KR102132233B1 - 고비중 미세슬러리용 원심펌프의 오픈형 임펠러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고비중 미세슬러리용 원심펌프에 사용되는 오픈형 임펠러에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 철강공장 등의 가동 중에 발생하는 철가루 등과 같이 비중이 높은 고체 혼합물을 이송하는 슬러리전용 원심펌프에 있어서, 기존 슬러리펌프의 단점인 저효율문제, 유지보수의 효율성 문제, 재제조의 곤란성 문제 등을 해결하기 위하여 단일케이싱 내에 오픈형 임펠러를 채용하고, 임펠러 날개의 각도를 최적화함으로써, 효율을 높이고 유로의 막힘을 예방할 수 있으며, 재제조를 용이하게 할 수 있는 고비중 미세 슬러리용 펌프의 오픈형 임펠러에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 전면날개는 상기 디스크의 중심부 쪽 제1위치로부터 상기 디스크의 외주면와 접하는 제2위치까지 상기 디스크의 회전반대방향을 향하여 구부러지는 곡선형상으로 형성되되, 상기 곡선형상은 상기 제1위치에서 상기 제2위치로 갈수록 곡률반경이 점진적으로 증가하는 곡선형상인 것을 특징으로 한다.

Description

고비중 미세슬러리용 원심펌프의 오픈형 임펠러{Impeller for Centrifugal Slurry Pump}

본 발명은 고비중 미세슬러리용 원심펌프에 사용되는 오픈형 임펠러에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 철강공장 등의 가동 중에 발생하는 분진 즉 철가루 등과 같이 비중이 높은 고체 혼합물을 이송하는 슬러리전용 원심펌프에 있어서, 기존 슬러리펌프의 단점인 저효율문제, 유지보수의 효율성 문제, 재제조의 곤란성 문제 등을 해결하기 위하여 단일케이싱 내에 오픈형 임펠러를 채용하고, 임펠러 날개의 각도를 최적화함으로써, 효율을 높이고 유로의 막힘을 예방할 수 있으며, 재제조를 용이하게 할 수 있는 고비중 미세 슬러리용 펌프의 오픈형 임펠러에 관한 것이다.

철강공장의 제강공정에서 발생되는 분진은 집진기를 이용하여 모아져서 슬러리가 되며, 집진기에 모아지는 슬러리는 철가루 등이 퇴적되어 섞이는 것이기 때문에 비중이 높은 미세분말이 주성분인 고비중 미세슬러리이다. 이렇게 비중이 높은 고비중 미세슬러리를 운송하기 위해서는 대용량의 슬러리펌프가 요구된다. 통상적으로 이러한 상황에서 사용되는 슬러리펌프는 200kw급 이상의 대형 펌프여야 한다. 뿐만 아니라 제강공정의 특성상 계속하여 공장이 가동되어야하기 때문에 슬러리펌프 역시 계속하여 연속가동 되어야 하며, 이로 인하여 가동시간 및 가동률이 높아서 연속가동을 견딜 수 있는 내구성 높은 펌프가 사용되어야 한다. 또한 에너지를 다소비하는 중요한 환경설비이기 때문에 에너지효율 또한 충분히 고려되어야 한다.

한편 고체와 물의 혼합체인 슬러리 입자는 펌프내부의 마모를 상당히 빠른 속도로 일으키기 때문에 슬러리와 접촉되는 부분 즉 임펠러, 볼류트 등은 내마모성 재질이 사용되어야 한다. 따라서 슬러리펌프는 내마모성이 높은 재질로 제작되어야 할 뿐만 아니라 부품 등의 마모 시 용이하게 교체할 수 있는 구조로 제작되어야 한다. 슬러리펌프로서 일반적으로 널리 보급된 워먼형 슬러리 펌프의 경우 이러한 상황들을 고려하여 펌프케이싱의 구조를 이중 벽 구조로 하고 있다. 즉, 내부케이싱에는 내마모성이 높은 고경도 하이 크롬 주철 재질을 사용하며, 외부케이싱에는 펌프의 강성을 유지하는 재질 및 구조로 하고, 타이볼트 등을 이용하여 외부케이싱과 내부케이싱을 단단하게 체결하는 방법을 사용하고 있는데, 마모 등에 따라 볼류트 등을 교체하는 경우 내부케이싱만 교체하면 되는 장점이 있다.

