WO2018052190A1 - 릿지 구조를 구비한 원심 펌프 임펠러 - Google Patents

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    • F04D29/66Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing

Definitions

  • the present invention relates to a centrifugal pump impeller having a ridge structure, and more particularly, to a centrifugal pump impeller having a ridge structure having a structure capable of improving the efficiency of the centrifugal pump.
  • Industrial pumps consume a lot of energy. In fact, industrial pumps consume 20% of industrial power. Industrial pumps are widely used in the field of using fluids.
  • the centrifugal pump having a conventional impeller structure has a problem of deteriorating efficiency of the centrifugal pump due to the flow separation phenomenon around the impeller.
  • Centrifugal pumps as compared to axial pumps, involve a rapid reorientation of the flow, which is likely to cause flow delamination as the fluid does not flow along the impeller surface but falls off the impeller surface.
  • the passage of the flow flowing inside the impeller is narrowed, which reduces the efficiency of the centrifugal pump and increases the noise. Therefore, minimizing the flow separation phenomenon is very important to improve the performance of the centrifugal pump.
  • the present invention has been made to solve the problems described above, to provide a centrifugal pump impeller having a ridge structure having a structure capable of minimizing the occurrence of flow separation phenomenon in the flow of the fluid inside the impeller of the centrifugal pump
  • a centrifugal pump impeller having a ridge structure having a structure capable of minimizing the occurrence of flow separation phenomenon in the flow of the fluid inside the impeller of the centrifugal pump
  • Centrifugal pump impeller having a ridge structure of the present invention for solving the above object, the rotation body is connected to the rotating shaft is configured to rotate by the rotating shaft and having an inlet for the fluid flow; A first disk coupled to the rotating body; A second disk disposed to face the first disk and coupled to the rotating body; A plurality of blades disposed between the first disk and the second disk so as to extend in a helical direction away from the center of rotation of the rotating body and coupled to the first disk and the second disk, respectively; And a ridge formed on an outer surface of the plurality of blades so as to protrude along an extension direction of the blade.
  • the centrifugal pump impeller having the ridge structure of the present invention has the advantage of minimizing the occurrence of flow separation inside the impeller and improving the efficiency of the centrifugal pump by applying the ridge structure to the impeller blades of the centrifugal pump.
  • FIG. 1 is a perspective view of a centrifugal pump impeller having a ridge structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of a portion of the centrifugal pump impeller having the ridge structure shown in FIG. 1;
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the centrifugal pump impeller with the ridge structure shown in FIG. 1.
  • FIG. 1 is a perspective view of a centrifugal pump impeller having a ridge structure according to an embodiment of the present invention.
  • a centrifugal pump impeller having a ridge structure includes a rotating body 40, a first disc 10, a second disc 20, a plurality of blades 30, and a ridge 31. It is done by
  • Rotating body 40 is configured to be coupled to a rotating shaft for rotating the centrifugal pump impeller with the ridge structure of the present embodiment.
  • the rotating body 40 is formed with a rotating shaft hole for coupling to the rotating shaft.
  • An inlet 41 through which the fluid pressurized by the centrifugal pump impeller having the ridge structure of the present embodiment is formed is formed in the rotating body 40.
  • a plurality of inlets 41 are formed in the rotating body 40.
  • the inlet opening 41 is formed in the rotating body 40 in a position close to the rotating shaft. The fluid introduced through the inlet 41 is pressurized and pumped while moving radially from the rotational axis.
  • the first disk 10 and the second disk 20 are disposed to face each other and are coupled to the rotating body 40, respectively.
