KR101465052B1

KR101465052B1 - 원심압축기의 쉬라우드 임펠러 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101465052B1
Application number: KR1020130040502A
Authority: KR
Inventors: 김경국; 이상언
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2013-04-12
Filing date: 2013-04-12
Publication date: 2014-11-25
Also published as: EP2789860A3; US9441491B2; US20140308132A1; KR20140123314A; EP2789860A2; EP2789860B1

Abstract

원심압축기에 사용되는 쉬라우드 임펠러를 제조가 간단하며 가공 수율과 구조적 안정성이 높음은 물론 치수정밀도도 높도록, 구동축에 연결되는 로터리 허브; 상기 로터리 허브의 회전축을 중심으로 방사형으로 배치되는 복수의 블레이드; 상기 복수의 블레이드 상단으로 접합방식에 의해 형성되는 일체형 쉬라우드;를 포함하는 원심압축기의 쉬라우드 임펠러 및 그 제조방법을 제공한다.
그에 따라 제조에 따른 높은 효율성을 가질 뿐만 아니라 고속 회전에 적합함은 물론 유동 손실을 최소화함에 따라 높은 압축 효율을 가질 수 있는 효과를 가진다.

Description

원심압축기의 쉬라우드 임펠러 및 그 제조방법{Shrouds of centrifugal compressor impeller and method of manufacturing the same}

본 발명은 원심압축기에 사용되는 쉬라우드 임펠러에 관한 것으로, 더 상세하게는 제조가 간단하며 가공 수율과 구조적 안정성이 높음은 물론 치수정밀도도 높은 원심압축기의 쉬라우드 임펠러 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 원심압축기(Centrifugal Compressor)라 함은 고속 회전하는 로터 또는 임펠러의 회전축 방향으로 유체를 흡입하여 원주방향으로 토출함으로써, 원심력에 의해 속도 에너지를 압력 에너지로 변환시켜 유체를 압축하는 장치를 말한다.

이러한 원심압축기는 각종 냉동 공조설비는 물론 가스 터빈 시스템 등과 같은 다양한 산업분야에 폭 넓게 적용되고 있는 실정이다.

통상적인 원심압축기는 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 구동축(40)에 연결되는 로터리 허브(11) 및 로터리 허브(11)의 회전축(X-X')을 중심으로 방사형으로 배치되는 복수의 블레이드(12)를 구비한 임펠러(10)를 구비한다.

또한, 압축하고자 하는 유체가 유입되는 유입구와 압축된 유체가 배출되는 배출구를 형성하며, 상기 복수의 블레이드와 인접하게 배치되어 고정되는 내측면(21)이 형성되는 하우징(20)과, 상기 임펠러(10)로부터 전달받은 힘으로 인해 상승된 전압 성분 중 동압 성분을 낮추는 한편 정압을 상승시키는 디퓨저(30)를 포함하여 구성된다.

상기와 같이 구성되는 통상적인 원심압축기에 사용되는 임펠러로는 용량이나 성능에 따라 개방형과 쉬라우드형으로 나뉘어진다.

다시 말해서, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 복수의 블레이드(12)의 외단부가 개방된 개방형 임펠러(open impeller, 10) 또는 쉬라우드를 구비하지 않은 비쉬라우드 임펠러(unshrouded impeller)라고도 한다.

이러한, 개방형 임펠러(10)는 블레이드의 외단부가 개방된 상태이므로 기계가공이 가능하여 제작이 용이하고, 정밀한 윤곽 공차의 구현이 가능하여 구조적으로 안전하면서 제조단가가 상대적으로 낮은 장점을 갖는다.

그러나, 개방형 임펠러(10)는 블레이드의 선단이 개방되어 있는 관계로, 고속으로 회전하는 가스 터빈 등에 적용하기에는 강성이 약한 단점을 가진다.

또한, 개방형 임펠러는 블레이드의 외단부와 하우징의 내측면 사이에 존재하는 틈새로 압축된 유체의 일부가 누설되어 유동 손실이 발생하는 문제점을 가지고 있었음은 물론 하우징(20)의 유입구(A) 측의 누설 및 배출구(B) 측의 누설로 인해 발생하는 유동 손실이 크게 발생하는 단점도 가지고 있었다.

상기와 같이 개방형 임펠러에서 가지는 문제점을 해소하고자 사용되는 것이 도 2에 도시한 바와 같이 쉬라우드 임펠러(shrouded impeller, 10)로, 이는 로터리 허브(11)에 배치되는 복수의 블레이드(12)의 외단부를 연결하면서 외단부 전체를 쉬라우드(13)에 의해 감싸도록 구성된다.

이러한, 쉬라우드 임펠러(10)는 압축될 유체가 유동하는 폐쇄 유로를 인접하는 각 블레이드(12)와 쉬라우드(13)에 의해 형성함으로써, 개방형 임펠러에 비해서 유동 손실을 감소시킬 수 있으며, 그 결과 더 높은 압축 효율을 갖는다.

아울러, 쉬라우드(13)는 각각의 블레이드(12)들을 연결하는 보강구조물과 같은 역할을 하게 됨에 따라 쉬라우드 임펠러(10)는 개방형 임펠러에 비해서 높은 강성을 가진다.

그러나, 쉬라우드 임펠러의 경우에도 쉬라우드 내부에서 압축될 유체의 유로를 형성하기 위해서는 상당히 복접한 3차원적 구조를 가지게 됨에 따라 가공이 용이하지 않음은 물론 제작 비용이 상당히 높다는 문제점이 초래되었다.

