WO2018155762A1 - 원심 제트 펌프 - Google Patents

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WO2018155762A1
WO2018155762A1 PCT/KR2017/003894 KR2017003894W WO2018155762A1 WO 2018155762 A1 WO2018155762 A1 WO 2018155762A1 KR 2017003894 W KR2017003894 W KR 2017003894W WO 2018155762 A1 WO2018155762 A1 WO 2018155762A1
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WO
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impeller
casing
casing portion
space
pump
Prior art date
Application number
PCT/KR2017/003894
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English (en)
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Inventor
김동섭
이기범
이동건
주남식
나정수
Original Assignee
(주)엘넷
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D7/00—Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts
    • F04D7/02—Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts of centrifugal type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00—Pumping installations or systems
    • F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D13/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
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    • F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps
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    • F04D29/24—Vanes
    • F04D29/242—Geometry, shape
    • F04D29/245—Geometry, shape for special effects
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F5/00—Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow
    • F04F5/02—Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow the inducing fluid being liquid
    • F04F5/10—Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow the inducing fluid being liquid displacing liquids, e.g. containing solids, or liquids and elastic fluids

Definitions

  • the present invention relates to a centrifugal pump, and more particularly, to a centrifugal jet pump to which the principle of the ejector pump is applied.
  • Centrifugal pumps are a device for pumping a transfer liquid using centrifugal force, and are widely used, including general pumps and plant pumps, because they have a low lift capacity and a small amount of trouble due to foreign substances.
  • Centrifugal pumps are usually operated at 4-pole 1780 RPM using three-phase induction motors, which do not produce high pressure, are less quantitative, have low efficiency such as leakage loss, and are handled as heavy objects due to their weight and product size. There are disadvantages such as doing.
  • the present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, by applying the principle of the ejector pump to a rotating centrifugal pump to provide a centrifugal jet pump of a new structure that can implement a high head, ultra-high speed centrifugal pump with only a single stage impeller I would like to.
  • the suction inlet is formed in the upper side direction, the lower end portion of the suction body casing portion, the suction tube casing portion extending from the suction port, and for the suction body in the form of a truncated cone
  • An impeller upper casing portion extending inclined outwardly from the lower end of the casing portion and horizontally extending from the lower portion of the upper casing portion for the impeller to form an impeller rotating space together with the upper casing portion for the impeller, the edge and the impeller
  • An impeller lower casing portion forming a gap for casing injection nozzles between the lower casing portion of the upper casing portion and an edge of the lower casing portion of the impeller upper casing portion and the lower casing portion of the impeller, respectively.
  • the diffuser chamber is connected to the gap for the casing injection nozzle.
  • a pump rotation shaft disposed vertically along a horizontal center of the casing part for the suction body and a horizontal center of the impeller rotation space;
  • a drive motor provided at an upper portion of the casing for rotationally driving the pump rotation shaft;
  • the impeller has a plurality of rotary blades that are arranged in a circular shape, and is coupled to an upper portion of the plurality of rotary blades, the upper end of which is disposed on the upper outer side of the flow guide guide and is inclined downward from the upper end to the outside. While forming a space for the rotary blades provided with the plurality of rotary blades between the lower plate while forming a flow path reduction space in which the flow path cross-sectional area gradually decreases toward the outside in the radial direction outside the space for the rotary blades, The gap for the impeller injection nozzle is formed between the edges of the lower plate for the impeller.
  • the impeller comprises a top plate for the truncated cone shape of the impeller; Characterized in that comprises a.
  • a self-priming pipe for connecting the discharge pipe casing portion and the suction body casing portion
  • the self-priming pipe is provided with a self-priming check valve for blocking or allowing flow from the discharge pipe casing to the suction body casing
  • the self-priming check valve may include a guide pillar vertically provided along an inner center of a portion in which the self-priming pipe extends vertically, a valve body provided to be movable up and down along the guide pillar, and the valve body. It may include an elastic spring for supporting the elasticity in the downward direction, and a valve seat portion formed to block the communication between the suction body casing portion and the discharge tube casing portion when the valve body moves upward.
  • the present invention is to provide a centrifugal jet pump of a new structure that can realize a high head, ultra high speed even in a centrifugal pump having only one impeller.
  • FIG. 1 is a view for explaining the principle of a conventional ejector pump
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the centrifugal jet pump according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the impeller of FIG. 2, FIG.
  • FIG. 4 is a perspective view of the coupling of the impeller of Figure 3
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a centrifugal jet pump according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view from below of the centrifugal jet pump of FIG. 5 excluding the drive motor;
  • the present invention applies the principle of an ejector pump to a rotating centrifugal pump.
