KR20020035842A - 무축 밀폐 로터 직렬 파이프 라인 펌프 - Google Patents

Abstract

통상의 공동인 하우징(12), 상기 하우징(12)의 내부에 회전할 수 있게 장착된 윤환형 로터(62), 상기 하우징(12)의 내부에 고정되게 장착되고 상기 로터(62)의 주변을 에워싸는 윤환형 고정자(54), 및 상기 윤환형 고정자(62)에 축 방향으로 배열된 밀폐 임펠러(16)를 구비한 펌프(10). 상기 임펠러(16)는 상기 로터(62)가 상기 임펠러(16)를 회전할 수 있도록 구동하기 위하여 상기 윤환형 로터(62)의 내부에 고정되어 장착된 관형 유체 유입 부재(26)를 구비한다.

Description

무축 밀폐 로터 직렬 파이프 라인 펌프{SHAFTLESS CANNED ROTOR INLINE PIPE PUMP}

펌프는 다양한 형태의 유체를 유동하기 위한 많은 응용에 사용된다. 예를 들면, 펌프는 보일러에 용수를 공급하기 위한 파이프 라인계에 사용된다. 펌프는 또한, 냉각기 및 응축기에서 냉각수를 순환시키는 파이프 라인 시스템 및 연료 오일을 전송하는 데 사용된다. 많은 화학적 프로세스는 반응로, 배송관, 탕관 등과 같은 장치에서 산업용 화학 양품을 순환시키는 파이프 라인에 펌프를 적용한다.

파이프 라인계에서 일반적으로 알려진 유체를 유동시키는 펌프는 밀폐 로터(모터) 직렬 도관 펌프이다. 전형적인 밀폐 로터 직렬 도관 펌프는 펌프의 일측에 위치한 모터를 포함한다. 상기 모터는 회전용 펌프 임펠러와 짝을 이루는 구동축을 구비한 밀봉 또는 밀폐된 로터를 가지고 있고, 따라서 상기 밀폐 로터의 주변을 에워싸는 밀봉 또는 밀폐 고정자를 가진다. 유체 펌핑은 상기 로터의 고속 회전을 형성하는 상기 밀폐 로터와 상기 밀폐 고정자 사이의 전자기적 상호 작용을 통하여 이루어진다. 상기 로터의 회전은 상기 임펠러가 상기 로터와 짝을 이루도록 하는구동 축을 통하여 임펠러를 회전시킨다.

밀폐 로터 펌프는 상기 모터와 구동축을 윤활하고 또한 상기 모터의 비효율성에 기인하여 생성되는 열을 제거하기 위하여 상기 모터를 통하여 순환되고 일반적으로 상기 펌프부의 흡입구로부터 회수되는 상기 펌프 취급 유체의 일부를 이용한다. 상기 유체의 일부분은 이때 상기 펌프부의 흡입구로 재흡입된다.

종래의 밀폐 로터 펌프는 몇 가지 단점이 있다. 구동축의 베어링 및 다른 연관된 기계적 부품은 구조에서 더 복잡하게 되고 이러한 펌프의 제조 비용을 증가시킨다. 더욱이, 상기 구동축 및 이와 연관된 부품들은 상당한 정도의 정비를 요구할 수 있다. 부가적으로, 상기 구동축은 상기 펌프의 길이를 증가시키고, 따라서, 상기 파이프 라인계에서의 상기 펌프의 사용 위치를 제한한다.

통상 기반판(baseplate) 상에 탑재되는 펌프는 과도한 파이프 부하에 기인한 많은 외력 및 모멘트에 종속될 수 있다. 이러한 외력 및 모멘트는 갑작스럽게 펌프가 구동될 수 없도록 한다. 만약 상기 펌프가 상기 파이프 계에 귀속될 수 있다면, 모든 파이프 부하는 제거될 것이다.

따라서, 무축 밀폐 로터 직렬 파이프라인 펌프가 필요한 것이다.

본 발명은 밀폐 로터 직렬 파이프 라인 펌프에 관한 것으로, 특히, 무축 밀폐 로터 직렬 파이프 라인 펌프에 관한 것이다.

