WO2020027489A1

WO2020027489A1 - 펌프의 가변형 임펠러

Info

Publication number: WO2020027489A1
Application number: PCT/KR2019/009161
Authority: WO
Inventors: 오상현
Original assignee: 한국수자원공사
Priority date: 2018-08-03
Filing date: 2019-07-24
Publication date: 2020-02-06
Also published as: KR102119006B1; KR20200015308A

Abstract

본 발명은 펌프의 가변형 임펠러에 관한 것으로, 회전축이 장착되는 허브; 상기 허브를 중심으로 상기 허브로부터 외측을 향해 방사상으로 배치되는 복수의 베인; 및 복수의 상기 베인에 착탈되어, 상기 베인의 길이를 가변 조절하는 하나 이상의 연장 깃을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

펌프의 가변형 임펠러

본 발명은 펌프의 가변형 임펠러에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 펌프의 양정에 따라 임펠러 길이를 가변 조절할 수 있는 펌프의 가변형 임펠러에 관한 것이다.

펌프를 구매하기 위해 규격을 결정할 때, 실양정과 손실양정을 계산하게 되며, 실양정을 계산할 때 토출 최고 수위와 흡입 수위의 차를 적용하고, 손실양정도 배관이 노후되었을 경우에 발생하는 손실을 적용하고, 이 때의 전 양정에서 최고 효율이 발생하도록 구매 시방을 주고 제작하게 하고 있다.

이러한 구매 시방에 따라 신규로 설치한 펌프가 현장에 설치되어 가동하게 되면, 최고 효율이 발생하는 정격 양정과 현장에서 발생하는 운영 양정 사이에 상당한 격차가 발생하여, 최고 효율점이 아닌 큰 유량이 발생하는 저양정에서 운전하는 경우가 일반적으로 발생한다. 또, 지역난방방식과 같이 동절기에만 많이 사용하는 등 계절별, 시간별 변동이 매우 큰 경우가 겹쳐서 발생될 수 있다.

전양정에서 손실양정이 차지하는 비중이 클 경우, 펌프의 적정운전범위를 벗어나서 펌프에 진동과 소음을 동반한 이상 현상이 발생할 수 있으며, 이 때 토출측에 설치된 밸브를 조작하여 고의로 저항 즉, 손실을 발생시켜 펌프가 적정운전범위의 양정에서 운전되도록 조건을 변형시켜 운전하는 상황이 발생하게 된다.

또한, 회전수를 바꾸지 않는 상태에서 임펠러의 직경만 변화시킬 경우, 결국 중요한 전력사용량은 변경시킨 임펠러의 직경비의 제곱에 비례하는 양정비에 비례하게 된다. 이에 따라, 토출되는 유체의 양정을 현장에서의 운영 양정에 적합하게 줄이기 위해서는, 임펠러의 직경을 조정하는 것이 중요하다.

따라서, 종래의 일정 길이를 갖는 베인을 구비한 임펠러의 경우, 유체의 수요에 따라 펌프의 높은 효율 구간에서 운전이 가능하지 않고, 펌프의 동력 손실이 증가하여 소비 동력이 증대되어 에너지를 낭비하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 유체의 수요에 따라 변동하는 펌프의 양정에 맞추어 베인의 길이를 조절하여, 펌프의 높은 효율 구간에서 운전이 가능하고, 고가의 임펠러 회전수 제어장치가 필요 없으며, 펌프의 소비 동력을 줄여 에너지를 절감할 수 있는 펌프의 가변형 임펠러를 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.

본 발명의 목적은, 회전축이 장착되는 허브; 상기 허브를 중심으로 상기 허브로부터 외측을 향해 방사상으로 배치되는 복수의 베인; 및 복수의 상기 베인에 착탈되어, 상기 베인의 길이를 가변 조절하는 하나 이상의 연장 깃을 포함하는, 펌프의 가변형 임펠러.에 의해 달성된다.

여기서, 상기 연장 깃은 상기 베인의 길이 방향을 따라 상기 베인에 적층 결합될 수 있다.

일 실시예로서, 상기 연장 깃은 복수로 마련되며, 복수의 상기 연장 깃을 상기 베인에 고정하는 고정 수단을 더 포함할 수 있다.

다른 실시예로서, 상기 연장 깃은 복수로 마련되며, 상호 연접하는 한 쌍의 상기 연장 깃 중 어느 하나에 함몰 형성된 끼움홈; 및 상호 연접하는 한 쌍의 상기 연장 깃 중 나머지 하나에 돌출 형성되어, 상기 끼움홈에 끼움 결합되는 끼움턱을 포함할 수 있다.

상기 허브의 둘레로부터 상기 허브의 반경방향으로 연장 형성되어, 상기 복수의 베인을 지지하는 슈라우드를 더 포함할 수 있다.

