KR100311387B1 - 터보압축기의디퓨져구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터보 압축기의 디퓨져구조에 관한 것으로, 종래에는 동력발생부에서 발생되는 구동력을 전달받아 회전하는 임펠러를 거친 유체의 유동이 디퓨져(Diffuser)부를 지나는 과정에서 역압력 구배를 이기고 통과해야 되므로 유체의 운동량이 커야 하나, 임펠러의 측부,즉 디퓨져부의 베인 선단부의 경계층에 위치하는 유동은 그 운동량이 작아서 경계층 박리가 발생하게 되어 유동이 불안정하게 되고 이로 인하여 성능이 저하되며, 또한 임펠러와 디퓨져부의 상호작용에 의해서 이산 주파수 소음이 발생하게 되는 문제점이 있었는 바, 본 발명은 임펠러와 베인사이에 임펠러에서 유출되는 유체의 유동에 의해 와류를 발생시키는 와류발생수단을 형성하여 와류발생수단에서 발생되는 와류가 경계측내에 전가되어 베인 선단부 근처에서 박리를 지연시키도록 함으로써 유동을 안정화시켜 성능을 향상시키고, 또한 와류 발생시 발생되는 소음이 임펠러와 베인 선단부의 상호작용에 의해 발생되는 소음과 상쇄되도록 함으로써 전체적인 소음 발생을 감소시킬 수 있도록 한 것이다.

Description

터보 압축기의 디퓨져구조{DIFFUSER FOR TURBO COMPRESSOR}

본 발명은 터보 압축기의 디퓨져구조에 관한 것으로, 특히 임펠러의 회전력에 의해 디퓨져부를 통과하는 유체의 유동을 안정화시킬 뿐만 아니라 임펠러와 디퓨져부에 의한 상호작용에 의해 발생되는 소음을 상쇄시킬 수 있도록 한 터보 압축기의 디퓨져구조에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 공기나 냉매 가스 등의 기체를 압축하는 기계이다. 상기 압축기는 동력을 발생시키는 동력발생부와 그 동력발생부에서 전달된 구동력에 의해 기체를 흡입하여 압축하는 압축기구부로 구성되며, 상기 압축기의 일예로 터보 압축기는 동력발생부에 의해 발생되는 운동에너지를 정압으로 변환시키면서 가스를 고압 상태로 토출시키게 된다.

도 1은 상기 터보 압축기의 일예를 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 터보 압축기는 흡입구(1)를 갖는 제1 압축실(10)과 토출구(21)를 갖는 제2 압축실(20)이 양측에 각각 형성되고 중앙에 모터실(30)이 형성되며 상기 제1 압축실(10)과 제2 압축실(20)을 연통시킴과 더불어 상기 모터실(30)과 연통되도록 형성된 가스유로(40)를 구비하여 이루어진 밀폐용기(100)의 모터실(30)에 구동력을 발생시키는 구동 모터(110)가 장착되어 있다.

그리고 소정의 길이로 형성된 구동축(120)이 상기 구동 모터(110)에 결합됨과 아울러 일측 단부가 상기 제1 압축실(10)에 삽입되고 타측 단부가 상기 제2 압축실(20)에 삽입되어 있다. 상기 구동축(120)의 일측 단부에 흡입구(1)로 가스를 유입시켜 그 유입된 가스를 1단 압축하여 가스유로(40)를 통해 제2 압축실(20)로 유동시키는 제1 임펠러(200)가 상기 제1 압축실(10)에서 회전가능하도록 결합되며, 또한 상기 구동축(120)의 타측 단부에 1단 압축되어 제2 압축실(20)로 유입된 가스를 2단 압축하여 토출구(21)로 토출시키는 제2 임펠러(210)가 상기 제2 압축실(20)에서 회전가능하도록 결합되어 있다.

상기 구동축(120)에는 구동축(120)을 축방향으로 지지하는 스러스트 베어링(130)과 구동축(120)을 반경방향으로 지지하는 레이디얼 베어링(140)이 상기 구동 모터(110)의 양측에 위치하도록 각각 결합되어 있다.