본 발명의 장점, 실상 및 다양한 부가적 특징들은 수반된 도면에 연계되어 상세히 설명되어질 다음의 실증적 구현예의 고려 하에 좀 더 충분히 표현되며 상기 수반되는 도면은

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프의 단면도;

도 2는 도 1의 상기 펌프의 상기 구동부의 분해 단면도;

도 3은 도 1의 상기 펌프의 상기 확산 펌프부의 분해 단면도; 및

도 4는 이에 따른 동작 동안에 상기 펌프를 통한 유체 흐름을 보여주는 도 1의 펌프의 단면도이다.

상기 도면들은 본 발명의 개념을 설명하기 위한 것으로 정확한 척도에 따른 것이 아님을 밝혀둔다.

펌프는 일반적으로 공동의 하우징, 상기 하우징의 내부에 회전할 수 있게 장착된 윤환 로터(annular rotor), 상기 로터의 주변을 에워싸고 상기 하우징의 내부에 고정되게 장착된 윤환 고정자(annular stator), 및 상기 윤환 로터에 축 방향으로 정렬된 밀착 임펠러를 포함한다. 상기 임펠러는, 상기 로터가 상기 임펠러를회전할 수 있게 구동할 수 있도록, 윤환 로터 내부에 고정되어 장착된 관류 유체 유입 부재(tubular fluid inlet member)를 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프(10)를 나타낸다. 상기 펌프(10)는 파이프 라인 계에서 유입 파이프(11) 및 유출 파이프(13) 사이에 장착되고 상기 파이프 라인 계에 사용되는 직렬 펌프로서 적용된다. 상기 펌프(10)는 상기 파이프 계 내에 귀속되기 때문에 모든 파이프 부하는 충분히 제거된다. 통상의 당업자는상기 펌프(10)가 또한 다른 용도로 적용될 수 있음을 알 수 있을 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 펌프(10)는 일반적으로 구동부(12), 및 상기 구동부(2)의 필수 요소인 임펠러(16)를 갖고 따라서 종래 펌프에 사용되는 구동축을 제거한 확산 펌프부(14)를 포함한다. 상기 구동축을 제거함으로써 기계적 복잡성 및 펌프(10)의 유지 보수의 필요성이 감소하고, 펌프의 길이를 감소시켜서 종래 펌프가 놓일 수 없는 위치의 파이프 라인 계 내에 상기 펌프(10)가 놓일 수 있도록 한다.

도 1 및 도 2에서 총체적으로 볼 수 있듯이, 본 발명의 펌프(10)의 구동부(12)는 하우징(20) 내에 넣어진 통상의 모터(18)를 포함한다. 상기 하우징(20)은 일반적으로 유체 유입 개구부(26)를 갖는 단부벽(24)에 의하여 일 단부가 닫힌 원통형의 측벽(22)을 포함한다. 상기 단부벽(24)의 외부 표면(28)은 상기 유체 유입 개구부(26)를 에워싸는 융기된 원형 유입 파이프 장착 플랜지(30)를 포함한다. 상기 단부벽(24)의 내부 표면(32)은 상기 유체 유입 개구부(26)를 에워싸는 원통형 플랜지(34), 상기 원통형 플랜지(34) 기저부의 윤환형 오목부(annular recess, 36), 및 상기 원통형 플랜지(34) 및 상기 윤환형 오목부(36)를 에워싸는 원통형 그루브(38)를 포함하는 부품들의 원추형 배열들이라고 정의된다. 원통형 제일 로터 베어링(40)은 상기 원통형 플랜지(34)의 외부 표면에 고정되어 장착되고, 제일 윤환형 로터 추력 베어링(42)은 상기 윤환형 오목부(36)에 장착된다. 상기 하우징(20)의 상기 원통형 측벽(2)은 상기 로터와의 전기적 연결을 허용하기 위하여 상기 하우징(20)의 내부(46)와 통하는 구경(aperture)(44)을 포함한다. 상기원통형 측벽(22)의 개구단은 상기 확산 펌프부(14)를 상기 구동부(12)에 장착하기 위한 원형 장착 플랜지(48)를 정의한다. 윤환형 부조(annular relief, 50)는 상기 장착 플랜지(48)의 내부 주변에 제공된다.

