KR101257947B1

KR101257947B1 - 디퓨져 블록 및 이를 결합하여 형성하는 디퓨져

Info

Publication number: KR101257947B1
Application number: KR1020110114122A
Authority: KR
Inventors: 이진수
Original assignee: 삼성테크윈 주식회사
Priority date: 2011-11-03
Filing date: 2011-11-03
Publication date: 2013-04-23
Also published as: US9255586B2; US20130115052A1

Abstract

본 발명은, 복수 개를 결합함으로써 디퓨져를 형성하는 데에 사용되는 디퓨져 블록에 있어서, 안쪽으로 내부공간이 형성된 튜브 형상을 가지며, 상기 내부공간으로 유체가 흐를 수 있도록 유입구 및 배출구가 형성된 본체 및 상기 본체의 일측에서 상기 내부공간 쪽으로 돌출된 베인부를 구비하는 디퓨져 블록을 제공한다.

Description

디퓨져 블록 및 이를 결합하여 형성하는 디퓨져{Diffuser block and diffuser comprising said diffuser blocks}

본 발명은 복수개의 디퓨져 블록을 결합하여 형성하는 디퓨져의 구조에 관한 것이다.

유체를 압축시키는 압축기는 발전소, 제트 엔진 등에서 필수적인 구성요소로서, 유체의 압력을 높이는 기능을 갖는다. 특히 많은 형태의 압축기 중에서 원심 압축기는 회전하는 임펠러에 의해서 유체에 원심력을 주고 그것을 이용하여 압축 작용을 하는 기계로서, 회전력을 생산하는 동력원을 가진 많은 장치에서 흔히 쓰인다.

도 1은 종래의 원심 압축기(10)의 개략적인 단면도이고, 도 2는 도 1의 원심 압축기(10) 중 디퓨져(12)의 일부를 나타낸 도면이다.

원심 압축기(10)의 쉬라우드(13) 내부로 흘러 들어온 유체는 임펠러(11) 입구로 유입되고, 유체가 회전하는 임펠러(11)와 만나면서 유체의 정압과 동압은 상승하게 된다. 상기 과정에서 압력이 증가한 유체는 쉬라우드(13)를 따라 임펠러(11)의 외곽으로 이동하게 된다. 이 때 유체의 동압은 정압으로 변화하여 더 큰 압축 효과를 낼 수 있는데, 이를 위해 사용되는 것이 디퓨져(diffuser)이다. 종래에 널리 사용되는 디퓨져(12)의 구체적인 모습은 도 2에서 나타내고 있는데, 우선 디퓨져(12)는 임펠러(11)의 외곽에 위치하며, 중앙에 중공부가 형성된 원형 링의 형태로서 복수개의 베인(vane)(12b)들이 디퓨져 판(12a)의 표면에 형성되어 있다. 디퓨져(12)는 입구에 비해 상대적으로 넓은 단면을 갖는 출구를 제공하며, 이러한 입구와 출구 단면적의 비에 따라서 유체의 동압을 정압으로 변환시킨다. 즉, 입구 단면적에 대한 출구 단면적의 비가 클수록 전술한 동압에서 정압으로 변환되는 효율이 좋아진다.

임펠러(11)에 의해 동압과 정압이 상승한 유체는 임펠러(11)의 적어도 일부를 둘러싼 쉬라우드(13)를 따라서 디퓨져(12)로 유입되며, 디퓨져(12)를 통과하면서, 유체의 동압이 정압으로 변환되면서 추가적인 압축 효과가 발생하게 된다. 그러나 상기 과정에서 많은 소음이 발생하는 데에, 이러한 소음은 작업자의 작업 효율을 떨어뜨리며 상품성을 저하시키는 요인이 된다. 특히 원심 압축기(10)의 작동 상에 발생하는 소음의 대부분은 유체가 디퓨져(12)를 통과하면서 발생하는 유동 박리에 의해 발생하며, 이 과정에서 발생하는 소음을 저감시킴으로써 원심 압축기(10) 전체의 발생 소음 수준을 낮출 수 있다. 따라서, 이러한 디퓨져(12)에서 발생하는 소음의 저감을 위한 기술에 대한 요구가 점점 증가하고 있다.

또한 상기 원심 압축기(10)에 사용되는 종래의 디퓨져(12)는 도 2에서 도시된 바와 같이 디퓨져 판(12a)과 이에 형성된 베인(12b)이 일체로 형성된 형태로서, 이러한 디퓨져의 제작은 많은 가공 시간 및 비용을 필요로 한다.

