KR101493685B1 - 후향전곡 비틀림깃형 혼류 임펠러의 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 후향전곡 비틀림깃형 혼류 임펠러의 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주판이 뒤제침각(θ)으로 경사지게 형성되고, 상기 경사진 주판에 주판과 측판사이의 위치, 즉 임펠러의 주판 부근에서는 깃의 붙임각이 크고 임펠러의 측판 부근에서는 깃의 붙임각이 작아지게 하여 임펠러의 반경에 따라 깃의 붙임각도가 변하는 후향전곡형태의 비틀림깃이 형성됨으로써, 임펠러의 회전시, 유체가 깃과 깃 사이에서 박리(와류)가 발생되지 않으며, 임펠러의 반경에 따라 유체흐름에 대한 부하가 적절히 분배되어 흐름이 원활하게 이송되고, 임펠러 토출구에서의 배출방향을 반경방향에서 축방향쪽으로 변경시켜 유동에너지가 효율적으로 이용되어 임펠러의 작동 효율이 높아져 송풍기의 성능을 크게 향상되며, 관류형 송풍기에 적용시 임펠러의 깃통로에서의 흐름을 부드럽게 하여 토출방향을 축방향으로 자연스럽게 변화시켜 손실을 감소하고, 그로 인해 관류형 송풍기의 효율이 향상되며, 작동점을 변화시킬 수 있는 특징이 있다.

Description

후향전곡 비틀림깃형 혼류 임펠러의 구조{Structure of mixed flow impeller having backward curved twist blades}

본 발명은 후향전곡 비틀림깃형 혼류 임펠러의 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주판이 뒤제침각(θ)으로 경사지게 형성되고, 상기 경사진 주판에 주판과 측판사이의 위치, 즉 임펠러의 주판 부근에서는 깃의 붙임각이 크고 임펠러의 측판 부근에서는 깃의 붙임각이 작아지게 하여 임펠러의 반경에 따라 깃의 붙임각도가 변하는 후향전곡형태의 비틀림깃이 형성됨으로써, 임펠러의 회전시, 유체가 깃과 깃 사이에서 박리(와류)가 발생되지 않으며, 임펠러의 반경에 따라 유체흐름에 대한 부하가 적절히 분배되어 흐름이 원활하게 이송되고, 임펠러 토출구에서의 배출방향을 반경방향에서 축방향쪽으로 변경시켜 유동에너지가 효율적으로 이용되어 임펠러의 작동 효율이 높아져 송풍기의 성능을 크게 향상되며, 관류형 송풍기에 적용시 임펠러의 깃통로에서의 흐름을 부드럽게 하여 토출방향을 축방향으로 자연스럽게 변화시켜 손실을 감소하고, 그로 인해 관류형 송풍기의 효율이 향상되며, 작동점을 변화시킬 수 있는 후향전곡 비틀림깃 혼류 임펠러에 관한 것이다.

일반적으로 임펠러는 펌프, 송풍기 또는 압축기의 주요 부분으로, 원주상에 같은 간격으로 배치된 수개의 깃을 가지고 회전되며, 공기나 물 또는 기름 등의 기체나 유체가 구동모터에 축과 연결되어 회전되는 깃 사이로 흘러 나갈때 에너지가 만들어진다.

그리고 통상적으로 상기 깃은 원심형과 축류형으로 구분되며, 원심형은 유체 또는 기체가 회전되는 축에 수직방향으로 흐르고, 축류형은 유체 또는 기체가 회전축의 축방향으로 흐른다.

기존의 원심임펠러를 관류형 송풍기에 적용할 경우, 도 1에서처럼 상기 원심임펠러는 주판(1), 측판(2), 깃(3) 그리고 회전축(4)으로 구성되며, 회전축(4)을 회전시키므로서 유체가 흡입구(S1) 흡입되고, 주판(1)과 측판(2) 및 깃(3)으로 형성된 깃통로를 통하여 임펠러출구(S2)로 토출되므로서 유체에 에너지를 가해준다.

