KR101315358B1 - 다단형 수중펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다단형 수중펌프에 관한 것으로, 구체적으로는 임펠러의 적층개수를 늘리지 않고서도 기존에 비해 높은 출력을 얻을 수 있음은 물론 오히려 필요 구동전력량을 줄일 수 있어 높은 출력효율 및 에너지효율을 동시에 얻을 수 있는 기술에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은,
내부에 설치공간이 형성되고 유체유입부와 유체토출부를 갖고 있는 케이싱, 상기 케이싱에 연결되어 있는 구동모터 및 상기 구동모터와 연결되어 상기 설치공간 내에 위치하는 구동축, 상기 구동축의 길이방향을 따라 간격을 두고 설치되어 있는 복수개의 임펠러를 포함하고,
상기 각 임펠러 중 상기 유입부에 근접한 임펠러에서부터 상기 토출부를 향해 배열된 임펠러들의 직경이 점차 증가되는 것을 특징으로 한다.

Description

다단형 수중펌프{PUMP WITH MULTIPLE STAGE OF IMPELLER}

본 발명은 복수개의 임팰러가 적층 형태로 배열된 다단식 수중펌프에 관한 것으로, 특히 각 임팰러의 직경을 변화시켜 적은 구동력으로 전체 출력량을 증가시킬 수 있는 다단형 수중펌프에 관한 것이다.

일반적으로 수중펌프는 구동모터의 구동에 의해 구동축 및 이에 결합된 임펠러가 회전되고 회전 과정에서 발생되는 원심력을 이용해 하부의 유체를 상부로 토출시키는 구조이다.

이러한 임펠러의 회전으로 인해 임펠러의 중심부와 그 주변에는 압력차가 발생된다. 즉 회전 시 임펠러의 중심부에 진공상태가 순간적으로 형성되어 그 주변의 유체가 중심부로 빨려들어가 임펠러의 디퓨저로 유입되는 원리이다.

이러한 원리를 이용해 복수개의 임팰러를 상하 적층 형태로 배치시켜 각 임팰러마다 위 과정이 연속적으로 반복되도록 함으로써 전체 토출압 및 토출양정을 증가시키는 다단형 수중펌프가 제안되어 있다.

그런데 종래 다단형 수중펌프는 모두 각 임펠러의 직경이 동일하기 때문에 펌프 전체의 출력량을 높이기 위해서는 단순히 임펠러의 적층개수를 늘리는 형태로만 제작될 수밖에 없었다.

이로 인해 펌프의 규모가 불필요하게 커짐은 물론 이와 더불어 전체 소비전력이 증가됨에 따라 에너지효율은 오히려 저하되는 문제점을 갖게 된다.

대한민국 공개실용신안공보 1997-49855호

본 발명은 이러한 기존의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로,

임펠러의 적층개수를 늘리지 않고서도 기존에 비해 높은 출력을 얻을 수 있음은 물론 오히려 필요 구동전력량을 줄일 수 있어 높은 출력효율 및 에너지효율을 동시에 얻을 수 있는 다단형 수중펌프를 제공하고자 한다.

이러한 목적을 갖는 본 발명의 실시예는,

내부에 설치공간이 형성되고 유체유입부와 유체토출부를 갖고 있는 케이싱, 상기 케이싱에 연결되어 있는 구동모터 및 상기 구동모터와 연결되어 상기 설치공간 내에 위치하는 구동축, 상기 구동축의 길이방향을 따라 간격을 두고 설치되어 있는 복수개의 임펠러를 포함하고,

상기 각 임펠러 중 상기 유입부에 근접한 임펠러에서부터 상기 토출부를 향해 배열된 임펠러들의 직경이 점차 증가되는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 케이싱 내에는 상기 임펠러의 직경이 점차 증가되는 직경변화구간 및 직경이 일정하게 형성되는 직경유지구간으로 나뉘어지고, 상기 각 임펠러 중 상기 직경변화구간에 위치한 각 임펠러의 직경이 유입부 쪽에서 토출부쪽으로 갈수록 증가될 수 있다.