따라서, 종래의 원심 압축기가 갖는 문제점 중 전술한 디퓨져의 소음 문제 및 디퓨져 제작 상의 문제점을 해결하기 위한, 새로운 구조를 갖는 디퓨져의 개발이 시급하다.

본 발명의 일 측면은, 소음 발생을 줄이며 제작이 용이한 구조를 갖는 디퓨져를 제공하는 것을 주된 과제로 한다.

본 발명의 일 측면은, 복수 개를 결합함으로써 디퓨져를 형성하는 데에 사용되는 디퓨져 블록에 있어서, 안쪽으로 내부공간이 형성된 튜브 형상을 가지며, 상기 내부공간으로 유체가 흐를 수 있도록 유입구 및 배출구가 형성된 본체 및 상기 본체의 일측에서 상기 내부공간 쪽으로 돌출된 베인부를 구비하는 디퓨져 블록을 제공한다.

여기서, 상기 베인부는 상기 내부공간의 일부의 단면적이 유체의 이동방향에 따라 증가하도록 형성될 수 있다.

여기서, 상기 본체는 복수 개의 가이드 판을 구비하며, 상기 베인부는 상기 디퓨져 형성 시 이웃하는 디퓨져 블록과 인접하는 가이드 판에 형성될 수 있다. 또 여기서, 상기 베인부는 상기 이웃하는 디퓨져 블록의 가이드 판에 형성된 베인부와 함께 에어포일 형상을 형성할 수 있다. 또 여기서, 상기 베인부는 상기 이웃하는 디퓨져 블록의 가이드 판에 형성된 베인부와 함께 웨지(wedge) 형상을 형성할 수 있다.

여기서, 상기 베인부는 상기 유입구 및 배출구와 이격되어 형성될 수 있다.

여기서, 상기 본체에는 상기 내부공간과 외부를 연결하는 복수의 구멍이 형성될 수 있다. 또 여기서, 상기 구멍이 형성된 상기 디퓨져 블록의 외면에는 흡음부가 설치될 수 있다.

또 본 발명의 일 측면은, 상기 디퓨져 블록이 복수 개 결합되어 형성된 디퓨져를 제공한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 작동시 발생하는 디퓨져의 소음을 저감시키고 디퓨져 제작을 용이하게 하는 효과가 있다.

도 1은 종래의 원심 압축기의 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1의 원심 압축기 중 디퓨져의 일부를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 관한 디퓨져 블록의 본체를 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 3의 디퓨져 블록의 본체를 Ⅳ-Ⅳ 방향으로 바라본 단면도이다.
도 5는 도 3의 디퓨져 블록이 복수 개 설치되어 형성한 디퓨져를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 Ⅵ 부분을 확대한 도면이다.
도 7은 도 6의 디퓨져를 Ⅶ-Ⅶ 방향으로 바라본 단면도이다.
도 8은 도 5의 디퓨져를 설치한 원심 압축기의 개략적인 단면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 일 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 관한 디퓨져 블록(100)의 본체(110)를 나타낸 사시도이고, 도 4는 도 3의 디퓨져 블록(100)의 본체(110)를 Ⅳ-Ⅳ 방향으로 바라본 단면도이다.

디퓨져 블록(100)은 복수 개가 결합함으로써 하나의 디퓨져(200)를 형성하는 것으로서, 본체(110), 베인부(113a,114a) 및 흡음부(120)를 구비할 수 있다.

디퓨져 블록(100)의 본체(110)는 안쪽으로 내부공간(Vin)이 형성되며, 상기 내부공간(Vin)으로 유체가 흐를 수 있도록 양 단에 개구부가 형성된 튜브 형상을 가진다.

본 실시예에 따른 튜브 형상의 본체(110)는 4개의 가이드 판(111,112,113,114)으로 구성되며, 각각의 가이드 판이 다른 두 가이드 판과 접촉하여 배치될 수 있도록 측면 쪽 모서리를 공유하며 차례로 연결된 형태이다.

이러한 본체(110)의 튜브 형상은 각각이 디퓨져(diffuser)의 역할을 수행할 수 있게 하기 위해서 내부공간(Vin)으로 유체가 흐를 수 있도록 형성된 두 개구부를 포함하고 있다. 즉, 상기 두 개구부 중 하나는 내부공간(Vin)으로 유체가 유입될 수 있도록 입구의 역할을 하는 유입구(I)이며, 상기 유입구(I)와 마주보는 쪽에 위치하는 타 개구부는 상기 유입구(I)를 통해 내부공간(Vin)으로 유입된 유체가 외부로 배출되는 출구의 역할을 하는 배출구(O)이다.

