KR100433324B1

KR100433324B1 - 원심 압축기

Info

Publication number: KR100433324B1
Application number: KR10-2001-0042739A
Authority: KR
Inventors: 마스타니조
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2001-07-16
Filing date: 2001-07-16
Publication date: 2004-05-27
Also published as: KR20030006810A

Abstract

본 발명의 원심 압축기는 임펠러 회전축(15)을 중심으로 동심원이 되도록 임펠러(12)의 외주방향으로 배치된 다수의 베인(16A, 16B)을 구비하는 다수의 베인 그룹(A, B)이 포함되며, 상기 임펠러에 가장 가까운 베인 그룹(A)에 속하는 각각의 베인(16A)은 회전가능하다. 임펠러의 유입 유량이 변하고 가스 유동이 베인(16A)으로부터 베인(16B)으로 쉽게 연속적으로 될 수 없는 경우에 확산 효율이 감소되기 때문에, 베인(16A)은 임펠러로부터 배출되는 가스 유동의 방향과 일치하도록 전연상의 날개 중심선의 경사 방향을 바꾸도록 회전된다. 결과적으로, 비록 임펠러의 유입 유량이 변할지라도, 확산 효율은 높은 수준으로 유지된다.

Description

원심 압축기{CENTRIFUGAL COMPRESSOR}

본 발명은, 예를 들면 소형 가스 터빈 또는 터보 냉각기에 사용되는 원심 압축기에 관한 것이며, 특히 전형적인 베인형 디퓨져, 또는 소위 채널형 디퓨져라 불리우는 디퓨져를 구비하는 원심 압축기에 관한 것이다.

원심 압축기는 가스의 속도를 감소시키고 운동 에너지를 내부 에너지로 전환시키는 장치로서 기능하는 디퓨져를 포함한다. 디퓨져가 제공된 원심 압축기의 예가 도 9 및 도 10에 도시되어 있다. 도면에 도시된 원심 압축기는 케이싱(1)과, 이 케이싱(1)에 의해 축방향으로 지지됨으로써 회전하는 임펠러(2)와, 이 임펠러(2) 둘레의 케이싱(1)과 단일 부품으로 일체화되는 스크롤(3)과, 임펠러(2)와 스크롤(3) 사이에서 임펠러(2)를 둘러싸도록 링 형상으로 제공되는 디퓨져(4)가 설치된다.

디퓨져(4)는 외주방향으로 서로 이격되어 배치된 다수의 베인(5)을 포함하며, 임펠러(2)로부터 배출되는 가스의 유동 방향이 반경방향 외측에 가까워지도록 이동시키는 기능을 수행하는 반면에, 속도를 감속하여 가스의 동압을 정압으로 변환시킨다.

그러나, 전술된 바와 같은 원심 압축기에 있어서, 임펠러(2)의 유입 유량이 변할 때 디퓨져(4)에 대한 공기 유입 각도가 변하기 때문에, 예를 들면 임펠러(2)로부터 배출되는 가스 유동의 방향이 특정 유입 유량에서 베인(5)의 전연상의 날개 중심선의 방향과 일치할지라도, 유입 유량이 변한다면, 가스 유동 방향과 날개 중심선의 방향이 더이상 일치하지 않게 되어 확산 효율을 감소시킨다. 이는 서지(surge)에서 초크(choke)까지의 작동 범위가 좁아지도록 한다.

따라서, 작동 범위를 넓히기 위해 베인 사이의 피치에 대한 익현 길이의 비(익현-피치 비)를 감소시키고 그리고 인접한 베인 사이에 스로트부(throat portion)의 형성을 방지하기 위한 노력이 이루어졌지만, 이것은 정압으로 변환되는 것을 어렵게 하여 적절한 확산 효율을 얻지 못하도록 하는 문제를 야기한다. 여기서, 스로트부는 일 베인의 전연으로부터 날개 중심선까지 수직방향 아래로 내려가는 선으로부터, 다른 베인의 후연으로부터 베인 중심선까지 수직방향 아래로 내려가는 선까지 연장하는 인접한 베인 사이의 공간을 의미한다.

전술된 바와 같은 상황을 고려했을 때, 본 발명의 목적은 임펠러의 유입 유량이 변하는 경우 확산 효율이 감소되지 않게 함으로써 서지에서 초크까지의 보다광범위한 작동 범위를 가능하게 하는 원심 압축기를 제공하는 것이다.

상기 문제점을 해결하기 위한 수단으로서, 하기에 상술된 구조를 갖는 원심 압축기가 사용된다. 즉, 본 발명의 제 1 실시예는 임펠러 둘레에 디퓨져를 갖는 원심 압축기로서, 디퓨져는 임펠러의 외주방향으로 배치된 다수의 베인으로 이루어진 다수의 베인 그룹을 상기 임펠러의 회전축을 중심으로 동심원이 되도록 구비하며, 외측에 위치되는 베인 그룹에 속하는 베인이 많아질수록, 상기 임펠러의 반경방향에 대한 상기 베인의 각도가 작아지도록 구성된다.

