KR101501761B1

KR101501761B1 - 터보 기계

Info

Publication number: KR101501761B1
Application number: KR1020137023459A
Authority: KR
Inventors: 노조무 아사노; 슈사쿠 야마사키; 도시미치 다케토미
Original assignee: 가부시키가이샤 아이에이치아이
Priority date: 2011-02-21
Filing date: 2012-02-21
Publication date: 2015-03-11
Also published as: CN103370544A; EP2679827A1; JP2012172576A; EP2679827A4; KR20130129276A; JP5589889B2; WO2012115086A1; EP2679827B1; US20130330193A1

Abstract

체결되는 임펠러(1a)와 샤프트(2)를 구비한 터보 기계(S1)에 있어서, 임펠러(1a)측에 형성된 나사산의 선회 방향과 샤프트(2) 측에 형성된 나사산의 선회 방향이 반대 방향으로 된 개폐 나사(3)에 의해, 임펠러(1a)와 샤프트(2)를 체결한다. 그 결과, 복잡하고 큰 장치를 필요로 하지 않고 임펠러(1a)를 샤프트(2)에 대해 체결할 수 있고 또한 체결시의 작업량이 삭감된다.

Description

터보 기계{Turbo device}

본 발명은, 터보 기계에 관한 것이다.

본원은, 2011년 2월 21일에 일본에 출원된 일본특허출원 2011-34519호에 기초하여 우선권을 주장하고 그 내용을 여기에 원용한다.

터보 압축기나 과급기 등의 터보 기계에는, 샤프트로부터 회전 동력이 전달됨으로써 회전 구동되는 임펠러를 구비하고 있다.

이러한 터보 기계에는, 예를 들면 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 나타낸 바와 같이 임펠러와 샤프트에 대해 수나사와 암나사가 형성되어 있다. 그리고 임펠러와 샤프트는 수나사와 암나사가 나사결합됨으로써 체결되어 있다.

특허문헌 1: 일본공개실용신안 평5-52356호 공보 특허문헌 2: 일본공개실용신안 평5-57450호 공보

그러나 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 나타낸 바와 같이 임펠러와 샤프트에 대해 수나사와 암나사가 형성된 구성으로는, 임펠러와 샤프트를 체결할 때에 임펠러를 샤프트에 대해 회전 이동시킬 필요가 있다.

즉, 임펠러를 샤프트에 장착할 때 임펠러를 회전 이동시키면서 서서히 샤프트에 접근시킬 필요가 있다.

따라서 임펠러를 샤프트에 장착할 때의 임펠러의 이동량이, 임펠러를 회전 이동시키지 않고 샤프트에 대해 장착하는 경우보다 훨씬 더 증대된다. 따라서 특허문헌 1 및 특허문헌 2의 방법으로는, 임펠러와 샤프트를 체결할 때에 필요한 작업량이 증대된다.

또 임펠러와 샤프트가 회전 방향으로 어긋나는 것을 방지하기 위해서는, 임펠러와 샤프트 사이에 충분한 마찰력이 존재하는 것이 바람직하다. 이를 위해서는, 임펠러를 샤프트에 장착할 때 임펠러가 샤프트의 착좌면에 접촉한 후에 임펠러를 샤프트측으로 더 밀어넣어 임펠러를 탄성 변형시키는 것이 바람직하다.

그런데 임펠러가 착좌면에 접촉한 후에는 임펠러와 착좌면 사이에 마찰력이 작용하기 때문에 마찰 저항이 증대되어 임펠러를 샤프트측으로 밀어넣기 위한 작업량이 증대된다.

한편 텐션 볼트를 이용함으로써 임펠러를 샤프트에 대해 거의 회전 이동시키지 않고 견고하게 임펠러와 샤프트를 체결하는 것은 일반적으로 행해지고 있다.

그러나 텐션 볼트를 이용하여 임펠러와 샤프트를 체결할 경우에는 유압 텐셔너 등의 복잡하고 큰 장치를 별도로 필요로 한다.

본 발명은, 상술한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 체결되는 임펠러와 샤프트를 구비한 터보 기계에서, 임펠러를 샤프트에 대해 체결할 때에 복잡하고 큰 장치를 필요로 하지 않으며, 또한 체결시의 작업량을 삭감하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서는, 상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서 이하의 구성을 채용한다.

