KR20030059421A - 펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지하수의 배수, 농업용수의 관개 등에 사용되는 펌프에 관한 것이다. 본 발명의 펌프는 양수되는 물 속의 이물질을 여과하는 필터수단과, 필터수단의 하류에 배치되어 있으며 다단식 임펠러수단이 배치되어 있는 중앙의 양수실과 이 양수실의 주위를 둘러싸는 토출실의 상부가 서로 연통되어 있는 케이싱과, 케이싱의 양수실과 연통되도록 구성되어 있는 프라이밍탱크와, 필터수단과 프라이밍탱크를 연통시켜 양수실의 유량을 제어하는 수위제어수단과, 임펠러수단을 회전시키는 모터로 이루어진다. 본 발명에 의하면, 양수되는 물 속의 이물질이 케이싱의 양수실에 유입되기 전에 여과하여 고장과 수명 단축을 효과적으로 방지할 수 있으며, 수위제어수단에 의하여 양수실의 유량을 제어하여 캐비테이션을 효과적으로 방지시킴으로써 효율 및 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 간단한 구조에 의하여 크기를 소형화시키고 저렴한 가격으로 제작할 있으며, 다단식 임펠러 구조에 의하여 양정을 크게 증대시킴과 동시에 수송거리를 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

펌프{PUMP}

본 발명은 지하수의 배수, 농업용수의 관개 등에 사용되는 펌프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이물질의 여과와 간단한 구조에 의하여 효율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 펌프에 관한 것이다.

주지하고 있는 바와 같이, 펌프는 압력작용에 의하여 액체나 기체 등의 유체를 수송하는 장치로서 왕복펌프, 로터리펌프, 원심펌프, 축류펌프 등 다양한 구조로 개발되어 있다. 펌프의 성능은 양정(揚程)과 유량으로 표시되고 있으며, 양정, 유량 및 취급하는 액체의 종류에 따라 많은 형식이 있다. 지하수의 배수, 농업용수의 관개 등에는 원심펌프가 주로 사용되고 있으며, 배수용 및 관개용으로 사용되는 펌프는 양수기라 부르고도 있다.

일반적인 펌프의 일례로 원심펌프의 구성을 살펴보면, 원심펌프는 물의 유입입과 토출을 위한 입구와 출구가 유로에 의하여 서로 연통되어 있는 케이싱 (Cashing)과, 케이싱의 유로에 모터의 구동에 의하여 회전되도록 배치되어 있는 하나 이상의 임펠러(Impeller)를 구비한다. 그리고 케이싱의 하류에는 양수되는 물을 저장하는 메인탱크(Main tank)가 구성되어 있다. 모터의 구동에 의하여 임펠러가 회전되며, 회전되는 임펠러는 원심력에 의하여 케이싱의 입구를 통하여 물이 양수된다. 양수되는 물은 임펠러의 중앙을 통과하면서 압력이 증가되어 케이싱의 유로와 출구를 통하여 토출된다.

그런데 종래기술의 펌프에 있어서는, 양수되는 물 속에 포함되어 있는 사석(沙石) 등의 이물질이 케이싱의 유로에 그대로 유입되면서 유로의 벽멱에 고착되어 유로를 폐색시켜 펌프의 양정을 크게 저하시키고, 모터의 열화를 유발시키는 문제가 있다. 특히, 사석은 임펠러 등의 구성요소를 마모시켜 수명을 단축시키고, 고장을 유발시키는 치명적인 문제를 수반한다.