  • FIG. 1 is a view for explaining the principle of a conventional ejector pump.
  • Ejector pump is a device that transfers the target material (Inlet Gas, Liquid, or solid powder) to the high speed fluid created through the nozzle. It is used as a conveying device or a vacuum pump. It has features that can be done.
  • the high speed flow ejected from the nozzle allows the object to be passed through the inlet nozzle by collision between molecules, so that the velocity head is converted into the pressure head in the outlet diffuser. Since the transfer method is carried out by collision, it is possible to transfer not only the gaseous phase and the liquid phase but also the fine solid phase, so that the transferred gas-liquid increases the pressure on the outlet side.
  • the vacuum nozzle using the same is used.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the centrifugal jet pump according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the impeller of FIG. 2
  • FIG. 4 is a perspective view of the impeller of FIG. 3.
  • This centrifugal jet pump is composed of a casing 100, an impeller 200, a drive motor 300.
  • the structure of the casing 100 is demonstrated.
  • the casing 100 includes a casing part 110 for a suction pipe, a casing part 120 for a suction body, and an upper casing part 130 for an impeller and a lower casing part 140 for an impeller, which form an impeller rotating space. ), It may be divided into a diffuser casing unit 150 for forming a diffuser chamber on the radially outer side of the impeller rotation space, and a discharge tube casing unit 160 for discharging fluid.
  • Casing portion 120 for the suction body has a suction port 121 is formed in the upper side direction and the lower end has an open shape.
  • the suction pipe casing 110 is formed to extend from the suction port 121 of the suction body casing 120.
  • An impeller rotating space is formed at a lower end of the suction body casing part 120, and an upper casing part 130 for an impeller and a lower casing part 140 for an impeller are formed to form an impeller rotating space, respectively.
  • the upper casing portion 130 for the impeller is inclined to extend outward from the lower end of the casing portion 120 for the suction body. It has a truncated cone shape.
  • the lower casing portion 140 for the impeller is formed to extend in the horizontal direction from the lower portion of the upper casing portion 130 for the impeller.
  • the impeller rotation space has a truncated barrel shape.
  • a gap 131 for the casing injection nozzle is formed between the edge of the lower casing part 140 for the impeller and the lower end of the upper casing part 130 for the impeller.
  • Casing injection nozzle gap 131 is a portion for injecting fluid is a very small gap between the edge of the lower casing portion 140 for the impeller and the lower end of the upper casing portion 130 for the impeller (about 1mm or less) Is formed.
  • the flow path guide jaw 132 is formed while extending downward from the upper inner side of the upper casing part 130 for the impeller.
  • a diffuser chamber is formed outside the impeller rotation space.
  • a diffuser casing part 150 connected to the lower end of the upper casing part 130 for the impeller and the edge of the lower casing part 140 for the impeller is formed.
  • the diffuser chamber formed in the diffuser casing part 150 is provided with a flow path increasing space 151 in which the flow path cross-sectional area gradually increases from the casing injection nozzle gap 131 toward the radially outer side.
  • the fluid introduced into the diffuser casing unit 150 is discharged to the outside through the casing unit 160 for the discharge pipe connected thereto.
  • the pump rotation shaft 310 is vertically disposed along the horizontal center of the casing unit 120 for the suction body of the casing 100 and the horizontal center of the impeller rotation space, and to rotate the pump rotation shaft 310.
  • the drive motor 300 is provided on the casing 100.
  • the pump rotation shaft 310 is rotationally driven by the drive motor 300.
  • the drive motor 300 has adopted a permanent magnet motor technique, and in particular, the permanent magnet motor technique uses an embedded magnet as an IPMSM (Interior Permanent Magnet Synchronous Motor), and has four poles of magnetic arrangements for high speed.
  • IPMSM Interior Permanent Magnet Synchronous Motor
  • the permanent magnet applied to the rotor uses neodymium (rare earth type) Nd-Fe-B 48SH, and the core applied to the stator is made of 35PN230. To maximize motor efficiency.
  • Sensing of motor rotation is optimized by applying a tacho-meter type encoder and a Hall sensor for phase measurement in parallel.
  • the copper wire of 99.99% purity with low copper wire loss is used, and the motor cooling adopts the “air cooling method” in which a cooling fan is installed outside the motor.
  • the inverter that drives the motor enables the vector-based PWM switching technique, and the operation control system is designed to allow manual control for convenient operation.
  • ICT-based control monitoring It is also designed to be connected to I / O (CAN2.0) to enable ICT-based control monitoring.
  • An impeller 200 is provided inside the impeller rotating space, and the impeller 200 is coupled to the pump rotating shaft 310 to rotate together with the pump rotating shaft 310.