한편, 종래 통상적인 쉬라우드 임펠러를 제조하는 방식에는 쉬라우드를 포함한 임펠러 전체를 주조방식에 의해 제작하거나 개방형 임펠러를 HIP(Hot Isostatic Press :소결방식) 방식으로 제작한 후 기계가공한 다음 별도로 제작한 쉬라우드를 용접하는 방식 등을 통하여 제작하는 것이 일반적이다.

그러나, 상기 주조방식이나 HIP 방식에 있어서는 제조방법의 특성상 강도가 취약할 뿐만 아니라 압력 변화에 따른 쉽게 변형되거나 손상되는 단점이 있었다.

또한, 별도로 제작된 쉬라우드를 용접하는 방식에 있어서도 쉬라우드의 전체를 복수의 블레이드에 용접되는 부분이 한정되어 있는 관계로, 그 용접 부위가 압력 등에 의하여 쉽게 손상이나 파손되는 단점을 가지고 있었다.

상기한 쉬라이드 임펠러에 대한 선행기술로는 도 2의 (a)에 도시한 미국 특허공보 제7,305,762호에 개시된 바와 같이 단일체로 형성되는 디스크 형상의 로터를 수치제어 기구로 제어되는 절삭공구(50)로 기계가공하는 방법이 제안된 바, 이는 복잡한 내부 유로를 갖는 경우 적용에 한계가 있었으며, 절삭공구의 형상에 의해서 가공이 제한받게 되는 단점 또한 있었다.

아울러, 도 2의 (b)에 도시한 일본 특허공개공보 제2010-121612호(이하 '특허문헌 1'이라 합니다)에 개시된 바와 같이 상류 측 임펠러 부재와 하류 측 임펠러 부재를 각각 별도로 가공 한 후 이들 부재를 상호간 접합하여 임펠러를 제조하는 방법이 제안된 바 있다.

상기한 문제점을 해결하고자 종래에도 미국 US2011-0318183호(이하 '특허문헌 2'이라 합니다)에 개시된 바와 같이 블레이드에 일체형 쉬라우드를 형성하고, 일부 분할된 쉬라우드를 형성한 후 블레이드와 일체형 쉬라우드에 브레이징 용접, 스틱 용접, 초음파 용접 또는 전자빔 용접 통해 부착하는 기술이 제안된 바 있다.

일본 특허공개공보 제2010-121612호 미국 US2011-0318183호

그러나, 특허문헌 1의 경우, 복수의 부재를 각각 별개로 가공한 후 이들을 접합하는 과정에서 오차가 발생하여 블레이드 및 쉬라우드 형상의 정확도가 유지되지 어렵다는 단점과 함께 접합 부분에 대한 강성이 현저히 낮아 고속 회전하는 가스 터빈의 압축기에 적용하기에는 부적합한 단점이 있었다.

그리고, 특허문헌 2의 경우에도 일체형 쉬라우드와 접합되는 분할된 쉬라우드에 의해 높은 강성을 가질 수 있었으나, 분할 형성되는 쉬라우드의 가공이 번거로울 뿐만 아니라 접합작업이 상당히 번거롭고 불편한 문제점을 가지고 있었다.

또한, 분할된 쉬라우드를 부착시 정확하고 정밀하게 부착되지 않고 작은 오차가 발생할 경우에는 가스 터빈 등과 같은 고속회전에 사용시 더욱더 위험한 상황을 유발하는 위험성도 가지고 있었다.

상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 주된 목적은 개방형 임펠러의 장점인 제조가 간단하며 가공 수율과 구조적 안정성이 높음은 물론 치수정밀도도 높은 원심압축기용 쉬라우드형 임펠러 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 접합 쉬라우드에 접합되는 쉬라우드 블레이드가 이탈되는 것을 방지할 수 있도록 하는 데 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명은 구동축에 연결되는 로터리 허브; 상기 로터리 허브의 회전축을 중심으로 방사형으로 배치되는 복수의 블레이드; 상기 복수의 블레이드 상단으로 접합방식에 의해 형성되는 일체형 쉬라우드;를 포함한다.

상기 일체형 쉬라우드의 접합은 로터리 허브 측으로부터 상기 복수의 블레이드의 외측 방향으로 접합된다.

상기 일체형 쉬라우드는 각 복수의 블레이드 상단에 형성되는 각각의 접합 쉬라우드, 상기 각 접합 쉬라우드와 접합 쉬라우드 사이로 접합되는 각각의 쉬라우드 블레이드로 형성된다.

상기 접합 쉬라우드는 블레이드 상단에 일체로 형성된다.

상기 접합 쉬라우드는 별도 제작되어 블레이드의 상단에 접합에 의해 형성된다.

상기 접합 쉬라우드와 쉬라우드 블레이드는 서로 맞닿아 접하는 면에 원심하중과 가스압력에 의해 쉬라우드 블레이드가 이탈되지 않도록 형성되는 접합부에 의해 접합된다.

상기 접합부는 서로 대응되게 단차진 스텝(step)면에 의해 접합된다.

상기 쉬라우드 블레이드의 스텝면은 접합 쉬라우드의 스텝면 하부에 위치한다.

상기 접합부는 서로 대응되게 형성된 경사면에 의해 접합된다.

