KR100220897B1 - 정회전 로터와 역회전 로터를 한 구성체로 하는 축류식압축기 및 펌프 - Google Patents

Abstract

[청구범위에 기재된 발명이 속하는 기술분야]

유체를 축방향으로 흡입하여 압축하는 축류압축기 또는 펌프에 관한 것이다.

[발명이 해결하고자하는 기술적 과제]

유체의 흐름속도를 감속시켜 동압의 루부를 정압으로 전환하는 일면, 유체의 흐름방향을 바꾸어 일단 진입된 유체가 쉽게 역류하지 못하게 하여 압력상승효과를 얻는 것이다. 그런데 스테이터의 위 흐름속도의 감속은 압력상승효과도 있지만 반면 그 흐름속도의 감속은 선행로터에 배압으로 작용하여 선행로터가 같은 속도영역에서 흡입할 수 있는 흡입유량을 제한하여 흡입 및 압축효율에 상반되는 역작용을 하게 되어 설계치와 작동치 영역밖에서는 효율이 크게 저하되는 문제점이 상존하였다.

로터와 스테이터를 구성하는 종래방식의 축류식 압축기에서 스테이터의 역할은 이를 해소하기 위하여 종래 고정되었던 스테이터의 기능을 로터와 반대방향으로 역회전 하는 역회전 수단을 도입하여 보다더 큰 압력상승 효과를 얻은 것이다.

[발명의 해결방법의 요지]

하남의 케이싱(1) 내부에 메인 샤프트(2)에 결속되어 같은 방향으로 회전하는 정회전 로터와, 같은 상기 케이싱 내부에서 상기 정회전 로터와 반대방향으로 회전하는 역회전 로터를 구성하고, 상기 정회전 로터와 역회전 로터가 서로 반대방향으로 역회전을 이루기 위한 역회전 수단으로 메인 샤프트측에 샤프트측 베벨 링기어를, 상기 역회전 로터측에 역회전 로터측 링기어를, 그 사이에 종축 피니언 기어를 구성하고 서로 맞물려 회전력을 전달케 하여 상기 정회전 로터와 역회전 로터가 하나의 케이싱 내에서 서로 반대방향으로 회전 이루게 하거나, 역회전 수단으로 인터널 기어와, 선기어와, 피니언 기어를 사용하여 정회전 로터와 역회전 러터가 서로 역회전을 이루게 하거나, 상기 정회전 로터와 역회전 로터에 서로 다른 입력축을 사용하여 서로 다른 방향으로 회전하게 함으로서 정회전 로터와 역회전 로터를 한 구성체로 하는 효율적인 축류식 압축기를 창출하는 것이다.

[발명의 중요한 용도]

유공압을 얻는 축류압축기 또는 펌프와 그 응용 유체기계 전반에 활용된다.

Description

정회전 로터와 역회전 로터를 한 구성체로 하는 축류식압축기 및 펌프

제1도는 종래 방식인 축류압축기의 속도 선도와 유체의 흐름도.

제2도는 본 발명에 따른 정회전 로터와 역회전 로터를 한 구성체로 하는 축류식 압축기 또는 펌프가 도시된 제1 실시예의 일부 절개 사시도.

제3도는 본 발명의 제2 실시예의 부분 절개 사시도.

제4도는 본 발명의 제3 실시예의 부분 절개 사시도.

제5도는 본 발명의 방식에 따른 정회전 익과 역회전 익에 대한 유체역학적 해석도.

제6도는 제1 실시예인 제2도의 종단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 케이싱 2 : 메인 샤프트

3 : 정회전 로터 4 : 역회전 로터

5 : 정회전 익(Blade) 6 : 역회전 익(Blade)

7 : 역회전 로터 지지허브 9 : 케이싱 지지대

10 : 케이싱 지지허브 11 : 베어링

12 : 내접 인터널 기어 13 : 외접 피니언 기어

14 : 외접 선기어 15 : 기어 회전축

16 : 샤프트측 베밸 링기어 17 : 역회전 로터측 링기어

18 : 종축 피니언 기어 19 : 역회전 샤프트 고착허브

20 : 역회전 샤프트 100 : 흡입구

200 : 토출구

[적용분야]

유공압을 얻기위한 축류식축기 또는 펌프와, 이를 사용하여 작동유체로부터 동력을 수수하는 유체모터등 유체기계 전반에 적용된다.

