KR910002787B1

KR910002787B1 - 와류펌프

Info

Publication number: KR910002787B1
Application number: KR1019840001213A
Authority: KR
Inventors: 세이이찌 도구찌; 마고도 고바야시
Original assignee: 가부시기가이샤 에바라 세이사꾸쇼; 하다야마 기요지
Priority date: 1983-03-10
Filing date: 1984-03-10
Publication date: 1991-05-04
Also published as: DE3408810A1; FR2542385B1; GB2136509B; FR2542385A1; US4592700A; JPS59165891A; AU558496B2; AU2540984A; PH21307A; EG16252A; GB2136509A; GB8405784D0; JPS6234952B2; BR8401089A; MY100531A; DE3408810C2; CA1220978A; KR840008036A; SG18188G

Abstract

내용 없음.

Description

와류펌프

제1도는 종래의 와류펌프를 부분적으로 절단한 측단면도.

제2도는 본 발명에 따른 펌프부분의 횡단면도.

제3도는 제2도의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 취한 제2도의 임펠러 단면도.

제4도는 본 발명에 임펠러의 파단부를 확대한 개략도.

제5도는 본 발명과 종래 기술을 비교한 특성곡선도.

본 발명은 임펠러가 임펠러실에 수용되고 와류실은 일반적으로 자유공간이 되는 와류펌프에 관한 것이다.

와류펌프는 고형물질이나 또는 섬유형태의 물질등과 같은 이물질을 많이 함유하는 액체를 펌핑하는데 일반적으로 사용된다. 이러한 종류의 이물질은 작업중에 펌프의 운전을 방해한다. 그러므로, 종래의 펌프에서, 임펠러는 일반적으로 포켓이나 또는 오목하게된 임펠러실내에 수용되었으며 와류실은 회전소자, 즉 임펠러와 격리되어 배치되어 있었다.

그러나, 상기와 같은 종래의 펌프는 펌프효율 및 임펠러실로부터 공기를 빼어내는 점 등에 있어서 만족스럽지 못했다. 만약 임펠러를 와류실까지 연장시켜 이러한 결점을 없애려 한다면 펌프의 운전이 방해되는 문제점이 있게 된다.

따라서, 상술한 바와 같은 결점을 일으키지 않으며 와류펌프의 펌프효율을 개선시키는 것이 요구되어 왔다.

그러므로 본 발명의 목적은 개선된 펌프효율을 가지며 펌프의 운전을 방해하지 않으면서 비교적 큰 이물질을 통과시킬 수 있는 개량된 와류펌프를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 첨부된 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명을 검토하여 보면 확실하게 될 것이다.

본 발명을 서술하기전에 편의상 종래 기술로서 제1도에 도시된 종래펌프의 한 실시예를 개략적으로 설명하겠다.

제1도에는 수중펌프로 사용된 종래의 와류펌프의 한 실시예를 도시하는데 펌프 케이싱(1)은 중간 케이싱(2')을 통해 모터(3')와 결합되어 있다. 임펄러(5')는 모터축(4')의 제일 끝에 장착되어 있어 모터(3')에 의해 회전되게 되어 있다.

케이싱(1)은 임펠러실(6'), 와류실(7') 및 지지용 다리(8')로 구성되어 있다. 와류실(7')에는 흡입구멍(10')이 구비되어 있으며 상기 흡입구멍(10')과 반대부분에서 임펠러실(6')과 연통되어 있으며, 모터축(4'), 임펠러실(6') 및 흡입구멍(10')은 중심축(9') 둘레에 직선으로 정렬되어 있다.

임펠러(5')는 메인플레이트(12')와 다수의 날개(13')로 구성된다. 이 펌프에서는, 펌프작동이 이물질에 의해 방해받지 않도록 하기 위하여 이물질을 함유한 액체의 흐름에 속하는 부분의 크기가 다음식과 같이 되는 것이 최적의 상태인 것으로 고려되었다.

D'_s=C'=B'_V=D'_d

식중에서, D'_s=흡입구멍(10')의 직경

C'=날개(13')의 끝(14')과 흡입구멍(10')을 갖는 와류실(7')의 벽의 내면(15')사이의 거리(이후에는 간단하게 날개끝의 축방향 간격으로 칭함).

