KR0137012B1

KR0137012B1 - 재생식 원심 압축기

Info

Publication number: KR0137012B1
Application number: KR1019910013681A
Authority: KR
Inventors: 베르노 알랭; 디틀러 배리
Original assignee: 스테펜 알. 비슨; 램슨 코포레이션
Priority date: 1990-09-28
Filing date: 1991-08-08
Publication date: 1998-07-01
Also published as: KR920006655A; DE69104455T2; US5143511A; EP0478468B1; EP0478468A1; ES2064968T3; DE69104455D1; JPH04262093A

Abstract

복열식 원심 콤프레서는 임펠러 원판테의 어느쪽 측부위에 축상의 임펠러 판을 가진 임펠러 원판과 날의 열의 하나나 다른 것을 각각 둘러싸는 환상의 압축챔바를 정의하고 임펠러 원판의 구동축을 회전적으로 지지하는 지지하우징을 갖는다. 환상의 압축챔바는 임펠러의 회전방향으로 유입구부터 배출구까지 뻗어가고 스트리퍼부분은 회전방향으로 배출구부터 유입구까지 뻗어간다. 임펠러 날보다 부드러운 낮은 마찰의 물질로된 스트리퍼봉합 삽입물은 스트리퍼부분에서 하우징의 어느쪽 측부 위에서 스트리퍼 리셉터클안으로 고정된다. 유입구에서의 배플은 임펠러 주위의 유입공기를 방사상 내부측부까지 전한다. 환상의 임펠러 주위의 유입공기를 방사상 내부측부까지 전한다. 환상의 움직이는 봉합은 하우징과 임펠러 원판의 테사이에 갖춰진다. 임펠러 날은 최적의 효율과 압축을 위해 모양잡혀진다.

Description

재생식 원심 압축기

제1도와 제2도는 본 발명의 하나의 선호된 실시예에 따른 재생 원심 콤프레서의 좌측면도 및 우측면도.

제3도는 제2도의 3-3 에서 본 단면도.

제4도는 제2도의 4-4 에서 본 이 실시예의 압축기의 평면도.

제5도는 제4도의 5-5 에서 본 부분단면도.

제6도는 제3도에 도시된 실시예의 일부에 대하여 선택적으로 실시가능 축씰(seal)구조의 도면.

제7도는 본 발명의 선호된 실시예를 구성하는 임페러(impeller)와 스트립퍼 씰(stripper seal)의 부분조립도면.

제8도는 선호된 실시예의 부분입면도.

제9A도에서 9I 도는 제8도의 9A와 9I에서 각각 본 압축챔버(chamber)들중 하나를 나타내는 횡단면도.

제10도는 본 발명의 임펠러를 구성하는 블래이드의 측단면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 압축기12 : 우측하우징

14 : 좌측하우징 16 : 임펠러 구동축

18 : 유입포트(port)20 : 유출포트

22 : 압축챔버(chamber)24 : 스트립퍼(stripper)부분

26 : 스탠드28 : 구동축 씰(seal)

30 : 베어링32 : 임펄러(impeller)

34 : 허브(hub)36 : 림(rim)

38,42 : 원통면40 : 씰

42 : 내부원통면44 : 저압폐쇄영역

48 : 스트립퍼 씰52 : 원형코아

54,56 : 플랜지58 : 배플(baffle)

60 : 가스씰62 : 웨브(web)

64 : 나사구멍66 : 나사

72 : 블래이드74 : 이격공간

76 : 유입변부78 : 아크곡선부

80 : 유출변부

본 발명은 재생식 원심펌프(regenerative centurifugal pump) 또는 송풍기, 특히 더 큰 효율과 동력을 가지는 재생식 장치에 관한 것이다.

재생식 압축기(regenerative compressor)는 블래이드(blade)구조식의 한 개의 임펠러(impeller)에 의해 동일한 블래이드 팁(tip) 속도를 갖는 여러개의 원심단계(centrifugal stage)에 상응하는 압축비(compression ratio)를 갖는 로터 운동식(rotor-dynamin) 유체처리 기계이다. 임펠러는 임펠러의 림(rim)의 한쪽 또는 양쪽 측면에서 축방향으로 돌출구조를 이루는 한 세트의 블래이드나 베인(vane)을 갖는다. 하우징은 임펠러를 둘러싸고, 유입포트(port)와 유출포트사이에 원형의 압축챔버를 형성한다. 스트립퍼 씰(stripper seal)이 유출포트와 유입포트사이에 제공된다. 이 스트립퍼 씰은 블래이드 위에서 작은 틈새(close clearance)를 형성하며, 블래이드 사이에 존재하는 가스만이 유출포트로 부터 압축챔버의 유입포트 단부로 이동한다.

원형을 이루는 각각의 압축챔버는 다소 원형단면을 갖고, 중실코아(solid core)가 블래이드(blade)의 팁(tip)상에 제공될 수 있다. 블래이드들은 압축챔버내의 가스를 외측 반경방향으로 구동시키고, 가스는 코아(core) 및 챔버벽들에 의해 다시 블래이드들의 반경방향내측의 변부로 되돌려보내지며, 다음에 상기 블래이드들은 가스의 외측으로 구동한다. 가스가 압축챔버를 통과하는 동안 가스는 블래이드들과 여러번 충돌하는 나선형 경로를 따라 이동하게 된다. 블래이드(blade)를 통해 각각의 통로는 가스를 압축하고, 상기 각각의 통로는 종래기술을 따르는 원심압축의 일단계와 등가하다.

그러나, 상기 기계들은 제한된 효율과 동력을 소산시키는 경향때문에 제한적으로 응용된다. 일반적으로 재생식 원심압축기는 50% 이하의 효율을 갖는다. 가스가 압축챔버에 존재하는 가스안으로 분출되므로, 압축챔버에는 난류발생이 증가된다. 또한 스트립퍼 씰에 관한 종래기술에 따르는 설계는 누출(leakage)과 소음문제를 해결하지 못하고, 임펠러 블래이드에 대해 상대적으로 큰 틈새를 요구한다.

