KR950006402B1 - 원심펌프 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]

원심펌프

[도면의 간단한 설명]

제1도는 펌프 임펠러의 회전 축선을 따라 취해진, 본 발명의 일실시예에 따른 시일없는 원심펌프의 단면도.

제2도는 임펠러, 케이싱 덮개 경계면 및, 펌프 베어링들에 펌프된 유체를 보내는 도관의 입구를 덮는 여과기를 포함하는 관련 요소들을 도시하는 확대 단면도.

제3도는 여과기의 표면을 가로지르는 펌프된 유체의 소용돌이를 도시하는, 케이싱 덮개와 여과기의 사시도.

[발명의 상세한 설명]

[발명의 배경]

본 발명은 일반적으로 펌프된 유체를 원활유로써 사용하는 베이링들을 갖는 형태의 원심펌프에 관한 것이다. 이런 형태의 펌프의 일예는 펌프된 유체가 펌프 하우징으로 부터 누출되는 것을 방지하는 펌프 하우지벽에 의해 분리된 자석들을 가진 1셋트의 동심 로우터를 사용하는 시일없는(sealless) 펌프이다.

이런 형태의 펌프는, 윤활 유체가 그 유체에 부유된 미립자 물질을 가질 경우 베어링들이 높은 마모율을 가질 수 있기 때문에 내부 베어링들의 윤활을 위해 깨끗한 유체를 필요로 한다. 이 목적을 위해, 외부에서 공급되는 유체가 사용될 수 있지만, 이와 같은 수단은 펌프되는 유체를 묽게할 수 있으며 별도의 유체원과 적절한 도관을 필요로 한다.

종래 기술의 유사한 장치들은 펌프되는 유체의 일부를 끌어내고 여과기를 통과시켜 베어링들로 보낸다. 이러한 여과기들은 빈번한 청소를 필요로 하여서, 여과기를 떼어서 청소하거나 교체하기 위해 펌프를 빈번히 정지시킬 필요가 있게된다. 이와 같은 단점을 피하기 위해, 몇몇 종래의 펌프들은 유체가 베어링들로 보내지기 전에 끌어내어 여과하도록 배출구에 위치한 소위 흐름 세척 여과기 또는 필터를 이용한다. 비록 이 장치들이 펌프 배출 유체가 여과기를 자주 연속적으로 세척하는 잇점을 가지지만, 또한 여과기가 배출 유체에 의해 연속적으로 부식되어 여과기를 자주 교체해야 하는 단점도 갖는다.

상술한 종래 기술의 다른 단점은 펌프의 배출 흐름으로 부터 고압 유체의 일부를 제거함으로써 펌프의 효율이 감소된다는 것이다.

전술한 것은 현재의 장치들과 방법들에 존재하는 것으로 알려진 단점들을 나타낸다. 그러므로, 전술한 하나이상의 단점들을 극복하는 대안을 제공하는 것이 유리하다는 것은 명백하다.

따라서, 아래에서 더 상세히 설명될 특징들을 포함하는 적절한 대안이 본 발명에 의해 제공된다.

[본 발명의 요약]

본 발명의 목적은 종래 기술에서의 문제점들을 해소하도록, 베어링 윤활제로서 사용하기 위해 펌프된 유체의 일부를 끌어내고 여과기에 의해 그 유체를 깨끗이 할 수 있게 된 원심펌프를 제공하는 것이다.