B'_V: 와류실(7')의 축방향폭

D'_d: 배출구멍(11')의 직경

상기 관계가 일반적으로 추천되고 있으나, 어떤 경우에는, D'_s가 흡입구멍(10')에서의 손실을 방지하기 위하여 다른 것들, 즉 C', B'_V및 D'_d보다 크게 되어서 L'_S=C'=B'_V=D'_d로 되는 경우도 있다. 식중에서 L'_S는 물의 바닥면으로부터 흡입구멍(10')의 저면까지의 높이이다.

하여간 관계식

C'=B'_V

가 유지되어 임펠러 날개(13')는 와류실(7')로 연장되지 않으면 임펠러실(6')의 공간에 수용된다.

상기 배경설명에서 약간 기술한 바와 같이, 제1도에 도시된 것과 같은 종래의 펌프에는 하기와 같은 결점이 있다.

(1) Q-H 특성이 불충분하고 펌프효율이 낮다.

제1도에 도시된 와류펌프에서는, 와류실의 액체는 임펠러날개(13')에 의해 직접 흐르게 되지는 않으며 액체를 흐르게 하는 날개의 표면을 따라 유도되어 와류로 흐르게 된다.

그러므로, Q-H 특성이 떨어지며 펌프효율도 저하된다.

(2) 에어로크(air lock)의 해체가 쉽지 않다.

펌프의 작동이 정지될 때 액체에 혼합되거나 함유되어 있는 공기는 액체로부터 분리되어 임펠러실(6')의 상부에 머물게 된다. 펌프작동의 개시시에는, 상기와 같이 임펠러실(6')의 상부에 머무는 공기는 액체속으로 배출되어 혼합되는 것이 쉽지 않아서 공기가 잔류하게 되고 에어로크를 일으키게 된다. 그러한 에어로크를 방지하기 위하여, 통기공(16')이 제공되나, 통기공의 크기는 일반적으로 작게되며 또 만약 고농도액이 펌프에 의해 취급된다면, 통기공(16')을 통해서 모여진 공기를 빼내는 것이 쉽지 않다.

(3) 상기(1) 및 (2)에서 언급된 결점들을 제거하기 위하여 날개를 와류실(17')속으로 연장시켜려 한다면, 이물질을 허용하는 크기의 한계가 작아져서 방해받을 가능성이 증가된다. 본 발명은 하기에 설명되는 바와 같이 상기와 같은 결점을 효과적으로 제거한다.

제2도는 본 발명에 따른 펌프 케이싱부분의 횡단면도로서, 제1도와 동일한 참조번호에는 프라임(1)이 사용되지 않았으나, 이러한 참조번호는 특별히 언급되지 않는 한 제1도의 것과 동일한 것을 나타낸다.

임펠러(5)는 개방형이며 메인플레이트(12)와 두그룹의 임펠러날개, 즉 날개(13a) 및 (13b)로 구성된다. 날개(13a) 및 (13b)는 축방향으로 측정된 날개(13b)의 폭(Bb)이 축방향으로 측정된 날개(13a)의 폭(Ba)보다 크게 배치된다.(예를 들면, 날개(13a)는 좁은날개로 또 날개(13b)는 넓은 날개로 불려진다) 즉, 다음 관계식이 만족된다.

Bb＞Ba

날개(13a)는 와류실(7)로 연장되지 않으며 좁은날개(13a)의 개방말단가장자리(14a)와 와류실(7)의 벽의 대향면(15) 사이의 공간 또는 거리는 와류실의 축방향폭(Bv)과 동일하게 된다.

즉, Ca=Bv

한편으로는, 넓은날개(13b)는 축방향으로 연장되어서 날개의 개방말단가장자리(14b)가 ρ크기 만큼 와류실(7)로 빠져나온다.

그러므로, 다음 관계식이 성립된다.

Cb＜Bv

Cb＜Ca

식중에서, Cb는 개방말단가장자리(14b)와 면(15)사이의 거리이다.

날개(13a 및 13b)의 평면배치는 제3도에 도시된다. 이 실시예에서 날개수는 6개이며 6개의 날개가 중앙축에 대하여 각각 동일한 각도로 위치되며, 넓은날개(13b)의 수는 2개이고 좁은날개(13b)의 수는 4개로 되어서 넓은날개(13b)는 임펠러의 원주를 이등분 하도록 위치된다.