상기 경사면은 각 접합 쉬라우드의 양측단에서 각 블레이드 측을 향하여 경사지게 형성된다.

상기 접합부는 접합 쉬라우드 또는 쉬라우드 블레이드의 서로 접하는 측면에 형성되는 결합홈, 상기 결합홈과 대응되는 접합 쉬라우드 또는 쉬라우드 블레이드의 접하는 측면에 형성되는 결합돌기의 결합 후 접합된다.

상기 쉬라우드 블레이드는 다수 개로 분할되어 접합 형성된다.

상기 접합 쉬라우드와 접합 쉬라우드 사이에는 하나 또는 다수 개의 연결 리브가 연결 형성되며, 상기 쉬라우드 블레이드는 상기 각 연결 리브 및 접합 쉬라우드 사이와 대응되는 형태로 분할 형성되어 접합된다.

상기 각 접합 쉬라우드의 내측단과 외측단에는 연결 리브에 의해 접합 쉬라우드 사이에 접합 공간부를 형성하며, 상기 쉬라우드 블레이드는 상기 접합 공간부와 대응되게 형성되어 접합된다.

상기 접합 쉬라우드 및 연결 리브와 쉬라우드 블레이드는 스텝면에 의해 접합된다.

상기 접합 쉬라우드 및 연결 리브와 쉬라우드 블레이드는 경사면에 의해 접합된다.

상기 접합 공간부에는 하나 또는 다수 개의 연결 리브가 형성되며, 상기 쉬라우드 블레이드 또한 상기 연결 리브 사이의 접합 공간과 대응되는 형태로 삽입되어 접합된다.

구동축에 연결되는 로터리 허브와 상기 로터리 허브의 회전축을 중심으로 방사형으로 배치되는 복수의 블레이드를 형성하는 단계; 상기 복수의 블레이드 상단으로 접합방식에 의해 일체형 쉬라우드를 형성단계;를 포함한다.

상기 일체형 쉬라우드 형성단계는 상기 복수의 블레이드 상단에 접합을 위한 각각의 접합 쉬라우드를 형성하는 단계, 상기 접합 쉬라우드와 접합 쉬라우드 사이에 그와 대응되는 형태로 가공된 쉬라우드 블레이드를 접합하는 단계를 포함한다.

상기 접합 쉬라우드는 복수의 블레이드를 형성시 일체로 형성된다.

상기 접합 쉬라우드는 별도로 가공되어 복수의 블레이드 상단으로 접합에 의해 형성된다.

상기 접합 쉬라우드와 쉬라우드 블레이드는 원심하중과 가스압력에 의해 쉬라우드 블레이드가 이탈되지 않도록 서로 접하는 면에 가공 형성된 접합부에 의해 접합된다.

상기 쉬라우드 블레이드는 하나 또는 다수 개로 분할 형성되어 접합되는 것을 더 포함한다.

본 발명의 쉬라우드 임펠러는 제조가 간단하며 가공 수율과 구조적 안정성이 높음은 물론 치수정밀도도 높은 장점으로 가짐으로써, 제조에 따른 높은 효율성을 가질 뿐만 아니라 고속 회전에 적합함은 물론 유동 손실을 최소화함에 따라 높은 압축 효율을 가질 수 있는 것이다.

또한, 접합 쉬라우드에 접합되는 쉬라우드 블레이드가 이탈되는 것을 방지할 수 있도록 함으로써, 쉬라우드 임펠러에 대하여 높은 신뢰성도 가질 수 있다.

도 1은 종래 개방형 임펠러가 적용된 원심압축의 단면도 및 개방형 임펠러를 도시한 사시도,
도 2는 종래 쉬라우드 임펠러의 가공방법을 설명하기 위한 사시도 및 단면도,
도 3은 본 발명의 제1 실시 예를 나타낸 분해 사시도,
도 4는 도 3에 따른 결합된 상태의 사시도,
도 5는 도 4에 따른 일부 확대도,
도 6은 도 5에 따른 제2 실시 예를 나타낸 일부 확대도,
도 7은 도 5에 따른 제3 실시 예를 나타낸 일부 확대도,
도 8은 도 5에 따른 제4 실시 예를 나타낸 일부 확대도,
도 9는 본 발명의 다른 제5 실시 예를 나타낸 일부 분해 사시도,
도 10은 본 발명의 또 다른 제6 실시 예에 따른 일부 분해 사시도,
도 11은 본 발명의 또 다른 제7 실시 예를 따른 일부 분해 사시도,
도 12는 본 발명의 도 11에 따른 다른 실시 예를 나타낸 일부 단면도,
도 13은 본 발명의 도 11에 따른 또 다른 실시 예를 나타낸 일부 단면도,
도 14는 본 발명의 도 11에 따른 또 다른 실시 예에 따른 일부 분해 사시도,
도 15는 본 발명의 제조단계를 나타낸 블록도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참고하여 좀더 상세하게 상세하게 설명하면 다음과 같으며, 본 발명이 실시 예의 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

도 3은 본 발명의 제1 실시 예를 나타낸 분해 사시도이며, 도 4는 도 3에 따른 결합된 상태의 사시도이고, 도 5는 도 4에 따른 일부 확대도이며, 전술한 동일한 기술적 구성에 대해서는 동일 부호를 기재하여 설명한다.