본 발명에 관한 제1 발명은, 회전 구동되는 임펠러와 임펠러에 회전 동력을 전달하는 샤프트를 구비한 터보 기계로서, 일단측이 상기 임펠러에 나사결합되는 임펠러 나사결합 영역이 되고, 타단측이 상기 샤프트에 나사결합되는 샤프트 나사결합 영역이 되고, 상기 임펠러 나사결합 영역에 형성되는 나사산의 선회 방향과 상기 샤프트 나사결합 영역에 형성되는 나사산의 선회 방향이 반대 방향이 되는 개폐 나사를 가지며, 이 개폐 나사에 의해 상기 임펠러와 상기 샤프트가 체결되어 있다는 구성을 채용한다.

본 발명에 관한 제2 발명은, 상기 제1 발명에 있어서, 상기 개폐 나사는 상기 임펠러보다 열전도율이 높은 재료에 의해 형성되어 있다는 구성을 채용한다.

본 발명에 관한 제3 발명은, 상기 제2 발명에 있어서, 상기 임펠러가 티타늄 합금에 의해 형성되어 있는 경우에, 상기 개폐 나사는 철강 재료에 의해 형성되어 있다는 구성을 채용한다.

본 발명에 관한 제4 발명은, 상기 제1∼제3 중 어느 한 발명에 있어서, 상기 샤프트에 대한 상기 임펠러의 회전 이동을 억제하는 회전 억제 수단을 구비한다는 구성을 채용한다.

본 발명에 관한 제5 발명은, 상기 제4 발명에 있어서, 상기 회전 억제 수단이, 상기 임펠러의 회전축 방향을 길이 방향으로 하고, 상기 임펠러의 회전축으로부터 벗어난 위치에 마련된 끼워맞춤 구멍 및 상기 샤프트의 회전축으로부터 벗어난 위치에 마련된 끼워맞춤 구멍에 끼워맞춰지는 핀 부재라는 구성을 채용한다.

본 발명에 관한 제6 발명은, 상기 제5 발명에 있어서, 상기 핀 부재가, 상기 임펠러의 회전축을 중심으로 하여 등간격으로 복수 배치되어 있다는 구성을 채용한다.

본 발명에 관한 제7 발명은, 상기 제4 발명에 있어서, 상기 회전 억제 수단이, 상기 임펠러의 회전축 방향으로부터 본 외형 형상이 회전체 형상으로부터 벗어남과 동시에 상기 임펠러 혹은 상기 샤프트에 대해 상기 회전축 방향으로 돌출되어 마련되는 끼워맞춤 돌기와, 상기 끼워맞춤 돌기가 마련되지 않은 상기 임펠러 혹은 상기 샤프트에 대해 마련됨과 동시에 상기 끼워맞춤 돌기가 끼워맞춰지는 끼워맞춤 구멍을 구비한다는 구성을 채용한다.

본 발명에 관한 제8 발명은, 상기 제7 발명에 있어서, 상기 끼워맞춤 돌기가, 상기 회전축을 무게중심으로 하는 형상을 가지고 있다는 구성을 채용한다.

본 발명에 관한 제9 발명은, 상기 제1∼제8 중 어느 한 발명에 있어서, 상기 개폐 나사에 대해 상기 임펠러의 회전축 방향으로부터 접촉하는 록킹 볼트를 구비한다는 구성을 채용한다.

본 발명에 관한 제10 발명은, 상기 제1∼제9 중 어느 한 발명에 있어서, 상기 임펠러 나사결합 영역에 형성되는 나사산의 선회 방향이, 상기 임펠러가 회전 구동될 때의 반력에 의해 상기 개폐 나사와 상기 임펠러의 체결력이 높아지는 방향으로 설정되어 있다는 구성을 채용한다.

본 발명에 관한 제11 발명은, 상기 제1∼제10 중 어느 한 발명에 있어서, 상기 개폐 나사의 상기 임펠러측의 단면(端面)에 상기 개폐 나사를 회전시키는 지그를 끼워맞춤 가능한 끼워맞춤 구멍 혹은 끼워맞춤 돌기가 마련되고, 상기 임펠러에 상기 끼워맞춤 구멍 혹은 끼워맞춤 돌기를 노출시키는 노출 구멍이 마련되어 있다는 구성을 채용한다.