그러나 일반적인 워먼형 슬러리펌프는 그 설계에 있어서는 임펠러의 날개폭을 크게하므로 펌프의 효율이 저하하게 될 뿐만 아니라 정형화된 모델을 광범위한 범위 내의 펌프사양(유량, 양정)에 따라 선정하기 때문에 펌프의 효율이 더욱 저하되는 단점이 있다. 또한 케이싱이 이중으로 되어 펌프의 외부케이싱과 내부케이싱(볼류트)을 체결하여 고정하기 때문에 공간을 많이 차지하고, 슬러리펌프 특성 상 볼류트 및 임펠러는 슬러리 유체와의 마모로 교체가 빈번히 발생하기 때문에 빈번한 부품교환이 필요한데, 이와 같은 이중구조로 인하여 유지보수를 위한 해체작업 시 많은시간이 소요되는 문제점도 있어 왔다. 뿐만 아니라, 임펠러가 밀폐형으로 되어 있기 때문에 고비중 미세슬러리를 펌핑하는 경우 임펠러 내에서 유로의 막힘을 일으키는 단점이 있어 왔다.

이에 더하여 펌프의 내구연한 도래 등으로 인하여 재제조를 해야 하는 경우 교체할 부품은 원품과 모든 치수가 동일한 것으로 교체되어야 하는 하는데, 내부케이싱의 경우 외부케이싱 및 임펠러에 맞추어 제작되어야하기 때문에 동일한 규격으로 제작하여 교체하는데 어려움이 있어왔다.

상술한 문제점들을 해결하기 위하여 창안된 본 발명에 의한 고비중 미세슬러리용 원심펌프의 오픈형 임펠러는 재제조가 용이할 수 있도록 단일케이싱으로 하고, 유로의 막힘을 방지하기 위하여 오픈형 임펠러(일명, 개방형 임펠러)를 채용한 원심펌프의 임펠러에서, 높은 비중의 미세 슬러리를 높은 양정으로 펌핑하면서도 효율이 높게 나올 수 있도록 날개각도 또는 날개반경의 변화비율을 최적화한 임펠러를 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 고비중 미세슬러리용 원심펌프의 오픈형 임펠러는 회전축과 함께 회전 가능하도록 상기 회전축에 고정 설치되는 디스크, 흡입구를 통하여 축방향으로 유입되는 슬러리를 흡입하여 상기 디스크의 반경방향으로 배출시키기 위하여 상기 디스크의 전면에 방사상으로 형성되는 복수의 전면날개 및 상기 슬러리의 유입에 의하여 상기 축방향으로 발생되는 추력을 저감시키기 위하여 상기 디스크의 후면에 방사상으로 형성되는 복수의 후면날개를 포함하는 임펠러로서, 상기 전면날개는 상기 디스크의 중심부 쪽 제1위치로부터 상기 디스크의 외주면와 접하는 제2위치까지 상기 디스크의 회전반대방향을 향하여 구부러지는 곡선형상으로 형성되되, 상기 곡선형상은 상기 제1위치에서 상기 제2위치로 갈수록 곡률반경이 점진적으로 증가하는 곡선형상인 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.

또한 상술한 특징에 더하여 상기 곡선형상은, 상기 제2위치에서의 전면날개 곡률반경이 상기 제1위치에서의 전면날개 곡률반경에 비하여 2.5배 내지 3배인 곡선형상인 것을 특징으로 하는 고비중 미세슬러리용 원심펌프의 오픈형 임펠러로 하는 것도 바람직하며, 이에 더하여 상기 디스크의 중심에서 상기 외주면으로 향하는 반경선 중 상기 제1위치를 지나는 반경선과 상기 제2위치와 만나는 반경선이 이루는 전개각(θ)은 133 도 내지 137도이며, 상기 외주면에 대한 접선 중 상기 제2위치를 지나는 접선이 상기 전면날개와 이루는 출구각(Φ)은 28도 내지 33도인 것을 특징으로 하는 고비중 미세슬러리용 원심펌프의 오픈형 임펠러로 하는 것도 바람직하다.