  • An inlet 41 of the rotating body 40 is disposed between the first disk 10 and the second disk 20 formed in a disc shape.
  • the first disk 10 and the second disk 20 are separated into the space between the first disk 10 and the second disk 20 by the fluid flowing through the inlet 41 to the blade 30 to be described later. Thereby providing a condition under which the fluid can be pressurized.
  • the plurality of blades 30 are arranged at regular intervals along the circumferential direction with respect to the rotating body 40 between the first disk 10 and the second disk 20. Both ends of each blade 30 are coupled to the first disk 10 and the second disk 20. Each blade 30 is formed to extend helically along the radial direction from the center of rotation of the rotating body 40. When the rotating body 40 rotates by the shape of the blade 30 as described above, the fluid flowing into the inlet 41 of the rotating body 40 flows in a radial direction while being pressed by the respective blades 30.
  • Ridges 31 are respectively coupled to outer surfaces of the plurality of blades 30.
  • the ridge 31 is formed to protrude on the outer surface of the blade 30 along the direction in which the blade 30 extends helically from the rotating body 40.
  • the ridge 31 is formed to extend along the longitudinal direction of the outer surface from the convex outer surface of each blade 30.
  • Ridge 31 is preferably formed to start from 5 to 15% of the length of each blade 30 from the rotating body 40 to extend to 50 to 80% of the length of each blade (30).
  • the height of the ridge 31 is preferably formed to protrude with respect to each blade 30 to be 10 to 50% of the width of the blade (30).
  • the centrifugal pump impeller having the ridge structure of this embodiment configured as described above is installed in the centrifugal pump to pump the fluid in the radial direction.
  • the centrifugal pump impeller with the ridge structure of this embodiment is rotated while the fluid is continuously introduced through the inlet 41.
  • the fluid is pressurized by each blade 30 to rise in pressure and flow radially.
  • the ridge 31 is formed on the convex outer wall surface of the blade 30 as described above. Due to this ridge 31, the fluid does not separate from the outer wall surface of the blade 30 and continues to flow in contact with the surface of the blade 30. As the flow flows along the ridge 31 structure, vortices are created in the main flow direction. Vortex increases flow mixing inside and outside the boundary layer near the surfaces of the blades 30 and ridges 31. Since the flow mixing is increased, it is possible for the fluid to adhere and flow to the surfaces of the blades 30 and ridges 31.
  • the fluid introduced through the inlet 41 of the rotating body 40 is rotated in a circular shape while meeting the ridge (31).
  • this rotating flow increases mixing inside and outside the boundary layer and increases the momentum of the flow near the blade 30 surface.
  • the blade 30 structure with the ridges 31 prevents the flow from peeling off as it falls off the surface.
  • the centrifugal pump impeller with the ridge structure of this embodiment delays the production of flow separation and increases the efficiency of the centrifugal pump.
  • the centrifugal pump impeller with the ridge structure of this embodiment delays the production of flow separation and increases the efficiency of the centrifugal pump.
  • the length, height and width of the ridge 31 may be variously changed in design and may be variously modified according to the use of the impeller and the type of fluid used.
  • the ridge 31 may extend along the blade 30 starting from 5 to 15% of the length of the blade 30 to 50 to 80% of the length of the blade 30. If the ridge 31 starts behind 5-15% of the length of the blade 30, the effect of preventing the flow separation can be reduced. When the length of the ridge 31 is less than 50% of the length of the blade 30, the effect of preventing peeling may be reduced.
  • the length, height and shape of the ridges 31 can be adjusted through various experiments and calculations.
  • the ridge 31 has been described as being formed on the convex surface of the blade 30, but it is also possible to configure a centrifugal pump impeller having a ridge structure having a ridge structure formed on both sides of the blade.