이러한 원심 압축기에 있어서, 임펠러로부터 배출되는 가스에 대해 동압에서 정압으로의 변환이 각각의 베인 그룹이 동심으로 배치된 각 가스 통로에서 이루어지기 때문에, 가스가 최외측에 위치된 베인 그룹을 통과할 때 높은 효율이 얻어진다.

본 발명의 제 2 실시예는 제 1 실시예에 따른 원심 압축기에 있어서, 상기 임펠러에 가장 가까운 위치의 베인 그룹을 배제한 베인 그룹에 있어서, 상기 베인 그룹에 속하는 베인의 개수는 상기 베인 그룹에 대해 내측에 인접한 다른 베인 그룹에 속하는 베인 개수의 정수배이다.

임펠러로부터 배출되는 가스의 유동이 베인 그룹을 통과해 진행하는 동안 임펠러에 가장 가깝게 위치된 베인 그룹에 속하는 베인을 따라서 분포되고, 유동이 베인의 뒤쪽(외측) 날개 중심선 방향으로 굴곡지도록 유동이 형성된다. 만일 이러한 유동이 이후 스테이지의 각 베인 그룹에서 약해짐이 없이 외측으로 보내지는 경우, 동압에서 정압으로의 변환은 효과적으로 이루어진다. 이러한 원심 압축기에있어서, 가스의 유동을 외측으로 연속적으로 내보내는 베인이 임펠러에 가장 가깝게 위치된 베인 그룹을 제외하고 임펠러에 가장 가깝게 위치되는 베인 그룹에 속하는 각 베인에 대응하는 각 베인 그룹에 항상 제공된다. 결과적으로, 동압에서 정압으로의 변환은 우수한 효율을 가지고 수행되며, 그에 따라 고 확산 효율을 얻을 수 있다.

본 발명의 제 3 실시예는 제 1 및 제 2 실시예에 따른 원심 압축기에 있어서, 적어도 상기 임펠러에 가장 가까운 위치에서 베인 그룹에 속하는 베인이, 적어도 상기 회전축에 평행한 샤프트에 의해 축방향으로 지지됨으로써 각각 회전할 수 있다.

임펠러의 유입 유량이 변하는 경우, 임펠러로부터 배출되는 가스의 유동 방향과, 임펠러에 가장 가깝게 위치되는 베인 그룹에 속하는 베인의 전연상의 날개 중심선의 방향이 더이상 일치하지 않으며, 그에 따라 유동이 연속적으로 흐르는 것을 어렵게하여 결국 확산 효율을 감소시킨다. 따라서, 전연상의 날개 중심선의 경사 방향을 바꾸어 임펠러로부터 배출되는 가스 유동의 방향과 일치하도록 베인이 회전된다. 결과적으로, 임펠러의 유입 유량이 변하는 경우에도 확산 효율이 고 레벨로 유지된다.

본 발명의 제 4 실시예는 제 3 실시예에 따른 원심 압축기에 있어서, 회전가능한 상기 베인은, 상기 회전축의 방향으로 이격된 상기 디퓨져의 일부를 형성하는 벽과 독립된 플랜지상에 이 베인이 개재된 상태로 설치되어, 상기 플랜지와 함께 회전한다.

베인만이 회전하도록 구성되는 경우, 디퓨져의 일부를 형성하는 벽과 베인 사이에 갭이 형성되고, 이 갭은 가스 유동에 교란을 야기하여 확산 효율을 감소시킨다. 따라서, 베인이 플랜지상에 놓이고 이들 플랜지와 함께 회전하는 경우, 벽과 베인 사이에 어떠한 갭도 없게 되며, 그에 따라 확산 효율이 감소됨이 없이 고 레벨로 유지되도록 한다.

본 발명의 제 5 실시예는 제 3 실시예 또는 제 4 실시예에 따른 원심 압축기에 있어서, 회전가능한 상기 베인의 외측에 대해 인접한 베인 그룹이, 각각의 베인의 배치 상태를 유지하면서 상기 외주방향으로 회전할 수 있다.