도시된 바와 같이 통상적인 원심압축기인 하우징(20)의 내측면(21)과 인접하게 배치되는 쉬라우드 임펠러에 관한 것으로서, 본 발명은 개방형 임펠러의 장점인 제조가 간단하며 가공 수율과 구조적 안정성이 높음은 물론 치수정밀도도 높도록 한 쉬라우드 임펠러를 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 쉬라우드 임펠러(10)는 구동축(도시하지 않음)으로부터 동력을 전달받이 회전축(X-X')을 중심으로 회전하도록 상기 구동축으로 연결되는 로터리 허브(11)와;

상기 로터리 허브(11)의 회전축(X-X')을 중심으로 일정 간격을 갖도록 방사형으로 배치되는 복수의 블레이드(12)와;

상기 복수의 블레이드(12) 상단으로 용접 또는 브레이징 방식 등과 같은 통상의 접합방식에 의해 압축될 유체의 유동 손실을 감소시키도록 형성되는 일체형 쉬라우드(13);를 포함한다. 이때, 상기 일체형 쉬라우드(13)의 접합은 로터리 허브(11) 측으로부터 상기 복수의 블레이드(12)의 외측 방향으로 접합된다.

다시 말해서, 상기 일체형 쉬라우드는 압축될 유체가 유동하는 폐쇄 유로를 인접하는 각 블레이드(12)와 일체형 쉬라우드(13)에 의해 형성함으로써, 개방형 임펠러에 비해서 유동 손실을 감소시킬 수 있으며, 그 결과 더 높은 압축 효율을 가질 수 있도록 한다.

일체형 쉬라우드(13)는 각 복수의 블레이드(12) 상단에 용접이나 브레이징 등과 같이 접합을 수행할 수 있도록 상기 복수의 블레이드와 직교되는 수평방향으로 형성되는 각각의 접합 쉬라우드(100)와, 상기 각 접합 쉬라우드(100)와 접합 쉬라우드(100) 사이로 그와 대응되게 통상적인 방식에 의해 가공되어 용접이나 브레이징 등과 같은 일반적인 접합방식에 의해 접합되는 각각의 쉬라우드 블레이드(200)로 형성된다.

로터리 허브(11)는 구동축에 연결되어 회전력을 전달받는 부분으로, 고속 회전에 적합한 높은 강성을 가지는 소재로 형성하는 것이 바람직하며, 통상의 크롬-몰리브덴강, 니켈크롬-몰리브덴강 또는 스테일레스강 등과 같은 열처리하여 제작하는 것이 바람직하고, 일반적인 임펠러 제조에 사용되는 어떠한 소재를 사용하더라라도 무방하다.

또한, 상기 로터리 허브(11)는 회전축(X-X') 방향으로 진행하면서 단면적이 축소되는 원추형상을 갖도록 형성되는 것이 바람직하며, 이 경우에 회전축(X-X') 방향으로 원추형상의 전방 중앙부가 유체의 유입구(220) 측이 되고, 후방의 반경반향 외주부가 유체의 출구가 된다. 이때 상기 로터리 허브의 원추형상의 외주 측 경사면이 일정한 곡률을 갖는 곡면으로 형성되나, 이에 한정되는 것은 아니다.

복수의 블레이드(12)는 로터리 허브(11)의 경사면에 서로 일정한 간격을 갖도록 방사상으로 배치된다. 이때, 상기 복수의 블레이드(12)는 압축기의 용도 및 압축 용량, 유속 등의 설계 사향을 고려하여 3차원 곡면 형상을 갖도록 제작될 수 있으며, 상기 로터리 허브(11)에 일체로 형성되거나 로터리 허브(11)와 동일 소재를 블레이드 형상으로 가공한 후 로터리 허브(11)에 통상적인 접합방식인 용접이 브레이징 등을 통하여 접합하여도 무방하다.

아울러, 상기 로터리 허브(11)의 경사면으로 접합방식에 의해 접합되는 블레이드는 고속 회전에서 원하는 강성을 제공하지 못할 수도 있으나, 후술하는 바와 같이 본 발명에 따른 일체형 쉬라우드인 접합 쉬라우드와 쉬라우드 블레이드를 통해서 강도가 보강될 수 있기 때문에 고속 회전용에도 적용 가능한 충분한 조건을 가질 수 있는 것이다.

접합 쉬라우드(100)는 복수의 블레이드(12)의 각 상단에 그 복수의 블레이드(12)와 같은 길이 방향으로 형성되는 것으로, 복수의 블레이드(12)와 동일한 소재로 형성하는 것이 바람직하며, 도시된 바와 같이 복수의 블레이드(12)와 직교되는 수평방향 형태로 형성하여 쉬라우드 블레이드(200)와 접합이 용이하게 이루어질 수 있도록 한다.

아울러, 상기 접합 쉬라우드(100)는 블레이드(12) 상단에 복수의 블레이드 제작시 기계가공이나 주물방식 또는 HIP 방식에 제작 후 기계가공 등을 통하여 일체로 형성될 수 있다.

또한, 상기 접합 쉬라우드(100)는 필요에 따라 도시하지 않았지만 기계가공이나 주물방식 또는 HIP 방식에 의해 제작 후 기계가공 등을 통하여 별도 제작한 다음 블레이드(12)의 상단에 용접이나 브레이징 등과 같은 통상적인 접합방식 등으로 통하여 접합하여도 무방하다.

