WO2011065737A2 - 자흡식 펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 흡입공과 토출공을 갖고 U자형의 이송홈이 형성된 전방케이싱과 구동모터에 결합된 후방케이싱 사이에 상기 구동모터의 축에 결합된 임펠러가 내장되어 이루어지는 자흡식 펌프에 있어서, 상기 임펠러는 내륜과 외륜, 및 상기 내륜과 외륜 사이에서 상기 내륜을 중심으로 하여 방사상으로 연장되는 다수의 회전날개를 가지되, 상기 회전날개의 회전방향쪽 일측면에는 전방에서 후방쪽으로 소정 각도 경사진 경사면이 형성되고, 후단부에는 이웃하는 회전날개와의 사이에 생성된 개방공간을 일부 가로막는 가압판이 형성되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 구조가 간단하면서도 유체에 대한 큰 가압력을 발생시켜 토출압, 토출량을 증대시킴과 함께 유체 흐름에 따른 마찰저항을 감소시킴으로써 펌핑효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

자흡식 펌프

본 발명은 자흡식 펌프에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 동일 구동력으로도 유체에 대한 큰 가압력을 발생시켜 토출압, 토출량을 증대시킴과 함께 유체 흐름에 따른 마찰저항을 감소시킴으로써 펌핑효율의 향상을 기대할 수 있는 자흡식 펌프에 관한 것이다.

일반적으로, 펌프(Pump)란 압력작용에 의해 액체나 기체 등의 유체를 관을 통해 특정 장소로 이송하거나, 저압의 용기 속에 있는 유체를 관을 통하여 고압의 용기 속으로 압송하는 장치를 의미하는 것으로서, 농촌, 광산, 토목공사장, 공장, 가정에 이르기까지 유체가 이용되는 곳에서 다양하게 사용되고 있으며, 물뿐만 아니라 석유나 각종 약품 또는 펄프, 점조성 슬러지 등과 같은 특수한 유체의 수송에 이르기까지 매우 광범위하게 사용되고 있다.

이러한 펌프는 그 용도상 산업용펌프, 케미칼(Chemical)펌프, 가정용 펌프 등으로 분류할 수 있으며, 구조상으로는 왕복펌프, 로터리(회전)펌프, 원심펌프, 축류펌프, 마찰펌프, 수중펌프 등 다양한 종류의 펌프로 구분할 수가 있다.

또한, 펌프는 펌프의 초기 작동시 마중물(priming)을 필요로 하는 비자흡식 펌프와, 펌프케이싱내의 물만으로도 자흡(Self-Priming)이 가능하여 마중물을 필요로 하지 않는 자흡식 펌프로 대별될 수도 있다.

도 7은 종래기술에 따른 자흡식 펌프의 임펠러를 나타내는 도면으로서, 종래의 자흡식 펌프는, 흡입구와 토출구가 전방케이싱에 형성되고, 방사상의 회전날개를 갖는 임펠러가 후방케이싱에 내장되어 구동모터의 축방향에 결합되어 고정되는 구성으로 이루어진다.

이와 같은 구조에서, 구동모터에 작동에 의해 임펠러가 시계 반대방향으로 회전되면 임펠러의 회전에 따라 전방케이싱에 형성된 흡입공 부분에 음압이 걸려 흡입구를 통해 물이 흡입되고, 흡입된 물은 임펠러의 회전에 따른 원심력에 의해 U자형의 이송홈을 따라 가압 이송된 후 상부케이싱에 형성된 토출공 및 상기 토출구를 통해 외부로 압송되는 것이다.

그런데, 상술한 바와 같은 종래의 자흡식 펌프는, 그 구성이 간단하여 설치 면적이 작고 초기 작동을 위한 마중물을 필요로 하지 않는 장점은 있으나, 도 7에 도시된 것처럼 임펠러의 구조적인 측면상 가압력이 약하고 유체의 마찰저항이 커서 상대적으로 양정이 낮고 토출압 및 토출유량이 적어 펌핑효율을 극대화시키지 못하는 문제점이 있다.

또한, 종래 펌핌효율의 향상을 위하여 일단 임펠러 대신 이단의 임펠러를 채용하거나 임펠러를 복잡한 구성으로 개량한 자흡식 펌프도 개시되어 있으나, 이러한 개량기술은 구조가 매우 복잡해지고 설치면적이 증가하게 되어 제작 및 설치에 따른 경제적인 비용이 증가되는 문제점이 있다.