또한 상기 직경변화구간과 상기 직경유지구간에 위치하는 임펠러의 개수는 동일할 수 있다.

그리고 상기 유입부 입구와 상기 유입부에 가장 근접한 임팰러 사이에 위치하고 있고 상기 임펠러 직경보다 큰 직경을 갖는 임펠러 하부덮개를 더 포함할 수 있다.

이러한 여러 실시예를 갖는 본 발명은,

임펠러의 개수를 증가시키지 않더라도 기존에 비해 적은 구동전력으로도 높은 출력효율을 얻을 수 있는 효과를 갖는다.

더불어 기존과 동일한 펌프토출양정과 작동시간을 조건하에서는 종래에 비해 소비력도 자연스레 감소되는 효과도 갖게 된다.

도1은 전체 단면도
도2는 도1 A부분의 확대도

이하 도면예 예시된 구성을 바탕으로 본 발명의 구체적인 구성 및 효과를 설명하도록 한다.

[도 1]은 본 발명의 전체 단면도이고 [도 2]는 임팰러의 직경변화 상태를 확대한 도면이다.

본 발명의 다단형 수중펌프는 [도 1]에 도시된 바와 같이 크게 구동모터(110)와 임펠러(120) 및 케이싱(130)을 포함하여 구성된다.

그 중 구동모터(110)는 유체의 펌핑과정에서 후술하는 임펠러(120)의 회전력을 부여하는 구동원 역할을 하는 것으로, 일반적인 DC 또는 AC모터를 사용하며, 기다란 구동축(111)의 일단부가 연결되어 구동모터에 의해 회전되는 구조를 갖는다.

임펠러(120)는 실제 펌핑에 필요한 유체의 토출압 형성기능을 하는 것으로 중앙이 구동축(111)에 의해 관통되어져 구동축(111)과 일체로 회전된다.

이때 임펠러(120)은 일반적인 다단형 수중펌프처럼 구동축(111)의 길이방향을 따라 간격을 두고 복수개 배치된다.

이렇게 임펠러(120)가 복수개 배열됨에 따라 초기단 임펠러토출구(121)의 토출압과 최후단 임펠러토출구(122)의 토출압의 차이를 증가시키게 되므로, 기본적으로 이러한 토출압 차이에 의한 펌프(100)의 전체 토출량 및 토출양정을 증가시킬 수 있다.

임펠러(120)는 다수의 임펠러 블레이드와 임펠러 블레이드 사이에 형성되어 유체의 이동경로가 되는 디퓨저를 포함하며, 중앙부에는 구동모터(110)의 구동축(111)에 삽입되도록 축삽입공이 형성된다.

케이싱(130)은 임펠러(120)를 감싸도록 형성되며 임펠러(120)의 회전 시 회전에 방해되지 않도록 내 벽면이 임펠러(120)의 단부와 일정거리 이격된 상태로 형성되며, 하단에는 유체가 유입되는 유입부(131)가 형성되고 상단에는 유체가 토출되는 토출부(150)를 가지도록 형성된다.

케이싱(130)에는 외부의 유체가 유입되도록 다수의 유입홀(141)이 형성된다.

본 발명에 따르면 임펠러(120)는 구동모터(110)의 구동축(111)에 다단 연결되며, 상기 케이싱(130)의 유입부(131)에 최근 접합 임펠러로부터 소정단위 임펠러까지 직경이 점차적으로 증가하는 구성으로 이루어진다.

케이싱(130) 내부에는 임펠러(120)의 직경이 변하는 직경변화구간(A)와 직경이 동일하게 형성되는 직경유지구간(B)이 형성되며, 직경변화구간(A)는 구동모터(110)와 인접한 케이싱(130) 하부에 형성되며 직경유지구간(B)는 직경변화구간(A) 상단에서 부터 토출부 근접구간까지 형성된다.

