KR100852875B1 - 댐퍼식 유량조절장치 - Google Patents

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KR100852875B1
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윤강로
장성철
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삼원기술 주식회사
윤강로
장성철
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Abstract

본 발명은 팬으로 강제 송풍되는 유량을 조절하는 유량조절장치에 관한 것으로서, 특히 정확한 개폐 각도를 조절할 수 있을 뿐 아니라 작동 신뢰성을 높일 수 있는 유량조절장치에 관한 것이다.
본 발명은 외관을 형성하는 플랜지(Flange); 플랜지에 회전 가능하게 설치되고, 플랜지 내부를 개폐시키는 복수개의 베인(Vane); 베인들을 회전시키는 구동수단; 그리고, 구동수단의 회전력을 베인들로 전달하는 기어 어셈블리(Gear assembly);를 포함하는 것을 특징으로 하는 유량조절장치를 제공한다.

Description

댐퍼식 유량조절장치 {DAMPER TYPE FLUID FLOW CONTROL APPARATUS}
도 1은 종래 기술에 따른 링크식 베인 댐퍼의 일예가 도시된 도면.
도 2는 도 1에 도시된 링크 어셈블리의 일예가 도시된 도면.
도 3 및 도 4는 도 1에 도시된 링크 어셈블리의 작동 상태가 도시된 도면.
도 5는 본 발명에 따른 유량조절장치의 일예가 도시된 도면.
도 6은 도 5에 도시된 기어 어셈블리의 일예가 도시된 도면.
도 7은 도 5에 도시된 베인과 회전축의 조립 일예가 도시된 도면.
도 8은 도 5에 도시된 기어 어셈블리의 조립 일예가 도시된 도면.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
10 : 플랜지 20 : 베인
30 : 기어 어셈블리 40 : 핸들
50 : 모터
본 발명은 팬으로 강제 송풍되는 유량을 조절하는 유량조절장치에 관한 것으로서, 특히 정확한 개폐 각도를 조절할 수 있을 뿐 아니라 작동 신뢰성을 높일 수 있는 유량조절장치에 관한 것이다.
일반적으로 강제통풍 팬(Forced draft fan : 이하 FD 팬)은 선박 보일러 연소장치의 강제 통풍을 위하여 사용되는 조선 기자재의 핵심 부품으로서, 선반 기자재에서 최근 에너지 절감의 필요성이 증대됨에 따라 FD 팬 역시 동력 소모가 적은 동시에 효율이 높은 제품이 개발되고 있다. 따라서, FD 팬은 동력 소모를 줄이기 위하여 외부 부하 조건의 변동에 따라 공기의 조절이 가능하도록 개발되는 것이 바람직하며, 이와 같은 FD 팬이 선박에 사용되면, 특히 선박 운항 중에 외부 부하 조건의 변화가 심하더라도 효과적으로 외부 부하 조건을 조절할 수 있기 때문에 보다 동력 절감 효과가 크게 나타난다. 최근, 대부분의 선박에는 링크식 베인 댐퍼를 사용하여 유량을 자동 또는 수동으로 조절할 수 있는 팬이 적용되고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 링크식 베인 댐퍼의 일예가 도시된 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 링크 어셈블리의 일예가 도시된 도면이다. 종래의 링크식 베인 댐퍼는 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 팬 측으로 공기를 안내하는 플랜지(1), 플랜지(1)에 개폐 가능하게 설치된 복수개의 베인(2), 베인(2)들에 동력을 전달하는 링크식 동력전달부(3), 링크식 동력전달부(3)에 동력을 수동 또는 자동으로 제공하는 핸들(4) 및 모터(5)로 이루어진다.
물론, 베인(3)들은 호 형상의 원판으로 원주방향으로 배열되고, 반경방향을 중심으로 설치된 회전축(미도시)이 플랜지(1)에 지지되도록 설치되며, 링크식 동력전달부(3)에 의해 회전되면서 플랜지(1)를 개폐시키도록 구성된다.
구체적으로, 링크식 동력전달부(3)는 각각의 회전축 끝단과 연통되도록 플랜지(1)의 외주면에 지지된 베이스(3a)들과, 각각의 베이스(3a)에 각각의 회전축 끝단과 중심이 연결되도록 설치된 회전 링크(3b)들과, 회전 링크(3b)들 사이에 회전력이 전달되도록 각각의 회전 링크(3b)의 양단에 각각 근접한 암(Arm)의 일단과 연결된 제1,2직선 링크(3c,3d)들로 이루어지며, 핸들(4) 또는 모터(5)는 회전 링크(3b)들 중 하나에 수동 또는 자동으로 회전력을 전달하도록 연결된다.
