KR20220158457A - 다단 원심 펌프 - Google Patents

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KR20220158457A
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Abstract

본 발명은 다단 원심 펌프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 2차 펌프의 양정 및 효율의 저하를 방지하여 양정 및 효율을 향상시키기 위한 다단 원심 펌프에 관한 것이다. 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 복수의 원심 펌프가 다단으로 배치된 다단 원심 펌프에 있어서, 유체가 유입되는 제1 펌프; 상기 제1 펌프의 하류측에 설치되는 제2 펌프; 및 상기 제1 펌프 및 상기 제2 펌프 사이에 결합되는 가이드베인을 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 원심 펌프를 제공한다.

Description

다단 원심 펌프{MULTI-STAGE CENTRIFUGAL PUMP}
본 발명은 다단 원심 펌프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 2차 펌프의 양정 및 효율의 저하를 방지하여 양정 및 효율을 향상시키기 위한 다단 원심 펌프에 관한 것이다.
도 1은 종래의 다단 펌프를 나타낸 예시도이다.
도 1과 같이, 종래의 다단 펌프(10)는 복수의 펌프를 횡방향으로 연장하여 형성되었다. 도 1은 예시적으로 1차 펌프(11), 2차 펌프(12), 3차 펌프(13), 4차 펌프(14) 및 5차 펌프(15)로 이루어진 다단 펌프(10)를 도시하고 있다.
이처럼 마련된 종래의 다단 펌프(10)는 하나의 펌프만을 사용할 때보다 압력 및 양정이 상승하게 되어 더 높은 곳 또는 더 먼 곳까지 유체를 이송할 수 있게 된다.
도 2는 종래의 다단 펌프의 펌프 별 유량에 따른 효율 변화를 나타낸 그래프이다.
그러나, 도 2에 도시된 바와 같이 이처럼 마련된 종래의 다단 펌프(10)는 유체가 유입되는 원심 펌프인 1차 펌프(11)의 유체를 제공받는 2차 펌프(12)의 효율이 다른 펌프들에 비해 유량이 증가할수록 크게 감소하는 경향을 보이는 문제가 있었다.
도 3은 종래의 다단 펌프의 펌프 별 유량에 따른 양정 변화를 나타낸 그래프이다.
또한, 도 3에 도시된 것처럼, 이러한 2차 펌프(12)는 유량이 증가할수록 다른 펌프들에 비해 양정이 큰 폭으로 감소되는 문제도 있었다.
도 4는 종래의 다단 펌프의 펌프 별 유선을 나타낸 예시도이고, 도 5는 종래의 다단 펌프의 펌프 별 유선에 따른 압력을 나타낸 그래프이다.
도 4를 참고하면, 2차 펌프(12)의 유선의 방향이 다른 펌프들에 비해 임펠러의 각도와 일치하지 않는 것을 확인할 수 있다.
구체적으로, 1차 펌프(11)는 상측에서 유체가 유입되어 일측에 형성된 2차 펌프로 유체를 이송시키게 된다. 반면에 2차 펌프(12) 및 이의 하류에 형성된 펌프들은 상측이 아니라 일측에서 유체가 유입되어 일측으로 유체를 이송시키게 된다.
이에 따라, 1차 펌프(11)와 이의 하류에 형성된 펌프들은 서로 유선의 방향이 상이하게 되며, 1차 펌프(11)로부터 직접 유체를 이송받는 2차 펌프(12)는 유선의 방향이 임펠러의 각도와 일치하지 않아 도 7과 같이 유체가 임펠러에 부딪히게 되면서 에너지가 손실되게 된다.
도 6은 종래의 다단 펌프의 펌프 별 유선에 따른 양정 변화를 나타낸 그래프이고, 도 7은 종래의 다단 펌프의 펌프 별 유선에 따른 효율 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6 및 도 7에 도시된 것처럼, 종래의 다단 펌프(10)는 전술한 문제로 2차 펌프(12)의 양정 및 효율이 감소하게 되면서 전체의 효율 및 양정이 감소하게 되는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명과 같이 2차 펌프의 양정 및 효율의 저하를 방지하여 양정 및 효율을 향상시킬 수 있는 다단 원심 펌프가 필요하다.