  • the main structure of the impeller 200 will be described.
  • An impeller lower plate 220 extending in a horizontal direction about the boss 210 coupled to the pump rotating shaft 310 is provided.
  • the lower plate 220 for the impeller is provided on an upper portion of the lower casing portion 140 for the impeller to maintain a predetermined distance from the lower casing portion 140 for the impeller.
  • the lower plate 220 for the impeller will have a disc shape.
  • a plurality of rotary blades 230 protruding upward from the upper surface of the lower plate 220 for the impeller is provided, the plurality of rotary blades 230 are disposed in a circular shape around the boss (210).
  • the upper plate 240 for the impeller in the shape of a truncated cone is coupled to the upper portion of the rotary wing 230.
  • the upper plate 240 for the impeller is coupled to the rotary blade 230 by a coupling bolt 250.
  • the impeller top plate 240 is in the form of a truncated cone having a cross-sectional structure that is inclined downward from the upper end to the outside.
  • the upper end of the impeller top plate 240 is disposed outside the upper portion of the flow guide guide 132.
  • the rotary blade space 241 is provided with a plurality of rotary blades 230, and the rotary blade space 241 also includes a space in which the plurality of rotary blades 230 are spaced from each other.
  • the flow path reduction space 242 is a space in which the flow path cross-sectional area gradually decreases from the outside of the rotary wing space 241 to the radially outward direction.
  • an impeller injection nozzle gap 243 is formed between the lower end of the upper plate 240 for the impeller and the edge of the lower plate 220 for the impeller.
  • the fluid introduced through the suction pipe casing part 110 flows downwardly along the flow guide guide 132 after flowing into the suction body casing part 120 and flows into the impeller rotation space.
  • the fluid passes through the flow path reducing space 242 (which may correspond to the inlet nozzle of the ejector pump) and the gap for the injection nozzle for the impeller (
  • the injected fluid flows into the space for increasing the flow path of the diffuser casing part 150 (which may correspond to the outlet diffuser of the ejector pump) after passing through the casing injection nozzle gap 131.
  • the fluid is sucked together from the space between the impeller lower casing part 140 and the impeller lower plate 220 so that the space between the impeller lower casing part 140 and the impeller lower plate 220 becomes a vacuum. .
  • the centrifugal jet pump has a function of distributing the ejector to the impeller and pumping the ejector.
  • the centrifugal pump is very simple in structure, but can easily implement high speed rotation and high lift.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the centrifugal jet pump according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a perspective view of the centrifugal jet pump of FIG.
  • the centrifugal jet pump of the second embodiment has a self-suction function added to the centrifugal jet pump of the first embodiment.
  • the description of the same parts as in the first embodiment will be omitted.
  • the shapes of the suction pipe casing 110 and the discharge pipe casing 160 are different from those of the first embodiment.
  • a self-absorbing pipe 170 for connecting the discharge pipe casing 160 and the suction body casing 120 is provided.
  • the self-priming pipe 170 is provided with a self-priming check valve 180 to block or allow the flow from the discharge pipe casing 160 to the suction body casing 120.
  • the self-priming check valve 180 is provided to be movable vertically along the guide pillar 181 and the guide pillar 181 which are provided vertically along the inner center of the portion in which the self-priming pipe 170 extends vertically.
  • the self-suction function allows the pump to be restarted by using a part of the pumping liquid in order to prevent the pumping from changing to the gaseous phase due to the liquid quality when the pumping fluid is drained when the pump is stopped. It is a function to make it possible.
  • the centrifugal jet pump equipped with the self-suction function allows the valve body 182 of the self-suction check valve 180 to be closed by being pushed up and closed by the pressure of the feed liquid flowing back when the pumping is stopped, so that the feed liquid remains.
  • the self-absorbing check valve 180 is opened due to the pressure difference, and the remaining transport liquid is pushed into the impeller rotating space, and the gas liquid is subjected to centrifugal force to resume pumping.
  • the pressure rises and the pressure is increased.
  • the check valve 180 is closed.

Abstract

본 발명은, 하나의 임펠러만을 가진 원심 펌프로서 고양정, 초고속을 구현할 수 있는 새로운 구조의 원심 제트 펌프를 제공한다.

Description

원심 제트 펌프
본 발명은 원심 펌프에 관한 것으로, 구체적으로는 이젝터 펌프의 원리가 적용된 원심 제트 펌프에 관한 것이다.
원심 펌프는 원심력을 이용하여 이송액을 펌핑하는 장치로서, 용적식 펌프에 비교하여 저양정 대용량이며 이물질 등에 의한 고장이 적으므로 일반 펌프 및 플랜트용 펌프 등을 비롯하여 광범위하게 사용되고 있다.
