KR101456852B1 - 진동이 저감되는 원심식 송풍기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기 흡입시 발생하는 와류의 형성을 차단함으로써, 와류에 의한 진동의 발생이 저감되는 원심식 송풍기에 관한 것으로서, 본 출원의 일 실시예에 따르면, 회전 가능하게 구비되고, 둘레를 따라 복수개의 블레이드가 구비되어 회전축 방향으로 공기를 흡입하여 회전반경외측방향으로 공기를 배출하는 로터, 상기 로터의 공기가 흡입되는 측에 구비되는 스테이터 및 상기 스테이터의 로터를 바라보는 면에 상기 로터의 회전중심을 향하여 돌출 연장되어 상기 스테이터를 통해 로터로 흡입되는 공기에서 와류가 발생하는 것을 방지하는 안티 볼텍스 멤버를 포함하는 진동이 저감되는 원심식 송풍기가 제공된다.

Description

진동이 저감되는 원심식 송풍기{Centrifugal type Blower Reducing Vibration}

본 발명은 원심식 송풍기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공기 흡입시 발생하는 와류의 형성을 차단함으로써, 와류에 의한 진동의 발생이 저감되는 원심식 송풍기에 관한 것이다.

공기를 흡입하거나 송풍하기 위한 장치로서 송풍기가 널리 사용되고 있다. 이러한 송풍기는 프로펠러 또는 팬(fan)을 회전시켜 상기 프로펠러 또는 팬의 전측과 후측 사이에 압력의 차이를 발생시켜 공기를 유동시킨다.

상기와 같은 송풍기는 크게 축류식과 원심식이 있다.

축류식은 프로펠러 또는 팬의 회전중심축과 공기의 흐름의 방향이 일치되는 것이고, 원심식은 공기의 흡입방향은 프로펠러 또는 팬의 회전중심축의 길이방향과 같은데 흡입된 공기의 토출방향은 프로펠러 또는 팬의 회전반경외측방향으로 토출되어 공기의 흡입방향과 토출방향이 직각될 수 있다.

상기와 같은 송풍기는 통풍이 필요한 장소 또는 덕트의 내부 등에 설치될 수 있다.

도 1은 종래의 원심식 송풍기(1)를 도시한 단면도 이다.

종래의 원심식 송풍기(1)는 로터(10)와 스테이터(20)로 이루어질 수 있다.

상기 로터(10)는 회전가능하게 배치되며, 모터(미도시) 또는 다른 동력원에 의해 회전되는 동력을 전달받도록 이루어진다. 상기 로터(10)는 그 둘레를 따라 회전축과 같은 방향으로 복수개의 블레이드(12)가 공기가 흡입되는 방향측으로 돌출 형성될 수 있다.

그리고, 상기 스테이터(20)는 상기 로터(10)의 공기가 흡입되는 측에 위치되며, 흡입되는 공기의 양을 조절하는 가이드 베인(126) 등이 구비될 수 있다.

한편, 상기와 같은 원심식 송풍기(1)는 상기 로터(10)가 회전함에 따라, 공기가 상기 스테이터(20)를 통해 흡입되어 상기 블레이드(12)를 통과한 후에 상기 로터(10)의 회전반경 외측 방향으로 토출될 수 있다.

그런데, 상기와 같이 원심식 송풍기(1)에서 상기 스테이터(20)를 거쳐 로터(10)로 흡입되는 공기의 흐름에는 와류(vortex: V)가 발생한다.

상기 와류(V)의 흐름은 상기 스테이터(20)의 중심에서부터 발생하여, 상기 로터(10)로 갈수록 상기 블레이드(12) 측을 향하도록 형성된다.

도 2는 상기 원심식 송풍기(1)에서 발생하는 공기의 흐름을 상기 원심식 송풍기(1)의 단면도 상에서 도시한 그림이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 와류의 중심(vortex core: VC)은 상기 원심식 송풍기(1)의 중심부근(즉, 로터의 회전중심(14) 부근)에서 발생함을 알 수 있다.

상기와 같이 발생된 와류(V)는 상기 로터(10)의 블레이드(12)를 통해 상기 원심식 송풍기(1)가 구비된 덕트(미도시)까지 흐름이 유지되어 진동을 발생시킬 수 있는데, 이렇게 진동이 발생되면 소음이 발생할 뿐만 아니라 이러한 진동이 상기 원심식 송풍기(1)가 설치된 덕트 및 주변품의 고유진동수와 일치하게 되면 상기 원심식 송풍기(1)는 물론, 상기 원심식 송풍기(1)와 연결된 덕트 또는 주변 구성품까지 파손될 수 있는 등 큰 문제를 야기할 수 있다.

