KR101450446B1 - 원심압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원심압축기에 관한 것으로서, 에어유입구(11)를 갖는 케이싱(10)과, 상기 케이싱(10)의 에어유입구(11) 측에 배치되어 축 회전되는 임펠러(20)와, 상기 임펠러(20)와 인접되는 상기 에어유입구(11) 측의 케이싱(10) 외주부를 감싸 상기 케이싱(10)과의 사이에 공간부(31)를 형성하는 동시에 이 공간부(31)의 선, 후단부에 해당되는 상기 케이싱(10)에 각각 유입되는 에어가 재순환되도록 하는 한 쌍의 재순환출입구(32,33)를 갖는 에어재순환부(30) 및 상기 에어재순환부(30)의 재순환출입구(32,33)를 개폐시키도록 하는 출입구개폐부(40)를 포함하는 구성으로 되어 있다.
따라서, 케이싱의 에어유입구 측에 에어재순환부의 재순환출입구를 개폐시키도록 하는 출입구개폐부를 마련하여 필요에 따라 선택적으로 출입구개폐부를 개폐시켜 유동의 흐름을 조절할 수 있도록 함으로써, 에어재순환부가 있는 경우와 없는 경우의 두 가지 원심압축기의 장점을 모두 취합할 수 있게 되게 되면서 그 결과 압축기 성능 향상을 도모할 수 있게 되는 등의 효과를 얻는다.

Description

원심압축기{Centrifugal compressor}

본 발명은 원심압축기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 케이싱의 에어유입구 측에 에어재순환부의 재순환출입구를 개폐시키도록 하는 출입구개폐부를 마련하여 필요에 따라 선택적으로 출입구개폐부를 개폐시켜 유동의 흐름을 조절할 수 있도록 함으로써, 에어재순환부가 있는 경우와 없는 경우의 두 가지 원심압축기의 장점을 모두 취합할 수 있게 되게 되면서 그 결과 압축기 성능 향상을 도모할 수 있게 되는 원심압축기에 관한 것이다.

일반적으로 원심압축기는 회전되는 임펠러의 축방향으로 유체를 흡입한 후 원주방향으로 토출하여 유체를 압축 및 펌핑하는 장치를 말한다.

일례로 종래 기술의 원심압축기에 대해 개략적으로 살펴보면, 도 1 및 도 2에서 나타낸 것과 같이, 에어유입구(11)를 갖는 케이싱(10)과, 상기 케이싱(10)의 에어유입구(11) 측에 배치되어 축 회전되는 임펠러(20)를 포함하여 구성된다.

상기 임펠러(20)는 샤프트(21)가 회전모터(22)와 연결되어 축 회전되는 구조로 되어 있다.

도 1 및 도 2의 원심압축기는, 상기 케이싱(10)의 외측부에 공간, 즉 에어재순환부가 마련되어 있지 않은 경우에 해당된다.

이러한 구조를 갖는 종래 기술의 원심압축기는, 도 1에서와 같이 유량이 많을 경우, 그 유동은 케이싱(10)과 임펠러(20)의 안쪽 벽면으로 가득 차게 흐르므로 많은 유량이 흐를 수 있다(도 8에서 Q4를 의미).

그리고, 도 2에서와 같이 적은 유량이 흐르는 경우, 상기 케이싱(10) 윗쪽 벽면에서 재순환하는 유동이 생기게 되고 이에 따라 유량이 지나갈 수 있는 영역(면적)은 실질적으로 줄어드는 결과가 된다(도 8에서 Q2를 의미).

한편, 도 3 및 도 4는 상기 케이싱(10)의 외측부에 공간, 즉 에어재순환부(30)가 마련되어 있는 경우이다.