상기 구동부(12)의 모터(18)는 교류(AC) 인입 모터, 영구 자석 모터, 스위치 자기저항 모터, 또는 확산 펌프를 구동할 수 있는 다른 적절한 모터일 수 있다. 상기 실시예에서, 상기 모터(18)는 일반적으로 하우징(20)의 내부에 회전할 수 있게 장착된 로터(52), 상기 하우징(20)의 내부에 고정되게 장착되고 상기 로터(52)의 주변을 에워싸는 고정자를 포함한다.

상기 고정자(54)는 윤환형 구조로 이루어지고, 전형적으로 원통형 벽 부재(58) 및 외부로 연장된 링 형태의 벽 부재(60)를 구비한 고정자 울타리(56)에 의하여 밀봉 또는 밀폐되어 있다. 상기 원통형 벽 부재(58)의 자유단(free end, 62)은 상기 하우징 단부 벽(24)의 상기 원통형 그루브(38)에 밀봉되어 부착되고, 상기 링 형태의 벽 부재(60)의 최외곽부는 상기 하우징(20)의 상기 원형 장착 플랜지(48)의 상기 윤환형 부조(50)에 밀봉되어 귀속된다.

상기 로터(52) 또한 윤환형 구조로 이루어지고 전형적으로 상기 로터(52)를 에워싸는 로터 울타리(62, 밀폐 로터(64))에 의하여 밀봉되고 밀폐된다. 상기 밀폐 로터(64)는 제일 및 제이 단부 표면(66 및 67)과 상기 단부 표면(66 및 67) 사이에 연장된 외부 및 내부 원형 표면(68 및 70)을 구비한다. 로터 베어링(72)은 상기 제일 단부 표면(66) 및 상기 내부 원형 표면(70)이 만나는 상기 밀폐 로터(64)의 일부분에 고정되게 장착된다. 상기 로터 베어링(72)은 상기 밀폐로터(64)의 상기 제일 단부 표면(66)에 장착되는 제이 윤환형 로터 추력 베어링 부재(74), 및 상기 밀폐 로터(64)의 원통형 내부 표면(70)에 장착된 제이 원통형 로터 베어링 부재(76)를 구비한다. 덮개 관여 오목부(shroud engagement recess, 78)는 따라서 상기 제이 단부 표면(67)에 인접한 밀폐 로터(64)의 내부 원형 표면(70)에 형성된다.

도 1 및 도 3을 총체적으로 언급하면, 상기 확산 펌프부(14)는 상기 임펠러(16)와 상기 하우징(20)의 개구단부에 고정되게 장착된 유체 집유기(collector) 또는 확산기(diffuser)(80)를 구비한다. 상기 임펠러(16)는 전형적인 닫힌 구조로 이루어지고 내부 및 외부 표면(84 및 86)을 구비한 디스크 부재(82), 따라서 상기 내부 표면(84)로부터 돌출한 중앙 노출 중추(hub, 88), 상기 디스크 부재(82)의 상기 내부 표면(84)상의 상기 중추(88)로부터 방사상으로 연장된 복수개의 날개(90), 및 상기 날개를 덮는 덮개(92)를 구비하고, 상기 덮개(92)는 상기 임펠러 유입 개구부(95)를 정의하는 관형 유입부(94)를 포함한다. 상기 날개(90) 및 덮개(92)는 복수개의 종래의 방사상으로 연장된 임펠러 분배구(96)를 정의한다. 상기 디스크(82)의 외부 표면(86)은 제일 링 형태의 임펠러 추력 베어링(99)을 유지하는 윤환형 오목부(98), 및 중앙으로 노출된 원통형 조정 부재(100)를 구비한다.