일본공개특허공보 평08-247090

본 출원은 상기와 같은 과제를 해결하기 위한 것으로서, 본 출원은 와류의 발생 및 발생된 와류의 흐름이 덕트까지 전달되는 것을 차단하여 진동이 저감되는 원심식 송풍기를 제공하는 것이 과제이다.

본 출원의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 출원의 일 실시예에 따르면, 회전 가능하고, 둘레를 따라 복수개의 블레이드를 포함하며, 회전축 방향으로 공기를 흡입하여 회전반경외측방향으로 공기를 배출하는 로터와 상기 로터와 마주하여 위치하는 스테이터 및 상기 스테이터로부터 상기 로터를 향하여 돌출 연장되고, 상기 스테이터를 통해 상기 로터로 흡입되는 공기에 와류가 발생되는 것을 방지하는 안티 볼텍스 멤버를 포함하는 원심식 송풍기가 제공된다.

상기 안티 볼텍스 멤버는, 그 횡단면의 둘레가 곡면일 수 있다.

상기 안티 볼텍스 멤버는, 상기 스테이터의 중심으로부터 상기 로터의 블레이드가 형성된 높이까지 연장될 수 있다.

상기 안티 볼텍스 멤버는, 상기 로터를 향하는 끝단으로 갈수록 직경이 작아지게 수렴될 수 있다.

상기 스테이터는 상기 로터의 회전축과 동일축선 상인 허브 및 상기 허브로부터 방사상으로 연장되는 스포크를 포함하되, 상기 안티 볼텍스 멤버는 상기 허브로부터 상기 로터의 회전중심을 향하여 돌출 연장될 수 있다.

본 출원의 진동이 저감되는 원심식 송풍기에 따르면, 와류의 발생이 차단되며, 발생된 와류의 흐름이 원심식 송풍기의 외부로 전달되는 것을 차단하여 원심식 송풍기에서 발생되는 진동 자체를 저감할 수 있으며, 그에 더하여 원심식 송풍기가 설치된 덕트 등의 주변품에 진동이 전달되는 것을 차단할 수 있어 환기 시스템 자체에 발생하는 진동을 저감할 수 있는 효과가 있다.

그에 따라, 원심식 송풍기가 설치된 덕트 등 주변품에 공진회피를 위한 별도의 장치를 설치할 필요가 없으므로 설계 및 설치가 간편해지며, 설치피용이 절감되는 효과가 있다.

본 출원의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

아래에서 설명하는 본 출원의 실시예의 상세한 설명뿐만 아니라 위에서 설명한 요약은 첨부된 도면과 관련해서 읽을 때에 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 본 출원을 예시하기 위한 목적으로 도면에는 실시예들이 도시되어 있다. 그러나, 본 출원은 도시된 정확한 배치와 수단에 한정되는 것이 아님을 이해해야 한다.
도 1은 종래의 원심식 송풍기를 도시한 단면도;
도 2는 도 1의 원심식 송풍기에서 공기의 흐름에 의해 와류의 중심이 형성되는 지점을 도시한 도면;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동이 저감되는 원심식 송풍기를 도시한 단면도;
도 4는 도 3의 안티 볼텍스 멤버의 주위에 흐르는 공기의 흐름을 도시한 사시도;
도 5는 도 3의 원심식 송풍기에서 송풍되는 공기가 흐르는 에어덕트를 도시한 사시도;
도 6은 도 3의 원심식 송풍기에서 송풍되는 공기가 흐르는 보일러 윈드 박스를 도시한 사시도;
도 7 내지 도 10은 일반적인 원심식 송풍기가 적용된 공기공급시스템과 본 실시예의 원심식 송풍기가 적용된 공기공급시스템에서 각 부분의 진동 변위 속도 및 동압 변위폭을 측정하여 대조한 도표로서,
도 7은 원심식 송풍기가 70% 부하로 운전될 때를 대조한 표;
도 8은 원심식 송풍기가 75% 부하로 운전될 때를 대조한 표;
도 9는 원심식 송풍기가 80% 부하로 운전될 때를 대조한 표;
도 10은 원심식 송풍기가 85% 부하로 운전될 때를 대조한 표 이다.