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Abstract

본 발명은 릿지 구조를 구비한 원심 펌프 임펠러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원심 펌프의 효율을 향상시킬 수 있는 구조를 가진 릿지 구조를 구비한 원심 펌프 임펠러에 관한 것이다. 본 발명의 릿지 구조를 구비한 원심 펌프 임펠러는 원심 펌프의 임펠러 블레이드에 릿지 구조를 적용함으로써, 임펠러 내부의 유동 박리의 발생을 최소화하고 원심 펌프의 효율을 향상시키는 장점이 있다.

Description

릿지 구조를 구비한 원심 펌프 임펠러
본 발명은 릿지 구조를 구비한 원심 펌프 임펠러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원심 펌프의 효율을 향상시킬 수 있는 구조를 가진 릿지 구조를 구비한 원심 펌프 임펠러에 관한 것이다.
산업용 펌프는 에너지를 매우 많이 소비한다. 실제로 산업용 펌프는 산업용 전력의 20%를 소비한다. 산업용 펌프는 유체를 이용하는 분야에 널리 사용된다.
이와 같은 산업용 펌프 중에 원심 펌프의 구조를 가진 펌프가 큰 비중을 차지한다. 원심 펌프의 효율을 개선하면 전체적인 에너지 절감 및 산업 발전에 큰 기여를 하게 된다.
종래의 임펠러 구조를 가진 원심 펌프는 임펠러 주위에서 유동박리 현상이 발생하여 원심 펌프의 효율을 저하시키는 문제가 있었다. 축류 펌프에 비해 원심 펌프는 유동의 급격한 방향전환을 수반하므로, 이로 인해 유체가 임펠러 표면을 따라 흐르지 못하고 임펠러 표면에서 떨어져 나가면서 흐르는 유동박리 현상의 발생하기 쉽다. 유동박리 현상이 발생하면, 임펠러 내부를 흐르는 유동의 통로가 좁아지게 되어 원심 펌프의 효율이 감소되고 소음이 증가한다. 따라서 유동박리 현상을 최소화하는 것은 원심 펌프의 성능을 향상시키기 위해서 매우 중요하다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 원심 펌프의 임펠러 내부 유체의 유동에 있어서 유동 박리 현상의 발생을 최소화할 수 있는 구조를 가진 릿지 구조를 구비한 원심 펌프 임펠러를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명의 릿지 구조를 구비한 원심 펌프 임펠러는, 회전축에 연결되어 상기 회전축에 의해 회전하도록 구성되고 유체가 유입되는 유입구를 구비하는 회전 몸체; 상기 회전 몸체에 결합되는 제1디스크; 상기 제1디스크와 마주하도록 배치되어 상기 회전 몸체에 결합되는 제2디스크; 상기 제1디스크와 제2디스크의 사이에 배치되어 상기 회전 몸체의 회전 중심으로부터 멀어지는 방향으로 나선형으로 연장되도록 형성되어 각각 상기 제1디스크 및 제2디스크에 결합되는 복수의 블레이드; 및 상기 복수의 블레이드의 외면에 상기 블레이드의 연장 방향을 따라 돌출되도록 형성되는 릿지;를 포함하는 점에 특징이 있다.
본 발명의 릿지 구조를 구비한 원심 펌프 임펠러는 원심 펌프의 임펠러 블레이드에 릿지 구조를 적용함으로써, 임펠러 내부의 유동 박리의 발생을 최소화하고 원심 펌프의 효율을 향상시키는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 릿지 구조를 구비한 원심 펌프 임펠러의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 릿지 구조를 구비한 원심 펌프 임펠러의 일부분을 절개한 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 릿지 구조를 구비한 원심 펌프 임펠러 단면도이다.
이하, 본 발명에 따른 릿지 구조를 구비한 원심 펌프 임펠러에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 릿지 구조를 구비한 원심 펌프 임펠러의 사시도이다.
도 1을 참조하면 본 실시예의 릿지 구조를 구비한 원심 펌프 임펠러는 회전 몸체(40)와 제1디스크(10)와 제2디스크(20)와 복수의 블레이드(30)와 릿지(31)를 포함하여 이루어진다.
회전 몸체(40)는 본 실시예의 릿지 구조를 구비한 원심 펌프 임펠러를 회전시키는 회전축에 결합되도록 구성된다. 회전 몸체(40)에는 회전축에 결합되기 위한 회전축 홀이 형성된다. 본 실시예의 릿지 구조를 구비한 원심 펌프 임펠러에 의해 가압되는 유체가 유입되는 유입구(41)가 회전 몸체(40)에 형성된다. 본 실시예의 경우 복수의 유입구(41)가 회전 몸체(40)에 형성된다. 유입구(41)는 회전축과 근접한 위치에서 회전 몸체(40)에 형성된다. 유입구(41)를 통해 유입된 유체는 회전축으로부터 반경 방향으로 이동하면서 가압되어 펌핑된다.