이러한 종래 기술의 원심압축기는 에어유입구(11)를 갖는 케이싱(10)과, 상기 케이싱(10)의 에어유입구(11) 측에 배치되어 축 회전되는 임펠러(20) 및 상기 임펠러(20)와 인접되는 상기 에어유입구(11) 측의 케이싱(10) 외주부를 감싸 상기 케이싱(10)과의 사이에 공간부(31)를 형성하는 동시에 이 공간부(31)의 선, 후단부에 해당되는 상기 케이싱(10)에 각각 유입되는 에어가 재순환되도록 하는 한 쌍의 재순환출입구(32,33)를 갖는 에어재순환부(30)를 포함하여 구성된다.

상기 임펠러(20)는 샤프트(21)가 회전모터(22)와 연결되어 축 회전되는 구조로 되어 있다.

그 중, 도 3에서와 같이 많은 유량이 흐르는 경우, B부분의 유속이 A보다 빠르게 되므로 A의 압력(대기압)이 B의 압력(대기압 미만)보다 높게 된다.

따라서, 일부 유동이 후단의 재순환출입구(32)를 통해 공간부(31)로 유입되어 선단의 재순환출입구(33)로 흐르는 재순환 유동이 생기게 되고 이에 따라 유량이 흐를 수 있는 최대면적은 에어재순환부가 없는 케이싱에 비해서 줄어드는 결과가 발생하므로 최대 운전가능 유량은 작아지게 된다(도 8에서 Q3을 의미).

그리고, 도 4에서와 같이 적은 유량이 흐르는 경우, B부분의 유속이 A보다 느리게 되므로 A의 압력(대기압)보다 B의 압력(대기압 초과)이 높게 된다.

따라서, 일부 유동이 선단의 재순환출입구(33)를 통해 공간부(31)로 유입되어 후단의 재순환출입구(32)로 흐르는 재순환 유동이 생기게 되고 이에 따라 유량이 흐를 수 있는 최대면적은 에어재순환부가 없는 케이싱에 비해서 넓어지는 결과가 발생하므로 최소 운전가능 유량은 더 작아지게 된다(도 8에서 Q1을 의미).

그러나, 이러한 종래 기술의 원심압축기는 에어재순환부가 있는 경우와 없는 경우로 나누어져 있기 때문에 이들 두 가지 원심압축기의 장점을 모두 취합할 수 없게 되는 등의 단점이 있었다.

대한민국 등록특허 제10-0813145호

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 케이싱의 에어유입구 측에 에어재순환부의 재순환출입구를 개폐시키도록 하는 출입구개폐부를 마련하여 필요에 따라 선택적으로 출입구개폐부를 개폐시켜 유동의 흐름을 조절할 수 있도록 함으로써, 에어재순환부가 있는 경우와 없는 경우의 두 가지 원심압축기의 장점을 모두 취합할 수 있게 되게 되면서 그 결과 압축기 성능 향상을 도모할 수 있도록 하는 원심압축기를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 원심압축기는 에어유입구를 갖는 케이싱; 상기 케이싱의 에어유입구 측에 배치되어 축 회전되는 임펠러; 및 상기 임펠러와 인접되는 상기 에어유입구 측의 케이싱 외주부를 감싸 상기 케이싱과의 사이에 공간부를 형성하는 동시에 이 공간부의 선, 후단부에 해당되는 상기 케이싱에 각각 유입되는 에어가 재순환되도록 하는 한 쌍의 재순환출입구를 갖는 에어재순환부를 포함하여 구성되는 원심압축기에 있어서, 상기 에어재순환부의 재순환출입구를 개폐시키도록 하는 출입구개폐부가 더 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 원심압축기에 있어서, 상기 출입구개폐부는 상기 한 쌍의 재순환출입구 중 에어가 흐르는 방향을 기준으로 하여 그 후단부의 재순환출입구에 설치되는 것일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 원심압축기에 있어서, 상기 에어유입구는 원관체 구조로서, 상기 에어재순환부의 재순환출입구는 상기 에어유입구의 원주면을 따라 관통된 링 형상의 관통공 구조로 되고, 상기 재순환출입구의 인접부에 상기 케이싱의 내외부를 관통하는 슬릿이 마련되며, 상기 출입구개폐부는, 상기 재순환출입구에 대응되어 이 재순환출입구를 개폐시킬 수 있도록 상기 재순환출입구에 인접되는 상기 케이싱의 에어유입구 내주부에 배치되는 링판 구조의 개폐밸브; 상기 개폐밸브의 외주면과 그 일단부가 연결되고 그 타단부가 상기 슬릿을 통해 상기 케이싱의 외부로 노출되는 커넥터; 및 상기 커넥터와 연결되어 상기 커넥터를 전후로 슬라이딩시키면서 상기 재순환출입구를 선택적으로 개폐시키는 액추에이터를 포함하여 구성된 것일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 원심압축기에 있어서, 상기 슬릿과 이에 대응되는 커넥터 및 엑추에이터는 상기 재순환출입구의 원주방향을 따라 등 간격으로 이격된 복수개로 이루어진 것일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 원심압축기에 있어서, 상기 복수개의 슬릿과 이에 대응되는 커넥터 및 엑추에이터는 상기 재순환출입구의 원주방향을 따라 서로 간에 직각을 이루도록 하여 상하좌우에 각각 배치되는 것일 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명의 원심압축기는 케이싱의 에어유입구 측에 에어재순환부의 재순환출입구를 개폐시키도록 하는 출입구개폐부를 마련하여 필요에 따라 선택적으로 출입구개폐부를 개폐시켜 유동의 흐름을 조절할 수 있도록 함으로써, 에어재순환부가 있는 경우와 없는 경우의 두 가지 원심압축기의 장점을 모두 취합할 수 있게 되게 되면서 그 결과 압축기 성능 향상을 도모할 수 있게 되는 등의 효과를 얻는다.