반면에 높은 신뢰도를 필요로 하고, 상대적으로 작동이나 보수문제가 없어야 하는 응용면에서는 효율적인 왕복식 압축기보다 상기 재생식 압축기가 종종 선호된다. 비슷한 설계를 따르는 펌프는 또한 액체를 펌핑(pumping)하는데 사용된다.

송풍기나 압축기는 효율인자, 유동율, 출구압력에 따라 분류된다. 일반적으로, 피스톤식 압축기는 종종 80%에 이르는 높은 효율을 가지고, 작은부피와 상대적으로 높은 출구압력을 갖는다. 루츠(roots)송풍기나 로우브(lobed)송풍기와 같은 회전식기계는 피스톤식 압축기보다 훨씬 더 높은 작동속도를 내며, 더 큰 부피에서 중간정도의 출구압력을 전달한다. 회전식 압축기는 전형적으로 60% 정도로 출력효율을 갖는다. 세 번째 분류의 기계는 반경방향, 축방향 또는 혼합형 유동형식을 가지는 회전식 터보(turbo)기계이다. 상기 회전식 터보기계들중 하나는 전형적으로 40%에서 50% 정도의 효율을 가지고 큰 부피에서 낮은 출구압력을 가지는 재생식 소위 드래그(drag)펌프이다. 다단계 터빈 압축기가 더 높은 출구압력을 발생하도록 사용된다.

재생식 송풍기는 루츠 송풍기와 유사한 작동특성을 갖지만, 약간의 작동상 장점이 있다. 상기 장점에는 소형의 크기, 정숙한 작동, 깨끗하고 맥동이 없는 공기의 방출, 간단한 구조와 보수문제가 없다는 것이 포함된다. 그러나 재생식 송풍기는 루츠식(Roots type) 송풍기와 비교하여 낮은 효율을 갖는 단점을 가진다.

재생식 압축기 또는 송풍기는 교반, 송풍, 냉각 또는 건조작업에 사용되며, 공압식 운반(pneumatic conveying)에 의한 벌크재료(bulk material)의 운반 또는 공정가스(process gas)를 전달하는데 유용하다.

개선된 효율을 갖는 재생식 원심펌프나 송풍기를 갖추는 것이 본 발명의 목적이다.

개선된 압축특성과 감소된 누출특성을 갖는 재생식 원심압축기를 갖추는 것이 다른 목적이다.

감소된 누출특성, 감소된 유입포트 유입특성, 개선된 효율을 갖는 재생식 원심펌프나 압축기를 갖추는것이 본 발명의 목적이다.

증가된 부하용량과 더 큰 효율 및 힘을 제공하는 임펠러를 가진 재생 왕복운동식 압축기를 갖추는 것이 다른 목적이다.

더욱 효과적이고, 정비보수가 가능한 스트립퍼 씰(stripper seal) 및 개선된 신뢰성을 갖는 재생식 원심압축기를 갖추는 것이 본 발명의 또다른 목적이다.

본 발명의 특징에 따르면, 연결된 하우징과 함께 원형을 이루는 한쌍의 압축챔버들을 형성하고, 임펠러 주변부로 부터 축방향으로 돌출구조를 이루는 한 개 도는 두 개의 블래이드들의 블래이드열을 가진 로터운동식 임펠러(roto-dynamic impeller)가 재생식 원심압축기에 구성된다. 하우징은 공기 또는 가스의 유입포트와 유출포트를 가지고, 상기 압축챔버는 임펠러의 회전방향으로 유입포트로 부터 유출포트까지 연장구성된다. D자 모양의 단면을 가지는 원형코아가 압축챔버내에서 블래이드들의 축방향 팁(tip)을 따라 유입포트로 부터 유출포트까지 연장구성되고, 상기 유입포트의 단부는 유입포트의 배플(baffle)과 일체로 구성된다. 스트립퍼 씰은 블래이드들의 측단면과 동일한 단면을 가지는 통로를 가지고 유출포트로 부터 유입포트까지 연장구성되어, 유출포트의 압축가스가 유동챔버로 부터 떨어져 나온다.

상기 압축기에 있어서, 유동채널을 따라 가스 또는 유동이 나선형경로를 따른다. 우선 가스가 유입포트에서 흡입되고, 다음에 유입포트의 배플을 통해 블래이드들의 도입변부로 안내된다. 회전운동하는 임펠러(impeller)는 가스를 블래이드들의 도입변부로 부터 후방변부까지 구동시켜서 가스의 속도와 압력을 증가시킨다. 다음에 가스는 상기 속도의 일부가 압력으로 변화되고 블래이드가 없는 유동챔버로 유입한다. 다음에, 가스는 블래이드의 도입변부로 다시 유입한다. 압축가스가 떨어져 나가는 스트립퍼 씰과 압축가스가 만날때까지 상기 과정이 반복된다. 상기 과정에서 각각의 가스 가속단계는 유입포트로 부터 유출포트까지 다단계압축에 더해지는 종래 압축기의 압축단계와 등가하다.

상기 다단압축과정을 통해 발생되고, 상대적으로 높은 압력 때문에 새로운 씰설계(seal desing)가 본 발명에서 제공되고, 상기 씰설계에 의해 누출손실이 최소화되고, 하우징과 임펠러의 허용공차를 작게 설계하여 발생되는 열팽창에 의한 금속포착 파손(metallic seizure failure)이 극복된다.

일반적으로, 틈새는 이동부품과 정지부품사이에 필수적으로 존재하여, 압력구배(pressure gradient)가 존재하는 곳이면 어디든지 누출이 발생된다. 유입포트와 유출포트사이에 큰 압력구배가 존재하는 스트립퍼영역과 채널(channel)과 임펠러 허브사이의 큰 압력차가 존재하는 임펠러 내부의 림(rim)에서 상기 누출(leakage)이 매우 중요하다.