베인을 회전시키는 것에 의해 전연 뿐만 아니라 전연의 위치가 변하도록 하기 때문에, 외측에 인접한 베인 그룹에 속하는 베인의 전연의 상관 관계가 더이상 가스의 유동을 외측으로 연속해 흐르도록 할 수 없으며, 그에 따라 확산 효율을 감소시킨다. 따라서, 회전가능한 베인의 외측에 인접한 베인 그룹이 각각의 베인의 배치 상태를 유지하면서 외주방향으로 회전하도록 되는 경우, 모든 상황하에서 회전가능한 베인의 후연과 외측에 인접한 베인 그룹에 속하는 베인의 전연을 서로 관련지을 수 있으며, 그에 따라 확산 효율이 감소됨이 없이 고 레벨로 유지될 수 있도록 한다.

본 발명의 제 6 실시예는 제 3 실시예, 제 4 실시예 또는 제 5 실시예에 따른 원심 압축기에 있어서, 회전가능한 베인의 외주방향으로 인접한 베인 사이의 간격에 대한 익현 길이의 비가 1.0 이하이다.

임펠러의 반경방향에 대한 회전가능한 베인의 각도를 보다 크게 하면 할 수록 임펠러의 유입 유량이 보다 작아지고, 반대로 상기 각도를 보다 작게 하면 할 수록 임펠러의 유입 유량이 보다 커지게 설정될지라도, 임펠러의 유입 유량을 감소시킴으로써 베인 각도가 90°에 근접한다면(서지가 발생함에 따라 압축기가 실제로 작동불능 상태로 판단될지라도), 베인 사이에서 간섭이 발생할 수 있다. 따라서, 외주방향으로 인접한 베인 사이의 간격에 대한 익현 길이의 비가 1.0 이하로 되는 경우, 베인 각도가 90°로 될지라도, 베인 사이에 간섭이 발생하지 않아 조작성이 향상된다.

본 발명의 제 7 실시예는 제 3 실시예 내지 제 6 실시예중 어느 한 실시예에 따른 원심 압축기에 있어서, 회전가능한 상기 베인의 외측에 인접한 베인 그룹에 속하는 베인의 외주방향으로 인접한 베인 사이의 간격에 대한 익현 길이의 비가 0.5 내지 2.0 이다.

외주방향으로 인접한 베인 사이의 간격이 너무 개방되어 있으면, 상기 간격이 가스 유동에 교란을 야기시키기 때문에 적절하지 않다. 따라서, 회전가능한 상기 베인의 외측에 인접한 베인 그룹에 속하는 베인의 외주방향으로 인접한 베인 사이의 간격에 대한 익현 길이의 비가 0.5 내지 2.0 으로 되고, 가스 유동이 정류되어 확산 효율의 경감을 방지한다.

본 발명의 제 9 실시예는 제 1 실시예 내지 제 7 실시예중 어느 한 실시예에 따른 원심 압축기에 있어서, 상기 임펠러의 외경에 대한 상기 임펠러의 중심으로부터 상기 임펠러에 가장 가까운 위치에 있는 베인 그룹에 속하는 베인의 전연까지의 길이의 비가 1.05 내지 1.30 이다.

임펠러로부터 배출된 직후의 가스는 임펠러로부터 디퓨져내로 들어갈 때까지 불규칙한 속도를 가지기 때문에, 베인의 효과는 최소인 반면, 베인이 없는 경우의 자유 소용돌이 갭(free vortex gaps)은 확산 효율 향상에 있어서 더욱 많은 효과를 갖는다. 따라서, 임펠러의 외경에 대한 임펠러의 중심으로부터 임펠러에 가장 가깝게 위치된 베인 그룹에 속하는 베인의 전연까지의 길이의 비가 1.05 내지 1.30으로 설정되는 경우, 베인이 없는 경우의 자유 소용돌이 갭이 디퓨져의 내측에 제공되기 때문에, 확산 효율이 향상된다.

도 1은 본 발명의 원심 압축기의 제 1 실시예를 도시하는 도면으로서, 원심 압축기의 측면에서 본 단면도,

도 2는 원심 압축기의 축방향에 본 단면도,

도 3은 회전 장치의 구조를 도시하는 도면으로서, 주요 부분의 단면도,

도 4는 본 발명의 원심 압축기의 제 2 실시예를 도시하는 도면으로서, 원심 압축기의 측면에서 본 단면도,

도 5는 회전 장치의 구조를 도시하는 도면으로서, 주요 부분의 단면도,

도 6은 각각의 베인 그룹에 속하는 베인의 구성 및 가스 유동을 설명하기 위한 단면도,

도 7은 각각의 베인 그룹에 속하는 베인의 구성 및 가스 유동을 설명하기 위한 것으로 도 6과 유사한 단면도,

도 8은 본 발명의 원심 압축기의 제 3 실시예를 도시하는 도면으로서, 원심 압축기의 측면에서 본 단면도,

도 9는 종래 기술의 원심 압축기 구조를 도시하는 도면으로서, 원심 압축기의 측면에서 본 단면도,

도 10은 종래 기술의 원심 압축기의 축방향에서 본 단면도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

12 : 임펠러 13 : 스크롤

14 : 디퓨져 16A, 16B : 베인

18a : 플랜지 20 : 회전 장치

21 : 암 24 : 구동 실린더

하기에는 본 발명인 원심 압축기의 제 1 실시예의 상세한 설명이 도 1 내지 도 3을 참조하여 제공된다.