따라서, 구성이 비교적 간단하여 제작비용이 저렴하면서도 상대적으로 큰 양정과 높은 토출압 및 큰 토출 유량을 갖는 보다 펌핑효율이 향상된 자흡식 펌프의 개발이 절실히 요구되는 상황이라고 할 것이다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 임펠러의 회전날개 부분의 구조를 개선하여 유체에 가해하는 가압력을 증대시키고 유체의 마찰저항을 감소시킴으로써 상대적으로 큰 양정과 증대된 토출압 및 토출유량을 얻을 수 있는 자흡식 펌프를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 과제해결수단으로서,

흡입공과 토출공을 갖고 U자형의 이송홈이 형성된 전방케이싱과 구동모터에 결합된 후방케이싱 사이에 상기 구동모터의 축에 결합된 임펠러가 내장되어 이루어지는 자흡식 펌프에 있어서, 상기 임펠러는 내륜과 외륜, 및 상기 내륜과 외륜 사이에서 상기 내륜을 중심으로 하여 방사상으로 연장되는 다수의 회전날개를 가지되, 상기 회전날개는 회전방향 쪽으로 소정 각도 경사지게 형성되고, 후단부에는 이웃하는 회전날개와의 사이에 생성된 개방공간을 일부 가로막는 가압판이 형성되는 자흡식 펌프가 개시된다.

여기서, 상기 가압판은 상기 개방공간의 절반을 가로막도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 외륜과 연결되는 회전날개의 길이방향 끝단부에는 회전방향 쪽으로 라운드진 곡면부가 형성될 수 있다.

또한, 상기 흡입공과 토출공은 상기 구동모터의 구동축 중심보다 위쪽으로 소정 거리 편심된 위치에서 상기 전방케이싱에 형성될 수 있다.

또한, 상기 전방케이싱의 전면에는 상기 흡입공과 토출공에 각각 연통되는 흡입관과 토출관이 일체로 형성되되, 상기 흡입관은 상기 흡입공으로부터 수평하게 연장되도록 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 자흡식 펌프는,

경사진 회전날개와 가압판이 형성된 임펠러를 통해 유체에 가해지는 가압력을 증대시킴과 함께 유체의 마찰저항을 감소시키고, 흡입공 및 토출공의 상향 편심을 통해 유체에 보다 큰 회전력이 가해지도록 함으로써 토출압력 및 토출량을 증대시켜 펌핑효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 구조가 복잡하지 않고 제조가 용이하여 제조 및 설치에 따른 경제적인 부담이 크지 않은 효과가 있다.

그리고 상기한 바와 같이 구체적으로 명시한 효과 이외에 본 발명의 특징적인 구성으로부터 용이하게 도출되고 기대될 수 있는 특유한 효과 또한 본 발명의 효과에 포함될 수 있음을 첨언한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자흡식 펌프의 분리 사시도,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러의 사시도,

도 3은 도 2의 정면도,

도 4는 도 2에서 회전날개 부분만을 나타내는 측단면도,

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전방케이싱을 나타내는 배면도,

도 6은 본 발명에 따른 자흡식 펌프의 동작상태를 예시한 작동예시도,

도 7은 종래 자흡식 펌프의 임펠러를 나타내는 정면도이다.

이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 자흡식 펌프의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예를 설명하는 데 있어서, 원칙적으로 관련된 공지의 기능이나 공지의 구성과 같이 이미 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 기술적 특징을 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자흡식 펌프의 분리 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러의 사시도이며, 도 3은 도 2의 정면도이고, 도 4는 도 2에서 회전날개 부분만을 나타내는 측단면도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전방케이싱을 나타내는 배면도이다.

상기한 도면들을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 자흡식 펌프(1)는 전방케이싱(10)과, 후방케이싱(20)과, 임펠러(30)와, 임펠러(30)의 구동수단인 구동모터(40)를 포함하여 이루어지게 된다.