미설명 부호 150은 어큐뮬레이터를 도시한 것이다.

상기 터보 압축기의 작동을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 구동 모터(110)에 전류가 인가되면 구동 모터(110)가 작동함과 더불어 구동 모터(110)의 구동력이 구동축(120)에 전달되어 구동축(120)이 회전하게 된다. 상기 구동축(120)의 회전에 의해 구동축(120)의 양단부에 결합된 제1 임펠러(200)와 제2 임펠러(210)가 제1,2 압축실(10)(20)에서 각각 회전하게 된다. 상기 제1 임펠러(200)와 제2임펠러(210)의 회전력에 의해 어큐뮬레이터(150)를 통과한 냉매 가스가 흡입구(1)를 통해 제1 압축실(10)로 유입되어 1단 압축되고, 이 1단 압축된 냉매 가스는 가스유로(40)를 통해 제2 압축실(20)로 유입되며, 그 제2 압축실(20)로 유입된 1단 압축된 냉매 가스는 제2 압축실(20)에서 2단 압축되어 토출구(21)를 통해 토출된다.

상기 구조에서 냉매 가스가 압축되는 제1,2 압축실 및 그 압축실에서 회전하는 임펠러는 도 2a, 2b에 도시한 바와 같다. 상기 압축실(10)은 원뿔 형상 유사하게 형성된 것으로, 일측에 흡입구(1)와 연통되어 흡입 가스를 유도하는 인듀서부(2)와, 상기 인듀서부(2)와 연통되며 상기 임펠러(200)가 삽입되어 흡입되는 가스의 운동에너지를 증가시켜주는 임펠러실(3)과, 상기 임펠러실(3)에 이어 임펠러실(3)과 가스유로(40)를 연통시킴과 더불어 증가된 가스의 운동에너지를 정압으로 변환시켜 가스유로(40)로 유도하는 디퓨져부(4) 및 볼류트부(5)로 형성되어 이루어지며, 상기 임펠러실(3)에 원뿔 형상 유사하게 형성된 임펠러(200)가 삽입되어 있다.

상기 압축실(10)에서 냉매 가스가 압축되는 과정은 먼저, 임펠러(200)의 회전에 의해 흡입구(1)로 유입된 냉매 가스가 인듀서부(2)를 통해 임펠러실(3)로 유입되며, 그 임펠러실(3)로 유입된 냉매 가스는 임펠러(200)의 회전력에 의해 운동에너지가 상승될 뿐만 아니라 정압도 상승하게 되고, 그 상태의 냉매 가스가 디퓨져부(4)와 볼류트부(5)를 지나면서 냉매 가스의 운동에너지가 정압으로 변환되어 압력이 상승하게 된다.

한편, 상기 디퓨져부(4)의 일측면에는 소정의 길이, 높이 그리고 두께를 갖는 베인(6)이 유체의 흐름을 안내하도록 일정 간격을 두고 복수개 형성되어 있으며, 각 베인은 임펠러(200)의 중심방향과 경사지도록 형성되어 있다. 상기 베인(6)들의 일측단은 동일원상에 위치하게 되며 타측단 또한 동일원상에 위치하게 된다. 상기 베인(6)의 선단은 임펠러(200)의 끝단과 소정의 간격을 두고 형성된다.

상기한 바와 같은 구조에서 상기 임펠러(200)를 거친 유체의 유동이 디퓨져부(4)를 지나는 과정에서 역압력 구배를 이기고 통과해야 되므로 유체의 운동량이 커야 한다. 그러나 디퓨져부(4)의 경계층에 위치하는 유동은, 도 3에 도시한 바와 같이, 그 운동량이 작아서 경계층 박리가 발생하게 되어 유동이 불안정하게 되고 이로 인하여 성능이 저하되며, 또한 임펠러(200)와 디퓨져부(4)의 상호작용에 의해서 이산 주파수(Discrete Blade Pass Frequency) 소음이 발생하게 되는 문제점이 있었다.

