심원심펌프의 회전축에 리턴로터를 부착해 리턴로터가 회전하며 회전축과 케이스 사이로 압력을 가해 누설을 막는 새로운 방식의 실링시스템으로 실링제를 교체할 필요 없이 반영구적으로 사용할 수 있고, 장착 및 유지비용의 절감은 물론, 성능 우수성을 보장하는 BBSM시스템(Bleed Bushing Sealing Mechanism)을 원심원심펌프애 적용하여 회전축이나 슬리브와 직접 접촉이 되지 않아 마모가 거의 없고, 밀봉 단면의 마찰열이 발생하지 않으므로 냉각시스템이 필요하지 않는다는 강점과 부품의 교체가 필요 없이 반영구적으로 사용 및 무인운전이 가능하여 유지보수 비용의 절감 과 구조상 누설(Leakage)을 최소화하여 수지오염을 방지할 수 있는 원심원심펌프를 제공하는데 목적이 있다.In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is a new sealing system in which a return rotor is attached to a rotary shaft of a centrifugal centrifugal pump and a return rotor rotates and pressure is applied between a rotary shaft and a case to prevent leakage. BBSM system (Bleed Bushing Sealing Mechanism), which guarantees excellent performance as well as installation and maintenance cost, is applied by centrifugal centrifugal pump so that it does not come into direct contact with the rotating shaft or sleeve, It is possible to use semi-permanently and unattended operation because it does not need a cooling system and it does not need to replace parts, thus it is possible to reduce maintenance cost and minimize leakage of structure to prevent resin contamination It is an object of the present invention to provide a centrifugal centrifugal pump.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 흡입구, 토출구, 임펠러의 수용공간을 갖는 케이스와; 상기 케이스의 후방에 연결되는 베어링하우징과; 상기 베어링하우징의 내부에 볼베어링으로 지지되어 모터의 구동력을 전달받는 회전축과 이 회전축의 단부에 연결되는 임펠러를 포함하는 원심펌프에 있어서, 상기 케이스 베어링하우징 사이에 체결부재를 통해 상기 케이스와 착탈식으로 결합하고 상기 회전축을 지지하는 케이스커버와; 상기 케이스커버의 내측에 위치하여 상기 회전축의 일부분을 밀봉하는 BBSM시스템을 포함하여 구성되며, 상기 BBSM시스템은 상기 회전축의 일부 외주면을 밀봉하는 부싱과, 상기 부싱의 외주면 일 부분에 구비되는 래버린스실과, 상기 부싱의 외주면에 일체로 구비되는 리턴로터를 포함하는 것을 특징으로 하는 원심원심펌프를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an air conditioner comprising: a case having a suction port, a discharge port, and an accommodation space for an impeller; A bearing housing connected to the rear of the case; A centrifugal pump supported by a ball bearing inside the bearing housing to receive a driving force of a motor and an impeller connected to an end of the rotary shaft, the centrifugal pump being detachably coupled to the case through a fastening member, A case cover for supporting the rotating shaft; And a BBSM system positioned inside the case cover to seal a portion of the rotary shaft, wherein the BBSM system includes a bushing for sealing a part of an outer circumferential surface of the rotary shaft, and a labyrinth seal member provided at a portion of an outer circumferential surface of the bushing And a return rotor integrally provided on an outer circumferential surface of the bushing.

여기서, 상기 케이스커버는 상기 BBSM시스템의 입구 측으로 유입되는 유량 중 일부를 케이스의 내부로 재순환 시키는 제1바이패스와, 상기 리턴로터를 통과한 유 량의 일부를 케이스의 내부로 재순환 시키는 제2바이패스로 구성되는 것을 특징으로 한다.Here, the case cover may include a first bypass for recirculating a part of the flow rate introduced into the inlet side of the BBSM system to the inside of the case, a second bypass for recirculating a part of the flow rate passing through the return rotor to the inside of the case, Path.

그리고, 상기 부싱은 상기 리턴로터를 기준으로 회전축을 따라 전/후방에 각각 제1부싱 및 제2부싱으로 구분되며, 상기 제1부싱은 상기 회전축의 외주면과 간극을 갖도록 설치되고, 상기 제2부싱은 상기 회전축의 외주면과 간극을 갖도록 설치하되 상기 래버린스실이 복수의 실링으로 길이 방향을 따라 간격을 두고 형성되는 것을 특징으로 한다.The bushing is divided into a first bushing and a second bushing on the front and rear sides along the rotation axis with respect to the return rotor. The first bushing is installed to have a gap from the outer circumferential surface of the rotation shaft, And the labyrinth seal chamber is spaced apart from the outer circumferential surface of the rotary shaft by a plurality of sealing rings in the longitudinal direction.

상기와 같이 구성된 본 발명을 제공함으로써, 회전축이나 슬리브와 직접 접촉이 되지 않아 마모가 거의 없고, 밀봉 단면의 마찰열이 발생하지 않으므로 냉각시스템이 필요하지 않는다는 강점과 부품의 교체가 필요 없이 반영구적으로 사용 및 무인운전이 가능하여 유지보수 비용의 절감 과 구조상 누설을 최소화하여 수지오염을 방지할 수 있는 효과가 있다.By providing the present invention constructed as described above, there is no need to provide a cooling system because there is almost no abrasion due to no direct contact with the rotating shaft or sleeve, no frictional heat is generated at the sealing end face, It is possible to reduce the maintenance cost and minimize the structural leakage, thereby preventing the resin contamination.

도 1은 본 발명에 따른 원심원심펌프를 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 원심원심펌프에 적용되는 BBSM시스템을 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 원심원심펌프에 적용되는 축의 수치 모델을 도식한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 원심원심펌프에서 BBSM시스템을 통한 질량 유량 변화를 나타내는 그래프.
도 5는 본 발명에 따른 원심원심펌프에서 BBSM시스템을 통해 다양한 두께와 길이에 대한 압력 분포도.
도 6은 본 발명에 따른 원심원심펌프에서 BBSM시스템에 대해 최적의 두께를 갖는 모형도.
도 7의 (a), (b), (c)는 본 발명에 따른 원심원심펌프에서 BBSM시스템의 모델 예시도.
도 8은 본 발명에 따른 원심원심펌프에 적용되는 BBSM시스템을 계산을 통해 메쉬 모델 예시도.
도 9는 본 발명에 따른 원심원심펌프에 적용되는 임펠러의 모형도.
도 10은 본 발명에 따른 원심원심펌프에 적용되는 임펠러 및 케이스의 수치 격차를 나타내는 상세도.
도 11은 본 발명에 따른 원심원심펌프에 적용되는 임펠러에서의 속도 벡터를 나타내는 실험도.
도 12는 본 발명에 따른 원심원심펌프에 적용되는 BBSM시스템의 기하학적 위치 설계 예시도.
도 13의 (a), (b), (c)는 본 발명에 따른 원심원심펌프에 적용되는 BBSM시스템의 입구 압력 71,610 Pa로 한 압력 데이터 그래프.
도 14의 (a), (b), (c)는 본 발명에 따른 원심원심펌프에 적용되는 BBSM시스템의 입구 압력 18,889 Pa로 한 압력 데이터 그래프.
도 15의 (a), (b), (c)는 본 발명에 따른 원심원심펌프에 적용되는 BBSM시스템의 입구 압력 71,610 Pa에 의한 압력등고선 그래프.
도 16의 (a), (b), (c)는 본 발명에 따른 원심원심펌프에 적용되는 BBSM시스템의 입구 압력 18,889 Pa에 의한 압력등고선 그래프.
1 is a view showing a centrifugal centrifugal pump according to the present invention.
2 is a view showing a BBSM system applied to a centrifugal centrifugal pump according to the present invention;
3 is a diagram illustrating a numerical model of a shaft applied to a centrifugal centrifugal pump according to the present invention.
4 is a graph showing the mass flow rate change in the centrifugal centrifugal pump according to the present invention through the BBSM system.
5 is a pressure distribution diagram for various thicknesses and lengths of a centrifugal centrifugal pump according to the present invention through a BBSM system.
6 is a model diagram of an optimal thickness for a BBSM system in a centrifugal centrifugal pump according to the present invention.
Figures 7 (a), 7 (b) and 7 (c) are model views of a BBSM system in a centrifugal centrifugal pump according to the present invention.
FIG. 8 is an illustration of a mesh model through calculation of a BBSM system applied to a centrifugal centrifugal pump according to the present invention; FIG.
9 is a model view of an impeller applied to a centrifugal centrifugal pump according to the present invention.
10 is a detailed view showing the numerical difference of the impeller and the case applied to the centrifugal centrifugal pump according to the present invention.
11 is an experimental view showing a velocity vector in an impeller applied to a centrifugal centrifugal pump according to the present invention.
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a geometric position design of a BBSM system applied to a centrifugal centrifugal pump according to the present invention; FIG.
13 (a), 13 (b) and 13 (c) are pressure data graphs at the inlet pressure of 71,610 Pa of the BBSM system applied to the centrifugal centrifugal pump according to the present invention.
Figs. 14 (a), 14 (b) and 14 (c) are pressure data graphs obtained when the inlet pressure of the BBSM system applied to the centrifugal centrifugal pump according to the present invention was 18,889 Pa.
15 (a), (b) and (c) are graphs of pressure contours according to the inlet pressure 71,610 Pa of the BBSM system applied to the centrifugal centrifugal pump according to the present invention.
16 (a), 16 (b) and 16 (c) are graphs of pressure contours according to the inlet pressure of 18,889 Pa of the BBSM system applied to the centrifugal centrifugal pump according to the present invention.

이하, 본 발명에 대하여 동일한 기술분야에 속하는 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부도면을 참조하여 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.