본 발명에 관한 제12 발명은, 상기 제11 발명에 있어서, 상기 개폐 나사를 회전시키는 지그를 끼워맞춤 가능한 상기 끼워맞춤 구멍 혹은 끼워맞춤 돌기가 상기 임펠러의 회전축을 무게중심으로 하는 형상을 가지고 있다는 구성을 채용한다.

본 발명에 있어서는, 임펠러측에 형성된 나사산의 선회 방향과 샤프트측에 형성된 나사산의 선회 방향이 반대 방향이 된 개폐 나사에 의해 임펠러와 샤프트가 체결되어 있다.

이러한 본 발명에 의하면, 개폐 나사를 회전시킴으로써 임펠러를 샤프트에 대해 회전 이동시키지 않고 임펠러와 샤프트를 축방향으로 직선 이동시킬 수 있다. 즉, 본 발명에 의하면, 임펠러를 샤프트에 대해 회전 이동시키면서 임펠러와 샤프트를 체결하는 경우와 비교하여 임펠러의 이동량을 감소시킬 수 있어 체결시의 작업량을 삭감할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 샤프트와의 사이의 마찰력을 확보하기 위해, 임펠러를 샤프트측으로 밀어넣어 탄성 변형시킬 때에도 임펠러를 샤프트에 대해 회전 이동시키지 않고 임펠러와 샤프트를 축방향으로 직선 이동시킬 수 있다. 즉, 본 발명에 의하면, 임펠러를 샤프트에 대해 회전 이동시키면서 임펠러와 샤프트를 체결하는 경우와 비교하여 마찰 저항을 감소시킬 수 있어 체결시의 작업량을 삭감할 수 있다.

또 본 발명에 대해서는, 개폐 나사에 대해 큰 텐션을 걸지 않고 임펠러와 샤프트를 체결할 수 있기 때문에 유압 텐셔너 등의 복잡하고 큰 장치를 별도로 필요로 하지 않는다.

따라서 본 발명에 의하면, 체결되는 임펠러와 샤프트를 구비한 터보 기계에있어서 복잡하고 큰 장치를 별도로 필요로 하지 않고 임펠러를 샤프트에 대해 체결할 때의 작업량을 삭감할 수 있게 된다.

도 1은, 본 발명의 제1 실시형태에서의 터보 압축기의 개략 구성을 도시한 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 제1 실시형태에서의 터보 압축기가 구비한 컴프레서 임펠러와 샤프트와의 체결 작업을 설명하기 위한 모식도이다.
도 3a는, 본 발명의 제2 실시형태에서의 터보 압축기의 개략 구성을 도시한 단면도이다.
도 3b는, 도 3a의 샤프트를 회전축 방향으로부터 본 도면이다.
도 4a는, 본 발명의 제3 실시형태에서의 터보 압축기의 개략 구성을 도시한 단면도이다.
도 4b는, 도 4a의 샤프트를 회전축 방향으로부터 본 도면이다.
도 5는, 본 발명의 제4 실시형태에서의 터보 압축기의 개략 구성을 도시한 단면도이다.
도 6은, 본 발명의 제1 실시형태에서의 터보 압축기의 변형예를 도시한 단면도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 관한 터보 기계의 일실시형태에 대해 설명하기로 한다. 아울러 이하의 도면에서 각 부재를 인식 가능한 크기로 하기 위해 각 부재의 축척을 적절히 변경하였다.

또, 이하의 설명에서는 본 발명의 터보 기계의 일례로서 터보 압축기를 들어 설명하는데, 본 발명의 터보 기계는 터보 압축기로 한정되지 않으며 과급기 등의 임펠러와 샤프트를 구비한 터보 기계 전반에 적용할 수 있다.

(제1 실시형태)

도 1은, 본 실시형태의 터보 압축기(S1)의 개략 구성을 도시한 단면도이다.

