KR101399546B1

KR101399546B1 - 자흡식 양수펌프

Info

Publication number: KR101399546B1
Application number: KR1020120134705A
Authority: KR
Inventors: 하명철
Original assignee: 주식회사 대흥전기
Priority date: 2012-11-26
Filing date: 2012-11-26
Publication date: 2014-05-27
Anticipated expiration: 2032-11-26

Abstract

자흡식 양수펌프가 개시된다. 본 발명에 따른 자흡식 양수펌프는, 강이나 하천 및 저수지의 노면에 설치되어 양수시설로 사용하기 위해 엔진과 펌프의 직결구조를 구비한 것으로, 상기 엔진에 직결되는 동력전달축; 펌프 하우징 내부에 설치되며 상기 동력전달축과 결합되는 임펠러와, 상기 펌프 하우징 일측에 각각 형성된 입수관 및 출수관을 구비하며, 상기 임펠러가 상기 동력전달축의 타측 선단부에 결합되어 상기 엔진의 동력에 의하여 펌핑 구동하는 펌프를 포함하는 자흡식 양수펌프에 있어서, 상기 임펠러는, 원형으로 형성되고, 중앙에 동력전달축이 결합되는 결합부가 형성된 판재; 상기 판재의 상면에 돌출 형성되며 상기 결합부를 중심으로 방사상으로 다수 배열되는 깃;을 포함하고, 상기 깃은 호형으로 만곡지게 형성되며, 일측에 경사부가 형성되도록 한다.
이에 따르면, 임펠러의 구조를 개량함으로써 수두 18m 이상의 대용량의 양정을 가질 수 있고, 초기 작동시 마중물의 도입이 배제될 수 있으며, 작동의 신뢰성이 향상될 수 있는 효과가 있다.

Description

자흡식 양수펌프{SELF-PRIMING PUMP}

본 발명은 자흡식 양수펌프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상대적으로 고양정이고 토출 유량이 높으며 구조가 간단하고 내구성이 향상될 수 있는 임펠러를 장착한 자흡식 양수펌프에 관한 것이다.

일반적으로 펌프는 특히 모터, 엔진, 터빈 등의 구동기로부터 동력을 전달 받아 액체나 기체 등과 같은 유체를 관을 통해서 수송하거나, 저압의 용기 속에 있는 유체를 관을 통하여 고압의 용기 속으로 압송하는 유체기계를 말한다.

펌프는 초기에 탄광의 배수용, 선박용, 양수용으로부터 사용되기 시작하여 지금은 건물용, 상수도용, 하수도용, 배수용, 농업관개용, 공업용수용, 발전소용, 각종 플랜트용으로 광범위하게 사용되고 있다.

펌프는 물뿐만 아니라 석유나 각종 약품 또는 펄프, 점조성 슬러지 등과 같은 특수한 유체의 수송에도 광범위하게 사용되고 있다.

펌프는 그 구조에 따라 왕복펌프, 로터리(회전)펌프, 원심펌프, 축류펌프,마찰펌프 및 기타 펌프로 대별될 수 있으며, 용도에 따라서는 급수펌프, 얕은 우물펌프, 깊은 우물펌프 등으로 분류될 때도 있고, 또한 용기 속에 있는 공기나 그밖의 가스를 흡출하여 진공을 만드는 장치는 특별히 진공펌프라 한다.

또한, 펌프의 초기 작동시 마중물(priming)을 필요로 하는 비자흡식 펌프와 이를 필요로 하지 않는 자흡식 펌프로 대별될 수도 있다.

자흡식 펌프에 관련된 선행기술로는 대한민국 등록특허 제1157128호 및 동 제0484057호가 개시된 바 있다.

한편 종래 자흡식 양수펌프는 6인치, 8인치, 10인치 펌프가 시판중에 있으나 이보다 더 큰 대용량인 12인치 자흡식 양수펌프는 아직까지 기술적인 한계로 인해 제품의 완성 단계에 이르지 못하고 있는 실정이었다.