뿐만 아니라, 상기 후면날개는, 상기 디스크의 중심부 쪽 제3위치에서 상기 외주면과 접하는 제4위치까지 폭이 점점 넓어지게 형성되며, 상기 제4위치 쪽에는 상기 회전반대방향을 향하여 돌출부가 형성되어 ㄱ자 형상이 되도록 하며, 상기 후면날개 갯수는 상기 전면날개 갯수의 두 배인 것을 특징을 더 포함하는 고비중 미세슬러리용 원심펌프의 오픈형 임펠러로 하는 것도 가능하며, 이러한 특징들에 더하여 상기 후면날개는 상기 제3위치로부터 상기 제4위치까지 상기 회전반대방향을 향하여 구부러지는 곡선형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고비중 미세슬러리용 원심펌프의 오픈형 임펠러로 하는 것도 가능하다.

이상에 살펴본 바와 같이 본 발명에 의한 고비중 미세슬러리용 원심펌프의 오픈형 임펠러는 임펠러를 오픈형으로 하였기 때문에 고비중 미세슬러리를 펌핑하는 경우 임펠러내에서 유로의 막힘을 방지할 수 있는 효과가 있다. 뿐만 아니라, 임펠러의 곡률반경을 반경방향으로 갈 수록 점진적으로 증가시킬 뿐만 아니라, 그 증가비율 또는 전개각 및 출구각을 정함에 있어 고비중 미세슬러리 펌핑효율을 극대할 수 있도록 최적화한 범위로 특정하였기 때문에, 철강공장 등에서 발생하는 비중이 높고 미세한 입자로 이루어 진 고비증 미세슬러리의 펌핑 시 효율을 극대화 할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 고비중 미세슬러리용 원심펌프의 오픈형 임펠러가 적용되는 펌프에 대하여 측단면도을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 의한 고비중 미세슬러리용 원심펌프의 오픈형 임펠러가 적용되는 펌프에 대하여 흡입구쪽에서 본 정면도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 의한 고비중 미세슬러리용 원심펌프의 오픈형 임펠러에 대하여 앞쪽에서 바라다 본 사시도이다.
도 4는 본 발명에 의한 고비중 미세슬러리용 원심펌프의 오픈형 임펠러에 대하여 뒤쪽에서 바라다 본 사시도이다.
도 5는 본 발명에 의한 고비중 미세슬러리용 원심펌프의 오픈형 임펠러에 대한 정면도이다.
도 6은 본 발명에 의한 고비중 미세슬러리용 원심펌프의 오픈형 임펠러에 대한 배면도이다.
도 7은 본 발명에 의한 고비중 미세슬러리용 원심펌프의 오픈형 임펠러에 대한 절개도이다.
도 8은 본 발명에 의한 고비중 미세슬러리용 원심펌프의 오픈형 임펠러 중 전면날개의 곡률반경의 변화 및 전개각과 출구각을 도시한 것이다.
도 9는 본 발명에 의한 고비중 미세슬러리용 원심펌프의 오픈형 임펠러 중 후면날개의 상세부위를 도시한 것이다.

상술한 목적과 특징이 분명해지도록 이하에서 본 발명을 상세하게 설명할 것이며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련한 공지기술 중 이미 그 기술 분야에 익히 알려져 있는 것으로서, 그 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우는 해당되는 발명의 설명부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀두고자 한다. 실시 예들에 대한 설명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시 예들을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

실시 예들은 여러 가지 형태로 변경을 가할 수 있고 다양한 부가적 실시 예들을 가질 수 있는데, 여기에서는 특정한 실시 예들이 도면에 표시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있다. 그러나 이는 실시 예들을 특정한 형태에 한정하려는 것이 아니며, 실시 예들의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경이나 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

다양한 실시 예들에 대한 설명 가운데 “제1”, “제2”, “첫째” 또는“둘째”등의 표현들이 실시 예들의 다양한 구성요소들을 수식할 수 있지만, 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들어, 상기 표현들은 해당 구성요소들의 순서 및/또는 중요도 등을 한정하지 않는다. 상기 표현들은 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분 짓기 위해 사용될 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다. 도 1 및 도 2는 본 발명에 의한 고비중 미세슬러리용 원심펌프의 오픈형 임펠러가 적용되는 펌프를 도시한 것으로서, 도 1은 측단면도을 도시한 것이며, 도 2는 흡입구 쪽에서 본 정면도를 도시한 것이다. 도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이 본 발명이 적용되는 펌프는 원심펌프로서 구동수단(미도시, 도 1에서 오른쪽)에 연결되는 회전축(100)을 포함하며, 상기 회전축(100)은 상기 구동수단으로부터 회전력을 전달받아 회전 가능하도록 베어링장치(110)에 의하여 고정되도록 하고, 상기 구동수단이 위치한 곳의 반대쪽 단부에는 임펠러(200)가 연결되도록 하는 것이 바람직한데, 상기 임펠러(200)는 흡입구(300)를 통하여 축 방향으로 슬러리를 흡입하며, 반경방향으로 원심력을 발생시켜 흡입된 슬러리를 볼류트(400)쪽으로 밀어내며, 상기 볼류트(400)로 밀려나온 슬러리는 상기 임펠러(200)에 의하여 발생된 압력에 의하여 배출구(500)로 배출되도록 하는 것이 바람직하다.