본 발명의 더 구체적인 목적은 사이에 펌핑실을 형성하도록 서로 결합된 본체와 커버를 포함하며 펌핑실의 내외로 펌프된 유체가 흐르도록 흡입구와 배출구를 갖는 케이싱 ; 펌핑실을 통해 유체를 펌핑하고 상기 흡입구를 통해 펌핑실로 들어가는 유체 보다 더 높은 압력으로 배출구로 부터 유체를 배출하도록 상기 펌핑실내에 위치한 임펠러 ; 상기 임펠러를 지지하고 상기 펌핑실의 외측에 위치한 베어링 수단에 지지된 축 ; 펌핑실로부터 유체의 일부를 끌어들여 그 유체를 윤활을 위해 베어링 수단으로 보내는 도관 ; 및 상기 도관에 들어갈때 유체를 여과하기 위해 상기 펌프실로 개방된 상기 도관의 입구를 덮는 여과기를 포함하며, 상기 여과기는 임펠러의 표면에 인접하고 펌프된 유체를 위한 케이싱 배출구의 안쪽으로 위치하여, 임펠러의 상기 표면의 회전에 따라 펌프의 동작중에 상기 임펠러면에 인접한 펌프실내 유체가 여과기를 거쳐 흐르고 그 여과기로부터 미립 물질을 세척하도록 하는 펌프를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 케이싱과 보호판 및 상기 케이싱에 지지된 임펠러를 포함하는데, 상기 케이싱과 보호판은 서로 연결되고 그들 사이에 펌핑실과 격실을 형성하는 서로 대면하는 표면들을 가지며 ; 상기 임펠러는 상기 펌핑실 내에 회전가능하게 한정된 날개를 가지며 ; 보호판은 상기 펌핑실로 유체를 도입하는 단일 수단과, 상기 펌핑실에서 유체를 배출하는 단일 수단을 가지며 ; 상기 대면하는 표면들은 서로 협동하여 상기 펌핑실과 상기 유체 배출 수단 사이에 개방되고 막히지 않은 유체 통로를 형성하며 ; 상기 격실은 상기 임펠러의 상기 날개로 개방되며 ; 상기 격실에서 상기 케이싱 속과 상기 펌핑실로 차레로 유체를 보내기 위해 상기 케이싱에 형성된 수단을 더 포함하는 펌프를 제공하는 것이다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

[바람직한 실시예의 설명]

도면들에 도시된 시일 없는(sealless) 원심펌프는, 축방향 흡입구(2), 펌핑실(3) 및 배출구(4)를 가진 펌프 케이싱(1)을 포함하는데, 이들 흡입구, 펌핑실 및 배출구는 펌프 케이싱을 통해 연장하는 통로들에 의해 상호 연결된다. 또한, 펌프 케이싱(1)은 설치 지지부(5)와, 펌핑실(3)을 둘러싸는 환형 플랜지(6)를 포함한다. 환형 플랜지(6)는, 펌프 작동중에 펌핑실(3)내에서 회전하는 반개방향(semi-open) 임펠러(12)를 지지하는 축방향 연장축(11)을 포함하여 다수의 부품들을 수용하는 펌프 카트리지(10)를 둘러싸고 있는 테이싱 커버(7)를 수용하는데 적합하게 되어 있다. 펌프 카트리지(10)는 상세하게 후술된다. 반개방형 임펠러(12)는 보호판(shroud)(13)과, 일 가장자리가 그 보호판(13)과 일체로된 다수의 베인(14)들을 포함한다.

동력 프레임(16)이 펌프 카트리지(10)위에 끼워져서 플랜지(6)의 바깥쪽을 둘러싸도록 일련의 볼트(17)들에 의해 펌프 케이싱(1) 및 케이싱 커버(7)에 부착된다. 동력 프레임(16)은 펌프 케이싱(1)상의 설치 지지부(5)와 함께 펌프를 지지하는데 적합하게 된 설치 지지부(18)를 더 포함한다. 축방향으로 떨어져 있는 한쌍의 베어링(20,21)들에 의해 구동축(19)이 동력 프레임(16)내에 회전가능하게 설치된다. 그 베어링들은 베어링용 윤활제를 수용하는 베어링실(22)의 양 측부들에서 동력 프레임(16)내에 고정되어 있다. 구동축(19)의 바깥쪽 단부는 통상의 결합 수단을 이용하여 구동 모터(도시안됨)에 결합된다.

케이싱 커버(7)는, 펌핑실(3)을 둘러싸는 펌프 케이싱(1)의 흠안으로 미끌어져 들어가며 볼트(17)들을 수용하는 구멍들을 가지고 환형 플랜지(6)와 겹치는 환형립(25)를 가진 환형 부재이다. 환형 립(25)은 환형 플랜지(6)와 동력 프레임(16)의 개방 단부상의 환형 플랜지(26) 사이에 삽입되며, 이때 볼트(17)들이 케이싱 커버(7) 및 동력 프레임(16)을 펌프 케이싱(1)에 고정시키도록 작용한다.

펌프 카트리지(10)는 케이싱 커버(7)안으로 끼워지는 카트리지 몸체(30)를 포함하고, 이 카트리지 몸체는 케이싱 커버(7)의 바깥쪽면에 위치하여 카트리지 몸체가 케이싱 커버(7)안으로 연장되는 간격을 제어하는 환형 계단부(31)를 가지고 있다. 카트리지 몸체(30)는 각각 전방 및 하우징방 저널 베어링 부싱(33,34)들을 둘러싸고 있는 홈들을 양 단부들에 갖는다. 그 베어링 부싱(33,34)들을 통해 임펠러 축(11)이 연장하여, 그 베어링 부싱(33,34)들 내에서 회전하는 각각의 베어링 슬리브(36,37)들을 지지한다. 베어링 슬리브(36,37)들은 그들 사이에 간격 슬리브(39)가 배치된채 축(11)상에 끼워져 있다.