터보 압축기(S1)는, 공기 등의 가스를 압축하여 압축 가스로서 토출하는 장치이며, 도 1에 도시한 바와 같이 컴프레서(1)과 샤프트(2)와 개폐 나사(3)와 구동 유닛(4)을 구비하고 있다.

컴프레서(1)는, 구동됨으로써 가스를 압축하기 위한 부재이며, 컴프레서 임펠러(1a)(본 발명의 임펠러에 상당)와 컴프레서 하우징(1b)을 구비하고 있다.

컴프레서 임펠러(1a)는, 가스에 대해 운동 에너지를 부여하여 가속시키기 위한 부재로서, 회전축(L) 방향으로부터 흡입한 가스를 가속시켜 반경 방향으로 토출하는 래디얼 임펠러이다.

그리고 도 1에 도시한 바와 같이, 컴프레서 임펠러(1a)는, 샤프트(2)에 체결되는 베이스부(1c)와, 베이스부(1c)의 표면에 회전 방향으로 등간격으로 배열되는 복수의 날개(1d)를 구비하고 있다.

또 베이스부(1c)에는, 구동 유닛(4)측을 향하여 개구됨과 동시에 샤프트(2)가 구비한 끼워맞춤 돌기(2a)가 끼워맞춰지는 끼워맞춤 구멍(1e)이 마련되어 있다.

또 베이스부(1c)의 내부에는, 도 1에 도시한 바와 같이 개폐 나사(3)의 수용 공간이 끼워맞춤 구멍(1e)에 연통하여 마련되어 있다. 이 수용 공간의 내벽면에는 나사산이 형성되어 있고 개폐 나사(3)의 일단측이 나사결합 가능한 암나사가 되도록 구성되어 있다.

또한 베이스부(1c)에는, 컴프레서 임펠러(1a)의 선단으로부터 개폐 나사(3)의 일단면을 노출시키는 노출 구멍(1f)이 마련되어 있다. 아울러 노출 구멍(1f)은, 후술하는 개폐 나사(3)를 회전시키는 지그(10)(도 2 참조)를 삽입통과 가능한 직경을 가지고 있으며 컴프레서 임펠러(1a)의 회전축(L)을 따라 마련되어 있다.

아울러 도 1에 도시한 바와 같이, 끼워맞춤 구멍(1e)와 노출 구멍(1f)은, 개폐 나사(3)의 수용 공간을 사이에 두고 컴프레서 임펠러(1a)의 회전축(L)과 동축을 이루도록 배치되어 있다.

그리고 컴프레서 임펠러(1a)는, 압축하는 가스에 대응하여, 예를 들면 티타늄 합금, 알루미늄 합금 혹은 스텐레스강에 의해 형성된다.

컴프레서 하우징(1b)은, 컴프레서(1)의 외형 형상을 만듦과 동시에 내부에 가스의 유로를 가지며, 그 내부에 컴프레서 임펠러(1a)를 수용하고 있다.

이 컴프레서 하우징(1b)에는, 도 1에 도시한 바와 같이 가스를 흡입하는 흡입 개구(1g)와, 컴프레서 임펠러(1a)에 의해 가속된 가스를 감속하여 압축하는 디퓨저(1h)와, 압축 가스의 유로가 되는 스크롤 유로(1i)와, 압축 가스가 토출되는 미도시된 토출 개구가 마련되어 있다.

샤프트(2)는, 구동 유닛(4)에 의해 발생된 동력을 회전 동력으로 하여 컴프레서 임펠러(1a)에 전달하기 위한 부재로서, 구동 유닛(4)과 접속되어 있다.

샤프트(2)의 일단에는, 컴프레서 임펠러(1a)의 베이스부(1c)에 마련된 끼워맞춤 구멍(1e)에 끼워맞추기 위한 끼워맞춤 돌기(2a)가 마련되어 있고, 끼워맞춤 돌기(2a)가 끼워맞춤 구멍(1e)에 끼워맞춰짐으로써 컴프레서 임펠러(1a)와 샤프트(2)가 동축을 이루도록 위치 결정된다.

또 도 1에 도시한 바와 같이, 끼워맞춤 돌기(2a)에는 개폐 나사(3)의 타단측이 나사결합 가능한 암나사가 마련되어 있다.