여기서 상기 임펠러(200)는 디스크(210), 복수의 전면날개(220) 및 복수의 후면날개(230)를 포함하도록 하는 것이 바람직한데, 상기 디스크(210)는 상기 회전축(100)과 함께 회전 가능하도록 상기 회전축(100)에 고정 설치되도록 하는 것이 바람직하며, 상기 전면날개(220)는 상기 흡입구(300)를 통하여 축방향으로 유입되는 슬러리를 흡입하여 상기 디스크(210)의 반경방향으로 배출시키기 위하여 상기 디스크(100)의 전면에 방사상으로 형성되도록 하고, 상기 후면날개(230)은 상기 슬러리의 유입에 의하여 상기 축 방향으로 발생되는 추력을 저감시키기 위하여 상기 디스크(100)의 후면에 방사상으로 형성되도록 하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 임펠러(200)에 연결된 상기 회전축(100)이 상기 구동수단쪽으로 통과하는 케이싱(700) 쪽에는 상기 케이싱(700)과 상기 회전축(100) 사이를 밀봉시키는 메커니컬씰(600)이 포함되도록 하는 것이 바람직한데, 상기 메카니칼씰(600)은 별도의 하우징 없이 스터핑박스(800) 내에 수납될 수 있도록 카트리지 방식으로 하는 것이 바람직하다. 본 발명에 의한 고비중 미세슬러리용 원심펌프의 오픈형 임펠러가 적용되는 펌프에서는 슬러리펌프임에도 케이싱의 구조를 단일케이싱으로 하였기 때문에 상기 메카니칼씰(600)을 별도의 하우징 없이 스터핑박스(800) 내에 수납될 수 있는 카트리지 방식으로 하는 것이 가능해 진다.

한편 도 3 내지 도 7은 본 발명에 의한 고비중 미세슬러리용 원심펌프의 오픈형 임펠러(200)를 상세하게 도시한 도면으로서, 도 3은 앞쪽에서 바라다 본 사시도이며, 도 4는 뒤쪽에서 바라다 본 사시도이며, 도 5는 정면도이며, 도 6은 배면도이며, 도 7은 중앙부를 수직절개한 절개도이다. 이하에서는 도 3 내지 도 7을 참조하여 설명한다. 도 3 내지 도 7에서 보는 바와 같이 상기 임펠러(200)의 디스크(210)는 전면의 중앙에 상기 흡입구(300)쪽을 향하여 원추모양으로 솟아나온 원추형 돌기(211)를 포함하도록 하고 그 단면은 상기 원추형 돌기(211)에서부터 반경방향으로 갈수록 상기 구동수단 방향으로 기울어지는 경사를 가지도록 하는 것이 바람직하다.

또한 디스크(210)는 후면의 중앙에 상기 회전축(100)과 나사결합으로 결합될 수 있도록 내경에 암나사부가 형성되어 있는 결합부(212)를 포함하도록 하고, 상기 결합부(212)에서 부터 반경방향으로 갈수록 상기 구동수단 방향으로 기울어지는 경사를 가지도록 하되 상기 디스크(210)의 전면에 형성되는 경사보다는 완만하게 형성되도록 하여 도 7의 절개도에서 보는 바와 같이 상기 디스크(210)의 두께가 중심에서 반경방향으로 갈수록 점진적으로 얇아지도록 하는 것이 바람직하다.