[종래기술 및 문제점]

일반적으로 종래 로터와 스테이터에 각 동익(Rotor Blade)과 정익(Staror Blade)을 구성하여 작동유체를 축방향으로 이동시켜 고압을 얻을 수 있는 통상 축류압축기는 터어빈 공학의 발달로 크게 발달되어 유.공압장치로서 기여하고 있다.

그러나 그러한 종래방식의 축류압축기와 펌프에 대한 유체역학적인 구성을 살펴보면, 제1(a)도 축류압축기의 속도 선도에서와 같이 로터의 외곽 원주면에 형성되는 블레이드의 형상은 의도적으로 입구각(B1)을 출구각 (B2)에 비하여 상대적으로 크게 구성하고, 또한 이웃 블레이드와의 사이인 유로는 입구면적에 비하여 출구면적이 접차 확대 되도록 구성하는 반면, 고정된 스테이터는 유체의 흐름방향이 전환되도록 로터에 비하여 적절히 역방향으로 구성함으로서 유체의 흐름이 절대속도 C1으로 a1각을 이루며 로터의 양 블레이드사이 유로 입구로 진입할 때 절대속도 C1과 블레이드의 원주속도(U)를 합성하면 그 백터에 대한 상대속도(W!)과 상대각B1(또는 입구각)이 되며, 로터의 출구면적이 입구면적보다 크므로 상대속도 W1은 W2로 감속되어 그로인해 로터 내부에서도 압력이 상승하고 로터 출구에서는 W2와 원주속도(U)를 합성하면 출구 절대속도 C2가 되어 당초 C1에 비하여 증속되어 로터에는 압력도 증가하고 유체속도도 증가하며 그때 로터출구의 흐름각은 a2가 출구 각 a3에 비하여 더 크므로 유체의 흐름속도는 c2에서 c3로 감속되면서 동압의 일부가 정압으로 전환되며, 그러한 로터와 스테이터를 복수의 단으로 형성하여 각 단을 지나면서 유체의 흐름방향 전환과 절대속도와 상대속도의 증감 과정에서 고압을 얻을수 있는 역학적 구성을 갖고 있다.

결론적으로 그러한 종래방식의 스테이터의 구성에서 로터는 블레이드의 형상에 따라 상대속도의 감속으로 인한 압력상승 효과를 얻는 일면도 있지만 결정적인 역할은 블레이드의 회전속도에 따라 흡입유량을 최대한 확보하여 강제로 이송함으로서 압력상승 효과를 얻는것이며, 반면 고정체인 스테이터는 유체의 흐름속도를 감속하여 압력상승 효과를 얻는 일면, 유체의 흐름을 바꾸어 버림으로서 일단 선행로터에서 강제 흡입된 유체가 진입때 와는 달리 쉽게 역류하지 못하고 다음 단의 로터에서 또다시 압력상승 효과를 얻게하는 등으로 로터와 상호 보완작용을 한다.

그런대 위와 같은 스테이터의 역학적 구성중 유체가 내부유로를 지나면서 상대속도의 감소로 다소 압력 상승효과를 얻는 것은 사실이지만, 면밀히 살펴보면 그 상대속도의 감속은 곧바로 선행로터가 일정 회전속도 영역에서 최대한 흡입할수 있는 유량에 직접 저항으로 작용하여 흡입유량을 제한하게 되며 그에 따라 상대적으로 압축효율이 저하 되는 문제점이 있으며, 반면에 막연히 고압을 얻고자 로터의 회전 속도를 높혀 흡입유량을 크게 하였을때는 위 스테이터에서 압력상승 요인으로 작용한 흐름속도의 감속은 배압으로 작용하여 흡입유량에 장애를 주게되어 회전 속도에 비하여 기대치의 압력을 얻지못하는등 문제점이 있으며, 때문에 블레이드의 형상과 빗각의 정도에 따라 이미 작동치와 설계치가 정해지며 그 이하와 이상의 회전속도 영역에서는 비 효율적인 문제점이 있다.

