KR101258414B1 - 임펠러 날개 및 이를 구비하는 임펠러 - Google Patents

Abstract

임펠러 날개 및 이를 구비하는 임펠러가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 임펠러 날개는, 뿌리부분에서 끝부분으로 갈수록 피치각이 점차 감소하도록 절곡된 다수 개의 날개면을 포함하고, 다수 개의 날개면은 그 절곡 시작 지점이 분산되어 있으며, 뿌리부분은 그 폭이 다수 개의 날개면에 비해 작게 형성된다.

Description

임펠러 날개 및 이를 구비하는 임펠러{WING OF IMPELLER AND IMPELLER HAVING THE SAME}

본 발명은 임펠러 날개 및 이를 구비하는 임펠러에 관한 것이다.

수처리 공정 중에서 응집(교반) 공정은 물리적 및 화학적 현상의 독특한 결합 형태로, 상수 처리에서는 중요 조작으로서 미세한 입자성 물질을 제거하기 위한 필수 처리 공정이고, 하폐수 처리에서는 조 내 균일한 교반과 함께 조 내 산소 유입 방지 및 숙성 슬러지 파괴 방지 역할을 하기 위한 공정이다.

정수 및 하수 처리 공정에서 어떤 구조의 임펠러(impeller)를 사용하는지 여부에 따라서 처리수의 수질에 큰 차이가 발생한다. 또한, 임펠러의 구조에 따라서 임펠러를 회전시키기 위한 에너지의 소모량이 달라질 뿐만 아니라 임펠러 제작의 난이도도 결정된다.

도 1은 종래의 수처리 공정에 사용되는 임펠러에 대한 사시도이다.

종래의 임펠러는 축(1)의 둘레에 방사상으로 동일한 형상을 갖는 세 개의 날개(2)가 결합된 구조를 갖는다. 날개(2)는 노즈(21)의 내측에서 테일(22)의 외측을 따라서 대각선 방향으로 소정의 각도씩 다단으로 절곡함으로써 형성된다. 이와 같은 구성으로 인해서 날개(2)는 그 뿌리부분(24)에서 끝부분(23)으로 갈수록 피치각이 감소되도록 구성된다. 따라서 날개(2)의 끝부분(23)에서는 날개(2)의 반경에 비례하여 날개(2)의 이동 속도가 빠른 대신 피치각이 작고, 날개(2)의 뿌리부분(24)에서는 날개(2)의 이동 속도가 느린 대신 피치각이 크다. 이와 같은 구성으로 인해, 날개(2)의 끝부분(23)과 뿌리부분(24)에서 발생되는 교반에너지가 균일성을 갖게 될 뿐만 아니라 날개(2)를 일반적인 임펠러에 비해 길게 형성할 수 있어서, 지(池) 내부의 유체 에너지를 균일하게 분포시킬 수 있고, 지의 벽 부분 하단부에 침전물의 퇴적이 발생되는 현상을 방지할 수 있으므로 응집 효율을 높일 수 있게 된다.

종래의 날개(2)의 뿌리부분(24)의 폭은 테일(22)과 동일한 크기이다. 따라서 임의의 임펠러 회전속도에서 끝부분(23)의 원주 속도는 빠르지만, 뿌리부분(24)의 원주 속도는 낮게 나타난다. 이로 인해, 뿌리부분(24)에서 형성되는 임펠러축 하부로의 흐름이 약해 유체 유동에 크게 영향을 주지 않으며, 유체 저항만 크게 형성되는 문제점이 있다. 유체 저항의 증가는 회전에 필요한 소요 동력의 증가를 초래한다.

또한, 날개(2)를 제작할 때 날개(2)의 제1면(25), 제2면(26), 제3면(27) 및 제4면(28)의 절곡면이 모두 임의의 한 지점(A)에서 방사형으로 형성되기 때문에, 날개가 매우 작거나 또는 매우 크고, 두께가 두꺼울 경우 제작 공정이 어렵다는 문제점이 있다. 또한, 날개(2)의 정확한 절곡 지점, 절곡 각도 및 절곡 형상을 맞추기가 어렵다는 문제점도 함께 발생한다.

대한민국 공개특허공보 제2003-0059672호

따라서 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 날개에 의해 발생하는 유체의 속도 편차가 적은 임펠러 날개 및 이를 구비하는 임펠러를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 소요 동력을 절감할 수 있는 임펠러 날개 및 이를 구비하는 임펠러를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 제작이 용이한 임펠러 날개 및 이를 구비하는 임펠러를 제공하고자 한다.