한편, 펌프의 유로에서는 압력이 낮아지면서 증발하는 공기에 의하여 기포가 발생되고, 이 기포가 압력이 높아지는 위치에서 파괴되는 캐비테이션(Cavitation)을 발생시키게 된다. 캐비테이션은 소음, 진동 및 부식의 원인이 되고 임펠러의 효율을 저하시키므로, 캐비테이션의 발생을 방지하기 위하여 펌프의 구조를 개선하여 유로의 차압을 저감시키거나 서브탱크(Sub-tank)를 설치하여 수위를 조절시키고 있다. 그러나 유로의 차압을 저감시키기 위해서는 유로의 직경을 설계치보다 크게 구성하여야 하므로, 펌프의 구조가 복잡해지고 크기가 커지며, 제작비가 상승되는 문제를 수반한다. 특히, 서브탱크는 펌프의 유로에 일정한 수위의 유량을 유지시킬 수 있도록 유로보다 높은 위치에 설치하여야 하기 때문에 펌프의 크기가 필요 이상으로 과대해져 설치가 번거롭고 불편한 문제가 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 여러 가지 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 양수되는 물 속의 이물질을 여과하여 고장과 수명 단축을 효과적으로 방지할 수 있는 펌프를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 간단한 구조에 의하여 캐비테이션을 효과적으로 방지하여 효율 및 신뢰성을 크게 향상시키고 크기를 소형화시킬 수 있는 펌프를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 다단식 임펠러 구조에 의하여 양정을 크게 증대시키고, 수송거리를 효과적으로 증대시킬 수 있는 펌프를 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 양수되는 물 속의 이물질을 여과하는 필터수단과; 필터수단의 하류에 배치되어 있으며, 다단식 임펠러수단이 배치되어 있는 중앙의 양수실과, 이 양수실의 주위를 둘러싸는 토출실의 상부가 서로 연통되어 있는 케이싱과; 케이싱의 양수실과 연통되도록 구성되어 있는 프라이밍탱크와; 필터수단과 프라이밍탱크를 연통시켜 양수실의 유량을 제어하는 수위제어수단과; 임펠러수단을 회전시키는 모터로 이루어지는 펌프에 있다.

도 1은 본 발명에 따른 펌프의 외관을 나타낸 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 펌프의 구성을 나타낸 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 펌프의 구성을 나타낸 평면도,

도 4는 본 발명에 따른 펌프의 작동을 설명하기 위하여 부분적으로 확대하여 나타낸 단면도이다.

♣도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣

10: 메인탱크20: 필터유닛

21: 하우징23: 인너실린더

25: 필터엘리먼트30: 케이싱

31: 양수실34: 토출실

40: 서브탱크41: 수위조정실

50: 수위제어수단52: 수직관

60: 임펠러장치61: 구동축

62: 제1 임펠러63: 제2 임펠러

64: 제3 임펠러70: 제1 인너케이싱

71: 제2 인너케이싱80: 모터

이하, 본 발명에 따른 펌프에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.

먼저, 도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 펌프는 양수되는 물을 저장할 수 있는 메인탱크(10)를 구비한다. 메인탱크(10)의 유입구(11)는 메인탱크(10)의 바닥과 근접하는 외면에 연결되어 있으며, 토출구(12)는 메인탱크(10)의 상면을 관통하여 수직하게 연결되어 있다. 토출구(12)의 하단은 메인탱크(10)로부터 물의 양수가 원활하도록 유입구(11)와 동일한 수평면에 배치되어 있다. 토출구(12)의 일측에는 물의 역류를 방지하는 첵밸브(Check valve: 13)가 장착되어 있고, 메인탱크(10)의 상면에는 메인탱크(10)의 압력을 진공에 의하여 계측하는 압력센서(14)가 장착되어있다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 메인탱크(10)의 토출구(12)에는 물 속의 이물질을 여과하는 필터유닛(20)이 연결되어 있다. 필터유닛(20)의 하우징(Housing: 21)은 메인탱크(10)의 상면에 부착되는 하부몸체(21a)와, 하부몸체(21a)의 상부에 분리할 수 있도록 조립되어 있는 상부몸체(21b)로 구성되어 있다. 그리고 하부몸체(21a)의 외면에는 메인탱크(10)의 토출구(12)가 연결되어 있다. 하부몸체 (21a)의 중앙에 상부가 개방되어 있는 유로(22)를 형성하는 인너실린더(Inner cylinder: 23)가 일체형으로 구성되어 있고, 인너실린더(23)의 유로(22)에는 토출구(24)가 연결되어 있다. 인너실린더(23)의 상부에는 하우징(21)으로 유입되는 물 속의 이물질을 여과하여 인너실린더(23)의 유로(22)로 유입시키는 원통형 필터엘리먼트(Filter element: 25)가 장착되어 있다. 인너실린더(23)의 하부에는 유로(22)와 필터엘리먼트(25)로부터 이물질을 제거할 수 있도록 드레인콕(Drain cock: 26)이 장착되어 있다. 하우징(21)의 하부몸체(21a)로부터 상부몸체(21b)를 분리하면 필터엘리면트(25)의 교환이 가능하다.

도 1 내지 도 4를 모두 참조하면, 본 발명의 펌프는 필터유닛(20)의 하류에 배치되도록 메인탱크(10)의 상부에 설치되어 외관을 구성하는 케이싱(30)의 구비하며, 케이싱(30)은 상하로 분리할 수 있는 케이싱몸체(30a)와 캡(30b)으로 구성되어 있다. 케이싱(30)의 중앙에 양수실(31)이 형성되어 있고, 양수실(31)의 하부에는 입구(32)가 형성되어 있다.