본 발명의 원심원심펌프(100)는 흡입구(111), 토출구(112), 임펠러(120)의 수용공간을 갖는 케이스(110)와; 상기 케이스(110)의 후방에 연결되는 베어링하우징(130)과; 상기 베어링하우징(130)의 내부에 볼베어링으로 지지되어 모터의 구동력을 전달받는 회전축(150)과 이 회전축(150)의 단부에 연결되는 임펠러(120)를 포함한다.The centrifugal centrifugal pump (100) of the present invention comprises a case (110) having a suction space (111), a discharge port (112) and a space for accommodating the impeller (120); A bearing housing 130 connected to the rear of the case 110; A rotating shaft 150 which is supported by ball bearings in the bearing housing 130 to receive a driving force of the motor and an impeller 120 connected to an end of the rotating shaft 150.

여기서, 상기 케이스(110) 베어링하우징(130) 사이에 체결부재를 통해 상기 케이스(110)와 착탈식으로 결합하고 상기 회전축(150)을 지지하는 케이스커버(140)가 설치되고, 상기 케이스커버(140)의 내측에 위치하여 상기 회전축(150)의 일부분을 밀봉하는 BBSM시스템(160)을 포함한다.A case cover 140 detachably coupled to the case 110 through a fastening member and supporting the rotation shaft 150 is provided between the bearing housing 130 of the case 110, And a BBSM system 160 that is positioned inside of the rotating shaft 150 and seals a portion of the rotating shaft 150.

이때, 상기 BBSM시스템(160)은 상기 회전축(150)의 일부 외주면을 밀봉하는 부싱(161)과; 상기 부싱(161)의 외주면 일 부분에 구비되는 래버린스실(163)과; 상기 부싱(161)의 외주면에 일체로 구비되는 리턴로터(165)로 구성된다.At this time, the BBSM system 160 includes a bushing 161 for sealing a part of the outer circumferential surface of the rotary shaft 150; A labyrinth seal chamber 163 provided at a portion of an outer circumferential surface of the bushing 161; And a return rotor 165 integrally provided on the outer circumferential surface of the bushing 161.

한편, 상기 케이스커버(140)는 상기 BBSM시스템(160)의 입구 측으로 유입되는 유량 중 일부를 케이스(110)의 내부로 재순환 시키는 제1바이패스(141)와, 상기 리턴로터(165)를 통과한 유 량의 일부를 케이스(110)의 내부로 재순환 시키는 제2바이패스(143)로 구성되는 것이 바람직하다.The case cover 140 includes a first bypass 141 for recirculating a part of the flow rate of the fluid flowing into the inlet of the BBSM system 160 to the inside of the case 110, And a second bypass 143 for recirculating a part of the flow rate to the inside of the case 110.

그리고, 상기 부싱(161)은 상기 리턴로터(165)를 기준으로 회전축(150)을 따라 전/후방에 각각 제1부싱(161a) 및 제2부싱(161b)으로 구분되며, 상기 제1부싱(161a)은 상기 회전축(150)의 외주면과 간극을 갖도록 설치되고, 상기 제2부싱(161b)은 상기 회전축(150)의 외주면과 간극을 갖도록 설치하되 상기 래버린스실(163)이 복수의 실링(164)으로 길이 방향을 따라 간격을 두고 형성되는 것을 특징으로 한다.The bushing 161 is divided into a first bushing 161a and a second bushing 161b on the front and rear sides along the rotation axis 150 with respect to the return rotor 165, And the second bushing 161b is installed to have a clearance with the outer circumferential surface of the rotary shaft 150. The labyrinth seal chamber 163 is provided with a plurality of sealing portions 161a, 164 formed at intervals along the longitudinal direction.

본 발명의 원심원심펌프(100)에 적용되는 BBSM시스템(Bleed Bushing Sealing Mechanism)은 원심원심펌프(100)의 회전축(150)에 리턴로터(165)를 부착하고, 리턴로터(165)가 회전하며 회전축(150)과 케이스(110) 사이로 압력을 가해 누설되는 유량을 막는 새로운 방식의 실링시스템이다. The BBSM system (Bleed Bushing Sealing Mechanism) applied to the centrifugal centrifugal pump 100 of the present invention is characterized in that a return rotor 165 is attached to the rotary shaft 150 of the centrifugal centrifugal pump 100, and the return rotor 165 rotates Is a new sealing system that prevents leakage of the flow by applying pressure between the rotary shaft 150 and the case 110. [

도 1 및 도 2에 의하면, BBSM시스템(160)의 형상과 유동장은 벌류트 원심원심펌프(100)의 양쪽 흡입단으로부터 33.5 mm 떨어진 곳에 지름 70 mm의 원주 형태로 위치해있으며, 원심원심펌프(100)에서 누설되는 물을 차단하기 위한 실링 역할을 한다. 1 and 2, the shape and the flow field of the BBSM system 160 are located at a distance of 33.5 mm from both suction ends of the volute centrifugal centrifugal pump 100 in the form of a cylinder having a diameter of 70 mm. The centrifugal centrifugal pump 100 And serves as a sealing member for blocking water leaked from the water.

상기 리턴로터(165)는 회전축(Shaft)에 붙어 가공되기 때문에 원심펌프(100)의 회전 속도와 동일하게 1,750 RPM으로 회전 하고, BBSM시스템(160)의 부싱(161) 및 케이스(110)가 회전축(150)에 직접적으로 접촉되지 않기 때문에 밀봉 단면의 마찰열이 발생하지 않는다.The return rotor 165 rotates at 1,750 RPM at the same speed as that of the centrifugal pump 100 because the boss 161 and the case 110 of the BBSM system 160 are rotated about the rotation axis The frictional heat of the sealing section is not generated because the gasket 150 is not directly in contact with the sealing member 150.

따라서, 냉각시스템이 필요하지 않는 강점을 가지고 있으며, 구조상으로 윤활제를 필요 없이 수질오염을 미연에 방지할 수 있는 친환경 실이 될 수 있다.Therefore, it has a strength that a cooling system is not required, and it can be an eco-friendly room which can prevent water pollution in advance without requiring a lubricant in terms of structure.

다시말해, BBSM시스템(160)의 형상은 크게 부싱(Bushing), 리턴로터(Return Rotor), 래버린스실(Labyrinth Seal) 등 세 부분으로 나뉜다.In other words, the shape of the BBSM system 160 is largely divided into three parts: bushing, a return rotor, and a labyrinth seal.

즉, 유체 입구부의 부싱(161), 중간부의 리턴로터(Blade 8개로 구성), 하단부에 6개의 이(Teeth)로 구성된 래버린스실(163)이 BBSM시스템(160)의 전체 시스템을 구성한다.That is, the bushing 161 of the fluid inlet, the return rotor (composed of eight blades) at the middle portion, and the labyrinth chamber 163 of six Teeth at the bottom constitute the entire system of the BBSM system 160.

또한, 상기 리턴로터(165), 래버린스실(163)에 바이패스(Bypass)가 각각 존재하며 리턴로터(165)에 위치한 바이패스를 제1바이패스(141)로, 래버린스실(163)의 바이패스를 제2바이패스(143)로 정한다.A bypass located in the return rotor 165 and the labyrinth seal chamber 163 and having a bypass located in the return rotor 165 is connected to the labyrinth seal chamber 163 through the first bypass 141, By the second bypass 143, as shown in FIG.

여기서, 상기 BBSM시스템(160)의 입구로 유입된 유량 중 일부가 제1바이패스(141)을 통해 원심펌프(100) 내로 재순환되고, 상기 리턴로터(165)를 통과한 유량 중 일부가 제2바이패스(143)와 출구를 통해 외부로 빠져나가도록 설계되어있다.Here, a part of the flow rate flowing into the inlet of the BBSM system 160 is recirculated into the centrifugal pump 100 through the first bypass 141, and a part of the flow rate passing through the return rotor 165 is returned to the second And is designed to escape to the outside through the bypass 143 and the outlet.

즉, BBSM시스템(160)의 끝단에 위치한 래버린스실(163)의 경사각은 래버린스실(163) 형상 조건에 따라 달라질 수 있으며 이에 따라 최대 누설량 저감을 일으킬 수 있다.That is, the inclination angle of the labyrinth seal 163 located at the end of the BBSM system 160 may vary depending on the shape of the labyrinth seal 163, which may cause a decrease in the maximum leakage amount.

상기한 본 발명의 수치는 해석하기 위한 지배방정식으로 기초되는 방적식은,The numerical values of the present invention are based on the governing equations for the analysis.

연속방정식Continuity equation

Figure pat00001
(3.1.1)
Figure pat00001
(3.1.1)

운동량방정식Momentum equation

Figure pat00002
Figure pat00002

Figure pat00003
Figure pat00003

Figure pat00004
(3.1.2)
Figure pat00004
(3.1.2)

연속방정식 및 운동방정식을 기초로 하며, 여기서

Figure pat00005
는 밀도,
Figure pat00006
,
Figure pat00007
,
Figure pat00008
는 x, y, z방향의 속도 성분이다.Based on continuous equations and equations of motion, where
Figure pat00005
The density,
Figure pat00006
,
Figure pat00007
,
Figure pat00008
Is the velocity component in the x, y, and z directions.

그리고, 난류모델 지배방정식은 표준 모델

Figure pat00009
의 지배방정식 또는 SST (Shear Stress Transportation) 모델
Figure pat00010
의 지배방정식로 구분된다.And the turbulent model governing equations are the standard model
Figure pat00009
Of the governing equation or SST (Shear Stress Transportation) model
Figure pat00010
And so on.

