KR100917250B1 - 축추력 자동조절을 위한 벨로우즈장치를 구비한 터보기계 - Google Patents

축추력 자동조절을 위한 벨로우즈장치를 구비한 터보기계 Download PDF

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Abstract

유체압력의 유로가 형성된 볼류트 케이싱과; 상기 볼류트 케이싱 내측에 회전 가능하게 결합되는 회전축과; 상기 회전축의 일측단부에 결합되며, 회전에 의한 원심력으로 유체를 흡입하는 임펠러와; 상기 임펠러의 전면과 후면에 각각 설치되어 유체의 유출을 방지하는 간극씰과; 환상의 판형부재로 유체의 진행방향 상 상기 임펠러의 후방에 위치되도록 볼류트 케이싱에 결합되며, 유체의 흐름에 대향하는 일측면에 복수의 리브가 돌출되어 임펠러에 의한 유체의 회전을 방해하는 축추력 제어부재; 및 환상의 판형부재로 상기 축추력 제어부재의 외주연을 둘러싼 형태로 결합된 벨로우즈와 상기 벨로우즈의 일측면에 결합되고 내부공간을 갖으며 상기 내부공간에는 탄성력을 가진 탄성부재가 구비된 피스톤으로 구성된 벨로우즈 장치부;를 포함하며, 상기 벨로우즈 장치부는, 상기 유입되는 유체의 압력에 의해 상기 피스톤이 압축되어 상기 벨로우즈가 상기 유체의 진행방향으로 일정 거리만큼 자동적으로 이동되는 것을 특징으로 하는 터보기계를 제공한다.
터보기계, 피스톤, 벨로우즈, 베어링, 회전축

Description

축추력 자동조절을 위한 벨로우즈장치를 구비한 터보기계{Turbo-machine Equiped Bellows System For Automatic Axial Thrust Control System}
본 발명은 원심형 터보기계에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 원심펌프나 압축기에 구비된 임펠러의 앞뒤의 정압차에 의하여 발생하는 축추력을 적절하게 제어하는 축추력 제어부재의 높이가 자동적으로 조절되도록 하여, 비정상적인 운전환경에 따른 축추력의 변화에도 자동적으로 축추력이 제어되는 원심형 터보기계에 관한 것이다.
일반적으로 원심형 터보기계는 임펠러의 회전에 의한 반작용에 의하여 유체에 운동에너지(동압)를 부가하고 이를 압력에너지(정압)로 변환시키는 기계를 말한다. 이러한 원심형 터보기계로는 원심 펌프, 원심 압축기 등을 예로 들 수 있다.
도 1에는 종래의 원심형 터보기계의 구조가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 유체에 부여된 운동에너지를 압력에너지로 변환시키는데 사용되는 종래의 원심형 터보기계(10)는 회전축(12)과, 임펠러(13)와, 볼류트 케이싱(11)및 간극씰(seal;14,15)을 포함하며, 상기 회전축(12)은 베어링(16)에 지지되어 볼류트 케이싱(11)에 회전 가능하게 설치된다.
상기 임펠러(13)는 회전축(12)에 고정되도록 결합되어 회전축(12)과 함께 회전하며, 임펠러(13)의 회전에 의하여 발생하는 원심력을 이용하여 유체를 흡입한다.
상기 볼류트 케이싱(11)은 임펠러(13)에 의하여 흡입된 유체가 유입되는 곳으로서, 흡입된 유체의 동압이 정압으로 바뀌는 곳으로 볼류트 케이싱(11)에서 흡입된 유체의 운동에너지는 압력에너지로 전환된다.
상기 간극씰(14,15)은 흡입된 유체의 누설되는 양을 줄여 원심형 터보기계(10)의 효율을 높이기 위한 것으로, 임펠러(13)의 전방과 후방에 각각 설치된다.
이와 같은 구조의 원심형 터보기계(10)의 작동원리를 설명하면 다음과 같다.
볼류트 케이싱(11) 내로 유체를 흡입하기 위하여 임펠러(13)를 밀폐된 볼류트 케이싱(11) 내에서 회전시키면, 상기 임펠러(13)에는 원심력이 발생하고, 이 원심력을 이용하여 유체를 흡입하게 되며, 상기 흡입된 유체는 볼류트 케이싱(11) 내로 보내지고, 볼류트 케이싱(11) 내에서 유체의 동압이 정압으로 바뀌게 되어 압력에너지를 얻게 된다.