한편 원심 펌프는 보통 3상 유도전동기를 이용하여 4극 1780 RPM으로 작동되고 있어 고압을 만들어내지 못하며, 정량성이 떨어지며, 누설손실 등의 효율이 좋지 않으며, 그리고 무게와 제품 사이즈가 커서 중량물로 취급하고 있는 점 등의 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 이젝터 펌프의 원리를 회전하는 원심 펌프에 적용하여 단단 임펠러만으로 고양정, 초고속 원심 펌프를 구현할 수 있는 새로운 구조의 원심 제트 펌프를 제공하고자 한다.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 상부 측방향으로 흡입구가 형성되며 하단부가 개방된 형태의 흡입 몸체용 케이싱부와, 상기 흡입구로부터 연장되는 흡입관용 케이싱부와, 원뿔대 형태로서 상기 흡입 몸체용 케이싱부의 하단부에서 하부 외측으로 경사지게 연장되는 임펠러용 상부 케이싱부와, 상기 임펠러용 상부 케이싱부의 하부에서 수평방향으로 연장 형성되어 상기 임펠러용 상부 케이싱부와 함께 임펠러 회전 공간을 형성하되 그 가장자리와 상기 임펠러용 상부 케이싱부의 하단부와의 사이에 케이싱용 분사노즐용 갭을 형성하는 임펠러용 하부 케이싱부와, 상기 임펠러용 상부 케이싱부의 하단부와 상기 임펠러용 하부 케이싱부의 가장자리에 각각 연결되어 디퓨져실을 형성하되 상기 디퓨져실은 상기 케이싱용 분사노즐용 갭으로부터 방사상 방향 외측을 향하면서 유로 단면적이 점차적으로 증가하는 유로 증가용 공간을 구비하도록 이루어진 디퓨져용 케이싱부와, 상기 디퓨져용 케이싱부에 연결되는 토출관용 케이싱부와, 상기 임펠러용 상부 케이싱부의 상부 내측에서 하방으로 연장되면서 형성되는 유로 안내턱이 형성되는 케이싱 ; 상기 흡입 몸체용 케이싱부의 수평방향 중앙과 상기 임펠러 회전 공간의 수평방향 중앙을 따라 수직하게 배치되는 펌프 회전축 ; 상기 펌프 회전축을 회전 구동하기 위하여 상기 케이싱의 상부에 마련되는 구동 모터 ; 상기 펌프 회전축과 결합되는 보스와, 상기 보스를 중심으로 수평방향으로 연장되되 상기 임펠러용 하부 케이싱부의 상부에 마련되는 원판 형태의 임펠러용 하판과, 상기 임펠러용 하판의 상면에서 상부로 돌출되되 상기 보스를 중심으로 원형으로 배치되는 복수의 회전날개와, 상기 복수의 회전날개의 상부에 결합되되 상단부가 상기 유로 안내턱의 상부 외측에 배치되며 상단부로부터 외측으로 하향 경사지게 형성되는 단면 구조를 가지며 상기 임펠러용 하판과의 사이에 상기 복수의 회전날개가 마련되는 회전날개용 공간을 형성하는 한편 상기 회전날개용 공간의 외측에 방사상 방향 외측을 향하면서 점차적으로 유로 단면적이 감소하는 유로 감소용 공간를 형성하며 하단부가 상기 임펠러용 하판의 가장자리 사이에 임펠러용 분사노즐용 갭을 형성하는 원뿔대 형태의 임펠러용 상판을 포함하여 이루어지는 임펠러 ; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기에 있어서 : 상기 토출관용 케이싱부와 상기 흡입 몸체용 케이싱부를 연결하는 자흡용 배관이 마련되며 ; 상기 자흡용 배관에는 상기 토출관용 케이싱부로부터 상기 흡입 몸체용 케이싱부로의 유동을 차단 또는 허용하는 자흡용 체크밸브가 마련되며 ; 상기 자흡용 체크밸브는, 상기 자흡용 배관이 수직하게 연장되는 부위의 내부 중앙을 따라 수직하게 마련되는 가이드기둥과, 상기 가이드기둥을 따라 상하로 이동가능하게 마련되는 밸브체와, 상기 밸브체를 하방향으로 탄성지지하는 탄성 스프링과, 상기 밸브체가 상부로 이동하면 상기 흡입 몸체용 케이싱부와 상기 토출관용 케이싱부와의 연통이 차단되도록 이루진 밸브 시트부를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기와 같이 본 발명은, 하나의 임펠러만을 가진 원심 펌프에서도 고양정, 초고속을 구현할 수 있는 새로운 구조의 원심 제트 펌프를 제공하게 된다.