그리고 상술한 바와 같이 상기 디스크(210)의 전면에는, 원심력에 의하여 반경방향 압력을 발생시켜 상기 흡입구(300)로 부터 고비중 미세슬러리를 흡입하여 상기 볼류트(400)로 밀어낼 수 있도록 복수의 전면날개(220)를 포함하도록 하는 것이 바람직한데, 이를 위하여 상기 전면날개(220)는 상기 원추형 돌기(211)로부터 일정반경 떨어진 위치로부터 상기 디스크(210)의 외주면까지 방사상으로, 상기 디스크(210)의 표면상에 상기 디스크(210)와 일체가 되어 돌출형성되도록 하되, 상기 디스크(210)의 회전반대방향 즉 상기 디스크(210)의 회전방향(T)과 반대쪽 방향을 향하여 구부러지는 곡선형상으로 하도록 하는 것이 바람직하다. 이 곡선형상은, 상기 원추형 돌기(211) 쪽에서의 곡률반경을 상기 디스크(100)의 외주면 쪽에서의 곡률반경보다 작게 함으로써, 상기 원추형 돌기(211) 쪽에서 상기 디스크(100)의 외주면 쪽으로 갈수록 곡률반경이 점진적으로 증가하는 곡선형상으로 하는 것이 바람직하다. 이에 관한 구체적인 곡률반경의 변화에 대하여는 다른 도면을 이용하여 후술하기로 한다.

한편, 상기 전면날개(220)가 발생시키는 반경방향 원심력에 의하여 상기 흡입구(300)에는 흡입압이 형성되며, 상기 흡입압에 의하여 상기 흡입구(300)를 통하여 슬러리가 흡입되며, 이로 인하여 상기 임펠러(200)에는 축방향으로 발생되는 압력 즉 추력이 발생되게 된다. 이러한 추력은 상기 임펠러(200)를 뒤로 밀게 된다. 따라서 상기 디스크(210)의 후면에는, 슬러리의 흡입압력에 의하여 발생되는 축방향 압력인 추력을 저감시킴으로써 상기 디스크(210)가 케이싱(700) 벽면에 닿는 것을 방지하도록 복수의 후면날개(230)를 형성하는 것이 바람직한데, 상기 후면날개(230)는, 상기 디스크(210)의 중심부에 위치한 상기 결합부(212)로 부터 일정반경 떨어진 위치로 부터 상기 디스크(210)의 외주면과 접하는 위치까지 폭이 점점 넓어지게 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 또한 상기 외주면 쪽에는 상기 디스크(210)의 회전반대방향 즉 상기 디스크(210)의 회전방향(T)과 반대쪽 방향을 향하여 돌출부가 형성되도록하여 그 형상이 ㄱ자 형상이 되도록 하며, 상기 디스크(210)의 회전방향(T)과 반대방향으로 구부러지는 곡선형상으로 하는 것이 바람직한데, 상기 후면날개(230) 갯수는 상기 전면날개(220) 갯수의 두 배로 하는 것이 더욱 바람직하다.

한편 도 8은 본 발명에 의한 고비중 미세슬러리용 원심펌프의 오픈형 임펠러 중 전면날개의 곡률반경의 변화 및 전개각과 출구각을 도시한 것이다. 이하에서는 도 8을 참조하여 상기 전면날개(220)의 상세구조에 대하여 설명하기로 한다. 상술한 바와 같이 상기 전면날개(220)는 상기 원추형 돌기(211) 쪽인 제1위치(221)에서 상기 디스크(100)의 외주면 쪽인 제2위치(222)로 가면서 곡률반경(R)이 변화하도록 하는 것이 바람직한데, 이 때 상기 제1위치(221) 쪽에서의 곡률반경(R1)을 상기 제2위치(222) 쪽에서의 곡률반경(R4)보다 작게 함으로써, 상기 원추형 돌기(211) 쪽인 상기 제1위치(221)에서 상기 외주면 쪽인 상기 제2위치(222)로 갈수록 상기 전면날개(220)의 곡률반경(R)이 점진적으로 증가하는 곡선형상으로 하는 것이 바람직하다.

즉, 도 8에서 보는 바와 같이 상기 전면날개(220)는 상기 디스크(210)의 중심부 쪽에 위치한, 상기 원추형 돌기(211)로부터 일정반경 떨어진 위치인 제1위치(221)로부터 상기 디스크(210)의 외주면와 접하는 위치인 제2위치(222)까지 상기 디스크(210)의 회전방향(T)과 반대방향을 향하여 구부러지는 곡선형상으로 형성되도록 하는 것이 바람직한데, 도 8에 도시된 각각의 곡률반경(R)은 R1 < R2 < R3 < R4 의 순서로 점진적으로 증가하게 하는 것이 바람직하다.