그러나, 상기 임펠러(13)에 의하여 흡입된 유체 중 일부는 볼류트 케이싱(11)으로 유입되지 못하고 임펠러(13)의 일측과 간극씰(14,15)의 일측면이 접하여 발생하는 틈을 통해 흐르는데, 간극씰(14,15)의 상기 틈을 통해 흐르는 유체는 서로 압력이 달라 축추력이 작용하게 된다.
즉, 도 1에 도시된 바와 같이 임펠러(13)의 전방과 후방의 모양, 임펠러(13)의 전면과 이에 인접한 볼류트 케이싱(11) 벽면 사이의 공간 및 임펠러(13) 후방과 이에 인접한 볼류트 케이싱(11) 벽면 사이에 형성되는 공간의 면적이 상이하기 때문에 형성되는 압력이 다르고, 또한 각 간극씰(14,15)의 출구에서의 압력이 다르므로 임펠러(13) 후방에서 전방으로 축추력이 발생하는 것이다.
이러한 축추력은 원심형 터보기계(10)의 회전축(12)에 가해지고 그 힘은 임펠러(13)와 결합된 베어링(16)에 의해 지지된다.
적절한 크기의 축추력은 베어링(16)이 안정적으로 회전하는 데 도움이 되나, 축추력이 과도할 경우 베어링(16)의 기대 수명이 줄어들게 되고, 심한 경우 베어링(16)이 훼손되는 문제점의 원인이 된다.
따라서, 터보기계(10)의 파손을 막고 베어링(16)의 기대 수명을 늘리기 위해서는 이 축추력을 성공적으로 제어해야 하며, 그러기 위해서는 임펠러(13) 전방과 후방에 작용하는 정압의 차를 줄여야 한다.
이러한 임펠러(13) 전방과 후방에 작용하는 정압차를 줄이기 위하여 종래에는 임펠러(13) 전후에 설치되는 간극씰(14,15)의 반경을 변경하여 임펠러(13)와 볼류트 케이싱(11) 사이의 공간에 변화를 주었다.
즉, 일반적으로 축추력이 큰 임펠러(13) 후방의 간극씰(15)의 반경을 크게 하여 임펠러(13) 후방에서 발생하는 축추력의 크기를 작게 낮추는 방법이 사용되어 왔다. 그러나 이러한 간극씰(15) 반경 크기의 변경에 의한 축추력 저감은 그 제작에 많은 시간과 비용이 들어 비경제적인 문제점이 발생된다.
따라서 최근에는, 상기와 같은 비경제적인 문제점을 해결하고자 축추력의 적절히 제어가 가능한 축추력 제어부재를 터보기계에 장착하는 방법이 개발되고 있 다.
도 2는 축추력 제어부재를 구비한 터보기계를 나타낸 단면도이다.
도 2를 참조하면, 설치된 축추력 제어부재(30)는 종래의 간극씰의 반경을 변경하는 방법과 비교하여 보다 경제적으로 축추력을 제어할 수 있는 장점이 있으나, 제작된 터보기계(20)가 설계 예상값과 달리 운전될 경우 작동에 문제를 일으킬 수 있으며 외부의 비정상 작동 환경에 취약한 약점이 있다.
예를 들어 설명하면, 터보기계(20)에 흡입되는 유량이 설계유량보다 적으면 토출압력이 상승하고 임펠러(23) 주변 압력이 함께 상승하게 되어, 터보기계(20)에 작용하는 전체 축추력 역시 상승하게 된다.
또한, 터보기계(20)의 작동을 위한 유체공급계의 설계가 적절하지 않거나, 운전 중 이물질의 유입 등의 이유로 유체공급계의 압력 손실이 증가하는 경우에도 터보기계(20)에 흡입되는 유량은 설계유량보다 적어지게 된다.
또한, 임펠러(23)나 볼류트 케이싱(21)이 설계유량에 맞추어 제작되지 않은 경우에도 토출압력이 증가할 가능성이 있으며, 이 역시 축추력을 증가시키는 요인으로 작용한다.
또한, 상기 축추력 제어부재(30)는 운전 중 자동으로 축추력이 조절되지 않기 때문에, 운전 중 발생할 것으로 예상되는 축추력의 정도를 고려하여 이 축추력을 감소시킬 수 있는 크기의 축추력 제어부재(30)의 리브(31)의 높이를 정하며, 임펠러(23)의 후면으로 유입되는 유체의 압력은 상기 리브(31)의 저항력에 의해 하강하게 되어 축추력이 제어된다.