도 1은 종래 기술에 따른 임펠러용 압축기 중 에어재순환부가 없는 구조에서 많은 유량이 흐르는 경우를 나타낸 개략도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 임펠러용 압축기 중 에어재순환부가 없는 구조에서 적은 유량이 흐르는 경우를 나타낸 개략도이다.
도 3은 종래 기술에 따른 임펠러용 압축기 중 에어재순환부가 있는 구조에서 많은 유량이 흐르는 경우를 나타낸 개략 절개사시도이다.
도 4는 종래 기술에 따른 임펠러용 압축기 중 에어재순환부가 있는 구조에서 적은 유량이 흐르는 경우를 나타낸 개략 절개사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 원심압축기를 나타낸 요부 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 원심압축기를 나타낸 개략 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 원심압축기의 개폐밸브가 작동되는 상태를 나타낸 개략 단면도이다.
도 8은 종래기술과 본 발명에 대한 압축 성능을 비교하기 위한 성능곡선도이다.

이하, 첨부된 도면에 의거 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5 내지 도 7에서 나타낸 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 원심압축기는 에어유입구(11)를 갖는 케이싱(10)과, 상기 케이싱(10)의 에어유입구(11) 측에 배치되어 축 회전되는 임펠러(20)와, 상기 임펠러(20)와 인접되는 상기 에어유입구(11) 측의 케이싱(10) 외주부를 감싸 상기 케이싱(10)과의 사이에 공간부(31)를 형성하는 동시에 이 공간부(31)의 선, 후단부에 해당되는 상기 케이싱(10)에 각각 유입되는 에어가 재순환되도록 하는 한 쌍의 재순환출입구(32,33)를 갖는 에어재순환부(30) 및 상기 에어재순환부(30)의 재순환출입구(32,33)를 개폐시키도록 하는 출입구개폐부(40)를 포함하는 구성으로 되어 있다.

여기서, 상기 임펠러(20)는 샤프트(21)가 회전모터(22)와 연결되어 축 회전되는 구조로 되어 있다.

그리고, 상기 출입구개폐부(40)는 상기 한 쌍의 재순환출입구(32,33) 중 에어가 흐르는 방향을 기준으로 하여 그 후단부의 재순환출입구(32)에 설치되는 구조로 되어 있다.

