액체 링 펌프 및 액체 링 펌프의 작동방법

액체 링 펌프 및 액체 링 펌프의 작동방법{LIQUID RING PUMP AND METHOD FOR OPERATING A LIQUID RING PUMP}

본 발명은, 진공 하수 시스템 내에 진공을 생성하고 오물 흐름을 펌핑하기 위한 액체 링 펌프에 관한 것으로서, 상기 액체 링 펌프는 오물 흐름 방향으로 펌프 입구, 입구 챔버, 기계적 시일(mechanical seal)을 구비한 구동축 상에 배치된 로터를 가지는 펌프 하우징, 출구 챔버, 및 펌프 출구를 포함하여 구성되고, 상기 펌프 입구는 오물의 흐름을 수용하기 위한 콜렉터에 연결되어 배치되고, 상기 펌프 출구는 오물 흐름을 방출하는 배출관에 연결되어 배치되는 청구항 1의 전제부의 액체 링 펌프에 관한 것이다. 본 발명은 또한 액체 링 펌프의 작동방법에 관한 것이다.

액체 링 펌프와 같은 유체 펌프의 전형적인 장치는, 패킹 글랜드(packed gland)와 립 시일(lip seal)을 대체하여 기계적인 시일을 채용하고 있다. 기계적인 시일은 구동축을 따라 펌핑된 유체가 누설되는 것을 방지하기 위하여 제공된다. 그러나, 공지의 유체 펌프에서 기계적인 시일이 수명이 통상적으로 문제가 되며, 이그 수명은 자연히 유체 펌프의 신뢰성에도 영향을 미친다. 특히 진공 하수 시스템에서 오물의 흐름은 매우 난류성(tubulent)이어서, 통상 상기 기계적인 시일은 대단히 건조한 조건하에서 작동되며, 이에 따라 기계적인 시일은 손상될 리스크가 매우 높다.

본 발명의 목적은 상기한 문제를 회피하고 수명이 연장된 액체 링 펌프를 제공하기 위한 것이다. 이 목적은 청구항 1에 따른 액체 링 펌프 및 청구항 10에 따른 액체 링 펌프의 작동방법에 의하여 달성된다.

본 발명의 기본적인 사상은 액체 링 펌프의 작동과정 동안 본질적인 윤활작용을 제공하는 데 있다. 이는 상기 기계적인 시일을 출구 챔버 내에 배치하는 것에 의하여 실현된다. 상기 출구 챔버는 일체로 결합된 일체 연장부를 구비하며, 상기 펌프 출구는 오물 흐름 방향으로 일체 연장부의 하류 끝단에 배치된다. 이는, 특히 펌프가 가동중일 때, 즉 작동중일 때, 상기 기계적인 시일에 대하여 안정적이고 충분한 윤활제의 흐름, 즉 오수 흐름을 유지하게 한다. 상기 출구 챔버가 그 출구 챔버를 확장시키는, 즉 통상의 액체 링 펌프의 출구 챔버에 비하여 더 큰 부피를 출구 챔버에 부여하는 일체 연장부를 구비하고 있으므로, 그러한 확장된 출구 챔버는 더 많은 오수의 양을 포함함으로써, 상기 기계적인 시일에 대하여 적절한 윤활작용을 강화시키게 된다.

상기 장치의 유용한 효과는, 오물의 흐름이 펌프 출구로부터 배출되기 전에 출구 챔버 및 그 출구 챔버의 일체 연장부 내로 또는 이들을 통하여 흐르기 때문에, 상기 기계적인 시일이 오물의 흐름, 즉 오수에 의하여 윤활되도록 배치된다는 점이다.

따라서, 상기 출구 챔버의 일체 연장부는 출구 챔버의 직접적인 연장부 및 확대부를 형성하며, 오물 흐름은 펌프 출구로부터 배출되기 전에 상기 펌프 하우징으로부터 오물 흐름이 이 일체 연장부 내에 받아들여지게 된다. 이에 따라 액체 링 펌프가 작동하는 내내 상기 기계적인 시일의 윤활작용이 촉진되게 된다.

오수의 윤활 효과를 개선시키는 본 발명의 유용한 실시예의 한 장치는, 상기 출구 챔버에, 오물의 흐름 방향으로 출구 챔버 내의 구동축의 길이의 일부에 걸쳐 그 구동축을 따라 연장되는 축 베인(axial vane)이 구비되며, 상기 축 베인은, 오물 흐름이 출구 챔버를 통하여 흐를 때 그 오물의 흐름을 상기 기계적인 시일을 따라 또한 상기 기계적인 시일 쪽으로 향하게 한다.