이하 본 출원의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

본 실시예에 따른 진동이 저감되는 원심식 송풍기(100)는 도 3에 도시된 바와 같이, 로터(110), 스테이터(120) 및 안티 볼텍스 멤버(130)를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 로터(110)는 회전가능하게 배치되며, 모터(118) 또는 다른 동력원에 의해 회전되는 동력을 전달받아 회전되도록 이루어진다.

상기 로터(110)는 대략 원판의 형상으로 이루어지며, 그 둘레를 따라 복수개의 블레이드(112)가 상기 로터(110)의 회전축(116)과 같은 방향으로 공기가 흡입되는 방향을 향하여 돌출형성될 수 있다.

상기 로터(110)가 회전됨으로써, 공기가 상기 로터(110)의 회전축 방향으로 흡입되어 상기 블레이드(112)를 거쳐 상기 로터(110)의 회전반경 외측방향으로 배출될 수 있다.

그리고, 상기 스테이터(120)는 상기 로터(110)의 공기가 흡입되는 측에 상기 로터(110)와 이격되게 구비되며, 중앙부에 허브(122)가 구비되고, 상기 허브(122)로부터 방사상으로 연장된 하나 이상의 스포크(124)를 포함하여 이루어질 수 있다. 또한, 흡입되는 공기의 양을 조절하는 가이드 베인(126)이 상기 허브(122)로부터 상기 스테이터(120)의 둘레측으로 연장되도록 구비될 수 있다.

그리고, 상기 안티 볼텍스 멤버(130)는, 상기 스테이터(120)의 로터(110)를 바라보는 면에 상기 로터(110)의 회전중심을 향하여 돌출 연장되어 상기 스테이터(120)를 통해 로터(110)로 흡입되는 공기에서 와류가 발생하는 것을 차단하는 구성요소이다.

즉, 배경기술 및 도 1에 전술한 바와 같이, 종래의 원심식 송풍기(1)는 상기 로터(10)가 회전하면 상기 스테이터(20)를 거쳐 로터(10)로 흡입되는 공기의 흐름에 와류(V)가 발생되는데, 상기 안티 볼텍스 멤버(130)가 상기 와류(V : 도 1참조)의 발생을 차단하는 것이다.

상기 와류(V)는 상기 스테이터(120)의 로터(110)를 바라보는 면의 허브(122) 부근에서 발생되어 상기 로터(110)의 회전축(116) 부근으로부터 블레이드(112)가 형성된 외주면으로 편향되는데, 상기 와류(V)의 흐름이 형성되는 지점에 상기 안티 볼텍스 멤버(130)가 위치할 수 있다.

전술한 바와 같이, 상기 와류의 흐름이 형성되는 지점에 상기 안티 볼텍스 멤버(130)가 구비된다면, 도 4에 도시된 바와 같이, 공기의 흐름(140)이 상기 안티 볼텍스 멤버(130)의 외주면을 타고 나선상으로 상기 안티 볼텍스 멤버(130)의 끝단부를 향해 흐를 수 있다.

이 때, 상기 안티 볼텍스 멤버(130)는 그 외주면을 따라 흐르는 공기의 흐름(140)이 원할하도록 그 횡단면의 둘레가 각진 부분이 없는 원형 또는 타원형의 곡면을 이룰 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 그 각진 부분의 꺾인 각도가 크지 않다면 다각형의 형태로 이루어질 수도 있다.

또한, 상기 안티 볼텍스 멤버(130)는 상기 로터(110)를 향하는 끝단으로 갈 수록 직경이 작아지게 수렴되도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 안티 볼텍스 멤버(130)의 상기 로터(110)를 향하는 끝단부는 원추형으로 형성될 수도 있으며, 또는 그 끝단이 둥글게 형성될 수도 있다.

따라서, 상기 안티 볼텍스 멤버(130)의 끝단이 수렴되도록 형성되므로, 상기 안티 볼텍스 멤버(130)의 외주면을 따라 나선형태로 흐르던 공기의 흐름(140)은 상기 로터(110)를 향하는 끝단으로 갈수록 그 회전되는 반경이 작아지며 상기 안티 볼텍스 멤버(130)의 끝단을 벗어나게 되면 그 회전되는 반경이 매우 작게 되어 와류의 특성을 지니지 않을 수 있다.

그리고, 상기 안티 볼텍스 멤버(130)는 상기 스테이터(120)의 중심으로부터 상기 로터의 블레이드(112)가 형성된 높이까지 연장되게 형성될 수 있다.