여기에서 우리는 위와 같은 종래방식에서 스테이터 처럼 선행로터의 흡입유량에 장애를 주지않고 오히려 흐름방향을 효율적으로 전환 할수있다면 이는 곧바로 종래방식에 비하여 같은 회전속도와 영역에서 흡입유량과 압력을 배가할수 있는 새로운 방식의 축류압축기임은 더할 나위 없으며 이를 본 원 발명에서 실현하고자 한다.

[본 발명의 방식]

위에서 확인한 바와 같이 종래방식에서 스테이터의 역할은 유체의 흐름이 정지된 내부유로를 지나면서 동압의 일부를 정압으로 전환시켜 압력상승 효과를 얻고, 흐름방향을 바꾸어, 결정적으로 승압효과를 얻게됨과 그 흐름속도의 감속으로 인한 승압효과는 선행로터의 흡입유량에 장애를 주어 비 효율적인 문제점이 상존한다.

이를 해소하기 위하여 우리는 종래방식 처럼 일방향으로 회전하는 로터와 고정된 스테이터로 구성하지 않고, 일방향을 회전 하는 정회전 로터와 그에 대응하여 역회전하는 역회전 로터를 한구성체로 구성하여 서로 역방향으로 회전하게 함으로서 후행하는 역회전 로터 또한 자신의 회전력으로 작동유체를 축방향을 강제 이송시키고 선행로터의 배압을 제거함과 유체의 흐름방향을 보다더 확실하게 전환하여 줌으로서 선행 정회전 로터의 흡입유량에 장애를 주지 않고 오히려 더 많은 유량을 흡입할 수 있도록 일조하게 되어 당연히 선행로터는 일정 회전속도 영역에서 자신이 흡입할수 있는 유량을 최대한 흡입하게 되어, 종래방식에 비하여 같은 규격에서 흡입유량과 압력을 배가할 수 있는 새로운 방식의 효율적인 축류식압축기가 창출되는 것이다.

[본 발명을 구성하기 위한 최량의 형태]

본 발명에 따른 "정회전 로터와 역회전 로터를 한 구성체로 하는 축류식 압축기 또는 펌프는(이하 본원 발명이라 칭함) "제2도의", "제3도", "제4도"의 부분 절개 사시도에서 도시된 바와 같이, 크게 나누어 엔진이나 전동기등 원동력의 회전동력을 전달하는 메인샤프트(2)와, 동 샤프트(2)에 결속되어 등속회전하는 정회전 로터(3)와, 동 정회전 로터(3)에 대응하여 역회전하는 역회전 로터(4)와, 상기 메인 샤프트(2)와 정회전 로터(3)의 회전력을 상기 역회전 로터(4)에 역 회전력을 전달하기 위한 베밸 기어 등으로 구성되는 역회전 수단과, 케이싱(1)과, 흡입구(100)와, 토출구(200)등으로 구성되며, 메인 샤프트(2)와 정회전 로터(3)의 정해진 방향의 회전력을 역회전 로터(4)가 상기 정회전 로터(3)에 대응하여 역회전 할수있도록 하는 역회전 수단의 구성방법에 따라 여러 가지 양태로 그 실현이 가능하며 이하 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

"제2도" 와 "제7도"은 본 발명에 따른 정회전 로터와 역회전 로터를 한 구성체로 하는 축류식 압축기 또는 펌프의 제1 실시예가 도시된 도면으로서, 제1도는 전체 구성의 일부 복개 사시도이고, 제7도는 제1도의 종단면 사시도이다.

본 발명의 제1 실시예는 상기 제1도와 제7도에 도시된 바와 같이, 도시한 외 엔진이나 전동기로부터 회전 원동력을 전달하는 메인 샤프트(2)와, 동 샤프트(2)에 직결되어 같은 방향으로 회전하는 정회전 로터(3)와, 동 로터(3)에 대응하여 역회전 하는 역회전 로터(4)와, 상기 메인 샤프트(2)에 결속되어 원동력과 같은 방향으로 회전하는 정회전 로터(3)의 일정방향으로 정해진 회전력을 상기 역회전 로터(4)가 역회전을 이룰수 있도록 역회전력을 전달하기 위한 샤프트측 베벨 링기어(16)등으로 구성된 역회전 수단과, 상기 각 구성체를 둘러싸는 케이싱(1)으로 구성되며, 동 케이싱(1) 내부에 형성된 역회전 로터(4)의 내부 원주면과 상기 정회전 로터(3)의 외곽 원주면 사이에 적정 단면과 체적을 갖는 원주의 내부유로가 형성되며, 동내부유로의 입구쪽에 흡입구(100)과, 출구쪽에 토출구(200)가 당연히 구성되며, 또한 상기 케이싱(1)은 축류식 압축기로 사용될 경우에는 당연히 외부 고정체에 결속하여 고정된다.

