KR20220020629A

KR20220020629A - 원심펌프

Info

Publication number: KR20220020629A
Application number: KR1020200101175A
Authority: KR
Inventors: 배동균; 임천섭
Original assignee: 배동균
Priority date: 2020-08-12
Filing date: 2020-08-12
Publication date: 2022-02-21

Abstract

본 발명의 원심펌프는 전면측에 흡입부(21)와 벌류트실(22) 및 반경방향으로 토출부(23)을 가지는 케이싱본체부(25)와, 상기 케이싱 본체부(25)와 결합되어 케이싱의 펌프실(26)를 구획하는 케이싱커버(27)를 가지는 펌프케이싱(20)과,
상기 흡입부(21)의 중심축과 나란한 방향으로 상기 케이싱커버(27)에 마련된 축수부(31)에 회전가능하게 설치되는 구동축(30)과, 상기 구동축(30)의 단부에 지지되어 회전되며, 상기 흡입부(21)를 통하여 유체가 흡입되도록 하고 흡입된 유체에 원심력을 가하여 볼튜트실(22)을 거쳐 토출부(23)로 토출될 수 있도록 하는 것으로, 상기 흡입부(21)의 내경과 이와 인접하는 임펠러흡입부(41)의 내경이 동일한 임펠러(40)를 구비한다.

Description

원심펌프{centrifugal pump}

본 발명은 원심펌프에 관한 것으로, 더 상세하게는 펌프실 내에서의 케비테이션 현상을 줄일 수 있는 원심펌프에 관한 것이다.

일반적으로 원심펌프는 케이싱 내에서 임펠러를 회전시켜 유체에 원심력을 부여하여 케이싱의 내부로 유입시킴과 아울러 연속적으로 토출되도록 함으로써 낮은 곳에서 높은 곳으로 유체를 이동키는 것으로,

이러한 원심펌프는 구동되는 과정에서, 펌프 흡입구에서 유로 변화에 의한 압력강하로 인해 저압부에 빈 공간이 형성되는데, 그 압력이 액체의 포화증기압 보다 낮아지면 표면에 증기가 발생되어 기포가 형성된다. 이 현상을 캐비테이션(cavitation) 또는 공동현상이라 한다.

캐비테이션으로 인해 발생된 기포는 펌프 고압부로 이동하여 순간적으로 기포가 파괴되면서 소음 및 진동을 발생시키며, 임펠러나 케이싱 등 펌프를 파손시키게 된다. 이러한 캐비테이션 현상은 펌프의 펌핑효율을 상대적으로 떨어뜨리게 되는 주된 원인이 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 대한민국 공개특허 제 1997-0002000호에 펌프의 난류방지를 위한 석션링(suction-ring)이 개시되어 있다. 종래의 펌프의 난류방지를 위한 석션링은 유체를 임펠러의 입구측에 유도시키기 위한 구조를 가진다.

이러한 석션링은 오히려 흡입되는 유체의 흐름을 방해하여 임펠러 흡입측 압력을 더욱 강하시켜 압송되는 유체상서 캐비테이션을 발생시키는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허 10-2124840호에는 원심펌프의 케비테이션 방지장치가 게시되어 있으며, 대한민국 등록특허 제 10-0793974호에는 원심형 펌프의 캐비테이션 방지장치가 게시되어 있다.

상기 원심형 케비테이션 방지장치는 임펠러의 전면에 배치되어 있는 케이싱의 전면벽에 상기 유체 흡입구와 송출구를 연통시키는 압력전달통로가 형성된다. 이러한 원심형 펌프는 임펠러와 대응되는 케이싱의 내주면에 별도의 압력전달통로를 형성하여야 하므로 제조에 따른 많은 작업공수가 소요되는 문제점이 있으며, 펌프의 효율을 향상시킬 수 없는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허 제 10-1822619호에는 선회류방지 장치를 구비한 원심펌프가 게시되어 있으며, 대한민국 등록특허 제 10-2125868호에는 전동식 워터펌프용 임펠러가 게시되어 있다.

