KR101603882B1 - 양흡입형 원심펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양흡입형 원심펌프에 관한 것으로, 그 목적은 임펠러와 펌핑챔버의 사이에 형성되는 공간을 이용하여 압력실을 형성하고, 상기 압력실에 임펠러에 의해 가압되는 유체의 일부를 충전하여 압력실의 내부압력이 토출 유체의 압력과 대등한 압력조건을 형성하도록 함으로써, 임펠러의 토출구 주변에서 와류가 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 압력실 내에 충전되는 유체가 임펠러의 회전을 지지하여 임펠러의 안정적인 회전을 유도할 수 있도록 한 양흡입형 원심펌프를 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명은 유체의 흡입을 위한 흡입구가 양측면부에 각각 형성되고, 상기 흡입구를 통하여 유입되는 유체를 가압하기 위한 다수개의 날개가 내부에 구비된 것으로 이루어진 임펠러; 및 상기 임펠러를 내부에 수용하는 펌핑챔버가 내부에 구비된 펌프 케이스; 상기 임펠러와 결합되어 임펠러를 회전시키는 회전축;을 포함하는 양흡입형 원심펌프에 있어서, 상기 임펠러의 외면과 펌핑챔버의 내면 사이에는 임펠러의 원주를 따라 연장되는 환형의 구조를 가지며 임펠러의 회전에 의해 가압되는 유체가 충전되는 압력실이 형성되며, 상기 임펠러의 회전에 의해 가압되는 유체의 일부가 압력실로 이동되게 하는 하나 이상의 유동홀이 상기 외면을 형성하는 외측벽에 형성된 것을 특징으로 하는 양흡입형 원심펌프를 제공한다.

Description

양흡입형 원심펌프{Double suction type centrifugal pump}

본 발명은 양흡입형 원심펌프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 임펠러의 외측에서 임펠러를 사이에 두고 상호 대칭구조를 갖는 압력실을 임펠러와 펌프 케이스의 사이에 형성하여 불안정한 임펠러의 회전조건에서도 임펠러가 안정된 회전을 구현할 수 있도록 하는 양흡입형 원심펌프에 관한 것이다.

일반적으로 원심펌프는 펌프 케이스의 내부에 설치된 임펠러가 모터의 구동으로 인해 발생되는 회전력을 전달받아 회전하고, 이러한 임펠러의 회전으로 발생되는 원심력을 이용하여 유체를 흡입 및 토출하는 펌프이다.

이러한 원심펌프는 유체를 흡입하는 방식에 따라 단흡입형 원심펌프와 양흡입형 원심펌프로 구분된다.

상기 단흡입형 원심펌프는 임펠러의 한 측면에서만 유체를 흡입하여 토출하는 구조를 갖는 원심펌프로서, 유체의 흡입량이 적어 고양정의 펌프시스템을 구현하기 어려우며, 더욱이 유체가 한쪽방향에서만 유입되는 특성상 회전축을 지지하는 베어링에 과도한 스러스트 하중이 작용하여 베어링이 쉽게 손상되는 문제점을 갖고 있다.

한편, 상기 양흡입형 원심펌프는 임펠러의 양 측면에서 유체를 흡입하는 구조를 갖는 원심펌프로서, 단흡입형 원심펌프에 비하여 유체의 흡입량이 많아 고양정의 펌프시스템을 구현할 수 있으며, 임펠러의 양 측면에서 비슷한 양의 유체가 흡입되므로 회전축과 임펠러 및 베어링에 작용하는 스러스트 하중이 작은 이점이 있다.

도 1은 종래 양흡입형 원심펌프의 구조를 보인 단면도를, 도 2는 종래 양흡입형 원심펌프에 구비된 임펠러의 토출측을 확대하여 나타낸 상세도를 도시하고 있다.

종래 양흡형 원심펌프는 펌프 케이스(20)의 내부에 임펠러(10)가 수용되고, 상기 펌프 케이스(20)을 관통하도록 설치되는 회전축(31)이 임펠러(10)와 결합되며, 상기 회전축(31)은 미도시된 모터와 연결되어 회전하면서 임펠러를 회전시키는 구조를 갖고 있다.