총날개수는 임펠러의 동역학적 밸런스 및 유체역학적 밸런스의 관점에서 볼 때 소수(素數)로 되어서는 안되며 특정수 "η"의 정수배로 되어야 하며, 임펠러의 원주는 "η"으로 등분되고 넓은날개는 원주방향으로 "η"번째 날개마다 위치된다. 수 "η"은 어떠한 수로 선택될 수 있으며 예를 들면 다음과 같다.

그러나, 실제의 총날개수는 제작편의상 10개 이하로 선택되는 것이 적절하다.

날개의 개방말단가장자리(14a 및 14b)의 각각은 메인플레이트(12)에 평행한 평행부(18a, 18b)와 메인플레이트(12)에 대해 경사져 있는 경사부(19a, 19b)를 각각 포함하고 있다. 평행부(18a)의 반경(Ta)은 평행부(18b)의 반경(Tb)과 동일한 것이 적절하며, 경사부(19a)는 메인플레이트(12)에 대해 경사부(19b)보다 작은 각도로 경사져 있다. 그러나 반경(Ta 및 Tb)은 서로 다른 길이로 될 수 있으나, 경사부(19a)의 경사각은 경사부(19b)의 경사각보다 작은 것이 적절하다. 그러한 경사각은 좁은날개(13a)에는 45°이하가 적절하고 넓은날개(13b)에는 55°이하가 적절하다.

Ba와 Bb사이의 관계 또는 다음식으로 주어지는 것이 적절하다.

Bb=(1.2-2)Ba

날개(13b)가 와류식(7)속으로 빠져나오는 거리인 ρ의 크기는 와류실(7)의 축방향폭(Bv)에 대한 다음식으로 주어진다. 즉,

ρ=(0.06-0.5)Bv

다음 관계식이 더 적합할 수도 있다.

ρ=(0.1-0.5)Bv

날개의 여러 인자 및 수치들은 다음과 같이 결정된다.

넓은날개(13b)에 대해서는, 그 개수, 개방말단가장자리(14b)의 형상 및 날개의 축방향 폭(Bb), (즉, 평행부(18b)의 길이(Tb)와 경사부(19)의 경사각등)은 공간(Ca)과 동일한 직경(D₁)을 갖는 구형이 펌프의 작업중에 흡입구멍(10)으로부터 와류실(7)을 통과하여 방출구멍(11)까지의 통로에서 펌프작업을 방해하지 않는 것으로 가정하여 선택된다. 만약 모든 날개가 각각 폭 Bb을 갖도록 형성된다면, 직경 D₂이하를 갖는 구형만이 통로를 통과할 수 있게 된다.

임펠러(5)의 중앙축 부근에서는 인접 날개사이의 공간이 좁아져서 날개 각각의 폭이 경사부(19a 또는 19b)가 제공되도록 좁아지며 경사부는 경사 각도를 가지고 메인 플레이트(12)에 융합된다.

임펠러 날개의 일부가 Ca, Cb, D₁, Ba 및 Bb 등에 대한 크기들의 관계를 나타내기 위하여 확대된 상태로 제4도에 도시되는데, 예를 들면 각 날개가 평범한 형태를 갖는 것으로 도시되고 있다. 그러나, 제3도에서는 날개(13a 및 13b)가 곡선의 날개로 도시되고 있다. 제3도의 빗금친 부분들은 넓은날개(13b)의 평행부(18b)인데 제3도에 도시된 바와 같이 좁은날개(13a)의 평행부(18a)보다 높게 되어있다. 넓은날개(13b)의 날개폭(Bb)과 그 형상은 흡입구멍(10)을 통해 와류실(7)로 들어가도록 직경 D₁(=Ca)을 갖는 구형물질이 넓은날개(13b)와 충돌할 수 있으나 그것이 외부로 방출되는 방출구멍(11)까지 넓은날개사이의 흐름공간을 방해를 일으키지 않고 자유롭게 통과하도록 결정된다.

두그룹의 날개들이 제2도, 제3도 및 제4도에 도시된 실시예에 따라 도시되고 설명되었으나, 다른 그룹의 날개들이 제공될 수도 있다. 예를 들면, 각각 폭 Bb와 Ba사이의 중간폭을 갖는 그룹의 날개가 제공될 수도 있다. 또한 좁은날개(13a)는 와류실(7)로 축방향으로 연장될 수 있으며 물론 동시에 다음 관계를 가질 수도 있다.