첫 번째로, 표준 모델

Figure pat00011
의 지배방정식은 BBSM시스템(160)에 대한 유동해석에서는 회전체의 난류현상과 전단력에 의한 영향을 고려하기 위하여, 레이놀즈 응력이 지배적인 내부의 갇힌 유동해석에 적합하여 일반 유체유동에 흔하게 적용되는
Figure pat00012
난류모델을 사용하였다.
Figure pat00013
모델은 가장 일반적인 난류모델 중에 하나로서 난류 에너지의 대류와 확산의 효과를 나타내기 위해 2개의 전송 방정식을 추가로 포함하고 있는 two-equation model이다. 본 연구에서 사용된 표준
Figure pat00014
모델은 난류운동에너지
Figure pat00015
에서 특성속도를, 난류운동에너지 소산율
Figure pat00016
에서 특성길이를 구하여 난류점성계수
Figure pat00017
를 계산하는 모델이며, 유체가 비압축성인 경우에
Figure pat00018
Figure pat00019
은 다음의 수송방정식에 의해서 결정된다.First, the standard model
Figure pat00011
The governing equations of the BBSM system 160 are suitable for the analysis of trapped flows dominated by Reynolds stresses in order to take into account turbulence and shear force effects of the rotating body in the flow analysis,
Figure pat00012
Turbulence model was used.
Figure pat00013
The model is one of the most common turbulence models and is a two-equation model that additionally includes two transmission equations to show the effect of convection and diffusion of turbulent energy. The standard used in this study
Figure pat00014
The model uses turbulent kinetic energy
Figure pat00015
, The turbulent kinetic energy dissipation rate
Figure pat00016
And the turbulent viscosity coefficient
Figure pat00017
If the fluid is incompressible,
Figure pat00018
Wow
Figure pat00019
Is determined by the following transport equation.

Figure pat00020
방정식
Figure pat00020
equation

Figure pat00021
(3.1.3)
Figure pat00021
(3.1.3)

Figure pat00022
방정식
Figure pat00022
equation

Figure pat00023
(3.1.4)
Figure pat00023
(3.1.4)

여기서

Figure pat00024
(
Figure pat00025
=1, 2, 3)는
Figure pat00026
방향의 속도 구성성분이고
Figure pat00027
는 압력,
Figure pat00028
는 유체의 밀도,
Figure pat00029
는 생성항으로서 다음과 같이 정의할 수 있다.here
Figure pat00024
(
Figure pat00025
= 1, 2, 3)
Figure pat00026
Direction velocity component
Figure pat00027
Pressure,
Figure pat00028
Is the density of the fluid,
Figure pat00029
Can be defined as follows.

Figure pat00030
(3.1.5)
Figure pat00030
(3.1.5)

난류점성계수

Figure pat00031
는 물성치가 아니라 난류운동의 양상이나 이력에 따라 변하는 값이다. 이 난류점성계수는 실험이나 고찰로부터 난류운동의 특성길이와 특성속도에 의해 결정되는 값으로 알려져 있으며, 이를 표현하면 다음과 같다.Turbulent viscosity coefficient
Figure pat00031
Is not a property value but a value that changes according to the aspect or history of the turbulent motion. This turbulent viscosity coefficient is known to be determined by the characteristic length and characteristic velocity of the turbulent motion from the experiment or observation.

Figure pat00032
(3.1.6)
Figure pat00032
(3.1.6)

계산에 사용된 모델 상수는 다음과 같이 정의하였다.The model constants used in the calculations are defined as follows.

Figure pat00033
Figure pat00033

두 번째로, SST(Shear Stress Transportation) 모델

Figure pat00034
의 지배방정식은 BBSM시스템(160) 입구 경계조건에 적용될 원심펌프(100) 해석에서 난류 모델은 벽면에서의 해석에 장점을 가지고 있는 SST
Figure pat00035
난류 모델을 사용하였다. SST(Shear Stress Transportation) 난류 모델은
Figure pat00036
모델과
Figure pat00037
모델의 장점을 결합한 모델로서, 벽 근처에서는
Figure pat00038
모델이 사용되고
Figure pat00039
보다 정체구역의 난류 증진을 고려할 수 있도록 고안되어 있어 원심펌프(100)와 같은 회전체에서 국소적인 난류 작용을 파악하는데 이점이 있다.
Figure pat00040
모델은
Figure pat00041
에서 난류운동에너지를
Figure pat00042
에서 특성소산을 구하여 계산되는 two-equation 방정식으로서
Figure pat00043
모델에 비해 낮은 레이놀즈수 영역에서 벽면 근처에서의 유동을 잘 처리하는 모델이다. SST 모델에서
Figure pat00044
Figure pat00045
항을 다음과 같이 정의한다.Second, the SST (Shear Stress Transportation) model
Figure pat00034
The governing equation of the centrifugal pump (100) to be applied to the inlet boundary conditions of the BBSM system (160) is the SST
Figure pat00035
Turbulence model was used. SST (Shear Stress Transportation) turbulence model
Figure pat00036
Model and
Figure pat00037
A model that combines the advantages of a model,
Figure pat00038
The model is used
Figure pat00039
And it is advantageous to grasp the local turbulence action in the rotating body such as the centrifugal pump 100. [0054]
Figure pat00040
The model
Figure pat00041
Turbulent kinetic energy in
Figure pat00042
As a two-equation equation calculated from the property dissipation in
Figure pat00043
This model handles near-wall flow at low Reynolds number compared to the model. In the SST model
Figure pat00044
Wow
Figure pat00045
The term is defined as follows.

Figure pat00046
방정식
Figure pat00046
equation

Figure pat00047
(3.1.7)
Figure pat00047
(3.1.7)

Figure pat00048
방정식
Figure pat00048
equation

Figure pat00049
(3.1.8)
Figure pat00049
(3.1.8)

난류점성계수

Figure pat00050
는 다음과 같다.Turbulent viscosity coefficient
Figure pat00050
Is as follows.

Figure pat00051
(3.1.9)
Figure pat00051
(3.1.9)

(3.2.1) ~(3.2.3) 식에 나오는 보조 방정식

Figure pat00052
,
Figure pat00053
,
Figure pat00054
, 는 다음과 같이 정의한다.The auxiliary equations in equations (3.2.1) to (3.2.3)
Figure pat00052
,
Figure pat00053
,
Figure pat00054
, Is defined as follows.

Figure pat00055
(3.1.10)
Figure pat00055
(3.1.10)

Figure pat00056
(3.1.11)
Figure pat00056
(3.1.11)

Figure pat00057
(3.1.12)
Figure pat00057
(3.1.12)

(1.5)식의 보조방정식

Figure pat00058
는 다음과 같이 나타낸다.(1.5) The auxiliary equation of the equation
Figure pat00058
Is expressed as follows.

Figure pat00059
(3.1.13)
Figure pat00059
(3.1.13)

(3.1.7), (3.1.8)식의 계수

Figure pat00060
,
Figure pat00061
,
Figure pat00062
,
Figure pat00063
는 다음의 상관관계식에 의해 새로운 계수
Figure pat00064
,
Figure pat00065
,
Figure pat00066
,
Figure pat00067
로 교체된다. (3.1.7), (3.1.8) The coefficient of the equation
Figure pat00060
,
Figure pat00061
,
Figure pat00062
,
Figure pat00063
By the following correlation equation:
Figure pat00064
,
Figure pat00065
,
Figure pat00066
,
Figure pat00067
.

Figure pat00068
(3.1.14)
Figure pat00068
(3.1.14)

초기 계수 값은 다음과 같다.The initial coefficient values are as follows.

Figure pat00069
,
Figure pat00070
,
Figure pat00071
,
Figure pat00072
,
Figure pat00073
,
Figure pat00074
,
Figure pat00075
,
Figure pat00076
Figure pat00069
,
Figure pat00070
,
Figure pat00071
,
Figure pat00072
,
Figure pat00073
,
Figure pat00074
,
Figure pat00075
,
Figure pat00076

계수

Figure pat00077
은 다음과 같이 결정되며,
Figure pat00078
(3.1.9)의
Figure pat00079
는 변형률을 나타낸다.Coefficient
Figure pat00077
Is determined as follows,
Figure pat00078
(3.1.9)
Figure pat00079
Represents the strain.

따라서, BBSM시스템(160) 형상의 설계 단계에서 압력 상승에 영향을 줄 것으로 예상되는 부분 중 하나인 간극은 부싱(161)과 회전축(150)의 사이에 간극을 설정하여야 하며, 간극의 최적 간격을 얻기 위해 사전 해석을 수행해야 한다.Therefore, a gap, which is one of the portions expected to affect the pressure rise in the designing step of the shape of the BBSM system 160, should set a gap between the bushing 161 and the rotary shaft 150, You need to do a preliminary analysis to get it.

이에 대하여, 간극 두께 범위는 0.1 mm ~ 0.5 mm까지 설정하고, 부싱(161)의 회전축(150) 방향 길이는 각각 117 mm, 225 mm로 형상화하여 최적 간극을 설정하기 위해 다음과 같은 유동해석을 진행하였다.On the contrary, the gap thickness range is set to 0.1 mm to 0.5 mm, and the length of the bushing 161 in the direction of the rotation axis 150 is shaped as 117 mm and 225 mm, respectively. Respectively.

[그림 1]과 같은 조건으로 CFD해석을 진행하면 [그림 2] 와 같은 압력 분포를 얻을 수 있다.If CFD analysis is performed under the same condition as [Figure 1], the pressure distribution as shown in [Figure 2] can be obtained.

Figure pat00080
Figure pat00080

[그림 1] 원심펌프용 축밀봉장치 CFD해성을 위한 개념도 및 3차원 모델[Figure 1] Conceptual diagram and 3D model for CFD seawater for centrifugal pump

[그림 2]의 로터의 회전에 의해 높아진 압력(62kPa)에 의해 누수를 막는 시스템이다.It is a system to prevent leakage by the pressure (62kPa) raised by the rotation of [Figure 2].