도 3 및 도 4는 도 1에 도시된 링크 어셈블리의 작동 상태가 도시된 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 핸들(4) 또는 모터(5)가 일방향으로 회전력을 제공하면, 회전 링크들(3b) 중 하나와 이와 연결된 베인(2) 하나가 회전되고, 이와 연동되는 제1,2직선 링크(3c,3d)들이 서로 반대방향으로 직선 이동하면서 나머지 회전 링크(3b)들 및 이와 연결된 나머지 베인(2)들을 회전시키며, 그에 따라 베인(2)들이 개방되면서 플랜지(1)가 개방된다. 반면, 도 4에 도시된 바와 같이, 핸들(4) 또는 모터(5)가 반대방향으로 회전력을 제공하면, 동일한 과정을 통하여 베인(2)들이 반대방향으로 회전되면서 플랜지(1)가 폐쇄된다.
그러나, 종래의 링크식 베인 댐퍼는 회전 링크, 직선 링크 등과 같은 복잡한 구조를 통하여 동력이 전달됨에 따라 조립 불균형을 초래할 수 있을 뿐 아니라 생산 비용이 높아지고, 링크들에 걸리는 전달 토크가 균일하게 분포하지 않아 특정 링크에 집중되거나, 링크들 사이에 비틀림 모멘트가 발생되어 링크들이 손쉽게 파손될 수 있는 문제점이 있다.
나아가, 종래의 링크식 베인 댐퍼가 선박에 사용되는 FD 팬 및 연소장치에 적용되면, 초기 기동시 채터링(Chattering)으로 인하여 동력 전달이 원활하지 못하 여 베인들의 개폐 각도를 정확하게 제어하기 어렵고, 그로 인하여 FD 팬에 의해 연소장치로 유입되는 유량을 정확하게 조절하지 못하여 연소장치에서 불완전 연소로 인한 매연 발생이 심각하게 발생되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 균일한 동력 전달을 통하여 개폐 각도를 정확하게 제어할 수 있는 유량조절장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 구조를 단순화시킬 수 있는 유량조절장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명은 외관을 형성하는 플랜지(Flange); 플랜지에 회전 가능하게 설치되고, 플랜지 내부를 개폐시키는 복수개의 베인(Vane); 베인들을 회전시키는 구동수단; 그리고, 구동수단의 회전력을 베인들로 전달하는 기어 어셈블리(Gear assembly);를 포함하는 것을 특징으로 하는 유량조절장치를 제공한다.
또한, 기어 어셈블리는 베인들이 각각 고정되고, 일단이 플랜지에 지지되는 동시에 다른 일단이 플랜지 중심에 모아지는 복수개의 회전축; 회전축들의 다른 일단에 형성되어 원주방향으로 배열된 복수개의 기어(Gear); 기어들과 축방향으로 맞물리는 피니언(Pinion);을 포함하는 것을 특징으로 하는 유량조절장치를 제공한다.
또한, 기어 어셈블리는 회전축들 중 하나가 플랜지 외부로 돌출된 부분이 구동수단과 연결된 것을 특징으로 하는 유량조절장치를 제공한다.
또한, 회전축들은 반경 방향으로 긴 조립용 홈이 구비되고, 베인들은 회전축들의 조립용 홈과 맞물리도록 반경 방향으로 긴 조립용 돌기가 구비된 것을 특징으로 하는 유량조절장치를 제공한다.
또한, 기어 어셈블리는 플랜지 중심에 기어들을 덮어주도록 고정된 캡(Cap); 그리고, 캡과 축방향으로 맞물려 피니언을 덮어주도록 고정되고, 회전축의 다른 일단을 회전 가능하게 설치하는 커버;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유량조절장치를 제공한다.
또한, 캡은 플랜지 내주면과 캡 외주면 사이에 원주방향으로 일정 간격을 두고 용접된 복수개의 지지대에 의해 고정된 것을 특징으로 하는 유량조절장치를 제공한다.
또한, 캡은 유량이 유입되는 방향에 설치되고, 흡입 유로 저항을 저감시키기 위하여 유량이 유입되는 방향으로 돌출된 유선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 유량조절장치를 제공한다.
또한, 캡 및 커버는 서로 맞닿는 부분에 회전축들이 끼워지도록 형성된 복수개의 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 유량조절장치를 제공한다.
또한, 기어 어셈블리는 조립 정도에 따라 기어들과 피니언 사이의 압력을 조절할 수 있는 면압 조절부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유량조절장치를 제공한다.