상기 베인의 길이 연장방향을 따라 상기 슈라우드의 판면에 함몰 형성되어, 상기 연장 깃이 장착되는 장착홈을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 유체의 수요에 따라 변동하는 펌프의 양정에 맞추어 베인의 길이를 조절하여, 펌프의 높은 효율 구간에서 운전이 가능하고, 고가의 임펠러 회전수 제어장치가 필요 없으며, 펌프의 소비 동력을 줄여 에너지를 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러가 장착된 펌프의 단면도,

도 2는 도 1의 임펠러의 요부 확대 측면도,

도 3은 도 1의 임펠러에서 일측 슈라우드가 제거된 상태에서 복수의 연장 깃이 장착된 상태를 도시한 도면,

도 4는 도 3에서 복수의 연장 깃이 장착되지 않은 상태를 도시한 도면,

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 임펠러의 평면도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

설명에 앞서, 본 실시예에서는 가변형 임펠러가 양흡입형 원심 펌프에 장착되는 것으로 도시되어 있지만, 본 발명에 따른 가변형 임펠러는 편흡입형 원심 펌프, 축류형 펌프, 사류형 펌프 등에도 적용될 수 있음을 미리 밝혀둔다.

또한, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일 부호를 사용하여 대표적으로 일 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 일 실시예와 다른 구성에 대해 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프의 가변형 임펠러가 도시되어 있다.

가변형 임펠러(1a)는 유체가 흡입되는 흡입구와, 유체가 토출되는 토출구가 형성된 펌프의 하우징(미도시)에 회전가능하게 마련된다.

이러한 가변형 임펠러(1a)는 회전축(110)의 회전에 의해 흡입구로 흡입된 유체에 운동 에너지를 제공하여 토출구를 통해 토출시킨다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프의 가변형 임펠러(1a)는 허브(10)와, 복수의 베인(20)과, 복수의 연장 깃(40a)을 포함한다.

허브(10)는 중공의 원형 단면형상을 가지며, 임펠러(1a)의 중심부에 위치한다. 허브(10)에는 회전축(110)이 관통 결합되고, 회전축(110)과 함께 회전한다.

복수의 베인(20)은 허브(10)를 중심으로 허브(10)로부터 외측을 향해 방사상으로 간격을 두고 배치된다.

각 베인(20)은 일정 길이를 가지며, 허브(10)의 외주로부터 허브(10)의 반경방향에 대해 곡선으로 휘어진 형태 예컨대, 일정 곡률 반경을 갖는 호(弧) 형상을 가진다.

베인(20)은 유체를 해당 펌프의 최저양정으로 토출할 수 있는 길이 예컨대, 유효 회전반경을 가질 수 있다.

여기서, 본 실시예에서는, 베인(20)이 허브(10)의 반경방향에 대해 곡선으로 휘어진 호 형상으로 형성되는 것으로 도시되어 있지만 이에 한정되지 않고, 베인(20)은 일직선 형상으로 형성될 수도 있다.

한편, 복수의 베인(20)은 한 쌍의 슈라우드(30)에 의해 지지된다.

한 쌍의 슈라우드(30)는 각 베인(20)을 사이에 두고 허브(10)의 둘레로부터 허브(10)의 반경방향으로 연장 형성되어, 각 베인(20)의 양측부를 지지한다.

또한, 각 슈라우드(30)는 베인(20)에 장착되는 연장 깃(40a)의 길이 연장을 고려하여, 베인(20)의 유효 회전반경보다 더 큰 반경의 크기를 가진다. 각 슈라우드(30)는 베인(20)에 장착된 연장 깃(40a)의 회전반경과 동일 또는 더 큰 반경의 크기를 갖는 것이 바람직하다.

여기서, 본 실시예에서는 슈라우드(30)가 한 쌍으로 마련되는 것으로 도시되어 있지만 이에 한정되지 않고, 슈라우드(30)는 펌프의 종류에 따라 하나만 마련될 수도 있다.

복수의 연장 깃(40a)은 장방형의 블록 형상을 가진다. 연장 깃(40a)은 베인(20)과 동일 두께를 가지며, 베인(20)과 동일한 곡률 반경을 갖는 호 형상을 가진다.

이러한 연장 깃(40a)은 베인(20)의 자유단부에 착탈되어, 베인(20)의 길이를 가변 조절한다. 즉, 연장 깃(40a)은 베인(20)의 길이 방향을 따라 베인(20)에 적층 결합된다.

여기서, 베인(20)으로부터 제일 바깥 측에 결합되는 연장 깃(40a)의 단부는, 유체의 유동에 따른 압력 손실을 최소화하도록 단부가 뾰족한 형상을 가질 수 있다.