이 문제에 대한 종전의 접근방법은 될 수 있는 대로 틈새를 작게 유지하는 것이었다. 상기 접근방법의 문제점은 제조하기가 더욱 어렵고, 특히 고부하가 걸릴 때 열팽창에 의한 금속과 금속의 충돌 또는 마찰을 일으키게 된다는 것이다.

본 발명은 임펠러 내부의 림(rim)과 하우징의 결합부품 사이에 위치하는 한쌍의 내부 운동씰(inner running seal) 및 하우징과 임펠러 외부의 림(rim)사이에 배열된 한쌍의 외부 운동씰(outer running seal)을 사용한다. 유입포트와 유출포트사이에 배열된 한쌍의 스트립퍼 씰은 임펠러 재질보다 연성이 더 크다. 좁은 틈새가 임펠러와 스트립퍼 씰사이에 유지된다. 임펠러 블레이드가 스트립퍼 씰과 충돌하더라도, 충돌은 기계적인 파손을 유발하지 않는다.

본 발명의 또다른 장점은 효율의 개선과 부하용량의 증가에 있다.

유입포트의 배플은 유동의 유입조건을 개선하는데 사용된다.

다른 개선점은 임펠러 블래이드(impeller blade)의 측단면설계에 있다. 임펠러 내부의 가스와 임펠러 사이에 높은 에너지 전달이 가능하고, 전방으로 만곡된 블래이드들을 사용하는 것이외에 연속적으로 구성된 블래이드들 사이의 유동통로는 더욱 우수한 효율을 가진 임펠러내부에서 더 큰 압력이 발생될 수 있는 디퓨징(diffusing) 특성(즉 임펠러내의 20% 유동감속)을 가진다.

본 발명에 따르는 실시예에 있어서, 압축기는 하우징내에서 회전이 이루어지게 지지되는 회전자원판(rotor disk)이나 임펠러(impeller)를 가진다. 임펠러의 림(rim)에는 축방향을 향하는 두 개의 블래이드열이 구성되고, 상기 하우징은 원형을 이루는 한쌍의 압축챔버를 형성하며, 두 개의 블래이드열들이 각각의 압축챔버들을 통해 이동한다. 하우징은 공기 또는 가스의 유입포트 및 유출포트를 가지고, 압축챔버는 임펠러의 회전방향으로 유입포트로 부터 유출포트까지 연장구성된다. 유입포트에서 배플(baffle)들은 블래이드들 및 압축챔버주위에서 흡입된 공기(또는 다른 가스)를 저압의 즉 블래이드들의 반경방향 내측의 챔버로 유입하도록 안내한다.

압축챔버들은 일반적으로 원형단면을 형성하고, 각각의 챔버들은 블래이드들로 부터 방출되는 가스를 위한 비틀림 경로를 형성하기 위해 압축챔버내에서 블래이드들의 축방향 팁(tip)들을 따라 연장구성되는 원형코아를 포함한다. 각각의 원형코아들은 유입포트로부터 유출포트까지 연장구성되고, 유입포트의 단 부는 배플과 일체로 구성된다. 선호적으로 원형코아는 D자모양의 단면을 형성한다.

스트립퍼 씰(stripper seal)이 임펠러의 회전방향으로 유출포트로 부터 유입포트까지 연장구성된다. 스트립퍼 씰은 블래이드들의 측단면과 동일한 단면적의 개방통로를 가진다. 압축챔버내의 압축가스가 블래이드들로 부터 떨어져 나오고, 블래이드 주변의 유출포트로 부터 유입포트까지 유동이 방지된다. 선호되는 실시예에서, 스트립퍼 씰은 블래이드의 재질(예를 들어 알루미늄)보다 연성이 더 큰 테프론(Teflon)(즉 PTFE) 또는 저마찰특성의 합성수지로 제조되는 각각의 채널부재 인서트(channel member insert)를 포함한다. 인서트는 하우징의 스티립퍼 영역 즉 유출포트와 유입포트사이의 수용부에 끼워맞춤이 이루어진다.

스트립퍼 인서트들은 선호적으로 하우징의 수용부에 고정되는 웨브(web)와, 블래이드들의 유입변부 및 유출변부에 각각 배치되고 동심을 이루며 원주방향을 향하는 내측플랜지 및 외측플랜지를 가진 아크모양의 채널(arcuate channel)을 형성한다. 내측플랜지의 원주방향 크기는 외측플랜지의 원주방향 크기보다 더 크므로, 블래이드들이 스트립퍼 씰과 부딪힐 때, 연속적으로 구성된 블래이드들 사이의 이격공간들은 유출변부쪽에서 폐쇄되기전에, 유입변부쪽에서 먼저 폐쇄된다. 또한 블래이드들이 스트립퍼 씰을 떠나고 유입포트 영역으로 이동할 때, 이격공간들은 유출변부쪽에서 먼저 개방된다. 상기 작용에 의해 유출포트영역에서 부터 유입포트영역까지 블래이드들 사이의 이격공간내에서 운반되는 압축가스에서 부터 난류(turbulence)발생이 감소된다.

유체동역학적 특성을 개선하기 위해, 블래이드들은 동근모양의 유입변부, 직선형의 도입부, 아크모양의 아크곡선부, 직선형의 유출부 및 평평하고 좁은 유출변부를 가지는 L자모양의 측단면을 가지고 전방경사를 이루도록 형성된다. 블래이드들의 유입변부로 부터 아크곡선부까지 점차적으로 증가하는 폭을 가지고, 다음에 아크곡선부로 부터 유출변부까지 연속적으로 점차적으로 개방되는 이격공간이 연속적으로 구성된 상기 블래이드들 사이에 형성된다. 상기 구성에 의해 가스의 효과적인 디퓨전(diffusion) 기능이 이루어진다. 선호적으로 임펠러디스크의 한쪽면에 위치한 블래이드들이 임펠러의 다른쪽면에 위치한 블래이드들사이에 형성된 이격공간들과 일직선상에 놓이도록, 두 개의 블래이드열들이 엇갈리게 구성된다.