대한민국 공개특허 제 1997-0002000호 대한민국 등록특허 10-2124840호 대한민국 등록특허 제 10-0793974호 대한민국 등록특허 제 10-1822619호

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 임펄레가 회전하는 펌프케이스의 내부에서 캐비테이션 현상에 의한 기포가 발생되는 것을 근본적으로 방지할 수 있으며 펌프의 효율을 향상시킬 수 있는 원심펌프를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 펌핑되는 유체의 유동저항을 최소화 시킬 수 있으며, 구동축으로의 누유를 방지하기 위해 상대적으로 메커니컬실 부위에 작용하는 압력을 낮출 수 있는 원심펌프를 제공함에 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 원심펌프는 전면측에 흡입부와 벌류트실 및 반경방향으로 토출부을 가지는 케이싱본체부와, 상기 케이싱 바디부와 결합되어 케이싱의 펌프실을 구획하는 케이싱커버를 가지는 펌프케이싱과,

상기 흡입부의 중심축과 나란한 방향으로 상기 케이싱커버에 마련된 축수부에 회전가능하게 설치되는 구동축과, 상기 구동축의 단부에 지지되어 회전되며, 상기 흡입부를 통하여 유체가 흡입되도록 하고 흡입된 유체에 원심력을 가하여 볼튜트실을 거쳐 토출부로 토출될 수 있도록 하는 것으로, 상기 흡입부의 내경과 이와 인접하는 임펠러흡입부의 내경이 동일한 임펠러를 구비한 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 볼류트실의 단면은 펌프하우징의 전면과 후면 측이 펌프실 반경방향으로 확개되는 제1,2직선구간부와, 상기 제 1,2직선구간부의 단부를 상호 연결하는 곡선구간부를 포함하며,

상기 볼류트실의 제 2직선구간부와 나란하게 형성되어 임펠러로부터 토출되는 유체의 와류발생과 기포발생을 억제하기 위한 유체전단방지부를 구비한다.

상기 흡입부와 펌프실의 경계부위에는 상기 임펠러흡입부의 외주면과 케이싱바디부의 기밀을 위한 제 1마우스링이 지지되는 제1마우스링지지부가 형성되고, 임펠러커버부의 임펠러흡입부의 가장자리에 형성된 지지돌기부가 상기 제1머우스링지지부에 설치된 제1마우스링에 지지된다.

또한 상기 케이싱의 내부에 상기 구동축을 지지하는 축수부와 펌프실을 구획하는 감압유지부를 더 구비하며, 상기 감안유지부는 임펠러본체부의 배면측에 형성되어 펌프실과 축수부을 구획하기 위한 구획돌기가 형성되고, 상기 케이싱커버에는 구획돌기의 외주면과 밀착되어 제2마우스링을 지지하는 제2마우스링지지부가 형성되며, 상기 임펄러의 보스부에는 상기 구획돌기와 제 2마우스링에 의해 구획된 구획공간과 연통되는 연통공이 형성된다.

본 발명에 따른 원심펌프는 펌프실 내에서 압력 저하에 의한 케비테이션 현상에 의한 기포의 발생을 방지할 수 있으며, 기포에 의한 펌프효율의 저하를 방지할 수 있다.

또한 임펠러를 회전시키기 위한 축수부로 작용하는 압력을 펌프실의 압력보다 낮게 하여 펌핑되는 유체의 누유를 방지할 수 있으며, 나아가서는 펌프의 상품적 가치를 높일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 원심펌프의 사시도,
도 2본 바령에 따른 원심펌프의 단면도,
도 3는 원심펌프의 요부단면도,
도 4은 도 1에 도시된 임펠러를 발췌하여 도시한 측면도,
도 5는 도 1에 도시된 임펠러의 정면도,
도 6은 도 1에 도시된 원심펌프의 감압유지부를 발췌하여 도시한 확대도,