오수의 윤활 효과를 개선시키는 본 발명의 유용한 실시예의 한 장치는, 상기 출구 챔버에, 오물 흐름 방향으로 그 출구 챔버 내의 구동축의 일부의 주위를 따라 또한 그 구동축 길이의 일부를 따라 연장되는 방사방향 베인(radial vane)을 구비하여, 상기 방사방향 베인이, 오물 흐름이 출구 챔버를 통하여 흐를 때 그 오물의 흐름을 상기 기계적인 시일 주위로 또한 상기 기계적인 시일 쪽으로 향하게 한다.

본 발명의 유용한 일 실시예의 장치는, 출구 챔버의 일체 연장부가, 오물 흐름의 방향으로 출구 챔버의 하류측에서 상기 일체 연장부의 일부에 걸쳐 구동축 방향으로 연장되는 플랜지수단(flange means)을 구비하고 있다. 이는 출구 챔버를 향하는 오물의 흐름을 방해하고 방향을 바꾸게 함으로써, 기계적인 시일의 윤활작용을 개선시킨다.

상기 액체 링 펌프의 효율적인 작동을 보장하기 위하여, 상기 펌프 출구는 역류(back-flow)밸브수단을 구비한다.

액체 링 펌프 내의 흐름 문제를 피하기 위하여, 상기 액체 링 펌프는 펌프 하우징의 상류측에 분쇄장치를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명은 특히, 상기 액체 링 펌프가, 오물 공급원, 콜렉터를 포함하는 진공배관, 상기 진공배관과 오물 공급원 사이에 배치되는 방출밸브, 및 배출관으로부터 방출되는 오물 흐름을 수용하기 위한 수용설비를 포함하여 구성되는 진공 하수 시스템에 배치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 추가적인 유용한 특징들은 청구항 2~9 및 청구항 11~15에 개시되어 있다.

본 발명에 의하여, 액체 링 펌프의 작동과정 동안 기계적인 시일에 대하여 윤활작용을 개선시킬 수 있다.

도 1은, 본 발명의 액체 링 펌프를 채용한 일례인 진공하수시스템의 레이아웃의 개략도이다.
도 2는, 본 발명의 제1 실시예를 나타낸 도면이다.
도 3은, 본 발명의 제2 실시예를 나타낸 도면이다.
도 4는, 본 발명의 제3 실시예를 나타낸 도면이다.
도 5는, 본 발명의 제4 실시예를 나타낸 도면이다.
도 6는, 본 발명의 제5 실시예를 나타낸 도면이다.

이하에서는, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명 실시예에 기초하여 더욱 자세하게 본 발명을 설명하기로 한다.

도 1은, 일반적인 진공하수시스템의 레이아웃을 나타내는 개략도이다. 상기 진공하수시스템은, 변기(toilets:61), 소변기(urinal:62), 세면대(63), 샤워기(64)와 같은 복수의 오물의 공급원인 오물공급원을 포함한다. 상기 진공하수시스템은 또한 분기관(71), 주관(72) 및 콜렉터(73)를 포함하는 진공배관(7)을 더 포함하여 구성된다. 변기(61)와 같은 오물 공급원들은, 오물 공급원과 진공배관 사이에 배치된 방출밸브(도시하지 않음)를 거쳐 진공배관 또는 본 실시예에서는 분기관(71)에 연결된다. 액체 링 펌프(10)는 진공하수시스템 내에 진공을 생성하고 오물의 흐름을 펌핑하기 위하여 상기 콜렉터(73)에 결합된다.상기 액체 링 펌프(10)는 또한 오물의 흐름을 배출하기 위하여 수용설비(9)에 연결되는 배출관(8)에 연결된다. 해양 선박용의 진공하수시스템에 있어서는, 상기 수용설비는 예컨대 주위의 바닥, 저장탱크 또는 처리플랜트일 수 있다. 오물의 흐름은 대개 오수의 형태이다.

이러한 종류의 진공하수시스템은 본 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 것이므로, 이와 관련한 더 자세한 설명은 하지 않기로 한다.

오물 흐름의 방향은 블록 모양의 굵은 화살표로 표시한다.