축(11)의 전방 단부는 바깥쪽으로 연장하는 플랜지(14)를 지지하며, 이때 그 플랜지(41)와 전방 베어링 부싱(33)의 전방 단부 사이에 드러스트 칼라(42)가 배치된다. 그 드러스트 칼라(42)는 축(11)의 후방으로의 축방향 이동을 제어한다. 임펠러(12)는, 축(11)의 전방 단부의 나사 구멍에 나사결합되고 축의 플랜지(41)에 접하는 나사부재(44)를 가지고 있다. 축(11)의 후방 단부에는, 드러스트 베어링(47), 축(11)상에 키이 고정된 안쪽 자석 홀더(50) 및 축(11)의 후방 단부에 나사결합된 너트(52)가 지지되어 있다. 그 너트(52)는 펌프 카트리지(10)의 모든 회전 부품들을 베어링 부싱(33,34)들을 통해 연장하는 축(11)상의 제위치에 고정시킨다.

안쪽 자석 홀더(50)의 외주에는 일련의 자석(58)들이 지지되고, 그 자석들은 자석 홀더(50) 및 펌프 카트리지(10)의 다른 부품들 위에 덮혀져 있는 비교적 얇은 캔 형태의 쉘(shell)(59)의 내벽에 바로 인접하여 회전하도록 배치된다. 동력 프레임(16)은, 쉘(59) 주위에 아주 가깝게 배치되어 구동축(19)에 부착되어 그 구동 축과 함께 회전하는 바깥쪽 자석 홀더(61)를 포함한다. 바깥쪽 자석 홀더(61)는, 안쪽 자석 홀더(50)상의 자석(58)들에 자기적으로 연결되어 바깥쪽 자석 홀더(61)로부터의 토오크를 임펠러 축(11)으로 전달하도록 바깥쪽 자석 홀더의 내주면을 따라 떨어져 배치된 닐련의 자석(62)들을 지지한다. 이러한 방식으로 자석들을 이용하여 펌프 임펠러를 구동시키는 것은 시일 없는 펌프 분야에 잘 알려진 기술이다.

케이싱 커버(7)는, 임펠러(12)의 후방면(68) 근처에 배치되고 축(11)을 둘러싸도록 그 케이싱 커버(7)의 전방면(66)내에 형성된 환형 포켓(63)과, 쉘(59)에 의해 둘러싸여 안쪽 자석 홀더(50)를 수용하는 공동(60)안으로 펌핑실(3)에서 펌프된 유체를 인도하도록 환형 포켓(63)으로부터 연장하는 유체 통로(64)를 포함한다. 그 유체는 공동(60)으로부터 드러스터 베어링(47)으로 흐르고, 그 드러스트 베어링을 통과한 다음, 베어링 부싱(33,34)들을 포함하는 저널 베어링들을 통해 축(11)을 따라 전방으로 흘러 임펠러(12) 근처의 축(11)상에 드러스트 칼라(42)로부터 배출된다. 그 유체는 상기한 베어링들을 윤활 및 냉각시키는 작용을 한다. 펌프된 유체가 윤활제로서 작용하는 특성을 가질 때, 그 펌프된 유체를 윤활유로 이용할 수 있다.

베어링들에 내구성을 제공하기 위해서는 미립물질이 없는 윤활유를 제공함이 필수적이므로, 미립 물질이 펌핑실(3)로부터 유체 통로(64) 및 공동(60)안으로 통과하지 않는 것이 바람직하다. 그렇지 않으면, 미립물질은 베어링 부싱(33,34)들 사이의 공간을 포함한 공동(60)내에 머무를 수 있음으로써, 미립물질이 축적되어 펌프의 베어링들을 손상시킬 수도 있고, 펌프의 작동을 방해하게 된다. 미립 물질이 환형 포켓(63)으로 유입하기 전에 걸러지도록, 환형 포켓(63)의 외형에 상응하는 형태를 가지는 여과기(즉, 스크린)(70)가 베이싱 커버(7)의 전방면(66)에 형성된 환형 포켓(63)의 상부에 설치된다.

