KR20140108389A - 밸런싱홀을 구비하는 원심 펌프 - Google Patents

Abstract

원심펌프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 밸런싱홀의 형상을 개선하여 주유동에 대한 누설유동의 저항을 감소하고, 밸런싱홀에 의한 성능 하락을 감소시킨 원심 펌프에 관하여 개시한다.
본 발명은 편흡입 회전차를 구비하는 원심펌프에 있어서, 후면에서 회전차 내부의 유로를 연결하는 밸런싱홀을 구비하되, 상기 밸런싱홀의 출구 구간이 출구에서 합류되는 내부 유로의 주유동 방향과 일치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 밸런싱홀을 구비하는 원심펌프를 제공한다.

Description

밸런싱홀을 구비하는 원심 펌프{CENTRIFUGAL PUMP HAVING BALANCING HOLES}

본 발명은 원심펌프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 밸런싱홀의 형상을 개선하여 주유동에 대한 누설유동의 저항을 감소하고, 밸런싱홀에 의한 성능 하락을 감소시킨 원심 펌프에 관한 것이다.

원심 펌프에 있어서, 편흡입 회전차의 경우 전면측벽과 후면측벽에 작용하는 정압에 차이가 있기 때문에 축방향으로 추력이 발생하는 데 후면에는 높은 출구압력이 작용하고 전면의 회전차 입구에는 낮은 흡입압력이 작용하기 때문에 회전차는 전면 방향으로 축추력을 받는다.

운동량 변화에 의한 후면 방향으로의 추력은 압력차에 의한 추력에 비해 상대적으로 작기 때문에 축추력은 보통 전면으로 향한다.

축추력은 스러스트 베어링에 의해 지지되는 데 축추력이 크면 스러스트 베어링에 기계손실이 증가하고 기계 효율이 저하된다.

축추력을 감소시키기 위하여 밸런싱홀, 측벽깃, 케이싱 홈 등을 두는 다양한 방법이 있지만 일반적으로 밸런싱홀의 효과가 가장 크다고 알려져 있다.

축추력을 감소시키기 위해 만든 밸런싱홀의 유무에 따라 펌프 케이싱의 전면과 후면의 압력분포가 달라지고 축추력 특성도 변화한다. 또한 웨어링링과 회전차 사이의 간극을 통한 누설손실의 특성이 변화게 되어 펌프의 성능특성도 바뀐다.

원심펌프에 밸런싱홀을 설치하면 축추력은 감소하지만 누설손실이 증가하고 누설유동이 임펠러 내부의 주유동을 교란하여, 펌프의 성능을 저하시키는데, 본 발명은 밸런싱홀의 형상을 개선하여 펌프의 성능 저하를 감소시키기 위한 것이다.

관련선행기술로는 대한민국 공개특허 특1995-0008987호 (공개일자 1995년 4월 21일) '스러스트 밸런스 기구를 구비한 원심펌프의 성능예측방법'이 있다.

본 발명의 목적은 원심펌프에 있어서 축추력 저감을 위한 밸런싱홀을 형성하되, 밸런싱홀의 형성으로 인한 원심펌프의 성능하락을 감소시킬 수 있도록 하기 위한 것이다.

본 발명은 편흡입 회전차를 구비하는 원심펌프에 있어서, 후면에서 회전차 내부의 유로를 연결하는 밸런싱홀을 구비하되, 상기 밸런싱홀의 출구 구간이 출구에서 합류되는 내부 유로의 주유동 방향과 일치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 밸런싱홀을 구비하는 원심펌프를 제공한다.

상기 밸런싱홀의 출구 구간은 회전축에 대하여 방사상으로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 밸런싱홀의 출구는 내부 유로의 출구영역을 향하여 형성되면 더욱 바람직하다.

본 발명에 따른 밸런싱홀을 구비하는 원심펌프는 밸런싱홀의 출구 형상을 변경함으로써 주유동에 대한 누설유동의 저항을 감소시켜, 밸런싱홀에 의한 성능하락을 최소화하는 효과를 가져온다.