도 2는, 본 발명에 따른 액체 링 펌프(1)의 제1 실시예의 세부도면이다. 상기 액체 링 펌프(1)는 오물 흐름 방향(블록 모양 화살표로 지시됨)으로, 역류(back-flow)밸브(12)를 구비한 펌프 입구(11), 입구 챔버(13), 기계적 시일(mechanical seal:20)을 구비한 구동축(16) 상에 배치된 스크류 로터(15)를 가지는 펌프 하우징(14), 출구 챔버(17) 및 펌프 출구(19)를 포함한다. 상기 입구(11)는 도 1에 개시된 콜렉터(73)에 연결되도록 배치된다. 상기 펌프 출구(19)는 도 1에 개시된 배출관(8)에 연결되도록 배치된다. 상기 액체 링 펌프(1)는 그 출구측에 배치된 전기 모터(100)에 의하여 구동된다.

구동축(16)의 기계적인 시일(20)은 출구 챔버(17) 내에 배치된다. 오물이 펌핑된 유체, 이 경우에는 진공하수시스템의 다양한 오물 공급원으로부터 수집되어 펌핑된 오물인 유체가, 액체 링 펌프(1)를 통하여 펌핑될 때 상기 구동축(16)을 따라 누설되는 것을 방지하기 위하여 상기 기계적 시일(20)이 제공된다. 본 실시예에서, 출구 챔버(17)는 그 출구 챔버와 일체로 결합되어 연장되어 나온 부피부분인 일체 연장부(18) 를 구비한다. 상기 일체 연장부(18)는 출구 챔버(17)의 위 그리고 구동축 방향으로 펌프 하우징(14)의 일부의 위로부터 연장되어 있다. 상기 펌프 출구(19)는 오물의 흐름 방향(블록모양 화살표로 지시됨)으로 상기 일체 연장부(18)의 하류 끝단에 위치한다. 따라서 출구 챔버(17)의 일체 연장부(18)는 출구 챔버(17)의 직접적인 연장부 및 확대부를 형성하여, 오물 흐름은 상기 펌프 출구(19)로부터 배출되기 전에 펌프 하우징(16)으로부터 상기 연장부에 수용된다. 이는, 액체 링 펌프(1)의 작동 내내 상기 기계적인 시일(20)에 대한 윤활작용을 강화시시킨다.

상기 액체 링 펌프(1)는 펌프 하우징(14)의 상류측에 오물 흐름 내의 고체 물질 등을 분쇄하기 위한 분쇄장치(macerator device:30)를 포함한다. 이는 진공하수시스템이 작동중일 때, 하수 흐름 폐색이 발생되는 것을 방지하는데 도움을 준다.

도 3은 본 발명에 따른 액체 링 펌프(1)의 제2 실시예를 자세히 도시한 것이다. 이 실시예는 도 2에 개시된 실시예에 상응하는 것으로, 상응하는 구성요소에는 도 2와 같은 참조부호를 붙여서 나타낸다. 이 실시예는 구동축(16)을 따른 펌프 하우징(14)의 하류 단부로부터 구동축(16)의 방향으로 연장되어, 상기 구동축(16)으로부터 일정 간격을 두고 설치된 축 베인(axial vane:40)을 포함하고 있다. 오물이 펌프 하우징(14)으로부터 나와 출구 챔버(17) 내로 또한 출구 챔버(17)를 통하여 일체 연장부(18) 쪽으로 이어서 펌프 출구(19)로 통과되어 나올 때, 이 축 베인(40)은 오물 흐름의 분배, 즉 기계적 시일(20)에 대하여 윤활작용을 하는 오수의 분배를 개선시킨다. 오수 흐름 방향은 블록모양 화살표에 의하여 지시되고 있다.