이때, 상기 복수의 블레이드의 상단에 형성되는 접합 쉬라우드가 형성된 시점까지는 통상의 개방형 임펠러와 같은 형태로서, 기계가공이 번거롭거나 불편함 없이 간단하게 이루어질 수 있을 뿐만 아니라 가공 수율과 구조적 안정성이 높음은 물론 치수정밀도도 높은 장점을 가지는 것이다.

즉, 복수의 블레이드와 접합 쉬라우드 사이에는 개방된 형태로 형성됨에 따라 통상적인 개방형 임펠러와 같이 기계가공이 간단하고 용이하게 이루어져 상기와 같은 장점을 가지는 것이다.

쉬라우드 블레이드(200)는 상기 접합 쉬라우드(100) 사이에서 용접이나 브레이징 등과 같은 통상적인 접합방식 등에 의해 접합되는 것으로, 접합 쉬라우드와 함께 최종 일체형 쉬라우드(13)를 형성한다. 이때, 상기 쉬라우드 블레이드 역시 복수의 블레이드나 접합 쉬라우드와 동일한 소재로 형성함에 따라 접합 효율성을 높일 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 쉬라우드 블레이드는 기계가공이나 주물방식 또는 HIP 방식에 의해 제작한 후 공지된 기계가공 등을 통하여 가공이 이루어진다.

그리고, 상기 접합 쉬라우드(100)와 쉬라우드 블레이드(200)는 서로 맞닿아 접하는 면에 원심하중과 가스압력에 의해 쉬라우드 블레이드가 이탈되지 않도록 형성되는 접합부(300)에 의해 통상의 용접이나 브레이징 등과 같은 접합방식 등에 의해 접합되는 것이 바람직하다.

즉, 도시된 바와 같이 서로 맞닿아 접하는 면이 수직면(302)으로 형성되어, 상기 접합 쉬라우드의 양 측면과 쉬라우드 블레이드의 양 측면이 용접이나 브레징 등과 같은 통상의 접합방식 등을 통하여 접합되는 것이 바람직하다.

도 6은 도 5에 따른 제2 실시 예를 도시한 것으로, 상기 접합부(300)는 서로 대응되게 단차진 스텝(step)면(304)에 의해 접합되는, 즉 통상의 계단 형태로 형성되어 접합되는 것이 바람직하다. 즉, 최대한 넓은 접합면적을 가져 높은 접합력을 가질 수 있도록 한다.

아울러, 상기 쉬라우드 블레이드(200)의 스텝면(304)은 접합 쉬라우드(200)의 스텝면(304) 하부에 위치하는 것으로, 즉 회전에 따른 원심하중 및 가스압력이 쉬라우드 브레이드의 내측 방향에서 외측 방향으로 가해짐에 따라 쉬라우드 블레이드가 접합 쉬라우드로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있도록 하기 위한 것이다.

도 7은 도 5에 따른 제3 실시 예를 도시한 것으로, 상기 접합부(300)는 서로 대응되게 형성된 경사면(306)에 의해 접합된다. 이 또한 수직면에 비하여 넓은 접합면적을 가져 높은 접합력을 가질 수 있는 것이다.

아울러, 상기 경사면(306)은 접합 쉬라우드(100)의 양측단에서 각 블레이드(200) 측을 향하여 경사지게 형성하는 것이 바람직한 것으로, 이 또한 회전에 따른 원심하중 및 가스압력이 쉬라우드 블레이드의 내측 방향에서 외측 방향으로 가해짐에 따라 쉬라우드 블레이드가 접합 쉬라우드로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있도록 하기 위한 것이다.

도 8은 도 5에 따른 제4 실시 예를 도시한 것으로, 상기 접합부(300)는 접합 쉬라우드(100) 또는 쉬라우드 블레이드(200)의 서로 접하는 측면에 형성되는 결합홈(308a)과, 상기 결합홈(308a)과 대응되는 접합 쉬라우드(100) 또는 쉬라우드 블레이드(200)의 접하는 측면에 형성되는 결합돌기(308b)의 결합 후 접합된다.

다시 말해서, 접합 쉬라우드 또는 쉬라우드 블레이드에 서로 대응되는 결합홈 또는 결합돌기를 형성하여, 상호 슬라이딩 결합시킨 후 그 결합된 부분을 통상의 용접 또는 브레이징 등과 같은 접합방식을 통하여 접합시킴에 따라 일체화할 수 있는 것이다.

이러한, 결합홈과 결합돌기의 접합방식은 전술한 제2, 3 실시 예에 비하여 높은 강성을 가질 수 있는 관계로, 회전에 따른 원심하중 및 가스압력이 쉬라우드 블레이드의 내측 방향에서 외측 방향으로 가해지더라도 접합 쉬라우드로부터 쉬라우드 블레이드가 이탈되는 것을 극소화할 수 있는 조건을 가진다.

아울러, 상기 결합홈과 결합돌기의 결합은 쉬라우드 블레이드가 결합되는 접합 쉬라우드와 접합 쉬라우드 사이가 로터허 허브 측에서 블레이드의 외측단 측으로 점점 넓은 폭을 갖도록 형성됨에 따라 슬라이딩 결합이 용이하게 이루어질 수 있는 것이다.