본 발명에 따른 원심펌프는 구동 시 케이싱의 펌프실 내에서의 캐비테이션 현상을 방지할 수 있는 것으로, 그 일 실시예를 도 1 내지 도 6에 나타내 보였다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 원심펌프(10)는 전면측에 흡입부(21)와 볼류트실(22) 및 반경방향으로 토출부(23)를 가지는 케이싱본체부(25)와 상기 케이싱 본체부(25)와 결합되어 케이싱의 펌프실(26)를 구획하는 케이싱커버(27)를 가지는 펌프케이싱(20)과, 상기 흡입부(21)의 중심축과 나란한 방향으로 상기 케이싱커버(27)에 마련된 축수부(31)에 회전가능하게 설치되는 구동축(30)과, 상기 구동축(30)의 단부에 지지되어 회전되며, 상기 흡입부(21)를 통하여 유체가 흡입되도록 하고 흡입된 유체에 원심력을 가하여 볼튜트실(22)을 거쳐 토출부(23)로 토출될 수 있도록 하는 것으로, 상기 흡입부(21)의 내경과 이와 인접하는 임펠러흡입부(42)의 내경이 동일한 임펠러(40)를 구비한다. 상기 원심펌프(10)의 구동축(30)은 구동모터 또는 엔진 등의 별도의 구동장치에 의해 구동된다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 원심펌프를 구성요소 별로 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 원심펌프(10)의 케이싱(20)은 상술한 바와 같이 케이싱본체부(25)와, 이 케이싱본체부(25)와 결합되는 케이싱커버(27)를 구비하다. 상기 케이싱본체부(25)의 중앙부 측에는 흡입플랜지(21a)를 가지는 흡입부(21)가 형성되는데, 흡입부(21)의 흡입부는 내부로 갈수록 확개되는 테이퍼진 구조를 가진다.

그리고 케이싱본체부(25)의 흡입부(21)를 중심으로 하여 볼류트실(22)을 가지는 펌프실(26)이 형성되는데, 이 펌프실(26)의 내주면은 볼류트곡선을 따라 형성되며 볼류트곡선의 끝부위에 상기 토출부(23)가 형성된다. 상기 볼류트실(22)의 단면은 케이싱(20)의 후면 측이 펌프실의 반경방향으로 확개되는 제1,2직선구간부(22a)(22b)와, 상기 제 1,2직선구간부(22a)(22b)의 단부를 상호 연결하는 곡선구간부(22c)를 포함한다.

그리고 상기 흡입부(21)와 펌프실(26)의 경계부위에는 상기 임펠러흡입부(42)의 외주면과 케이싱본체부(25)의 기밀을 위한 제 1마우스링(91)이 지지되는 제1마우스링지지부(24)가 형성된다.

그리고 상기 케이싱본체부(25)와 결합되어 펌프실을 구획하는 케이싱커버(27)에는 구동축(30)을 지지하기 위한 축수부(31)가 구비되고, 내주면에는 임펠러본체부(41)의 배면측에 형성되어 펌프실(26)과 축수부(31)을 구획하기 위한 구획돌기(43)를 지지하기 위한 제2마우스링지지부(28)가 형성된다. 상기 제1마우스링지지부(28)에는 상기 구획돌기(43)와의 밀착을 위한 제 2마우스링(92)이 설치된다.

그리고 상기 케이싱커버(27)에는 상기 케이스본체부(25)와의 결합 시 고착을 방지하기 위한 고착방지부(29)가 형성된다. 이 고착방지부(29)는 케이스본체부(25)의 케이스커버(27)가 삽입되는 삽입부(25a)가 펌프실(26)의 내측으로 확개된 구조를 가지는데, 이의 확개된 구조는 내측 즉, 상기 삽입부가 펌프실(26)측으로 단계적으로 큰 직경으로 형성됨으로써 단차진 구조를 가진다.

상기 케이싱커버(27)이 마련되어 상기 구동축(20)을 지지하는 축수부(31)는 이의 내부에 구동축(20)의 외주면과 축수부(31)의 외주면 사이에 메커니칼실(mechanical seal:32)이 설치된다.

한편, 상기 케이싱(20)의 펌프실(26)에 장착되는 임펠러(40)는 축수부(31)와 베어링하우징에 회전가능하게 설치되는 구동축(30)의 단부에 설치되는 것으로, 중앙부에 임펠러축수부(44)가 형성된 임펠러본체부(41)를 구비하고 이 임펠러본체부(41)의 상면에 반경방향으로 형성된 복수개의 가이드깃(45)들에 의해 임펠러커버부(46)가 결합 또는 일체로 형성됨으로써 펌핑을 위한 유체에 흡입력을 제공하고 원심력을 부여하기 위한 배출통로(47)들이 형성된다. 그리고 임펠러 커버부(46)의 중앙부 즉, 임펠러축수부(44)와 대응되는 임펠러커버부(46)의 중심부에는 임펠러유입부(42)가 형성되는데, 이의 가장자리에는 지지돌기부(42a)가 소정의 높이로 형성 된다. 임펠러유입부(42)의 내경(D2)은 상기 펌프케이싱(20)에 형성된 흡입부(21)의 내단부측의 내경(D1)과 실질적으로 동하며, 상기 케이싱본체부(25)에 형성된 제1마스터링지지부(24)에 지지된 제1마스트링(91)에 지지된다.