도 1은 종래의 이젝터 펌프의 원리를 설명하는 도면,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 원심 제트 펌프의 단면도,
도 3은 도 2의 임펠러의 분리 사시도,
도 4는 도 3의 임펠러의 결합 사시도,
도 5는 본 발명의 제2실시예에 의한 원심 제트 펌프의 단면도,
도 6은 구동 모터를 제외한 도 5의 원심 제트 펌프를 하부에서 바라본 사시도.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은 이젝터 펌프의 원리를 회전하는 원심 펌프에 적용한 것이다.
먼저 이젝터 펌프의 원리를 도 1을 참고하여 설명한다.
도 1은 종래의 이젝터 펌프의 원리를 설명하는 도면이다.
이젝터 펌프는 노즐을 통하여 만들어진 고속의 흐름(Motive Fluid)에 이송하려는 대상 물질(Inlet Gas, Liquid, 또는 고상분말)을 실어보내는 장치로서 이송장치 또는 진공펌프로 활용되고 있는데, 다상의 물질을 동시에 이송할 수 있는 특징을 가지고 있다.
노즐에서 분출된 고속의 흐름은 이송대상물을 분자들간의 충돌에 의해 인렛 노즐(Inlet Nozzle)을 통과시켜 아웃렛 디퓨져(Outlet Diffuser)에서 속도수두가 압력수두로 변환되도록 하는 기능을 가지고 있으며, 분자들간의 충돌에 의해 이송하는 방식이므로 기상, 액상 뿐만 아니라 미세 고상까지도 이송할 수 있는 특징이 있기 때문에 이송된 기액은 출구측의 압력을 높이는 결과가 된다.
또한 분출되는 노즐 통로에는 배압이 입구측보다 크지 않는 이상 누설이 원천적으로 생길 수 없으므로 이를 이용한 진공펌프로도 사용되고 있다.
이와 같은 이젝터 펌프의 원리가 적용된 것이 본 원심 제트 펌프이다.
먼저 본 발명에 의한 제1실시예를 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 원심 제트 펌프의 단면도이며, 도 3은 도 2의 임펠러의 분리 사시도이며, 도 4는 도 3의 임펠러의 결합 사시도이다.
본 원심 제트 펌프는 크게 케이싱(100), 임펠러(200), 구동 모터(300)로 이루어진다.
케이싱(100)의 구조를 설명한다.
케이싱(100)은, 크게 유체가 흡입되는 흡입관용 케이싱부(110)와 흡입 몸체용 케이싱부(120), 임펠러 회전 공간을 형성하는 임펠러용 상부 케이싱부(130)와 임펠러용 하부 케이싱부(140), 임펠러 회전 공간의 방사상 방향 외측에 디퓨져실을 형성하는 디퓨져용 케이싱부(150)와, 유체가 토출되는 토출관용 케이싱부(160)로 구분될 수 있다.
흡입 몸체용 케이싱부(120)는 상부 측방향으로 흡입구(121)가 형성되며 하단부가 개방된 형태를 가진다.
흡입 몸체용 케이싱부(120)의 흡입구(121)로부터 흡입관용 케이싱부(110)가 연장 형성된다.
흡입 몸체용 케이싱부(120)의 하단부에는 임펠러 회전 공간이 형성되며, 임펠러 회전 공간이 형성되기 위하여 임펠러용 상부 케이싱부(130)와 임펠러용 하부 케이싱부(140)가 각각 형성된다.
임펠러용 상부 케이싱부(130)는 흡입 몸체용 케이싱부(120)의 하단부에서 하부 외측으로 경사지게 연장되는 형태이다. 즉 원뿔대 형태를 가진다.
이에 대하여 임펠러용 하부 케이싱부(140)는, 임펠러용 상부 케이싱부(130)의 하부에서 수평방향으로 연장 형성되는 형태이다.
따라서 임펠러 회전 공간은 원뿔대 형태의 통 형태를 가지게 된다.
한편 임펠러용 하부 케이싱부(140)의 가장자리와 임펠러용 상부 케이싱부(130)의 하단부와의 사이에는 케이싱용 분사노즐용 갭(131)이 형성된다. 케이싱용 분사노즐용 갭(131)은 유체가 분사되기 위한 부위로서 임펠러용 하부 케이싱부(140)의 가장자리와 임펠러용 상부 케이싱부(130)의 하단부와의 사이에 매우 작은 틈새 형태(대략 1mm 이하)로 형성된다.