도 9는 본 발명의 다른 제5 실시 예를 나타낸 것으로, 상기 접합 쉬라우드(100)와 접합 쉬라우드(100) 사이에 접합되는 쉬라우드 블레이드(200)를 전술한 바와 같이 하나로 가공하는 것이 비하여 가공성이 우수하고 정밀도로 높힘은 물론 취급성 및 접합성도 뛰어날 수 있도록 하기 위하여, 상기 쉬라우드 블레이드(200)를 다수 개로 분할하여 통상의 용접이나 브레이징 등과 같은 일반적인 접합방식 등에 의해 접합 형성하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 접합 쉬라우드 사이에 접합되는 쉬라우드 블레이드를 하나로 길게 가공하는 것에 비하여 각각 분할하여 가공함에 따라 가공성이 우수함은 물론 정밀도도 높일 수 있도록 한다.

또한, 쉬라우드 블레이드를 분할 형성함에 따라 보관이나 운반 또는 접합하는 과정에서 작업자로 하여금 취급도 편리하게 이루어질 수 있는 조건도 가질 수 있는 것이다.

도 10은 본 발명의 또 다른 제6 실시 예에 따른 일부 분해 사시도를 도시한 것으로, 상기 접합 쉬라우드(100)와 접합 쉬라우드(100) 사이에는 하나 또는 다수 개의 연결 리브(102)가 연결 형성되며, 상기 쉬라우드 블레이드(200)는 상기 각 연결 리브(102) 및 접합 쉬라우드(100) 사이와 대응되는 형태로 분할 형성되어 통상의 용접이나 브레이징 등과 같은 접합방식에 의해 접합된다. 이때, 상기 연결 리브(102)는 접합 쉬라우드(100)를 형성시 일체로 형성할 수 있을 뿐만 아니라 별도로 제작하여 접합 쉬라우드(100) 사이에 개재시켜 용접이나 브레이징 등과 같은 통상적인 접합방식 등을 통하여 접합하여도 무방하다.

그에 따라 분할된 각각의 쉬라우드 블레이드는 양측의 접합 쉬라우드와 연결 리브의 네지점, 즉 테두리 전체가 접합됨에 따라 더욱더 높은 접합력을 가질 수 있게 되는 것이고, 그로 인해 고속회전이나 높은 가스압력에 의해서도 쉬라우드 블레이드가 이탈되는 것을 원천적으로 봉쇄할 수 있는 조건을 가진다.

아울러, 상기 쉬라우드 블레이드를 분할 형성함에 따라 전술한 바와 같이 하나의 긴 형태로 가공하는 것에 비하여 가공성이 우수하고 정밀도로 높힘은 물론 취급성 및 접합성도 뛰어난 조건을 가진다.

도 11은 본 발명의 또 다른 제7 실시 예를 따른 일부 분해 사시도로서, 도시된 바와 같이 상기 각 접합 쉬라우드(100)의 내측단과 외측단에는 연결 리브(102)에 의해 접합 쉬라우드(100) 사이에 통상의 포켓(pocket) 형태의 접합 공간부(110)를 형성하며, 상기 쉬라우드 블레이드(200)는 상기 접합 공간부(110)와 대응되게 형성되어 통상의 용접이나 브레이징 등과 같은 접합방식에 의해 접합된다. 이때, 쉬라우드 블레이드는 접합 공간부의 상부 또는 하부로부터 삽입되어 접합할 수 있으나, 하부로부터 삽입하여 회전에 따른 원심하중 및 가스압력이 쉬라우드 블레이드의 내측 방향에서 외측 방향으로 가해지더라도 쉬라우드 블레이드가 접합 쉬라우드는 물론 연결 리브로부터 이탈되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

그에 따라 접합 공간부 사이로 삽입되어 접합되는 쉬라우드 블레이드에 의해 구조적인 안정성이 높은 것으로, 즉 쉬라우드 블레이드를 양측의 접합 쉬라우드와 내측단과 외측단을 연결 리브에 의해 고정 접합함에 따라 구조적인 안정성을 높힘은 물론 높은 강성을 가져 고속회전은 물론 높은 압력에서도 적합한 조건을 가진다.

그리고, 상기 접합 쉬라우드(100) 및 연결 리브와 쉬라우드 블레이드(200)는 도 12에 도시한 바와 같이 통상의 계단 형태인 스텝면(304)에 의해 통상의 용접이나 브레이징 등과 같은 접합방식에 의해 접합한다. 이때, 상기 쉬라우드 블레이드(200)의 스텝면(304)은 도 6의 제2 실시 예에서와 같이 접합 쉬라우드(100) 및 접합 쉬라우드(200)의 스텝면(304) 하부에 위치하는 것이 바람직하다.

그에 따라 전술한 바와 같이 접합 면적을 최대한 넓게 확보하여 접합력을 높일 수 있을 뿐만 아니라 회전에 따른 원심하중 및 가스압력이 쉬라우드 브레이드의 내측 방향에서 외측 방향으로 가해짐에 따라 접합된 쉬라우드 블레이드가 접합 쉬라우드로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있는 것이다.

또한, 상기 접합 쉬라우드(100) 및 연결 림부와 쉬라우드 블레이드(200)는 도 7을 제3 실시 예에서와 같이, 도 13의 경사면(306)에 의해 접합된다. 이 또한 전술한 스텝면에 가지는 동일한 조건을 가짐에 따라 상세한 설명은 생략한다.