이에 더하여 상기 곡선형상은, 상기 제2위치(222)에서의 전면날개(220)의 곡률반경(R4)이 상기 제1위치(221)에서의 전면날개 곡률반경(R1)에 비하여 2.5배 내지 3배인 곡선형상으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 이러한 곡률반경의 변화범위 한계는, 본 발명에 의한 고비중 미세슬러리용 원심펌프의 오픈형 임펠러가 비중이 높고 미세한 슬러리를 오픈형 임펠러로 높은 양정으로 펌핑하기 위한 것이기 때문이며, 이에 따라 날개의 곡선형상이 일반적인 슬러리펌프에 비하여 급격한 변화를 주도록 하는 것이 바람직한데, 상기 R1과 상기 R4의 곡률반경 비율범위는 본 발명의 창안과정에서 반복적인 시뮬레이션과 실험을 통하여 도출한 비율범위로서, 상기 곡률반경의 변화범위가 2.5배 이하로 되면 압력은 올라가나 효율은 급격히 저하하게 되며, 3배 이상으로 되면 효율을 올라가나 압력저하로 고양정 펌핑이 어렵게 된다. 이렇게 상기 곡률반경의 변화범위를 2.5배 내지 3배로 유지하는 경우, 통상적인 슬러리펌프의 효율을 45% 내지 55% 수준이지만, 본 발명에서는 60% 내지 70%수준까지 증가시킬 수 있게 된다.

또한 본 발명에 의한 고비중 미세슬러리용 원심펌프의 오픈형 임펠러에서는 높은 비중의 미세 슬러리를 높은 양정으로 펌핑하면서도 효율을 높이기 위하여 상기 임펠러(200)의 상기 전면날개(220) 중 상기 제1위치(221) 쪽에서의 전개각(θ) 및 상기 제2위치(222) 쪽에서의 출구각(Φ)을 일정범위 이내로 유지하도록 하는 것도 바람직하다. 따라서 상기 전면날개(220)는 상기 디스크(210)의 중심에서 상기 외주면으로 향하는 반경선 중 상기 제1위치(221)를 지나는 반경선(A)과 상기 제2위치(222)와 만나는 반경선(B)이 이루는 전개각(θ)은 133° 내지 137°로 하는 것이 바람직한데, 더욱 바람직하게는 135°로 하는 것이 좋다. 그리고 상기 외주면에 대한 접선 중 상기 제2위치(222)를 지나는 접선(C)이 상기 전면날개(220)와 이루는 출구각(Φ)은 28° 내지 33°로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 30°를 유지하도록 하는 것도 가능하다. 상기 전개각이 높을 수록 효율이 높아지나 출구각이 낮아지기 때문에 압력이 낮아지므로 본 발명에 의한 고비중 미세슬러리용 원심펌프의 오픈형 임펠러에서는 상기 전개각(θ) 및 상기 출구각(Φ)은 상술한 범위 내를 유지하도록 하는 것이 바람직하다.

일반적인 슬러리펌프에서는 상기 전개각이 95° 내외가 되며, 상기 출구각은 22.5° 내외로 하나, 본 발명에 의한 고비중 미세슬러리용 원심펌프의 오픈형 임펠러는 비중이 높고 미세한 슬러리를 오픈형 임펠러로 높은 양정으로 펌핑하기 위하여, 반복적인 설계, 시뮬레이션 및 실험을 통하여 최적의 전개각 및 출구각 범위를 도출해 낸 것인데, 상기 전개각(θ)이 137°보다 높은 경우 효율을 더 높아지지만 상기 출구각(Φ)이 낮아지게 되어 압력이 낮아지게 되는 결과를 초래하며, 상기 전개각(θ)이 133° 미만으로 낮아지면 효율이 낮아지게 된다. 또한 상기 출구각(Φ)이 28°보다 낮아지게 되면 효율을 다소 올라가지만 압력이 저하되어 고양정에 사용하기 어려워지며, 상기 출구각(Φ)이 23°보다 높아지게 되?? 효율이 저하하게 된다. 이렇게 상기 전개각(θ) 및 상기 출구각(Φ)의 범위를 상술한 한도 내에서 유지하는 경우, 통상적인 고비중 미세슬러리용 원심펌프의 효율을 45%~55% 수준이지만, 본 발명에서는 60% 내지 70%수준까지 증가시킬 수 있게 된다.