그리고 샤프트(2)는, 예를 들면 철강 재료(예를 들면 크롬 및 몰리브덴을 포함한 철강 재료)로 형성되어 있다.

개폐 나사(3)는, 컴프레서 임펠러(1a)와 샤프트(2)를 체결하기 위한 부재이다. 이 개폐 나사(3)는, 일단측이 컴프레서 임펠러(1a)에 나사결합되는 임펠러 나사결합 영역(3a)이 되고, 타단측이 샤프트(2)에 나사결합되는 샤프트 나사결합 영역(3b)이 된다.

그리고 임펠러 나사결합 영역(3a)에 형성되는 나사산의 선회 방향과 샤프트 나사결합 영역(3b)에 형성되는 나사산의 선회 방향이 반대 방향으로 되어 있다.

따라서 개폐 나사(3)를 한방향으로 회전시키면, 컴프레서 임펠러(1a)와 샤프트(2)가 회전축(L)을 따라 가까워지고, 개폐 나사(3)를 역회전시키면, 컴프레서 임펠러(1a)와 샤프트(2)가 회전축(L)을 따라 이격된다.

아울러 임펠러 나사결합 영역(3a)에 형성되는 나사산의 선회 방향은, 컴프레서 임펠러(1a)가 회전 구동될 때의 반력에 의해 개폐 나사(3)와 컴프레서 임펠러(1a)의 체결력이 높아지는 방향으로 설정되어 있다.

또 개폐 나사(3)의 일단면(컴프레서 임펠러(1a)측의 면)에는, 개폐 나사(3)를 회전시키기 위한 지그(10)를 끼워맞추기 위한 끼워맞춤 구멍(3c)이 마련되어 있다. 이 끼워맞춤 구멍(3c)의 형상은, 회전축(L)방향으로부터 보아 회전축(L)을 무게중심으로 하는 형상(예를 들면 육각형)으로 설정되어 있다. 이와 같이 끼워맞춤 구멍(3c)의 형상이 회전축(L)을 무게중심으로 하는 형상이 됨으로써 컴프레서 임펠러(1a)를 회전했을 때에 회전축(L)을 중심으로 한 컴프레서 임펠러(1a)의 중량 분포를 균등하게 유지할 수 있어 컴프레서 임펠러(1a)를 안정적으로 회전시킬 수 있다.

아울러 개폐 나사(3)의 일단면은, 전술한 바와 같이 컴프레서 임펠러(1a)의 베이스부(1c)에 마련된 노출 구멍(1f)에 의해 노출되어 있다. 따라서 개폐 나사(3)의 일단면에 형성된 끼워맞춤 구멍(3c)은, 노출 구멍(1f)을 통해 컴프레서 임펠러(1a)의 일단으로부터 노출되어 있다.

아울러 개폐 나사(3)는, 컴프레서 임펠러(1a)와 샤프트(2)와의 체결에 필요한 강성을 확보할 수 있다는 것을 조건으로 하여, 컴프레서 임펠러(1a)보다 열전도율이 높은 재료에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다.

구체적으로는, 예를 들면 컴프레서 임펠러(1a)가 티타늄 합금에 의해 형성되어 있는 경우에는, 개폐 나사(3)를 철강 재료에 의해 형성하는 것을 생각할 수 있다.

이와 같이, 개폐 나사(3)를 컴프레서 임펠러(1a)보다 열전도율이 높은 재료에 의해 형성함으로써 가스의 압축에 의해 고온화된 컴프레서 임펠러(1a)에서 샤프트(2)측으로의 전열(傳熱)을 촉진시킬 수 있어 미도시된 냉각 기구에 의해 냉각되는 윤활유로의 전열을 빠르게 행할 수 있다.

또 개폐 나사(3)가 철강 재료에 의해 형성되고 컴프레서 임펠러(1a)가 티타늄 합금에 의해 형성되어 있는 경우에는, 개폐 나사(3)가 컴프레서 임펠러(1a)보다 열팽창이 커진다. 따라서 체결부가 고온이 되면 컴프레서 임펠러(1a)와 샤프트(2)가 이격될 가능성이 있는데, 전술한 바와 같이 개폐 나사(3)에 의한 전열 촉진에 의한 냉각에 의해 체결부의 온도 변화를 줄일 수 있으면 열팽창을 저감시킬 수 있어 컴프레서 임펠러(1a)와 샤프트(2)가 이격되는 것을 억제할 수 있다. 따라서 예를 들면 컴프레서 임펠러(1a)와 개폐 나사(3)와의 체결력이 느슨해지는 것을 억제할 수 있다.