상기 확산기(80)는, 상기 하우징(20)의 상기 장착 플랜지(48)에 대하여 인접한 원형 장착 플랜지(106)를 구비한 개구부(104), 및 원형 외부 및 내부 벽(110 및 112)에 의하여 정의되는 패쇄 단부(108)를 갖는 원통형 주변부(102)를 구비한다.상기 외부 벽(110)은 중심에 노출된 유체 출력 개구부(114)를 구비한다. 상기 외부 벽(110)의 외부 표면(116)은 상기 유체 출력 개구부(114)를 에워싸는 돌출된 원형 출력 파이프 장착 플랜지(118)를 구비한다. 상기 주변부(102) 및 벽(110 및 112)은 임펠러 분배구(96) 및 상기 유체 출력 개구부(114) 사이에 유체 통로를 제공하는 복수개의 종래의 확산 채널(134)을 정의한다. 상기 내부 벽(112)은 상기 외부 벽(110)의 유체 출력 개구부(114)쪽으로 연장된 중심으로 노출된 중추 부재(120)를 구비한다. 상기 내부 벽(112)의 내부 표면(122)은 제이 링 형태의 임펠러 추력 베어링(126)을 유지하는 윤환형 오목부(124), 구경(128)을 수용하는 중심으로 노출된 조종 부재를 구비한다. 원통형 임펠러 베어링(132)은 구경(128)을 수용하는 상기 조종 부재의 벽(129)에 의하여 정의되는 대응한 형태의 베어링 안착부(130)에 장착된다.

도 1에 나타나 있듯이, 상기 임펠러(16)의 덮개 관형 유입 부재(94)는 복합적인 밀폐 로터/임펠러 어셈블리(136)를 형성하면서, 상기 밀폐 로터(64)의 상기 고용 오목부(78)에 회전할 수 없게 장착된다. 상기 밀폐 로터/임펠러 어셈블리는 상기 하우징(20)과 상기 하우징 유출 개구부(26)와, 축 방향으로 배열된 상기 하우징 원통형 플랜지(34)에 장착된 상기 밀폐 로터(64)를 구비한 상기 확산기(80) 사이에 회전할 수 있도록 노출되어 있고, 상기 임펠러(16)는 구경(128)을 수용하는 상기 조종 부재(100)를 통하여 상기 확산기(80)에서 회전할 수 있게 노출된다. 상기 로터 및 상기 임펠러 베어링(40, 42, 72, 99, 126 및 132)은 밀폐 로터/임펠러 어셈블리(136)에서의 자유 회전을 허용한다. 유체 펌핑은 상기 밀폐 로터/임펠러어셈블리(136)의 고속 회전을 생성하는 상기 로터(52)와 상기 고정자(54) 사이의 전자기적 상호 작용에 의하여 이루어진다.

도 1에 보여지듯이, 상기 펌프(10)는 제일 및 제이 유체 냉각/윤활 통로(140 및 142)를 포함한다. 상기 제일 통로(140)는 상기 밀폐 고정자(54)와 상기 밀폐 로터(64), 상기 밀폐 로터(64)와 상기 하우징 단부 벽(24), 그리고 상기 밀폐 로터(64)와 상기 관형 라이너(tubular liner, 138) 사이에 정의되는 갭(gap)에 의하여 형성된다. 상기 제이 통로는 상기 임펠러(16) 및 상기 확산기 내부 벽(112)사이의 갭으로 정의된다.