도면들에 도시된 것처럼 상기 구동펌프(40)가 최후단에 위치되고, 상기 구동모터(40)의 전방에 후방케이싱(20)과, 전방케이싱(10)이 순차적으로 결합이 되며, 전방케이싱(10)과 후방케이싱(20)의 사이에 상기 임펠러(30)가 상기 구동모터(40)의 구동축(41)에 장착이 되어 내장되는 구성으로 이루어지게 된다.

여기서, 상기 후방케이싱(20)과 구동모터(40)는 모두 공지된 구성으로서 본 발명의 범주 내에서 특별한 기술적 특징을 갖는 부분은 아니므로 그 세부구성 및 작동에 대해서는 상세한 부연 설명을 생략하기로 하고, 본 발명에 따른 특징적인 구성부분에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.

먼저, 상기 전방케이싱(10)에는 그 내측면에 유체의 흡입과 토출이 이루어지는 중공의 흡입공(11)과 토출공(12)이 각각 형성되며, 상기 흡입공(11)과 토출공(12)의 하측으로는 U자형의 이송홈(13)이 형성된다.

상기 흡입공(11)과 토출공(12)은 중심부에 형성된 축공간홈(14)(여기서, 축공간홈(14)은 임펠러(30)를 관통한 상기 구동축(41)의 선단이 공간내에 위치되어 구동축(41)이 전방케이싱(10)과 간섭되지 않도록 하기 위한 것임.)을 기준으로 좌우 양쪽에 대칭으로 형성이 된다.

그리고 상기 흡입공(11)과 토출공(12)은 상기 축공간홈(14)(즉, 구동축(41)의 중심)보다 위쪽으로 소정거리(d) 편심되는 위치에서 형성되는 것이 바람직하다.

이렇게 흡입공(11)과 토출공(12)이 구동축(41)보다 위쪽으로 소정거리(d)만큼 편심되게 위치되어 형성되면 종래 구동축(41)과 수평한 위치에 형성된 것과 대비하여 유체가 상기 U자형의 이송홈(13)을 따라 가압 이송되는 길이가 그만큼 증가하게 되고 그에 따라 임펠러(30)의 회전에 따른 원심력이 유체에 더욱 크게 가해지므로 결과적으로 토출압을 높여주는 작용을 하게 된다.

상기 U자형 이송홈(13)은 대략 반원의 형상을 가지면서 그 양쪽 상단부가 상기한 흡입공(11)과 토출공(12)의 대략 상단부분으로부터 중앙부분에 이르는 다양한 길이를 가질 수 있다.

이러한 전방케이싱(10)에 형성된 U자형 이송홈(13)에 대응하여 상기 후방케이싱(20)에도 U자형 이송홈(21)이 형성될 수 있는데, 후방케이싱(20)에 형성된 이송홈(21)은 전방케이싱(10)에 형성된 이송홈(13)보다 홈의 깊이가 보다 낮게 형성될 수 있다.

한편, 상기 전방케이싱(10)에는 그 전면에 흡입구(15)와 토출구(16)가 일체로 형성이 된다.

상기 흡입구(15)와 토출구(16)는 상기 흡입공(11)과 토출공(12)에 각각 연통되며 외부배관들(도면 미도시)과 연결이 이루어지게 되는데, 여기서 상기 흡입구(15)는 연통된 상기 흡입공(11)과 수평을 이루면서 연장되도록 형성되는 것이 바람직하다.

종래 자흡식 펌프의 흡입구는 모두 흡입공에서 상향 연장되는 형태로 이루어지기 때문에 흡입을 위한 배관라인이 불필요하게 높아지게 되고, 그에 따라 수두(水頭)가 증가되어 유체의 흡입에 따른 에너지 손실이 발생함으로써 흡입력을 저하시키는 결과를 초래하였는 바, 본 발명에서는 흡입구(15)를 종래와 달리 흡입공(11)과 수평한 형태로 개선하여 흡입력을 향상시킬 수 있도록 하는 것이다.

상기 토출구(16)는 도면에 도시된 것처럼 수평하게 연장되도록 할 수 있으며, 필요에 따라 종래와 같이 상향 연장되도록 형성되어도 무방하다.

다음으로, 본 발명에 따른 상기 임펠러(30)는 내륜(31) 및 외륜(32)과, 상기 내륜(31)과 외륜(32)의 사이에서 방사상으로 연장되는 다수의 회전날개(33)를 포함하여 이루어지게 된다.