도 1에 도시된 원심 압축기는 케이싱(11)과, 이 케이싱(11)에 의해 축방향으로 지지되어 회전하는 임펠러(12)와, 이 임펠러(12)의 둘레에서 케이싱(11)과 단일 부품으로 일체로 되는 스크롤(13)과, 임펠러(12)와 스크롤(13) 사이에서 임펠러(12)를 둘러싸도록 링 형상으로 제공되는 디퓨져(14)가 구비된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 디퓨져(14)는 임펠러(12)의 외주방향을 따라서 등간격으로 이격 배치되는 다수의 베인을 포함하는 2개의 베인 그룹(A, B)이 구비되고, 상기 베인 그룹(A)은 내측에 배치되는 반면 상기 베인 그룹(B)은 외측에 배치되어 중심의 임펠러(12)의 회전축(15)과 동심원을 형성한다.

베인 그룹(A)에 속하는 베인(16A)과, 베인 그룹(B)에 속하는 베인(16B)은 모두 단면이 날개형이며, 베인 그룹(B)에 속하는 베인(16B)의 개수는 베인 그룹(A)에 속하는 베인(16A)의 개수의 2배이다.

비록 베인(16A, 16B)이 각기 임펠러(12)의 반경방향에 대해 규정된 각도로 배치되지만, 외측에 위치된 베인(16B)의 임펠러(12)의 반경방향에 대한 각도는 내측에 위치된 베인(16A)의 임펠러(12)의 반경방향에 대한 각도보다 작다.

또한, 베인 그룹(16)에 속하는 각각의 베인(16A)은 회전축(15)의 방향으로 이격된 디퓨져(14)의 일부를 형성하는 케이싱(11)의 벽(18) 사이에 배치되고, 상기 베인(16A)은 상기 벽(18) 사이에 개재되어 있으며, 각각의 베인(16A)은 벽(18)과 독립적인 플랜지(18a) 사이에서 고정되고, 케이싱(11) 내에 설치되고 회전축(15)과 평행한 샤프트(17)에 의해 축방향으로 지지된다. 플랜지(18a)의 표면은 벽(18)과 거의 동일한 평면에 놓인다. 각각의 베인(16A)은 회전 장치(20)에 의해 동기식으로 회전되어, 임펠러(12)의 반경방향에 대한 각도가 변경될 수 있다. 그러나, 베인(16A)의 각도는 아무리 작을지라도 베인(16B)의 각도보다 작을 수 없다.

도 3에 도시된 바와 같이, 회전 장치(20)는 종방향으로 각각의 베인(16A)의 샤프트(17)를 횡단하도록 케이싱(11)의 외측에 고정된 암(21)과; 베인 그룹(A)에 대해 동심으로 배치되고 외주방향으로 회전할 수 있으며, 각각의 암(21)과 맞물리는 동시에 각각의 암(21)이 내측에서 자유로이 활주할 수 있게 한 활주 홈(22)을 가지는 연결 링(23)과; 규정된 범위 내에서 외주방향으로 연결 링(23)을 회전시키는 구동 실린더(24)를 포함한다. 이 회전 장치(20)는 구동 실린더(24)를 팽창시킴으로써 연결 링(23)을 회전시키고, 이러한 회전에 따라 연결 링(23)이 모든 암(21)을 돌리며, 이에 의해 각각의 샤프트(17) 및 베인(16A)이 연결 링(23)에 의해 축방향으로 지지되도록 하여 동시에 회전시킨다. 또한, 각 베인(16A)의 회전 범위(각도)는 구동 실린더(24)의 팽창 폭에 의해 규정되며, 설계 관점에 기초하여 약 ±15°이다.

전술된 원심 압축기에 있어서, 각각의 베인(16A)은 외주방향으로 인접한 베인(16A)과의 간격에 대한 익현 길이의 비가 1.0 이하가 되도록 배치된다. 또한, 각각의 베인(16A)은 임펠러(12)의 중심으로부터 베인(16A)의 전연까지의 길이에 대한 임펠러(12)의 외경의 비가 1.05 내지 1.30이 되도록 배치된다. 또한, 각각의 베인(16B)이 외주방향으로 인접한 베인(16B)과의 간격에 대한 익현 길이의 비가 0.5 내지 2.0이 되도록 배치된다.