또한, 면압 조절부는 피니언과 축방향으로 맞닿도록 커버에 축방향으로 조립되고, 유량이 토출되는 방향으로 돌출된 유선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 유량조절장치를 제공한다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 유량조절장치의 일예가 도시된 도면으로서, 유체가 통과하는 플랜지(10), 플랜지(10) 내부를 개폐시키는 복수개의 베인(20)들과, 베인(20)들에 동력을 전달하는 기어 어셈블리(30), 기어 어셈블리(30)에 동력을 수동 또는 자동으로 제공하는 핸들(40) 및 모터(50)를 포함하도록 구성된다.
물론, 플랜지(10)는 축방향으로 유체가 통과하도록 외관을 형성하는 원형 테두리로 형성되며, 베인(20)들은 원주방향으로 배열되는 동시에 기어 어셈블리(30)에 의해 반경방향을 중심으로 회전되면서 플랜지(10) 내부를 개폐시키도록 한다.
이때, 핸들(40) 및 모터(50)는 주변 온도에 따른 유량을 결정하여 최적의 베인(20)들 개폐 각도를 유지할 수 있도록 제어 가능할 뿐 아니라 보수를 고려하여 메뉴얼 조작이 가능하도록 구성할 수 있으며, 추가로 외부로 베인(20)들의 개폐 각도를 표시할 수 있는 별도의 표시장치(미도시)가 추가될 수도 있다.
도 6은 도 5에 도시된 기어 어셈블리의 일예가 도시된 도면이고, 도 7은 도 5에 도시된 베인과 회전축의 조립 일예가 도시된 도면으로서, 기어 어셈블리(30)는 베인(20)들의 반경방향 중심에 연결된 복수개의 회전축(31), 회전축(31)들의 일단에 일체로 형성되어 원주방향으로 배열된 복수개의 기어(32), 기어들(32)과 맞물리는 피니언(33), 기어(32)들 및 피니언(33)을 감싸도록 설치된 캡(34) 및 커버(35), 피니언(33)의 축과 맞물려 피니언(33)을 회전 가능하도록 설치하는 베어링(36), 조립 정도에 따라 기어(32)들과 피니언(33) 사이의 압력을 조절하는 면압 조절부(37), 면압 조절부(37)를 커버(35)에 조립하는 제1,2무드 볼트(38,39)를 포함하도록 구성된다.
이때, 유체가 유동되는 방향으로 기준으로 캡(34), 회전축(31)들 및 기어들(32), 피니언(33), 커버(35), 베어링(36), 면압 조절부(37)가 겹쳐지도록 설치된다.
보다 상세하게, 회전축(31)들은 일단이 플랜지(10) 중심 측을 향하도록 설치되며, 다른 일단이 플랜지(10)에 회전 가능하도록 설치되되, 회전축(31)들 중 하나는 플랜지(10)를 관통하여 플랜지(10) 외주면에서 핸들(40) 또는 모터(50)와 연결되어 회전력을 제공 받도록 설치된다.
또한, 회전축(31)들은 각각의 베인(20)들과 연결되되, 베인(20)들의 반경방향 중심에 길게 형성된 조립용 돌기(20a)가 회전축들(31)에 역시 반경 방향으로 길게 형성된 조립용 홈(31a)에 끼워지도록 조립된다. 이때, 회전축(31)들의 내경 측 끝단에 기어(32)들이 일체로 형성되며, 회전축(31)들의 외경 측 끝단에 조립용 홈(31a)이 개방되도록 형성되기 때문에 베인(20)들은 회전축(31)들의 외경 측에서 조립된다. 물론, 회전축(31)들이 원주방향으로 배열되면, 기어(32)들이 원주방향으로 간격을 두고 배열되며, 베인(20)들 역시 원주방향의 일측단에 절곡되도록 형성된 중첩부(21)가 근접한 베인(20)들과 겹쳐지도록 설치된다.
다음, 피니언(33)은 전면에 기어(32)들과 맞물리도록 원주방향으로 기어치가 형성된 링 형상의 치면(33a), 배면 중심에 돌출된 회전축(33b)을 포함하되, 피니언(33)의 치면(33a)에 기어(32)들이 원주방향으로 배열되어 축방향으로 서로 맞물리게 된다.
일예로, 베인(20), 회전축(31) 및 기어(32)은 12개가 형성될 수 있으며, 그 중에 하나의 회전축(31)로 동력이 제공되어 기어(32)들 중 하나만 구동되더라도 피니언(33)이 기어(32)들과 맞물려서 회전됨에 따라 나머지 기어(32)들 및 회전축(31)들에 회전력을 전달하게 된다.