Figure pat00081
Figure pat00081

[그림 2]원심펌프용 축밀봉장치의 CFD해석결과, 압력분포[Figure 2] CFD analysis of the shaft sealing device for centrifugal pump, pressure distribution

이러한, 로터의 회전에 의한 누수를 방지하는 시스템은 펌프가 작동하지 않아 로터가 회전하지 않을 경우 그 효과를 상실하게 되는데 이를 방지하기 위한 장치를 필요로 하게 된다.Such a system for preventing water leakage due to the rotation of the rotor will lose its effect if the rotor does not rotate because the pump does not operate, and a device for preventing the leakage will be required.

[그림 3]은 펌프 정지 시 접촉에 의해 누수를 막고, 펌프 작동 시 [그림 2]에서와 같이 높아진 압력으로 밀려나서 비접촉 상태가 되어 회전 마찰에 의한 손상을 막아 수명을 연장한 장치이다.[Figure 3] is a device that prevents leakage by contact when the pump is stopped and extends the lifetime by blocking the damage caused by rotating friction by pushing it to a higher pressure as shown in [Figure 2] during pump operation.

Figure pat00082
Figure pat00082

[그림 3]펌프 정지 시 누수를 막는 장치[Figure 3] Device to prevent leakage when stopping pump

[그림 4], [그림 5], [그림 6]은 [그림 3]의 개념을 적용한 여러 형태의 장치이다.[Figure 4], [Figure 5], and [Figure 6] are various types of devices applying the concept of [Figure 3].

[그림 4]는 스프링과 접촉 소재(목편 선면 가죽 고무 합성수지 탄소 화이트 메탈 등)가 나눠져 있는 형태이다. 스프링의 경우 탄력성이 있는 오링 등으로 대체 가능하다.[Figure 4] is a shape in which the spring and the contact material (such as wood rubber synthetic resin carbon white metal) are divided. In the case of a spring, it can be replaced by a flexible O-ring.

Figure pat00083
Figure pat00083

[그림 4] 펌프 정지 시 누수를 막는 장치(1번)[Figure 4] Device to prevent water leakage (No. 1)

[그림 5]의 경우 유연성 있는 소재의 시트패킹을 로터영역으로 뽑아 설치하여 비 작동시 누수를 막고, 작동 시에는 접힘에 의해 회전 마찰에 의한 손상을 막는 형태이다.In the case of [Fig. 5], the sheet packing of flexible material is pulled out to the rotor area to prevent leakage during non-operation and to prevent damage due to rotation due to folding during operation.

Figure pat00084
Figure pat00084

[그림 5] 펌프 정지 시 누수를 막는 장치(2번)[Figure 5] Device to prevent leakage when stopping pump (No. 2)

[그림 6]의 경우 고무 및 탄력성 있는 재질의 소재를 사용한 오링 타입으로 오링이 정지 시에는 접촉에 의한 누수방지 역할을 하고 운전 중에는 원심력 및 높아진 압력에 늘어나게 되어 의해 마모가 방지되는 형태이다. [Figure 6] is an O-ring type using rubber and elastic material. It prevents leakage due to contact when stopping O-ring and increases wear due to centrifugal force and increased pressure during operation.

Figure pat00085
Figure pat00085

[그림 6] 펌프 정지 시 누수를 막는 장치(3번)[Figure 6] Device to prevent water leakage (No. 3)

따라서, 상기한 조건을 통해 ICEM CFD V16.2로 헥사(Hexahedra) 및 프리즘(Prism) 격자 약 48만 개를 생성하여 CFX V16.2 로 CFD 해석을 수행하였다.Therefore, CFD analysis was performed with CFX V16.2 by generating approximately 480,000 hexahedra and prism lattices using ICEM CFD V16.2 under the above conditions.

도 3을 통해 입구 경계조건(Inlet)으로 압력 0.65 MPa, 출구 조건(Outlet)에 대기압(0.1 MPa)을 적용하여 되며, [표 1]은 출구에서 면 평균 유량(Area average of mass flow rate)을 측정하여 나타낸 것이고, 간극 두께 0.1 mm ~ 0.5 mm로 증가 할수록 출구 유량이 높은 것을 확인 할 수 있다.In Figure 3, pressure is applied to the inlet boundary conditions (inlet) of 0.65 MPa and atmospheric pressure (0.1 MPa) to the outlet conditions. Table 1 shows the average area of mass flow rate at the outlet And it can be confirmed that the outlet flow rate increases as the gap thickness increases from 0.1 mm to 0.5 mm.

Figure pat00086
Figure pat00086

[표 1] 두께에 따른 질량 유량 번화[Table 1] Mass flow rate according to thickness

즉, 도 4는 작성된 [표 5]에 해당하는 간극 두께에 따른 유량을 그래프로 도식화한 것이다. [표 2]는 길이에 따른 출구유량을 나타내었다. 부싱(161)의 길이 173 mm와 225 mm를 비교하였을 때, 225 mm에서 출구의 유량이 적게 측정된다. 이를 통해 길이가 출구의 유량에 영향을 미치는 것을 확인 할 수 있다. [표 1]과 [표 2]를 통해 출구 유량은 간극의 두께에 비례하고 길이에 반비례하게 된다.That is, FIG. 4 is a graphical representation of the flow rate according to the gap thickness corresponding to the created [Table 5]. Table 2 shows the outlet flow rate along the length. When the length of the bushing 161 is compared with 173 mm and 225 mm, the flow rate of the outlet at 225 mm is measured to be small. This confirms that the length affects the flow rate at the outlet. [Table 1] and [Table 2] show that the outlet flow rate is proportional to the thickness of the gap and inversely proportional to the length.

Figure pat00087
Figure pat00087

[표 2] 길이에 따른 질량 유량 변화[Table 2] Mass flow rate change with length

한편, 도 5에 의하면, 간극 두께에 따른 유동 해석 결과에 대한 압력 분포도를 나타내었다. 입구의 압력이 출구 쪽으로 낮아지며 고른 분포를 나타내고 있다. 간극 해석의 목적은 실의 틈새 간극을 최소화하여 누설된 작동유의 흐름에 저항을 가해 누설을 줄이는 데에 있다. 간극의 좁은 두께와 회전축(150) 방향으로의 길이에 의해 케이스(110)와 회전축(150) 사이에 마찰력이 발생하고 이에 유체가 저항을 받게 되어 출구로 누설되는 양이 적어지는 것으로 판단된다. 따라서 간극의 두께를 최대로 줄이고 회전축(150) 방향 길이를 길게 설계하면 출구 유량을 최대한 줄일 수 있다.On the other hand, according to FIG. 5, the pressure distribution diagram for the result of the flow analysis according to the gap thickness is shown. The pressure at the inlet is lowered toward the outlet and is evenly distributed. The purpose of the gap analysis is to minimize the gap between the seals and reduce leakage by applying resistance to the flow of leaked hydraulic fluid. A frictional force is generated between the case 110 and the rotary shaft 150 due to the narrow thickness of the gap and the length in the direction of the rotary shaft 150. As a result, Therefore, if the thickness of the gap is reduced to the maximum and the length in the direction of the rotating shaft 150 is designed to be long, the outlet flow rate can be minimized.

최근에는 요철 및 여러 가지 형상의 변화를 통해 저항을 늘려 전체 누설을 줄이는 데에 적용하여 BBSM시스템(160) 형상의 간극은 API 610(ISO 13709)에서 제시하는 최소 설계점인 0.175mm(총 0.35mm)을 적용하여 도 6과 같이 설계하였다.In recent years, the gap of the shape of the BBSM system 160 has been reduced to 0.175 mm (total 0.35 mm) which is the minimum design point proposed by API 610 (ISO 13709) ) Was applied as shown in FIG.

따라서, 최적의 형상으로 해석 모델은 세가지로 구분하며 바이패스 및 리턴로터(165)의 유무에 대한 결과를 비교하기 위해 형상화하였다. 도 7 의 (a)는 BBSM시스템(160)의 초안 형상으로써 부싱(161), 리턴로터(165), 래버린스실(163), 그리고 리턴로터(165)와 래버린스실(163)에 부착된 제1바이패스(141), 제2바이패스(143)가 존재하여 유동해석을 통해 입구로 들어오는 양과 제1바이패스(141), 제2바이패스(143) 및 출구로 빠져나가는 유량의 값을 정량적으로 확인할 수 있다.Therefore, the analytical model is divided into three types in an optimal shape and shaped to compare the results with respect to the presence or absence of the bypass and return rotor 165. 7A is a schematic view showing a state in which the bushing 161, the return rotor 165, the labyrinth seal chamber 163 and the return rotor 165 attached to the labyrinth seal chamber 163 and the return rotor 165 as draft shapes of the BBSM system 160 The first bypass 141 and the second bypass 143 are present and the flow rate of the first bypass 141, the second bypass 143, and the flow rate exiting the outlet through the flow analysis It can be confirmed quantitatively.

도 7 의 (b)는 (a)의 형상에서 리턴로터(165)와 제1바이패스(141), 제2바이패스(143)를 제거하고 래버린스실(163)만 있는 형상으로, BBSM시스템(160)의 입/출구 유량을 확인할 수 있다.7B shows a state in which the return rotor 165, the first bypass 141 and the second bypass 143 are removed from the shape shown in FIG. 7A and the labyrinth seal 163 alone is provided, The inlet / outlet flow rate of the inlet / outlet port 160 can be confirmed.