과제고유번호 IR200017
부처명 민간기업
연구관리전문기관 한국생산기술연구원
연구사업명 민간수탁연구
연구과제명 원심 고압 다단 펌프 CFD 성능 해석
기여율 100
주관기관 한국생산기술연구원
연구기간 2020.03.01 ~ 2020.12.31
일본공개특허 JP 1998-131893 A
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 2차 펌프의 양정 및 효율의 저하를 방지하여 양정 및 효율을 향상시키기 위한 다단 원심 펌프를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 복수의 원심 펌프가 다단으로 배치된 다단 원심 펌프에 있어서, 유체가 유입되는 제1 펌프; 상기 제1 펌프의 하류측에 설치되는 제2 펌프; 및 상기 제1 펌프 및 상기 제2 펌프 사이에 결합되는 가이드베인을 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 원심 펌프를 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 가이드베인의 입구측의 블레이드의 각도는, 상기 제1 펌프의 출구측 임펠러의 각도와 대응되게 형성되고, 상기 가이드베인의 출구측의 블레이드의 각도는, 상기 제2 펌프의 입구측 임펠러의 각도와 대응되게 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 가이드베인은, 상기 제1 펌프부터 상기 제2 펌프를 향해 연장 형성된 중심축; 상기 중심축의 외주면의 둘레를 따라 연장 형성되는 복수의 상기 블레이드; 및 상기 중심축 및 상기 블레이드가 수용되는 케이싱을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 블레이드는, 상기 케이싱의 입구측에서는 상기 중심축의 접선과 이루는 각도의 크기가 내림차순으로 미드, 쉬라우드, 허브 순으로 이루어지며, 상기 케이싱의 출구측에서는 상기 중심축의 접선과 이루는 각도의 크기가 내림차순으로 쉬라우드, 미드, 허브 순으로 이루어지도록 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 블레이드는, 상기 미드와 상기 쉬라우드의 각도의 크기는 상기 케이싱의 길이 방향으로 입구측에서 10% 이내 지점에서 역전되도록 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 블레이드는, 쉬라우드와 상기 중심축의 접선과 이루는 각도의 크기가 상기 케이싱의 길이 방향으로 입구측에서 10% 이내 임의의 지점까지는 증가하다가 이후에는 감소하도록 형성되고, 상기 케이싱의 입구측에서 출구측으로 갈수록 허브 및 미드의 상기 중심축의 접선과 이루는 각도의 크기는 계속 감소하도록 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 복수의 상기 블레이드는, 허브의 길이와 인접한 블레이드의 허브 사이의 거리의 비인 현절비(solidity)가 1.7~1.8이고, 쉬라우드의 길이와 인접한 블레이드의 쉬라우드 사이의 거리의 비인 현절비가 1.4~1.6으로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 블레이드는, 상기 케이싱의 입구측부터 출구측까지 연장 형성되는 제1 블레이드; 상기 제1 블레이드와 이격되어 형성되며, 상기 케이싱의 입구측부터 상기 중심축의 중간지점까지 연장 형성되는 제2 블레이드; 및 상기 제1 블레이드 및 상기 제2 블레이드와 이격되어 형성되며, 상기 케이싱의 입구측부터 출구측까지 연장 형성되는 제3 블레이드를 포함하며, 상기 제1 블레이드, 상기 제2 블레이드, 상기 제3 블레이드는 상기 케이싱의 입구측의 시작 지점이 상기 중심축의 원주 방향으로 등간격으로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제2 펌프의 하류측에 설치되는 제3 펌프; 상기 제3 펌프의 하류측에 설치되는 제4 펌프; 및 상기 제4 펌프의 하류측에 설치되며, 유체를 배출하도록 마련된 제5 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 다단 원심 펌프의 가이드베인의 설계방법에 있어서, 상기 가이드베인의 입구측의 블레이드의 각도는, 상기 제1 펌프의 출구측 임펠러의 각도와 대응되게 형성되고, 상기 가이드베인의 출구측의 블레이드의 각도는, 상기 제2 펌프의 입구측 임펠러의 각도와 대응되게 설계되는 것을 특징으로 하는 다단 원심 펌프의 가이드베인의 설계방법을 제공한다.