한편, 각 연장 깃(40a)은 고정 수단(50)으로서 볼트 또는 핀 등에 의해 베인(20)에 고정된다. 각 연장 깃(40a)에는 고정 수단(50)이 관통 결합되는 관통공(41)이 형성되어 있다. 고정 수단(50)은 연장 깃(40a)에 관통하며 베인(20)에 지지된다.

또한, 연장 깃(40a)의 일측에는 끼움홈(43)이 함몰 형성되고, 연장 깃(40a)의 타측에는 연접하는 연장 깃(40a)의 끼움홈(43)에 끼움 결합되는 끼움턱(45)이 돌출 형성되어 있다.

이에 따라, 복수의 연장 깃(40a)을 베인(20)의 길이 방향을 따라 적층 결합할 때, 상호 연접하는 한 쌍의 연장 깃(40a)은 끼움턱(45)과 끼움홈(43)에 의해 끼움 결합 예컨대, 암수 결합된다.

이로써, 복수의 연장 깃(40a)을 베인(20)의 길이 방향을 따라 베인(20)에 용이하게 적층 결합하며, 베인(20)의 길이를 연장 예컨대, 베인(20)의 유효 회전반경을 증대시킬 수 있게 된다.

여기서, 연장 깃(40a)의 끼움홈(43)과 끼움턱(45)은 필요에 따라 선택적으로 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프의 가변형 임펠러(1a)는, 연장 깃(40a)의 양단부가 한 쌍의 슈라우드(30)의 각 판면에 함몰 형성된 장착홈(31)에 장착될 수 있다.

장착홈(31)은 각 베인(20)의 길이 연장방향을 따라 형성되어 있다. 또한, 장착홈(31)은 연장 깃(40a)과 억지끼워맞춤결합 또는 중간끼워맞춤결합 하도록 예컨대, 연장 깃(40a)과 열박음하도록, 장착홈(31)의 폭은 연장 깃(40a)의 두께에 대해 열박음 공차만큼 작은 크기를 갖는 것이 바람직하다.

여기서, 슈라우드(30)의 장착홈(31)은 필요에 따라 선택적으로 형성될 수 있다. 또한, 도시되어 잇지 않지만, 장착홈(31)의 가장자리를 따라 요철을 형성하여, 장착홈(31)에 장착되는 연장 깃(40a)의 단부를 지지할 수도 있다.

이러한 구성에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프의 가변형 임펠러(1a)를 이용하여, 베인(20)의 길이를 가변 조절하는 과정에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러(1a)를 이용하여 유체를 최고 양정인 정격양정으로 토출하고자 하는 경우, 임펠러(1a)의 베인(20)이 정격양정에 대응하는 회전반경을 갖도록, 도 3에 도시된 바와 같이 베인(20)의 단부에 복수의 연장 깃(40a)을 순차적으로 적층 결합한다. 이로써, 베인(20)의 길이는 예컨대, 베인(20)의 유효 회전반경은 최대로 증대시킬 수 있게 된다.

이와 같이 복수의 연장 깃(40a)이 장착된 임펠러(1a)를 동적 밸런스 시험을 거쳐 회전 균형을 맞춘 후, 펌프 하우징에 조립한다.

임펠러(1a)가 펌프 하우징에 조립된 상태에서 도시하지 않은 구동수단에 의해 회전축(110)을 회전시키면, 임펠러(1a)가 회전을 하게 된다. 이 때, 베인(20)의 유체 유입영역에 압력차가 발생하여 펌프 하우징의 흡입구를 통해 유입된 유체는 베인(20)으로 유입되고, 베인(20)으로 유입된 유체는 베인(20)의 회전력에 의해 원심력이 가해지면서 베인(20)과 연장 깃(40a)을 따라 유동하여, 펌프 하우징의 토출구를 통해 정격양정으로 토출된다.

다음, 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러(1a)를 이용하여 유체를 최저양정으로 토출하고자 하는 경우, 임펠러(1a)의 베인(20)이 원하는 최저양정에 대응하는 회전반경을 갖도록, 도 4에 도시된 바와 같이 베인(20)의 단부에 복수의 연장 깃(40a)을 결합하지 않는다. 이로써, 베인(20)의 길이는 예컨대, 베인(20)의 유효 회전반경은 최소로 된다.

이와 같이 연장 깃(40a)이 장착되지 않은 임펠러(1a)를 동적 밸런스 시험을 거쳐 회전 균형을 맞춘 후, 펌프 하우징에 조립한다.

그리고, 회전축(110)을 회전시키면, 임펠러(1a)가 회전을 하고, 이에 유체가 펌프 하우징의 흡입구를 통해 유입되어 베인(20)의 회전력에 의해 원심력이 가해지면서 베인(20)을 따라 유동하여, 펌프 하우징의 토출구를 통해 원하는 최저양정으로 토출된다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러(1a)를 이용하여 유체를 정격양정과 최저양정 구간 사이의 특정 양정으로 토출하고자 하는 경우, 임펠러(1a)의 베인(20)이 원하는 특정 양정에 대응하는 회전반경을 갖도록, 베인(20)의 단부에 복수의 연장 깃(40a)을 원하는 수량만큼 적층 결합한다. 이로써, 베인(20)에 적층 결합되는 연장 깃(40a)의 수량에 따라 베인(20)의 길이는 가변 조절 예컨대, 베인(20)의 유효 회전반경은 가변 조절된다.

