KR100339570B1 - 베인 디퓨져 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 베인 디퓨져 구조에 관한 것으로, 본 발명은 임펠러의 회전력에 의해 운동에너지가 증가된 가스가 볼류트부로 통하도록 형성되어 그 볼류트부로 통하는 가스의 운동에너지를 정압으로 변환시키는 디퓨져부 유로와 상기 디퓨져부 유로를 형성하는 유로의 벽에 형성되는 다수개의 베인과 상기 베인의 선단부에 형성되어 베인측으로 유입되는 유동을 안정적으로 안내하는 유동 안내부재를 포함하도록 구성하여 임펠러를 통해 운동에너지가 증가된 유동이 베인으로 유입되는 과정에서 베인의 선단부에 미소 박리 영역이 형성되도록 함으로써 베인으로 유입되는 유동의 전체 입사각의 범위가 넓어지도록 함에 의해 유동 불안정에 따른 입사각의 변화에 의해 생기는 박리를 지연 또는 감소시켜 유동의 안정성을 확보할 뿐만 아니라 임펠러와 베인과의 상호작용을 감소시켜 소음 발생을 줄일 수 있도록 한 것이다.

Description

베인 디퓨져 구조{VANE DIFFUSER}

본 발명은 베인 디퓨져 구조에 관한 것으로, 특히 가스를 압축시 발생되는 소음을 감소시킬 뿐만 아니라 유입 유동의 박리 현상을 지연시킬 수 있도록 한 베인 디퓨져 구조에 관한 것이다.

일반적으로 유체를 압축하는 기계인 압축기는 그 압축 방식에 따라 회전식 압축기(ROTARY COMPRESSOR), 왕복동식 압축기(RECIPROCATING COMPRESSOR), 스크롤 압축기(SCROLL COMPRESSOR), 터보 압축기 등 여러 종류가 있다. 이와 같은 압축기는 소정의 내부 공간을 갖는 밀폐용기와 상기 밀폐용기내에 장착되어 구동력을 발생시키는 전동기구부와 상기 전동기구부의 구동력을 전달받아 가스를 압축하는 압축기구부로 구성된다. 상기 터보 압축기는 전동기구부의 구동력을 전달받아 회전하는 임펠러가 압축실내에 위치하여 임펠러의 회전에 의해 가스를 흡입하고 압축하게 된다.

도 1은 압축실 및 그 압축실에 회전 가능하도록 위치하는 임펠러의 구조를 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 상기 압축실(10)은 가스가 유입되는 인듀서부(1)와 상기 인듀서부(1)에 이어 임펠러(20)가 회전 가능하도록 삽입되는 임펠러 삽입공간(2)과 상기 임펠러 삽입공간(2)에 이어 가스의 운동에너지를 정압으로 변환시키는 디퓨져부(3) 및 볼류트부(4)로 형성된다. 상기 임펠러 삽입공간(2)의 내벽은 임펠러(20)와 대면되는 쉬라우드부(5)를 이루게 된다.

상기 임펠러(20)는 원뿔 형태로 형성되는 허브부(21)와 상기 허브부(21)의 외면에형성되는 날개부(22)로 형성되며, 그 임펠러(20)는 상기 임펠러 삽입공간(2)에 삽입된다. 그리고 상기 임펠러(20)는 전동기구부와 연결된다.

상기 압축실(10)에서 냉매 가스가 압축되는 과정은 먼저, 전동기구부의 구동력이 임펠러(20)에 전달되어 임펠러(20)가 회전하게 되면 그 임펠러(20)의 회전력에 의해 인듀서부(1)로 가스가 유입되며 그 인듀서부(1)로 유입된 가스는 임펠러 삽입공간(2)을 통하면서 운동에너지가 증가되고 그 운동에너지가 증가된 가스는 디퓨져부(3)와 볼류트부(4)를 지나면서 증가된 운동에너지가 정압으로 변환되어 압력이 상승하게 된다. 그 압력이 상승된 가스는 상기 볼류트부(4)와 연통된 토출구(미도시)를 통해 토출된다.

한편, 상기 디퓨져부(3)는 보통 두 가지의 형태를 갖게 되는데 그 한가지 형태는 가스가 통과하는 유로의 단면적을 작게 형성한 형태인 베인리스 디퓨져(Vaneless Diffuser) 형태이고, 그 다른 형태는 유로의 단면적을 작게 형성하고 그 유로에 복수개의 베인이 설치된 베인 디퓨져(Vane Diffuser) 형태이다.

상기 베인 디퓨져는 압축비와 압축 효율이 높은 장점이 있는 반면, 상대적으로 운전 영역이 좁은 단점을 가지고 있다. 그리고 상기 베인리스 디퓨져는 압축비와 압축효율이 상대적으로 낮은 단점이 있는 반면 상대적으로 넓은 운전 영역을 갖게 되는 장점이 있다.