상기와 같은 구성에 따르는 본 발명의 효과는, 제1 펌프와 제2 펌프 사이에 가이드베인을 구비하여 제2 펌프의 입구측에서 유체의 유속 및 압력이 감소되는 것을 저감할 수 있다.
그리고, 제2 펌프의 입구측 유체의 유속 및 압력의 감소를 저감함에 따라 다단 원심 펌프의 전체 양정 및 효율이 향상될 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 종래의 다단 펌프를 나타낸 예시도이다.
도 2는 종래의 다단 펌프의 펌프 별 유량에 따른 효율 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3은 종래의 다단 펌프의 펌프 별 유량에 따른 양정 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 종래의 다단 펌프의 펌프 별 유선을 나타낸 예시도이다.
도 5는 종래의 다단 펌프의 펌프 별 유선에 따른 압력을 나타낸 그래프이다.
도 6은 종래의 다단 펌프의 펌프 별 유선에 따른 양정 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7은 종래의 다단 펌프의 펌프 별 유선에 따른 효율 변화를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 다단 원심 펌프의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 다단 원심 펌프의 내부 투시도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 가이드베인의 사시도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 가이드베인의 투시도이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 가이드베인의 허브, 미드, 쉬라우드의 위치를 나타낸 사시도이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 가이드베인의 길이 방향의 위치 비율에 따른 허브, 미드, 쉬라우드의 각도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 가이드베인 및 제2 펌프의 길이 방향의 위치 비율에 따른 허브, 미드, 쉬라우드의 각도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 다단 원심 펌프의 유체의 흐름 방향을 나타낸 예시도이다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 가이드베인의 치수를 나타낸 예시도이다.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 블레이드를 나타낸 예시도이다.
도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 펌프 별 유선을 나타낸 예시도이다.
도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 펌프별 유선에 따른 양정 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 20은 본 발명의 일실시예에 따른 펌프별 유선에 따른 효율 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 21은 종래의 다단 펌프와 본 발명의 일실시예에 따른 다단 원심 펌프의 유선에 따른 압력을 나타낸 그래프이다.
도 22는 종래의 다단 펌프와 본 발명의 일실시예에 따른 다단 원심 펌프의 유량에 따른 양정 및 효율을 나타낸 그래프이다.
도 23은 종래의 다단 펌프와 본 발명의 일실시예에 따른 다단 원심 펌프의 유량에 따른 파워(kW)를 나타낸 그래프이다.
도 24는 본 발명의 일실시예에 따른 다단 원심 펌프의 펌프 별 효율 변화를 나타낸 그래프이다.
도 25는 종래의 다단 펌프의 2차 펌프와 본 발명의 일실시예에 따른 다단 원심 펌프의 제2 펌프의 유량에 따른 효율 변화를 나타낸 그래프이다.
도 26은 종래의 다단 펌프의 2차 펌프와 본 발명의 일실시예에 따른 다단 원심 펌프의 제2 펌프의 유체의 입사각을 나타낸 그래프이다.
도 27은 종래의 다단 펌프의 1차 펌프와 본 발명의 일실시예에 따른 다단 원심 펌프의 제1 펌프와 가이드베인의 유선 및 유속을 나타낸 유체해석도이다.
도 28은 종래의 다단 펌프의 2차 펌프의 유체 유속 및 압력을 나타낸 해석도이다.
도 29는 본 발명의 일실시예에 따른 다단 원심 펌프의 제2 펌프의 유체 유속 및 압력을 나타낸 해석도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 다단 원심 펌프의 사시도이고, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 다단 원심 펌프의 내부 투시도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 다단 원심 펌프(100)는 제1 펌프(110), 제2 펌프(120), 제3 펌프(130), 제4 펌프(140), 제5 펌프(150) 및 가이드베인(160)을 포함할 수 있다.