전술된 방법으로 구성된 원심 압축기에 있어서, 임펠러(12)로부터 배출된 가스가 각각의 베인 그룹을 통과할 때에 동압에서 정압으로의 변환이 진행될 수 있기 때문에, 가스가 베인 그룹(B)을 통과할 때 높은 확산 효율이 얻어진다.

베인(16A)을 통과하여 진행하는 동안 임펠러(12)로부터 배출된 가스의 유동은 베인(16A)을 따라서 분포되고, 도 2에 도시된 바와 같이 유동이 베인(16A)의 뒤쪽 날개 중심선 방향으로 굴곡지도록 유동이 형성된다. 만일 이러한 유동이 베인(16B)에서 약해짐이 없이 외측으로 보내지는 경우, 동압에서 정압으로의 변환은 효과적으로 이루어진다. 따라서, 전술된 원심 압축기에 있어서 베인(16B)의 개수를 베인(16A)의 개수의 2배(정수배)로 함으로써, 베인 그룹(B)에 제공된베인(16B)은 베인 그룹(A)에 속하는 각 베인(16A)에 대응해서 가스의 유동을 외측으로 항상 연속해 보내고, 그 결과 동압에서 정압으로의 변환은 효과적으로 이루어진다.

그러나, 임펠러(12)의 유입 유량이 변하는 경우, 임펠러(12)로부터 배출되는 가스 유동의 방향과 베인 그룹(A)에 속하는 베인(16A)의 전연상의 날개 중심선의 방향은 더이상 일치하지 않으며, 그에 따라 유동이 연속적으로 유동하는 것을 어렵게 하여 확산 효율을 저하시킨다. 따라서, 전술된 원심 압축기에 있어서, 베인(16A)은 특정한 각도로 회전되어 전연상의 날개 중심선 방향의 경사도를 변경시켜 임펠러(12)로부터 배출되는 가스 유동 방향과 일치하도록 하며, 그에 따라 비록 임펠러(12)의 유입 유량이 변할지라도 높은 확산 효율을 유지시킨다.

베인(16A)만이 회전하도록 구성된 경우, 디퓨져(14)의 일부를 구성하는 케이싱(11)의 벽(18)과 베인(16A) 사이에 갭이 형성되고, 그 후 이 갭은 가스 유동을 교란시켜 확산 효율을 경감시킨다. 따라서, 상기 원심 압축기에 있어서, 베인(16A)은 플랜지(18a) 사이에 고정되어, 플랜지(18a)와 함께 단일 부품으로 회전하도록 된다. 결과적으로, 벽(18)과 베인(16A) 사이의 갭이 제거되어, 확산 효율의 경감을 방지한다.

임펠러(12)의 반경방향에 대한 베인(16A)의 각도가 커질수록 임펠러(12)의 유입 공기 체적이 작아지고, 반대로 이 각도가 작아질수록 임펠러(12)의 유입 공기 체적은 커지지만, 임펠러(12)의 유입 공기 체적이 감소되고 베인(16A)의 각도가 90°에 근접하는 경우[서지(surge)의 발생으로 인해 비록 압축기가 실제로 작동불능으로 될 지라도], 베인(16A) 사이에 간섭이 발생할 수 있다. 따라서, 상기 원심 압축기에 있어서, 인접한 베인(16A) 사이의 간격에 대한 익현 길이의 비가 1.0 이하로 설정되며, 결과적으로 베인(16A)의 각도가 예를 들면 90°에 도달할 지라도 베인(16A) 사이에서는 어떠한 간섭도 발생하지 않는다.

인접한 베인(16B) 사이의 간격이 너무 많이 개방된다면, 이러한 간격으로 인해 가스 유동에 있어서 교란을 야기하기 때문에 적절하지 않다. 따라서, 상기 원심 압축기에 있어서 인접한 베인(16B) 사이의 간격에 대한 익현 길이의 비는 0.5 내지 2.0의 값으로 설정되며, 결과적으로 가스는 정류되어 확산 효율의 경감을 방지한다.

디퓨져(14)로 들어갈 때까지의 임펠러(12)로부터 배출된 가스 속도는 임펠러(12)로부터 배출된 직후에 불규칙하기 때문에, 베인의 효과는 최소인 반면, 베인이 없는 경우의 자유 소용돌이 갭(free vortex gaps)은 확산 효율 향상에 있어서 더욱 많은 효과를 갖는다. 따라서, 상기 원심 압축기에 있어서 임펠러(12)의 중심으로부터 베인 그룹(A)에 속하는 베인(16A)의 전연까지의 길이의 비가 1.05 내지 1.30의 값으로 설정되며, 결과적으로 베인이 없는 경우의 자유 소용돌이 갭이 디퓨져(14)의 내측에 제공되기 때문에, 확산 효율이 향상된다.