그 여과기(70)는 임의의 적절한 방식으로 환형 포켓(63)위에 제위치에 부착될 수 있으며 자세한 설치 방법은 설명하지 않는다. 예컨대, 여과기(70)는 접착제 또는 나사형 체결구들에 의해 부착될 수 있다. 미립 물질이 여과기(70)상에 남아 있거나 또는 그 여과기(70)를 부식시키지 않아야 하는 것이 중요하다. 이를 위해 본 발명은 여과기(70)가 임펠러(12)의 후방면(68)에 인접하게 위치함에 대해 설명한다. 임펠러(12)가 회전하면 임펠러의 후방면(68) 근처의 펄프된 유체가 임펠러와 함께 회전하려 함으로써 대부분의 회전 유체가 여과기(70)를 거쳐 통과한다. 제3도에 화살표 방향으로 나타낸 바와 같이, 여과기(70)를 거쳐 동적으로 에너지를 받은 와류형 유체가 여과기(70)의 입구쪽 면에서 걸려진 미립 물질을 흡인하거나 또는 닦아내어, 잔존하는 펌프된 유체로 떼어냄으로써 여과기(70)를 부식시키지 않게 한다. 전술한 바대로 여과기(70)에서 흡인되지 않는 무거운 미립 물질은 여과기(70)내에 잔류하지 않고, 대신에, 원심력에 의해 바깥쪽으로 밀려나서 펌프된 유체와 함께 배출된다. 실제, 그러한 무거운 미립 물질은 여과기(70)가 펌프된 유체의 주흐름으로부터 떨어져 배치되기 때문에 여과기(70)에 결코 도달되지 않는다. 여과기에 걸러지지 않는다면 유체통로(64)에서 발견될 수도 있는 가벼운 미립 물질은 여과기(70)에 의해 제지되어 그 여과기를 가로질러 흐르는 와류 유체에 의해 여과기에서 떨어져 나가게 된다.

특히, 이러한 신규한 펌프에서, 펌핑실(3)과 배출구(4) 사이의 유체 통로에는 아무런 장애물도 없다. 따라서, 펌프된 모든 유체는 배출구(4)로 토출된다. 임펠러 후방의 유체는 배출구(4) 근처의 유체에 비해 비교적 저압이며, 그 유체는 처음에는 토출 압력으로 펌프되지 않고 윤활 유체로서 이용되기 전에 감압됨으로써, 종래 기술에서 윤활용의 토출 압력 유체를 이용함에 의해 발생되는 손실을 방지한다. 토출 유체가 윤활유로서 재순환되지 않으며, 외부에서 공급되는 윤활유용의 외부 배관도 필요치 않다. 여과기(70)를 거쳐 통과하는 유체 속도들은 배출구(4)를 통해 흐르는 토출 유체의 속도보다 상당히 낮게 됨으로써, 여과기(70)의 부식 영향이 최소화 된다. 윤활 유체를 가두어두는 환형 포켓(63)을 제공함으로써 펌프의 배출구에 있는 수집기 또는 여과기보다 훨씬 더 큰 수집 영역을 제공할 수 있다.

Claims (9)