Bb＞Ba

액체에 직접 개방되어 있는 흡입구멍(10)의 입구쪽 가장자리는 날카롭게 형성되는 것이 적절하다. 만약 이 가장자리가 액체흐름의 저항을 감소시키기 위하여 둥글게 된다면, 축동력은 방출량이 규정된 방출량을 초과하여 증가하는데 비례하여 증가되며 방출량이 일정치를 넘어 증가할 때 펌프의 과부하 상태를 야기시킨다. 도관이 흡입구멍에 연결된다면, 상술된 것과 동일한 현상이 축동력에 대해 야기된다. 흡입구멍(10)의 입구쪽 가장자리가 날카로우면 축동력은 규정 방출량을 지난 어떤점에서 최대치에 다다르며, 그것에 의해서 그러한 펌프는 한계하중 특성에 대해 모든 작업조건에 대한 과부하 상태로부터 자유롭게 작업할 수 있다. 이것은 액체에 직접 개방되어 있으며 날카로운 가장자리를 갖는 흡입구멍(10)이 작은 구멍에서의 현상과 유사한 방법으로 흐름의 감소를 야기시켜 구멍을 통과하는 흐름속도가 제한되기 때문이다.

본 발명의 장점은 다음과 같이 요약될 수 있다.

a) 약간의 날개들의 와류실(7)속으로 연장됨에도 불구하고, 펌프를 통과할 수 있는 이물질의 크기한계는 감소되지 않으며 모든 날개가 날개(13a)와 동일한 크기일 때 통과할 수 있었던 크기의 이물질은 여전히 통과할 수 있다.

b) 와류실의 액체는 넓은날개(13b)의 부분에 의해 직접 구동되며, 펌프의 손실은 감소되며 또 펌프의 Q-H 특성 및 효율은 개선된다.

그러므로 개선의 예로서, 본 발명과 종래기술 사이의 비교표가 제5도에 도시된다. 제5도의 곡선은 종래의 펌프와 본 발명에 따른 펌프를 사용한 실험을 통해 얻어진 것이다.

[종래펌프]

임펠러 직경 : 269m/m

날개 폭 : 25m/m

방출각도(β₂) : 45°

날개 수 : 8

[본 발명의 펌프]

임펠러 직경 : 269m/m

방출각도(β₂) : 45°

날개 수 : 8

넓은날개(13b) : 2

좁은날개(13a) : 6

[날개 폭]

넓은날개(Bb) : 60m/m

좁은날개(Ba) : 25m/m

돌출크기(ρ) : 35m/m

동일한 펌프 케이싱이 양쪽모두에 사용되었으며, 펌프 케이싱은 65m/m의 구멍과 65m/m의 방출구멍을 가지고 있다. 와류실의 축방향폭(Ba)은 65m/m이었다.

c)넓은날개(13b)의 부분이 와류실(7)로 뻗어있어서 액체에 직접 강한 와류를 일으킨다는 사실에 의하여, 임펠러실(6)에 모여진 공기는 와류속으로 휩쓸려 들어가서 쉽게 펌프의 외부로 방출되므로 에어로킹의 문제가 해소된다.

d)메인플레이트(12)에 대한 경사부(18a)의 경사각이 경사부(18a)의 경사각보다 작기 때문에, 넓은날개(13b)에 의해 접촉된 이물질은 좁은 날개의 경사부(18a)를 향해 이동될 수 있어서 펌프의 작업중단이 방지된다. 또한 길이 Tb는 Ta와 동일하게 되어서 액체에 작동되는 넓은날개의 효과가 상당하게 되며 펌프의 특성을 개량하는데 기여하며 모여진 공기를 방출하는 효율 또한 증진된다.

e)경사부(18a 또는 18b)가 제공되어 있기 때문에, 섬유물질 같은 긴 이물질의 뒤엉킴이 효과적으로 방지된다.

본 발명이 특정실시예를 참고로하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 설명된 것으로 국한되는 것은 아니며 첨부된 청구범위에서 정의된 본 발명의 정신 및 범위내에서도 숙련된 기술자들에 의한 변경 및 모방이 있을 수 있다.