즉, 상기 리턴로터(165)를 제거함으로써, 래버린스실(163)의 역할에 대한 확인이 가능하며, 리턴로터(165)가 있는 (c)의 비교를 통해 리턴로터(165)에서 발생하는 압력 상승이 BBSM시스템(160)에 미치는 영향을 확인할 수 있다.That is, the role of the labyrinth seal 163 can be confirmed by removing the return rotor 165, and the pressure generated in the return rotor 165 through the comparison of (c) with the return rotor 165 The effect of the increase on the BBSM system 160 can be confirmed.

도 7 의 (c)는 유동장을 나타낸 것으로, 형상은 부싱(161), 리턴로터(165), 래버린스실(163)로 구성되어 있으며, 이는 제1바이패스(141), 제2바이패스(143)를 제거한 형상과도 같다. (a)와 (b)의 해석 결과 비교를 통해 리턴로터(165)의 역할을 확인 할 수 있다.7 (c) shows a flow field. The shape of the flow path is composed of a bushing 161, a return rotor 165, and a labyrinth seal 163. The first bypass 141, the second bypass 143) is removed. the role of the return rotor 165 can be confirmed by comparing the results of the analysis of (a) and (b).

한편, 격자생성에 경우, ICEM CFD V16.2를 사용하여 BBSM시스템(160)의 격자계를 구성하였으며, 모델에 생성된 격자계는 도 8 과 같이 나타내었다.On the other hand, in the case of grid generation, the grid system of the BBSM system 160 is constructed using ICEM CFD V16.2, and the grid system generated in the model is shown in FIG.

이는 입구와 부싱(161) 사이의 간격이 매우 얇기 때문에 부싱(161) 부의 격자 구조는 블록 정렬 격자계인 헥사로 형성하였다. 이는 격자 생성이 용이하며 지배방정식의 이산화 과정이 단순하며, 해를 구하기 쉬운 직교 격자의 장점과 복잡한 곡선경계를 해결하기 위한 곡선 격자계의 기능을 접목한 격자계이다.Since the gap between the inlet and the bushing 161 is very thin, the lattice structure of the portion of the bushing 161 is formed of hexa which is a block alignment grating system. This is a grid system that combines the merits of an orthogonal grid, which is easy to solve, and the function of a curved grid to solve complicated curve boundaries.

따라서, 상기 리턴로터(165) 및 래버린스실(163)의 형상은 복잡하기 때문에 작은 격자를 많이 생성할 수 있도록 비정렬격자계를 사용하였다. 이는 복잡한 형상에 대한 가장 일반적인 형태의 격자 배열인 테트라 및 프리즘이다.Accordingly, since the shapes of the return rotor 165 and the labyrinth seal chamber 163 are complex, an unstructured grating system is used to generate a large number of small gratings. This is the most common type of lattice arrangement for complex shapes, tetra and prism.

[표 3]에서는 BBSM시스템(160)의 유동해석에 사용된 격자수를 나타내는 것으로 격자에 사용된 총 노드수는 3,321,200개이다. 부싱(161) 부의 격자는 노드수 약 20 만개, 요소 18 만개로 구성하였고 리턴로터(165) 및 래버린스실(163)의 격자는 노드수 약 310 만개, 요소 약 130 만개로 구성하였다. 케이스(110)에 따라 격자수는 다르지만 비슷한 노드 및 요소로 생성하였다. 또한, 노드수를 증가 시켜 약 450만개, 약 500만개의 격자 민감도를 수행하여 격자에 대한 신뢰성을 높였다. [Table 3] shows the number of grids used in the flow analysis of the BBSM system 160, and the total number of nodes used in the grid is 3,321,200. The lattice of the bushing 161 was composed of about 200,000 nodes and 180,000 elements. The gratings of the return rotor 165 and the labyrinth seal 163 consisted of about 3.1 million nodes and 1.3 million elements. According to the case 110, although the number of gratings is different, they are created with similar nodes and elements. In addition, by increasing the number of nodes, about 4.5 million nodes and about 5 million grid sensitivity are performed, thereby improving the reliability of the grid.

Figure pat00088
Figure pat00088

[표 3] 부싱, 리턴로터, 래버린스실 영역의 메쉬 정보를 CFD 분석[Table 3] CFD analysis of mesh information of bushing, return rotor, labyrinth seal area

한편, 본 발명에 적용되는 BBSM시스템(160)의 경계조건을 구하기 위한 원심원심펌프(100)의 유동해석은 원심펌프(100)에서 임펠러(Impeller)는 원심펌프(100)성능에 많은 영향을 미치므로 임펠러(120) 설계 및 해석에는 유체 역학적 지식이 필요하다. 원심펌프(100)의 케이스(110)는 임펠러(120)로부터 받은 원심력을 유효하게 압력에너지로 바꾸는 역할을 하며 운전 중에 케이스(110) 안에 흐름의 난류에 의하여 레이디얼 추력(축에 직각으로 작용하는 힘)이 작용한다. 원심펌프(100)를 사용하는 순환 시스템을 설계함에 있어 원심펌프(100)의 흡입구(111) 측 파이프(Pump Suction Pipe)와 흡입수조의 크기 및 형상이 적절하게 설계되지 못한다면, 물이 파이프 입구 쪽으로 부드럽게 흡입되지 못하고 흡입수조 내부에 보텍스(vertex) 및 스월(swirl)이 발생하게 된다.The flow analysis of the centrifugal centrifugal pump 100 for obtaining the boundary condition of the BBSM system 160 applied to the present invention is based on the fact that the impeller in the centrifugal pump 100 has a great influence on the performance of the centrifugal pump 100 Therefore, the hydrodynamic knowledge is required for the design and analysis of the impeller 120. The case 110 of the centrifugal pump 100 effectively transforms the centrifugal force received from the impeller 120 into pressure energy and the radial thrust force acting on the shaft 110 Force). In designing the circulation system using the centrifugal pump 100, if the size and shape of the pump suction pipe and the suction water tank of the centrifugal pump 100 are not properly designed, It is not sucked smoothly, and vortices (vertex) and swirl are generated in the suction water tank.

그리고, 도 9는 흡입구(111) 측 벌류터 원심펌프(100)의 형상과 유동장이며, 해석 대상인 원심펌프(100)는 흡입구(111) 측 원심원심펌프(100)는 6개의 임펠러(120)로 구성된다. 원심펌프(100)의 격자 생성은 ANSYS ICEM CFD V16.2를 사용하였다.9 shows the shape and flow field of the balun centrifugal pump 100 on the inlet 111 side and the centrifugal pump 100 to be analyzed has a structure in which the centrifugal centrifugal pump 100 on the inlet 111 side is divided into six impellers 120 . The lattice generation of the centrifugal pump 100 was performed using ANSYS ICEM CFD V16.2.

한편, 도 10과 같이, 원심펌프(100)의 격자를 생성하였고, 격자는 육면체 격자와 사면체격자(Tetrahedra)의 혼합격자로 생성하고 벽면에는 프리즘 레이어(Prism layer)를 구성하여 속도 구배 계산이 수월하도록 하였다. 격자의 총 수는 2,328,649 개로 구성하였으며, 노드수를 2 배로 증가시킨 약 4,700,000 개의 격자 민감도를 수행하여 격자에 대한 신뢰성을 높였다. As shown in FIG. 10, the lattice of the centrifugal pump 100 is generated, and the lattice is generated by mixing a hexagonal lattice and a tetrahedra lattice, and a prism layer is formed on the wall lattice, Respectively. The total number of grids was 2,328,649, and the reliability of the grating was improved by performing about 4,700,000 lattice sensitivities by doubling the number of nodes.

그리고, 수치해석에 경우, 상기 BBSM시스템(160)의 경계조건을 구하기 위해 해석한 원심펌프(100)의 모델은 흡입구(111) 측 벌류트 원심원심펌프(100)이며 원심펌프(100)의 형상과 유동의 흐름이 대칭이기 때문에 글로벌 좌표계 xy 평면을 기준으로 반을 자른 모델(half model)을 형상화하였고, 대칭 경계조건(symmetry)을 적용하여 유동해석된다.In the case of numerical analysis, the model of the centrifugal pump 100 analyzed to obtain the boundary conditions of the BBSM system 160 is a centrifugal centrifugal pump 100 at the suction port 111 side and the shape of the centrifugal pump 100 Since the flow is symmetrical, a half model is formed based on the global coordinate system xy plane, and the flow is analyzed by applying a symmetry boundary condition (symmetry).

이는 3차원에서의 대칭 경계조건은 형상과 유동장이 반드시 대칭일 때 사용되며, 유동이 대칭면을 평행하게 흐르고 수직 성분구배가 0인 경우에만 정의할 수 있다.This is because the symmetric boundary condition in 3D is used when the shape and the flow field are necessarily symmetric and can be defined only when the flow is parallel to the symmetry plane and the vertical component gradient is zero.

즉, 입구 경계조건으로 대기압(1 atm)을 적용하고, 출구 경계조건으로 회전수 1,750 rpm의 성능 곡선 영역 중 질량유량 5가지 조건(150 m3/hr, 300 m3/hr, 450 m3/hr, 600 m3/hr, 750 m3/hr)을 적용하여 원심펌프(100)에 대한 유동해석을 진행하였다.Atmospheric pressure (1 atm) was applied at the inlet boundary condition, and at the exit boundary condition, the performance curves of 1,750 rpm and 5 mass flow rates (150 m3 / hr, 300 m3 / hr, 450 m3 / hr, 600 m3 / hr, 750 m3 / hr) was applied to the centrifugal pump (100).

한편, 작동유체는 상온의 물(25°C)을 사용한다. 도메인은 리턴로터(임펠러와 케이스로 구분하고 도메인을 연결하는 인터페이스(Interface) 기법으로 프로즌 로터(Frozen-rotor)를 적용된다.On the other hand, the working fluid is water (25 ° C) at room temperature. The domain is a rotating rotor (a frozen rotor is used as an interface technique for dividing the impeller into a case and connecting domains).