직경변화구간(A)과 직경유지구간(B) 내에 각각 배치되는 임펠러(120)의 개수는 상호 동일할 수도 있고, 직경변화구간(A)와 직경유지구간(B)내에 배치되는 임펠러의 개수는 상이할 수도 있다.

개수가 상이할 경우 직경변화구간(A)의 임펠러와 직경유지구간(B)에 위치하는 임펠러의 개수비율은 약40% : 60%가 될 수 있다.

물론 이러한 개수차이는 임펠러의 외경 크기에 따라 다양하게 변화될 수 있으며, 이 외에도 사용되는 전력량과 유체의 양에 따라 수시로 변화될 수 있다.

즉 펌프의 양정 및 물량에 따라 임펠러(120)와 케이싱(130)의 개수는 증감될 수 있는 것이다.

여기서 전체 유체 토출량 및 토출양정의 수치를 조절하기 위해서는 직경변화구간(A) 내에 배치되는 임펠러(120)들 간의 직경 증가비율을 조절할 필요가 발생되는데, 직경증가 비율이 일정 기준치(예를 들어 3~5%)보다 작을 경우에는, 직경감소에 따라 임펠러(120)에 작용되는 마찰계수의 감소에 의한 구동모터(110)의 소요전력 감소 효과가 미약하게 된다.

또한 직경증가율이 일정기준치보다 클 경우에는 인접한 임펠러(120) 간의 직경차이로 인해 인접한 임펠러(120) 사이의 유체 흐름이 원활하지 않게 되는 현상이 발생할 수 있게 된다.

따라서 임펠러의 직경증가비율은 적정하게 조절하여 원하는 유체 토출량 및 토출양정을 얻을 수 있다.

그리고 직경변화구간(A)과 직경유지구간(B) 내에 배치되는 임펠러(120)의 개수는 펌프의 토출량 및 토출양정에 따라 다양하게 적용될 수 있다.

이러한 구성외에 유입부와 유입부에 가장 근접한 임펠러 사이에는 별도의 임펠러하부덮개(123)이 설치되는데, 임펠러 하부덮개(123)은 임펠러의 회전 과정에서 중력감소를 유도하여 유체의 이송구간을 넓게 형성시키는 역할을 하는 것이다.

이때 임펠러 하부덮개(123)의 외경은 최 하단의 임펠러 직경보다 크게 형성시키는데, 그 이유는 각 임펠러들이 회전할 때 발생되는 압력이 아래에서부터 형성될 때 임펠러 하부덮개(123) 하부면에 부력이 발생되고, 부력에 의해 각 임펠러를 떠받치는 현상이 발생되고, 이는 결국 전체 임펠러에 가해지는 중력을 감소시키는 효과를 갖게된다.

이렇게 중력이 감소됨에 따라 아래에서 이송되는 유체를 보다 멀리 보낼 수 있는 효과를 갖게 되는 것이다.

이하 이러한 구성에 의한 본 발명의 작용을 설명한다.

먼저 물 또는 유체를 흡입하여 토출부를 통해 토출시키기 위해 구동모터(110)를 구동시키면 구동축의 회전에 의해 각 임펠러(120)가 동시에 회전된다.

이때 [도 2]와 같이 유체는 임펠러(120)의 회전에 의해 발생되는 압력차이로 인해 케이싱(130)의 유입부(131)를 통해 케이싱 내부로 유입된다.

압력차이에 의한 유체이동 과정을 좀더 자세히 설명하면, 임펠러(120)가 회전함에 따라 임펠러의 전단에서 후단으로 유체가 압송되고, 이 공간을 주변의 유체가 채우기 위해 유체가 빨려들어가는 현상이 반복되어 이루어진다.