한편, 임펠러의 회전시 펌핑효율의 저하를 최소화하면서 유체를 펌핑하도록 하기 위해서는 임펠러의 흡입구와 펌프 케이스의 사이 틈새를 최소화하는 것이 바람직하다. 물론 임펠러의 흡입구와 펌프 케이스의 사이 틈새를 완전하게 폐쇄할 수 있다면 펌핑효율을 최적화시킬 수 있을 것이나, 이 경우 임펠러의 회전시 임펠러와 펌프 케이스의 사이에 과도한 마찰저항이 발생되어 펌프의 정상적인 작동이 불가능하게 되므로, 임펠러의 흡입구와 펌프 케이스의 사이에는 허용되는 범위 이내의 인위적인 틈새가 형성되도록 하고 있다.

한편, 펌프 케이스는 유체의 효과적인 유동을 위하여 다양한 곡면이 조합된 3차원 형상으로 구성되며, 이러한 펌프 케이스의 경우 기계가공에 의한 제작이 용이하지 못하므로 일반적으로 주물로 제작하고 있다.

주지된 바와 같이 주물 제작의 정밀도는 기계가공의 정밀도에 비하여 현저히 낮은 관계로, 주물 제작을 통해서는 임펠러의 흡입구와 펌프 케이스의 사이에 요구되는 정밀도를 갖는 틈새를 형성할 수 없는 바, 별도의 웨어링(40)을 이용하고 있으며, 상기 웨어링(40)의 설치를 위하여 펌프 케이스의 안쪽에 기계가공을 실시하고 있다.

결국, 종래의 양흡입형 원심펌프의 경우, 웨어링이 설치되는 부분을 제외한 나머지 부분은 주물 제작의 정밀도를 갖게 되는 바, 펌핑효율의 저하를 방지하게 위하여 펌프 케이스와 임펠러의 사이 틈새를 좁게 한 경우, 임펠러의 회전시 펌프 케이스에 접촉할 우려가 있다.

따라서, 종래에는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 임펠러의 흡입구 근방에 웨어링을 배치하여 임펠러의 흡입구와 펌프 케이스의 사이에 미세한 틈새가 형성되도록 하면서, 나머지 부분에 있어서는 주물 가공의 정밀도를 고려하여 임펠러와 펌프 케이스의 사이에 충분한 공간(S)이 형성되도록 하고 있다.

그러나, 펌프 케이스와 임펠러의 사이에 형성된 공간(S)으로 토출 유체의 일부가 유입되어 임펠러의 토출구 주변에는 와류가 발생되며, 이러한 와류는 토출 유체의 흐름을 방해하여 펌핑효율의 저하를 유발하고, 더불어 임펠러의 진동이나 소음을 발생시키게 되는 문제점이 있다.

공개실용신안공보 제1999-002230호 (1999.01.25. 공개)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 임펠러와 펌핑챔버의 사이에 형성되는 공간을 이용하여 압력실을 형성하고, 상기 압력실에 임펠러에 의해 가압되는 유체의 일부를 충전하여 압력실의 내부압력이 토출 유체의 압력과 대등한 압력조건을 형성하도록 함으로써, 임펠러의 토출구 주변에서 와류가 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 압력실 내에 충전되는 유체가 임펠러의 회전을 지지하여 임펠러의 안정적인 회전을 유도할 수 있도록 한 양흡입형 원심펌프를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 유체의 흡입을 위한 흡입구가 양측면부에 각각 형성되고, 상기 흡입구를 통하여 유입되는 유체를 가압하기 위한 다수개의 날개가 내부에 구비된 것으로 이루어진 임펠러; 및 상기 임펠러를 내부에 수용하는 펌핑챔버가 내부에 구비된 펌프 케이스; 상기 임펠러와 결합되어 임펠러를 회전시키는 회전축;을 포함하는 양흡입형 원심펌프에 있어서, 상기 임펠러의 외면과 펌핑챔버의 내면 사이에는 임펠러의 원주를 따라 연장되는 환형의 구조를 가지며 임펠러의 회전에 의해 가압되는 유체가 충전되는 압력실이 형성되며, 상기 임펠러의 회전에 의해 가압되는 유체의 일부가 압력실로 이동되게 하는 하나 이상의 유동홀이 상기 외면을 형성하는 외측벽에 형성된 것을 특징으로 하는 양흡입형 원심펌프를 제공한다.