따라서, 수렴판정은 잔류항의 총합이 10-5 이하가 되는 시점으로 유동해석의 난류모델은

Figure pat00089
모델 기반의 SST 모델을 적용하였다. SST 모델은
Figure pat00090
모델과
Figure pat00091
모델의 장점만을 살린 모델로, 벽면 근처에서는
Figure pat00092
모델 방식으로 계산을 진행하고, 자유흐름 영역에서는
Figure pat00093
모델 방식으로 계산을 수행한다. 또한 SST 모델의 경우 천이영역에서의 유동 특성도 고려할 수 있기 때문에 최근 많이 사용되는 모델이다.Therefore, the convergence judgment is the time when the sum of the residual terms becomes 10-5 or less, and the turbulence model of the flow analysis
Figure pat00089
Model - based SST model was applied. The SST model
Figure pat00090
Model and
Figure pat00091
Model that only takes advantage of the model, near the wall
Figure pat00092
In the free flow region,
Figure pat00093
Perform calculations in a model way. In addition, the SST model is a popular model since it can consider the flow characteristics in the transition region.

마지막으로, 본 발명의 원심펌프(100) 유동 해석결과는 도 11에 도시된 바, 원심펌프(100)의 유동 해석에 대한 벡터 결과이고, [표 4]는 원심펌프(100) 유동 해석 결과 중 유량 조건 (150m3/hr, 300m3/hr, 450m3/hr, 600m3/hr, 750m3/hr)에 따른 원심펌프(100)의 토크, 파워, 양정을 나타낸 것이다. 결과 중 BBSM시스템(160)의 입구 경계조건에 적용될 해석 결과는 원심펌프(100) 유량 150 m3/hr과 560 m3/hr에 해당하는 자료이며, CFD-Post에서 BBSM시스템(160)의 위치에 해당하는 압력을 추출하여 BBSM시스템(160)의 입구 경계조건에 적용하였다. 11, the results of the flow analysis of the centrifugal pump 100 of the present invention are the vector results of the flow analysis of the centrifugal pump 100 and the results of the flow analysis of the centrifugal pump 100 Power and lift of the centrifugal pump 100 according to the flow rate conditions (150 m3 / hr, 300 m3 / hr, 450 m3 / hr, 600 m3 / hr, 750 m3 / hr) The analysis results to be applied to the inlet boundary conditions of the BBSM system 160 correspond to the centrifugal pump 100 at flow rates of 150 m3 / hr and 560 m3 / hr and correspond to the positions of the BBSM system 160 at the CFD-Post And applied to the inlet boundary conditions of the BBSM system 160. [0064]

Figure pat00094
Figure pat00094

[표 4] 펌프의 질량 유량 변화에 따른 펌프 성능[Table 4] Pump performance according to the mass flow rate change of the pump

또한, 상기 BBSM시스템(160)의 경계 조건으로 BBSM시스템(160)의 성능평가를 위한 유동해석은 ANSYS CFX V16.2를 사용하여 영역 내의 모든 검사체적에 대해 유체유동의 지배방정식을 적분하고, 비선형의 해를 구하기 위한 반복법 변수들의 RMS 값(Residual)을 10-5 이하로 수렴하도록 계산하였다. 이 때, 계산 영역 내 에너지 및 질량의 임밸런스 값(Imbalance)을 0.1% 미만으로 수행하였다. 앞서 설명한 바와 같이 유동해석의 난류 모델은 k-ε 모델을 사용하였는데, 이는 k-ε 모델의 장점을 이용하여 회전하는 원심펌프(100)의 역류되는 작동유를 줄이고 실을 통해 누설되는 양을 제한하기 위해 사용되었다.Also, the flow analysis for the performance evaluation of the BBSM system 160 as the boundary condition of the BBSM system 160 integrates the governing equation of the fluid flow for all inspection volumes in the region using ANSYS CFX V16.2, (RMS) values of the iterative variables to obtain the solution of the solution are calculated to converge to 10 -5 or less. In this case, the imbalance value of the energy and mass in the calculation region is set to be less than 0.1%. As described above, the turbulence model of the flow analysis employs the k-epsilon model, which utilizes the advantages of the k-epsilon model to reduce the back flow of the rotating centrifugal pump 100 and limit the amount of leakage through the seals .

따라서, 경계조건 설정으로는 형상을 소개한 도 7에 도시된바 BBSM시스템(160)의 유동해석을 위한 경계조건도 함께 도식화되었고, 이에 대한 도메인은 리턴로터(165)와 스테이터로 구분하고 두 영역 사이의 인터페이스는 Frozen-Rotor기법을 적용하였다.Therefore, the boundary conditions for the flow analysis of the BBSM system 160 as shown in FIG. 7, which introduces the shape of the boundary condition, are also schematically illustrated. The domain for the flow analysis is divided into the return rotor 165 and the stator, The Frozen-Rotor technique is applied to the interface between the two.

이는 3차원 유동장에서 리턴로터(165)만 회전 운동을 하기 때문에 케이스(110)의 벽은 회전하지 않도록 고정영역(Counter wall)을 적용하는 경계조건이다.This is a boundary condition in which a counter-wall is applied so that the wall of the case 110 does not rotate because only the return rotor 165 rotates in the three-dimensional flow field.

즉, 회전/고정 영역을 동시에 포함하는 유동해석 기법 중 유동 정보를 두 영역에 전달하기 위한 경계조건으로 GGI(General Grid Interface) Connection 기법을 적용할 수 있어 상기 BBSM시스템(160)의 한 쪽은 25 °C의 물과 접촉하면서 압력을 받는 입구로 설정하고, 반대에는 대기압 상태(1 atm)의 25°C 공기와 접촉하면서 밀봉작용을 하도록 출구 영역으로 설정하고, 상기 BBSM시스템(160)의 리턴로터(165) 영역은 1,750 RPM으로 회전하도록 설정하며, 이는 원심펌프(100)경계조건과 동일한 회전 속도이다.That is, a GGI (General Grid Interface) connection technique can be applied as a boundary condition for conveying the flow information to the two regions among the flow analysis methods simultaneously including the rotation / fixed region, so that one of the BBSM system 160 (1 atm) of 25 ° C air, and sets the exit area to be the sealing area, and the return rotor of the BBSM system (160) (165) region is set to rotate at 1,750 RPM, which is the same rotational speed as the centrifugal pump (100) boundary conditions.

도 12에 의하면, 상기 BBSM시스템(160)의 위치는 원심원심펌프(100)의 양흡입부에서 33.5 mm 정도 떨어진 곳에 위치하였으며 입구가 닿는 면적의 지름은 70mm이며, 상기 BBSM시스템(160)의 입구 압력을 추출하기 위해 원심펌프(100)의 유동 해석 후 CFD-Post V16.2을 사용하여 BBSM시스템(160)의 입구가 닿는 위치에서 면의 질량을 평균하여 압력을 도출된다.12, the position of the BBSM system 160 is located at a distance of about 33.5 mm from the both suction portions of the centrifugal centrifugal pump 100, the diameter of the area of the inlet contact is 70 mm, After the flow analysis of the centrifugal pump 100 to extract the pressure, the pressure is derived by averaging the mass of the face at the location of the inlet of the BBSM system 160 using CFD-Post V16.2.

즉, 본 발명의 원심펌프(100) 유동 해석 결과의 정격조건 중 560 m3/hr와 150 m3/hr에 해당하는 압력을 BBSM시스템(160)의 입구 경계조건으로 [표 5]와 같이 적용되며, 모든 케이스(110)의 출구와 (a)의 제1바이패스(141), 제2바이패스(143)의 경계조건은 대기압(1 atm)으로 설정하였다.That is, the pressure corresponding to 560 m3 / hr and 150 m3 / hr of the rated conditions of the centrifugal pump 100 flow analysis result of the present invention is applied as the inlet boundary condition of the BBSM system 160 as shown in Table 5, The boundary condition between the outlet of all the cases 110 and the first bypass 141 and the second bypass 143 of (a) was set at atmospheric pressure (1 atm).

Figure pat00095
Figure pat00095

[표 5] BBSM시스템에 대한 분석 조건[Table 5] Analysis conditions for the BBSM system

결과적으로, 유동 해석 결과는 우선, 출구유량을 보면, 유동 해석 후 BBSM시스템(160)의 입구, 제1바이패스(141), 제2바이패스(143) 및 출구에서의 유량을 정리하였다.As a result, the flow analysis results are as follows. First, the flow rate at the inlet, the first bypass 141, the second bypass 143, and the outlet of the BBSM system 160 is analyzed after the flow analysis.

[표 6]은 원심펌프(100) A(71,610 Pa) 조건에서 (a), (b), (c)의 유량을 나타낸 것이다.Table 6 shows the flow rates of (a), (b), and (c) under the conditions of the centrifugal pump 100 (A, 71,610 Pa).

이때, + 기호는 BBSM시스템(160)으로 들어온 수치를 의미하고 - 기호는 BBSM시스템(160)에서 외부로 빠져나간 수치를 의미한다.In this case, the symbol + denotes a numerical value input into the BBSM system 160, and the symbol - denotes a numerical value which is exited from the BBSM system 160 to the outside.

(a)는 입구로 0.2066 kg/s의 유량이 들어오며 제1바이패스(141)로 50 % 이상인 0.1794 kg/s가 빠져나가며, 제2바이패스(143)로 0.0134 kg/s, 출구로 0.0138 kg/s이 누설된다. 이 때, 질량보존 법칙에 의해 BBSM시스템(160)으로 들어온 유량과 나간 유량의 합은 같다.(a) shows a flow rate of 0.2066 kg / s to the inlet, 0.1794 kg / s of 50% or more to the first bypass 141, 0.0134 kg / s to the second bypass 143 and 0.0134 kg / s. At this time, the sum of the flow rate to the BBSM system 160 by the mass conservation law is the same.