아울러 본 실시형태에서는, 개폐 나사(3)와 컴프레서 임펠러(1a)가 나사결합되고, 개폐 나사(3)와 샤프트(2)가 나사결합되어 있다. 따라서 개폐 나사(3)와 컴프레서 임펠러와의 접촉면 및 개폐 나사(3)와 샤프트(2)와의 접촉 면적이 넓어지고 전열 면적이 증대되어 상술한 전열을 더욱 촉진시킬 수 있다.

구동 유닛(4)은, 컴프레서 임펠러(1a)를 회전 구동하는 동력을 발생하여 샤프트(2)에 전달하기 위한 부재로서, 예를 들면 모터나 기어 등을 포함하여 구성되어 있다.

이러한 구성을 가진 본 실시형태의 터보 압축기(S1)의 조립시에 컴프레서 임펠러(1a)와 샤프트를 체결할 때에는, 우선 개폐 나사(3)의 임펠러 나사결합 영역(3a)을 약간 컴프레서 임펠러(1a)에 마련된 암나사에 나사결합시키고, 샤프트 나사결합 영역(3b)을 약간 샤프트(2)에 마련된 암나사에 나사결합시킨다. 혹은 먼저 샤프트 나사결합 영역(3b)을 약간 샤프트(2)에 마련된 암나사에 나사결합시키고, 임펠러 나사결합 영역(3a)을 약간 컴프레서 임펠러(1a)에 마련된 암나사에 나사결합시킨다.

계속해서 도 2에 도시한 바와 같이, 지그(10)(육각 렌치)를 컴프레서 임펠러(1a)의 베이스부(1c)에 마련된 노출 구멍(1f)에 삽입하고, 지그(10)의 선단을 노출 구멍(1f)을 통해 컴프레서 임펠러(1a)의 일단으로부터 노출시킨 끼워맞춤 구멍(3c)에 끼워맞춘다. 그리고 지그(10)를 회전시킴으로써 개폐 나사(3)을 회전시킨다.

그 결과, 컴프레서 임펠러(1a)는 샤프트(2)에 대해 회전 이동하지 않고 회전축(L)을 따라 직선 이동한다. 그리고 끼워맞춤 돌기(2a)가 끼워맞춤 구멍(1e)에 끼워맞춰져 컴프레서 임펠러(1a)와 샤프트(2)가 밀착될 때까지 개폐 나사(3)를 회전시킴으로써 컴프레서 임펠러(1a)와 샤프트(2)가 체결된다.

이상과 같은 본 실시형태의 터보 압축기(S1)에서는, 컴프레서 임펠러(1a)측에 형성된 나사산의 선회 방향과 샤프트(2)측에 형성된 나사산의 선회 방향이 반대 방향이 된 개폐 나사(3)에 의해 컴프레서 임펠러(1a)와 샤프트(2)가 체결되어 있다.

따라서 개폐 나사(3)를 회전시킴으로써 컴프레서 임펠러(1a)를 샤프트(2)에 대해 회전 이동시키지 않고 컴프레서 임펠러(1a)와 샤프트(2)를 회전축(L)방향으로 직선 이동시킬 수 있다. 즉, 본 실시형태의 터보 압축기(S1)에 의하면, 컴프레서 임펠러(1a)를 샤프트(2)에 대해 회전 이동시키면서 컴프레서 임펠러(1a)와 샤프트(2)를 체결하는 경우와 비교하여 컴프레서 임펠러(1a)의 이동량을 감소시킬 수 있어 체결시의 작업량을 삭감할 수 있다.

또 본 실시형태의 터보 압축기(S1)에서는, 개폐 나사(3)에 대해 큰 텐션을 걸지 않고 컴프레서 임펠러(1a)와 샤프트(2)를 체결할 수 있기 때문에 유압 텐셔너 등의 복잡하고 큰 장치를 별도로 필요로 하지 않는다.