도 1은 종래의 밸런싱홀이 구비된 원심펌프를 나타낸 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 밸런싱홀이 구비된 원심펌프를 나타낸 구성도임.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 밸런싱홀을 구비하는 원심 펌프에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

또한, 도면에서 발명을 구성하는 구성요소들의 크기는 명세서의 명확성을 위하여 과장되어 기술된 것이며, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"고 기재된 경우, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소와 접하여 설치될 수 있고, 소정의 이격거리를 두고 설치될 수도 있으며, 이격거리를 두고 설치되는 경우엔 상기 어떤 구성요소를 상기 다른 구성요소에 고정 내지 연결시키기 위한 제3의 수단에 대한 설명이 생략될 수도 있다.

도 1은 종래의 밸런싱홀이 구비된 원심펌프를 나타낸 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 밸런싱홀이 구비된 원심펌프를 나타낸 구성도이다.

먼저 도 1을 참조하여 원심펌프에서 밸런싱홀이 구비될 경우 발생하는 영향에 관하여 살펴본다.

도 1은 좌측면으로부터 물을 흡입하여 위쪽으로 배출하도록 형성된 원심펌프의 편흡입 회전차를 나타낸 것이다.

기본사양으로 Q=1.2㎥/min, H=28.5m, n=1750rpm, D2=259mm, Ns=155 인 원심펌프에서 밸런싱홀의 유무에 따른 축추력과 성능의 변화를 살펴 보았다.

밸런싱홀(20)이 케이싱에서의 압력분포에 미치는 영향을 보기 위해 밸런싱홀(20)을 그대로 둔 경우와 막은 경우에 대해 케이싱의 전면과 후면에서의 압력을 측정하였다.

케이싱 후면에서의 압력분포의 경우 유량이 증가함에 따라 압력은 직선적으로 감소하며, 반경이 클수록 회전차 출구에 가까우므로 높은 압력을 보였다.

밸런싱홀(20)을 그대로 둔 경우보다 막은 경우에 압력이 더 높은데, 그 이유는 밸런싱홀(20)을 막은 경우에 후면 웨어링링과 회전차 사이의 간극을 통해 빠져나가는 유량, 즉 후면누설이 없기 때문이다.

케이싱 전면에서의 압력분포를 살펴보면, 케이싱 후면의 경우와 마찬가지로 밸런싱홀(20)을 그대로 둔 경우보다 막은 경우에 압력이 더 높고 그 압력의 차이는 케이싱 후면의 경우보다 적다. 케이싱 전면에서도 밸런싱홀(20)을 막으면 후면누설이 없기 때문에 회전차 출구 압력이 높아지게 되고 이것이 케이싱 전면에 영향을 주기 때문인 것으로 추정된다.

케이싱 후면과 전면에서의 압력이 밸런싱홀(20)을 막은 경우에 더 높게 측정되는 결과로부터, 펌프의 양정에 있어서도 밸런싱홀(20)을 막은 경우에 더 높을 것이라는 것을 알 수 있다.

다음으로, 밸런싱홀(20)이 펌프의 성능에 미치는 영향을 살펴본다.

밸런싱홀(20)을 막은 경우에는 설계점 유량인 1.2㎥/min 에서 양정은 0.5m 증가하고, 축동력은 약간 감소하여 효율이 2.1% 증가한 결과를 나타냈다.

밸런싱홀(20)을 막은 경우에 성능이 향상된 것은 누설량이 감소하기 때문으로 추정되는데 밸런싱홀(20)을 그대로 둔 경우와 막은 경우에 대해 누적손실을 구해보면, 밸런싱홀(20)의 형성으로 인해 누설량이 2배 증가하게 되고, 이로 인해 체적효율은 설계점에서 밸런싱홀(20)을 개방한 경우에는 94.8% 이고, 밸런싱홀(20)을 막으면 97.4% 로 측정되었다.

밸런싱홀(20)을 개방하면 후면에서는 밸런싱홀(20)의 단면적이 간극의 단면적보다 휠씬 크기 때문에 간극에서 대부분의 압력강하가 생기고 밸런싱홀(20)에서는 상대적으로 적은 압력강하가 이루어진다.

다음으로, 축추력에 관해서 살펴본다.

편흡입 회전차의 경우 밸런싱홀이 없으면, 후면측벽에는 높은 출구 압력이 작용하고 전면의 회전차 입구에는 낮은 흡입압력이 작용하기 때문에 회전차는 전면 방향으로의 축추력을 받게 된다.