(b)의 경우 입구로 0.0973 kg/s의 유량이 들어오는데 이는 (a)의 입구 유량보다 작은 값이다. 출구 이외의 바이패스는 제거하였으므로 출구로 0.0973 kg/s의 유량이 빠져나간다.In case (b), 0.0973 kg / s is input at the inlet, which is smaller than the inlet flow of (a). Since bypasses other than the outlet are removed, the flow of 0.0973 kg / s is exited to the exit.

(c)는 입구로 0.0898 kg/s의 유량이 들어오는데 이는 (a), (c)의 입구 유량보다 작은 값이다. 출구유량은 입구 유량과 같은 값인 0.0898 kg/s이 빠져나간다. (c) has a flow rate of 0.0898 kg / s at the inlet, which is smaller than the inlet flow rate of (a) and (c). The outlet flow rate is 0.0898 kg / s, which is the same value as the inlet flow rate.

Figure pat00096
Figure pat00096

[표 6] 71,610 Pa에서의 BBSM 입구 압력의 질량 유속 수치 결과[Table 6] Mass flow rate numerical results of BBSM inlet pressure at 71,610 Pa

[표 7]은 원심펌프(100) B(18,889 Pa)조건에서 (a), (b), (c)의 유량을 나타낸 것이다.Table 7 shows the flow rates of (a), (b), and (c) under the condition of centrifugal pump 100 B (18,889 Pa).

이때, + 기호는 BBSM시스템(160)으로 들어온 수치를 의미하고 - 기호는 BBSM시스템(160)에서 외부로 빠져나간 수치를 의미한다. 원심펌프(100) B의 조건은 A 보다 압력이 낮으므로 전체적으로 A 조건보다 적은 유량 값을 가진다.In this case, the symbol + denotes a numerical value input into the BBSM system 160, and the symbol - denotes a numerical value which is exited from the BBSM system 160 to the outside. The condition of the centrifugal pump (100) B has a lower flow rate than that of the condition A because the pressure is lower than that of A.

(a)는 입구로 0.1387 kg/s의 유량이 들어오며 제1바이패스(141)로 50% 이상인 0.119 kg/s가 빠져나가고, 제2바이패스(143)로 0.0096 kg/s, 출구로 0.0092 kg/s이 빠져나간다. BBSM시스템(160)으로 들어온 유량과 나간 유량의 합은 같다.(a) shows a flow rate of 0.1387 kg / s at the inlet and 0.119 kg / s of 50% or more is discharged to the first bypass 141, 0.0096 kg / s to the second bypass 143 and 0.0092 kg / s. The sum of the flow rate into and out of the BBSM system 160 is equal.

(c)는 입구로 0.0472 kg/s의 유량이 들어오며 바이패스 출구로 0.0472 kg/s의 유량이 빠져나간다. (c) flows at 0.0472 kg / s through the inlet and 0.0472 kg / s through the bypass outlet.

(a), (b), (c)의 출구에서의 유량을 비교하였을 때 가장 작은 유량은 (a)의 B(18,889 Pa)인 것을 확인 할 수 있다. 누설량 감소 측면에서 효율이 높은 결과라고 생각되나, 다른 케이스(110)에 비해 입구 유량이 크다는 점으로 미루어보아 원심펌프(100)의 전체 체적 성능에 대한 고려가 필요하다고 사료된다. BBSM시스템(160)의 입구로 유입된 양의 물이 원심펌프(100)로부터 빠져나가고 있고 그 양이 원심펌프(100)의 유량에 영향을 미치기 때문이다.(a), (b) and (c), it can be confirmed that the smallest flow rate is B (18,889 Pa) in (a). It is considered that the overall volume performance of the centrifugal pump 100 needs to be considered in view of the fact that the inlet flow rate is larger than that of the other case 110. [ This is because the amount of water flowing into the inlet of the BBSM system 160 escapes from the centrifugal pump 100 and the amount thereof influences the flow rate of the centrifugal pump 100.

(c)와 (c)을 비교하여 리턴로터(165)가 있는 (c)의 입·출구의 유량이 적은 것으로 확인된다. 누설량의 측면에서 (c)와 비교하여 리턴로터(165)가 있는 (c)의 효과가 더 좋은 것으로 생각된다. (c) and (c) are compared and it is confirmed that the flow rate at the inlet and the outlet of (c) with the return rotor 165 is small. It is considered that the effect of (c) with return rotor 165 is better in comparison with (c) in terms of leakage amount.

따라서, 누설량 감소 측면에서 출구의 유량이 가장 작은 (a)의 성능이 높으며, 입구로 유입되는 유량이 적은 측면에서 (c)의 성능이 높다.Therefore, from the viewpoint of reducing the leakage amount, the performance of (a) having the smallest outlet flow rate is high, and the performance of (c) is high in terms of a small flow rate flowing into the inlet.

또한 경계조건에 사용된 입구 압력이 높으면 출구와의 압력 차이가 높게 발생하여 입·출구 유량이 큰 것으로 확인된다. 모든 케이스(110)에서 A의 조건(71,610 Pa)의 출구 유량이 B의 조건(18,889 Pa)의 출구 유량보다 많은 유량이 흐른다. 이를 토대로 원심펌프(100) 흡입부(BBSM시스템(160)의 위치)에 걸리는 압력이 가장 높은 상태를 항상 고려해야 할 것이다. Also, if the inlet pressure used for the boundary condition is high, the pressure difference with the outlet is high, and it is confirmed that the inlet / outlet flow is large. The flow rate of the outlet of the condition (71,610 Pa) of A in all the cases 110 flows more than the outlet flow rate of the condition of B (18,889 Pa). It is necessary to always consider the state where the pressure applied to the centrifugal pump 100 suction portion (the position of the BBSM system 160) is highest.

Figure pat00097
Figure pat00097

[표 7] 18,889 Pa에서의 BBSM 입구 압력의 질량 유속 수치 결과[Table 7] Mass flow rate numerical results of BBSM inlet pressure at 18,889 Pa

도 13에 의하면, 압력분포 비교는 상기 원심펌프(100) A(71,610 Pa) 조건을 적용한 (a), (b), (c)의 해석 결과에서 BBSM시스템(160)의 길이 방향(x)에 따른 압력(y)을 측정하여 그래프화한 것이다.13, the pressure distribution comparison is performed in the longitudinal direction (x) of the BBSM system 160 in the analysis results of (a), (b) and (c) using the conditions of the centrifugal pump 100 And the pressure (y) along the line is measured and plotted.

(a) 그래프의 제1바이패스(141) 위치에 해당하는 60∼80 mm 에서 게이지 압이 음압으로 떨어지는 경향을 보아 흡입(suction)작용이 일어난 것으로 예상된다.(a) It is expected that the suction action has occurred due to the tendency of the gauge pressure to drop to negative pressure at 60 to 80 mm corresponding to the position of the first bypass 141 of the graph.

즉, 제1바이패스(141)을 지나며 낮아진 유체의 압력은 리턴로터(165)에 의해 증가하다가 출구를 향해 안정적으로 감소되며, 제1바이패스(141)의 위치를 원심펌프(100)내로 유량이 재순환되도록 설계할 시에는 흡입이 BBSM시스템(160) 내부에 작용하여 음압으로 인한 영향이 크게 발생하지 않도록 원심펌프(100) 내 제1바이패스(141)의 최적 위치를 선정해야 할 것이다.That is, the pressure of the lowered fluid passing through the first bypass 141 is increased by the return rotor 165 and is stably reduced toward the outlet, and the position of the first bypass 141 is reduced into the centrifugal pump 100 The optimal position of the first bypass 141 in the centrifugal pump 100 should be selected so that suction does not occur in the BBSM system 160 and the influence of the negative pressure greatly occurs.

(b) 그래프에서 BBSM시스템(160) 회전축(150) 방향 길이 중 130 ∼140 mm의 위치에서 압력 곡선의 기울기가 높아지는데, 이는 래버린스의 요철(teeth)에 의해 받는 저항으로 압력상승이 일어나기 때문으로 확인된다. 표 6. 표 7.을 통해 출구에서 누설되는 유량은 (c)보다 (c)에서더 적은 것으로 분석되는데, 이는 (c)의 그래프에서 볼 수 있듯이 입구의 높은 압력이 점차 감소하다가 리턴로터(165)의 회전에 의한 속도 에너지가 압력 에너지로 변환되어 압력이 증가한 것으로 판단된다.(b) In the graph, the slope of the pressure curve increases at a position of 130 to 140 mm in the direction of the rotational axis 150 of the BBSM system 160 because the pressure is increased by the resistance received by the teeth of the labyrinth . As shown in the graph in (c), the high pressure at the inlet gradually decreases, and the return rotor 165 ) Is converted into pressure energy and it is judged that the pressure is increased.

한편, 도 14에 의하면, 상기 원심펌프(100) B(18,889 Pa) 조건을 적용하여 BBSM시스템(160)의 길이 방향(x)에 따른 압력(y)을 측정하여 그래프화한 것이며 원심펌프(100) A의 조건 결과와 유사한 경향을 보이는 것을 확인 할 수 있다.14, the pressure (y) along the longitudinal direction (x) of the BBSM system 160 is measured and applied to the centrifugal pump 100 (100) B (18,889 Pa) ) A condition results.