상기 제1 펌프(110)는 상부에서 유체가 유입되도록 마련될 수 있다.
상기 제2 펌프(120)는 상기 제1 펌프(110)의 하츄륵인 일측면에 위치하도록 마련되며, 상기 제1 펌프(110)로부터 유체를 제공받아 상기 제3 펌프(130)로 이송하도록 마련될 수 있다.
상기 제3 펌프(130)는 상기 제2 펌프(120)의 하류측에 결합되어 상기 제2 펌프(120)로부터 제공된 유체를 상기 제4 펌프(140)로 이송하도록 마련될 수 있다.
상기 제4 펌프(140)는 상기 제3 펌프(130)의 하류측에 결합되어 상기 제3 펌프(130)로부터 제공된 유체를 상기 제5 펌프(150)로 이송하도록 마련될 수 있다.
상기 제5 펌프(150)는 상기 제4 펌프(140)의 하류측에 결합되어 상기 제4 펌프(140)로부터 제공된 유체를 다단 원심 펌프(100)의 상부로 배출하도록 마련될 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 다단 원심 펌프(100)가 도시된 바와 같이 5개의 펌프로 이루어진 것으로 하였으나, 펌프의 개수는 이에 한정되지 않으며 복수개로 이루어진 다단 원심 펌프(100)를 모두 포함한다.
상기 가이드베인(160)은 상기 제1 펌프(110) 및 상기 제2 펌프(120) 사이에 인듀서 타입으로 결합되며, 상기 가이드베인(160)의 출구측 블레이드의 각도는 상기 제2 펌프의 입구측 임펠러의 각도와 대응되게 형성될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 가이드베인의 사시도이고, 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 가이드베인의 투시도이며, 도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 가이드베인의 허브, 미드, 쉬라우드의 위치를 나타낸 사시도이다.
도 10 내지 도 12에 도시된 것처럼, 상기 가이드베인(160)은, 중심축(161), 제1 블레이드(162), 제2 블레이드(163), 제3 블레이드(164) 및 케이싱(165)을 포함할 수 있다.
상기 중심축(161)은 상기 제1 펌프(110)부터 상기 제2 펌프(120)를 향해 연장 형성될 수 있다. 상기 중심축(161)은 내부가 길이 방향을 따라 중공 형성된 원기둥 형태로 형성될 수 있다.
상기 제1 블레이드(162), 제2 블레이드(163), 제3 블레이드(164)는 상기 중심축(161)의 외주면의 둘레를 따라 연장 형성될 수 있다.
그리고, 상기 제1 블레이드(162), 제2 블레이드(163), 제3 블레이드(164)는 상기 중심축(161)의 길이 방향을 따라 나선형으로 연장 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제1 블레이드(162)는 상기 케이싱(165)의 입구측부터 출구측까지 연장 형성될 수 있다.
상기 제2 블레이드(163)는 상기 제1 블레이드(162)와 이격되어 형성되며, 상기 케이싱(165)의 입구측부터 상기 중심축의 중간지점까지 연장 형성될 수 있다.
상기 제3 블레이드(164)는 상기 제1 블레이드(162) 및 상기 제2 블레이드(163)와 이격되어 형성되며, 상기 케이싱(165)의 입구측부터 출구측까지 연장 형성될 수 있다.
상기 제1 블레이드(162), 상기 제2 블레이드(163), 상기 제3 블레이드(164)는 상기 케이싱(165)의 입구측의 시작 지점이 상기 중심축(161)의 원주 방향으로 등간격으로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 중심축(161)의 외주면에 형성되는 블레이드의 개수는 이에 한정되지 않으며, 복수개로 형성되는 경우를 모두 포함할 수 있다.