따라서 본 실시형태의 터보 압축기(S1)에 의하면, 복잡하고 큰 장치를 별도로 필요로 하지 않고 컴프레서 임펠러(1a)를 샤프트(2)에 대해 체결할 때의 작업량을 삭감할 수 있게 된다.

또 본 실시형태의 터보 압축기(S1)에서는, 임펠러 나사결합 영역(3a)에 형성되는 나사산의 선회 방향이, 컴프레서 임펠러(1a)가 회전 구동될 때의 반력에 의해 개폐 나사(3)와 컴프레서 임펠러(1a)의 체결력이 높아지는 방향으로 설정되어 있다.

따라서 본 실시형태의 터보 압축기(S1)에 의하면, 가동중에 컴프레서 임펠러(1a)와 개폐 나사(3)와의 체결력이 느슨해지는 것을 억제할 수 있다.

또 본 실시형태의 터보 압축기(S1)에서는, 개폐 나사(3)의 컴프레서 임펠러(1a)측의 단면에 개폐 나사(3)를 회전하는 지그(10)를 끼워맞춤 가능한 끼워맞춤 구멍(3c)이 마련되고, 컴프레서 임펠러(1a)에 끼워맞춤 구멍(3c)을 노출시키는 노출 구멍(1f)이 마련되어 있다.

따라서 노출 구멍(1f)을 통해 지그(10)를 끼워넣음으로써 용이하게 개폐 나사(3)를 회전시킬 수 있다.

또 본 실시형태의 터보 압축기(S1)에서는, 개폐 나사(3)에 의해 컴프레서 임펠러(1a)와 샤프트(2)를 체결하기 때문에 컴프레서 임펠러(1a)를 고정시키기 위해 종래의 터보 압축기와 같이 샤프트(2)를 컴프레서 임펠러(1a)의 선단까지 늘릴 필요가 없다. 결과적으로 샤프트(2)가 짧아져 샤프트(2)의 강성을 향상시킬 수 있다.

(제2 실시형태)

다음으로, 본 발명의 제2 실시형태에 대해 설명하기로 한다. 아울러 본 제2 실시형태의 설명에서 상기 제1 실시형태와 마찬가지의 부분에 대해서는 그 설명을 생략 혹은 간략화한다.

도 3a 및 도 3b는, 본 실시형태의 터보 압축기(S2)의 개략 구성을 도시한 도면으로서, 도 3a가 단면도이며, 도 3b가 샤프트(2)를 회전축(L)방향으로부터 본 도면이다.

이들 도면에 도시한 바와 같이, 본 실시형태의 터보 압축기(S2)는, 회전축(L)방향을 길이 방향으로 하고, 컴프레서 임펠러(1a)의 회전축(L)으로부터 벗어난 위치에 마련된 끼워맞춤 구멍 및 샤프트(2)의 회전축(L)으로부터 벗어난 위치에 마련된 끼워맞춤 구멍에 끼워맞춰지는 핀 부재(5)를 구비하고 있다.

핀 부재(5)는, 샤프트(2)에 대한 컴프레서 임펠러(1a)의 회전 이동을 억제하기 위한 부재로서, 본 발명의 회전 억제 수단으로서 기능한다.

그리고 본 실시형태의 터보 압축기(S2)에서는, 도 3b에 도시한 바와 같이 핀 부재(5)는, 컴프레서 임펠러(1a)의 회전축(L)을 중심으로 등간격으로 복수 배치되어 있다.

이러한 구성을 가진 본 실시형태의 터보 압축기(S2)에 의하면, 핀 부재(5)에 의해 컴프레서 임펠러(1a)를 샤프트(2)에 장착할 때에 컴프레서 임펠러(1a)가 회전 이동하는 것을 억제할 수 있어 안정적으로 컴프레서 임펠러(1a)와 샤프트(2)를 체결할 수 있다.

또 이러한 구성을 가진 본 실시형태의 터보 압축기(S2)에 의하면, 핀 부재(5)가 컴프레서 임펠러(1a)와 샤프트(2)와의 접합 부분에서의 보강재로서 기능한다. 따라서 컴프레서 임펠러(1a)와 샤프트(2)와의 접합 부분의 강도를 향상시킬 수 있다.