그리고 상기 케이싱커버부(27)과 감압유지부(50)이 형성되는데, 상기 감압유지부(50)은 상기 임펠러본체부(42)의 배면에 상기 케이싱커버(27)에 마련된 제 2마우스링지지부(28)에 설치되는 제 2마우스링(92)에 지지되는 환형의 구획돌기(51)가 형성된다. 상기 환형의 구획돌기(51)는 임펠러의 회전중심과 동일한 중심을 가진다. 상기 임펠러축수부(44)에는 상기 구획돌기(51)에 의해 구획된 공간과 임펠러흡입부(42)를 연결하는 복수개의 연통공(52)들이 형성된다.

한편, 임펠러본체부(41)과 임펠러커버부재(45)의 직경은 상기 볼류트실(22)의 입구측 경계부위와 토출부(23)의 볼류트실(22) 경계부위인 벨마우스부(23a)와 근접될 수 있도록 함이 바람직하다. 그리고 상기 임펠러본체부(41)의 가장자리에는 상기 볼류트실(22)의 제 2직선구간부(22a)와 나란하게 형성되어 임펠러(40)로부터 토출되는 유체의 와류발생과 기포발생을 억제하기 위한 유체전단방지부(48)를 구비한다.

상기 유체전단방지부(48)는 상기 임펠러본체부(41)의 가장자리의 상면의 경사각도가 제 1직선구간부(22b)의 경사각도와 나란한 각도로 형성되어 상기 임펠러본체부(41)의 상면 가장자리와 상기 제 1직선구간부(22b) 즉, 볼류트실(20)의 측면이 동일한 축선상에 위치하게 된다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 원심펌프를 이용하여 유체를 펌핑하기 위해서는 케이싱(20)의 내부에서 임펠러(40)가 회전함에 따라 유체는 흡입부(21)를 통하여 임펠러(40)의 임펠러흡입부(42)로 유입된다. 임펠러흡입부(42)로 유입된 유체는 임펠러본체부(41)과 임펠러커버부재(45) 및 이들의 사이에 반경방향으로 설치되는 깃에 의해 구획된 배출통로(46)를 통하여 반경방향으로 배출된다. 이와 같이 배출된 임펠러(40)로부터 배출된 유체는 소정의 압력으로 볼류트실(22)과 케이싱의 내부 즉, 펌프실을 소정의 압력으로 채운 후 토출부(23)를 통하여 외부로 배출하게 된다.

이러한 과정에서 펌프실의 내부에는 임펠러(40)가 고속으로 회전함과 아울러 흡입력과 토출압력이 공존하게 된다. 상기 유체를 흡입하기 위한 흡입력은 흡입부(21)와, 임펠러흡입부(42)에 작용하게 되고, 임펠러흡입부(42)를 통하여 흡입이 이루어진 후 임펠러의 반경방향으로 이동 즉, 배출통로(46)를 이동하면서 원심력을 부여받아 소정의 압력으로 상기 볼보류트실(22)로 토출되는데, 상기 임펄러흡입부(42)의 내주면 직경과 이와 연결되는 부위의 직경이 실질적으로 동일하므로 흡입부(22)와 임펠러흡입부(42)의 경계부위에서의 와류 및 진공발생으로 인한 기포가 발생되는 캐비테이션을 방지할 수 있다.

특히, 임펠러흡입부(21)의 가장자리에 형성된 지지돌기부(42a)는 케이싱본체부(25)에 형성된 제1마우스링지지부(24)에 지지된 제1마스터링(91)에 그 외주면이 지지되어 있으므로 상기 임펠러(40)의 전면 즉, 임펠러커버부재(45)의 전면과 대응되는 펌프의 케이싱본체부(25)의 내면 사이의 유체가 임펠러흡입부(41)로 재 유입되는 것을 방지할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 원심펌프(10)는 임펠러본체부(41)의 배면과 케이싱커버(27)의 배면사이에는 메커니컬실(32)에 펌핑압이 직접적으로 작용하는 것을 방지하기 위한 감압유지부(50)를 구비하고 있으므로 축수부(31)를 통하여 유체가 누설되는 것을 방지할 수 있다.