상기 내륜(31)의 중앙에는 상기 구동축(41)의 관통을 위한 축공(31a)이 형성되고, 상기 축공(31a)에는 구동축(41)과의 결합을 위한 키홈(31b)이 형성된다.

상기 방사상으로 형성되는 다수의 회전날개(33)는 직선형태를 이루되, 임펠러(30)의 회전방향쪽으로 소정 각도(θ) 경사지게 형성되는 특징을 갖는다.

이렇게 회전날개(33)가 경사지게 형성됨으로써 임펠러(30)는 상기 토출공(12)으로 유체를 토출할 때 유체에 보다 큰 가압력을 가할 수 있게 된다.

이러한 회전날개(33)의 경사 각도(θ)는 대략 10 ∼ 20° 정도임이 바람직하다. 다만, 상기한 경사각도는 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 필요로 하는 토출압, 유량 등과 관련한 펌프의 용도, 성능 등을 고려하여 필요에 따라 적절히 선택할 수 있는 설계적 사항이라고 할 것인 바, 상기 제시된 각도로 한정되지는 않고 다양한 임의의 각도로 선택되는 것이 가능할 것이다.

또한, 상기 회전날개(33)의 후단부에는 가압판(35)이 형성되는 특징을 갖는다.

상기 가압판(35)은 하나의 회전날개와 이웃하는 회전날개 사이에 생성된 개방공간(36)의 일부를 가로막도록 상기 내륜(31)과 외륜(32) 사이에 형성이 되는데, 바람직하게는 상기 개방공간(36)의 절반을 가로막도록 형성될 수 있다.

상기 가압판(35)의 형성으로 인해 다수의 회전날개(33)들 각각의 사이에 생성된 개방공간(36)은 절반이 막히고 절반은 개구된 후방 세미폐쇄형 구조가 되는데, 이러한 구조를 통해 유체의 토출시 또한 유체의 가압력을 증가시킬 수 있게 된다.

즉, 후방케이싱(20)의 U자형 이송홈(21)을 따라 가압 이송되는 유체가 토출시 가압판(35)에 의해 좁게 개구된 개방공간(36)을 통해 임펠러(30)의 전방으로 빠져나오게 되면서 전방케이싱(10)의 U자형 이송홈(13)을 따라 가압 이송되는 유체의 압력을 더욱 증가시키게 되고, 또한 가압판(35)에 의해 개방공간(36)의 일부분이 폐쇄되어 있기 때문에 토출시 유체가 임펠러(30)의 후방쪽(즉, 후방케이싱(20) 쪽)으로 빠져나가 손실(Loss)되는 것을 방지하면서 가압판(35)이 유체를 전방케이싱(10)의 토출공(12)쪽으로만 가압하는 작용을 하게 되어 토출되는 유체의 압력을 더욱 증가시키게 되는 것이다.

그리고 상기 회전날개(33)는 내륜(31)으로부터 외륜(32)으로 전체적으로는 직선 형태로 연장이 되되, 외륜(32)과 연결되는 그 길이방향의 끝단부에는 회전방향쪽으로 유선형 라운드가 진 곡면부(37)가 형성되는 것이 바람직하다.

이렇게 회전날개(33)의 끝단부에 곡면부(37)를 형성시킴에 따라 임펠러(30)의 회전시 회전날개(33)와 유체의 마찰저항을 감소시킬 수 있으며 그에 따라 유체가 보다 큰 회전력을 받도록 하여 역시 토출압을 증가시키는 요소로 작용하도록 할 수 있는 것이다.

상기한 구성으로 이루어진 임펠러(30)에 있어 임펠러의 두께, 회전날개(33)의 갯수 등은 다양하게 선택될 수 있는 바, 이 것은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 필요로 하는 토출압, 유량 등과 관련한 펌프의 용도, 성능 등을 고려하여 필요에 따라 적절히 선택할 수 있는 설계적 사항이라고 할 것이다.