도 2와 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 양수실(31)의 주위에는 양수실(31)을 둘러싸는 원통형 격벽(33)에 의하여 토출실(34)이 형성되어 있다. 양수실(31)과 토출실(34)의 상부는 유로(35)에 의하여 서로 연통되어 있으며, 토출실(34)의 하부에는 유로(35)와의 높이차에 의하여 물의 토출력을 증대시킬 수 있도록 케이싱(30)을 관통하여 토출구(36)가 연결되어 있다.

또한, 케이싱(30)의 외면 일측에는 양수실(31)의 유량을 제어할 수 있는 프라이밍탱크(Priming tank: 40)가 구성되어 있으며, 프라이밍탱크(40)는 케이싱(30)의 외면으로부터 연장되어 있는 사각형상의 플랜지(40a)에 조립되는 커버(40b)로 구성되어 있다. 케이싱(30)의 양수실(31)과 프라이밍탱크(40)의 수위조정실(41)은 하부의 유로(42)에 의하여 서로 연통되어 있다. 프라이밍탱크(40)의 상면에는 수위조정실(41)로 물을 공급할 수 있도록 열고 닫을 수 있는 프라이밍콕(Priming cock: 43)이 장착되어 있다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 프라이밍탱크(40)의 수위조정실(41)에는 필터유닛(20)으로부터 공급되는 물에 의하여 수위조정실(41)의 수위를 조절할 수 있도록 수위제어수단(50)이 구성되어 있다. 수위제어수단(50)은 필터유닛(20)의 토출구 (24)와 연결관(51)에 의하여 연결되어 있으며 프라이밍탱크(40)의 수위조정실(41)에 수직상방으로 연장되어 있는 수직관(52)을 갖는다. 수직관(52)의 끝단(52a)은 프라이밍탱크(40)의 상면에 근접하도록 배치되어 있으며, 수직관(52)에는 필터유닛 (20)으로의 역류를 방지시킬 수 있도록 첵밸브(53)가 장착되어 있다. 수직관(52)의 끝단(52a)이 수위조정실(41)의 상부에 위치되는 것에 의하여 수위조정실(41)에 양수되는 물은 고수위를 유지한다.

도 2와 도 4를 다시 참조하면, 케이싱(30)의 양수실(31)에는 물의 양수를 위하여 원심력을 발생시키는 다단식 임펠러장치(60)가 설치되어 있다. 임펠러장치 (60)는 양수실(31)의 중앙에 수직하게 장착되어 있는 구동축(61)과, 이 구동축(61)의 하부로부터 상방을 향하여 순차적으로 장착되어 있는 제1 내지 제3 임펠러 (62∼64)로 구성되어 있다. 동일한 구조의 제1 임펠러(62)와 제2 임펠러(63)는 원심력에 의하여 중앙의 입구(62a, 63a)로 유입되는 물을 반경방향의 출구(62b, 63b)로 토출시켜 양수한다. 제3 임펠러(64)는 원심력에 의하여 반경방향의 입구(64a)로부터 유입되는 물을 중앙통로(64b)로 통하여 토출시켜 양수하며, 중앙통로(64b)를 통과하는 물은 확산관(64c)에 의하여 양수실(31)의 상부 전체에 확산시킨다. 확산관 (64c)의 외면에는 물의 확산을 보조할 수 있도록 반경방향으로 다수의 구멍(64d)이 형성되어 있다.

또한, 임펠러장치(60)의 제1 및 제2 임펠러(62, 63) 각각은 케이싱(30)의 양수실(31)을 다단으로 구획하는 원통형 제1 및 제2 인너케이싱(Inner cashing: 70, 71)에 의하여 둘러싸여져 있고, 제1 및 제2 인너케이싱(70, 71)은 상하로 결합되어 2단의 압송실(70a, 71a)을 구성한다. 제1 인너케이싱(70)의 입구(70b)에 제1 임펠러(62)의 입구(62a)가 배치되어 있으며, 제1 인너케이싱(70)의 입구(70b)는 양수실(31)의 입구(32)에 배치되어 있다. 제2 인너케이싱(71)의 입구(71b)에 제2 임펠러(63)의 입구(63a)가 배치되어 있고, 제2 인너케이싱(71)의 상부에는 제3 임펠러(64)의 입구(64a)가 배치되어 있다. 본 실시예에 있어서 수위제어수단(50)의 수직관(52)에 의하여 제어되는 양수실(31)과 수위조정실(41)의 수위는 수직관(52)의 끝단과 근접하므로, 임펠러장치(60)의 제1 및 제2 임펠러(62, 63)는 침수되어 있게 된다.