한편 임펠러용 상부 케이싱부(130)의 상부 내측에서 하방으로 연장되면서 유로 안내턱(132)이 형성된다.
따라서 유로 안내턱(132)에 의하여 흡입 몸체용 케이싱부(120)로 흡입된 유체는 유로 안내턱(132)에 의하여 하방향으로 안내되면서 임펠러 회전 공간으로 유입된다.
임펠러 회전 공간의 외측에는 디퓨져실이 형성된다.
이와 같이 디퓨져실을 형성하기 위하여 임펠러용 상부 케이싱부(130)의 하단부와 상기 임펠러용 하부 케이싱부(140)의 가장자리에 각각 연결되는 디퓨져용 케이싱부(150)가 형성된다.
디퓨져용 케이싱부(150)에 형성된 디퓨져실에는, 케이싱용 분사노즐용 갭(131)으로부터 방사상 방향 외측을 향하면서 유로 단면적이 점차적으로 증가하는 유로 증가용 공간(151)을 구비하고 있다.
디퓨져용 케이싱부(150)로 유입된 유체는 이에 연결된 토출관용 케이싱부(160)를 통하여 외부로 토출된다.
이와 같은 케이싱(100)의 흡입 몸체용 케이싱부(120)의 수평방향 중앙과 임펠러 회전 공간의 수평방향 중앙을 따라 펌프 회전축(310)이 수직하게 배치되며, 펌프 회전축(310)을 회전 구동하기 위하여 케이싱(100)의 상부에 구동 모터(300)가 마련된다.
즉 구동 모터(300)에 의하여 펌프 회전축(310)이 회전 구동된다.
구동 모터(300)는 영구자석 모터 기법이 채택되었으며, 특히 영구자석 모터의 기법은 IPMSM(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)으로 자석 매입형을 적용하였으며, 초고속에 적합하도록 자기배열을 4극으로 한다. 또한 모터의 효율을 극대화하기 위하여 로터(Rotor)에 적용하는 영구자석은 네오디움(희토류 계열) Nd-Fe-B 48SH 를 사용하며, 스테이터(Stator)에 적용한 코어(Core)는 재질을 35PN230으로 철손을 최소화하여 모터 효율을 극대화하도록 한다.
모터 회전의 검출(Sensing)은 타코 미터(Tacho-Meter) 형식의 엔코더(Encorder)와 위상 측정용 홀 센서(Hall Sensor)를 병행하여 적용함으로서 속도제어가 최적화되도록 한다.
또한 모터 효율을 극대화하기 위하여 동선의 손실이 적은 순도 99.99%의 동선을 사용하며, 모터 냉각은 모터 외부에 냉각팬을 설치하는 “공냉방식”을 채택한다.
모터를 구동하는 인버터는 벡터 기반 PWM 스위칭 기법이 가능하도록 하였으며, 운전 조작 시스템은 운전이 편리하도록 수동제어가 가능할 수 있게 설계한다.
또한 ICT 기반 제어 모니터링이 가능하도록 I/O(CAN2.0) 연결이 되도록 설계한다.
임펠러 회전 공간 내부에 임펠러(200)가 마련되며, 임펠러(200)는 펌프 회전축(310)에 결합되어 펌프 회전축(310)과 함께 회전한다.
임펠러(200)의 주요 구조를 설명한다.
펌프 회전축(310)에 결합되는 보스(210)를 중심으로 수평방향으로 연장되는 임펠러용 하판(220)이 마련된다.
임펠러용 하판(220)은 임펠러용 하부 케이싱부(140)의 상부에 마련되어 임펠러용 하부 케이싱부(140)와 일정 간격을 유지하게 된다.
임펠러용 하판(220)은 원판 형태를 가지게 된다.
임펠러용 하판(220)의 상면에서 상부로 돌출되는 복수의 회전날개(230)가 마련되며, 복수의 회전날개(230)는 보스(210)를 중심으로 원형으로 배치된다.
회전날개(230)의 상부에 원뿔대 형태의 임펠러용 상판(240)이 결합된다.
임펠러용 상판(240)은 결합볼트(250)에 의하여 회전날개(230)에 결합된다.
임펠러용 상판(240)은 상단부로부터 외측으로 하향 경사지게 형성되는 단면 구조를 가진 원뿔대 형태이다.
임펠러용 상판(240)의 상단부는 유로 안내턱(132)의 상부 외측에 배치된다.
임펠러용 상판(240)과 임펠러용 하판(220)과의 사이에는 회전날개용 공간(241)과 유로 감소용 공간(242)이 형성된다.
회전날개용 공간(241)에는 복수의 회전날개(230)가 마련되며, 아울러 회전날개용 공간(241)에는 복수의 회전날개(230)가 서로 이격된 공간도 포함된다.