하우징의 반경방향 내측부와 임펠러의 림(rim)에 구성되고 원통형을 이루며 상기 반경방향 내측부와 마주보는 면사이에 운동 씰(running seal), 즉 테프론 또는 유사재질의 원형링이 배치될 수 있다. 상기 운동 씰에 의해서, 금속표면사이에는 작은 틈새를 유지할 필요없이 압축가스를 압축챔버내에 수용할 수 있게 된다.

본 발명의 특징을 따르는 재생식 압축기는 이전 설계에서 보다 소음이 적고 신뢰성이 크며, 개선된 효율에서 더 큰 압력비를 가진다. 스트립퍼 씰(stripper seal)이 파손된 경우 용이하게 교체될 수 있다. 그러나, 짧은 런-인 주기(run-in period)후에 스트립퍼 씰들과 임펠러 사이에는 접촉이 이루어지지 않는다.

본 발명을 따르는 상기 및 다른 다수의 특징들이 첨부된 도면 및 선호되는 실시예로 부터 당해업자들에게 명백해진다.

제1도와 제2도에 있어서, 압축기(10)은 우측 하우징(12)과 좌측 하우징(14)으로 구성된다. 임펠러 구동축(16)은 우측 하우징(12)내의 베어링 지지체로 연장구성된다. 제1도의 실시예에 있어서, (도시되지 않은) 모터는 우측 하우징(12)의 임펠러구동축(16)에 부착된다.

임펠러구동축(16)의 회전방향은 엠보싱(embossing) 또는 몰딩(moulding)으로 성형된 화살표로 표시된다.

압축기(10)의 상부에 유입포트(18)과 유출포트(20)가 갖추어진다. 일반적으로 토로이달(toroidal) 곡선모양의 압축챔버(22)는 압축기의 우측하우징(12)과 좌측하우징(14)에 구성되고, 각각의 압축챔버(22)는 유입포트(18)에서부터 유출포트(20)까지 회전방향으로 연장구성된다. 그때 스트립퍼영역(24)은 회전방향으로 유출포트(20)로 부터 유입포터(18)까지 짧은 거리를 유지한다. 스탠드(stand)(26)가 압축기에 장착된다.

제3도에 상세히 도시된 것처럼, 유입포트(18)는 J형 단면을 갖고, 유입공기는 유입포트(18)의 개구부로 부터 유입포트측의 압축챔버(22)의 하부 또는 반경방향 내측부까지 운반된다.

제3도에 도시된 것처럼 래버린쓰(labyrinth) 씰(seal) 설계로 구성되고 임펠러 구동축(16)주위에서 우측하우징(12)이 씰링(sealing)이 이루어지는 구동축 씰(28)이 구성된다. 공지된 설계를 따르는 베어링(30)이 임펠러 구동축(16)을 회전가능하게 지지한다.

하우징내부에 구성되고, 임펠러구동측(16)에 의해 구동되는 임펠러(32)가 임펠러구동축(16)위에 장착된 허브(34)와 원주방향의 림(rim)(36)으로 구성된다. 림(36)은 임펠러(32)의 축방향 측면들위에서 내측반경방향을 향하는 원통면(38)을 가진다. 각각의 원통면(38)을 향하는 우측하우징(12)과 좌측하우징(14)의 내부원통면(42)위에는 링모양의 마찰 운동 씰(low-friction ring-type running seal)이 구성된다. 운동씰(40)에 의해 압축챔버(22)로 부터 허브(34)와 림(36)사이에 위치한 저압폐쇄영역(44)으로 고압가스가 유출되는 것이 방지된다. 필요하다면, 림(36)의 원통면과 우측하우징(12)과 좌측하우징(14)의 마주보는 면사이에 운동씰(40)이 구성될 수 있다. 서로에 대해 고속으로 이동하는 금속표면들 사이에 좁은 틈새를 형성할 필요없이 상기 운동씰(40)은 가스유동을 수용한다. 따라서 임펠러의 제조비용을 감소시키고, 동시에 송풍기나 압축기의 신뢰성을 증가시킨다. 또한 누출이 차단되어 압축기효율이 증가된다. 상기 운동씰(40)은 도한 압축챔버내의 공기나 다른 가스로 인해 작동시 발생하는 열팽창을 흡수한다.

도면을 참고로 다음의 상세한 설명에서처럼, 임펠러(32)에 구성된 림(36)의 축방향 면위에 블래이드들의 블래이드 열(row)(46)이 각각 구성되고, 가스가 유입포트로 부터 유출포트로 이동함에 따라 상기 블래이드 열(46)은 원심압축을 위해 공기 또는 다른 가스를 압축챔버를 향해 원심방향으로 이동시킨다. 스트립퍼 씰(48)은 블래이드보다 연성이 더 큰 마찰재료의 인서트(insert)형태로 제공된다. 스트립퍼 씰(48)은 스트립퍼 영역(24)내의 씰 수용부내에 부착되고, 상기 스트립퍼 씰(48)은 우측하우징(12)과 좌측하우징(14)의 각각에 부착된다. 제3도에 있어서, 스트립퍼 씰에 구성된 개방채널은 회전방향으로 블래이드 열(46)의 측단면과 일치하는 단면을 가진다.

제3도에 있어서, 각각의 압축챔버(22)는 일반적으로 블래이드(72)의 축방향 단부에 인접한 압축챔버(22)의 중심부에 원형코아(annular core)(52)를 가진다. 원형코아(52)는 일반적으로 D자 모양의 단면을 가진다. 상기 원형코아(52)는 블래이드(72)와 인접한 직선 또는 평면모양의 표면과 둥근모양의 표면을 가지고, 사익 동근모양의 표면은 압축챔버(22)의 내부와 함께 블래이드(72)의 외측반경방향면으로 부터 블래이드(72)의 내측 반경방향면까지 방출되는 공기의 원형통로를 형성한다.