전술된 바와 같이, 상기 원심 압축기에 따르면 광범위한 작동 범위를 보장하면서 확산 효율은 고 레벨로 유지될 수 있다.

그러나 본 실시예에 있어서, 베인(16B)의 개수가 베인(16A)의 개수의 2배이고, 모든 다른 베인(16B)은 베인(16A)에 대응해 제공되지만, 만일 확산 효율의 향상이 기대된다면, 베인(16B)의 개수는 베인(16A)의 개수의 3배 또는 4배가 될 수 있다.

다음으로, 도 4 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 원심 압축기의 제 2 실시예를 상술한다. 본 설명에 있어서, 전술된 제 1 실시예에 이미 상술된 부재는 동일한 참조부호로 표시되며, 그에 대한 설명은 생략한다.

본 실시예에 있어서, 도 4에 도시된 바와 같이 베인(16B)은 디퓨져(14)의 일부를 구성하는 케이싱(11)의 벽(18)을 따라서 베인 그룹(B)과 동심으로 배치되는 링 플레이트(19) 사이에 개재될 수 있도록 고정된다. 링 플레이트(19)를 외주방향으로 회전시키는 회전 장치(30)에 의해 각각의 베인(16B)의 구성을 유지한 채, 베인 그룹(B)이 외주방향으로 회전할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 각각의 링 플레이트(19)에는 핀(19a)에 연결된 구동 샤프트를 갖는 구동 실린더(31)가 구비되어 있고, 상기 핀(19a)은 링 플레이트(19)의 외주방향을 따라서 케이싱(11)에 개방된 아크형 슬롯(arc-shaped slot)(11a)을 통해 링 플레이트(19)로부터 케이싱(11)의 외측으로 돌출한다. 링 플레이트(19)는 구동 실린더(31)를 팽창시킴으로서 회전하고, 각 베인(16B)의 구성을 유지한 채 외주방향으로 회전하게 된다. 또한, 베인(16B)의 회전 범위(각도)는 구동 실린더(31)의 팽창 폭에 의해 결정되며, 설계 관점에 근거하여 약 ±10°이다.

전술된 방법으로 구성된 원심 압축기에 있어서, 도 6에 도시된 바와 같이 임펠러(12)의 유입 유량이 적정 작동 상태[가스 유동이 적은 손실을 가지고 베인(16A)에서 베인(16B)으로 연속됨]에서 변하게 된다면, 베인(16A)의 각도는 변해야만 한다. 그러나 베인(16A)이 회전되는 경우, 전연의 위치 뿐만 아니라 전연의 위치가 변하게 되기 때문에, 전연과의 상관 관계는 후방으로 연속해 흐르는 가스 유동의 관점에서 더이상 유지될 수 없으며, 그에 따라 확산 효율을 경감시킨다.

따라서, 상기 원심 압축기에 있어서, 각 베인(16B)의 구성을 도 7에 도시된 바와 같이 유지한 채 베인 그룹(B)을 외주방향으로 회전시킴으로써, 베인(16B)의 전연 및 베인(16B)의 후연은 모든 환경하에서 상호 연관될 수 있으며, 그에 따라 비록 임펠러(12)의 유입 유량이 변할지라도 확산 효율의 경감을 방지한다.

전술한 바와 같이, 상기 원심 압축기에 따르면, 회전 장치(30)를 제공함에 따라 구조체가 복잡해지고 상기 회전 장치(30)를 작동시키기 위해 에너지가 필요하게 된다는 단점을 가지지만, 베인(16A)에서 베인(16B)으로 가스 유동이 손실이 적게 연속해 흐를 수 있기 때문에, 확산 효율은 서지에서 초크까지의 모든 작동 상태에서 고 레벨로 유지될 수 있다.

다음으로, 도 8을 참조하여 본 발명의 원심 압축기의 제 3 실시예를 상술한다. 앞서 상술된 2개 실시예와 마찬가지로, 전술된 부재는 동일한 참조부호로 표시되고, 그에 대한 설명은 생략한다.

본 발명에 있어서, 디퓨져(14)는 3개의 베인 그룹(C, D, E)을 동심원으로 배치시킴으로써 구성된다. 각 베인의 익현-피치 비가 전술된 실시예와 비교하여 상당히 작도록 각각의 베인 그룹(C, D, E)에 속하는 모든 베인(16C, 16D, 16E)이 배치되며, 외측에 위치된 베인 그룹에 속하는 베인이 많아 질수록 임펠러의 반경방향에 대한 각도는 작아진다. 또한, 모든 베인은 벽(18) 사이에 고정된다(도 8에 도시되지 않음).