여기서, 직경에 대한 출구 폭의 비율이 낮은 원심 임펠러의 경우, 측판(4)의 곡률반경과 주판(1)의 곡률반경의 차이가 작고 깃통로가 길기 때문에 측판입구(2')에서 가속된 흐름은 약간 감소하다가 임펠러 출구(S2)에 도달할 때에는 다시 가속되며, 흡입구의 측판 입구(2')에서 정압이 감소하여도, 깃 통로 내에서의 흐름이 전반적으로 감속이 발생하지 않고 가속되므로, 역압력 구배가 크게 형성되는 깃통로에서의 압력 구배에 불구하고, 측판입구(2')에서 흐름이 박리되지 않는다.

또한, 직경에 대한 출구 폭의 비율이 큰 원심 임펠러의 경우, 측판(2)의 곡률반경과 주판(1)의 곡률반경의 차이가 크고 깃 통로가 짧기 때문에 측판입구(2')에서 가속된 흐름은 임펠러 출구(S2)에 도달할 때에는 크게 감속되고, 임펠러출구(S2)에서의 속도분포는 측판입구(2')가 주판 입구(8)쪽에 비해 매우 증가한 상태로 배출된다.

이때 측판(2)의 내부벽면을 따르면 유동이 강한 역압력구배가 형성되는 유동현상과유사한 형태의 유동현상이 발생하므로 흐름이 크게 가속되는 측판입구(2')에서 강한 박리현상이 발생하며, 박리된 흐름으로 인하여 측판(2)의 내부벽면의 깃통로가 완전히 차단되어 측판출구(2")에서는 강한 역류영역이 형성된다.

이러한 현상이 발생되면, 박리된 흐름으로 인하여 측판(2)의 내부벽면의 깃통로가 완전히 차단되어 측판출구(2")에서는 반경방향속도가 크게 감소되고, 미끄럼속도가 급격히 증가하여 압력발생을 감소시켜 임펠러의 성능 및 효용성이 크게 저하된다.

이와 같이 손실을 감소시켜 관류형 송풍기의 효율을 높이고자 도 2에서와 같이 주판(1)이 뒤제침각(θ)으로 경사지게 형성되어 뒤로 기울어져 흐름 방향을 반경 방향과 축 방향의 중간으로 조절하여 배출시키는 혼류 임펠러(50)를 사용한다.

그러나 종래의 혼류 임펠러(50)는 도 2와 같이 2차원 형태의 단순한 깃을 사용하기 때문에 임펠러의 주판부분과 측판 부분에서의 흐름이 원활하게 형성되지 않아 임펠러에서의 에너지변환효율이 낮고 또한 이로 인한 와류의 발생은 송풍기 구동시 과도한 소음을 유발하는 문제점이 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2005-0074360호 대한민국 등록실용신안공보 제20-0241247호

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서,

주판이 뒤제침각(θ)으로 경사지게 형성되고, 상기 경사진 주판과 측판사이의 위치, 즉 임펠러의 반경에 따라 깃의 각도가 변하는 3차원의 후향전곡 비틀림깃이 형성됨으로써, 임펠러의 회전시, 유체가 깃과 깃 사이에서 박리(와류)가 발생되지 않아 흐름이 원활하게 이송되고, 임펠러의 주판과 측판 사이에서의 흐름이 적절한 부하를 갖도록 분포되어 임펠러 토출구에서의 배출방향을 반경방향에서 축방향쪽으로 원활하게 변경시키고, 특히 후향전곡 비틀림깃은 임펠러의 주판 부근에서는 깃의 붙임각을 크게 하여 압력발생을 크게 하고 임펠러의 측판 부근에서는 깃의 붙임각을 작게 하여 풍량을 크게 발생시켜 전반적으로 임펠러의 주판과 측판사이의 깃통로에서의 유동에너지가 효율적으로 변환되어 압력과 풍량을 증가시킴으로써 임펠러의 작동 효율이 높아져 송풍기의 성능을 크게 향상되는 후향전곡 비틀림깃형 혼류 임펠러의 구조를 제공하는데 목적으로 한다.