따라서, 상기 안티 볼텍스 멤버(130)의 끝단에서 벗어난 공기의 흐름(140)이 와류가 형성될 충분한 거리가 형성되지 않으므로, 상기 안티 볼텍스 멤버(130)의 끝단에서 벗어난 공기의 흐름은 상기 로터(110)의 블레이드(112)로 바로 향하게 되어 상기 로터(110)의 회전에 의한 와류가 형성되지 않을 수 있다.

이하, 본 출원인이 전술한 실시예의 진동이 저감되는 원심식 송풍기의 진동 저감 효과를 측정하기 위한 실험에 대해서 기술하고자 한다.

본 실험은 전술한 실시예의 진동이 저감되는 원심식 송풍기가 보일러에 공기를 공급하는 공기공급시스템에 적용하여, 상기 공기공급시스템의 각 부분에서의 진동을 측정하였으며, 상기 진동이 저감되는 원심식 송풍기의 효과를 대조하기 위하여 배경기술에 기재한 종래의 일반적인 원심식 송풍기를 적용하였을 때와 비교측정하였다.

상기 공기공급시스템은 도 5의 에어덕트(150) 및 도 6의 보일러 윈드 박스(160)를 포함할 수 있다.

상기 에어덕트(150)는 배경기술의 원심식 송풍기(1) 또는 전술한 실시예의 진동이 저감되는 원심식 송풍기(100)로부터 토출된 공기를 도 6의 보일러 윈드 박스(160)로 안내하는 구성요소이며, 상기 보일러 윈드 박스(160)는 상기 에어덕트(150)로부터 공급된 공기를 보일러(미도시)에 균일하게 공급하기 위한 챔버의 역할을 수행하는 구성요소이다.

한편, 도 7 내지 도 10의 표에 개시된 바와 같이, 진동의 측정지점은 에어덕트(150), 보일러 윈드박스 윗면(162), 보일러 윈드박스 인렛 케이싱(164) 및 보일러 윈드박스 측면(166)에서 측정하였다.

상기 보일러 인렛 케이싱(164)는 상기 에어덕트(150)로부터 공급된 공기를 보일러 윈드 박스(160)로 안내하도록 상기 에어덕트(150)와 결합되는 구성요소이다.

상기 에어덕트(150) 및 보일러 윈드박스 윗면(162), 보일러 윈드박스 인렛 케이싱(164)에서는 진동의 방향이 수직방향이고, 보일러 윈드박스 측면(166)에서의 진동의 방향은 수평방향을 측정하였다.

그리고, 상기 에어덕트(150) 및 보일러 윈드 박스(160)에서의 측정은 각 지점의 진동 변위 속도(mm/s, rms)를 측정하였다.

또한, 상기 안티 볼텍스 멤버(130)의 유무에 따른 상기 원심식 송풍기(100)의 하우징 내의 압력의 차이를 대조하기 위하여 상기 원심식 송풍기(100)의 하우징 내 공기의 동압의 변동폭(pa, 0-peak)을 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 두 군데(172, 174)에서 측정하였다.

이 때, 동압 변동폭의 측정지점은 상기 로터(110)의 블레이드(112)와 스테이터(120) 사이의 지점을 측정하였다. 상기 동압은 그 변동폭이 작을수록 와류의 흐름의 발생이 덜 이루어지는 것으로 유추할 수 있다.

한편, 본 실험에서는 종래의 원심식 송풍기(1)와 본 실시예의 진동이 저감되는 원심식 송풍기(100)가 각각 정격출력의 70%, 75%, 80%, 85% 부하일 때의 각 지점에서의 진동 변위 속도 및 동압의 변동폭의 차이를 측정하였다.

먼저, 도 5에 도시된 에어덕트(150)에서 상기 원심식 송풍기의 안티 볼텍스 멤버(130)의 유무에 따른 진동 변위 속도의 차이를 살펴보면, 도 7 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 70% 부하일 때에는 본 실시예의 진동이 저감되는 원심식 송풍기(100)가 구비되었을 때가 종래의 원심식 송풍기(1)가 구비되었을 때에 비하여 50%의 감쇠율을 보이며, 75% 부하일 때에는 25%의 감쇠율을 보여, 진동 변위 속도가 현저하게 줄어들어 진동이 감쇠됨을 알 수 있다.

또한, 도 6에 도시된 보일러 윈드박스 윗면(162)에서 상기 원심식 송풍기의 안티 볼텍스 멤버(130)의 유무에 따른 진동 변위 속도의 차이를 살펴보면, 도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 75% 부하일 때에는 때에는 본 실시예의 진동이 저감되는 원심식 송풍기(100)가 구비되었을 때가 종래의 원심식 송풍기(1)가 구비되었을 때에 비하여 45%의 감쇠율을 보이며, 80%부하일 때에는 95%, 85% 부하일 때에는 89%의 감쇠율을 보여, 진동 변위 속도가 현저하게 줄어들어 진동이 감쇠됨을 알 수 있다.