제4도와 제5도에 있어서, 유입포트(18)과 유출포트(20)는 공기 파이프(pipe) 또는 공기관(tube)이 연결되는 각각의 플랜지(54, 56)을 갖는다. 배플(baffle)(58)이 유입포트(18)내에 구성되고, 블래이드(72) 블래이드 열(46)주위에서 유입공기를 압축챔버(22)의 반경방향 하부면까지 이동하도록, 다시 말해 블래이드(72)의 유입변부까지 이동하도록 상기 배플(58)은 각각의 우측하우징(12) 및 좌측하우징(14)의 내부로 연장구성된다.

제6도에 도시된 것처럼, 압축기(10)가 공기이외의 가스 예를 들어, 아르곤, 천연가스나 유사가스용으로 이용된다면 임펠러 구동축(16)을 따라 가스가 외부로 누출되는 것을 방지하기 위해 가스 씰(gas seal)(60)이 래버린스형 씰(labyrinth type seal) 대신에 사용될 수 있다.

임펠러(32)와 스트립퍼 씰(48)의 상세한 구조가 제7도를 참조로 설명된다. 제7도에서 한 개만 도시된 스트립퍼 씰(48)은 카운터싱킹(counter sinking)이 형성된 나사구멍(64)을 가지고 아크(arc)모양의 채널(channel)구조를 가지며, 상기 나사구멍(46)을 통해 나사(66)는 스트립퍼 씰(48)을 씰수용부에 고정가능하다. 스트립퍼 씰(48)은 유출포트(20)와 유입포트(18)사이의 원주방향으로 연장구성되고, 일반적으로 원통형으로 구성되는 외측플랜지(68)를 갖는다. 일반적으로 원통형으로 구성되는 내측플랜지(70)는 외측플랜지(68)와 동축상에 위치하고, 상기 내측 플랜지(70)는 유입포트와 유출포트에서 원주방향으로 크기가 더 크다. 스트립퍼 씰(48)은 임펠러를 구성하는 블래이드보다 연성이 더 큰 재료로 제조되어, 스트립퍼 씰(48)과 블래이드 열(46) 사이의 끼워맞춤이 블래이드에 손상을 주지 않으면서 가능한 작게 유지된다. 스트립퍼 씰(48)은 저 마찰 특성의 테프론(Teflon)(poly-tetra-fluoroethylene) 또는 다른 적합한 합성수지로 가공되거나 몰딩(moulding)된다.

제7도에 도시된 것처럼, 각각의 블래이드 열(46)은 블래이드(72)와 블래이드들 사이의 이격공간(74)으로 연속구성된다. 각각의 블래이드(72)들은 일반적으로 L자모양의 측단면을 가지며, 블래이드(72)의 반경방향으로 내측에 둥근모양의 유출변부(76)가 위치하고, 블래이드(72)의 중간부분에 아크곡선부(78)를 향하는 직선부분이 위치하며, 블래이드(72)의 반경방향으로 외측에 좁고 평평한 유출변부(80)를 향하는 직선 유출부가 위치한다. 제7도의 선호되는 실시예에 있어서, 블래이드(72)들은 교대로 즉 엇갈리게 구성되어 임펠러(32)에 구성된 림(36)의 한쪽면에 위치한 블래이드(72)들은 림(36)의 다른 쪽면에 위치한 블래이드들 사이의 이격공간이 형성된 위치에 구성된다. 다음에 연속적으로 구성된 블래이드(72)들은 유입변부(76)로부터 아크곡선부(78)까지 점진적으로 폭이 증가하는 이격공간(74)을 형성하고, 계속하여 아크곡선부(78)로 부터 유출변부(80)까지 점진적으로 개방구조를 형성한다.

제8도는 유입포트(18)와 유출포트(20)에 위치한 압축챔버(22)와 스트립퍼 씰(48)의 위치에 따른 상세도이다. 제9A도에서 부터 제9I도는 제8도에 표시된 평면을 따라 본 하우징 측부만을 위한 압축챔버(22)의 단면도이다.

제9A도 및 제9B도는 배플(58)의 일반적인 모양을 도시하며, 상기 배플(58)은 공기 유입구에 대해 J자모양의 단면을 형성하며, 상기 배플(58)은 임펠러에 구성된 블래이드(72)의 유입변부(76)에서 개방상태를 이룬다. 제9C도 및 제9D도에 도시되 있듯이, 압축챔버(22)의 유입단부에서 상기 배플(58)은 D자모양의 단면을 나타내기 시작하며 원형코아(52)가 나타나고, 상기 원형코아(52)는 포스트(post)(82)에 의해 한 개소 또는 한 개이상의 개소에서 지지된다. 유입포트(18)와 유출포트(20)로 부터 떨어진 위치들에서 압축챔버는 제9E도의 단면을 가진다.

제9F도, 제9G도, 제9H도, 제9I도는 블래이드(72)가 스트립퍼 씰(48)을 통과하는 스트립퍼영역(24)에 임펠러가 접근할때에, 유출포트(20)에 위치한 압축챔버(22)의 단면을 나타낸다. 제9F도, 제9G도와 제9H도에 있어서, 압축챔버(22)의 반경방향의 외측부는 외측으로 개방되기 시작하고 이때 압축챔버(22)의 반경방향 내측부는 스트립퍼 영역(24)과 연결되고 씰링이 이루어진다.

우선, 제9G도에 도시된 것처럼, 블래이드(72)들은 스트립퍼 씰(48)에 구성된 하부의 내측플랜지(70)와 마주치게 된다. 따라서 블래이드(72)의 유출변부(80) 폐쇄되기 전에, 블래이드(72)들 사이의 이격공간(74)에 형성된 유입변부들이 폐쇄된다. 상기 특성에 의해 블래이드들 사이에 형성되는 압력이 스트립퍼 씰(48)에서 다소 감소되어, 소음이 감소되고 효율이 증가된다.

제9I도는 도시된 것처럼, 스트립퍼 씰(48)은 임펠러(32)에 요구되지 않는 모든 영역을 점유한다. 그리하여 스트립퍼 씰(48)은 유출포트(20)로 부터 유입포트(18)까지 고압가스의 유동을 막는다.