케이싱(130)의 유입부(131)로 유입된 유체는 케이싱(130) 내부를 이동하면서 다수의 임펠러(120)를 통과함에 따라 점차적으로 압력이 상승하게 되고, 결국 펌프(100)의 토출부(150)에서의 토출압은 임펠러(120)의 단수에 배열 개수에 비례하여 증가한 상태가 된다.

좀더 자세하게는 [도 1]과 같이 직경변화구간(A)내의 임펠러(120)는 종래에 비하여 직경이 작아진 상태로 시작되어 위쪽 임펠러로 갈수록 직경이 점점 크게변화하여 임펠러(120)와 케이싱 내벽 간의 이격거리가 커지게 되고, 이와 더불어 임펠러가 송출시킬 수 있는 유체의 토출량 및 토출양정은 증가하게 된다.

또한 종래와 비교하여 최하단에 위치하는 임펠러의 직경이 작아짐에 따라 유체와 접촉하는 임펠러(120)의 접촉면적이 작아지고 임펠러(120)와 케이싱 내벽 간의 이격거리가 증가함으로써 유체와 임펠러 사이에 관계되는 마찰계수도 감소하게 되므로, 결국 임펠러 구동에 필요한 소요전력이 감소하게 된다.

따라서 회전축의 회전이 증가함에 따른 효율이 높아진다.

즉 유체의 양이 많아 물의 회전속도에 따라 커다란 부력이 발생하여 스러스트베어링 등의 마모가 적어지게 된다.

이로 인해 종래와 비교하였을 때 동일한 구동전력이 공급된다면 본 발명에 따른 펌프에서는 토출량 및 토출양정을 상승시킬 수 있게 되는 것이다.

직경변화구간(A)을 통과한 유체는 직경유지구간(B)을 거치면서 추가적으로 압력이 증가된 상태가 되고 토출부(150)을 통해 토출된 후 배수파이프(200)를 통해 최종 토출된다.

이상 설명한 본 발명의 특징은 당업자에 의해 다양하게 변형 및 조합되어 실시될 수 있으나, 이러한 변형 및 조합이 복수개 배열된 각 임펠러의 직경을 상이하게 함으로써 전체 토출효율을 높일 수 있는 구성 및 목적과 관련이 있을 경우에는 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 판단되어야 한다.

110 : 구동모터 111 : 구동축
120 : 임펠러 130 : 케이싱
150 : 토출부 A : 직경변화구간
B : 직경유지구간

Claims (4)

1. 내부에 설치공간이 형성되고 유체유입부와 유체토출부를 갖고 있는 케이싱,
   상기 케이싱에 연결되어 있는 구동모터 및 상기 구동모터와 연결되어 상기 설치공간 내에 위치하는 구동축,
   상기 구동축의 길이방향을 따라 간격을 두고 설치되어 있는 복수개의 임펠러를 포함하고,
   상기 각 임펠러 중 상기 유입부에 근접한 임펠러에서부터 상기 토출부를 향해 배열된 임펠러들의 직경이 점차 증가되며,
   상기 케이싱 내에는 상기 임펠러의 직경이 점차 증가되는 직경변화구간 및 직경이 일정하게 형성되는 직경유지구간으로 나뉘어지고,
   상기 각 임펠러 중 상기 직경변화구간에 위치한 각 임펠러의 직경이 유입부 쪽에서 토출부쪽으로 갈수록 증가되는
   다단형 수중펌프.
   
2. 삭제
3. 제1항에서,
   상기 직경변화구간과 상기 직경유지구간에 위치하는 임펠러의 개수는 동일한
   다단형 수중펌프.
   
4. 제1항 또는 제3항에서,
   상기 유입부 입구와 상기 유입부에 가장 근접한 임팰러 사이에 위치하고 있고,
   상기 임펠러 직경보다 큰 직경을 갖는 임펠러 하부덮개
   를 더 포함하는 다단형 수중펌프.
   
   

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