하지만, 축추력을 효과적으로 사용하기 위해서는 제작된 터보기계(20)에 대한 설계유량 및 발생되는 축추력의 검증이 완전히 확인된 상태하에서 운전되어야만 예상되는 축추력의 발생을 적절히 제어할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 여러가지 사유에 의하여 상기 예상되는 축추력의 범위를 벗어난 정도로 상승된 축추력의 증가는 상기 축추력 제어부재(30)으로는 제어되지 않으므로, 종래의 축추력 제어부재가 장착되지 않은 터보기계(10)와 마찬가지로 베어링(26)이 훼손되어 기대 수명이 줄어드는 문제점이 발생한다.
이로써, 종래의 터보기계에서는 간극씰(24,25)의 압력이 예상보다 높아질 경우 축추력 제어부재(30)의 역할이 충분하지 않을 수 있기 때문에, 이를 보완하기 위해서는 운전 전에 정밀한 축추력 측정이 필수적이며, 예상하지 못한 측정 결과가 도출될 경우 축추력 제어부재(30)를 수정 설계, 제작 및 재설치하여야 한다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 임펠러 후방으로 유입되는 유체압력의 크기에 따라 축추력 제어부재에 형성된 리브의 노출된 높이가 자동적으로 조절되므로, 터보기계에 설계 의도보다 과도한 축추력이 작용했을 때, 이를 운전 중 자동으로 제어하도록 하는데 그 목적이 있다.
유체압력의 유로가 형성된 볼류트 케이싱과; 상기 볼류트 케이싱 내측에 회전 가능하게 결합되는 회전축과; 상기 회전축의 일측단부에 결합되며, 회전에 의한 원심력으로 유체를 흡입하는 임펠러와; 상기 임펠러의 전면과 후면에 각각 설치되어 유체의 유출을 방지하는 간극씰과; 환상의 판형부재로 유체의 진행방향 상 상기 임펠러의 후방에 위치되도록 상기 볼류트 케이싱에 결합되며, 유체의 흐름에 대향하는 일측면에 복수의 리브가 돌출되어 상기 임펠러에 의한 유체의 회전을 방해하는 축추력 제어부재; 및 환상의 판형부재로 상기 축추력 제어부재의 외주연을 둘러싼 형태로 결합된 벨로우즈와 상기 벨로우즈의 일측면에 결합되고 내부공간을 갖으며 상기 내부공간에는 탄성력을 가진 탄성부재가 구비된 피스톤으로 구성된 벨로우즈 장치부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 벨로우즈 장치부는, 상기 유입되는 유체의 압력에 의해 상기 피스톤이 압축되어 벨로우즈가 상기 유체의 진행방향으로 일정 거리만큼 자동적으로 이동되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 축추력 제어부재는 벨로우즈가 상기 유체의 진행방향으로 이동한 상기 일정 거리만큼 축추력 제어부재에 형성된 리브가 더 노출되어, 상기 리브에 의해 상기 임펠러에 의한 유체의 회전을 방해하는 저항력이 증가되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
게다가, 상기 벨로우즈 장치부의 피스톤은, 피스톤의 내부공간이 임펠러 후방에 유입되는 유체로부터 밀폐되도록 하는 밀폐장치를 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
더욱이, 상기 벨로우즈 장치부는 피스톤의 내부공간에 구비된 탄성부재의 탄성력과 상기 내부공간의 압력의 합은, 임펠러 후방에 유입되는 유체압력과 같아지도록 조절되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 벨로우즈 장치부는 임펠러 후방에 유입되는 유체압력이 증가하게 되면, 자동적으로 피스톤이 압축되어 상기 축추력 제어부재에 형성된 리브의 저항력이 증가하게 되며, 상기 탄성부재의 탄성력과 상기 내부공간의 압력의 합이 임펠러 후방에 유입되는 유체의 압력과 같아지도록, 상기 증가된 유체압력이 하강하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 터보기계에 따르면,
벨로우즈 장치부를 이용하여 유입되는 유체의 압력을 조절하여 베어링에 작용하는 축추력을 최적화할 수 있으므로, 보다 안정적으로 터보기계를 운전 할 수 있는 장점이 있다.
또한, 축추력이 자동적으로 제어되므로 베어링 등의 파손을 방지할 수 있어서, 터보기계의 내구성을 증대시킬 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 벨로우즈 장치가 구비된 터보기계의 구조에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 벨로우즈 장치가 구비된 터보기계를 나타낸 단면도, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 벨로우즈 장치의 작동 전 상태를 나타낸 도 3의 A의 확대 단면도이다.