도 4는 상기 펌프(10)가 동작하는 동안의 유체의 흐름을 보여준다. 유체는 상기 하우징 유입 개구부(26)를 통하여 상기 펌프(10) 내로 유입된다. 상기 하우징 원통형 플랜지(34)에 부착되어 있는 관형 라이너(138)는, 상기 밀폐 로터(64)를 통하여 실질적으로 연장되어 있고, 상기 유체를 상기 임펠러(16)로 인도하고, 실재적으로 어떠한 회전에 의해 잠재적으로 유도되는 흐름 방해 요소를 제거한다. 상기 유체는 상기 임펠러(16)의 유입부(95)로 들어가고 상기 임펠러 분배구(96)를 통하여 분배된다. 이 분배되는 유체의 일부는 참조 번호(144 및 146)에 의하여 확인되는 위치에 있는 상기 통로(140 및 142)로 흘러간다. 상기 통로(140 및 142)를 통하여 순환되는 상기 유체는 상기 로터 및 임펠러 베어링(40, 42, 72, 99, 126 및 132)을 냉각 및 윤활하고, 또한, 상기 고정자(54) 및 밀폐 로터(64)를 냉각한다. 상기 제일 통로(140)에서 순환되는 상기 유체는 참조 번호(148)에 의하여 확인되는 위치에 존재하고 상기 임펠러 유입구(96)에 재유입된다. 상기 제이 통로(142)를통하여 순환되는 유체는 상기 유체 유출 개구부(114)를 통하여 분배되는 상기 확산기 중추(120)의 구경(150)을 통하여 존재한다. 상기 분배되는 유체의 나머지 부분은 상기 확산기(80)를 통하여 직접적으로 흐르고 상기 유체 유출 개구부(114)를 통하여 축 방향으로 분배된다.

앞서 언급한 본 발명이 상기한 일 실시예를 참조하여 설명하고 있는 바, 다양한 수정 및 변경은 본 발명의 취지에 어긋남이 없이 이루어질 수 있다. 따라서, 모든 이러한 수정 및 변경은 첨부된 청구항의 취지 내에서 이루어지는 것으로 고려된다.

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Claims (20)

1. 통상의 공동인 하우징;

   상기 하우징의 내부에 회전할 수 있게 장착된 윤환형 로터;

   상기 로터의 주변을 에워싸고 상기 하우징의 내부에 고정되게 장착되는 윤환형 고정자; 및

   상기 윤환형 로터와 축 방향으로 배열된 밀폐 임펠러를 구비한 펌프로서,

   상기 밀폐 임펠러는 상기 윤환형 로터의 내부에 고정되게 장착된 관형 유체 유출 부재를 포함하고, 상기 로터는 상기 임펠러를 회전할 수 있게 구동하는 펌프.
2. 제 1항에 있어서, 상기 펌프는 상기 하우징에 고정되어 장착되고 상기 임펠러를 에워싸는 유체 집유기 더욱 포함하는 펌프.
3. 제 2항에 있어서, 상기 하우징은 내부 표면으로부터 연장된 원형 플랜지를 포함하고, 상기 윤환형 로터가 상기 원형 플랜지 내부에서 회전할 수 있게 장착된 펌프.
4. 제 2항에 있어서, 상기 임펠러는 상기 유체 집유기의 구경에 회전할 수 있게 노출된 조종 핀을 더욱 포함하는 펌프.
5. 제 2항에 있어서, 상기 유체 집유기가 펌프 유출단을 정의하는 유체 유출 개구부를 포함하는 펌프.
6. 제 1항에 있어서, 상기 하우징은 펌프 유입단을 정의하는 유체 유입 개구부를 포함하고, 상기 하우징의 상기 유체 유입 개구부는 상기 로터와 축 방향으로 배열되는 펌프.
7. 제 6항에 있어서, 상기 유체 집유기는 펌프의 유출단을 정의하는 유체 유출 개구부를 포함하는 펌프.
8. 제 7항에 있어서, 상기 유체 집유기의 상기 유체 유출 개구부는 상기 로터 및 상기 하우징의 상기 유체 유입 개구부와 축 방향으로 배열되는 펌프.
9. 제 1항에 있어서, 상기 로터 및 상기 고정자는 둘 다 밀봉되어 있는 펌프.
10. 통상의 공동인 하우징;

    상기 하우징의 내부에 회전할 수 있게 장착된 윤환형 로터;

    상기 로터의 주변을 에워싸고 상기 하우징의 내부에 고정되게 장착된 윤환형 고정자;

    상기 윤환형 로터와 축 방향으로 배열된 밀폐 고정자를 구비한 펌프로서, 상기 밀폐 임펠러는

    상기 윤환형 로터 내부에 고정되어 장착된 관형 유체 유입 부재 및 상기 유체 유입 부재와 통하는 복수개의 방사상으로 연장된 임펠러 분배구를 포함하고, 상기 로터는 상기 임펠러를 회전할 수 있게 구동하며; 및