도 4는 본 발명에 따른 액체 링 펌프(1)의 제3 실시예를 자세히 도시한 단면도이다. 이 실시예는 도 2에 개시된 실시예에 상응하는 것으로, 상응하는 구성요소에는 도 2와 같은 참조부호를 붙여서 나타낸다. 이 실시예는 방사방향 베인(radial vane:50)을 더 포함하며, 이 방사방향 베인은 구동축(16)의 주위로 방사방향으로 배치된다. 상기 방사방향 베인(50)은, 출구 챔버(17) 내에서 펌프 하우징(14)의 하류 단부로부터 구동축(16) 방향으로 연장되는바, 이 방사방향 베인(50)이 구동축(16)을 따라 오물 흐름의 방향으로 연장되게 된다. 오물이 펌프 하우징(14)으로부터 나와 출구 챔버(17) 내로 또한 출구 챔버(17)를 통하여 일체 연장부(18) 쪽으로 이어서 펌프 출구(19)로 통과되어 나올 때, 이 방사방향 베인(50)은 오물 흐름의 분배 즉, 기계적 시일(20)에 대하여 윤활작용을 하는 오수의 분배를 개선시킨다. 오수 흐름 방향은 블록모양 화살표에 의하여 지시되고 있다.

도 5는 본 발명에 따른 액체 링 펌프(1)의 제4 실시예를 자세히 도시한 것이다. 이 실시예는 도 2에 개시된 실시예에 상응하는 것으로, 상응하는 구성요소에는 도 2와 같은 참조부호를 붙여서 나타낸다. 그러나, 이 실시예는 일체 연장부(18)가 다른 구성을 구비한 것이다. 상기 일체 연장부(18)는 구동축(16)의 방향으로 펌프 하우징(14)과 출구 챔버(17) 위로 연장된 확장된 부피공간을 구비하고 있다. 도 2 내지 도 4에 개시된 일체 연장부와 비교하여, 상기 일체 연장부는 더욱 확장된 부피를 가지므로, 기계적인 시일(20)의 윤활 목적을 위하여 일체 연장부(18) 및 출구 챔버(17)에 의해 형성되는 확장된 부피 내에 오수를 더욱 확실하게 유지할 수 있다. 따라서 출구 챔버(17)의 일체 연장부(18)는 출구 챔버(17)의 직접적인 연장부 및 확대부를 형성하여, 오물 흐름은 상기 펌프 출구(19)로부터 배출되기 전에 펌프 하우징(16)으로부터 상기 연장부에 수용된다. 이는, 액체 링 펌프(1)의 작동 내내 상기 기계적인 시일(20)에 대한 윤활작용을 강화시시킨다.

상기 액체 링 펌프(1)는 펌프 하우징(14)의 상류측에 오물 흐름 내의 고체 물질 등을 분쇄하기 위한 분쇄장치(30)를 포함한다. 상기 액체 링 펌프(1)는 그 출구측에 배치된 전기 모터(100)에 의하여 구동된다. 오수 흐름 방향은 블록모양 화살표에 의하여 지시되고 있다.

도 6은 본 발명에 따른 액체 링 펌프(1)의 제5 실시예를 자세히 도시한 것이다. 이 실시예는 도 5에 개시된 실시예에 상응하는 것으로, 상응하는 구성요소에는 도 2와 같은 참조부호를 붙여서 나타낸다. 제5 실시예는, 도 5에 개시된 제4 실시예와 비교하여, 출구 챔버(17)의 일체 연장부(18) 내에 플랜지수단(flange means:181)이 배치되어 있어, 이 플랜지수단에 의하여 오물 흐름이 펌프 출구(19)로부터 배출되기 전에 출구 챔버(17) 및 일체 연장부(18)의 영역 내의 오물 흐름을 유지하거나 그 방향을 바꿀 수 있다. 따라서 상기 플랜지수단(181)은 출구 챔버(17)의 하류로의 오수 흐름을 방해하는 역할을 한다. 상기 플랜지수단(181)은, 출구 챔버(17)의 일체 연장부(18)의 길이(구동축(16) 방향)의 상당부분에 걸쳐 구동축(16)의 하류로 소정거리만큼 이격되어 액체 링 펌프(10)의 구동축(16) 방향으로 연장되어 배치된다. 이 플랜지수단은, 출구 챔버(17)와 상기 출구 챔버(17)의 일체 연장부(18)를 통하는 오물 흐름이 방해되는 동안 오물 흐름을 유지함과 동시에 상기 기계적 시일(20) 상으로 부분적으로 오물 흐름이 되돌아 흐르게 하므로(flush back) 구동축(16) 상의 기계적 시일(20)에 대한 윤활작용을 더욱 개선시킨다.

본 상세한 설명 및 이와 관련된 도면은 단지 본 발명의 기본적인 기술적사상을 명확하게 하고자 한 것이다. 본 발명은 첨부된 청구범위의 버무이 내에서 다양하게 변형될 수 있다.