도 3과 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 벨로우즈 장치부(200)가 구비된 터보기계(100)는 볼류트 케이싱(110), 회전축(120), 임펠러(130), 간극 씰(140,150), 축추력 제어부재(210) 및 벨로우즈 장치부(200)를 포함한다.
상기 볼류트 케이싱(110), 회전축(120), 임펠러(130) 및 간극씰(140,150)에 대한 설명은 도 1 및 도 2에 도시된 종래의 터보기계(10) 및 축추력 제어부재가 구비된 터보기계(20)에 구비된 각 구성요소와 기능 및 작동원리가 동일하므로 부가적인 설명은 생략한다.
한편, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 축추력 제어부재의 구조를 나타낸 단면도, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 피스톤과 탄성부재가 결합된 상태의 벨로우즈 장치부를 나타낸 측면도, 도 6은 도 5의 벨로우즈 장치부의 형상을 나타낸 정면도 및 단면도, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 축추력 제어부재와 벨로우즈 장치의 결합된 상태를 나타낸 정면도와 확대단면도이다.
도 4 내지 도 7을 참조하면, 상기 축추력 제어부재(210)는 도 4에 도시된 바와 같이, 환상의 판형부재로서 중앙에 회전축 삽입홀이 형성되며, 임펠러(130) 전후방의 정압차를 줄여 축추력을 제거하기 위해, 축추력 제어부재(210)의 유체의 흐름에 대향하는 일측면에 복수의 리브(211)가 돌출되도록 형성된다.
그리고, 상기 축추력 제어부재(210)는 유체의 진행방향 상 임펠러(130) 후방의 볼류트 케이싱(110)에 결합된다.
여기서, 축추력 제어부재(210)는 상기 임펠러(130)의 회전에 의해 발생하는 유체의 각속도 성분을 감소시켜 임펠러(130) 후방의 압력을 조절하는 기능을 하는 데 압력조절의 효과는 축추력 제어부재(210)의 형상에 따라 결정된다.
또한, 상기 리브(211)의 노출되는 높이와 리브(211)가 형성되는 수량은 상기 터보기계(100)의 운전 중에 흡입되는 유체의 양과 발생가능한 축추력의 세기를 고 려하여 구비되는 것이 바람직하다.
즉, 상기 리브(211)의 노출되는 높이가 높을수록 흡입되는 유체압력을 하강시키는 정도의 크기가 커지게 되며, 상기 노출되는 높이가 낮아지게 되면 유체압력을 하강시키는 정도도 그 만큼 낮아지게 되는 것이다.
그리고, 상기 리브(211)가 형성되는 수량이 많을수록 흡입되는 유체압력을 하강시키는 정도의 크기가 커지게 되며, 상기 형성되는 수량이 적어지게 되면 유체압력을 하강시키는 정도도 낮아지게 된다.
한편, 상기 벨로우즈 장치부(200)는 환상의 판형부재로서, 상기 축추력 제어부재(210)의 외주연을 둘러싼 형태로 결합되는 덮개부(212)와, 상기 덮개부(212)의 일측면에 결합되며 탄성력을 가진 탄성부재(214)가 구비된 피스톤(213)을 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 탄성부재(214)는 덮개부(212)에 의해 내부공간(217) 내에서 밀폐된 상태로 구비되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 덮개부(212)의 일측면에는 상기 축추력 제어부재(210)의 노출된 리브(211)의 일측부가 삽입되도록 상기 리브(211)의 수량과 같은 수의 리브삽입홀(216)이 형성된다.
여기서, 상기 피스톤(213)은 일측부에 내부공간(217)의 압력이 소정의 압력으로 유지되어 밀폐되도록, 상기 내부공간(217)을 외부와 격리시키는 밀폐장치(215a,215b)를 더 포함하여 구비된다.
즉, 피스톤(213)의 내부는 상기 소정의 압력이 유지되며, 외부는 유입되는 유체압력의 세기에 따라 변화되므로, 상기 피스톤(213)의 내부와 외부는 서로 다른 압력이 작용되도록 구비된다.
그리고, 상기 소정의 내부공간(217)의 압력은, 상기 피스톤(213)을 장착할 시의 대기압의 상태로 밀폐되는 것이 바람직하나 이에 한정되지 않으며. 상기 볼류트 케이싱(110)의 내부로 유입되는 유체의 양과 유체압력의 세기를 고려하여 상기 내부공간(217)의 압력의 크기가 정해지는 것이 바람직하다.