제10도에 도시된 것처럼, 임펠러(32)에 구성된 블래이드(72)의 측단면이 개선되어 블래이드(72)들 사이의 이격공간(74)은 가스의 유동방향에 대하여 폭이 점점 증가하게 된다. 이러한 구성에 의해 유출측 즉, 유출변부(80)에서 가스의 디퓨전(diffusion) 효과가 개선된다. 이격공간(74)의 폭은 유입변부(76)의 유입폭(84)에서부터 유출변부(80)에서의 유출폭(86)까지 점차 증가한다. 실제의 실시예에서, 유출폭(86)은 유입폭(84)와 약120% 이다.

상기 설명은 이중구조식 임펠러(double-sided impeller)에 관련되는 반면에, 본 발명의 원리는 단일구조식 임펠러(single-sided impeller)에도 분명히 사용될 수 있다. 또한 본 발명의 재생식 압축기의 변형예는 상기 중실구조의 스트립퍼 씰(solid stripper seal)이외에 래버린스(labyrinth) 구조의 스트립퍼가 사용될 수 있다.

본 발명이 선호된 실시예에 관해 상세히 기술되었지만발명은 상기 실시예에 제한되지 않는다. 많은 수정예와 변형예가 첨부된 특허청구범위에 정의에 따라 본 발명의 범위와 사상을 벗어나지 않고 당해업자에 의해 이뤄질 수 있다.