상기 다수개의 베인이 설치되는 종래 베인 디퓨져 구조는, 도 2a, 2b에 도시한 바와 같이, 임펠러 삽입공간(2)과 볼류트부(4)를 연통시키는 디퓨져부(3) 유로의 양면 중 일면에 다수개의 베인(30)이 형성되어 있다. 상기 베인(30)은 소정의 길이를 갖는 유선형 형태로 형성됨과 아울러 소정의 높이를 갖도록 형성되어 있다. 즉, 상기 베인(30)은 양 선단부(31)(32)가 각각 날카로운 에어 포일 형태로 형성된다. 그리고 상기 베인(30)은 임펠러(20)의 중심선상과 소정의 각으로 경사지도록 각각 일정 간격을 두고 형성되며 그 베인(30)의 일측단(32)이 임펠러(20)의 측부에 위치하게 된다.

그러나 상기한 바와 같은 종래 베인 디퓨져 구조는, 도 3에 도시한 바와 같이, 임펠러(20)의 고속 회전에 의해 임펠러 날개부(22)를 통해 운동에너지가 증가된 가스의 유동이 디퓨져부(3) 유로 및 베인(30)을 통해 볼류트부(4)로 유입된다. 이와 같은 과정에서 임펠러(20)의 고속 회전에 의해 발생되는 유동이 정지된 상태로 있는 베인(30)의 전면부(32), 즉 날카로운 선단부(32)를 통하면서 유동에 의한 압력 상호작용에 의해 고주파의 소음이 발생하게 될 뿐만 아니라 베인(30)과 베인(30)사이를 통해 유동하는 가스의 흐름이 불안정하게 되어, 도 4에 도시한 바와 같이, 베인(30)의 선단부에서 박리 현상이 발생하게 됨으로써 가스가 유동하는 실제적인 유로를 감소시키게 되어 성능을 저하시키게 되는 문제점이 있었다.

상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 임펠러의 회전력에 의한 운동에너지가 정압으로 변환되는 과정에서 발생되는 소음 및 유동의 박리 현상을 최소화할 수 있도록 한 베인 디퓨져 구조를 제공함에 있다.

도 1은 일반적인 디퓨져 구조의 일례를 도시한 측단면도,

도 2a,2b는 종래 베인 디퓨져 구조의 측단면도 및 정단면도,

도 3은 종래 베인 디퓨져 구조의 작동 과정에서 소음 발생 상태를 나타낸 부분 정면도,

도 4는 종래 베인 디퓨져 구조의 작동 과정에서 유동 상태를 도시한 정면도,

도 5a,5b는 본 발명의 베인 디퓨져 구조를 도시한 측단면도 및 정단면도,

도 6,7은 본 발명의 베인 디퓨져 구조를 구성하는 베인 및 유동 안내부재의 변형례를 각각 도시한 사시도,

도 8,9는 본 발명의 베인 디퓨져 구조의 작동 상태를 도시한 측단면도 및 부분 정면도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

3a ; 디퓨져 유로 4 ; 볼류트부

20 ; 임펠러 30 ; 베인

32 ; 베인 선단부 40 ; 유동 안내부재

41 ; 굴곡부

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 임펠러의 회전력에 의해 운동에너지가 증가된 가스가 볼류트부로 통하도록 형성되어 그 볼류트부로 통하는 가스의 운동에너지를 정압으로 변환시키는 디퓨져부 유로와, 상기 디퓨져부 유로를 형성하는 유로의 벽에 형성되는 다수개의 베인과, 상기 베인의 선단부에 일정 두께와 높이를 갖는 원호 형상으로 형성되어 상기 베인측으로 유입되는 유동을 안정적으로 안내하는 유동 안내부재를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 베인 디퓨져 구조가 제공된다.

이하, 본 발명의 베인 디퓨져 구조를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.