상기 감압유지부(50)를 이루는 구획돌기(51)의 외주면이 케이싱커버(27)의 제 2마우스링지지부(28)에 지지된 제 2마우스링(92)에 지지되어 상기 축수부(31)가 감싸고 있으므로 메커니컬실(32)을 펌프실(26)로부터 구획된 구획공간을 형성하게 된다. 따라서 펌프실 내의 펌핑압력이 직접적으로 메커니컬실(32)에 작용하는 것을 방지할 수 있다.

또한 상기 임펠러(40)의 보스부(44)에는 상기 구획공간과 연통되는 연통공(52)이 형성되어 있으므로 상기 구획공간에는 상기 펌프실보다 상대적으로 낮은 압력이 작용하게 된다. 따라서 상기 케이싱 커버에 설치되어 임펠러(40)을 구동시키기 위한 구동축을 실링을 위한 메커니컬실이 설치된 축수부(31)의 실링효과를 극대화 시킬 수 있다.

그리고 케이싱(20)의 펌프실(26)의 상기 임펠러본체부(41)의 가장자리에는 유체전단방지부(48)가 제 2직선구간부(22a)와 나란하게 형성되어 있으므로 임펠러(40)의 토출통로(46)을 통하여 토출되는 유체의 와류발생과 기포발생을 억제하기 할 수 있으며, 특히 임펠러본체부(41)과 임펠러커버부재(45)의 직경은 상기 볼류트실(22)의 입구측 경계부위와 토출부(23)의 볼류트실(22) 경계부위인 벨마우스부(23a)와 근접되게 설치되어 있으므로 이들 사이에 위치되는 배치된 유체의 컷 워터(cut water)에 의한 터뷸런스(turbulence) 발생이 방지된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 원심펌프는 임펠러의 회전 시 펌프실의 내부에서 발생되는 캐비테이션을 방지하여 원심펌프의 효율을 향상시킬 수 있으며, 특히 임펠러를 구동시키기 위한 축수부에 설치된 메커니럴실에 과도한 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 사람이라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록 청구 범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims

전면측에 흡입부와 벌류트실 및 반경방향으로 토출부을 가지는 케이싱본체부와, 상기 케이싱 바디부와 결합되어 케이싱의 펌프실을 구획하는 케이싱커버를 가지는 펌프케이싱과,
상기 흡입부의 중심축과 나란한 방향으로 상기 케이싱커버에 마련된 축수부에 회전가능하게 설치되는 구동축과, 상기 구동축의 단부에 지지되어 회전되며, 상기 흡입부를 통하여 유체가 흡입되도록 하고 흡입된 유체에 원심력을 가하여 볼튜트실을 거쳐 토출부로 토출될 수 있도록 하는 것으로, 상기 흡입부의 내경과 이와 인접하는 임펠러흡입부의 내경이 동일한 임펠러를 구비한 것을 특징으로 하는 원심펌프.
제 1항에 있어서,
상기 볼류트실의 단면은 펌프하우징의 전면과 후면 측이 펌프실 반경방향으로 확개되는 제1,2직선구간부와, 상기 제 1,2직선구간부의 단부를 상호 연결하는 곡선구간부를 포함하며,
상기 볼류트실의 제 2직선구간부와 나란하게 형성되어 임펠러로부터 토출되는 유체의 와류발생과 기포발생을 억제하기 위한 유체전단방지부를 구비한 것을 특징으로 하는 원심펌프.
제 1항에 있어서,
상기 흡입부와 펌프실의 경계부위에는 상기 임펠러흡입부의 외주면과 케이싱바디부의 기밀을 위한 제 1마우스링이 지지되는 제1마우스링지지부가 형성되고, 임펠러커버부의 임펠러흡입부의 가장자리에 형성된 지지돌기부가 상기 제1머우스링지지부에 설치된 제1마우스링에 지지된 것을 특징으로 하는 원심펌프.
제 1항에 있어서,
상기 케이싱의 내부에 상기 구동축을 지지하는 축수부와 펌프실을 구획하는 감압유지부를 더 구비하며, 상기 감안유지부는 임펠러본체부의 배면측에 형성되어 펌프실과 축수부을 구획하기 위한 구획돌기가 형성되고, 상기 케이싱커버에는 구획돌기의 외주면과 밀착되어 제2마우스링을 지지하는 제2마우스링지지부가 형성되며, 상기 임펄러의 보스부에는 상기 구획돌기와 제 2마우스링에 의해 구획된 구획공간과 연통되는 연통공이 형성된 것을 특징으로 하는 원심펌프.