또한, 후향전곡 비틀림깃이 설치된 혼류 임펠러는 관류형 송풍기에 사용할 수 있고, 적용시 혼류 임펠러 토출구에서의 흐름을 부드럽게 하여 토출방향을 축방향으로 자연스럽게 변화시켜 손실을 감소하고, 그로 인해 관류형 송풍기의 효율이 향상되며, 작동점을 변화시킬 수 있는 후향전곡 비틀림깃형 혼류 임펠러의 구조를 제공하는데 또 다른 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하고자, 본 발명은 회전력이 전달되는 회전축과;

상기 회전축이 중앙부에 고정 설치되어 회전축에 의해 회전되고, 외주연이 기준점(C)을 기준으로 뒤제침각(θ)으로 경사지게 주판이 형성되어 유체가 원활하게 이송되는 주판과;

상기 주판의 경사판 일단면에 부착되어 주판이 회전시, 유체를 일측으로 이송시키도록 3차원 형태로 형성된 3차원 형태의 후향전곡 비틀림깃과;

상기 후향전곡 비틀림깃의 상부면에 형성되고, 중앙부에 유체가 유입되도록 흡입구가 형성되는 측판;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 후향전곡 비틀림깃형 혼류 임펠러의 구조에 관한 것이다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 후향전곡 비틀림깃형 혼류 임펠러의 구조는 주판이 뒤제침각(θ)으로 경사지게 형성되고, 상기 경사진 주판과 측판사이의 위치, 즉 임펠러의 반경에 따라 깃의 각도가 변하는 3차원의 후향전곡 비틀림깃이 형성됨으로써, 임펠러의 회전시, 유체가 깃과 깃 사이에서 박리(와류)가 발생되지 않아 흐름이 원활하게 이송되고, 임펠러의 주판과 측판 사이에서의 흐름이 적절한 부하를 갖도록 분포되어 임펠러 토출구에서의 배출방향을 반경방향에서 축방향쪽으로 원활하게 변경시키고, 특히 후향전곡 비틀림깃은 임펠러의 주판 부근에서는 깃의 붙임각을 크게 하여 압력발생을 크게 하고 임펠러의 측판 부근에서는 깃의 붙임각을 작게 하여 풍량을 크게 발생시켜 전반적으로 임펠러의 주판과 측판사이의 깃통로에서의 유동에너지가 효율적으로 변환되어 압력과 풍량을 증가시킴으로써 임펠러의 작동 효율이 높아져 송풍기의 성능을 크게 향상되는 효과가 있다.

또한, 후향전곡 비틀림깃이 설치된 혼류 임펠러는 관류형 송풍기에 사용할 수 있고, 적용시 혼류 임펠러 토출구에서의 흐름을 부드럽게 하여 토출방향을 축방향으로 자연스럽게 변화시켜 손실을 감소하고, 그로 인해 관류형 송풍기의 효율이 향상되며, 작동점을 변화시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 원심임펠러를 사용한 관류형 송풍기를 나타낸 단면도이고,
도 2는 종래의 혼류 임펠러를 나타낸 평면도이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 후향전곡 비틀림깃 혼류 임펠러를 나타낸 평면도이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 후향전곡 비틀림깃 혼류 임펠러를 나타낸 측면 단면도이고,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 풍량과 정압의 관계를 나타낸 그래프도이고,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 풍량과 정압효율의 관계를 나타낸 그래프도이다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.

본 발명은 회전력이 전달되는 회전축과;

상기 회전축이 중앙부에 고정 설치되어 회전축에 의해 회전되고, 외주연이 기준점(C)을 기준으로 뒤제침각(θ)으로 경사지게 주판이 형성되어 유체가 원활하게 이송되는 주판과;

상기 주판의 경사판 일단면에 부착되어 주판이 회전시, 유체를 일측으로 이송시키도록 3차원 형태로 형성된 3차원 형태의 후향전곡 비틀림깃과;

상기 후향전곡 비틀림깃의 상부면에 형성되고, 중앙부에 유체가 유입되도록 흡입구가 형성되는 측판;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 그에 따른 바람직한 실시예를 통해 더욱 명확히 설명될 수 있을 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, "제 1(first)", "제 2(second)"와 같은 용어는 설명을 위해 본원 및 첨부 청구항들에 사용되고 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 후향전곡 비틀림깃 혼류 임펠러를 나타낸 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 후향전곡 비틀림깃 혼류 임펠러를 나타낸 측면 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 풍량과 정압의 관계를 나타낸 그래프도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 풍량과 정압효율의 관계를 나타낸 그래프도이다.

도 3 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 후향전곡 비틀림깃형 혼류 임펠러의 구조는 회전축(10)과, 주판(20)과, 후향전곡 비틀림깃(30)과, 측판(40)으로 구성된다.