제1디스크(10)와 제2디스크(20)는 서로 마주하도록 배치되어 각각 회전 몸체(40)에 결합된다. 원반형으로 형성된 제1디스크(10)와 제2디스크(20)의 사이에 회전 몸체(40)의 유입구(41)가 배치된다. 제1디스크(10)와 제2디스크(20)는 유입구(41)를 통해 유입되는 유체를 제1디스크(10) 및 제2디스크(20) 사이의 공간에 격리시킴으로써 후술하는 블레이드(30)에 의해 유체가 가압될 수 있는 조건을 제공하는 역할을 한다.
복수의 블레이드(30)는 제1디스크(10)와 제2디스크(20)의 사이에서 회전 몸체(40)를 중심으로 원주 방향을 따라 일정 간격으로 배열된다. 각 블레이드(30)의 양단은 제1디스크(10) 및 제2디스크(20)에 결합된다. 각각의 블레이드(30)는 회전 몸체(40)의 회전 중심으로부터 반경 방향을 따라 나선형으로 연장되도록 형성된다. 이와 같은 블레이드(30)의 형상에 의해 회전 몸체(40)가 회전하면 회전 몸체(40)의 유입구(41)로 유입되는 유체가 각각의 블레이드(30)에 의해 가압되면서 반경 방향으로 흐르게 된다.
복수의 블레이드(30)의 외면에는 릿지(31)가 각각 결합된다. 릿지(31)는 블레이드(30)가 회전 몸체(40)로부터 나선형으로 연장되는 방향을 따라 그 블레이드(30)의 외면에 돌출되도록 형성된다.
본 실시예의 경우 릿지(31)는 각 블레이드(30)의 볼록한 외면에서 그 외면의 길이 방향을 따라 연장되도록 형성된다.
릿지(31)는 회전 몸체(40)로부터 각 블레이드(30) 길이의 5 ~ 15% 부분에서 시작되어 각 블레이드(30) 길이의 50 ~ 80 % 길이까지 연장되도록 형성되는 것이 좋다. 릿지(31)의 높이는 블레이드(30) 폭의 10 ~ 50 % 가 되도록 각각의 블레이드(30)에 대해 돌출되도록 형성되는 것이 좋다.
이와 같이 구성된 본 실시예의 릿지 구조를 구비한 원심 펌프 임펠러는 원심 펌프에 설치되어 반경 방향으로 유체를 펌핑하게 된다.
이하, 상술한 바와 같이 구성된 본 실시예에 따른 릿지 구조를 구비한 원심 펌프 임펠러의 작용에 대해 설명한다.
유입구(41)를 통해 유체를 계속적으로 유입시키면서 본 실시예의 릿지 구조를 구비한 원심 펌프 임펠러를 회전시킨다. 유체는 각각의 블레이드(30)에 의해 가압되면서 압력이 상승하여 반경 방향으로 흐르게 된다. 회전 몸체(40)의 회전 속도가 높을수록 유체는 빠른 속력으로 블레이드(30)의 벽면을 따라 흐르게 된다.
이때, 상술한 바와 같이 블레이드(30)의 볼록한 외벽면에는 릿지(31)가 형성된다. 이러한 릿지(31)로 인하여 유체는 블레이드(30)의 외벽면에서 분리되지 않고 계속하여 블레이드(30)의 표면에 접한 상태로 흐르게 된다. 유동이 릿지(31) 구조를 따라 흐르면서 주(main) 유동 방향으로 와류가 생성된다. 와류는 블레이드(30)와 릿지(31) 표면 근처 경계층 내부와 외부의 유동 혼합을 증가시킨다. 유동 혼합이 증가되기 때문에 유체가 블레이드(30)와 릿지(31)의 표면에 부착되어 흐르는 것이 가능하다.
즉, 회전 몸체(40)의 유입구(41)를 통해 유입된 유체는 릿지(31)를 만나면서 원 모양으로 회전하게 된다. 또한, 이렇게 회전하는 유동은 경계층 내, 외부의 혼합을 증가시키고 블레이드(30) 표면 근처 유동의 운동량을 증가시킨다. 결과적으로 릿지(31)를 구비한 블레이드(30) 구조는 유동이 표면에서 떨어져 나가면서 박리되는 것을 방지하게 된다.
결과적으로 본 실시예의 릿지 구조를 구비한 원심 펌프 임펠러는 유동박리 생성을 지연시키고 원심 펌프의 효율을 증가시킨다. 또한, 상술한 바와 같이 유동박리의 발생을 지연시킴으로써, 원심 펌프에서 발생하는 소음의 크기를 감소시키고 소비 전력도 감소시켜 생산성을 향상시키는 효과가 있다.
릿지(31)의 길이와 높이 및 폭은 다양하게 설계 변경될 수 있고 임펠러의 용도와 사용 유체의 종류에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
다만, 릿지(31)는 블레이드(30)의 길이의 5 ~ 15% 부분에서 시작하여 블레이드(30) 길이의 50 ~ 80 % 길이까지 블레이드(30)를 따라 연장되는 것이 좋다. 릿지(31)가 블레이드(30)의 길이의 5 ~ 15% 부분보다 뒤에서 시작되면 유동박리를 방지하는 효과가 감소할 수 있다. 릿지(31)의 길이가 블레이드(30) 길이의 50% 미만인 경우에는 유동박리 방지 효과가 감소할 수 있다. 릿지(31)의 길이와 높이 및 형상은 다양한 실험과 계산을 통해서 조절될 수 있다.
이상, 본 발명에 대해 바람직한 예를 들어 설명하였으나 본 발명의 범위가 앞에서 설명하고 도시한 구조로 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 앞에서 릿지(31)는 블레이드(30)의 볼록한 면에 형성되는 것으로 설명하였으나, 블레이드의 양쪽면에 릿지가 형성된 구조의 릿지 구조를 구비한 원심 펌프 임펠러를 구성하는 것도 가능하다.
또한, 블레이드의 볼록한 면에는 돌출 구조의 릿지를 형성하고 블레이드의 오목한 면에는 홈 형태의 릿지 구조를 형성하는 것도 가능하다.