그리고, 상기 에어유입구(11)는 원관체 구조로서, 상기 에어재순환부(30)의 재순환출입구(32)는 상기 에어유입구(11)의 원주면을 따라 관통된 링 형상의 관통공 구조로 되고, 상기 재순환출입구(32)의 인접부에 상기 케이싱(10)의 내외부를 관통하는 슬릿(12)이 마련되며, 상기 출입구개폐부(40)는, 상기 재순환출입구(32)에 대응되어 이 재순환출입구(32)를 개폐시킬 수 있도록 상기 재순환출입구(32)에 인접되는 상기 케이싱(10)의 에어유입구(11) 내주부에 배치되는 링판 구조의 개폐밸브(41)와, 상기 개폐밸브(41)의 외주면과 그 일단부가 연결되고 그 타단부가 상기 슬릿(12)을 통해 상기 케이싱(10)의 외부로 노출되는 커넥터(42) 및 상기 커넥터(42)와 연결되어 상기 커넥터(42)를 전후로 슬라이딩시키면서 상기 재순환출입구(32)를 선택적으로 개폐시키는 액추에이터(43)를 포함하여 구성된다.

그리고, 상기 슬릿(12)과 이에 대응되는 커넥터(42) 및 엑추에이터(43)는 상기 재순환출입구(32)의 원주방향을 따라 등 간격으로 이격된 복수개로 이루어져 있다.

바람직하게 상기 복수개의 슬릿(12)과 이에 대응되는 커넥터(42) 및 엑추에이터(43)는 상기 재순환출입구(32)의 원주방향을 따라 서로 간에 직각을 이루도록 하여 상하좌우에 각각 배치될 수 있다.

이러한 구성에 따른 본 발명의 일 실시예인 원심압축기의 작동 과정을 살펴보면, 우선 상기 엑추에이터(43)의 작동없이 상기 개폐밸브(41)를 정지시킨 상태로 상기 재순환출입구(32)를 개방시키게 되면, 많은 유량이 흐르는 경우, B부분의 유속이 A보다 빠르게 되므로 A의 압력(대기압)이 B의 압력(대기압 미만)보다 높게 되고, 이에 따라 일부 유동이 후단의 재순환출입구(32)를 통해 공간부(31)로 유입되어 선단의 재순환출입구(33)로 흐르는 재순환 유동이 생기게 되며 그 결과 유량이 흐를 수 있는 최대면적은 에어재순환부가 없는 케이싱에 비해서 줄어드는 결과가 발생하므로 최대 운전가능 유량은 작아지게 된다(도 8에서 Q3을 의미).

그리고, 적은 유량이 흐르는 경우, B부분의 유속이 A보다 느리게 되므로 A의 압력(대기압)보다 B의 압력(대기압 초과)이 높게 되고, 이에 따라 일부 유동이 선단의 재순환출입구(33)를 통해 공간부(31)로 유입되어 후단의 재순환출입구(32)로 흐르는 재순환 유동이 생기게 되며 그 결과 유량이 흐를 수 있는 최대면적은 에어재순환부가 없는 케이싱에 비해서 넓어지는 결과가 발생하므로 최소 운전가능 유량은 더 작아지게 된다(도 8에서 Q1을 의미).

한편, 필요에 따라 상기 엑추에이터(43)를 작동시켜 상기 개폐밸브(41)로 상기 재순환출입구(32)를 밀폐시키게 되면, 유량이 많을 경우, 그 유동은 케이싱(10)과 임펠러(20)의 안쪽 벽면으로 가득 차게 흐르므로 많은 유량이 흐를 수 있게 된다(도 8에서 Q4를 의미).

그리고, 적은 유량이 흐르는 경우, 상기 케이싱(10) 윗쪽 벽면에서 재순환하는 유동이 생기게 되고 이에 따라 유량이 지나갈 수 있는 영역(면적)은 실질적으로 줄어드는 결과를 얻을 수 있게 된다(도 8에서 Q2를 의미).