한편 상기 양흡입형 원심펌프에 있어서, 상기 압력실은, 상기 임펠러의 외면과, 상기 외면과 마주하는 펌핑챔버의 내면과, 상기 임펠러의 흡입구측에 위치하도록 펌프 케이스에 설치되는 제1 웨어링과, 상기 임펠러의 토출구측에 위치하도록 펌프 케이스에 설치되는 제2 웨어링에 의해 형성될 수 있다.

삭제

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 의하면, 임펠러의 토출구 주변에 와류가 발생하는 것을 억제하여 펌핑효율이 저하되는 것을 방지할 수 있고, 압력실에 충전된 유체가 임펠러의 회전을 안정적으로 지지하여 줌으로써 임펠러의 안정적인 회전환경을 제공하여 소음이나 진동이 발생되는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1 은 종래 양흡입형 원심펌프의 구조를 보인 단면도,
도 2 는 종래 양흡입형 원심펌프에 구비된 임펠러의 토출측을 확대하여 나타낸 상세도,
도 3 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양흡입형 원심펌프의 구조를 보인 단면도,
도 4 는 본 발명에 따른 임펠러와 압력실의 구조를 상세하게 보인 단면도,

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양흡입형 원심펌프의 구조를 보인 단면도를, 도 4는 본 발명에 따른 임펠러와 압력실의 구조를 상세하게 보인 단면도를 도시하고 있다.

본 발명에 따른 양흡입형 원심펌프는 임펠러(110)의 외면(113a)과 펌프 케이스(120)의 사이에 형성되는 공간(S:도 1에 표시됨)을 이용하여 압력실(P)을 형성하고, 상기 압력실(P)에 토출 유체의 일부를 충전시켜 임펠러(110)의 안정적인 회전을 위한 환경 조성과, 임펠러(110)의 토출구 주변에 와류가 발생하는 것을 방지할 수 있도록 한 특징을 갖는다.

이러한 특징을 갖는 양흡입형 원심펌프는 임펠러(110)와 펌프 케이스(120) 및 회전축(130)으로 구성된다.

한편, 상기 회전축(130)은 미도시된 모터와 결합되어 모터의 구동에 의해 회전하면서 임펠러(110)를 회전시키는 구조를 가지며, 이러한 회전축(130)의 구조는 이미 널리 사용되고 있는 양흡입형 원심펌프와 동일하게 구성될 수 있다.

상기 임펠러(110)는 허브(111)와 날개(112) 및 외측벽(113)으로 구성된다.

한편, 상기 허브(111)는 회전축(130)과 결합되는 부분으로 원통형의 구조로 이루어지며, 이러한 허브(111)의 중앙부 둘레에는 중앙격벽(1111)이 구비된다. 이때 중앙격벽(1111)은 허브(111)를 중심으로 하여 허브(111)의 외면으로부터 방사형의 구조로 돌출 형성된다.

상기 날개(112)는 중앙격벽(1111) 및 허브(111)에 연결되어 함께 회전하면서 유체를 가압 유동시키는 것으로, 중앙격벽(1111)의 양측면에 다수개가 형성된 것으로 구성된다.

상기 외측벽(113)은 2개로 구성되며, 각각 외측벽(113)은 중앙격벽(1111)의 좌우에서 중앙격벽(1111)과 마주한 채로 이격된 위치에 배치되며, 다수개의 날개(112)와 연결되는 구조를 갖는다. 이러한 외측벽(113)은 원추형상과 링형상이 복합된 형상으로 다수개의 날개와 연결되어 유체가 유동하는 유로를 형성함과 더불어 임펠러(110)의 양측면부에 흡입구(114)를 구성하게 된다.