상기 제1 블레이드(162), 제2 블레이드(163), 제3 블레이드(164)는 상기 중심축(161)의 입구측 각도가, 상기 제1 펌프(110)의 출구측 임펠러의 각도와 대응되게 형성될 수 있다. 그리고, 상기 제1 블레이드(162), 제2 블레이드(163), 제3 블레이드(164)는 상기 중심축(161)의 출구측 각도가, 상기 제2 펌프(120)의 입구측 임펠러의 각도와 대응되게 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 케이싱(165)은 상기 중심축(161) 및 상기 상기 제1 블레이드(162), 제2 블레이드(163), 제3 블레이드(164)가 내부에 수용되도록 마련되며, 내부에 유체가 통과할 수 있도록 마련될 수 있다. 상기 케이싱(165)은 내부가 길이 방향으로 중공 형성된 원기둥 형태로 마련될 수 있다.
한편, 상기 제1 블레이드(162), 제2 블레이드(163), 제3 블레이드(164)는, 상기 중심축(161)과 닿는 면을 이루는 허브(H), 블레이드의 중간면을 이루는 미드(M), 블레이드의 바깥면을 이루는 쉬라우드(S)로 이루어진다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 가이드베인의 길이 방향의 위치 비율에 따른 허브, 미드, 쉬라우드의 각도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 13에 도시된 것처럼, 이처럼 이루어진 상기 제1 블레이드(162), 제2 블레이드(163), 제3 블레이드(164)는, 상기 케이싱(165)의 입구측에서 상기 중심축(161)의 접선과 이루는 각도의 크기가 내림차순으로 미드(M), 쉬라우드(S), 허브(H) 순으로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 제1 블레이드(162), 제2 블레이드(163), 제3 블레이드(164)는 상기 케이싱(165)의 출구측에서 상기 중심축(161)의 접선과 이루는 각도의 크기가 내림차순으로 쉬라우드(S), 미드(M), 허브(H) 순으로 이루어지도록 마련될 수 있다.
즉, 상기 제1 블레이드(162), 제2 블레이드(163), 제3 블레이드(164)는 상기 미드(M)와 상기 쉬라우드(S)의 각도의 크기는 상기 케이싱(165)의 입구측에서 상기 케이싱(165)의 길이 방향으로 10% 이내 지점에서 역전되도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 제1 블레이드(162), 제2 블레이드(163), 제3 블레이드(164)는, 쉬라우드(S)와 상기 중심축(161)의 접선과 이루는 각도의 크기가 상기 케이싱(165)의 길이 방향으로 입구측에서 10% 이내 임의의 지점까지는 증가하다가 이후에는 감소하도록 형성되고, 상기 케이싱(165)의 입구측에서 출구측으로 갈수록 허브(H) 및 미드(M)의 상기 중심축의 접선과 이루는 각도의 크기는 계속 감소하도록 형성될 수 있다.
이처럼, 상기 제1 블레이드(162), 제2 블레이드(163), 제3 블레이드(164)의 허브(H), 미드(M), 쉬라우드(S)는 상기 케이싱(165)의 입구측을 0, 출구측을 100%로 했을 때, 위치에 따라 각도가 계속 변화되도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 블레이드의 허브(H)는 상기 케이싱(165)의 입구측 각도가 77~80도로 형성되고, 출구측 각도가 74~76도로 형성될 수 있다.
상기 블레이드의 미드(M)는 상기 케이싱(165)의 입구측 각도가 80~82도로 형성되고, 출구측 각도가 68~72도로 형성될 수 있다.
상기 블레이드의 쉬라우드(S)는 상기 케이싱(165)의 입구측 각도가 76~78도로 형성되고, 출구측 각도가 60~65도로 형성될 수 있다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 가이드베인 및 제2 펌프의 길이 방향의 위치 비율에 따른 허브, 미드, 쉬라우드의 각도 변화를 나타낸 그래프이다.