1. 펌핑실과 하우징의 흡입구로부터 연장하고 펌핑실로 개방된 펌프 흡입 통로와, 펌핑실에서 하우징의 배출구로 연장하는 펌프 배출 통로를 포함하는 하우징 ; 상기 하우징내의 베어링 수단내에 회전가능하게 설치된 축 ; 상기 펌핑실내에서 상기 축과 함께 회전하도록 그 축의 전방 단부에 부착되고 펌핑면과 비 펌핑면을 가지는 펌프 임펠러 ; 상기 임펠러의 펌핑면에 인접한 펌핑실 부분에서 유체를 받아들이도록 임펠러의 비펌핑면에 인접하여 펌핑실내로 개방된 입구를 가지고 상기 하우징에 형성되어 펌핑실에서 펌프된 유체를 베어링 수단으로 인도하는 통로 ; 및 임펠러의 비펌핑면에 인접하여 상기 통로의 상기 입구에서 하우징에 배치된 여과기를 포함하며, 상기 임펠러의 비펌핑면이 상기 여과기에 완전히 겹치도록 상기 여과기의 관련 환형면 보다 더 큰 직경을 가지는 환형면을 가지고 있어, 상기 통로로 들어가는 유체가 상기 여과기를 통과하여 흐르고 그 여과기에 의해 여과되며, 상기 여과기를 통과하여 흐르는 유체가 상기 펌프 배출구를 통해 배출되는 유체의 압력보다 낮은 압력을 가지며, 상기 여과기 표면 상에 축적된 미립 물질이 상기 임펠러의 비펌핑면에 의해 상기 여과기 표면을 거쳐 통과하는 유체에 의해 상기 여과기 표면에서 씻어내어지도록 된 원심펌프.
2. 제1항에 있어서, 상기 하우징이 그 내부에 상기 임펠러의 비펌핑면과 대면하며 상기 임펠러를 지지하는 상기 축을 둘러싸도록 형성된 환형 포켓을 가지며, 사기 여과기가 상히 환형 포켓을 덮고있는 환형 스크린을 포함하는 원심펌프.
3. 제1항에 있어서, 상기 여과기가 상기 임펠러 본체의 비펌핑면에 인접해 있는 거의 편평한 면을 가지는 원심펌프.
4. 제3항에 있어서, 상기 포켓이 상기 펌핑실과 대면하며, 그 펌핑실로 개방되는 원심펌프.
5. 펌핑실과, 하우징의 흡입구로부터 연장하고 펌핑실로 개방된 펌프 흡입 통로와, 펌핑실에서 하우징의 배출구로 연장하는 펌프 배출 통로를 포함하는 하우징 ; 상기 하우징내의 베어링 수단내에 회전가능하게 설치된 축 ; 상기 펌핑실내에서 상기 축과 함께 회전하도록 그 축의 전방 단부에 부착되고 펌핑면과 비펌핑면을 가지는 펌프 임펠러 ; 상기 임펠러의 비펌핑면에 인접한 펌핑실 부분에서 유체를 받아들이도록 임펠러의 비펌핑면에 인접하여 펌핑실내로 개방되고 상기 하우징에 형성된 확대된 포켓을 포함하는 입구를 가지고 상기 하우징에 형성되어 펌핑실에서 펌프된 유체를 베어링 수단으로 인도하는 통로 ; 및 임펠러의 비펌핑면에 인접하여 상기 포켓의 개방면에서 상기 하우징에 배치된 여과기를 포함하며, 상기 임펠러의 비펌핑면이 상기 여과기에 완전히 겹치도록 여과기의 관련 환형면 보다 큰 직경을 가지는 환형면을 가지고 있어, 상기 통로로 들어가는 유체가 상기 여과기를 통과하여 흐르고 그 여과기에 의해 여과되며, 상기 여과기를 통과하여 흐르는 유체가 상기 펌프 배출구를 통해 배출되는 유체의 압력보다 낮은 압력을 가지며, 상기 여과기 표면상에 축적된 미립 물질이 임펠러의 비펌핑면에 의해 상기 여과기 표면을 거쳐 통과하는 유체에 의해 상기 여과기 표면에서 씻어내어지도록 된 원심펌프.
6. 제5항에 있어서, 상기 여과기가 상기 임펠러의 비펌핑면에 인접해 있는 거의 편평한 면을 가지는 원심펌프.
7. 제6항에 있어서, 상기 포켓은 상기 임펠러와 동심이며 환형 형태인 원심펌프.
8. 축방향 흡입구, 펌핑실 및 배출구를 가진 펌프 케이싱 ; 그 케이싱에 연결된 케이싱 커버 ; 펌핑실내에서 회전하고 후방면이 케이싱 커버의 전방면에 근접하여 있는 임펠러 ; 케이싱 커버의 상기 전방면에 형성되고 제1직경을 가지는 환형 포켓 ; 및 상기 포켓내에 설치되고 제1직경과 거의 같은 직경을 가지는 환형의 유체 여과기를 포함하고, 상기 임펠러의 후방면이 여과기에 완전히 겹치도록 상기 제1직경 보다 큰 제2직경을 가지고 상기 포켓내 여과기에 근접하여 있어, 여과기에 인접한 임펠러의 회전에 따라, 여과기에 인접한 유체가 동적으로 에너지를 부여받아 여과기를 가로질러 와류 형태로 소용돌이침으로써 미립 물질을 여과기로부터 닦아내어 그 미립 물질을 배출구로 배출시키도록 된, 시일 없는(sealless) 원심펌프.
9. 제8항에 있어서, 상기 케이싱 커버의 전방면이 대체로 오목하게 되어 있고, 케이싱 커버의 인접한 후방면은 대체로 블록하게 되어, 임펠러의 후방면이 상기 포켓내 여과기에 근접하여 있게 하는, 시일 없는 원심펌프.