따라서, 상기 벨로우즈 장치부(200)는 유입되는 유체의 압력에 의해 덮개부(212)가 눌리게 되어 탄성부재(214)가 압축되며, 이에 상기 피스톤(213)이 상기 유체의 진행방향으로 압축되어 일정거리만큼 자동적으로 이동된다.
또한, 상기 덮개부(212)가 유체의 진행방향으로 이동한 상기 일정거리만큼 축추력 제어부재(210)의 리브(211)가 더 높은 높이로 노출되어, 리브(211)에 의해 상기 임펠러(130)에 의한 유체의 회전을 방해하는 저항력이 증가되는 것이다.
다음으로는 본 발명의 실시예에 따른 벨로우즈 장치를 구비한 터보기계의 동작원리에 대해 설명한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 벨로우즈 장치의 작동 전 상태를 나타낸 도 3의 A의 확대 단면도, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 벨로우즈 장치의 작동 전 상태를 나타낸 도 7의 B-B'의 단면도와 같은 부분을 확대한 단면도, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 벨로우즈 장치의 작동 중의 상태를 나타낸 도 3의 A의 확대 단면도 및 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 벨로우즈 장치의 작동 중의 상태를 나타낸 도 7의 B-B'의 단면도이다.
도 8과 도 9를 참조하면, 본 발명의 터보기계(100)의 운전 간에는 최초 설계 예상값을 벗어나지 않는 범위에서 발생되는 축추력은 상기 축추력 제어부재(210)의 일면에 노출된 복수의 리브(211)가 유체의 회전을 방해하여 유체의 각속도를 줄이게 되며, 상기 임펠러(130) 후방에서의 유체의 정압은 간극씰(140,150)을 통과하면서 급격히 줄어 임펠러(130) 전방의 정압과 거의 평행하게 되어 축추력이 조절되는 것이다.
이때, 도 9에 도시된 바와 같이, 작동 전의 상기 벨로우즈 장치부(200)의 상태는 덮개부(212)가 초기 위치에 놓인 상태로써, 도 9에 도시된 바와 같이 상기 탄성부재(214)에 의해 피스톤(213)이 받는 압력(Pbe1)과 피스톤(213)의 내부공간(217)에서 작용하는 상기 소정의 대기압(Pair)의 합은, 벨로우즈 장치부(200)가 작동 전 임펠러(130) 후방으로 유입되는 유체압력(P1)과 평형을 이룬다.
즉, 상기 벨로우즈 장치부(200)는 피스톤(213)의 내부공간(217)에 구비된 탄성부재(214)의 탄성력과 상기 내부공간의 압력의 합은, 상기 임펠러(130) 후방에 유입되는 유체압력의 크기와 같도록 구비된다.
때문에, 피스톤(213)은 상기 후방압력(P1)에 의해 유체의 진행방향으로 압축되지 않으므로, 상기 벨로우즈 장치(200)는 작동하지 않는 것이다.
그러나, 상술한 바와 같이 터보기계가 운전점 밖의 영역에서 작동하여 임펠러(130)의 토출압이 예상보다 높아지게 되면, 도 10과 도 11에 도시된 바와 같이 임펠러(130) 후방에 유입되는 유체압력(P2’) 또한 증가(P2’〉P1)하게 된다. 이로 인해 상기 피스톤(213)은 자동적으로 유체의 진행방향으로 이동하며 상기 축추력 제어부재(210)의 리브(211)의 돌출되는 높이는 상대적으로 높아지게 된다.
즉, 임펠러(130) 후방에 유입되는 유체압력이 증가하게 되면, 자동적으로 상기 벨로우즈 장치부(200)의 피스톤(213)이 이동하여 축추력 제어부재(210)의 리브(211)의 저항력이 증가하게 되며, 탄성부재(214)의 탄성력과 상기 소정의 대기압의 합이 임펠러(130) 후방에 유입되는 유체의 압력과 같아지도록 상기 증가된 유체압력은 하강하게 되는 것이다.
이때, 상대적으로 높이가 높아진 리브(211)는 간극씰(140,150) 후방의 압력을 낮추는데 기여하고 펌프 로터에 과도한 축추력이 작용하지 않도록 기여한다.
최종적인 덮개부(212)의 위치는 임펠러(130) 후방에 유입되는 유체압력과 피스톤(213)의 탄성부재(214)의 탄성력이 균형을 이루는 곳(P2'=Pbe2'+Pair')으로 정해진다.