상기 각 구성요소를 좀더 상술하면, 상기 케이싱(1)은 둥근 원통형을 이루고 그 내부에 역회전 로터(4)와 정회전 로터(3)를 한 구성체로 내장하며, 또한 동 케이싱(1)은 종단으로 양 끝쪽인 흡입구(100)와 토출구(200) 부위에 각 막대 형상 등의 케이싱 지지대(9)를 적절한 개수 구성하여 그 중심부에 형성된 원통형의 케이싱 지지허브(10)에 결속되며 고정되며, 동 케이싱 지지허브(10)는 중심부가 천공되어 메인 샤프트(2)가 내삽되어 상기 케이싱(1)을 지지하게 된다.

상기 정회전 로터(3)는 등근 원통형을 이루고 그 중심부에 원통형의 천공을 형성하여 메인 샤프트(2)를 내삽하여 결속되며, 동 로터(3)의 외곽 원주면의 일정 단면에는 "제1도 또는 제5도에서 도시하는 로터(Rotor)의 단면도와 같이 입구쪽이 회전방향(U) 쪽으로 일정 기울기를 갖는 정회전 익(5)이 적절한 높이를 갖고 등 간격으로 내삽 또는 고정되어 형성되며, 또한 동 정회전 익(5)은 끝단(Tip)부위가 상기 케이싱(1)의 내부 원주면과 간섭을 배제하면서 적절한 기밀을 유지하며, 필요에 따라 종단으로 일정한 간격을 두고 역회전 익(6)과 서로 교차하여 복수의 단을 구성한다.

상기 역회전 로터(4)는 적정 두께를 갖는 원통형상의 내면의 일정 단면에는 제5도에서 도시하는 역회전 익(그림 하단 Re-Rotor로 표기)의 형상과 같이 상기 정회전 로터(3)의 정회전 익(5)에 대응하여 상반되는 기울기를 갖고 중심쪽으로 일정 깊이를 갖는 역회전 익(6)이 원주상으로 다수 형성되며 필요에 따라 종단으로 일정 간격을 갖고 상기 정회전 익(5)과 서로 교차하여 복수의 단을 구성하며, 또한 종단으로 일정 간격을 두고 형성된 역회전 익(6)의 양끝 또는 적절한 부위의 역회전 익(6)의 루트(끝단) 부위에는 역회전 로터 지지허브(7)를 형성하여 그 역회전 로터 지지허브(7)에 역회전 익(6)의 끝단을 내삽하는 등으로 고착하며, 상기 역회전 로터 지지허브(7)에 고착되지 않은 다른 역회전 익(6)의 하단부는 상기 정회전 로터(3)의 외곽 원주면과 간섭을 배제하면서 적절한 기밀을 유지하도록 형성되며, 또한 상기 역회전 로터 지지허브(7)는 그 중심부가 천공되어 메인 샤프트(2)를 내삼하고 그 사이에 베어링(11)이 결속되어 미끄럼 회전을 이루면서 상기 역회전 로터(4)를 메인 샤프트(2)에 지지하며, 또한 상기 역회전 로터 지지허브(7)의 한 측부에는 상기 정회전 로터(3)과 역회전 수단으로 원주방향으로 다수의 톱니를 갖는 역회전 로터측 링기어(17)를 형성하여 한 결속체로된 상기 역회전 로터(4)를 상기 정회전 로터(3)와 역방향으로 회전을 이룰수 있도록 구성된다.