상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 임펠러의 회전력에 의해 디퓨져부를 통과하는 유체의 유동을 안정화시킬 뿐만 아니라 임펠러와 디퓨져부에 의한 상호작용에 의해 발생되는 소음을 상쇄시킬 수 있도록 한 터보 압축기의 디퓨져구조를 제공함에 있다.

도 1은 일반적인 터보 압축기의 일예를 도시한 단면도,

도 2a는 상기 터보 압축기의 압축실 및 임펠러를 중심으로 도시한 반단면도,

도 2b는 상기 터보 압축기의 압축실 및 임펠러를 중심으로 도시한 평면도,

도 3은 상기 터보 압축기에서 임펠러의 회전력에 따른 디퓨져부의 베인 선단부에서 유체의 유동상태를 도시한 측면도,

도 4a는 본 발명의 터보 압축기 디퓨져구조가 구비된 압축실과 임펠러의 반단면도,

도 4b는 본 발명의 터보 압축기 디퓨져구조가 구비된 압축실 과 임펠러의 평면도,

도 5는 본 발명의 터보 압축기 디퓨져구조에서 유체의 유동상태를 도시한 정면도,

도 6는 본 발명의 터보 압축기 디퓨져구조에서 소음 발생 상태를 도시한 정면도,

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

4 ; 디퓨져부 4a ; 와류발생홈

6 ; 베인 6a ; 베인 선단부

200 ; 임펠러 K ; 와류발생수단

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 동력발생부에서 발생된 회전력을 전달받아 유체를 유동시키는 임펠러와, 복수개의 베인이 형성되어 상기 임펠러에서 유출된 유체가 통과하면서 유체의 운동에너지를 압력에너지로 변환시키는 디퓨져부를 구비하여 이루어진 터보 압축기에 있어서, 상기 임펠러와 베인사이에 임펠러에서 유출되는 유체의 유동에 의해 와류를 발생시키는 와류발생수단을 형성함을 특징으로 하는 터보 압축기의 디퓨져구조가 제공된다.

이하, 본 발명의 터보 압축기 디퓨져구조를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 터보 압축기 디퓨져구조는, 도 4a, 4b에 도시한 바와 같이, 먼저 동력발생부를 구성하는 구동 모터(110)의 구동력을 전달받아 회전하는 임펠러(200)가 소정의 형상으로 형성된 압축실(10)내에 회전 가능하도록 삽입된다. 상기 압축실(10)이 형성되는 몸체부(100a)의 일측에는 구동 모터(110)의 구동력을 전달하는 구동축(120)이 삽입되는 축삽입구멍(100b)이 형성되며 그 축삽입구멍(100b)에 구동축(120)이 삽입되고 그 구동축(120)의 단부에 임펠러(200)가 결합된다.

상기 압축실(10)은 일측에 흡입구(1)와 연통되어 흡입 가스를 유도하는 인듀서부(2)와, 상기 인듀서부(2)와 연통됨과 아울러 임펠러(200)가 삽입되어 회전하는 임펠러실(3)과, 상기 임펠러실(3)에 이어 임펠러(200)에 의해 고속 고압 상태로 가속된 가스의 운동에너지를 정압으로 변환시키는 디퓨져부(4) 및 볼류트부(5)로 형성된다. 그리고 상기 디퓨져부(4)의 일측면에 소정의 길이, 높이 그리고 두께를 갖는 베인(6)이 유체의 흐름을 안내하도록 일정 간격을 두고 복수개 형성된다. 상기 베인(6)들의 선단은 임펠러(200)의 끝, 즉 외주면과 소정의 간격을 두고 형성되며, 또한 임펠러(200)의 중심방향과 경사지도록 형성되어 있다. 상기 베인(6)들의 일측단은 동일원상에 위치하게 되며 타측단 또한 동일원상에 위치하게 된다.