상기 회전축(10)은 도 3에 도시한 바와 같이, 일측이 주판(20)의 중앙부에 고정 설치되고, 타측은 덕트(D) 내측에 설치되어 회전력을 전달하는 축으로써, 상기 회전축(10)의 타측은 덕트(D) 내측에서 외부로 돌출되어 모터 등의 회전장치(미도시)에 연결되고, 상기 회전장치에 의해 회전되어 회전력을 주판(20)에 전달한다.

상기 주판(20)은 도 3에 도시한 바와 같이, 원형의 평판으로 형성되어 하단면 중앙부에 회전축(10)이 고정 설치되고, 상기 회전축(10)에 의해 주판(20)이 회전되며, 상기 주판(20)의 외주연은 기준점(C)을 기준으로 뒤제침각(sweep back angle,θ)으로 경사지게 경사판(21)이 형성된다.

여기서, 상기 경사판(21)은 도 3을 참고하여, 수평으로 형성된 주판(20)의 외주연 양끝단부에서 기준점(C)을 기준으로 단면상 "∧" 형태로 형성되어 유체의 흐름이 원활하게 이송된다.

또한, 상기 유체의 흐름이 원활하게 이송되도록 경사판(21)의 뒤제침각(θ)이 주판(20)의 수평선을 기준으로 10 ~ 45도 각도로 형성되어 상기 주판(20)의 회전시, 측판(40)의 흡입구(41)를 통해 유입된 유체가 후향전곡 비틀림깃(30) 사이에서 박리(와류)현상이 발생되지 않고, 임펠러 토출구에서의 배출방향을 반경방향에서 축방향쪽으로 변경시킨다.

상기 후향전곡 비틀림깃(30)은 도 3 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 주판(20)의 경사판(21) 일단면 즉, 도 3에서처럼 경사판(21)의 상부면에 부착되어 주판(20)이 회전축(10)에 의해 회전시, 후향전곡 비틀림깃(30)도 동시에 회전되어 측판(40)의 흡입구(41)를 통해 유체가 유입되게 하는 역할을 하며, 유입된 유체를 일측(토출구(32))으로 이송시키는 역할을 한다.

여기서, 상기 후향전곡 비틀림깃(30)은 도 3을 참고하여, 경사판(21)의 일단면에 수직으로 돌출 형성되면서 도 3을 참고하여, 주판(20)의 중앙부를 기준으로 방사상으로 다수개가 형성되고, 상기 다수개의 후향전곡 비틀림깃(30) 상부면에 측판(40)이 부착되어 후향전곡 비틀림깃(30)과 후향전곡 비틀림깃(30) 사이에 유체 유로(31)가 형성되며, 상기 유체 유로(31)를 통해 이송된 유체가 배출되도록 유체 유로(31)의 일측에 토출구(32)가 형성된다.

이때, 상기 후향전곡 비틀림깃(30)은 혼류임펠러에 적용되어 즉, 도 4에서처럼 관류형 송풍기 등에 사용할 수 있고, 임펠러의 깃통로에서의 흐름이 부드럽게 해주며, 도 3에서처럼 토출방향을 축방향으로 자연스럽게 변화시켜 손실을 감소시킨다.

상기 측판(40)은 도 3 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 중앙부에 유체가 유입되도록 흡입구(41)가 형성된 원형 판으로 형성되고, 상기 흡입구(41)가 관통되어 전체적으로 도넛 형태로 형성되어 다수개의 후향전곡 비틀림깃(30) 상부면에 구비되며, 그로 인해 상기 후향전곡 비틀림깃(30)과 후향전곡 비틀림깃(30) 사이에 유체 유로(31)가 형성되도록 칸막이 역할을 하는 것이다.

여기서, 상기 측판(40)은 도 3을 참고하여, 후향전곡 비틀림깃(30)의 상부면에 구비된다는 것은 경사판(21)의 상부면에 소정간격 이격되어 구비되는 것으로, 상기 경사판(21)의 뒤제침각처럼 측판(40)도 단면상 "∧" 형태로 경사지게 형성된다. 이때, 상기 측판(40)의 경사각은 후향전곡 비틀림깃(30)의 수직 폭에 따라 경사판(21)과 동일하거나 다르게 변경될 수 있다. 그로 인해, 상기 유체 유로(31)의 토출구(32)는 다양한 크기로 형성된다.