(c) 그래프를 통해 리턴로터(165)에서 발생된 압력이 입구에서 발생된 압력보다 높은 것을 확인 할 수 있으며, 이로써 리턴로터(165)의 압력이 입구로 들어오는 유량에 영향을 주는 것으로 확인할 수 있다. 리턴로터(165)의 압력발생은 BBSM시스템(160) 입구에 유량이 새어 들어오는 것을 막는 역할을 하는 것으로 판단된다. (c) It can be seen from the graph that the pressure generated at the return rotor 165 is higher than the pressure generated at the inlet, and thus it can be confirmed that the pressure of the return rotor 165 affects the flow rate to the inlet . It is believed that the pressure generation of the return rotor 165 serves to prevent leakage of the flow to the inlet of the BBSM system 160.

도14와 도 16은 모든 케이스(110)에 대한 압력 분포도를 나타낸다.FIGS. 14 and 16 show pressure distributions for all the cases 110. FIG.

여기서, 상기 원심펌프(100) A의 조건 중 (a)은 0 Pa의 압력을 분포하고 있는데 이는 제1바이패스(141)을 통해 물이 원심펌프(100)로 흡입되기 때문이다. (c)에서는 그래프에서 확인한 바와 같이 리턴로터(165)에 회전에 의한 압력이 발생한다. Here, the condition (a) of the centrifugal pump 100 A is that the pressure of 0 Pa is distributed because the water is sucked into the centrifugal pump 100 through the first bypass 141. (c), a pressure due to rotation is generated in the return rotor 165 as confirmed in the graph.

원심펌프(100) B의 조건 (c)에서는 리턴로터(165)에 발생하는 압력이 입구의 압력보다 높게 나타난다. 원심펌프(100) A와 B의 (c)의 압력 분포를 통해 리턴로터(165)에서 압력이 높게 상승하는 것을 확인할 수 있다. In the condition (c) of the centrifugal pump 100 B, the pressure generated in the return rotor 165 is higher than the pressure in the inlet. It can be confirmed that the pressure in the return rotor 165 rises high through the pressure distribution of the centrifugal pump 100 (A) and the centrifugal pump B (c).

결론은 상기 BBSM시스템(160)에 대한 실링 메커니즘을 해석으로, 상기 리턴로터(165) 유무와 관련된 (c)와, (c)의 해석 결과를 통해 리턴로터(165)에 의해 발생하는 압력상승이 BBSM시스템(160) 입구에 들어오는 유량을 밀어 내는 역할을 한다.The conclusion is that the sealing mechanism for the BBSM system 160 is analyzed and the pressure rise caused by the return rotor 165 through the analysis results of (c) and (c) related to the presence or absence of the return rotor 165 And serves to push out the incoming flow at the entrance of the BBSM system (160).

(a)에서 바이패스를 통해 원심펌프(100)로 재순환되는 조건에서 출구 유량이 가장 적은 것을 확인 할 수 있다. 이러한 바이패스의 역할은 출구의 누설량 감소 측면에서 성능의 효율이 상대적으로 높게 나타나는 것으로 평가되나, 바이패스에 흡입압력을 형성하여 BBSM시스템(160) 입구로 들어오는 유량을 증가시킨다.(a), it can be confirmed that the outlet flow rate is the smallest under the condition of being recirculated to the centrifugal pump 100 through the bypass. The role of this bypass is evaluated as a relatively high efficiency efficiency in terms of reducing the leakage at the outlet, but creates a suction pressure in the bypass to increase the flow into the inlet of the BBSM system 160.

따라서, 전체적인 원심펌프(100)의 체적 성능에는 부정적인 역할을 할 것으로 사료되며, 이를 해결하기 위해 원심펌프(100) 내 바이패스의 최적위치에 대한 고찰이 필요하며, 현재의 리턴로터(165) 형상은 효율성이 검증되지 않은 초안 단계의 형상이므로, 날개를 설계하여 압력강하에 효과를 극대화 시킬 수 있다.Therefore, it is considered that the overall performance of the centrifugal pump 100 will be negatively affected. To solve this problem, it is necessary to consider the optimal position of the bypass in the centrifugal pump 100, Is a draft-like shape that has not been validated for efficiency, so it is possible to maximize the effect of the pressure drop by designing the wing.

상기와 같이 구성된 본 발명을 제공함으로써, 회전축(150)이나 슬리브와 직접 접촉이 되지 않아 마모가 거의 없고, 밀봉 단면의 마찰열이 발생하지 않으므로 냉각시스템이 필요하지 않는다는 강점과 부품의 교체가 필요 없이 반영구적으로 사용 및 무인운전이 가능하여 유지보수 비용의 절감 과 구조상 누설을 최소화하여 수지오염을 방지할 수 있는 효과가 있다.By providing the present invention configured as described above, there is almost no wear due to no direct contact with the rotating shaft 150 or the sleeve, frictional heat of the sealing section is not generated, and therefore, there is no need for a cooling system, It is possible to reduce the maintenance cost and minimize the leakage of the structure, thereby preventing the resin contamination.

이상에 설명한 본 명세서 및 청구범위에 사용되는 용어 및 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms and words used in the present specification and claims should not be construed to be limited to ordinary or dictionary terms. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

따라서, 본 명세서에 기재된 도면 및 실시 예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the configurations shown in the drawings and the embodiments described herein are merely the most preferred embodiments of the present invention, and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention. Therefore, It should be understood that various equivalents and modifications are possible.

100: 원심원심펌프
110: 케이스
111: 흡입구
112: 토출구
120; 임펠러
130: 베어링하우징
140: 케이스커버
141: 제1바이패스
143: 제2바이패스
150: 회전축
160: BBSM시스템
161: 부싱
163: 래버린스실
165: 리턴로터
100: Centrifugal centrifugal pump
110: Case
111: inlet
112:
120; Impeller
130: Bearing housing
140: Case cover
141: First bypass
143: Second bypass
150:
160: BBSM system
161: Bushing
163: labyrinth thread
165: Return rotor

Claims (3)

흡입구(111), 토출구(112), 임펠러(120)의 수용공간을 갖는 케이스(110)와; 상기 케이스(110)의 후방에 연결되는 베어링하우징(130)과; 상기 베어링하우징(130)의 내부에 볼베어링으로 지지되어 모터의 구동력을 전달받는 회전축(150)과 이 회전축(150)의 단부에 연결되는 임펠러(120)를 포함하는 원심펌프(100)에 있어서,
상기 케이스(110) 베어링하우징(130) 사이에 체결부재를 통해 상기 케이스(110)와 착탈식으로 결합하고 상기 회전축(150)을 지지하는 케이스커버(140); 및
상기 케이스커버(140)의 내측에 위치하여 상기 회전축(150)의 일부분을 밀봉하는 BBSM시스템(160)을 포함하여 구성되며,
상기 BBSM시스템(160)은,
상기 회전축(150)의 일부 외주면을 밀봉하는 부싱(161)과;
상기 부싱(161)의 외주면 일 부분에 구비되는 래버린스실(163)과;
상기 부싱(161)의 외주면에 일체로 구비되는 리턴로터(165)를 포함하는 것을 특징으로 하는 원심원심펌프(100).
A case 110 having a suction port 111, a discharge port 112, and a space for accommodating the impeller 120; A bearing housing 130 connected to the rear of the case 110; A centrifugal pump 100 including a rotating shaft 150 supported by a ball bearing inside the bearing housing 130 to receive a driving force of a motor and an impeller 120 connected to an end of the rotating shaft 150,
A case cover 140 detachably coupled to the case 110 through a fastening member between the bearing housing 130 of the case 110 and supporting the rotating shaft 150; And
And a BBSM system 160 positioned inside the case cover 140 to seal a portion of the rotating shaft 150,
The BBSM system 160,
A bushing 161 sealing a part of the outer circumferential surface of the rotary shaft 150;
A labyrinth seal chamber 163 provided at a portion of an outer circumferential surface of the bushing 161;
And a return rotor (165) integrally provided on an outer circumferential surface of the bushing (161).
청구항 1에 있어서,
상기 케이스커버(140)는
상기 BBSM시스템(160)의 입구 측으로 유입되는 유량 중 일부를 케이스(110)의 내부로 재순환 시키는 제1바이패스(141)와, 상기 리턴로터(165)를 통과한 유 량의 일부를 케이스(110)의 내부로 재순환 시키는 제2바이패스(143)로 구성되는 것을 특징으로 하는 원심원심펌프(100).
The method according to claim 1,
The case cover 140
A first bypass 141 for recirculating part of the flow rate introduced into the inlet of the BBSM system 160 to the inside of the case 110 and a second bypass 141 for returning a part of the flow rate passing through the return rotor 165 to the case 110 And a second bypass (143) for recirculating the gas to the inside of the second centrifugal pump (100).
청구항 1에 있어서,
상기 부싱(161)은
상기 리턴로터(165)를 기준으로 회전축(150)을 따라 전/후방에 각각 제1부싱(161a) 및 제2부싱(161b)으로 구분되며,
상기 제1부싱(161a)은 상기 회전축(150)의 외주면과 간극을 갖도록 설치되고,
상기 제2부싱(161b)은 상기 회전축(150)의 외주면과 간극을 갖도록 설치하되 상기 래버린스실(163)이 복수의 실링(164)으로 길이 방향을 따라 간격을 두고 형성되는 것을 특징으로 하는 원심원심펌프(100).
The method according to claim 1,
The bushing (161)
The first bushing 161a and the second bushing 161b are divided into a front bushing 161a and a rear bushing 161b along the rotary shaft 150 with respect to the return rotor 165,
The first bushing 161a is installed to have a clearance with the outer circumferential surface of the rotary shaft 150,
The second bushing (161b) is installed to have a clearance with the outer peripheral surface of the rotary shaft (150), and the labyrinth seal chamber (163) is formed with a plurality of sealing rings (164) Centrifugal pump (100).
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