도 1과 도 2를 다시 참조하면, 본 발명의 펌프는 케이싱(30)의 상부에 설치되어 임펠러장치(60)의 구동축(61)을 회전시키는 모터(80)를 구비한다. 모터(80)는 고정자(81)와, 고정자(81)의 내부에 회전할 수 있도록 배치되어 있는 회전자(82)와, 회전자(82)에 고정되어 있는 모터축(83)으로 구성되어 있으며, 모터축(83)은 커플링(Coupling: 84)에 의하여 구동축(61)의 상단에 결합되어 있다. 모터(80)의 고정자(81)와 회전자(82)에 대한 구성과 작용은 일반적인 것이므로 상세한 설명은 생략한다.

지금부터는 이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 펌프의 작용을 설명한다.

도 2와 도 4를 참조하면, 펌프의 초기 운전시 사용자는 프라이밍탱크(40)의 프라이밍콕(43)을 열고 프라이밍탱크(40)에 마중물이라 부르고 있는 물을 공급하여 케이싱(30)의 양수실(31)에 물을 채우고 펌프를 가동시키는 프라이밍을 실시한다. 모터(80)의 구동에 의하여 임펠러장치(60)의 구동축(61)이 회전되면, 임펠러장치 (60)의 제1 내지 제3 임펠러(62∼64)가 동시에 회전되면서 원심력을 발생시킨다. 제1 내지 제3 임펠러(62∼64)의 회전에 의한 원심력에 의하여 메인탱크(10)의 유입구(11)를 통하여 지하수 등과 같은 물의 양수가 시작된다. 메인탱크(10)의 물은 메인탱크(10)의 토출구(12)를 통하여 필터유닛(20)의 하우징(21)으로 유입되며, 하우징(21)에 유입되는 물은 필터엘리먼트(25)의 여과를 거쳐 인너실린더(23)의 유로 (22)에 유입된다. 이와 같이 필터엘리먼트(25)에 의하여 펌프의 케이싱(30)으로 유입되는 물 속의 이물질을 여과시킴으로써, 펌프의 고장과 수명단축을 효과적으로 방지시켜 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다.

또한, 필터유닛(10)의 토출구(24)를 통하여 토출되는 물은 수위제어수단(50)의 연결관(51)과 수직관(52)을 통하여 프라이밍탱크(40)의 수위조정실(41)에 공급된다. 이때, 수직관(52)의 끝단(52a)은 프라이밍탱크(40)의 상면에 근접되어 있으므로, 수직관(52)으로부터 토출되는 물에 의하여 프라이밍탱크(40)의 수위는 일정하게 유지된다.

도 4에 자세히 도시되어 있는 바와 같이, 프라이밍탱크(40)의 물은 제1 임펠러(62)의 원심력에 의하여 프라이밍탱크(40)의 유로(41)와 제1 인너케이싱(70)의 입구(70b)를 통하여 1차 양수된다. 제1 임펠러(62)의 입구(62a)를 통하여 유입되는 물은 출구(62b)를 통하여 제1 인너케이싱(70)의 압송실(70a)로 공급된다. 계속해서, 제1 인너케이싱(70)의 압송실(70a)에 공급되는 물은 제2 임펠러(63)의 원심력에 의하여 2차 양수된다. 제1 인너케이싱(70)의 압송실(70a)로부터 제2 인너케이싱 (71)의 입구(71b)를 통과하는 물은 제2 임펠러(63)의 입구(63a)와 출구(63b)를 통하여 제2 인너케이싱(71)의 압송실(71a)로 공급된다. 제2 인너케이싱(71)의 압송실 (71a)에 공급되는 물은 제3 임펠러(64)의 원심력에 의하여 3차 양수된다. 제3 임펠러(64)의 입구(64a)와 중앙통로(64b)를 통과하는 물은 확산관(64c)에 의하여 양수실(31)의 상방 전체에 확산된다. 이때, 확산관(64c)의 구멍(64d)은 물의 확산을 보조하여 양정을 원활하게 한다.

이와 같은 임펠러장치(60)의 제1 내지 제3 임펠러(62∼64)에 의한 3단계의양수에 의하여 물의 양정을 크게 증대시킬 수 있다. 또한, 물의 양수동작중에 수위제어수단(50)의 수직관(52)을 통하여 프라이밍탱크(40)에 공급되는 물에 의하여 양수실(31)의 유량과 압력이 일정하게 제어되므로, 양수실(31)의 압력변동에 따르는 캐비테이션을 효과적으로 방지할 수 있어 캐비테이션에 의한 효율 저하는 물론이고, 펌프의 고장과 수명단축을 방지할 수 있다.