또한 역회전 로터(4)가 정회전 로터(3)과 서로 상응한 역회전을 이루기 위한 상기 역회전 수단으로는 메인 샤프트(2)의 한 측부에 원주방향으로 다수의 톱니를 구성한 샤프트측 베벨 링기어(16)을 고착하여 형성하고, 상대측인 상기 역회전 로터(4)에는 동 역회전 로터(4)의 양측부에 형성된 역회전 로터 지지허브(7)의 한 측부에 원주방향으로 다수의 톱니를 갖는 역회전 로터측 링기어(17)를 구성하고, 동 역회전 로터측 링기어(17)와 상기 샤프트측 베벨 링기어(16)의 사이에 다수의 톱니를 구성한 종축 피니언 기어(18)을 서로 맞물려 구성하여, 정회전 로터(3)와 메인 샤프트(2)가 일축상에서 일정방향으로 회전 하는 회전력을 역회전 로터(4)에는 위와 반대 방향으로 회전하도록 회전력을 전달하게 되며, 상기 종축 피니언 기어(18)는 그에 내삽된 기어 회전축(15)에 의하여 상기 케이싱(1)에 결속된 케이싱 지지허브(10)에 내삽되어 사프트측 베밸 링기어(16)와 역회전 로터측 링기어(17)사이 정위치에서 회전하게 되며, 동 종축 피니언 기어(18)는 자신이 받는 토오크의 크기에 따라 원주상에 복수로 구성한다.

다음, 상기한 바와 같은 본 발명의 제1 실시예에 따른 작동을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 제1 실시예는 엔진이나 전동기등의 원동력을 수수하는 메인 샤프트(2)는 당연히 일정 방향으로 회전을 이루게 되며 그에 따라 동 메인 샤프트(2)에 직결된 정회전 로터(3)는 당연히 위와 같은 방향으로 회전을 이루게 되고, 또한 메인 샤프트(2)의 회전력은 동 샤프트(2)에 형성된 사프트측 베벨 링기어(16)를 통하여 동 링기어(16)에 맞물려 있는 종축 피니언기어(18)를 회전시키고 동 종축 피니언 기어(18)에 전달된 회전력은 동 피니언기어(18)에 맞물려 있는 역회전 로터측 링기어(17)에 전달되어 결국 동 역회전 로터측 링기어(17)에 결속된 역회전 로터(4)는 상기 정회전 로터(3)와는 상응한 역회전을 이루게 되며, 그에 따라 정회전 로터(3)에 형성된 정회전 익(5)은 메인 샤프트(2)와 같은방향으로 회전을 이루게되고, 상기 역회전 로터(4)에 형성된 역회전 익(6)은 당연히 상기 정회전 익(5)과 상반되는 역회전을 이루게 되며, 그에 따라 흡입구(100)를 통하여 흡입된 유체는 정회전 익(5)과 역회전 익(6)이 갖는 각 독자적인 강제 이송력에 의하여 계속 흡입되고 상기 각 정회전 익(5)과 역회전 익(6)을 통과 하면서 매번 강제로 진행 방향이 바꾸어 지게 되며, 그에 따라 당연히 압력이 상승되어 최종 토출구(200)로 진행되어 토출되게 된다.

상기 구성에 따른 기대 효과는 다음 상술하게 되므로 여기에서는 생략한다.

제3도 및 제4도는 본 발명에 따른 여러 실시예의 구성을 도시한 도면이다.

먼저, 제3도를 참고하여 본 발명의 제2 실시예를 설명한다.

본 발명의 제2 실시예에서는 제3도 본 발명의 제2 실시예의 일부 절개 사시도에서 도시한바와 같이 상기 제1 실시예에 비하여 정회전 로터(3)와 역회전 로터(4)가 서로 역회전 하기 위한 역회전 수단이 다를 뿐 다른 부분은 동일한 구성 및 원리이므로 별도 설명은 생략하고, 서로 다른 역회전 수단에 중점을 두고 설명한다.

즉, 상기 제 1 실시예에서는 정회전 로터(3)와 역회전 로터(4)가 서로 반대 방향으로 회전하기 위한 역회전 수단으로 정회전 로터(3)와 일축상에서 일정 방향으로 회전하는 메인 샤프트(2)에 샤프트측 베밸 링기어(16)를, 역회전 로터(4) 측에 역회전 로터측 링기어(17)를, 그 사이에 종축 피니언 기어(18)를 각 구성하여 정회전 로터(3)와 역회전 로터(4)의 회전 방향을 서로 다르게 하였으나, 본 제3도 제2 실시예에서는 정회전 로터(3)와 역회전 로터(4)가 서로 상반된 방향으로 회전하기 위한 역회전 수단으로 메인 샤프트(2) 측에 다수의 톱니를 갖는 외접 선기어(14)를 결속하고, 케이싱(1)을 지지하는 케이싱 지지허브(10)에 외접 피니언 기어(13)를 결속하고, 상대 역회전 로터(4)를 지지하는 역회전 로터 지지허브(7) 일정 부위 내부 원부면에 내접 인터널 기어(12)를 구성하여 정회전 로터(3)과 역회전 로터(4)가 서로 상반된 방향으로 회전을 이룰수 있도록 구성된다.

