일반기술

초고효율 원심펌프

본 고안은 일단 및 다단 원심펌프의 효율을 매우 증가시킬수 있도록 창안되었다. 현재의 일반적인 구조의 일단 및 다단 원심펌프는 임펠러에 의해서 회전된 유체가 원심력에 의한 압력을 형성후 회전관성 운동 에너지를 모두 잃도록 되어있다. 현재의 펌프들은 구조적으로 임펠러에 의해 형성된 회전관성 운동 에너지를 정지시키지 않을 경우 역압력이 발생되어져서 펌프의 기능을 발휘하지 못한다. 이는 다단 원심 펌프에서 유체가 다음 임펠러로 유입되기전 회전운동 에너지를 완전히 정지시킨후 축방향 으로 유입하여야만 원심력에 의한 역압력이 형성되지 않음에서 쉽게 이해할 수 있다. 회전관성 운동 에너지를 정지시키더라도 유체의 회전방향과 원심력에 의한 압력의 방향은 힘의 직각의 성분이기 때문에 서로간에 힘의 세기에는 영향을 미치지 않기 때문이다. 따라서 현재의 원심펌프들은 유체의 회전운동 에너지를 전혀 이용하지 못하고 있다. 본 고안은 일단 및 다단 펌프에서 유체의 회전운동 에너지를 전부 이용할 수 있도록 하고 역압력의 발생이 전혀 없음과 동시에 구조적으로 압력의 대폭적인 증가효과를 가져올 수 있게 창안됨으로써 펌프의 효율을 매우 높힐 수 있도록 창안된 고안이다. 원리적으로 원심력과 운동관성의 방향은 항상 직각의 힘의 성분이기 때문에 원심력은 운동관성에 영향을 미치지 않는다. 이는 학문적으로도 원심력은 운동관성에서 완전히 제외되고 논의됨으로써 에너지의 계산에서 고려하지 않는다. 따라서 임펠러에 요구되는 소요에너지는 유체의 회전 운동관성만이 고려되어진다. 그러므로 원심펌프는 출구를 막아 유량이 적을수록 운전 전류가 적게 소요되며 출구 압력은 오히려 증가된다. 즉 용적식 펌프와는 달리 압력에 의한 축 토르크는 요구되지 않는다. 따라서 이러한 원리적으로 운동관성에 소요되는 에너지는 회수할 수 있으며 그 과정에서 원심력은 별개의 요소로 적용되어 유체의 압력을 발생시키게 되고 만약 방법이 있다면 유체의 회전관성 운동 에너지를 회수해 줌으로써 매우 효율이 높은 펌프를 구성할 수가 있다. 본고안은 이를 해결함으로써 원심펌프의 효율을 매우 높힐 수 있도록 하였고 경사면 원통에서 압력의 증대효과를 가져옴으로써 더욱 효율이 높아지게 구성되어 졌다.①도11에서 임펠러의 회전에 의해서 회전관성을 받은 유체가 원심력에 의해서 출구 쪽으로 토출될때 출구의 벽에 F 의 방향으로 회전관성 정지 충격력을 미친다. 충격력을 미치더라도 원심력에 의한 압력의 손실은 일어나지 않는다. 그 이유는 회전관성의 방향과 원심력은 힘의 직각의 성분이기 때문이다. ②또한 다단원심펌프에서 임펠러에 의해서 회전력을 얻은 유체가 원심력에 의한 압력으로써 다음단으로 이동될때 회전관성을 완전히 정지시킨후 유입되어진다. 만약 회전관성을 정지시키지 않으면 현재의 펌프구조와 원리적으로 역압력이 발생되어져서 펌프의 기능을 발휘하지 못한다.(도 10 참조) ③따라서 현재의 원심펌프들은 구조적으로 회전관성 에너지를 완전히 버리고 있으며 일단 펌프의 경우 배관의 출구에서 케이싱에 충격력으로 회전에너지를 잃으며 다단펌프의 경우 단과 단 사이에서 회전력을 완전히 잃게된다. 나선형 출구 펌프의 경우 회전관성이 일부 압력으로 변환되어지기는 하지만 바깥으로 갈수록 회전반경이 커지므로 각운동량 보존의 법칙에 의하여 원주속도 는 회전반경에 비례하여 작아져서 그 영향은 작으며 출구 유량의 흐름 속도가 있어서 정지관성을 회수하는데 크게 도움이 되지 못하고 있다. ④ 어떤 질량체가 곡선운동을 하고 있을 경우 직진할려는 관성에 의해서 원심력이 발생된다. 원심력과 운동관성의 방향은 곡선반경이 어떻게 변할지라도 언제나 직각이다.(도2 의 원심력의 방향과 운동관성의 방향 참조) 그러므로 두힘의 수직성분은 서로간에 그 세기에는 영향을 미치지 않으므로 원심력은 운동관성의 크기에 영향을 미치지 않으며 에너지량의 계산에서 학문적으로 제외된다. 이는 커브길을 달리는 자동차가 직진길 보다 에너지원이 더 요구되지 않는 이치에서 쉽게 이해할 수 있다. 따라서 만약 방법이 있다면 원심력은 운동관성에 고려하지 않아도 되므로 원심력을 이용하여 또다른 일을 창조 할 수가 있다.