한편, 도 14에 도시한 바와 같이 상기 접합 공간부(110)에는 본 발명의 도 10의 제6 실시 예에서와 같이 하나 또는 다수 개의 연결 리브(102)가 형성되며, 상기 쉬라우드 블레이드(200) 또한 상기 분할 리브 사이(112)의 접합 공간(110)과 대응되는 형태로 삽입되어 통상의 용접이나 브레이징 등과 같은 접합방식에 의하여 접합된다. 이때, 상기 접합 공간부(110)에 형성되는 연결 리브(102)는 접합 쉬라우드(100)를 형성시 일체로 형성할 수 있을 뿐만 아니라 별도로 제작하여 접합 쉬라우드(100) 사이에 개재시켜 용접이나 브레이징 등과 같은 통상적인 접합방식 등을 통하여 접합하여도 무방하다.

도 15는 본 발명의 제조단계를 나타낸 블록도이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 쉬라우드 임펠러는 동력원에 연결되어 회전되는 구동축에 연결되는 로터리 허브와 상기 로터리 허브의 회전축을 중심으로 방사형으로 배치되는 복수의 블레이드를 기계가공이나 주조방식 또는 HIP방식으로 제작 후 기계가공을 통하여 통상적인 개방형 임펠러와 같은 형태로 형성하는 단계(S1)를 포함한다.

그런 다음 상기 복수의 블레이드의 상단으로 통상의 용접이나 브레이징 등과 같은 접합방식에 의하여 압축될 유체의 유동 손실을 감소시키도록 일체형 쉬라우드를 형성하는 단계(S2)를 포함한다. 이때, 상기 일체형 쉬라우드의 접합은 로터리 허브 측으로부터 상기 복수의 블레이드의 외측 방향으로 접합된다.

일체형 쉬라우드 형성단계(S2)는 상기 복수의 블레이드 상단에 접합을 위한 각각의 접합 쉬라우드를 상기 복수의 블레이드와 직교되는 수평방향으로 형성하는 단계(S2a)와, 상기 접합 쉬라우드와 접합 쉬라우드 사이에 그와 대응되는 형태로 기계가공이나 주조방식 또는 HIP방식으로 제작 후 기계가공 등을 통하여 가공된 쉬라우드 블레이드를 통상의 용접이나 브레이징 등과 같은 접합방식에 의해 접합하는 단계(S2b)를 포함한다.

상기에서, 접합 쉬라우드는 복수의 블레이드를 형성시 일체로 가공하여 형성할 수 있을 뿐만 아니라 상기 복수의 블레이드와 동일한 소재로 별도 가공되어 복수의 블레이드 상단으로 용접이나 브레이징 등과 같은 통상의 접합방식에 의해 접합 형성하여도 무방하다.

그리고, 상기 접합 쉬라우드와 쉬라우드 블레이드는 원심하중과 가스압력에 의해 쉬라우드 블레이드가 이탈되지 않도록 서로 접하는 면에 가공 형성된 접합부에 의해 접합된다. 이때, 상기 접합부는 전술한 바와 같이 스탭면이나 경사면 또는 결합홈 및 결합돌기 등과 같이 접합 후 이탈되지 않은 어떠한 형태이면 족할 것이다.

또한, 상기 쉬라우드 블레이드는 하나 또는 다수 개로 분할 형성되어 접합할 수 있을 뿐만 아니라 전술한 바와 같이 접합 쉬라우드 사이에 형성되는 연결 리브 등의 사이로 접합되도록 분할 형성하여도 무방하며, 분할함으로 인한 장점은 전술한바와 같다.

그에 따라 본 발명에 따른 쉬라우드 임펠러의 제조방법은 통상적인 개방형 임펠러에서 가지는 간단하게 기계가공이 이루어짐은 물론 그로 인한 가공 수율과 구조적 안정성이 높음은 물론 치수정밀도도 높일 수 있는 장점을 가지는 것이다.

10 : 쉬라우드 임펠러 11 : 로터리 허브
12 : 블레이드 13 : 쉬라우드
100 : 접합 쉬라우드 102 : 연결 리브
110 : 접합 공간부 200 : 쉬라우드 블레이드
300 : 접합부 302 : 수직면
304 : 스텝면 306 : 경사면
308a : 결합홈 308b : 결합돌기