유로 감소용 공간(242)은 회전날개용 공간(241)의 외측에서 방사상 방향 외측을 향하면서 점차적으로 유로 단면적이 감소하는 공간이다.
나아가 임펠러용 상판(240)의 하단부와 임펠러용 하판(220)의 가장자리 사이에는 임펠러용 분사노즐용 갭(243)이 형성된다.
이와 같은 본 원심 제트 펌프의 작용을 설명한다.
흡입관용 케이싱부(110)를 통하여 유입된 유체는 흡입 몸체용 케이싱부(120)로 유입된 후 유로 안내턱(132)을 따라 하방향으로 유동하여 임펠러 회전 공간으로 유입된다.
이때 임펠러(200)가 고속으로 회전하여 회전날개(230)가 원심력을 만들어내면 유체는 유로 감소용 공간(242)(이젝터 펌프의 Inlet Nozzle에 대응될 수 있음)을 지나 임펠러용 분사노즐용 갭(243)을 통하여 분사되면 이 분사된 유체는 케이싱용 분사노즐용 갭(131)을 지나 디퓨져용 케이싱부(150)의 유로 증가용 공간(이젝터 펌프의 Outlet Diffuser에 대응될 수 있음.)으로 유입되면서, 임펠러용 하부 케이싱부(140)와 임펠러용 하판(220) 사이의 공간으로부터 유체가 함께 빨려나가도록 하여 임펠러용 하부 케이싱부(140)와 임펠러용 하판(220) 사이의 공간이 진공이 되도록 한다. 이는 임펠러용 상부 케이싱부(130)와 임펠러용 상판(240) 사이의 공간에도 그대로 적용된다.
즉 본 원심 제트 펌프는 이젝터를 임펠러에 무수히 많이 배치하고 이젝터 펌핑을 하는 작용을 하게 된다.
이와 같은 원심 제트 펌프는, 이젝터 펌프의 원리와 동일한 방식으로, 누설이 원천적으로 발생할 수 없으며, 또한 임펠러(200)와 케이싱(100) 사이의 공간에는 진공 상태가 유지되므로(기존 원심 펌프의 임펠러가 액체 중에서 회전하는 것과 상이함) 임펠러가 초고속으로 회전하는 경우에도 유체로부터 받는 마찰 저항이 최소화될 수 있다.
따라서 본 원심 펌프는 매우 간단한 구조이면서도 초고속 회전 및 고양정을 쉽게 구현할 수 있다.
다음으로 본 발명에 의한 제2실시예를 설명한다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 의한 원심 제트 펌프의 단면도이며, 도 6은 구동 모터를 제외한 도 5의 원심 제트 펌프를 하부에서 바라본 사시도이다.
제2실시예의 원심 제트 펌프는 제1실시예의 원심 제트 펌프에 자흡 기능이 추가된 것이다. 이하에서는 제1실시예와 동일한 부분에 대하여는 그 설명을 생략한다.
본 실시예는 흡입관용 케이싱부(110)와 토출관용 케이싱부(160)의 형태가 제1실시예와 상이하다.
나아가 본 실시예에서는 토출관용 케이싱부(160)와 흡입 몸체용 케이싱부(120)를 연결하는 자흡용 배관(170)이 마련된다.
또한 자흡용 배관(170)에는 토출관용 케이싱부(160)로부터 흡입 몸체용 케이싱부(120)로의 유동을 차단 또는 허용하는 자흡용 체크밸브(180)가 마련된다.
자흡용 체크밸브(180)는, 자흡용 배관(170)이 수직하게 연장되는 부위의 내부 중앙을 따라 수직하게 마련되는 가이드기둥(181)과, 가이드기둥(181)을 따라 상하로 이동가능하게 마련되는 밸브체(182)와, 밸브체(182)를 하방향으로 탄성지지하는 탄성 스프링(183)과, 밸브체(182)가 상부로 이동하면 흡입 몸체용 케이싱부(120)와 토출관용 케이싱부(160)의 연통이 차단되도록 이루진 밸브 시트부(184)를 포함하여 이루어진다.
자흡 기능은 펌프 가동을 중단하였을 때 펌프 내부의 이송액이 모두 빠져나가면 펌프 재가동시 액질에 따라 이송액이 기상으로 변하여 펌핑을 하지 못하게 되는 것을 방지하기 위하여, 펌핑액의 일부를 이용하여 펌프가 재가동할 수 있도록 하는 기능이다.