이와 같이 원하는 수량만큼 복수의 연장 깃(40a)이 장착된 임펠러(1a)를 동적 밸런스 시험을 거쳐 회전 균형을 맞춘 후, 펌프 하우징에 조립한다.

그리고, 회전축(110)을 회전시키면, 임펠러(1a)가 회전을 하고, 이에 유체가 펌프 하우징의 흡입구를 통해 유입되어 베인(20)의 회전력에 의해 원심력이 가해지면서 베인(20)과 연장 깃(40a)을 따라 유동하여, 펌프 하우징의 토출구를 통해 원하는 특정 양정으로 토출된다.

한편, 도 5에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 임펠러가 도시되어 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 임펠러(1b)는 전술한 일 실시예와 달리, 연장 깃(40b)이 끝이 뾰족한 캡 형상을 가진다.

연장 깃(40b)은 베인(20)의 자유단부에 끼움 결합된다. 연장 깃(40b)은 임펠러(1b)가 회전할 때 원심력에 의해 베인(20)으로부터 이탈하지 않도록, 연장 깃(40b)과 베인(20)은 억지끼워맞춤결합 또는 중간끼워맞춤결합될 수 있다.

이러한 구성에 의하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 임펠러(1b)를 이용하여 유체를 정격양정으로 토출하고자 하는 경우, 임펠러(1b)의 베인(20)이 정격양정에 대응하는 회전반경을 갖도록, 도 5에 도시된 바와 같이 연장 깃(40b)을 베인(20)에 장착한 후 임펠러(1b)를 회전시킴으로써, 유체를 정격양정으로 토출할 수 있게 된다.

그리고, 본 발명의 다른 실시예에 따른 임펠러(1b)를 이용하여 유체를 저양정으로 토출하고자 하는 경우, 임펠러(1b)의 베인(20)이 저양정에 대응하는 회전반경을 갖도록, 각 베인(20)에 장착된 연장 깃(40b)을 각 베인(20)으로부터 분리한 후 임펠러(1b)를 회전시킴으로써, 유체를 저양정으로 토출할 수 있게 된다.

이로써, 베인(20)에 연장 깃(40b)을 착탈함에 따라 베인(20)의 길이를 가변 조절하여 예컨대, 베인(20)의 유효 회전반경을 가변 조절하여, 펌프의 토출되는 양정을 조절할 수 있게 된다.

이상 전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 유체의 수요에 따라 변동하는 펌프의 양정에 맞추어 베인의 길이를 조절하여, 펌프의 높은 효율 구간에서 운전이 가능하고, 고가의 임펠러 회전수 제어장치가 필요 없으며, 펌프의 소비 동력을 줄여 에너지를 절감할 수 있게 된다.

Claims

회전축이 장착되는 허브;

상기 허브를 중심으로 상기 허브로부터 외측을 향해 방사상으로 배치되는 복수의 베인; 및

복수의 상기 베인에 착탈되어, 상기 베인의 길이를 가변 조절하는 하나 이상의 연장 깃을 포함하는, 펌프의 가변형 임펠러.
제1항에 있어서,

상기 연장 깃은 상기 베인의 길이 방향을 따라 상기 베인에 적층 결합되는, 펌프의 가변형 임펠러.
제1항에 있어서,

상기 연장 깃은 복수로 마련되며,

복수의 상기 연장 깃을 상기 베인에 고정하는 고정 수단을 더 포함하는, 펌프의 가변형 임펠러.
제1항에 있어서,

상기 연장 깃은 복수로 마련되며,

상호 연접하는 한 쌍의 상기 연장 깃 중 어느 하나에 함몰 형성된 끼움홈; 및

상호 연접하는 한 쌍의 상기 연장 깃 중 나머지 하나에 돌출 형성되어, 상기 끼움홈에 끼움 결합되는 끼움턱을 포함하는, 펌프의 가변형 임펠러.
제1항에 있어서,

상기 허브의 둘레로부터 상기 허브의 반경방향으로 연장 형성되어, 상기 복수의 베인을 지지하는 슈라우드를 더 포함하는, 펌프의 가변형 임펠러.
제2항에 있어서,

상기 베인의 길이 연장방향을 따라 상기 슈라우드의 판면에 함몰 형성되어, 상기 연장 깃이 장착되는 장착홈을 더 포함하는, 펌프의 가변형 임펠러.