이로써, 본 발명의 실시예에 따른 터보기계(100)는 예기치 못한 상황에서도 상술한 바와 같이 능동적으로 축추력이 제어되기 때문에 터보기계(100) 설계를 제한하는 축추력 문제에서 보다 자유로울 수 있으며 터보기계(100)의 베어링(160) 수명 증가에도 기여할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지 식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
도 1에는 종래의 원심형 터보기계의 구조를 나타낸 단면도,
도 2는 축추력 제어부재를 구비한 터보기계를 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 벨로우즈 장치가 구비된 터보기계의 구조를 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 축추력 제어부재의 구조를 나타낸 정면도
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 피스톤과 탄성부재가 결합된 상태의 벨로우즈 장치부를 나타낸 측면도,
도 6은 도 5의 벨로우즈 장치부의 형상을 나타낸 정면도 및 단면도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 축추력 제어부재와 벨로우즈 장치의 결합된 상태를 나타낸 정면도와 확대단면도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 벨로우즈 장치의 작동 전 상태를 나타낸 도 3의 A의 확대 단면도,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 벨로우즈 장치의 작동 전 상태를 나타낸 도 7의 B-B'의 단면도와 같은 부분을 확대한 단면도,
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 벨로우즈 장치의 작동 후 상태를 나타낸 도 3의 A의 확대 단면도 및
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 벨로우즈 장치의 작동 후 상태를 나타낸 도 7의 B-B'의 단면도이다.
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100...터보기계 110...볼류트 케이싱
120...회전축 130...임펠러
140,150...간극씰 160...베어링
200...벨로우즈 장치부 210...축추력 제어부재
211...리브 212...덮개부
213...피스톤 214...탄성부재
215a,215b...밀폐장치 216...리브삽입홀

Claims (5)

  1. 유체압력의 유로가 형성된 볼류트 케이싱과;
    상기 볼류트 케이싱 내측에 회전 가능하게 결합되는 회전축과;
    상기 회전축의 일측단부에 결합되며, 회전에 의한 원심력으로 유체를 흡입하는 임펠러와;
    상기 임펠러의 전방과 후방에 각각 설치되어 유체의 유출을 방지하는 간극씰과;
    환상의 판형부재로 유체의 진행방향 상 상기 임펠러의 후방에 위치되도록 상기 볼류트 케이싱에 결합되며, 유체의 흐름에 대향하는 일측면에 복수의 리브가 노출되어 상기 임펠러에 의한 유체의 회전을 방해하는 축추력 제어부재; 및
    환상의 판형부재로서, 상기 축추력 제어부재의 외주연을 둘러싼 형태로 결합되는 덮개부와, 상기 덮개부의 일측면에 결합되며 탄성력을 가진 탄성부재가 내부공간 내에서 밀폐된 상태로 구비된 피스톤을 포함하는 벨로우즈 장치부;를 포함하며,
    상기 벨로우즈 장치부는, 유입되는 유체의 압력에 의해 상기 피스톤이 압축되어 상기 덮개부가 상기 유체의 진행방향으로 일정 거리만큼 자동적으로 이동되는 것을 특징으로 하는 터보기계.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 축추력 제어부재는,
    상기 덮개부가 상기 유체의 진행방향으로 이동한 상기 일정 거리만큼 상기 축추력 제어부재에 형성된 리브가 더 노출되어, 상기 리브에 의해 상기 임펠러에 의한 유체의 회전을 방해하는 저항력이 증가되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 터보기계.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 벨로우즈 장치부의 피스톤은,
    상기 피스톤의 내부공간이 상기 임펠러 후방에 유입되는 유체로부터 밀폐되도록 하는 밀폐장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 터보기계.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 벨로우즈 장치부는,
    상기 피스톤의 내부공간에 구비된 탄성부재의 탄성력과 상기 내부공간의 압력의 합은, 상기 임펠러 후방에 유입되는 유체압력과 같아지도록 조절되는 것을 특징으로 하는 터보기계.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 벨로우즈 장치부는,
    상기 임펠러 후방에 유입되는 유체압력이 증가하게 되면, 자동적으로 상기 피스톤이 압축되어 상기 축추력 제어부재에 형성된 리브의 저항력이 증가하게 되며,
    상기 탄성부재의 탄성력과 상기 내부공간의 압력의 합이 상기 임펠러 후방에 유입되는 유체의 압력과 같아지도록, 상기 증가된 유체압력이 하강하는 것을 특징 으로 하는 터보기계.
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