도 5a, 5b는 본 발명의 베인 디퓨져 구조의 일례를 도시한 것으로, 이를 참조하여 설명하면, 먼저 압축실(10)은 가스가 유입되는 인듀서부(1)와 상기 인듀서부(1)에 이어 임펠러(20)가 회전 가능하도록 삽입되는 임펠러 삽입공간(2)이 형성된다. 그리고 상기 일펠러 삽입공간(2)의 내면벽이 연장 형성되어 일정 폭을 갖는 디퓨져부(3) 유로가 형성되며 상기 디퓨져부(3) 유로에 이어 소정의 환형 체적을 갖는 볼류트부(4)가 형성된다. 상기 볼류트부(4)는 디퓨져부(3) 유로의 내면 벽이 연장됨에 의해 형성된다. 그리고 상기 디퓨져부(3) 유로의 일측 내면 벽에 일정한 간격을 두고 다수개의 베인(30)이 각각 형성된다. 상기 베인(30)은 소정의 길이를 갖는 유선형 형태로 형성됨과 아울러 소정의 높이를 갖도록 형성되며 그 양선단부(31)(32)가 각각 날카로운 에어 포일 형태로 형성된다. 그리고 상기 베인(30)은 임펠러(20)의 중심선상과 소정의 각으로 경사지도록 형성된다. 그리고 상기 베인(30)의 선단부에 위치하도록 유동 안내부재(40)가 결합된다. 상기 유동 안내부재(40)는, 도 6에 도시한 바와 같이, 그 일례로 소정의 곡률 반경을 갖는 굴곡판 형태로 형성되며 그 굴곡판 형태의 내측면이 베인(30)의 선단부(32)를 감싸도록 결합된다. 또한 상기 유동 안내부재(40)의 다른 변형례로, 도 7에 도시한 바와 같이, 초생달 형태로 형성될 수 있다.

또한 상기 유동 안내부재(40)는 상기 베인(30)과 일체로 형성될 수 있다.

상기 임펠러(20)는 원뿔 형태로 형성되는 허브부(21)와 상기 허브부(21)의 외면에 형성되는 날개부(22)로 이루어지며 그 임펠러(20)는 상기 임펠러 삽입공간(2)에 삽입됨과 아울러 전동기구부와 연결된다. 상기 임펠러(20)의 날개부(22) 측부에 유동 안내부재(40)가 위치하게 된다.

이하, 본 발명의 베인 디퓨져 구조의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

상기 압축실(10)에서 냉매 가스가 압축되는 과정은, 도 8에 도시한 바와 같이, 먼저 전동기구부의 구동력을 전달받아 임펠러(20)가 회전하게 되면 그 임펠러(20)의 회전력에 의해 인듀서부(1)로 가스가 유입되며 그 인듀서부(1)로 유입된 가스는 임펠러 삽입공간(2)을 통하면서 운동에너지가 증가되고 그 운동에너지가 증가된 가스는 유동 안내부재(40) 및 디퓨져부(3)를 통해 유동하여 볼류트부(4)로 유입되면서 운동에너지가 정압으로 변환되어 압력이 상승하게 된다. 그 압력이 상승된 가스는 상기 볼류트부(4)와 연통된 토출구(미도시)를 통해 토출된다. 한편, 상기 임펠러(20)의 날개부(22)를 통과한 가스의 유동이 유동 안내부재(40)를 통과하는 과정에서, 도 9에 도시한 바와 같이, 유동 안내부재(40)의 후측으로 미소 박리 현상이 발생되며 그 미소 박리 현상에 의하여 보다 넓은 범위의 입사각에 대하여 베인(30)과 베인(30)사이의 유입 유동을 안정화시킬 수 있다. 즉, 상기 베인(30)의 입구로 유입되는 유동에의해 형성되는 경계층이 미소 박리 영역에 의해 운동량이 증가되어 입구 경계층에 의한 박리가 지연되거나 감소될 뿐만 아니라 입구 경계층의 박리 지연으로 인하여 베인(30)으로 입사되는 유동의 입사각의 범위가 넓어져 유동 불안정에 따른 입사각의 변화에 의해 생기는 박리를 지연 또는 감소시킬 수 있게 된다.

또한, 도 10에 도시한 바와 같이, 상기 베인(30)의 선단부(32)의 측부에 결합되는 곡면부를 구비한 유동 안내부재(40)에 의해 임펠러(20)의 회전력에 의해 발생되는 유동과 베인(30) 선단부(32)간의 상호작용을 감소시키게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 베인 디퓨져 구조는 임펠러를 통해 운동에너지가 증가된 유동이 베인으로 유입되는 과정에서 베인의 선단부에 미소 박리 영역이 형성되도록 하여 베인으로 유입되는 유동의 전체 입사각의 범위가 넓어지게 됨으로써 유동 불안정에 따른 입사각의 변화에 의해 생기는 박리를 지연 또는 감소시켜 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 임펠러와 베인과의 상호작용을 감소시킴으로써 소음 발생을 줄여 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 임펠러의 회전력에 의해 운동에너지가 증가된 가스가 볼류트부로 통하도록 형성되어 그 볼류트부로 통하는 가스의 운동에너지를 정압으로 변환시키는 디퓨져부 유로와, 상기 디퓨져부 유로를 형성하는 유로의 벽에 형성되는 다수개의 베인과, 상기 베인의 선단부에 일정 두께와 높이를 갖는 원호 형상으로 형성되어 상기 베인측으로 유입되는 유동을 안정적으로 안내하는 유동 안내부재를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 베인 디퓨져 구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 유동 안내부재는 일정 높이를 갖는 초생달 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 베인 디퓨져 구조.