전연의 배향이 특정 유입 유량에 대해 임펠러(12)로부터 배출된 가스 유동의 방향과 일치하도록 베인(16C)은 적절한 각도가 주어지며, 베인(16D)은 베인(16C)에 대해 적절한 위치 및 적절한 각도가 주어져 베인(16C) 뒤쪽에 발생되는 가스 유동이 손실이 적게 연속적으로 흐를 수 있으며, 베인(16E)은 베인(16D)에 대해 적절한 위치 및 적절한 각도가 주어져 베인(16D) 뒤쪽에 발생되는 가스 유동이 손실이 적게 연속적으로 흐를 수 있다.

또한, 베인 그룹(D)에 속하는 모든 다른 베인(16D) 및 베인 그룹(E)에 속하는 베인(16E)은 베인(16C)과 서로 연관되지 않게 제공되며, 베인(16D, 16E)의 개수 양자는 베인(16C)의 개수의 2배이다.

상기 원심 압축기에 있어서, 서지에서 초크까지의 광범위한 작동 범위가 가능하게 익현-피치 비가 작게 설정되는 것과 반대로, 고 확산 효율이 얻어질 수 없다. 그러나, 상기 원심 압축기에 있어서, 임펠러(12)로부터 배출되는 가스가 각 베인 그룹(C, D, E)을 통과할 때마다 동압에서 정압으로의 변환이 이루어지기 때문에, 가스가 베인 그룹(E)을 통과할 때 광범위한 작동 범위를 유지한 채 고 확산 효율이 얻어진다.

또한, 상기 원심 압축기에 있어서, 베인(16D, 16E)은 베인 그룹(C)에 속하는각 베인(16C)에 대응해 가스의 유동을 외측으로 연속해 내보내는 베인 그룹(D, E)에 제공되며, 그에 따라 동압에서 정압으로의 효과적인 변환을 촉진시킨다.

그러나, 비록 상기 각 실시예가 2개 또는 3개의 베인 그룹이 설치된 디퓨져를 상술하였지만, 모든 스테이지에 걸쳐서 동압에서 정압으로의 변환을 실행하도록 디퓨져는 4개 또는 그 이상의 베인 그룹이 제공되도록 구성될 수 있다. 그러한 경우에 있어서, 외측에 위치되는 베인 그룹에 속하는 베인이 많아질수록 상기 임펠러의 반경방향에 대한 각도가 작아지도록 베인 그룹이 배치되어야만 한다는 것은 당연하다.

본 발명은 임펠러의 유입 유량이 변할지라도, 확산 효율을 높은 수준으로 유지시키며, 따라서 원심 압축기가 서지에서 초크까지의 보다 광범위한 작동 범위에서 작동하도록 한다.

Claims

임펠러(12) 주변에 디퓨져(14)를 갖는 원심 압축기에 있어서,

상기 디퓨져(14)는 상기 임펠러(12)의 외주방향으로 배치된 다수의 베인(16A, 16B, 16C, 16D, 16E)으로 이루어진 다수의 베인 그룹(A, B, C, D, E)을 상기 임펠러(12)의 회전축(15)을 중심으로 동심원이 되도록 구비하며, 상기 다수의 베인 그룹(A, B, C, D, E)중 제 1 베인 그룹(B, D, E)이 상기 다수의 베인 그룹(A, B, C, D, E)중 다른 베인 그룹(A, C)과 비교할 때 회전축(15)으로부터 분리되어 위치되어 있으며, 상기 제 1 베인 그룹(B, D, E)의 베인(16B, 16D, 16E)의 상기 임펠러(12)의 반경방향에 대한 각도가 상기 다른 베인 그룹(A, C)의 베인(16A, 16C)의 반경방향에 대한 각도와 비교할 때 작은 것을 특징으로 하는

원심 압축기.
제 1 항에 있어서,

상기 임펠러(12)에 가장 가까운 위치의 베인 그룹(최내측 베인 그룹)(A, C)을 제외한 모든 베인 그룹(B, D, E)에 있어서, 상기 베인 그룹(B, D, E)에 속하는 베인(16B, 16D, 16E)의 개수가 상기 베인 그룹(B, D, E)에 대해 내측에 인접한 다른 베인 그룹(A, C)에 속하는 베인(16A, 16C) 개수의 정수배인 것을 특징으로 하는

원심 압축기.
제 1 항에 있어서,

적어도 상기 임펠러에 가장 가까운 위치의 베인 그룹(최내측 베인 그룹)(A, C)에 속하는 베인(16A, 16C)이, 상기 회전축(15)에 평행한 샤프트(17)에 의해 축방향으로 지지됨으로써 각각 회전할 수 있는 것을 특징으로 하는

원심 압축기.
제 2 항에 있어서,

상기 최내측 베인 그룹(A, C)에 속하는 베인(16A, 16C)이, 상기 회전축(15)에 평행한 샤프트(17)에 의해 축방향으로 지지됨으로써 각각 회전할 수 있는 것을 특징으로 하는