본 발명의 다른 목적들은 이하에 서술되는 실시예를 통하여 더욱 명확해질 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 임펠러 날개는, 뿌리부분에서 끝부분으로 갈수록 피치각이 점차 감소하도록 절곡된 다수 개의 날개면을 포함하고, 다수 개의 날개면은 그 절곡 시작 지점이 분산되어 있으며, 뿌리부분은 그 폭이 다수 개의 날개면에 비해 작게 형성된다.

본 발명에 따른 임펠러 날개는 다음과 같은 실시예들을 하나 또는 그 이상 구비할 수 있다. 예를 들면, 날개면은, 뿌리부분을 포함하는 제1날개면과, 제1날개면에 대해서 노즈의 내측에서 테일의 외측을 따라서 대각선 방향으로 전방으로 소정 각도로 절곡 형성된 제2날개면과, 제2날개면에서 노즈의 내측에서 테일의 외측을 따라서 대각선 방향으로 전방으로 소정 각도로 절곡 형성된 제3날개면과, 제3날개면에서 노즈의 내측에서 테일의 외측을 따라서 대각선 방향으로 전방으로 소정 각도로 절곡 형성되는 제4날개면을 포함할 수 있다. 그리고 다수 개의 날개면은 동일한 두께를 가질 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 임펠러는 상기와 같은 구조를 갖는 두 개 이상의 임펠러 날개를 포함한다. 또한, 임펠러 날개는 임펠러의 회전축에 대해 경사각을 갖고 결합될 수 있다.

본 발명은 지 내부에서 유체의 속도 편차가 적고 균일한 속도 에너지를 부여할 수 있는 임펠러 날개 및 이를 구비하는 임펠러를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 뿌리부분의 유체 저항력을 줄여서 응력 집중을 줄이고 소요 동력을 절감할 수 있는 임펠러 날개 및 이를 구비하는 임펠러를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 제작이 용이한 임펠러 날개 및 이를 구비하는 임펠러를 제공할 수 있다.

도 1은 종래의 임펠러에 대한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 날개를 구비하는 임펠러를 예시하는 사시도이다.
도 3은 도 2에 예시된 임펠러의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 날개가 절곡되기 이전의 상태를 예시하는 전개도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 날개의 측면도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 날개(4)가 결합된 임펠러(3)의 사시도이고, 도 3은 도 2에 예시한 임펠러(3)의 평면도이다. 그리고 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 날개(4)가 절곡되기 이전의 상태를 예시하는 전개도이고, 도 5는 임펠러 날개(5)의 측면도이다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러(3)는 회전축(5)의 둘레에 다수 개의 임펠러 날개(4)가 등 간격으로 결합된 구조를 갖는다. 임펠러 날개(4)는 모두 동일한 크기 및 형상을 갖는다. 그리고 다수 개의 임펠러 날개(4)는 회전축(5)에 동일한 피치각(pitch angle)을 갖도록 결합된다. 임펠러 날개(4)는 회전축(5)에 용접 또는 볼트 등과 같은 체결 부재에 의해 결합될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 날개(4)는 그 뿌리부분(44)에서 끝부분(43)으로 갈수록 피치각이 점차 감소하도록 절곡된 다수 개의 날개면(45, 46, 47, 48)을 포함한다. 본 실시예에 따른 임펠러 날개(4)는 네 개의 날개면(45, 46, 47, 48)을 갖는 것으로 예시하였지만, 두 개, 세 개 또는 다섯 개 이상의 날개면을 구비할 수도 있음은 물론이다.

다수 개의 날개면(45, 46, 47, 48)은 그 절곡 시작점이 분산되어 있다. 즉, 임펠러 날개(4)의 노즈(nose)(41)에는 세 개의 서로 다른 절곡 시작점(a, b, c)이 형성되어 있다. 제2날개면(46)은 노즈(41)에 위치하는 a지점에서 테일(tail)(42)에 위치하는 d지점을 잇는 직선을 기준으로 제1날개면(45)에 대해 전방(즉, 임펠러 날개의 회전 방향)으로 절곡되어 있다. 마찬가지로, 제3날개면(47)은 노즈(41)에 위치하는 b지점에서 테일(tail)(42)에 위치하는 e지점을 잇는 직선을 기준으로 제2날개면(46)에 대해 전방으로 절곡되어 있다. 또한, 제4날개면(48)은 노즈(41)에 위치하는 c지점에서 테일(tail)(42)에 위치하는 f지점을 잇는 직선을 기준으로 제3날개면(47)에 대해 전방으로 절곡되어 있다.

a지점과 d지점을 잇는 직선, b지점과 e지점을 잇는 직선 그리고 c지점과 f지점을 잇는 직선은 모두 노즈(41)의 내측(즉, 회전축(5)에 인접한 부분)에서 테일(42)의 외측(즉, 회전축(5)에서 멀어지는 부분)으로 대각선으로 형성된 직선에 해당한다.