그런데, 상기 측판(40)의 흡입구(41)는 측판(40)이 경사지게 형성됨으로써, 도 2의 종래 측판(2)의 흡입구(S1) 관경보다 크게 형성되어 많은 양의 유체가 유입될 수 있다.

이렇듯, 상기에서 기술한 혼류 임펠러(50)는 유체가 반경방향에서 축방향으로 흐르도록 형성되고, 일반적으로 사용되는 관류형 송풍기 등에 적용된다.

여기서, 상기 혼류 임펠러(50)는 관류형팬에 적용할 경우, 도 3에서처럼 임펠러 토출구에서의 토출되는 흐름이 덕트(D)에 거의 평행하게 진입하여 관 벽면에서의 에너지소산(dissipation)에 의한 손실이 크게 감소하여 관류형 송풍기의 효율이 증가한다.

또한, 상기 혼류 임펠러(50)는 일반적인 원심 임펠러의 형상이 유체가 반경방향에서 축방향으로 흐르도록 경사판(21)이 경사지게 변형되어서 혼류 임펠러(50)로 되는 것이다.

그리고, 도 5는 관류형 송풍기의 풍량과 정압의 관계를 나타낸 그래프도로써, 종래의 혼류 임펠러에 비하여 후향전곡 비틀림깃 혼류임펠러는 넓은 범위의 풍량 범위에서 정압이 크게 발생되는 것을 알 수 있다.

마지막으로, 도 6은 관류형 송풍기의 총합효율을 나타낸 그래프도로써, 최대 총합효율의 경우 종래의 혼류 임펠러에 비하여 후향전곡 비틀림깃 혼류임펠러의 최대총합효율의 위치가 풍량이 큰 쪽으로 이동함을 볼 수 있다.

10 : 회전축 20 : 주판
21 : 경사판 30 : 후향전곡 비틀림깃
31 : 유체 유로 32 : 토출구
40 : 측판 41 : 흡입구
50 : 혼류 임펠러

Claims (5)

1. 회전력이 전달되는 회전축(10)과;
   상기 회전축(10)이 중앙부에 고정 설치되어 회전축(10)에 의해 회전되고, 외주연이 기준점(C)을 기준으로 뒤제침각(θ)으로 경사지게 경사판(21)이 형성되어 유체가 원활하게 이송되는 주판(20)과;
   상기 주판(20)의 경사판 일단면에 부착되어 주판(20)이 회전시, 유체를 일측으로 이송시키도록 역구배로 형성된 후향전곡 비틀림깃(30)과;
   상기 후향전곡 비틀림깃(30)의 상부면에 형성되고, 중앙부에 유체가 유입되도록 흡입구(41)가 형성되는 측판(40);을 포함하여 구성되고,
   상기 후향전곡 비틀림깃(30)은 경사판(21)의 일단면에 수직으로 돌출 형성되면서 주판(20)의 중앙부를 기준으로 방사상으로 다수개가 형성되고, 상기 다수개의 후향전곡 비틀림깃(30) 상부면에 측판(40)이 부착되어 후향전곡 비틀림깃(30)과 후향전곡 비틀림깃(30) 사이에 유체 유로(31)가 형성되며, 상기 유체 유로(31)를 통해 이송된 유체가 배출되도록 유체 유로(31)의 일측에 토출구(32)가 형성되고,
   상기 경사판(21)의 뒤제침각(θ)은 주판(20)의 회전시, 측판(40)의 흡입구(41)를 통해 유입된 유체가 후향전곡 비틀림깃(30)에 의해 이송되는 유체가 유체 유로(31)에서 박리(와류)되지 않도록 10 ~ 45도 각도로 형성되어 유체가 원활하게 이송되고,
   상기 측판(40)은 중앙부에 흡입구(41)가 형성된 원형 판으로 형성되어 원주면이 경사판의 뒤제침각(θ)에 맞춰 경사지게 형성되며,
   덕트(D) 내에 설치되어 유체 유로(31)의 토출구(32)를 통해 배출된 유체가 덕트(D)를 타고 축방향으로 이송되는 것을 특징으로 하는 후향전곡 비틀림깃형 혼류 임펠러의 구조.
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