원심 압축기.
제 3 항에 있어서,

회전가능한 상기 베인(16A, 16C)은, 상기 회전축의 방향으로 분리된 상기 디퓨져(14)의 일부를 형성하는 벽(18)과 독립된 플랜지(18a)상에 이 베인이 개재된 상태로 설치되어, 상기 플랜지(18a)와 함께 회전하는 것을 특징으로 하는

원심 압축기.
제 4 항에 있어서,

회전가능한 상기 베인(16A, 16C)은, 상기 회전축의 방향으로 분리된 상기 디퓨져(14)의 일부를 형성하는 벽(18)과 독립된 플랜지(18a)상에 이 베인이 개재된 상태로 설치되어, 상기 플랜지(18a)와 함께 회전하는 것을 특징으로 하는

원심 압축기.
제 3 항에 있어서,

회전가능한 상기 베인(16A, 16C)의 외측에 대한 베인 그룹(B, D, E)이, 각각의 베인(16B, 16D, 16E)의 배치 상태를 유지하면서 상기 외주방향으로 회전할 수 있는 것을 특징으로 하는

원심 압축기.
제 4 항에 있어서,

회전가능한 상기 베인(16A, 16C)의 외측에 대한 베인 그룹(B, D, E)이, 각각의 베인(16B, 16D, 16E)의 배치 상태를 유지하면서 상기 외주방향으로 회전할 수 있는 것을 특징으로 하는

원심 압축기.
제 5 항에 있어서,

회전가능한 상기 베인(16A, 16C)의 외측에 대한 베인 그룹(B, D, E)이, 각각의 베인(16B, 16D, 16E)의 배치 상태를 유지하면서 상기 외주방향으로 회전할 수 있는 것을 특징으로 하는

원심 압축기.
제 6 항에 있어서,

회전가능한 상기 베인(16A, 16C)의 외측에 대한 베인 그룹(B, D, E)이, 각각의 베인(16B, 16D, 16E)의 배치 상태를 유지하면서 상기 외주방향으로 회전할 수 있는 것을 특징으로 하는

원심 압축기.
제 3 항 내지 제 10 항중 어느 한 항에 있어서,

회전가능한 상기 베인(16A, 16C)의 외주방향으로 인접한 베인(16B, 16D) 사이의 간격에 대한 익현 길이의 비가 1.0 이하인 것을 특징으로 하는

원심 압축기.
제 3 항 내지 제 10 항중 어느 한 항에 있어서,

회전가능한 상기 베인(16A, 16C)의 외측에 인접한 베인 그룹(B, D)에 속하는 베인(16B, 16D)의 외주방향으로 인접한 베인(16E) 사이의 간격에 대한 익현 길이의 비가 0.5 내지 2.0 인 것을 특징으로 하는

원심 압축기.
제 11 항에 있어서,

회전가능한 상기 베인(16A, 16C)의 외측에 인접한 베인 그룹(B, D)에 속하는 베인(16B, 16D)의 외주방향으로 인접한 베인(16E) 사이의 간격에 대한 익현 길이의 비가 0.5 내지 2.0 인 것을 특징으로 하는

원심 압축기.
제 1 항 내지 제 10 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 임펠러(12)의 외경에 대한, 상기 임펠러(12)의 중심으로부터 상기 임펠러(12)에 가장 가까운 위치에 있는 베인 그룹(A, C)에 속하는 베인(16A, 16C)의 전연까지의 길이의 비가 1.05 내지 1.30 인 것을 특징으로 하는

원심 압축기.
제 11 항에 있어서,

상기 임펠러(12)의 외경에 대한, 상기 임펠러(12)의 중심으로부터 상기 임펠러(12)에 가장 가까운 위치에 있는 베인 그룹(A, C)에 속하는 베인(16A, 16C)의 전연까지의 길이의 비가 1.05 내지 1.30 인 것을 특징으로 하는

원심 압축기.
제 12 항에 있어서,

상기 임펠러(12)의 외경에 대한, 상기 임펠러(12)의 중심으로부터 상기 임펠러(12)에 가장 가까운 위치에 있는 베인 그룹(A, C)에 속하는 베인(16A, 16C)의 전연까지의 길이의 비가 1.05 내지 1.30 인 것을 특징으로 하는

원심 압축기.
제 13 항에 있어서,

상기 임펠러(12)의 외경에 대한, 상기 임펠러(12)의 중심으로부터 상기 임펠러(12)에 가장 가까운 위치에 있는 베인 그룹(A, C)에 속하는 베인(16A, 16C)의 전연까지의 길이의 비가 1.05 내지 1.30 인 것을 특징으로 하는

원심 압축기.