참고로, 설명의 편의를 위하여 허브(111)와 날개(112) 및 외측벽(113)을 구분하여 설명하였으나, 실제 양흡입형 임펠러는 하나의 흡입구(114)를 포함하도록 임펠러의 절반부를 별도로 제작한 뒤, 별도 제작된 두 절반부를 상호 결합시켜 하나의 완성된 양흡입형 임펠러가 제작되며, 본 발명의 임펠러 또한 종래와 같은 방법으로 제작될 수 있다.

다만, 본 발명에 따른 임펠러(110)는 흡입구(114)측 외면에 웨어링과 마주하는 단차부(116)가 형성될 뿐만 아니라 토출구(115)측의 외면에도 웨어링과 마주하는 단차부(117)가 형성된 점에 있어서 종래의 임펠러와 차이가 있다.

또한, 상기 외측벽(113)에는 임펠러(110)의 회전에 의해 가압되는 유체의 일부가 임펠러(110)와 펌프 케이스(120)의 사이에 형성된 압력실(P)로 유동되게 하는 하나 이상의 유동홀(118)이 더 형성되어 있다.

상기 펌프 케이스(120)는 주지된 바와 같이, 임펠러(110)를 내부에 수용하며, 펌프 케이스(120)의 내부로 유체가 유입되도록 하는 유입구(미도시됨)와, 임펠러(110)의 회전에 의해 가압된 유체가 토출되는 토출구(미도시됨)를 갖도록 구성된다.

한편, 펌프 케이스(120)의 내부에는 임펠러(110)의 양측면에 형성된 흡입구(114)가 펌프 케이스(120)의 내부로 노출되고, 더불어 임펠러(110)의 토출구(115)가 펌프 케이스(120)에 형성된 토출구에 대응하는 곳에 위치하도록 임펠러(110)를 수용하는 펌핑챔버(C)가 형성되며, 이 펌핑챔버(C)의 내면(120a)과 임펠러(110)의 외면(113a) 사이에 압력실(P)이 구성된다.

보다 구체적으로, 상기 압력실(P)은 임펠러(110)의 외측벽(113)의 외면(113a)과, 상기 외측벽(113)의 외면(113a)과 마주하도록 펌핑챔버(C)에 형성된 내면(120a)과, 상기 임펠러(110)의 흡입구(114)측에 위치하도록 펌프 케이스(120)에 설치되는 제1 웨어링(141)과, 상기 임펠러(110)의 토출구(115)측에 위치하도록 펌프 케이스(120)에 설치되는 제2 웨어링(142)으로 둘러싸인 단면구조를 가지며, 회전축(130)을 중심축으로 하는 환형 구조를 갖도록 구성된다.

한편, 상기 제2 웨어링(142)을 대신하여 펌프 케이스(120)의 해당 부분이 임펠러(110)의 토출구(115)측에 형성된 단차부(117)에 근접한 위치로 돌출된 구조를 갖도록 펌프 케이스(120)를 제작할 수도 있으나, 이미 설명된 바와 같이 주물 제작을 통해서는 요구되는 정밀도를 확보하기 어려우며, 펌프 케이스(120)와 임펠러(110)의 직접적인 접촉에 의해 펌프 케이스(120) 또는 임펠러(110)의 손상이 발생될 수 있으므로, 제2 웨어링(142)을 펌프 케이스(120)에 설치하여 압력실(P)을 구성하는 것이 바람직하다.

참고로, 제1 웨어링(141)과 제2 웨어링(142)은 볼트에 의하여 펌프 케이스(120)에 고정될 수 있다.

위와 같은 구조를 갖는 압력실(P)은 임펠러(110)의 좌우 양측에 각각 형성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 양흡입형 원심펌프가 갖는 작용효과는 다음과 같다.