Claims

임펠러 구동축(16), 림(36), 림(36)의 한쪽면으로 부터 축방향으로 연장구성되는 블래이드(72)들의 블래이드열(46)을 가지는 임펠러(32)로 구성되고, 상기 블래이드(72)들은 반경방향으로 내측에 유입변부(76)를 가지고 반경방향으로 외측에 유출변부(80)를 가지며, 유입포트(18), 각을 이루며 이격된 유출포트(20), 내부에 원형의 압축챔버(22)를 가지는 상기 임펠러용 하우징으로 구성되고, 상기 하우징은 상기 블래이드(72)들을 포함하는 반경방향 크기를 가지며, 상기 하우징은 상기 임펠러(32)의 회전방향 및 원주방향으로 상기 유입포트(18)로 부터 상기 유출포트(20)까지 연장구성되고, 상기 하우징은 상기 블래이드(72)들에 의해 구동되는 가스에 대한 토로이달 곡선모양의 통로를 형성하도록 상기 압축챔버(22)내에서 상기 블래이드(72)들의 축방향 팁과 인접하게 연장구성되는 원형코아(52)를 포함하며, 상기 블래이드(72)들에 의해 구동되는 가스를 반경방향으로 외측에 위치한 상기 블래이드(72)의 유출변부(80)로 부터 반경방향으로 내측에 위치한 상기 블래이드(72)의 유입변부(76)까지 안내하도록 상기 원형코아(52)는 임펠러(32)의 회전방향으로 상기 유입포트(18)로 부터 상기 유출포트(20)까지 연장구성되고, 임펠러(32)의 회전방향으로 상기 유출포트(20)로 부터 상기 유입포트(18)까지 연장구성되는 스트립퍼 씰(48)이 구성되며, 상기 압축챔버(22)내의 압축가스를 떼어내고 유출포트(20)로 부터 유입포트(18)까지 압축가스가 유동하는 것을 방지하기 위해 상기 스트립퍼 씰(48)은 회전방향으로 상기 블래이드(72)들의 측단면과 동일한 단면의 개방통로를 가지며, 상기 블래이드(72)들과 상기 압축챔버(22)주위의 유입가스를 블래이드(72)의 반경방향으로 내측부에서만 압축챔버(22)로 안내하도록 상기 하우징 내부의 상기 유입포트(18)에 배플(58)이구성되는 것을 특징으로 하는 재생식 원심압축기.
제1항에 있어서, 상기 배플(58)은 J자 모양의 단면을 가지는 유입관을 형성하는 것을 특징으로 하는 재생식 원심압축기.
제1항에 있어서, 상기 배플(58)은 유입포트(18)의 단부에서 상기 원형코아(52)와 일체로 구성되는 것을 특징으로 하는 재생식 원심압축기.
제1항에 있어서, 상기 스트립퍼 씰(48)은 아크모양의 채널을 형성하고, 상기 채널은 블래이드(72)들의 유입변부(76)와 유출변부(80)에 각각 인접하고 동심축을 가지는 원주방향의 내측플랜지(70)와 원주방향의 외측플랜지(68)를 가지며, 내측플랜지(70)의 단부들은 외측플랜지(68)의 단부보다 원주방향으로 더 길게 연장구성되어, 상기 블래이드(72)들이 스트립퍼 씰(48)로 부터 유입포트(18)로 이동함에 따라 블래이드(72)들 사이의 이격공간(74)이 상기 블래이드(72)들의 유출포트(20)에서 먼저 개방되는 것을 특징으로 하는 재생식 원심압축기.
임펠러 구동축(16), 림(36), 림(36)의 한쪽면으로 부터 축방향으로 연장구성되는 블래이드(72)들의 블래이드열(46)을 가지는 임펠러(32)로 구성되고, 상기 블래이드(72)들의 블래이드열(46)은 반경방향으로 내측에 유입변부(76)를 가지고 반경방향으로 외측에 유출변부(80)를 가지며, 유입포트(18), 각을 이루며 이격된 유출포트(20), 내부에 원형의 압축챔버(22)를 가지는 상기 임펠러용 하우징으로 구성되고, 상기 하우징은 상기 블래이드(72)들을 포함하는 반경방향 크기를 가지며, 상기 하우징은 상기 임펠러(32)의 회전방향 및 원주방향으로 상기 유입포트(18)로 부터 상기 유출포트(20)까지 연장구성되고, 상기 하우징은 상기 블래이드(72)들에 의해 구동되는 가스에 대한 토로이달 곡선 모양의 통로를 형성하도록 상기 압축챔버(22)내에서 상기 블래이드(72)들의 축방향 팁과 인접하게 연장구성되는 원형코아(52)를 포함하며, 상기 블래이드(72)들에 의해 구동되는 가스를 반경방향으로 외측에 위치한 상기 블래이드(72)의 유출변부(80)로 부터 반경항향으로 내측에 위치한 상기 블래이드(72)의 유입변부(76)까지 안내하도록 상기 원형코아(52)는 임펠러(32)의 회전방향으로 상기 유입포트(18)로 부터 상기 유출포트(20)까지 연장구성되고, 임펠러(32)의 회전방향으로 상기 유출포트(20)로 부터 상기 유입포트(18)까지 연장구성되는 스트립퍼 씰(48)이 구성되며, 상기 압축챔버(22)내의 압축가스를 떼어내고, 유출포트(20)로 부터 유입포트(18)까지 압축가스가 유동하는 것을 방지하기 위해 상기 스트립퍼 씰(48)은 임펠러(32)의 회전방향으로 상기 블래이드(72)들의 측단면과 일치하는 단면의 개방통로를 가지며, 상기 스트립퍼 씰(48)은 상기 블래이드(72)들의 재질보다 연성이 더 크고 저 마찰계수를 가지는 재질로 제조되는 인서트로서 구성되며 스트립퍼 씰(48)의 수용부내에 끼워 맞춰지고, 상기 스트립퍼 씰(48)은 상기 수용부에 고정되는 웨브(62)와 상기 블래이드(72)들의 유입변부(76) 및 유출변부(80)와 각각 인접하고 동심축을 형성하는 원주방향의 내측플랜지(70)와 외측플랜지(68)를 가지는 아크모양의 채널을 형성하며, 블래이드(72)들과 압축챔버(22)주위의 유입공기를 블래이드(72)의 반경방향으로 내측부에서 압축챔버(22)로 안내하기 위해 상기 공기의 유입포트(18)에 배플(58)이 구성되는 것을 특징으로 하는 재생식 원심압축기.
제5항에 있어서, 상기 스트립퍼 씰(48)은 저 마찰특성의 합성수지로 제조되는 것을 특징으로 하는 재생식 원심압축기.
제6항에 있어서, 상기 스트립퍼 씰(48)은 PTFE로 제조되는 것을 특징으로 하는 재생식 원심압축기.
제5항에 있어서, 상기 스트립퍼 씰(48)의 내측플랜지(70)가 원주방향으로 외측플랜지(68)보다 아크모양으로 더 길게 연장구성되는 것을 특징으로 하는 재생식 원심압축기.
제8항에 있어서, 블래이드(72)들이 스트립퍼 씰(48)과 접촉함에 따라 연속구조의 블래이드(72)들 사이에 형성된 이격공간(74)들이 블래이드(72)들의 유출변부(80)에서 폐쇄되기전에 블래이드(72)들의 유입변부(76)에서 폐쇄되도록, 상기 유출포트(20)를 향해 원주방향으로 상기 내측플랜지(70)가 상기 외측플랜지(68)보다 더 길게 연장구성되는 것을 특징으로 하는 재생식 원심압축기.
제8항에 있어서, 블래이드(72)들이 유입가스와 부딪힘에 따라, 연속구조의 블래이드(72)들 사이에 형성된 이격공간(74)들이 블래이드(72)들의 유입변부(76)에서 개방되기전에 블래이드(72)들의 유출변부(80)에서 개방되도록, 상기 유입포트(18)를 향해 원주방향으로 상기 내측플랜지(70)가 상기 외측플랜지(68)보다 더 길게 연장구성되는 것을 특징으로 하는 재생식 원심압축기.