    상기 임펠러을 에워싸고 상기 하우징에 고정되어 장착되는 유체 집유기로서, 상기 유체 집유기는 상기 임펠러의 상기 분배구와 통하는 펌프.
11. 제 10항에 있어서, 상기 임펠러는 상기 유체 집유기의 구경에 회전할 수 있게 노출된 조정 핀을 더욱 포함하고, 상기 하우징은 내부 표면으로부터 연장된 원형 플랜지를 포함하며, 따라서 상기 윤환형 로터는 상기 원형 플랜지에 회전할 수 있게 장착된 펌프.
12. 제 11항에 있어서, 상기 펌프는 상기 로터의 상기 내부 주변과 상기 원형 플랜지 사이에 노출된 베어링 및 상기 조정핀과 상기 구경 사이에 노출된 베어링을 더욱 포함하는 펌프.
13. 제 10항에 있어서, 상기 펌프는 상기 임펠러의 축방향으로 대향하는 표면과 상기 유체 집유기 사이에 노출된 추력 베어링 및 상기 로터의 축방향으로 대향하는 표면과 상기 하우징의 내부 표면 사이에 노출된 제이 추력 베어링을 더욱 포함하는 펌프.
14. 제 10항에 있어서, 상기 하우징은 펌프의 유입단을 정의하는 유체 유입 개구부를 포함하고 상기 유체 집유기는 상기 펌프의 유출단을 정의하는 유체 유출 개구부를 포함하는 펌프.
15. 제 14항에 있어서, 상기 유체 집유기의 상기 유체 유출 개구부는 상기 로터및 상기 하우징의 상기 유체 유입 개구부와 축 방향으로 배열되어 있는 펌프.
16. 제 10항에 있어서, 상기 로터 및 상기 고정자는 둘다 밀봉되어 있는 펌프.
17. 펌프 유입단을 정의하는 유체 유입 개구부를 구비한 통상의 공동인 하우징;

    상기 하우징의 내부에 회전할 수 있게 장착된 밀봉된 윤환형 로터;

    상기 하우징의 내부에 고정되게 장착되고 상기 로터의 주변을 에워싸는 밀봉된 윤환형 고정자; 및

    상기 윤환형 로터와 축 방향으로 배열된 밀폐 임펠러를 구비한 펌프로서, 상기 임펠러는

    상기 윤환형 로터 내부에 고정되어 장착된 관형 유체 유입 부재, 및 상기 유체 유입 부재와 통하는 복수 개의 방사상으로 연장된 임펠러 분배구를 구비하고 상기 로터는 상기 임펠러를 회전할 수 있게 구동하며; 및

    상기 임펠러를 에워싸고 상기 하우징에 고정되게 장착된 유체 집유기로서,상기 유체 집유기는 상기 임펠러의 상기 분배구와 통하고 펌프 유출단을 정의하는 유체 유출 개구부를 포함하는 펌프.
18. 제 17항에 있어서, 상기 임펠러는 상기 유체 입유기의 구경에 회전할 수 있게 노출된 조정 핀을 더욱 구비하고 상기 하우징은 내부 표면으로부터 연장된 원형 플랜지를 포함하고, 따라서 상기 윤환형 로터는 상기 원형 플랜지에 장착되는 펌프.
19. 제 18항에 있어서, 상기 펌프는 상기 로터의 내부 주변과 상기 원형 플랜지 사이에 노출된 베어링 및 상기 조정 핀과 상기 구경 사이에 노출된 베어링을 더욱 구비하는 펌프.
20. 제 17항에 있어서, 상기 펌프는 임펠러의 축 방향으로 대향하는 표면과 상기 유체 집유기 사이에 노출된 추력 베어링 및 상기 로터의 축 방향으로 대향되는 표면과 상기 하우징의 내부 표면 사이에 노출된 제이 추력 베어링을 더욱 구비하는 펌프.