그리고, 도 14에 도시된 것처럼, 상기 제1 블레이드(162), 제2 블레이드(163), 제3 블레이드(164)의 허브(H), 미드(M), 쉬라우드(S)는 상기 케이싱(165)의 출구측 단부에서 상기 제2 펌프(120)의 임펠러의 입구측 허브, 미드, 쉬라우드의 각도와 각각 일대일 대응되도록 형성될 수 있다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 다단 원심 펌프의 유체의 흐름 방향을 나타낸 예시도이다.
도 15에 도시된 것처럼, 이처럼 마련된 상기 가이드베인(160)은, 입구측에서는 블레이드가 상기 제1 펌프(110)에서 배출되는 유체의 방향과 대응되게 형성되고, 출구측에서는 블레이드가 상기 제2 펌프(120)의 입구측 임펠러와 대응되는 방향으로 형성되어 유체의 압력 저하를 최소화하며 유체가 이송될 수 있도록 할 수 있다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 가이드베인의 치수를 나타낸 예시도이고, 도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 블레이드를 나타낸 예시도이다.
도 16 및 도 17을 참조하면, 본 발명의 각 블레이드의 두께(d)는 3.5~4.5mm로 형성될 수 있다.
각 블레이드의 허브(H)의 직경(a)은 110~130mm, 쉬라우드(S)의 직경(b)은 197~217mm로 형성될 수 있다.
상기 중심축(161)의 길이(L)는 100mm로 형성될 수 있으며, hub-to-tip ratio는 0.52~062로 이루어질 수 있고, camber 길이는 277.54mm로 형성될 수 있다.
특히, 본 발명에서, 복수의 상기 블레이드는, 허브(H)의 길이와 인접한 블레이드의 허브(H) 사이의 거리의 비인 현절비(solidity)가 1.7~1.8이고, 쉬라우드(S)의 길이와 인접한 블레이드의 쉬라우드(S) 사이의 거리의 비인 현절비가 1.4~1.6으로 이루어질 수 있다.
도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 펌프 별 유선을 나타낸 예시도이다.
전술한 바와 같이 마련된 본 발명에 따르면, 도 18에 도시된 바와 같이 제2 펌프(120)의 입구측에서 유체의 입사각이 임펠러의 각도와 유사한 것을 확인할 수 있다.
도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 펌프별 유선에 따른 양정 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 19를 참고하면, 가이드베인(160)이 형성되지 않은 종래의 다단 펌프(10)에 비해 본 발명에 따른 다단 원심 펌프(100)의 양정이 증가한 것을 확인할 수 있다.
도 20은 본 발명의 일실시예에 따른 펌프별 유선에 따른 효율 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 20을 참고하면, 가이드베인(160)이 형성되지 않은 종래의 다단 펌프(10)의 2차 펌프(12)에 비해 본 발명에 따른 다단 원심 펌프(100)의 제2 펌프(120) 효율이 크게 증가한 것을 확인할 수 있다.
도 21은 종래의 다단 펌프와 본 발명의 일실시예에 따른 다단 원심 펌프의 유선에 따른 압력을 나타낸 그래프이다.
도 21을 참고하면, 가이드베인(160)이 형성되지 않은 종래의 다단 펌프(10)의 2차 펌프(12) 임펠러에 비해 본 발명에 따른 다단 원심 펌프(100)의 블레이드에 가해지는 압력이 감소한 것을 확인할 수 있다.
도 22는 종래의 다단 펌프와 본 발명의 일실시예에 따른 다단 원심 펌프의 유량에 따른 양정 및 효율을 나타낸 그래프이고, 도 23은 종래의 다단 펌프와 본 발명의 일실시예에 따른 다단 원심 펌프의 유량에 따른 파워(kW)를 나타낸 그래프이다.
도 22, 23을 참고하면, 종래예에 비해 본 발명의 실시예가 전체 양정, 효율 및 파워(kW)가 더욱 향상되는 것을 확인할 수 있다.
도 24는 본 발명의 일실시예에 따른 다단 원심 펌프의 펌프 별 효율 변화를 나타낸 그래프이고, 도 25는 종래의 다단 펌프의 2차 펌프와 본 발명의 일실시예에 따른 다단 원심 펌프의 제2 펌프의 유량에 따른 효율 변화를 나타낸 그래프이다.