그 원인으로는 펌프 케이싱의 내부에 장착되어 회전구동되는 임펠러가 대용량의 양수능력을 발휘하지 못하므로 펌프 양정의 확장에는 한계가 있었다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 수두 18m 이상의 대용량의 양정을 가질 수 있고, 초기 작동시 마중물의 도입이 배제될 수 있으며, 작동의 신뢰성이 향상될 수 있도록 임펠러의 성능을 개량한 자흡식 양수펌프를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적은, 강이나 하천 및 저수지의 노면에 설치되어 양수시설로 사용하기 위해 엔진과 펌프의 직결구조를 구비한 것으로, 상기 엔진에 직결되는 동력전달축; 펌프 하우징 내부에 설치되며 상기 동력전달축과 결합되는 임펠러와, 상기 펌프 하우징 일측에 각각 형성된 입수관 및 출수관을 구비하며, 상기 임펠러가 상기 동력전달축의 타측 선단부에 결합되어 상기 엔진의 동력에 의하여 펌핑 구동하는 펌프를 포함하는 자흡식 양수펌프에 있어서, 상기 임펠러는, 원형으로 형성되고, 중앙에 동력전달축이 결합되는 결합부가 형성된 판재; 상기 판재의 상면에 돌출 형성되며 상기 결합부를 중심으로 방사상으로 다수 배열되는 깃;을 포함하고, 상기 깃은 호형으로 만곡지게 형성되며, 일측에 경사부가 형성되도록 한 것을 특징으로 하는 자흡식 양수펌프에 의해 달성될 수 있다.

상기 깃의 갯수는 홀수개로 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 깃의 갯수는 7~9개로 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 깃의 입구각은 24~25°이고, 출구각은 22~23°인 것을 특징으로 한다.

상기 깃의 두께는 결합부에 근접되는 입구부와, 상기 판재의 외주에 근접된 출구부의 두께가 동일하게 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 입구부와 출구부의 두께는 14~18mm인 것을 특징으로 한다.

상기 깃의 두께는 입구부와 출구부가 상이하게 형성되며, 주철제인 경우 입구부는 3.5~7mm이고, 출구부는 4~10mm인 것을 특징으로 한다.

상기 깃의 출구폭은 0.074~0.076 mm인 것을 특징으로 한다.

상기 깃의 경사부는 입구측에 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 결합부는 동력전달축이 끼워지도록 중공을 갖는 원통형상으로 형성되며, 내주면에 키가 결합되는 키 결합홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 임펠러의 구조를 개량함으로써 수두 18m 이상의 대용량의 양정을 가질 수 있고, 초기 작동시 마중물의 도입이 배제될 수 있으며, 작동의 신뢰성이 향상될 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자흡식 양수펌프를 나타낸 단면도,
도 2는 상기 도 1에서 '임펠러'를 나타낸 사시도,
도 3은 상기 도 2의 임펠러에 대한 평면도,
도 4는 상기 도 2의 임펠러에 대한 단면도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도면 중에서, 도 1은 본 발명에 따른 자흡식 양수펌프를 나타낸 단면도, 도 2는 상기 도 1에서 '임펠러'를 나타낸 사시도, 도 3은 상기 도 2의 임펠러에 대한 평면도, 도 4는 상기 도 2의 임펠러에 대한 단면도이다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자흡식 양수펌프(A)는, 강이나 하천 및 저수지의 노면에 설치되어 양수시설로 사용하기 위해 엔진(500)과 펌프(A)의 직결구조를 구비한 것으로, 엔진에 직결되는 동력전달축(100); 펌프 하우징(200)의 내부에 설치되며 상기 동력전달축(100)과 결합되는 임펠러(300)와, 상기 펌프 하우징(200) 일측에 각각 형성된 입수관(210) 및 출수관(220)을 구비하며, 상기 임펠러(300)가 상기 동력전달축(100)의 타측 선단부에 결합되어 상기 엔진(500)의 동력에 의하여 펌핑 구동된다.

임펠러(300)는, 원형으로 형성되고, 중앙에 동력전달축(100)이 결합되는 결합부(330)가 형성된 판재(310); 판재(310)의 상면에 돌출 형성되며 결합부(330)를 중심으로 방사상으로 다수 배열되는 깃(320);을 포함하여 이루어진다.

깃(320)은 호형으로 만곡지게 형성되며, 상부 일측 모서리에 경사지게 모따기되어 경사부(322)가 형성된다. 바람직하게는 상기 깃(320)의 경사부(322)는 입구측에 형성된다. 또는 깃(320)의 경사부(322)는 출구측에 형성될 수도 있다.

깃(320)은 도시된 바와 같이, 결합부(330)를 중심으로 방사상으로 배열되고, 그 갯수는 1~9사이의 홀수개로 형성된다.

보다 구체적으로는 깃(320)의 갯수는 7~9개로 형성된다.