그리고 상기 임펠러(200)와 베인(6)사이에 임펠러(200)에서 유출되는 유체의 유동에 의해 와류를 발생시키는 와류발생수단(K)이 형성된다. 상기 와류발생수단(K)은 상기 임펠러(200)와 베인(6)사이에 위치하도록 환형 형태의 와류발생홈(4a)으로 형성되며 그 단면은 소정의 폭과 깊이를 갖도록 형성됨이 바람직하다. 상기 와류발생홈(4a)은 임펠러(200)의 외주면과 베인의 선단(6a)사이에 위치하도록 디퓨져부(4)를 이루는 일면에 형성되며, 상기 와류발생홈(4a)은 그 단면 형태가 일측이 개구된사각 형태로 형성됨이 바람직하고 상기 베인들의 선단(6a)에 의해 형성되는 원에 동심원을 그리도록 환형으로 형성됨이 바람직하다.

이하, 본 발명의 터보 압축기 디퓨져구조의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 구동 모터(110)의 구동력이 구동축(120)을 통해 임펠러(200)에 전달되어 임펠러(200)가 회전하게 되면 그 임펠러(200)의 회전력에 의해 흡입구(1)로 유입된 냉매 가스가 인듀서부(2)를 통해 임펠러실(3)로 유입되면서 임펠러(200)를 통해 디퓨져부(4)로 유동하게 된다. 이때 유체는 임펠러(200)에 의해 운동에너지를 얻은 상태로 디퓨져부(4)로 빠져나가게 되며 그 유체는 디퓨져부(4)를 통과하면서 운동에너지가 압력에너지로 변환된다.

한편, 상기 임펠러(200)를 통해 빠져나가는 유체가 디퓨져부(4)로 유입되어 디퓨져부(4)를 지나는 과정에서 유체가 와류발생수단인 와류발생홈(4a)에서, 도 5에 도시한 바와 같이, 와류(Vortex)를 발생시키게 된다. 상기 와류발생홈(4a)에서 발생된 와류는 지나는 유체의 경계층(Boundry layer)내에 에너지를 전가시키게 되어 베인 선단부분의 박리를 지연시키게 되므로 유체 유동이 안정화된다. 또한, 상기 와류발생홈(4a)에서 와류가 발생됨과 더불어 소음이 발생되며 그 발생된 소음은 임펠러(200)와 베인(6)의 상호작용에 의해 발생되는 소음과 상쇄되면서 전체적으로 발생되는 소음을 줄이게 된다. 상기 와류발생홈(4a)에서 발생되는 소음은, 도 6에 도시한 바와 같이, 와류발생홈(4a)의 수직선상에서 45°각도로 방향성(Directivity)을 가지게 되며 그 와류발생홈(4a)에서 발생되는 소음은 와류발생홈(4a)의 크기와 형상을 조절함에 의해 조절이 가능하게 되므로와류발생홈(4a)을 조절함에 의해 임펠러(200)와 베인 선단부의 상호작용에 의해 발생되는 소음과 상쇄시킬 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 터보 압축기 디퓨져구조는 임펠러의 회전력에 의해 운동에너지를 갖는 유체가 임펠러를 통해 디퓨져부로 유입되어 디퓨져부를 통과하는 과정에서 베인의 선단부측에서 발생되는 와류가 경계측내에 전가되어 베인 선단부 근처에서 박리를 지연시키게 됨으로써 유동을 안정화시켜 성능을 향상시킬 수 있고, 또한 와류 발생시 발생되는 소음이 임펠러와 베인 선단부의 상호작용에 의해 발생되는 소음과 상쇄됨으로써 전체적인 소음 발생을 감소시키게 되어 압축기의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 동력발생부에서 발생된 회전력을 전달받아 유체를 유동시키는 임펠러와, 복수개의 베인이 형성되어 상기 임펠러에서 유출된 유체가 통과하면서 유체의 운동에너지를 압력에너지로 변환시키는 디퓨져부를 구비하여 이루어진 터보 압축기에 있어서, 상기 임펠러에서 유출되는 유체의 유동에 의해 와류를 발생시키도록 상기 임펠러와 베인사이에 소정의 폭과 깊이를 갖는 환형의 와류발생홈을 형성한 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 디퓨져구조.