다음, 캡(34)은 기어(32)들을 덮어주도록 설치되되, 유체의 유입 방향에 위치되더라도 유로 저항을 최소화하기 위하여 중심이 돌출된 유선형의 선단부(34a), 캡(34)의 후단부에 회전축들이 끼워질 수 있도록 원주방향으로 간격을 두고 형성된 복수개의 홈(34b)을 포함한다. 이때, 캡(34)을 플랜지(10) 중심 측에 고정하기 위하여 복수개의 지지대(34c)가 플랜지(10)의 내주면과 캡(34) 사이에 용접 고정되고, 캡(34)의 후단부에 커버(34)가 결합하도록 설치된다.
다음, 커버(35)는 캡(34)과 맞물려 피니언(33)을 덮어주도록 설치되되, 역시 캡(34)의 홈(34b)들과 맞물려 회전축(31)들이 끼워질 수 있도록 선단부에 형성된 복수개의 홈(35a), 배면에 피니언(33)의 회전축(33b) 및 베어링(36)과 면압 조절부(37)의 일부가 장착되는 장착홀(35b)을 포함하되, 커버(35)의 선단부가 캡(34)의 후단부와 손쉽게 결합하도록 서로 단차지게 다양하게 구성할 수 있다.
다음, 베어링(36)은 볼 베어링이 적용되며, 피니언(33)의 회전축(33b)과 맞물려 피니언(33)을 회전 가능하도록 설치한다. 이때, 피니언(33)의 회전축(33b)이 베어링(36)의 내주면에 맞물리고, 베어링(36)의 외주면이 면압 조절부(37)의 내주면에 맞물리도록 설치된다.
다음, 면압 조절부(37)는 베어링(36)이 내측에 장착되는 동시에 커버(35)의 장착홀(35b)을 관통하여 피니언(33)의 배면을 지지하는 지지부(37a), 지지부(37a)로부터 반경방향으로 확장되어 제1,2무드 볼트(38,39)가 체결되는 체결구가 구비된 체결부(37b), 토출되는 유량의 유로 저항을 저감시키기 위하여 체결부(37b)로부터 후방으로 중심이 유선형으로 돌출된 후단부(37c)를 포함하되, 전체적으로 캡(34) 및 커버(35)보다는 작게 형성되는 것이 바람직하다.
이때, 면압 조절부(37)의 체결부(37b)가 제1무드 볼트(38)에 의해 커버(35)의 배면에 형성된 탭(Tap, 미도시)에 체결되어 면압 조절부(37)를 커버(35)에 고정시키며, 면압 조절부(37)의 체결부(37b)가 제2무드 볼트(39)에 의해 커버(35)의 배면을 밀어주도록 체결되어 면압 조절부(37)의 조립 정도를 조절할 수 있다.
도 8은 도 5에 도시된 기어 어셈블리의 조립 일예가 도시된 도면으로서, 캡(34)이 플랜지(10) 중심에 위치되도록 지지대(34c)들에 의해 용접 고정되고, 기어(32)들과 피니언(33)이 축방향으로 서로 맞물리도록 한 다음, 기어(32)들 및 피니언(33)이 사이에 위치되도록 캡(34)과 커버(35)가 서로 조립된다. 물론, 회전축들(31)은 캡(34)과 커버(35)의 각각의 홈(34b,35a)을 통하여 관통되도록 설치된다. 한편, 면압 조절부(37)의 지지부(37a) 내측에 베어링(36)이 안착되고, 면압 조절부(37)의 지지부(37a)가 커버(35)의 장착홀(35b)을 지나 피니언(33)의 배면을 축방향으로 눌러주는 동시에 베어링(36) 내측에 피니언(33)의 회전축(33b)이 삽입 설치된다. 이때, 면압 조절부(37)의 체결부(37b)는 제1,2무드 볼트(38,39)에 의해 커버(35)의 배면에 체결 정도를 조절하면서 조립되고, 면압 조절부(37)가 커버(35)에 깊게 체결될수록 면압 조절부(37)의 지지부(37a)가 피니언(33)의 배면을 눌러주면서 기어(32)들과 피니언(33)의 접촉 압력을 더욱 증가시킬 수 있도록 설치된다. 이와 같이 조립된 기어 어셈블리(30)에는 베인(20)들이 설치된 다음, 플랜지(10)에 고정되어 핸들(40) 및 모터(50)와 연결되도록 설치된다.