또한 깃의 형상을 보면, 대체적으로 호형으로 이루어지되 깃의 입구각은 24~25°이고, 출구각은 22~23°로 설정된다.

깃(320)의 입구는 결합부(330)에 근접된 부위를 칭하는 것이고, 출구는 판재(310)의 외주에 근접한 부위를 칭하는 것으로 정의한다.

한편 깃(320)의 두께는 결합부(330)에 근접되는 입구부와, 상기 판재(310)의 외주에 근접된 출구부의 두께가 동일하게 형성된다.

보다 구체적으로는 입구부와 출구부의 두께는 14~18mm이며, 특히 15mm가 적당하다.

한편 깃(320)의 두께는 입구부와 출구부가 상이하게 형성될 수도 있다.

깃(320)의 재질이 주철제인 경우 깃의 입구부는 3.5~7mm이고, 출구부는 4~10mm로 형성된다.

한편 깃(320)의 출구폭은 0.074~0.076 mm가 바람직하다.

결합부(330)는 동력전달축(100)이 끼워지도록 중공을 갖는 원통형상으로 형성되며, 내주면에 키가 결합되는 키 결합홈(332)이 형성된다.

이하 본 발명의 구체적인 실시예 중 12인치 펌프의 기본 설계를 설명하면 다음과 같다.

[실시예]

* 12인치 자흡식 양수펌프의 기본 설계

조건 : 유량(Q) = 15㎥/min, 목표 수두(H) = 20m

1. 비속도

N_S=N*(Q^1/2/H^3/4)[prm]

= 970*(15^1/2/20^3/4)-397.2

펌프효율 η=85% η=η_m*η_v*η_h이므로

η_m= 0.95

η_v= 0.95

η_h= 0.94로 가정함.

2. 회전차 출구 주속도 U₂ 및 바깥지름 d, 입구지름 d₁₀

K_U2m = 1.06

K_U20 = 1.11

K_m2 = 0.164

K_m1 = 0.214

d₁₀/d₂₀ = 0.59

d₁₀ / d_2m = 0.64

U_2m = KU_2m*

= 1.06*

=20 m/s

d_2m = 60*u_2m / π*N = 60*21 / π*970 = 0.414 m

U₂₀ = KU₂₀*

= 1.11*

=22 m/s

d₂₀ = 60*u₂₀ / π*N = 60*22 / π*970 = 0.433 m

d₁₀ = 0.59*d₂₀ = 0.59*0.433 - 0.255 m

또는 d₁₀ = 0.67*d_2m = 0.64*0.414 = 0.265 m

∴ d₁₀ = 0.26m로 우선 선정.

3. 회전차 입,출구에서의 자오면 속도

C_m2 = K_m2*

= 0.164*

= 3.25m/s

C_m1 = K_m1*

= 0.214*

= 4.24m/s

4. 깃입구의 평균지름 d_1m, 입구폭 b₁

η_v= 0.95%로 가정하였음으로

V= Q/η_v= 15/0.95 = 15.789㎥/min = 0.263㎥/s

V = 0.4m/s로 가정하면,

b₁/d₁₀ = 0.25 ,

∴ b₁ = 0.25*0.26 = 0.065 m

d_1m/d₁₀ = 0.87 ,

∴ d_1m = 0.87*0.26 = 0.226m

* 회전차 윤곽의 경사로 δ = 33°

C_m1 = v/(π*d_1m*b₁) = 0.263/(3.14*0.226*0.065) = 5.7m/s

상기 3.항목에서 C_m1 = 4.24 m/s 이므로 d₁₀을 다시 선정해야함.

∴ b1 / d1m = 0.287

V/(π*d1m*(0.287)*d1m) = 4.24

∴ d1m =

= 0.262

d_1m = 0.262

d₁₀ = 0.301

b₁ = 0.075

C_m1 = 0.263/(π*0.262*0.075) = 4.26 m/s

U_1m = (π*0.262*970)/60 = 13.3m/s

5 . 깃 입구각 β_1m 과 출구각 β_2m(λ : 깃 두께에 의한 증속율)

β_1m= tan^-1(λCm / U_1m) = tan^-1(1.45(4.26)/13.3) = 25°

β_2m = 22.5°로 선정.