또한, 도 6에 도시된 보일러 윈드박스 인렛 케이싱(164)에서 상기 원심식 송풍기의 안티 볼텍스 멤버(130)의 유무에 따른 진동 변위 속도의 차이를 살펴보면, 도 7 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 70% 부하일 때에는 때에는 본 실시예의 진동이 저감되는 원심식 송풍기(100)가 구비되었을 때가 종래의 원심식 송풍기(1)가 구비되었을 때에 비하여 34%의 감쇠율을 보이며, 75%부하일 때에는 82%, 80% 부하일 때에는 95%, 85% 부하일 때에는 97%의 감쇠율을 보여, 진동 변위 속도가 현저하게 줄어들어 진동이 감쇠됨을 알 수 있다.

또한, 도 6에 도시된 보일러 윈드박스 측면에서 상기 원심식 송풍기의 안티 볼텍스 멤버(130)의 유무에 따른 진동 변위 속도의 차이를 살펴보면, 도 7 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 70% 부하일 때에는 때에는 본 실시예의 진동이 저감되는 원심식 송풍기(100)가 구비되었을 때가 종래의 원심식 송풍기(1)가 구비되었을 때에 비하여 62%의 감쇠율을 보이며, 75%부하일 때에는 33%, 80% 부하일 때에는 19%, 85% 부하일 때에는 78%의 감쇠율을 보여, 진동 변위 속도가 현저하게 줄어들어 진동이 감쇠됨을 알 수 있다.

또한, 도 2 및 도 3에 도시된 각 지점(172, 174)에서 동압 변동폭을 살펴보면, 도 7 및 도 9 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 70% 부하일 때에는 때에는 본 실시예의 진동이 저감되는 원심식 송풍기(100)가 구비되었을 때가 종래의 원심식 송풍기(1)가 구비되었을 때에 비하여 각각 40%의 감쇠율을 보이며, 80% 부하일 때에는 23%와 42%의 감쇠율을 나타내고, 85% 부하일 때에는 52%와 61%의 감쇠율을 보여, 동압 변동폭이 현저하게 줄어들음을 알 수 있으며, 이로 인해 하우징 내 와류 흐름의 발생이 줄어듦을 유추할 수 있고, 이로써 진동의 발생요인이 현저하게 줄어듦을 알 수 있다.

이상과 같이 본 출원에 따른 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 출원은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

100: 원심식 송풍기 110: 로터
112: 블레이드 116: 회전축
118: 모터 120: 스테이터
122: 허브 124: 스포크
126: 베인 130: 안티 볼텍스 멤버
140: 안티 볼텍스 멤버를 따라 흐르는 공기의 흐름
150: 에어덕트 160: 보일러 윈드 박스
162: 보일러 윈드 박스 윗면
164: 보일러 윈드 박스 인렛 케이싱
166: 보일러 윈드 박스 측면
172, 174: 동압 측정지점

Claims (5)

1. 회전 가능하고, 둘레를 따라 복수개의 블레이드를 포함하며, 회전축 방향으로 공기를 흡입하여 회전반경외측방향으로 공기를 배출하는 로터;
   상기 로터와 마주하여 위치하는 스테이터; 및
   상기 스테이터의 중심으로부터 상기 로터의 회전중심을 향하여 횡단면의 둘레가 곡면을 형성하도록 돌출 연장되고 상기 로터를 향하는 끝단으로 갈수록 직경이 작아지게 수렴되도록 형성되어, 상기 스테이터를 통해 상기 로터로 흡입되는 공기가 외주면을 타고 상기 로터측을 향하는 끝단부로 나선상으로 흐르도록 구비되어 와류가 발생되는 것을 방지하는 안티 볼텍스 멤버를 포함하는 원심식 송풍기.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 안티 볼텍스 멤버는,
   상기 스테이터의 중심으로부터 상기 로터의 블레이드가 형성된 높이까지 연장되는 원심식 송풍기.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 스테이터는 상기 로터의 회전축과 동일축선 상인 허브 및 상기 허브로부터 방사상으로 연장되는 스포크를 포함하되,
   상기 안티 볼텍스 멤버는 상기 허브로부터 상기 로터의 회전중심을 향하여 돌출 연장되는 원심식 송풍기.

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