그 구성에 의한 실제 작용에 있어서 본 제3도 제 2실시예와 상기 제1 실시예와 다른 점은 상기 제1 실시예는 정회전 로터(3)와 역회전 로터(4)가 서로 역회전 수단으로 베밸기어 형식을 취함으로서 상기 정회전 로터(3)와 역회전 로터(4)가 서로 같은 속도를 갖고 역회전 하기에 용이하나, 본 제2 실시예 에서는 역회전 수단으로 유성기어 형식을 취함으로서 정회전 로터(3)와 역회전 로터(4)가 서로 다른 회전 속도를 가지고 서로 역회전을 이루게 되며, 상기 내접 인터널 기어(12)와 외접 선기어(14)를 메인 샤프트(2)와 역회전 로터(4)측 중 어느쪽에 구성하느냐에 따라 정회전 로터(3)와 역회전 로터(4)의 회전 속도가 다르게 나타 난다는 것은 더할 나위 없다.

다음, 제4도를 참고하여 본 발명의 제 3 실시예를 설명하면, 본 제4도의 제3 실시예는 상기 제1 실시예와 제2 실시예에 비하여 동일한 구성이고 단지 다른 부분은 정회전 로터(3)와 역회전 로터(4)가 서로 다른 방향으로 역회전 하기위한 역회전 수단이 다를 뿐이다.

즉, 정회전 로터(3)와 역회전 로터(4)가 서로 다른 방향으로 역회전 하기 위한 역회전 수단으로 상기 제1 실시예에서는 종축으로 전달하기 위한 베벨기어 형식을 취하였고, 제 2 실시예에서는 원주방향으로 전달하기 위하여 유성치차 기어 형식을 취하였으나, 본 제4도의 제3 실시예에서는 상기 제1 실시예와 제2 실시예에서 역회전 로터(4)에 고착된 역회전 로터 지지허브(7)에 각각 역회전 로터측 링기어(17) 또는 내접 인터널 기어(12)를 각 구성 하였으나, 본 제4도의 제3실시예에서는 양쪽 역회전 로터 지지허브(7)중 메인 샤프트(2)가 결속되지 아니한 다른쪽 역회전 로터 지지허브(7)를 역회전 샤프트 고착허브(19)로 대체하고 동 고착허브(19)에 별도의 역회전 샤프트(20)을 결속하여, 상기 정회전 로터(3)는 상기 메인 샤프트(2)에 의하여 일방항으로 회전하고, 역회전 로터(4)는 상기 별도의 역회전샤프트(20)에 의하여 상응한 역회전을 이룰수 있게 구성된다.

[발명의 효과 및 유체 역학적 해석]

설명에 앞서 통상 축류압축기는 각 블레이드의 형상과 빗각의 정도, 회전속도에 따라 유체의 점성류에 따른 저항, 유동에 따른 슬립, 서지, 박리등 제현상이 발생되어 내부 유체흐름에 대한 정확한 유체역학적 해석을 그리쉽지않다. 때문에 풍동 실험을 거쳐 확인된 측정자료에 의존하는 경우가 많으며 더욱이 본 발명의 방식에서 처럼 선행로터와 후행 역회전로터가 서로 역회전하는 경우에는 아직까지 시도된바가 없어 정확한 수치 계산에 의한 해석은 무리이며. 본원에서는 유체역학을 어느 정도 지득한자라면 누구라도 납득할수 있을정도로 입증함을 양지하기 바란다.

먼저, 종래방식인 로터와 스테이터를 구성한 방식에서는 제1(a)도 에서와 같이 로터의 외곽원주에 형성된 앞. 뒤 양 블레이드의 입구각과 출구각의 크기에 따른 형상과 회전속도에 따라 상대속도가 감속되어 로터 내부에서도 압력이 상승하고, 정지된 스테이터에서는 흐름속도의 감소와 유체의 흐름방향 전환으로 인하여 동압의 일부가 정압으로 전환되어 압력상승이 이루어지는 것은 이미 위에서 확인하였고 공지의 사실이다.