한편 도 9는 본 발명에 의한 고비중 미세슬러리용 원심펌프의 오픈형 임펠러 중 후면날개의 상세부위를 도시한 것이다. 이하에서는 도 9를 참조하여 상기 후면날개(230)의 상세구조에 대하여 설명하기로 한다. 상술한 바와 같이 상기 후면날개(230)는 상기 디스크(210)의 중심부에 위치한 상기 결합부(212)로 부터 일정반경 떨어진 위치인 제3위치(231)로부터 상기 디스크(210)의 외주면과 접하는 위치(232)인 제4위치(232)까지 그 폭이 점점 넓어지게 형성되도록 하며, 제3위치(231)로부터 제4위치(232)로 갈수록 상기 디스크(210)의 회전반대방향 즉 상기 디스크(210)의 회전방향(T)과 반대방향으로 구부러지는 곡선형상으로 하는 것이 바람직하다. 그리고 상기 제4위치(232) 쪽에서는 상기 디스크(210)의 회전방향(T)과 반대쪽 방향을 향하여상기 디스크(210)의 외주면을 따라 돌출부(233)가 형성되도록하여 상기 후면날개(230)의 평면형상이 ㄱ자 형상이 되도록 하는 것이 바람직하다.

이렇게 상기 후면날개(230)를 상기 디스크(210)의 회전반대방향을 향하여 곡선이 형성되도록 하고 상기 디스크(210)의 외주면으로 갈 수록 폭이 넓어지게 하며, 끝부분의 형상을 ㄱ자 형상으로 하는 경우 상기 후면날개(230)는 상기 전면날개(220)에 의하여 발생되는 흡입구에서 구동수단 방향으로의 추력과 반대방향의 추력을 발생시켜 상기 임펠러(200)의 발란스 추력을 유지토록 한다.

상술한 여러 가지 예로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 예들에 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 예들에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 회전축
200 임펠러
210 디스크 221 원추형돌기
222 결합부 220 전면날개
230 후면날개
300 흡입구
400 볼류트
500 배출구
600 메커니컬씰
700 케이싱
800 스터핑박스

Claims (3)

1. 회전축과 함께 회전가능하도록 상기 회전축에 고정설치되는 디스크, 흡입구를 통하여 축방향으로 유입되는 슬러리를 흡입하여 상기 디스크의 반경방향으로 배출시키기 위하여 상기 디스크의 전면에 방사상으로 형성되는 복수의 전면날개 및 상기 슬러리의 유입에 의하여 상기 축방향으로 발생되는 추력을 저감시키기 위하여 상기 디스크의 후면에 방사상으로 형성되는 복수의 후면날개를 포함하는 임펠러로서,
   상기 전면날개는 상기 디스크의 중심부 쪽 제1위치로부터 상기 디스크의 외주면와 접하는 제2위치까지 상기 디스크의 회전반대방향을 향하여 구부러지는 곡선형상으로 형성되되,
   상기 곡선형상은 상기 제1위치에서 상기 제2위치로 갈수록 곡률반경이 점진적으로 증가하되, 상기 제2위치에서의 전면날개 곡률반경이 상기 제1위치에서의 전면날개 곡률반경에 비하여 2.5배 내지 3배인 곡선형상이며,
   상기 디스크의 중심에서 상기 외주면으로 향하는 반경선 중 상기 제1위치를 지나는 반경선과 상기 제2위치와 만나는 반경선이 이루는 전개각(θ)은 133 도 내지 137도이며,
   상기 외주면에 대한 접선 중 상기 제2위치를 지나는 접선이 상기 전면날개와 이루는 출구각(Φ)은 28도 내지 33도이며,
   상기 후면날개는, 상기 디스크의 중심부 쪽 제3위치로부터 상기 디스크의 외주면과 접하는 제4위치까지 그 폭이 점점 넓어지게 형성되고, 상기 제3위치로부터 상기 제4위치로 갈수록 상기 디스크의 회전방향반대방향으로 구부러지는 곡선형상이며,
   상기 후면날개 중 상기 제4위치에는 상기 디스크의 회전반대방향을 향하여 상기 디스크의 외주면을 따라 돌출부가 형성되어 상기 후면날개의 평면형상이 ㄱ자 형상이며,
   상기 후면날개 갯수는 상기 전면날개 갯수의 두 배인 것을 특징으로 하는 고비중 미세슬러리용 원심펌프의 오픈형 임펠러
   
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