밸런싱홀(20)을 개방한 경우와, 밸런싱홀(20)을 막은 경우의 축추력을 계산해 보면, 설계점에서 밸런싱홀(20)을 막은 경우에는 2024N 이고, 밸런싱홀(20)을 개방한 경우에는 334N 의 결과를 나타냈다. 즉, 밸런싱홀(20)을 형성함으로써 축추력을 1/6로 감소시킬 수 있는 것이다.

웨어링링의 바깥쪽에는 전면과 후면에서 어느 정도 힘이 균형을 이루더라도 웨어 링 링 안쪽에서는 밸런싱홀을 막은 경우 밸런싱 홀 (20)을 막은 경우에는 전면과 후면의 압력차이가 매우 크기 때문에 힘이 균형을 이루지 못하고 큰 축추력을 보이게 되는 것이다.

다시 도 1을 살펴보면, 편흡입 회전차는 좌측 흡입면에서 상면으로 향하는 L자 형상의 유로(10)를 형성하고, 그 유로(10)를 따라 주유동(12)이 이동하게 된다.

종래에는 밸런싱홀(20)이 축방향과 평행하게 형성되어 있어서, 밸런싱홀(20)을 통해 흡입되는 누설유동이 밸런싱홀(20)의 출구에서 U턴 하듯 주유동과 합류하는 형태가 되어야 했다. 다시말해 밸런싱홀(20)로 인해 발생하는 누설유동이 주유동(12)의 흐름에 저항으로 작용하게 된다.

본 발명은 이러한 문제점을 개선하기 위한 것으로, 도 2에 도시한 바와 같이, 편흡입 회전차를 구비하는 원심펌프에 있어서, 후면에서 회전차 내부의 유로를 연결하는 밸런싱홀(120)을 구비하되, 상기 밸런싱홀(120)의 출구 구간이 출구에서 합류되는 내부 유로의 주유동(112) 방향과 일치하도록 형성한 것이다.

주유동(112)은 도면을 기준으로 좌측에서 우측으로 이동하다가 위쪽으로 상승하게 되는데, 밸런싱홀(120)의 출구를 주유동(112)이 상승하는 부분에 위치하도록 하며, 이 때, 밸런싱홀(120)의 출구에 이르는 출구 구간을 주유동(112)의 방향과 동일하게 상승하는 방향으로 형성함으로써, 밸런싱홀(120)을 통해서 유입되는 누설유동(122)이 주유동(112)과 동일한 방향이 되도록 한 것이다. 이는 밸런싱홀(120)의 출구는 결국 주유동이 흐르는 유로(110)의 출구영역을 향하도록 형성되는 것을 의미한다.

이렇게 하면, 누설유동(122)이 주유동(112)에 저항으로 작용하지 않음으로써, 원심펌프의 성능 저하를 줄일 수 있다.

밸런싱홀(120)의 출구 구간은 회전축에 대하여 방사상으로 형성되도록 함으로써, 밸런싱홀(120)에서 유로(110)로 합류하는 누설유동(122)이 주유동(112)과 동일한 방향을 가지도록 하는 것이다.

결과적으로, 밸런싱홀을 형성함으로써 얻게되는 장점인 축추력 저감의 효과를 얻으면서, 누설유동이 주유동에 저항으로 작용하는 것을 최소화함으로써 밸런싱홀의 형성으로 인한 단점인 성능 저하를 감소시킬 수 있게 된다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

10, 110 : 유로
20, 120 : 밸런싱홀
12, 112 : 주유동
22, 122 : 누설유동

Claims (3)

1. 편흡입 회전차를 구비하는 원심펌프에 있어서,
   후면에서 회전차 내부의 유로를 연결하는 밸런싱홀을 구비하되,
   상기 밸런싱홀의 출구 구간이 출구에서 합류되는 내부 유로의 주유동 방향과 일치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 밸런싱홀을 구비하는 원심펌프.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 밸런싱홀의 출구 구간은 회전축에 대하여 방사상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 밸런싱홀을 구비하는 원심펌프.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 밸런싱홀의 출구는 내부 유로의 출구영역을 향하여 형성되는 것을 특징으로 하는 밸런싱홀을 구비하는 원심펌프.

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