KR100745507B1

KR100745507B1 - Turbo compressor

Info

Publication number: KR100745507B1
Application number: KR1020010050317A
Authority: KR
Inventors: 전지은
Original assignee: 삼성테크윈 주식회사
Priority date: 2001-08-21
Filing date: 2001-08-21
Publication date: 2007-08-02
Also published as: KR20030017689A

Abstract

본 발명에 따르면, 회전 가능하게 설치되며 다수의 블레이드가 반경 방향으로 연장 형성된 임펠러와; 상기 블레이드의 단부 부분에 한정되어 형성된 쉬라우드와; 상기 임펠러가 회전하는 공간을 한정하는 하우징;을 구비하는 터보식 압축기가 제공된다.According to the present invention, an impeller rotatably installed and formed with a plurality of blades extending radially; A shroud formed limited to an end portion of the blade; Provided is a turbo compressor including a housing defining a space in which the impeller rotates.

Description

Turbo compressor

도 1은 통상적인 터보식 압축기에 대한 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a conventional turbo compressor.

도 2는 도 1 의 일부분에 대한 확대 단면도이다.2 is an enlarged cross-sectional view of a portion of FIG. 1.

도 3은 쉬라우드와 임펠러가 일체로 형성된 터보식 압축기에 대한 개략적인 단면도이다.3 is a schematic cross-sectional view of a turbo compressor in which a shroud and an impeller are integrally formed.

도 4 는 본 발명에 따른 터보식 압축기의 임펠러에 대한 개략적인 단면도이다.4 is a schematic cross-sectional view of an impeller of a turbo compressor according to the present invention.

도 5 는 도 4 의 일부분에 대한 확대도이다.5 is an enlarged view of a portion of FIG. 4.

도 6 은 본 발명에 따른 터보식 압축기의 임펠러에 대한 부분적인 사시도이다.6 is a partial perspective view of an impeller of a turbo compressor according to the present invention.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Description of the reference numerals for the main parts of the drawings>

11. 임펠러 12. 쉬라우드11.Impeller 12. Shroud

13. 회전축 14. 디퓨저 구간13. Rotating shaft 14. Diffuser section

41. 임펠러 42. 블레이드41.Impeller 42.Blade

43. 회전축 45. 쉬라우드 43. Axis of rotation 45. Shroud

본 발명은 터보식 압축기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 임펠러의 단부를 따라서 쉬라우드가 부분적으로 형성되어 있음으로써 고효율의 압축비를 가지는 터보식 압축기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a turbo compressor, and more particularly, to a turbo compressor having a high compression ratio due to the partial shroud formed along the end of the impeller.

일반적으로 외부 공기를 압축시키기 위해서는 피스톤식의 압축기, 로터식 압축기, 터보식 압축기 등이 있는데, 터보식 압축기의 경우 고속으로 회전되는 회전축을 중심으로 형성된 임펠러에 의해 외부 공기가 압축된다. 터보식 압축기에서는 임펠러에 의해서 압축된 공기가 디퓨저를 통해서 스크롤 하우징으로 유입된다. 임펠러는 하우징내에서 쉬라우드(shroud)에 의해 한정된 공간에서 회전한다. Generally, in order to compress the outside air, there are a piston compressor, a rotor compressor, a turbo compressor, and the like. In the case of the turbo compressor, the outside air is compressed by an impeller formed around a rotating shaft rotating at a high speed. In a turbo compressor, air compressed by an impeller flows into a scroll housing through a diffuser. The impeller rotates in a space defined by a shroud in the housing.

도 1은 종래의 터보식 압축기의 일부에 대한 개략적인 단면도를 개략적으로 도시한 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a portion of a conventional turbo compressor.

도면을 참조하면, 임펠러(11)는 회전축(13)의 회전에 따라서 함께 회전 가능하도록 설치된다. 회전축(13)은 도시되지 아니한 동력원으로부터의 회전 구동력을 받아서 회전하게 된다. 임펠러(11)는 쉬라우드(12)에 의해서 한정되는 공간 내에서 회전하게 되며 압축된 공기는 디퓨저 구간(14)을 통해 스크롤 하우징(미도시)내로 유입된다. Referring to the drawings, the impeller 11 is installed to be rotatable together in accordance with the rotation of the rotary shaft (13). The rotary shaft 13 is rotated by a rotational driving force from a power source (not shown). The impeller 11 rotates in the space defined by the shroud 12 and the compressed air is introduced into the scroll housing (not shown) through the diffuser section 14.