이상으로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자흡식 펌프(1)의 구성에 대해 살펴보았는 바, 이하에서는 그 작동에 대하여 간단하게 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명에 따른 자흡식 펌프(1)의 동작상태를 예시한 작동예시로서, 먼저, 구동모터(40)에 전원을 인가하여 구동모터(40)를 작동시키면 구동축(41)에 장착된 임펠러(30)가 시계반대 방향으로 회전하게 되고(정면에서 볼 때임. 도 6은 배면도이므로 시계방향으로 도시됨.), 흡입공(11) 부분에 음압이 걸리면서 유체가 흡입이 되며, 흡입된 유체는 임펠러(30)의 회전력을 받으면서 U자형 이송홈(13, 21)을 따라 가압 이송이 된다.

이렇게 U자형 이송홈(13, 21)을 따라 가압 이송된 유체는 토출공(12)을 통해 외부로 토출되게 되는데, 본 발명에 있어서는 구성부분에서 전술한 바와 같이 흡입공(11)과 토출공(12)이 구동축(41)에 비해 상향 편심되어 있기 때문에 유체가 U자형 이송홈(13, 21)을 따라 이송되는 거리가 증가되어 임펠러(30)의 회전력을 더욱 크게 받게 되고, 또한 임펠러(30)의 개선된 구조로 인하여 유체에 전방 가압력이 더욱 증가되기 때문에 유체는 보다 증가된 토출압으로 토출이 이루어지게 된다.

본 출원인은 본 발명에 따른 자흡식 펌프(1)를 종래의 자흡식 펌프와 비교하기 위하여 흡입관과 토출관의 사이즈를 1-1/2인치(38mm)로 동일하게 하고 구동모터(40)를 동일하게 1800 RPM으로 회전 구동시켜 동일한 구동력을 가한 상태에서 비교실험을 실시하였다.

이러한 비교실험결과, 종래의 자흡식 펌프의 경우에는 최대 펌핑유량(Maximum Capacity)이 대략 6 ㎥/h 이고 최대 양정(Maximum Head)이 15m 정도임에 반하여, 본 발명에 따른 자흡식 펌프는 최대 펌핑유량이 대략 8 ㎥/h 이고 최대 양정이 20m 정도에 이르렀다.

따라서, 본 발명에 따른 자흡식 펌프는 종래의 자흡식 펌프에 비해 그 펌핑효율이 대략 30∼35％ 정도가 향상됨을 알 수 있었다.

이상으로 본 발명에 따른 자흡식 펌프에 대하여 설명하였는데, 본 발명의 기술적 범위는 상술한 실시예 및 도면들에 기재된 내용으로 한정되는 것은 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 수정 또는 변경된 등가의 구성은 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 것이라 할 것이다.

Claims (5)

1. 흡입공(11)과 토출공(12)을 갖고 U자형의 이송홈(13)이 형성된 전방케이싱(10)과 구동모터(40)에 결합된 후방케이싱(20) 사이에 상기 구동모터(40)의 구동축(41)에 결합된 임펠러(30)가 내장되어 이루어지는 자흡식 펌프에 있어서,

   상기 임펠러(30)는 내륜(31)과 외륜(32), 및 상기 내륜(31)과 외륜(32) 사이에서 상기 내륜(31)을 중심으로 하여 방사상으로 연장되는 다수의 회전날개(33)를 가지되,

   상기 회전날개(33)는 회전방향 쪽으로 소정 각도 경사지게 형성되고, 후단부에는 이웃하는 회전날개와의 사이에 생성된 개방공간(36)을 일부 가로막는 가압판(35)이 형성되는 것을 특징으로 하는 자흡식 펌프.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 가압판(35)은 상기 개방공간(36)의 절반을 가로막도록 형성되는 것을 특징으로 하는 자흡식 펌프.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 외륜(32)과 연결되는 회전날개(33)의 길이방향 끝단부에는 회전방향 쪽으로 라운드진 곡면부(37)가 형성되는 것을 특징으로 하는 자흡식 펌프.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 흡입공(11)과 토출공(12)은 상기 구동모터(40)의 구동축(41) 중심보다 위쪽으로 소정 거리 편심된 위치에서 상기 전방케이싱(10)에 형성되는 것을 특징으로 하는 자흡식 펌프.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 전방케이싱(10)의 전면에는 상기 흡입공(11)과 토출공(12)에 각각 연통되는 흡입구(15)와 토출구(16)가 일체로 형성되되, 상기 흡입구(15)는 상기 흡입공(11)으로부터 수평하게 연장되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 자흡식 펌프.

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