임펠러 구동축(16), 양쪽의 축방향 측면상에 원통형 내측변부들을 가지는 림(36), 림(36)의 양쪽 측면으로 부터 축방향으로 연장구성되고 블래이드(72)들로 이루어지는 한쌍의 블래이드열(46)을 가지는 임펠러(32)로 구성되고, 각각의 블래이드(72)들은 반경방향으로 내측에 유입변부(76)를 가지고 반경방향으로 외측에 유출변부(80)를 가지며 축방향 팁을 가지고, 유입포트(18) 및 하우징위에서 원주방향으로 이격된 유출포트(20)를 가지는 상기 임펠러용 하우징으로 구성되고, 상기 하우징내부에 원형을 형성하는 한쌍의 압축챔버(22)가 형성되고, 각각의 압축챔버(22)가 각각의 상기 블래이드열(46)을 포함하는 반경방향크기를 가지며, 각각의 압축챔버(22) 상기 임펠러(32)의 회전방향으로 상기 유입포트(18)로 부터 유출포트(20)까지 원주방향으로 연장구성되며, 한쌍의 원통면(38)들이 상기 림(36)의 원통형 내측변부들을 향하고, 상기 하우징은 상기 블래이드(72)들에 의해 구동되는 가스에 대한 나선형 통로를 형성하도록 각각의 압축챔버(22)내에서 관련된 블래이드열(46)의 상기 블래이드(72)들에 구성된 축방향 팁과 인접하게 연장구성되는 한쌍의 원형코아(52)를 포함하며, 상기 원형코아(52)는 임펠러(32)의 회전방향으로 유입포트(18)로 부터 유출포트(20)까지 연장구성되고, 임펠러(32)의 회전방향으로 상기 유출포트(20)로 부터 상기 유입포트(18)까지 연장구성되는 스트립퍼 씰(48)이 구성되며, 상기 압축챔버(22)내의 압축가스를 떼어내고, 유출포트(20)로 부터 유입포트(18)까지 압축가스가 유동하는 것을 방지하기 위해 상기 스트립퍼 씰(48)은 임펠러(32)의 회전방향으로 상기 블래이드(72)들의 측단면과 일치하는 단면의 개방통로를 가지며, 상기 림(36)에 구성된 원주방향의 내측변부들에 대하여 씰링이 이루어지도록 상기 하우징의 원주방향 표면위에 마찰이 적고 링모양을 이루는 운동씰(40)이 각각 배치되고, 상기 블래이드(72)들과 상기 압축챔버(22) 주위의 유입가스를 블래이드(72)의 반경방향으로 내측부에서 압축챔버(22)로 안내하도록 상기 유입포트(18)와 배플(58)이 구성되는 것을 특징으로 하는 재생식 원심압축기.
제11항에 있어서, 상기 링모양의 운동씰(40)들은 마찰이 적은 합성수지로 제조되는 것을 특징으로 하는 재생식 원심압축기.
제12항에 있어서, 상기 링모양의 운동씨(40)들은 PTFE로 제조되는 것을 특징으로 하는 재생식 원심압축기.
제11항에 있어서, 블래이드열(46)을 구성하는 블래이드(72)들은 림(36)의 한쪽면에 위치한 블래이드(72)들이 림(36)의 다른 한쪽면에 위치한 블래이드(72)들 사이에 형성된 이격공간(74)들과 일직선상에 놓이는 것을 특징으로 하는 재생식 원심압축기.
제11항에 있어서, 상기 블래이드(72)들은 둥근 모양의 유입변부(76), 직선형의 도입부, 아크모양의 아크곡선부(78), 직선형의 유출부 및 평평하고 좁은 유출변부(80)를 연속적으로 가지는 L자모양의 측단면을 가지는 것을 특징으로 하는 재생식 원심압축기.
제15항에 있어서, 블래이드(72)들의 유입변부(76)로 부터 아크곡선부(78)까지 점차적으로 증가하는 폭을 가지고, 다음에 아크곡선부(78)로 부터 유출변부(80)까지 연속적으로 점차적으로 개방되는 이격공간(74)이 연속적을 구성된 상기 블래이드(72)들 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 재생식 원심압축기.
제11항에 있어서, 블래이드(72)들의 축방향팁들을 향하는 평면측부를 가지고, 블래이드(72)들에 의해 구동되는 가스를 반경방향 외측에 위치한 유출변부(80)로 부터 반경방향 내측에 위치한 유입변부(76)로 안내하기 위한 둥근 모양의 외측 안내면을 가지는 D자 모양의 단면이 각각의 상기 원형코아(52)에 구성되는 것을 특징으로 하는 재생식 원심압축기.
제17항에 있어서, 각각의 원형코아(52)는 상기 배플(58)위에서 연속적으로 구성되는 유입단부를 가지는 것을 특징으로 하는 재생식 원심압축기.
임펠러 구동축(16), 림(36), 림(36)의 한쪽면으로 부터 축방향으로 연장구성되는 블래이드(72)들의 블래이드열(46)을 가지는 임펠러(32)로 구성되고, 상기 블래이드(72)들은 반경방향으로 내측에 유입변부(76)을 가지고 반경방향으로 외측에 유출변부(80)를 가지며, 유입포트(18) 및 각을 이루며 이격된 유출포트(20), 내부에 원형의 압축챔버(22)를 가지는 임펠러용 하우징으로 구성되고, 상기 하우징은 상기 블래이드(72)들을 포함하는 반경방향 크기를 가지며, 상기 하우징은 임펠러(32)의 회전방향 및 원주방향으로 상기 유입포트(18)로 부터 상기 유출포트(20)까지 연장구성되고, 상기 하우징은 블래이드(72)들에 의해 구동되는 가스에 대한 나선형 통로를 형성하도록 상기 압축챔버(22)내에서 상기 블래이드(72)들의 축방향 팁과 인접하게 연장구성되는 원형코아(52)를 포함하며, 상기 원형코아(52)는 임펠러(32)의 회전방향으로 상기 유입포트(18)로 부터 상기 유출포트(20)까지 연장구성되고, 상기 블래이드(72)들에 의해 구동되는 가스를 반경방향으로 외측에 위치한 블래이드(72)의 유출변부(80)로 부터 반경방향으로 내측에 위치한 블래이드(72)의 유입변부(76)까지 안내하도록 둥근모양의 외측안내면을 가진 D자모양의 단면으로 상기 원형코아(52)가 구성되며, 스트립퍼 씰(48)은 임펠러(32)의 회전방향으로 상기 유출포트(20)로 부터 상기 유입포트(18)까지 연장구성되고, 상기 압축챔버(22)내의 압축가스를 떼어내고 유출포트(20)로 부터 유입포트(18)까지 압축가스가 유동하는 것을 방지하기 위해 상기 스트립퍼 씰(48)은 회전방향으로 상기 블래이드(72)들의 측단면과 동일한 단면의 개방통로를 가지며, 상기 스트립퍼 씰(48)은 상기 블래이드(72)들의 재료보다 연성이 더 크고 마찰이 작은 재료로 제조되며, 상기 스트립퍼 씰(48)은 상기 하우징내에서 스트립퍼 씰(48)의 수용부내로 끼워맞춤되고, 상기 스트립퍼 씰(48)은 상기 하우징에 고정되는 웨브(62)를 가지고 아크모양을 가진 채널로 구성되며, 상기 스트립퍼 씰(48)은 블래이드(72)들의 유입변부(76) 및 유출변부(80)와 인접하고 동심축을 이루며 원주방향을 향하는 내측플랜지(70)와 외측플랜지(68)를 포함하며, 상기 블래이드(72)들이 스트립퍼 씰(48)과 부딪힘에 따라 연속적으로 구성된 블래이드(72)들 사이의 이격공간(74)들이 상기 블래이드(72)들의 유출변부(80)에서 폐쇄되도록 상기 유입포트(18)를 향해 임펠러(32)의 회전방향으로 원주방향의 상기 외측플랜지(68)보다 원주방향의 상기 내측 플랜지(70)가 더 길게 연장구성되며, 블래이드(72)들과 압축챔버(22) 주위의 유입공기를 블래이드(72)의 반경방향으로 내측에서압축챔버(22)로 안내하기 위해 상기 공기의 유입포트(18)에 배플(58)이 구성되는 것을 특징으로 하는 재생식 원심압축기.
제19항에 있어서, 상기 원형코아(52)는 상기 배플(58)과 연속적으로 구성된 유입포트(18)의 단부를 가지는 것을 특징으로 하는 재생식 원심압축기.