Claims

임펠러실 및 상기 임펠러실과 연통되어 있는 와류실로 구성되어 있으며 상기 와류실은 방출구멍과 상기 임펠러실 반대쪽에 흡입구멍을 구비하고 있으며 상기 임펠러실과 상기 흡입구멍은 축방향으로 정열되어 있는 펌프 케이싱, 상기 케이싱에 지지되어 축을 갖고 있으며 그 말단이 축방향으로 일직선으로 정열되어 상기 임펠러실에 연장되어 있는 모터, 메인플레이트와 상기 메인플레이트의 한쪽에 다수의 날개를 가지고 있으며 상기 임펠러실에 위치되도록 상기 축의 상기 말단에 장착되어서 상기 날개가 상기 흡입구멍을 향하게 되는 개방형식의 임펠러로 구성되는 와류펌프에 있어서, 상기 다수의 날개가 최소한 두그룹, 즉 하나의 넓은날개의 그룹과 또하나의 좁은 날개그룹으로 분류되며, 상기 넓은날개 각각의 축방향폭이 상기 좁은날개 각각의 축방향폭보다 넓게 되어서 상기 넓은날개의 개방말단가장자리가 상기 와류실로 뻗는 것을 특징으로 하는 와류펌프.
청구범위 1항의 와류펌프에 있어서, 넓은날개와 좁은날개가 상기 임펠러에 동역학 및 유체역학적 발란스를 제공하기 위하여 각각 서로에 대하여 등각관계를 유지하며 원주상으로 배치되고, 상기 좁은날개의 개방말단가장자리와 상기 흡입구멍을 갖추고 있는 상기 와류실벽의 내면 사이의 거리와 동일한 직경을 갖는 구형물질이 상기 와류실을 통하여 상기 흡입구멍으로부터 상기 방출구멍까지 형성된 흐름통로를 통과할 수 있도록 넓고 좁은날개의 수 및 형상이 선택되고 결정되는 것을 특징으로 하는 와류펌프.
청구범위 2항의 와류펌프에 있어서, 날개 각각은 상기 메인플레이트에 평행한 평행부와 임펠러의 중앙부근에서 상기 평행부분을 향해 상향으로 경사진 경사부로 구성되는 개방말단가장자리를 갖도록 만들어지며, 상기 메인플레이트에 대한 경사부의 경사각은 좁은날개에서 보다 넓은날개에서 크게되는 것을 특징으로 하는 와류펌프.
청구범위 1, 2 또는 3항중 하나의 와류펌프에 있어서, 넓은날개와 좁은날개 사이의 축방향폭이 정해진 관계를 유지하는 한편 상기 좁은날개역시 상기 와류실로 연장되는 것을 특징으로 하는 와류펌프.
청구범위 1, 2 또는 3항중 하나의 와류펌프에 있어서, 넓은날개가 와류실로 돌출되는 크기 ρ와 와류실의 축방향 폭 Bv가 ρ=(0.06-0.5)Bv 관계를 유지하는 것을 특징으로 하는 와류펌프.
청구범위 1, 2 또는 3항중 하나의 와류펌프에 있어서, 총날개수는 정수 "η"의 배수이며 상기 넓은날개는 매 "η"번째 원주 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 와류펌프.
청구범위 1, 2 또는 3항중 하나의 와류펌프에 있어서, 액체에 직접 개방되어 있는 흡입구멍이 입구쪽 가장자리가 날카로운 가장자리로 되는 것을 특징으로 하는 와류펌프.
청구범위 6항의 와류펌프에 있어서, 상기 인자 "η"이 2,3 또는 4중 하나인 것을 특징으로 하는 와류펌프.
청구범위 3항의 와류펌프에 있어서, 상기 넓은날개의 경사각이 55°이하이고 상기 좁은날개의 경사각이 45°이하인 것을 특징으로 하는 와류펌프.
청구범위 3항의 와류펌프에 있어서, 날개의 평행부 각각의 길이가 넓은날개 및 좁은날개에 대하여 대체로 동일한 것을 특징으로 하는 와류펌프.
청구범위 1, 2, 3 또는 10항중 하나의 와류펌프에 있어서, 날개의 축방향폭은 좁은날개의 축방향폭이 Ba이고 넓은날개의 축방향폭이 Bb일때 Bb=(2.2-2)Ba 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 와류펌프.