Claims (5)

  1. 회전축에 연결되어 상기 회전축에 의해 회전하도록 구성되고 유체가 유입되는 유입구를 구비하는 회전 몸체;
    상기 회전 몸체에 결합되는 제1디스크;
    상기 제1디스크와 마주하도록 배치되어 상기 회전 몸체에 결합되는 제2디스크;
    상기 제1디스크와 제2디스크의 사이에 배치되어 상기 회전 몸체의 회전 중심으로부터 멀어지는 방향으로 나선형으로 연장되도록 형성되어 각각 상기 제1디스크 및 제2디스크에 결합되는 복수의 블레이드; 및
    상기 복수의 블레이드의 외면에 상기 블레이드의 연장 방향을 따라 돌출되도록 형성되는 릿지;를 포함하는 것을 특징으로 하는 릿지 구조를 구비한 원심 펌프 임펠러.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 릿지는 상기 복수의 블레이드의 볼록한 외면에만 돌출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 릿지 구조를 구비한 원심 펌프 임펠러.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 릿지는 상기 복수의 블레이드의 양쪽 외면에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 릿지 구조를 구비한 원심 펌프 임펠러.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 릿지는 상기 회전 몸체로부터 상기 복수의 블레이드의 길이의 5 ~ 15% 부분에서 상기 복수의 블레이드 길이의 50 ~ 80 % 길이까지 상기 블레이드를 따라 연장되는 것을 특징으로 하는 릿지 구조를 구비한 원심 펌프 임펠러.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 릿지는 상기 복수의 블레이드의 폭의 10 ~ 50 %의 높이로 상기 복수의 블레이드에 대해 돌출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 릿지 구조를 구비한 원심 펌프 임펠러.
PCT/KR2017/008341 2016-09-13 2017-08-02 릿지 구조를 구비한 원심 펌프 임펠러 WO2018052190A1 (ko)

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