따라서, 핸들(40) 및 모터(50)가 작동되면, 하나의 회전축(31) 및 이와 연결된 기어(32)로 회전력이 전달되더라도 피니언(33)과 맞물려 피니언(33)가 회전되기 때문에 나머지 기어(32)들을 통하여 나머지 회전축(31)들로 균일하게 회전력이 전달되며, 회전축들(31)이 동시에 일방향으로 회전되면서 베인(20)들을 개방시키거나, 회전축(31)들이 동시에 반대방향으로 회전되면서 베인(20)들을 폐쇄시킬 수 있다. 물론, 핸들(40) 및 모터(50)에서 제공되는 회전력이 기어 어셈블리(30)를 통하여 회전축(31)들로 균일하게 전달되고, 회전축(31) 및 베인(20)의 회전 각도를 손쉽게 조절하여 플랜지(10)를 통과하는 유량을 손쉽게 조절할 수 있다.
이상에서, 본 발명은 본 발명의 실시예 및 첨부도면에 기초하여 기어식 베인 댐퍼를 예로 들어 상세하게 설명하였다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 유량조절장치는 하나의 회전축으로 전 달된 회전력을 기어들 및 피니언이 서로 맞물린 기어 어셈블리를 통하여 나머지 회전축으로 균일하게 전달할 수 있어 작동 신뢰성을 높일 수 있고, 기어들의 기어 잇수 등과 같은 기어들의 사이즈에 따라 회전축들 및 이와 연결된 베인들의 개폐 각도를 정확하게 제어할 수 있어 유량 조절 성능을 보다 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 유량조절장치는 기어 및 피니언이 캡과 커버 사이에 장착됨에 따라 제품을 단순화시키는 동시에 조립 시간 및 생산비용을 줄일 수 있고, 기어 및 피니언을 면압 조절부에 의해 면압력을 조절 가능하도록 설치할 수 있어 기어 조립시 발생될 수 있는 백래쉬(Backlush)를 방지하는 동시에 손쉽게 높이 조절이 가능한 이점이 있다.

Claims (10)

  1. 외관을 형성하는 플랜지(Flange);
    플랜지에 회전 가능하게 설치되고, 플랜지 내부를 개폐시키는 복수개의 베인(Vane);
    베인들을 회전시키는 구동수단; 그리고,
    구동수단의 회전력을 베인들로 전달하는 기어 어셈블리(Gear assembly);를 포함하고,
    기어 어셈블리는 베인들이 각각 고정되고, 일단이 플랜지에 지지되는 동시에 다른 일단이 플랜지 중심에 모아지는 복수개의 회전축; 회전축들의 다른 일단에 형성되어 원주방향으로 배열된 복수개의 기어(Gear); 기어들과 축방향으로 맞물리는 피니언(Pinion);을 포함하는 것을 특징으로 하는 댐퍼식 유량조절장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    기어 어셈블리는 회전축들 중 하나가 플랜지 외부로 돌출된 부분이 구동수단과 연결된 것을 특징으로 하는 댐퍼식 유량조절장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    회전축들은 반경 방향으로 긴 조립용 홈이 구비되고,
    베인들은 회전축들의 조립용 홈과 맞물리도록 반경 방향으로 긴 조립용 돌기가 구비된 것을 특징으로 하는 댐퍼식 유량조절장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    기어 어셈블리는 플랜지 중심에 기어들을 덮어주도록 고정된 캡(Cap); 그리고, 캡과 축방향으로 맞물려 피니언을 덮어주도록 고정되고, 회전축의 다른 일단을 회전 가능하게 설치하는 커버;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 댐퍼식 유량조절장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    캡은 플랜지 내주면과 캡 외주면 사이에 원주방향으로 일정 간격을 두고 용접된 복수개의 지지대에 의해 고정된 것을 특징으로 하는 댐퍼식 유량조절장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    캡은 유량이 유입되는 방향에 설치되고, 흡입 유로 저항을 저감시키기 위하여 유량이 유입되는 방향으로 돌출된 유선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 댐퍼식 유량조절장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    캡 및 커버는 서로 맞닿는 부분에 회전축들이 끼워지도록 형성된 복수개의 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 댐퍼식 유량조절장치.
  9. 제 5 항에 있어서,
    기어 어셈블리는 조립 정도에 따라 기어들과 피니언 사이의 압력을 조절할 수 있는 면압 조절부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 댐퍼식 유량조절장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    면압 조절부는 피니언과 축방향으로 맞닿도록 커버에 축방향으로 조립되고, 유량이 토출되는 방향으로 돌출된 유선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 댐퍼식 유량조절장치.
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