위의 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 임펠러(11)와 쉬라우드(12)가 상호 대응하는 부분에서 쉬라우드(12)의 표면은 소정의 만곡 형상을 가지고 있다. 쉬라우드(12)의 만곡 형상은 임펠러(11)의 블레이드 형상의 만곡부에 대응되도록 형성되는데, 블레이드와 쉬라우드 표면 사이에 형성되는 간극이 가급적 작은 것이 바 람직스럽다. 특히, 디퓨저 구간(14)에 근접한 블레이드의 단부에서 블레이드와 쉬라우드(12)의 표면 사이의 간극이 작을수록 압축 효율을 높이는데 유리하다.As can be seen from the above figure, the surface of the shroud 12 has a predetermined curved shape at the portion where the impeller 11 and the shroud 12 correspond to each other. The curved shape of the shroud 12 is formed to correspond to the curved portion of the blade shape of the impeller 11, it is preferable that the gap formed between the blade and the shroud surface as small as possible. In particular, the smaller the gap between the blade and the surface of the shroud 12 at the end of the blade proximate to the diffuser section 14, the better the compression efficiency.

도 2 에 도시된 것은 도 1 에서 A 로 표시된 부분을 확대하여 나타낸 확대 단면도이다.2 is an enlarged cross-sectional view showing an enlarged portion indicated by A in FIG.

도면을 참조하면, 블레이드(21)와 쉬라우드(12)의 표면 사이에는 TC 로 표시된 간극이 형성된다. 상기 TC 는 단부 간극(tip clearance)를 의미한다. 한편, B2로 표시된 것은 임펠러의 출구 폭을 나타낸다. 임펠러(11)가 고속으로 회전하면서 효율이 높은 압축기로서 작동하려면 상기 단부 간극(TC)가 작은 것이 유리하다. 즉, 단부 간극(TC)가 임펠러 출구 폭(B2)의 3 % 이상일때, Δη= 0.35(TC/B2)-0.01 의 관계식이 성립하며, 여기에서 Δη는 효율 저하량을 나타낸다. 따라서 단부 간극을 줄이는 것이 바람직스러우나, 임펠러(11)를 회전 가능하게 지지하는 회전축(13)은 추력등에 의해서 전후 방향 및, 상하 방향으로도 움직일 수 있으므로 일정한 단부 간극이 필수적으로 확보되어야 한다. 따라서 크기가 작은 압축기일수록 단부 간극(TC)의 크기가 상대적으로 더 커져서 이로 인한 효율 저하가 더 커지게 된다. 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 종래 기술에서는 쉬라우드를 임펠러에 고정하여 함께 회전하도록 하는 방안을 제시하였다. Referring to the figure, a gap, denoted TC, is formed between the blade 21 and the surface of the shroud 12. TC means tip clearance. On the other hand, denoted by B2 represents the outlet width of the impeller. It is advantageous for the end clearance TC to be small in order for the impeller 11 to rotate at high speed and operate as a highly efficient compressor. That is, when the end clearance TC is 3% or more of the impeller outlet width B2, the relation of Δη = 0.35 (TC / B2) -0.01 holds, where Δη represents the amount of efficiency decrease. Therefore, it is preferable to reduce the end gap, but the rotary shaft 13 rotatably supporting the impeller 11 can also move in the front-back direction and the vertical direction by thrust, etc., so that a constant end gap must be ensured. Therefore, the smaller the size of the compressor, the larger the size of the end clearance (TC), the greater the resulting decrease in efficiency. In order to solve the above problems, the prior art has proposed a method to rotate the shroud together to the impeller.

도 3 에 도시된 것은 종래 기술에 따른 다른 터보식 압축기의 개략적인 단면도이다.3 is a schematic cross-sectional view of another turbo compressor according to the prior art.