도 24 및 도 25를 참고하면, 본 발명의 실시예는 유량이 500CMH까지는 효율이 증가하고 이후 감소하는 것을 볼 수 있다. 반면에, 가이드베인(160)이 형성되지 않는 종래예는 400CMH까지 초기 효율이 대체적으로 유지되다가 이후 급격하게 감소하는 것을 확인할 수 있다.
즉, 본 발명은 종래예에 비해 유량의 증가에 따른 효율이 더 우수함을 확인할 수 있다.
도 26은 종래의 다단 펌프의 2차 펌프와 본 발명의 일실시예에 따른 다단 원심 펌프의 제2 펌프의 유체의 입사각을 나타낸 그래프이다.
도 26의 (a)에 도시된 종래의 다단 펌프는 유체의 입사각이 2차 펌프(12)의 임펠러 각도와 대응되지 않아 2차 펌프(12)의 임펠러에 유체가 부딪히는 것을 볼 수 있다.
반면에 도 26의 (b)에 도시된 본 발명은 유체의 입사각이 제2 펌프(120)의 임펠러 각도와 동일하여 제2 펌프(120)의 임펠러에 유체가 부딪히지 않고 일정한 속력으로 유입이 되는 것을 확인할 수 있다.
도 27은 종래의 다단 펌프의 1차 펌프와 본 발명의 일실시예에 따른 다단 원심 펌프의 제1 펌프와 가이드베인의 유선 및 유속을 나타낸 유체해석도이다.
도 27의 (a)를 보면, 종래의 다단 펌프는 1차 펌프(11)에서 2차 펌프(12)로 유체가 바로 이송되기 때문에 유선의 흐름이 일정하지 않았다.
반면에, 도 27의 (b)를 보면, 본 발명은 제1 펌프(110)의 출구측 임펠러 각도 및 제2 펌프(120)의 입구측 임펠러 각도와 대응되는 각도를 갖는 블레이드를 갖는 가이드베인(160)이 형성되어 유선의 흐름이 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있다.
도 28은 종래의 다단 펌프의 2차 펌프의 유체 유속 및 압력을 나타낸 해석도이다.
도 28에 도시된 것처럼, 종래의 다단 펌프의 2차 펌프는 유선의 흐름 방향이 일정하지 않기 때문에 펌프 압력이 낮은 것을 확인할 수 있다.
도 29는 본 발명의 일실시예에 따른 다단 원심 펌프의 제2 펌프의 유체 유속 및 압력을 나타낸 해석도이다.
반면에, 도 29에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따르면 제2 펌프의 유선의 흐름 방향이 임펠러 각도와 대응되게 일정하기 때문에 펌프 압력이 도 28에 도시된 종래의 다단 펌프에 비해 높은 것을 확인할 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 종래예에 비해 펌프 압력이 높게 유지되어 양정 및 효율이 개선될 수 있다.