본체(110)가 구비하는 4개의 가이드 판(111,112,113,114)은 각각 상판(111), 하판(112), 좌측판(113) 및 우측판(114)으로 구성된다. 하지만 본 발명은 이에 한정하지 않으며, 본 발명의 본체는 다른 개수의 가이드 판으로 구성되어도 무방하다. 본체(110)는 4개의 가이드 판(111,112,113,114)을 용접을 통한 접합에 의해 제작될 수 있으며, 캐스팅(casting) 공정 등 다른 공지의 공정을 통해 제작되어도 무방하다.

우선 본 실시예의 본체(110)에서 상판(111) 및 하판(112)은 동일한 형상을 가지며, 이들은 서로 이격되어 평행하게 배치된다. 상판(111) 및 하판(112)의 유입구(I) 쪽 모서리 및 배출구(O) 쪽 모서리는 동일한 가상의 중심점을 공유한 호의 일부로서, 모두 곡선의 형태이다. 또한 상기 가상의 중심점에서 유입구(I) 쪽 모서리에 비해 상대적으로 더 이격되어 배치되는 배출구(O) 쪽 모서리의 길이가 유입구(I) 쪽 모서리의 길이보다 더 길며, 이러한 형태로 디퓨져 블록(100)은 유체의 유입구(I)보다 더 넓은 단면적의 배출구(O)를 구비하여 디퓨져의 기능을 가진다.

또한 디퓨져 블록(100)이 디퓨져의 기능을 갖게 하는 요소로서 종래 디퓨져 베인(12b)의 기능을 갖는 베인부(113a,114a)가 있는데, 본 발명에 따른 디퓨져 블록의 베인부는 본체의 일측에서 튜브 형상에 내부공간으로 돌출되도록 형성되어 있다. 본 실시예에 따른 베인부(113a,114a)는 좌측판(113) 및 우측판(114)이 내부공간(Vin) 쪽으로 함몰되어 형성되어 있으며, 상판(111) 및 하판(112)의 좌측판(113) 쪽 모서리 및 우측판(114) 쪽 모서리로부터 좌측판(113) 및 우측판(114)을 따라 형성된 홈으로 구성된다.

베인부(113a,114a)는 디퓨져(200) 형성 시 다른 디퓨져 블록(100)과 인접하는 가이드 판인 좌측판(113) 및 우측판(114)에 형성될 수 있으며, 각각은 에어포일 형상의 일부 형상만 구비하고 있고 디퓨져(200) 형성 시 인접하는 다른 디퓨져 블록(100)의 베인부(113a,114a)와 합쳐져 하나의 완성된 에어포일 형상을 구성한다. 이러한 형상에 의해서 디퓨져 블록(100) 내부에 형성된 내부공간(Vin) 중 베인부(113a,114a)가 형성된 부분은 상기 내부공간(Vin) 일부의 단면적이 유체의 이동방향에 따라 증가하도록 형성되어 있다.

그러나 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 가이드 판에 내부공간 쪽으로 함몰된 형태의 굴곡부로 형성된 베인부 뿐만 아니라, 튜브 형상의 본체 내부에 내부공간으로 돌출되도록 베인부가 추가적으로 부착되어 형성될 수 있다. 또한 그 형상에 있어서 본 실시예와 같은 에어포일 형상에 한정될 필요는 없고 웨지(wedge) 타입의 형상 등 다양한 형상이 가능하다. 다만, 에어포일 형상과 같은 유선(streamline)을 따라 형성된 형상이 아닐 경우 유체의 유동 과정에서 유동 박리 현상에 의한 압력 강하가 일어날 수 있으므로, 베인부는 에어포일과 같은 유선형(streamlined shape)으로 형성되는 것이 바람직하다.

좌측판(113) 및 우측판(114)에 형성된 베인부(113a,114a)는 유입구(I) 및 배출구(O)와 소정 간격 이격되어 형성되는 것이 바람직하다. 이는 디퓨져(200)를 구성하기 위해 복수 개의 디퓨져 블록(100)을 서로 결합하는 과정에서 결합에 용이하게 쓰일 수 있다. 또한 만약 상기 베인부(113a,114a)가 유입구(I)와 인접하여 형성하는 경우 발생할 수 있는 디퓨져에 의한 추가 압축 성능의 저하를 방지하는 데에 기여를 한다.