6. 깃 매수 (Z)

Z= β_2m /3 = 22.5 / 3 = 7.5 ≒ 7매로 결정

7. 깃 두께(S)(입구부:S₁, 출구부: S₂)

S₁ = S₂ = 15mm로 선정(모래, 자갈이 섞여 마모가 심한 상황을 고려)

※ 일반 주철제의 경우 S₁ = 3.5~7mm , S₂ = 4~10mm

S_u1 = 15/sinβ_1m= 15/sin(25)= 0.035 = 35mm

λ₁ = (π(d_1m/Z))/(π(d_1m/Z)-S_u1) = (3.14(0.262/7))/((3.14(0.262/7)-0.035) = 1.42

가정한 λ₁= 1.45와 비슷함으로,

β_1m= 25°

S₁ = 15mm

S_u1 = 35mm 로 결정함.

8. 회전차 출구폭 b₂

S_u2 = S/sinβ2_m= (0.015/sin(22.5)) = 0.039 m

b₂= V/(πd_2m-ZS_u2)*C_m2= 0.263/(3.14(0.414)-7(0.039)) = 0.0788 m

≒ 0.075 m

9. 총 수두 확인(H)

미끄럼이 없다고 가정하면 출구자오면에서

C_u2∞ = U_2m - (C_m2/tan(β2_m)) = (3.14(0.414)*970 / 50) - (3.25/tan(22.5)) = 28.21 m

미끄럼을 고려하면 (wisener식)

ε_limit = (1/(exp{8.16sinβ₂}/Z)) = (1/(exp{8.16sin(22.5)}/7)) = 0.64

d_1m/d_2m = 0.194 / 0.414 = 0.468 〈 0.64

δ = 1-

sinβ₂ / Z^0.7 = 1-

sin(22.5) / 7^0.7= 0.842

C_u2m = C_u2∞- U_2m(1-δ)

= 13.17-(21.0*(1-0.842)) = 9.85 m/s

H_th = U_2m*C_u2m / g = ((21.0)(9.85))/ 9.81 = 21.08 m

H = η_h* Hth = 0.94*21.08 = 19.8 ≒ 20 m

따라서 실제 목표 양정에 매우 근접한 수두값이 얻어질 수 있다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 청구의 범위에 속함은 자명하다.

100 : 동력전달축 200 : 펌프 하우징
300 : 임펠러 310 : 판재
320 : 깃 330 : 결합부
322 : 경사부

Claims

강이나 하천 및 저수지의 노면에 설치되어 양수시설로 사용하기 위해 엔진과 펌프의 직결구조를 구비한 것으로, 상기 엔진에 직결되는 동력전달축; 펌프 하우징 내부에 설치되며 상기 동력전달축과 결합되는 임펠러와, 상기 펌프 하우징 일측에 각각 형성된 입수관 및 출수관을 구비하며, 상기 임펠러가 상기 동력전달축의 타측 선단부에 결합되어 상기 엔진의 동력에 의하여 펌핑 구동하는 펌프를 포함하는 자흡식 양수펌프에 있어서,
상기 임펠러는,
원형으로 형성되고, 중앙에 동력전달축이 결합되는 결합부가 형성된 판재;
상기 판재의 상면에 돌출 형성되며 상기 결합부를 중심으로 방사상으로 다수 배열되는 깃;을 포함하고,
상기 깃은 호형으로 만곡지게 형성되며, 일측에 경사부가 형성되도록 한 것이며,
상기 깃의 두께는 결합부에 근접되는 입구부와, 상기 판재의 외주에 근접된 출구부의 두께가 상이하게 형성되며, 입구부는 3.5~7mm이고, 출구부는 4~10mm이며,
상기 깃의 출구폭은 0.074~0.076 mm인 것을 특징으로 하는 자흡식 양수펌프.
제 1항에 있어서,
상기 깃의 갯수는 홀수개로 형성된 것을 특징으로 하는 자흡식 양수펌프.
제 2항에 있어서,
상기 깃의 갯수는 7개 또는 9개인 것을 특징으로 하는 자흡식 양수펌프.
제 1항에 있어서,
상기 깃의 입구각은 24~25°이고, 출구각은 22~23°인 것을 특징으로 하는 자흡식 양수펌프.
삭제
삭제
삭제
삭제
제 1항에 있어서,
상기 깃의 경사부는 입구측에 형성된 것을 특징으로 하는 자흡식 양수펌프.
제 1항에 있어서,
상기 결합부는 동력전달축이 끼워지도록 중공을 갖는 원통형상으로 형성되며, 내주면에 키가 결합되는 키 결합홈이 형성된 것을 특징으로 하는 자흡식 양수펌프.