제1날개면(45)은 뿌리부분(44)을 포함한다. 뿌리부분(44)의 폭(w1)은 제1날개면 내지 제4날개면(45, 46, 47, 48)의 폭(w2, w3, w4, w5) 비해 그 폭이 작게 형성되어 있는데, 이로 인해 유체와의 접촉 면적이 감소하여 응력 집중을 완화하고 소모되는 전력을 절감할 수 있게 된다.

제2날개면(46)은 제1날개면(45)의 단부에 해당하는 a지점에서 d지점을 잇는 직선을 기준으로 대략 10~30도 정도로 전방으로 절곡되어 형성될 수 있다.

제3날개면(47)은 제2날개면(46)의 단부에 해당하는 b지점에서 e지점을 잇는 직선을 기준으로 대략 10~30도 정도로 전방으로 절곡되어 형성될 수 있다.

제4날개면(48)은 제3날개면(47)의 단부에 해당하는 c지점에서 f지점을 잇는 직선을 기준으로 대략 5~20도 정도로 전방으로 절곡되어 형성될 수 있다. 제4날개면(48)은 임펠러 날개(4)의 끝부분을 포함한다.

본 실시예에 따른 임펠러 날개(4)는 제1날개면(45), 제2날개면(46), 제3날개면(47) 및 제4날개면(48)의 절곡 시작점이 분산되어 모두 상이하기 때문에, 응력집중을 막아서 절곡시 노즈(41) 부분의 찢어짐이 발생하지 않고 절곡이 용이하며 원하는 절곡각을 유지할 수 있게 된다.

또한, 본 실시예에 따른 임펠러 날개(4)는 제1날개면(45)에서 제4날개면(48)으로 갈수록 피치각이 감소하도록 소정의 각도만큼 다단으로 절곡되어 형성되는 구조를 갖기 때문에, 회전시 지(池) 내부에 전달되는 속도 및 압력 에너지의 편차가 적게 나타난다. 이는, 임펠러 날개(4)의 끝부분(43)에서는 반경에 비례하여 날개의 이동 속도가 빠른 대신 피치각이 작고, 임펠러 날개(4)의 뿌리부분(44)에서는 날개의 이동 속도가 느린 대신 피치각이 커서, 끝부분(43)과 뿌리부분(44)에서 발생되는 교반 에너지가 균일성을 갖기 때문이다.

제1날개면(45), 제2날개면(46), 제3날개면(47) 및 제4날개면(48)은 모두 동일한 두께를 갖는다.

상기에서는 본 발명의 일 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

3: 임펠러 4: 임펠러 날개
41: 노즈 42: 테일
43: 끝부분 44: 뿌리부분
45: 제1날개면 46: 제2날개면
47: 제3날개면 48: 제4날개면
5: 회전축

Claims (5)

1. 뿌리부분에서 끝부분으로 갈수록 피치각이 점차 감소하도록 절곡된 다수 개의 날개면을 포함하고,
   다수 개의 상기 날개면은 그 절곡 시작 지점이 분산되어 있으며,
   상기 뿌리부분은 그 폭이 다수 개의 상기 날개면의 폭에 비해 작게 형성되는 임펠러 날개.
2. 제1항에 있어서,
   상기 날개면은,
   상기 뿌리부분을 포함하는 제1날개면과,
   상기 제1날개면에 대해서 노즈의 내측에서 테일의 외측을 따라서 대각선 방향으로 전방으로 소정 각도로 절곡 형성된 제2날개면과,
   상기 제2날개면에서 노즈의 내측에서 테일의 외측을 따라서 대각선 방향으로 전방으로 소정 각도로 절곡 형성된 제3날개면과,
   상기 제3날개면에서 노즈의 내측에서 테일의 외측을 따라서 대각선 방향으로 전방으로 소정 각도로 절곡 형성되는 제4날개면을 포함하는 임펠러 날개.
3. 제1항에 있어서,
   다수 개의 상기 날개면은 동일한 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 임펠러 날개.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 임펠러 날개를 구비하는 임펠러.
5. 제4항에 있어서,
   상기 임펠러는 회전축을 포함하고, 상기 임펠러 날개는 상기 회전축에 경사지게 결합되는 것을 특징으로 하는 임펠러.
   

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