이러한 디퓨져 블록(100)은 본 발명의 일 실시예로서 본 발명은 이에 한정하지 않으며, 다양한 형태로 변형될 수 있다. 우선, 디퓨져 블록의 본체의 내부공간 쪽으로 볼록하게 형성된 베인부는 본 실시예와 같이 좌/우측면판(113,114)에 한정되어 형성될 필요는 없으며, 상판(111) 및/또는 하판(112)에도 형성될 수 있다. 또한 본 실시예와 같이 인접하는 두 디퓨져 블록(100)에 각각 형성된 베인부(113a,114a)가 합쳐져 하나의 베인 형상을 구성할 필요는 없으며, 각 디퓨져 블록에 하나의 완성된 베인 형상이 구비될 수도 있다. 이외에도 도 2에 개시된 디퓨져(12)의 베인(12b)의 기능을 갖는 구성이라면 다양한 형태의 구성으로 대체될 수 있다.

또한 본체(110)의 가이드 판(111,112,113,114)에는 구멍(H)이 형성이 될 수 있는데, 본 실시예의 본체(110)가 구비한 모든 가이드 판(111,112,113,114)에는 다수 개의 구멍(H)이 형성되어 있다. 구멍(H)이 형성된 가이드 판(111,112,113,114)의 외면에는 구멍(H)을 커버하여 소음을 흡수하는 흡음부(120)가 설치될 수 있는데, 이에 대해서는 아래에서 자세히 언급한다.

다음은 앞서 설명한 디퓨져 블록(100)을 결합하여 형성된 디퓨져(200)에 대한 사항을 알아보도록 한다.

도 5는 도 3의 디퓨져 블록(100)이 복수 개 설치되어 형성한 디퓨져(200)를 나타낸 도면이고, 도 6은 도 5의 Ⅵ 부분을 확대한 도면이며, 도 7은 도 6의 디퓨져(200)를 Ⅶ-Ⅶ 방향으로 바라본 단면도이다. 또한 도 8은 도 5의 디퓨져(200)를 설치한 원심 압축기(300)의 개략적인 단면도이다.

복수 개의 디퓨져 블록(100)들은 측 방향으로 서로 연결되어 배치된다. 즉, 한 디퓨져 블록(100)의 좌측판(113)과 인접하는 다른 디퓨져 블록(100)의 우측판(114)이 서로 만나서 결합될 수 있다. 상기 결합 과정에서는 용접 또는 접착제에 의한 접합 등의 공지의 기술이 사용될 수 있으며, 이렇게 결합된 복수 개의 디퓨져 블록(100)들은 하나의 디퓨져(200)를 완성한다. 완성된 디퓨져(200)는 도 5에서 도시된 바와 같이 전체적으로 원형 링의 형상을 가지며, 도 2에 도시된 것과 같이 베인(12b)의 일측만 디퓨져 판(12a)에 의해 지지되는 종래의 디퓨져(12)와는 달리 베인부(113a,114a)의 양측이 상판(111) 및 하판(112)에 의해서 지지되는 형상을 가진다. 종래의 디퓨져(12)는 베인(12b)의 일 측만이 디퓨져 판(12a)에 의해서 지지되므로, 유체의 흐름에 따라 발생할 수 있는 과도한 스트레스(strIss)에 의해서 베인(12b)의 일부가 파손될 수 있는 문제점을 가지며, 이러한 베인(12b)의 파손은 디퓨져(12)에 의한 압축 성능을 저하시킬 뿐만 아니라, 파손된 베인(12b)의 파편들이 임펠러(11), 쿨러(미도시) 등에 유입되어 부품을 손상시키거나 응축수 배출을 방해하는 등의 많은 문제점을 유발시킨다. 하지만 본 발명에 따른 디퓨져는 양측이 모두 가이드 판에 의해서 지지되기 때문에 베인부의 파손에 기인한 전술한 문제점을 예방할 수 있는 작용효과를 지닌다.

또한 디퓨져 블록(100)의 본체(110)의 각 가이드 판(111,112,113,114)에는 구멍(H)이 형성되어 있는데, 이렇게 구멍(H)이 형성된 가이드 판(111,112,113,114)의 외면에는 흡음부(120)가 설치될 수 있다. 흡음부(120)는 상판(111) 및 하판(112)에 각각 설치되는 상판 흡음부(121) 및 하판 흡음부(122)와, 인접하는 두 디퓨져 블록(100)의 좌/우측판(113,114) 사이에 형성된 베인부(113a,114a)가 만드는 빈 공간에 설치되는 측판 흡음부(123)를 포함하고 있다. 흡음부(120)는 유체가 디퓨져 블록(100)의 내부공간(Vin)을 통과하면서 발생할 수 있는 유동 박리 등에 의한 소음을 흡수함으로써 소음을 저감시키기 위한 구성으로서, 특히 가이드 판(111,112,113,114)상에 구멍(H)이 형성되는 경우, 이러한 구멍(H)을 통해서 전달되는 소음이 흡음부(120)에 다다른 후 더 이상 반사됨이 없이 흡수되어 전체적으로 발생하는 소음은 감소한다. 흡음부(120)는 폴리우레탄, 폴리에스테르 등의 재료로 이루어진 공지의 흡음재뿐만 아니라, 소음을 흡수하는 기능을 갖는 재료들을 포함할 수 있다.