본 발명에 따른 양흡입형 원심펌프 또한 종래의 일반적인 양흡입형 원심펌프와 마찬가지로 미도시된 모터의 구동에 의해 발생되는 회전력이 회전축(130)을 통해 임펠러(110)로 전달되어 임펠러(110)가 회전하고, 이러한 임펠러(110)의 회전에 의하여 임펠러(110)의 양측면부에 형성된 흡입구(114)로 유체가 동시에 유입되면서 유체의 펌핑이 이루어지게 된다.

상기와 같은 유체의 펌핑과정에서 임펠러(110)의 내부에 형성된 유로를 통해 유동하는 유체의 일부는 임펠러(110)의 외측벽(113)에 형성된 유동홀(118)을 통하여 압력실(P)의 내부로 유입되며, 이로 인하여 압력실(P)의 내부 압력은 임펠러(110)로부터 배출되는 토출 유체의 압력과 대등한 조건을 유지하게 된다.

한편, 상기 압력실(P)은 임펠러(110)의 양측면부에 균일하게 형성되고, 압력실(P)에 충전된 유체가 베어링의 기능을 수행하게 됨으로써, 임펠러(110)의 양측에 형성된 흡입구(114)를 통하여 유입되는 유체의 양이 상이한 불안정한 회전조건에서도 임펠러(110)의 안정적인 회전을 유도할 수 있게 되며, 이에 따라 임펠러(110)의 회전시 발생되는 진동이나 소음을 감소시킬 수 있게 된다.

또한, 임펠러(110)의 토출구(115)의 압력과 상기 압력실(P)의 압력이 대응한 상태를 유지함에 따라 토출구(115)를 빠져나가는 토출 유체의 일부가 외측벽(113)과 펌프 케이스(120)의 사이 공간으로 유입되는 것을 원천적으로 방지할 수 있으며, 이를 통해 와류의 형성을 억제하여 유체의 압력손실을 없이 유체를 효과적으로 펌핑할 수 있게 된다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
P: 압력실 110: 임펠러
111: 허브 1111: 중앙격벽
112: 날개 113: 외측벽
113a: 외면 114: 흡입구
115: 토출구 118: 유동홀
120: 펌프 케이스 120a: 내면
130: 회전축
141: 제1 웨어링 142: 제2 웨어링

Claims (3)

1. 유체의 흡입을 위한 흡입구(114)가 양측면부에 각각 형성되고, 상기 흡입구(114)를 통하여 유입되는 유체를 가압하기 위한 다수개의 날개(112)가 내부에 구비된 것으로 이루어진 임펠러(110); 및 상기 임펠러(110)를 내부에 수용하는 펌핑챔버(C)가 내부에 구비된 펌프 케이스(120); 상기 임펠러(110)와 결합되어 임펠러를 회전시키는 회전축(130);를 포함하는 양흡입형 원심펌프에 있어서,
   상기 임펠러(110)의 외면(113a)과 펌핑챔버(C)의 내면(120a) 사이에는 임펠러(110)의 원주를 따라 연장되는 환형의 구조를 가지며 임펠러(110)의 회전에 의해 가압되는 유체가 충전되는 압력실(P)이 형성되며,
   상기 임펠러(110)의 회전에 의해 가압되는 유체의 일부가 압력실(P)로 이동되게 하는 하나 이상의 유동홀(118)이 상기 외면(113a)을 형성하는 외측벽(113)에 형성된 것을 특징으로 하는 양흡입형 원심펌프.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 압력실(P)은, 상기 임펠러(110)의 외면(113a)과, 상기 외면(113a)과 마주하는 펌핑챔버(C)의 내면(120a)과, 상기 임펠러(110)의 흡입구(114)측에 위치하도록 펌프 케이스(120)에 설치되는 제1 웨어링(141)과, 상기 임펠러(110)의 토출구(115)측에 위치하도록 펌프 케이스(120)에 설치되는 제2 웨어링(142)에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 양흡입형 원심펌프.
3. 삭제

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