Claims

구동축에 연결되는 로터리 허브;
상기 로터리 허브의 회전축을 중심으로 방사형으로 배치되는 복수의 블레이드;
상기 복수의 블레이드 상단에 그 복수의 블레이드와 직교되는 수평방향으로 접합을 수행할 수 있도록 형성되는 각각의 접합 쉬라우드와, 상기 각 접합 쉬라우드와 접합 쉬라우드 사이로 접합방식에 의해 형성되는 일체형 쉬라우드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 원심압축기의 쉬라우드 임펠러.
제1항에 있어서,
상기 일체형 쉬라우드의 접합은 로터리 허브 측으로부터 상기 복수의 블레이드의 외측 방향으로 접합되는 것을 특징으로 하는 원심압축기의 쉬라우드 임펠러.
제2항에 있어서,
상기 일체형 쉬라우드는 상기 각 접합 쉬라우드와 접합 쉬라우드 사이로 접합되는 각각의 쉬라우드 블레이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원심압축기의 쉬라우드 임펠러.
제3항에 있어서,
상기 접합 쉬라우드는 블레이드 상단에 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 원심압축기의 쉬라우드 임펠러.
제3항에 있어서,
상기 접합 쉬라우드는 별도 제작되어 블레이드의 상단에 접합에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 원심압축기의 쉬라우드 임펠러.
제3항에 있어서,
상기 접합 쉬라우드와 쉬라우드 블레이드는 서로 맞닿아 접하는 면에 원심하중과 가스압력에 의해 쉬라우드 블레이드가 이탈되지 않도록 형성되는 접합부에 의해 접합되는 것을 특징으로 하는 원심압축기의 쉬라우드 임펠러.
제6항에 있어서,
상기 접합부는 서로 대응되게 단차진 스텝면에 의해 접합되는 것을 특징으로 하는 원심압축기의 쉬라우드 임펠러.
제7항에 있어서,
상기 쉬라우드 블레이드의 스텝면은 접합 쉬라우드의 스텝면 하부에 위치하는 것을 특징으로 하는 원심압축기의 쉬라우드 임펠러.
제6항에 있어서,
상기 접합부는 서로 대응되게 형성된 경사면에 의해 접합되는 것을 특징으로 하는 원심압축기의 쉬라우드 임펠러.
제9항에 있어서,
상기 경사면은 각 접합 쉬라우드의 양측단에서 각 블레이드 측을 향하여 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 원심압축기의 쉬라우드 임펠러.
제6항에 있어서,
상기 접합부는 접합 쉬라우드 또는 쉬라우드 블레이드의 서로 접하는 측면에 형성되는 결합홈, 상기 결합홈과 대응되는 접합 쉬라우드 또는 쉬라우드 블레이드의 접하는 측면에 형성되는 결합돌기의 결합 후 접합되는 것을 특징으로 하는 원심압축기의 쉬라우드 임펠러.
제3항에 있어서,
상기 쉬라우드 블레이드는 다수 개로 분할되어 접합 형성되는 것을 특징으로 하는 원심압축기의 쉬라우드 임펠러.
제3항에 있어서,
상기 접합 쉬라우드와 접합 쉬라우드 사이에는 하나 또는 다수 개의 연결 리브가 연결 형성되며, 상기 쉬라우드 블레이드는 상기 각 연결 리브 및 접합 쉬라우드 사이와 대응되는 형태로 분할 형성되어 접합되는 것을 특징으로 하는 원심압축기의 쉬라우드 임펠러.
제3항에 있어서,
상기 각 접합 쉬라우드의 내측단과 외측단에는 연결 리브에 의해 접합 쉬라우드 사이에 접합 공간부를 형성하며, 상기 쉬라우드 블레이드는 상기 접합 공간부와 대응되게 형성되어 접합되는 것을 특징으로 하는 원심압축기의 쉬라우드 임펠러.
제13항 또는 14항에 있어서,
상기 접합 쉬라우드 및 연결 리브와 쉬라우드 블레이드는 스텝면에 의해 접합되는 것을 특징으로 하는 원심압축기의 쉬라우드 임펠러.
제13항 또는 제14항에 있어서,
상기 접합 쉬라우드 및 연결 리브와 쉬라우드 블레이드는 경사면에 의해 접합되는 것을 특징으로 하는 원심압축기의 쉬라우드 임펠러.
제14항에 있어서,
상기 접합 공간부에는 하나 또는 다수 개의 연결 리브가 형성되며, 상기 쉬라우드 블레이드 또한 상기 연결 리브 사이의 접합 공간과 대응되는 형태로 삽입되어 접합되는 것을 특징으로 하는 원심압축기의 쉬라우드 임펠러.
구동축에 연결되는 로터리 허브와 상기 로터리 허브의 회전축을 중심으로 방사형으로 배치되는 복수의 블레이드를 형성하는 단계;
상기 복수의 블레이드 상단에 그 복수의 블레이드와 직교되는 수평방향으로 접합을 수행할 수 있도록 각각의 접합 쉬라우드를 형성하는 단계; 및 상기 각 접합 쉬라우드와 접합 쉬라우드 사이로 접합방식에 의해 일체형 쉬라우드를 형성단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 원심압축기의 쉬라우드 임펠러 제조방법.
제18항에 있어서,
상기 일체형 쉬라우드의 접합은 로터리 허브 측으로부터 상기 복수의 블레이드의 외측 방향으로 접합되는 것을 특징으로 하는 원심압축기의 쉬라우드 임펠러 제조방법.
제19항에 있어서,
상기 일체형 쉬라우드 형성단계에는 상기 접합 쉬라우드와 접합 쉬라우드 사이에 그와 대응되는 형태로 가공된 쉬라우드 블레이드를 접합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원심압축기의 쉬라우드 임펠러 제조방법.
제20항에 있어서,
상기 접합 쉬라우드는 복수의 블레이드를 형성시 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 원심압축기의 쉬라우드 임펠러 제조방법.
제20항에 있어서,
상기 접합 쉬라우드는 별도로 가공되어 복수의 블레이드 상단으로 접합에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 원심압축기의 쉬라우드 임펠러 제조방법.
제20항에 있어서,
상기 접합 쉬라우드와 쉬라우드 블레이드는 원심하중과 가스압력에 의해 쉬라우드 블레이드가 이탈되지 않도록 서로 접하는 면에 가공 형성된 접합부에 의해 접합되는 것을 특징으로 하는 원심압축기의 쉬라우드 임펠러 제조방법.
제20항에 있어서,
상기 쉬라우드 블레이드는 하나 또는 다수 개로 분할 형성되어 접합되는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원심압축기의 쉬라우드 임펠러 제조방법.