이렇게 완성된 디퓨져(200)는 하나의 모듈로서, 이에 형성된 중공부에 임펠러(310)가 인입된 채로 원심 압축기(300)에 설치될 수 있다. 각 가이드 판(111,112,113,114)과 접촉하도록 흡음부(120)가 구비된 채로 설치되므로, 종래와 같이 디퓨져의 설치 후 흡음재를 따로 배치해야 되는 수고를 덜 수 있어서 조립에 용이하다. 또한 흡음재가 디퓨져 블록(100)의 가이드 판(111,112,113,114) 상에 접착되므로, 높은 흡음 효과를 낼 수 있다.

또한 도 2에 도시된 종래의 디퓨져(12)는 베인(12b)과 디퓨져 판(12a)을 기계가공을 통해 일체로 제작하기 때문에 제작비용 및 제작시간이 많이 소모되는 단점이 있었지만, 본 발명의 디퓨져는 위와 같은 기계가공 없이 캐스팅 또는 다수개의 판을 용접하여 디퓨져 블록을 제작하며, 여러 개의 디퓨져 블록을 용접 등으로 결합하는 등 비교적 간단한 과정으로 제작이 가능하므로 제작비용 및 제작시간을 기존에 비해 획기적으로 감축하는 작용효과를 가진다.

전술한 바대로, 디퓨져에 형성된 베인부는 양측으로 판에 의해서 지지되므로 파손 가능성이 낮으며, 만약 일부가 파손될 경우 파손된 부분을 포함하는 일부 디퓨져 블록만을 교체함으로써 손쉽게 고칠 수 있다. 따라서 디퓨져의 사용 중에 디퓨져의 수리 또는 교체 등으로 소모되는 유지비용을 절감할 수 있으므로 경제적인 측면에서 유리한 효과를 가지고 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

12, 200: 디퓨져
100: 디퓨져 블록
110: 본체
113a, 114a: 베인부
120: 흡음부
10, 300: 원심압축기
11, 310: 임펠러
13, 330: 쉬라우드
14, 340: 스크롤 케이스
15, 350: 볼류트
Vin: 내부공간
I: 유입구
O: 배출구

Claims

복수 개를 결합함으로써 디퓨져를 형성하는 데에 사용되는 디퓨져 블록에 있어서,
안쪽으로 내부공간이 형성된 튜브 형상을 가지며, 상기 내부공간으로 유체가 흐를 수 있도록 유입구 및 배출구가 형성된 본체; 및
상기 본체의 일측에서 상기 내부공간 쪽으로 돌출된 베인부;를 구비하는 디퓨져 블록.
청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제1항에 있어서,
상기 베인부는 상기 내부공간의 일부의 단면적이 유체의 이동방향에 따라 증가하도록 형성되어 있는 디퓨져 블록.
제1항에 있어서,
상기 본체는 복수 개의 가이드 판을 구비하며,
상기 베인부는 상기 디퓨져 형성 시 이웃하는 디퓨져 블록과 인접하는 가이드 판에 형성된 디퓨져 블록.
제3항에 있어서,
상기 베인부는 상기 이웃하는 디퓨져 블록의 가이드 판에 형성된 베인부와 함께 에어포일 형상을 형성하는 디퓨져 블록.
청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제3항에 있어서,
상기 베인부는 상기 이웃하는 디퓨져 블록의 가이드 판에 형성된 베인부와 함께 웨지(wedge) 형상을 형성하는 디퓨져 블록.
제1항에 있어서,
상기 베인부는 상기 유입구 및 배출구와 이격되어 형성된 디퓨져 블록.
제1항에 있어서,
상기 본체에는 상기 내부공간과 외부를 연결하는 복수의 구멍이 형성된 디퓨져 블록.
청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제7항에 있어서,
상기 구멍이 형성된 상기 디퓨져 블록의 외면에는 흡음부가 설치되는 디퓨져 블록.
청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 디퓨져 블록이 복수 개 결합되어 형성된 디퓨져.