반면, 본 발명의 방식인 정회전 로터(3)에 정회전 익(5)을 역회전 로터(4)에 역회적 익(6)을 구성하여 하나의 케이싱내에서 서로 상반된 방향으로 역회전을 이루게 할 때는 각 로터마다 독자적인 회전속도를 갖고 스스로 작동유체를 축방향으로 강제이송과 유체의 흐름방향을 강제로 전환하는 능력을 각 보유하고 있으므로 실제에서는 정회전 로터(3)와 역회전 로터(4)의 구분은 별다른 의미가 없고, 오히려 선행 로터와 후행로터로(제5도에서는 Re- Rotor로 도시하였음) 구분하여 어느 하나가 선행로터가 되면 다음 로터는 후행로터로 구분함이 상당하며, 정회전 로터(3)를 선행로터로 칭하고 역회전 로터(4)를 후행로터로 칭하였을 때, 그 구성에 의한 유체의 흐름은 제5(a)도에서와 같이 선행로터의 블레이드는 유로의 입구각이 출구각에 비하여 상대적으로 크고 유로 출구면적을 점차 확대되도록 구성되어 블레이드의 회전속도에 따라 진입된 유체는 상대속도가 감소되면서 압력 상승 효과를 얻게되고, 다음 후행로터(역회전 로터) 또한 자신의 독자적인 회전속도를 가지고 선행로터와 역회전을 하면서 유체의 흐름방향을 전환함과 동시에 위 선행로터에서와 같이 내부유로를 지나면서 상대속도를 감속시켜 압력상승 효과를 얻게되며 그때 동 후행로터는 선행로터의 배압을 강제로 제지하게 됨으로 선행로터는 같은 회전수에서 당연히 흡입유량을 최대화 할수있게 되고, 그에 따라 후행로터 또한 독자적인 회전 속도를 보유하고 있으므로 위 선행로터에서 최대한 흡입한 유체를 후단으로 강제 이송함과 동시에 유체의 흐름 방향을 전환하여 버림으로서 다음단의 로터에서 압력을 또다시 상승할수있게 하는 역할을 하게되어 유체는 선행로터와 후행로터의 각 단을 지날 때 마다 보다더 큰 압력상승 효과를 얻게되는 것이다.

또한 실제 선행로터와 후행로터의 내부 유체 흐름은 제5(b)도 에서와 같이 선행로터를 빠져나온 유체는 후행로터가 역방향으로 회전을 함으로서 동 후행로터의 블레이드의 내면 부위에 고밀도로 흐르게 되어 종래방식에서 배면부위로 흐르던 것과 비교하여 효과적으로 유체의 흐름방향을 크게 전환하게 되어 더욱 큰 압력 상승효과를 얻을수 있게 된다.

또한 축류식 유체기계에서 압축성일때는 유체의 흐름은 제5(b)도 에서와 같이 당초에는 유로입구 전면으로 유입되나 블레이드의 회전속도에 의하여 블레이드 내측면쪽에는 고밀도로 흐르게 되고 블레이드의 배면부에는 상대적으로 저밀도로 흐르게 되는데 그 저밀도 부위는 후단에 압력이 상승하면 배압으로 작용하여 쉽게 역류할수 있게되어 압력 상승에 별다른 도움물 주지 못하고 비 효율적이 된다.

그처럼 본 방식에서는 각 후행로터가 각 선행로터의 배압을 제거하여 각 로터마다 흡입유량을 확대할수 있도록 일조하게 되어 흡입유량의 증대와 압력상승의 효과를 얻을수 있으나, 종래 방식에서는 스테이터가 선행로터의 흡입유량을 제한하게 되어 이미 설계치에 따른 작동점이 정해져 막연히 로터의 회전속도를 배가하였을 때는 흡입유량과 압력이 배가되지 않고 오히려 배압등으로 인한 역압력구배 상황에 이르러 급격한 흡입 유량의 감소와 압력감소로 이어져 부단한 회전속도의 증가는 손실로 남게되는 점과 비교하면 본 발명의 방식이 크게 효율적임은 명백하다.