도면을 참조하면, 도 3 의 터보 압축기는 도 1 에 도시된 것과 전체적으로 유사하다. 즉, 임펠러(31)는 회전축(33)에 설치되어 회전축(33)에 의해 회전된다. 도면 번호 34 는 디퓨저 구간을 도시한다. 도 3 에 도시된 예에서는 쉬라우드(35)가 임펠러(31)에 고정된다. 즉, 임펠러(31)의 블레이드(36) 형상에 맞게끔 소정의 형상을 가지는 쉬라우드(35)가 임펠러(31)의 블레이드상에 고정되는 것이다. 따라서 임펠러(31)가 회전하게 되면 쉬라우드(35)도 같이 회전하게 된다. 이때 단부 간극(TC)은 제로가 된다.Referring to the drawings, the turbo compressor of FIG. 3 is generally similar to that shown in FIG. That is, the impeller 31 is installed on the rotating shaft 33 and rotated by the rotating shaft 33. 34 shows a diffuser section. In the example shown in FIG. 3, the shroud 35 is fixed to the impeller 31. That is, the shroud 35 having a predetermined shape is fixed on the blade of the impeller 31 so as to match the shape of the blade 36 of the impeller 31. Therefore, when the impeller 31 rotates, the shroud 35 also rotates together. At this time, the end gap TC becomes zero.

그러나 위와 같은 임펠러를 기계 가공에 의해서 제작할 경우에는 3 차원적인 임펠러 블레이드 형상 때문에 공구의 적용이 어렵다는 문제점이 있고, 캐스팅으로 제작할 경우에는 마찬가지로 주물을 뽑아내기가 어렵다는 문제점이 있다. 따라서 이러한 기술을 적용하는 것은 단순한 형상의 임펠러에만 적용 가능하지만 그에 따른 비용 증가라는 문제점이 있다.However, when the impeller as described above is manufactured by machining, it is difficult to apply a tool due to the three-dimensional impeller blade shape, and when it is produced by casting, there is a problem that it is difficult to extract the casting as well. Therefore, the application of this technique can be applied only to the impeller of a simple shape, but there is a problem that increases the cost.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하도록 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 고효율 압축이 가능한 임펠러를 가지는 터보식 압축기를 제공하는 것이다.The present invention was created to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a turbo compressor having an impeller capable of high efficiency compression.

본 발명의 다른 목적은 임펠러의 출구 부분에 근접한 블레이드 단부에만 부분적인 쉬라우드를 가지는 터보식 압축기를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a turbo compressor having partial shrouds only at the blade ends proximate the outlet portion of the impeller.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 회전 가능하게 설치되며 다수의 블레이드가 반경 방향으로 연장 형성된 임펠러와; 상기 블레이드의 단부 부분에 한정되어 형성된 쉬라우드와; 상기 임펠러가 회전하는 공간을 한정하는 하우징;을 구비하는 터보식 압축기가 제공된다. In order to achieve the above object, according to the present invention, an impeller rotatably installed and formed with a plurality of blades extending radially; A shroud formed limited to an end portion of the blade; Provided is a turbo compressor including a housing defining a space in which the impeller rotates.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 쉬라우드는 상기 이웃한 블레이드들에 걸쳐서 고리형으로 연장된다.According to another feature of the invention, the shroud extends annularly over the neighboring blades.

이하 본 발명을 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 보다 상세히 설명하기로 한다Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to an embodiment shown in the accompanying drawings.

도 4 에는 본 발명에 따른 터보식 압축기에 사용되는 임펠러에 대한 개략적인 단면도가 도시되어 있다.Figure 4 shows a schematic cross section of an impeller used in a turbo compressor according to the invention.

도면을 참조하면, 임펠러의 전체적인 형상은 위에서 설명된 종래 기술의 임펠러와 전체적으로 유사하다. 즉, 다수의 블레이드를 가진 임펠러(41)가 회전축(43)에 설치되어, 회전축(43)의 회전에 의해 임펠러(41)가 회전될 수 있다. 도면에 도시되지 않았으나, 하우징은 임펠러(41)가 회전하는 내부 공간을 한정하며, 임펠러(41)에 의해 압축된 공기는 디퓨저 구간(미도시)을 거쳐서 스크롤 하우징으로 유입된다.Referring to the drawings, the overall shape of the impeller is generally similar to the impeller of the prior art described above. That is, the impeller 41 having a plurality of blades is installed on the rotary shaft 43, the impeller 41 can be rotated by the rotation of the rotary shaft 43. Although not shown in the drawings, the housing defines an inner space in which the impeller 41 rotates, and the air compressed by the impeller 41 is introduced into the scroll housing through a diffuser section (not shown).