전술한 바와 같이 마련된 다단 원심 펌프(100)는 가이드베인(160)을 구비하여 제2 펌프(120)의 압력이 저하되는 것을 방지하고 양정 및 효율이 증가하도록 함으로써, 다단 펌프 전체 양정 및 효율이 개선되도록 할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 종래의 다단 펌프
11: 1차 펌프
12: 2차 펌프
13: 3차 펌프
14: 4차 펌프
15: 5차 펌프
100: 다단 원심 펌프
110: 제1 펌프
120: 제2 펌프
130: 제3 펌프
140: 제4 펌프
150: 제5 펌프
160: 가이드베인
161: 중심축
162: 제1 블레이드
163: 제2 블레이드
164: 제3 블레이드
165: 케이싱

Claims (10)

  1. 복수의 원심 펌프가 다단으로 배치된 다단 원심 펌프에 있어서,
    유체가 유입되는 제1 펌프;
    상기 제1 펌프의 하류측에 설치되는 제2 펌프; 및
    상기 제1 펌프 및 상기 제2 펌프 사이에 결합되는 가이드베인을 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 원심 펌프.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가이드베인의 입구측의 블레이드의 각도는, 상기 제1 펌프의 출구측 임펠러의 각도와 대응되게 형성되고,
    상기 가이드베인의 출구측의 블레이드의 각도는, 상기 제2 펌프의 입구측 임펠러의 각도와 대응되게 형성된 것을 특징으로 하는 다단 원심 펌프.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 가이드베인은,
    상기 제1 펌프부터 상기 제2 펌프를 향해 연장 형성된 중심축;
    상기 중심축의 외주면의 둘레를 따라 연장 형성되는 복수의 상기 블레이드; 및
    상기 중심축 및 상기 블레이드가 수용되는 케이싱을 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 원심 펌프.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 블레이드는,
    상기 케이싱의 입구측에서는 상기 중심축의 접선과 이루는 각도의 크기가 내림차순으로 미드, 쉬라우드, 허브 순으로 이루어지며,
    상기 케이싱의 출구측에서는 상기 중심축의 접선과 이루는 각도의 크기가 내림차순으로 쉬라우드, 미드, 허브 순으로 이루어지도록 마련된 것을 특징으로 하는 다단 원심 펌프.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 블레이드는,
    상기 미드와 상기 쉬라우드의 각도의 크기는 상기 케이싱의 길이 방향으로 입구측에서 10% 이내 지점에서 역전되도록 마련된 것을 특징으로 하는 다단 원심 펌프.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 블레이드는,
    쉬라우드와 상기 중심축의 접선과 이루는 각도의 크기가 상기 케이싱의 길이 방향으로 입구측에서 10% 이내 임의의 지점까지는 증가하다가 이후에는 감소하도록 형성되고,
    상기 케이싱의 입구측에서 출구측으로 갈수록 허브 및 미드의 상기 중심축의 접선과 이루는 각도의 크기는 계속 감소하도록 형성된 것을 특징으로 하는 다단 원심 펌프.
  7. 제 3 항에 있어서,
    복수의 상기 블레이드는,
    허브의 길이와 인접한 블레이드의 허브 사이의 거리의 비인 현절비(solidity)가 1.7~1.8이고, 쉬라우드의 길이와 인접한 블레이드의 쉬라우드 사이의 거리의 비인 현절비가 1.4~1.6으로 이루어진 것을 특징으로 하는 다단 원심 펌프.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 블레이드는,
    상기 케이싱의 입구측부터 출구측까지 연장 형성되는 제1 블레이드;
    상기 제1 블레이드와 이격되어 형성되며, 상기 케이싱의 입구측부터 상기 중심축의 중간지점까지 연장 형성되는 제2 블레이드; 및
    상기 제1 블레이드 및 상기 제2 블레이드와 이격되어 형성되며, 상기 케이싱의 입구측부터 출구측까지 연장 형성되는 제3 블레이드를 포함하며,
    상기 제1 블레이드, 상기 제2 블레이드, 상기 제3 블레이드는 상기 케이싱의 입구측의 시작 지점이 상기 중심축의 원주 방향으로 등간격으로 형성된 것을 특징으로 하는 다단 원심 펌프.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 펌프의 하류측에 설치되는 제3 펌프;
    상기 제3 펌프의 하류측에 설치되는 제4 펌프; 및
    상기 제4 펌프의 하류측에 설치되며, 유체를 배출하도록 마련된 제5 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 원심 펌프.
  10. 제 1 항에 따른 다단 원심 펌프의 가이드베인의 설계방법에 있어서,
    상기 가이드베인의 입구측의 블레이드의 각도는, 상기 제1 펌프의 출구측 임펠러의 각도와 대응되게 형성되고, 상기 가이드베인의 출구측의 블레이드의 각도는, 상기 제2 펌프의 입구측 임펠러의 각도와 대응되게 설계되는 것을 특징으로 하는 다단 원심 펌프의 가이드베인의 설계방법.
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