여기에서 종래 로터와 스테이터를 구성한 종래방식에서 임의로 스테이터를 고정상태에 두지 않고 자유로운 상태에 두었을 경우와, 아예 스테이터를 구성하지 않고 로터의 블레이드를 구성함에 있어 복수의 단에 상당한 폭을 갖는 1단만을 구성하였을 때 그 기대 효율을 분석하여 보자, 먼저 스테이터가 자유 상태가 있을 경우에는 전단의 로터가 회전하면서 유체를 강제로 이송 하였다 더라도 다음단에 구성된 스테이터는 고정되지 않은 자유상태에 있기 때문에 전단의 로터와 같은 방향으로 따라 돌게 되어 기대하는 유체의 방향전환을 얻지 못하게 되어 전단의 로터와 후단의 로터가 공히 한 구성체가 되어 함께 회전하여 버리기 때문에 압력상승 효과는 전혀 기대 할수없다.

다음, 로터에 형성된 블레이드를 복수의 단에 상당한 폭으로 구성하였을 때는, 블레이드의 폭이 아무리 종으로 기나긴 폭을 갖더라도 회전 원주상 각속도에 변화가 없으므로 유체는 일정 위치 이상에서는 이미 방향이 정해저 흘러가는 통로로 역할을 할뿐 기대할 압력상승 효과는 얻을수 없게 된다

때문에 종래 축류식 압축기등에서는 설계치와 작동치가 준용되며, 그 영역밖에서 는 비 효율적이라는 공지의 사실에 비추어 볼때 본 발명인 정회전 로터와 역회전 로터를 한 구성체로 하는 축류식 압축기는 종래 방식에 비하여 상당한 효율을 얻을 수 있다는 것은 더할 나위 없을 것이다.

Claims (3)

1. 하나의 케이싱(1) 내부에 입력축인 메인 샤프트(2)에 결속되어 상기 메인 샤프트(2)의 회전방향으로 적정 기울기를 갖는 다수의 정회전 익(5)을 원주상에 적정단을 구성하여 일정 방향으로 회전 하는 정회전 로터(3)와, 내부 원주면에, 상기 정회전 익(5)과 상반되는 기울기를 갖고 서로 교차하는 역회전 익(6)을 결속하고, 또한 양측부 또는 일정 부위에 위치한 상기 역회전 익(6)의 끝단 부위와 결속되어 상기 메인 샤프트에 지지되는 역회전 로터 지지허브(7)를 구성한 역회전 로터(4)와, 상기 정회전 로터(3)와 역회전 로터(4)가 서로 다른 반대 방향으로 회전하기 위한 역회전 수단으로 상기 메인 샤프트(2) 측에 원주방향으로 다수의 톱니를 갖는 샤프트측 베밸 링기어(16)를. 상기 역회전 로터(4)에 결속된 상기 역회전 로터 지지허브(7)의 한 측부에 역회전 로터측 링기어(17)를, 상기 샤프트측 베밸 링기어(16)와 위 역회전 로터측 링기어(17) 사이에 종축 피니언 기어(18)를, 각 맞물리게 형성하여, 하나의 케이싱 내에서 정회전 로터(3)와 역회전 로터를 한 구성체로 하여 상기 정회전 로터와 역회전 로터가 서로 다른 반대방향으로 역회전 하는 것을 특징으로 하는 축류식 압축기 또는 펌프.
2. 제1항에 있어서, 상기 정회전 로터와 역회전 로터가 서로 역회전 하는 역회전 수단으로 상기 메인 샤프트측에 외접 선기어를, 상기 역회전 로터측에 내접 인터널 기어를, 그 사이에 외접 피니언 기어를, 각 형성하여, 상기 정회전 로터와 역회전 로터가 서로 반대방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 축류식 압축기와 펌프.
3. 제1항에 있어서, 상기 정회전 로터와 역회전 로터가 서로 역회전 하는 역회전 수단으로 상기 정회전 로터에 메인 샤프트를 결속하고, 상기 역회전 로터에 별도 역회전 샤프트를 결속하고, 상기 메인샤프트와 역회전 샤프트가 서로 역회전을 이루게하여 각 샤프트에 결속된 정회전 로터와 역회전 로터가 서로 반대 방향으로 회전 하는 것을 특징으로 하는 축류식 압축기 또는 펌프.