본 자흡 기능이 구비된 원심 제트 펌프는, 펌핑이 중단되었을 때 역류되는 이송액의 압력에 의하여 자흡용 체크밸브(180)의 밸브체(182)가 밀어 올려지면서 닫히도록 하여 이송액이 잔존하도록 하며, 다시 재가동시 압력차에 의해 자흡용 체크밸브(180)가 열리면서 잔존한 이송액이 임펠러 회전 공간 내부로 밀려들어와 기액이 다시 원심력을 받아 펌핑이 재개되며, 펌핑이 재개되면 압력이 상승하여 자흡용 체크밸브(180)가 닫히게 된다.
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 것일 뿐 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 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 상기 상세한 설명보다는 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.

Claims (2)

  1. 상부 측방향으로 흡입구가 형성되며 하단부가 개방된 형태의 흡입 몸체용 케이싱부와, 상기 흡입구로부터 연장되는 흡입관용 케이싱부와, 원뿔대 형태로서 상기 흡입 몸체용 케이싱부의 하단부에서 하부 외측으로 경사지게 연장되는 임펠러용 상부 케이싱부와, 상기 임펠러용 상부 케이싱부의 하부에서 수평방향으로 연장 형성되어 상기 임펠러용 상부 케이싱부와 함께 임펠러 회전 공간을 형성하되 그 가장자리와 상기 임펠러용 상부 케이싱부의 하단부와의 사이에 케이싱용 분사노즐용 갭을 형성하는 임펠러용 하부 케이싱부와, 상기 임펠러용 상부 케이싱부의 하단부와 상기 임펠러용 하부 케이싱부의 가장자리에 각각 연결되어 디퓨져실을 형성하되 상기 디퓨져실은 상기 케이싱용 분사노즐용 갭으로부터 방사상 방향 외측을 향하면서 유로 단면적이 점차적으로 증가하는 유로 증가용 공간을 구비하도록 이루어진 디퓨져용 케이싱부와, 상기 디퓨져용 케이싱부에 연결되는 토출관용 케이싱부와, 상기 임펠러용 상부 케이싱부의 상부 내측에서 하방으로 연장되면서 형성되는 유로 안내턱이 형성되는 케이싱 ;
    상기 흡입 몸체용 케이싱부의 수평방향 중앙과 상기 임펠러 회전 공간의 수평방향 중앙을 따라 수직하게 배치되는 펌프 회전축 ;
    상기 펌프 회전축을 회전 구동하기 위하여 상기 케이싱의 상부에 마련되는 구동 모터 ;
    상기 펌프 회전축과 결합되는 보스와, 상기 보스를 중심으로 수평방향으로 연장되되 상기 임펠러용 하부 케이싱부의 상부에 마련되는 원판 형태의 임펠러용 하판과, 상기 임펠러용 하판의 상면에서 상부로 돌출되되 상기 보스를 중심으로 원형으로 배치되는 복수의 회전날개와, 상기 복수의 회전날개의 상부에 결합되되 상단부가 상기 유로 안내턱의 상부 외측에 배치되며 상단부로부터 외측으로 하향 경사지게 형성되는 단면 구조를 가지며 상기 임펠러용 하판과의 사이에 상기 복수의 회전날개가 마련되는 회전날개용 공간을 형성하는 한편 상기 회전날개용 공간의 외측에 방사상 방향 외측을 향하면서 점차적으로 유로 단면적이 감소하는 유로 감소용 공간를 형성하며 하단부가 상기 임펠러용 하판의 가장자리 사이에 임펠러용 분사노즐용 갭을 형성하는 원뿔대 형태의 임펠러용 상판을 포함하여 이루어지는 임펠러 ;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 원심 제트 펌프.
  2. 제 1 항에 있어서 :
    상기 토출관용 케이싱부와 상기 흡입 몸체용 케이싱부를 연결하는 자흡용 배관이 마련되며 ; 상기 자흡용 배관에는 상기 토출관용 케이싱부로부터 상기 흡입 몸체용 케이싱부로의 유동을 차단 또는 허용하는 자흡용 체크밸브가 마련되며 ; 상기 자흡용 체크밸브는, 상기 자흡용 배관이 수직하게 연장되는 부위의 내부 중앙을 따라 수직하게 마련되는 가이드기둥과, 상기 가이드기둥을 따라 상하로 이동가능하게 마련되는 밸브체와, 상기 밸브체를 하방향으로 탄성지지하는 탄성 스프링과, 상기 밸브체가 상부로 이동하면 상기 흡입 몸체용 케이싱부와 상기 토출관용 케이싱부와의 연통이 차단되도록 이루진 밸브 시트부를 포함하여 이루어지는 것 ; 을 특징으로 하는 원심 제트 펌프.
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