한편, 양수실(31)의 물은 유로(35)를 통하여 토출실(34)로 유입되며, 토출실 (34)의 물은 토출구(36)를 통하여 케이싱(30)의 외부로 토출된다. 유로(35)보다 저위에 연결되어 있는 토출구(36)는 유로(35)와 높이차를 가지고 있기 때문에 토출구(36)를 통해서 물의 토출력을 증대시킬 수 있으며, 이에 따라 토출구(36)를 통하여 토출되는 물을 원거리로 수송할 수 있다. 모터(80)가 정지되어 임펠러장치 (60)의 제1 내지 제3 임펠러(62∼64)가 정지되면, 메인탱크(10)의 토출구(12)에 장착되어 있는 첵밸브(13)에 의하여 메인탱크(10)로부터의 역류가 방지된다. 따라서, 메인탱크(10)에는 일정한 양의 물이 저장된다. 그리고 수위제어수단(50)의 수직관 (52)에 장착되어 있는 첵밸브(53)에 의해서는 프라이밍탱크(40)로부터의 역류가 방지되므로, 케이싱(30)의 양수실(31)과 프라이밍탱크(40)에는 항상 일정한 양의 물이 저장된다. 이 경우, 펌프의 가동을 위한 프라이밍을 실시하지 않더라도 펌프의 자력으로 양수가 가능하므로, 지하수의 배수, 농업용수의 관개 등에 펌프를 용이하게 운전시킬 수 있다.

이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 펌프에 의하면, 양수되는 물 속의 이물질이 케이싱의 양수실에 유입되기 전에 여과하여 고장과 수명 단축을 효과적으로 방지할 수 있으며, 수위제어수단에 의하여 양수실의 유량과 압력을 제어하여 캐비테이션을 효과적으로 방지시킴으로써 효율 및 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 간단한 구조에 의하여 크기를 소형화시키고 저렴한 가격으로 제작할 있으며, 다단식 임펠러 구조에 의하여 양정을 크게 증대시킴과 동시에 수송거리를 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 양수되는 물 속의 이물질을 여과하는 필터수단과;

   상기 필터수단의 하류에 배치되어 있으며, 다단식 임펠러수단이 배치되어 있는 중앙의 양수실과, 이 양수실의 주위를 둘러싸는 토출실의 상부가 서로 연통되어 있는 케이싱과;

   상기 케이싱의 양수실과 연통되도록 구성되어 있는 프라이밍탱크와;

   상기 필터수단과 상기 프라이밍탱크를 연통시켜 상기 양수실의 유량을 제어하는 수위제어수단과;

   상기 임펠러수단을 회전시키는 모터로 이루어지는 펌프.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 필터수단은,

   양수되는 물이 유입되는 하우징과;

   상기 하우징의 중앙에 장착되어 있으며, 상기 수위제어수단과 연통되어 있는 인너실린더와;

   상기 하우징을 통하여 유입되는 물 속의 이물질을 여과하여 상기 인너실린더유입시키는 필터엘리먼트와;

   상기 인너실린더의 하부에 장착되어 있는 드레인콕으로 구성되어 있는 펌프.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 수위제어수단은,

   상기 필터수단과 상기 프라이밍탱크를 서로 연통시키는 것으로 상기 프라이밍탱크의 수위를 조절하여 상기 임펠러수단이 침수될 수 있도록 상기 프라이밍탱크의 상부에 그 끝단이 위치되어 있는 수직관과;

   상기 수직관의 끝단에 상기 필터수단으로의 역류를 방지시킬 수 있도록 장착되어 있는 첵밸브로 구성되어 있는 펌프.
4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 임펠러수단은 상기 케이싱의 양수실에 하부에서 상방을 향하여 다단으로 배치되어 있는 제1 내지 제3 임펠러로 구성되어 있고, 상기 제1 및 제2 임펠러 각각은 제1 및 제2 인너케이싱의 압송실에 배치되어 있으며, 상기 제3 임펠러는 상기 케이싱의 양수실에 물을 확산시킬 수 있는 형상을 갖는 펌프.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 케이싱의 토출실에는 상기 양수실과 토출실을 연통시키는 유로보다 저위에 토출구가 연결되어 있으며, 상기 필터수단은 물을 저장하는 하류의 메인탱크와 연결되어 있는 펌프.