본 발명의 특징에 따르면, 임펠러(41)의 블레이드(42) 단부에는 쉬라우드(45)가 형성되어 있다. 쉬라우드(45)는 블레이드(42)의 길이 방향 전체에 대하여 형성되는 것이 아니고, 블레이드(42)의 반경 방향 단부에서 소정의 구간에 걸쳐 형성된다. 한편, 블레이드(42)의 다른 부분에는 쉬라우드가 형성되지 아니한다. 압축된 공기는 쉬라우드(45)에 의해서 옆으로 새나가지 않으므로, 쉬라우드(45)는 압축 효율에 부정적인 영향을 미치지 않으며, 마찰이 거의 발생하지 않지만 만일 마찰이 발생할지라도 압축 상태에는 영향이 없다.According to a feature of the invention, the shroud 45 is formed at the end of the blade 42 of the impeller 41. The shroud 45 is not formed over the entire length of the blade 42, but is formed over a predetermined section at the radial end of the blade 42. On the other hand, no shroud is formed in the other part of the blade 42. Since the compressed air is not leaked laterally by the shroud 45, the shroud 45 has no negative effect on the compression efficiency, and the friction hardly occurs, but even if the friction occurs, the compressed state is not affected.

도 5 는 도 4 에서 B 로 표시된 부분에 대한 확대 단면도이다. 도 5 로부터, 쉬라우드(45)가 블레이드(42)의 단부에서 부분적으로 형성된 것을 알 수 있다. 이처럼 쉬라우드(45)가 임펠러(41)의 블레이드(42) 단부에만 부분적으로 형성되면 압축비에 결정적으로 영향을 미치는 부분, 즉, 위에서 설명한 단부 간극(TC)에 의한 압축 효율의 저하를 방지할 수 있다. 또한 쉬라우드(45)를 단부 간극(TC)에 대응하는 부분에만 형성하게 되므로, 상대적으로 가공이 용이하고 가공에 소요되는 비용이 저감된다.FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the portion indicated by B in FIG. 4. It can be seen from FIG. 5 that the shroud 45 is partially formed at the end of the blade 42. As such, when the shroud 45 is partially formed only at the end of the blade 42 of the impeller 41, it is possible to prevent a decrease in the compression efficiency due to the portion that critically affects the compression ratio, that is, the end gap TC described above. have. In addition, since the shroud 45 is formed only at a portion corresponding to the end gap TC, the processing is relatively easy and the cost for processing is reduced.

도 6 에 도시된 것은 본 발명에 따른 임펠러에 대한 개략적인 부분 사시도이다.Shown in FIG. 6 is a schematic partial perspective view of an impeller according to the invention.

도면을 참조하면, 쉬라우드(45)는 전체적으로 고리형으로 형성되며, 이웃하는 블레이드(42)의 단부 부분에 걸쳐서 원주 방향으로 연장된다. 쉬라우드(45)의 폭은 위에서 설명된 바와 같이 블레이드(42)의 단부에 부분적으로 한정되므로 압축 효율에 결정적인 영향을 미치는 단부 간극(TC)의 크기를 제로화시키게 되고, 그에 따라서 압축 효율의 저하가 방지된다.Referring to the drawings, the shroud 45 is generally annular and extends in the circumferential direction over the end portion of the neighboring blade 42. Since the width of the shroud 45 is partially defined at the end of the blade 42 as described above, the size of the end gap TC, which has a decisive effect on the compression efficiency, is zeroed, so that the decrease in the compression efficiency is reduced. Is prevented.

본 발명에 따른 터보식 압축기는 임펠러의 블레이드상에 부분적인 쉬라우드를 형성함으로써 압축 효율을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다. 또한 쉬라우드의 제작이 용이하고, 제작 비용이 저감된다는 장점이 있다.The turbo compressor according to the present invention has an advantage that the compression efficiency can be improved by forming a partial shroud on the blade of the impeller. In addition, there is an advantage that the production of the shroud is easy, and the production cost is reduced.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명 되었으나 이는 예시적인 것이며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해 할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the accompanying drawings, this is exemplary and will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent embodiments are possible. . Therefore, the true scope of protection of the present invention should be defined only by the appended claims.

Claims

An impeller rotatably installed and formed with a plurality of blades extending radially;

A shroud formed limited to an end portion of the blade;

And a housing defining a space in which the impeller rotates.

The method of claim 1,

And said shroud extends annularly over said neighboring blades.