위와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 원심압축기는 케이싱의 에어유입구 측에 에어재순환부의 재순환출입구를 개폐시키도록 하는 출입구개폐부를 마련하여 필요에 따라 선택적으로 출입구개폐부를 개폐시켜 유동의 흐름을 조절할 수 있도록 함으로써, 에어재순환부가 있는 경우와 없는 경우의 두 가지 원심압축기의 장점을 모두 취합할 수 있게 되게 되면서 그 결과 압축기 성능 향상을 도모할 수 있게 되는 것이다.

이상에서와 같이, 본 발명은 상기의 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 이러한 실시예를 종래의 공지 기술과 단순히 조합 적용한 변형예는 물론 본 발명의 특허청구범위와 상세한 설명에서 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 용이하게 변경하여 이용할 수 있는 모든 기술들은 본 발명의 기술범위에 당연히 포함된다고 보아야 할 것이다.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**
10 : 케이싱 11 : 에어유입구
20 : 임펠러 21 : 샤프트
22 : 회전모터 30 : 에어재순환부
31 : 공간부 32 : 재순환출입구
33 : 재순환출입구 40 : 출입구개폐부
41 : 개폐밸브 42 : 커넥터
43 : 엑추에이터

Claims (5)

1. 에어유입구를 갖는 케이싱;
   상기 케이싱의 에어유입구 측에 배치되어 축 회전되는 임펠러;
   상기 임펠러와 인접되는 상기 에어유입구 측의 케이싱 외주부를 감싸 상기 케이싱과의 사이에 공간부를 형성하는 동시에 이 공간부의 선, 후단부에 해당되는 상기 케이싱에 각각 유입되는 에어가 재순환되도록 하는 한 쌍의 재순환출입구를 갖는 에어재순환부;를 포함하여 구성되는 원심압축기에 있어서,
   상기 에어재순환부의 재순환출입구를 개폐시키도록 하는 출입구개폐부가 더 구비되고,
   상기 출입구개폐부는 상기 한 쌍의 재순환출입구 중 에어가 흐르는 방향을 기준으로 하여 그 후단부의 재순환출입구에 설치되며,
   상기 에어유입구는 원관체 구조로서, 상기 에어재순환부의 재순환출입구는 상기 에어유입구의 원주면을 따라 관통된 링 형상의 관통공 구조로 되고,
   상기 재순환출입구의 인접부에 상기 케이싱의 내외부를 관통하는 슬릿이 마련되며,
   상기 출입구개폐부는 상기 재순환출입구에 대응되어 이 재순환출입구를 개폐시킬 수 있도록 상기 재순환출입구에 인접되는 상기 케이싱의 에어유입구 내주부에 배치되는 링판 구조의 개폐밸브와, 상기 개폐밸브의 외주면과 그 일단부가 연결되고 그 타단부가 상기 슬릿을 통해 상기 케이싱의 외부로 노출되는 커넥터와, 상기 커넥터와 연결되어 상기 커넥터를 전후로 슬라이딩시키면서 상기 재순환출입구를 선택적으로 개폐시키는 액추에이터를 포함하고,
   상기 슬릿과 이에 대응되는 커넥터 및 엑추에이터는 상기 재순환출입구의 원주방향을 따라 등 간격으로 이격된 복수개로 이루어지며,
   상기 개폐밸브는 상기 등 간격으로 이격된 복수개의 액추에이터의 동시 작동에 의해 상기 케이싱의 에어유입구를 따라 에어가 흐르는 방향의 정방향 또는 역방향으로 이동함에 있어서, 상기 각각의 액추에이터에 의해 슬라이딩되는 각각의 커넥터가 연결된 개폐밸브의 외주면 각각이 상기 케이싱의 에어유입구의 내주부와 평행한 상태가 유지되도록 이동하는 것을 특징으로 하는 원심압축기.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 복수개의 슬릿과 이에 대응되는 커넥터 및 엑추에이터는 상기 재순환출입구의 원주방향을 따라 서로 간에 직각을 이루도록 하여 상하좌우에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 원심압축기.

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