아울러 컴프레서 임펠러(1a)와 샤프트(2)를 체결할 때에는, 핀 부재(5)를 컴프레서 임펠러(1a) 및 샤프트(2) 중 어느 한쪽에 끼워맞춰 놓고 개폐 나사(3)의 회전에 의해 컴프레서 임펠러(1a)와 샤프트(2)를 접근시켜 다른 쪽으로 끼워맞춘다.

따라서 컴프레서 임펠러(1a)와 샤프트(2)를 체결할 때에 컴프레서 임펠러(1a)를 샤프트(2)에 대해 회전 이동시키는 종래의 체결 방법으로는 핀 부재(5)를 배치할 수 없다.

즉, 본 실시형태의 터보 압축기(S2)는, 컴프레서 임펠러(1a)를 샤프트(2)에 대해 회전 이동시키는 종래의 체결 방법을 이용하는 터보 압축기로는 실현할 수 없는, 컴프레서 임펠러(1a)와 샤프트(2)와의 접합 부분의 강도 향상을 실현하고 있다.

또 본 실시형태의 터보 압축기(S2)에서는, 핀 부재(5)가 컴프레서 임펠러(1a)의 회전축(L)을 중심으로 등간격으로 복수 배치되어 있다.

따라서 컴프레서 임펠러(1a)를 회전 구동했을 때에 회전축(L)을 중심으로 한 중량 분포를 균등하게 유지할 수 있어 컴프레서 임펠러(1a)를 안정적으로 회전시킬 수 있다.

(제3 실시형태)

다음으로, 본 발명의 제3 실시형태에 대해 설명하기로 한다. 아울러 본 제3 실시형태의 설명에서도 상기 제1 실시형태와 마찬가지의 부분에 대해서는 그 설명을 생략 혹은 간략화한다.

도 4a 및 도 4b는, 본 실시형태의 터보 압축기(S3)의 개략 구성을 도시한 도면으로서, 도 4a가 단면도이고, 도 4b가 샤프트(2)를 회전축(L)방향으로부터 본 도면이다.

이들 도면에 도시한 바와 같이, 본 실시형태의 터보 압축기(S3)는, 컴프레서 임펠러(1a)의 회전축(L)방향으로부터 본 형상이, 꼭지점이 둥그스름한 대략 삼각형 형상(회전체 형상으로부터 벗어난 형상)임과 동시에 회전축(L)을 무게중심으로 하는 끼워맞춤 돌기(7)와, 끼워맞춤 돌기(7)가 끼워맞춰지는 끼워맞춤 구멍(6)을 구비하고 있다.

이러한 끼워맞춤 돌기(7)와 끼워맞춤 구멍(6)은, 끼워맞춤에 의해 샤프트(2)에 대한 컴프레서 임펠러(1a)의 회전 이동을 억제함으로써 본 발명의 회전 억제 수단으로서 기능한다.

아울러 본 실시형태의 터보 압축기(S3)에서는, 끼워맞춤 돌기(7)가 샤프트(2)에 마련되고, 끼워맞춤 구멍(6)이 컴프레서 임펠러(1a)에 마련되어 있다.

단, 반대로 끼워맞춤 돌기(7)를 컴프레서 임펠러(1a)에 마련하고, 끼워맞춤 구멍(6)을 샤프트(2)에 마련하는 구성을 채용할 수도 있다.

이러한 구성을 가진 본 실시형태의 터보 압축기(S3)에 의하면, 끼워맞춤 돌기(7)및 끼워맞춤 구멍(6)에 의해 컴프레서 임펠러(1a)를 샤프트(2)에 장착할 때에 컴프레서 임펠러(1a)가 회전 이동하는 것을 억제할 수 있어서 안정적으로 컴프레서 임펠러(1a)와 샤프트(2)를 체결할 수 있다.

또 본 실시형태의 터보 압축기(S3)에서는, 끼워맞춤 돌기(7)가 회전축(L)을 무게중심으로 하는 형상을 가지고 있다.

따라서 컴프레서 임펠러(1a)를 회전 구동했을 때에, 회전축(L)을 중심으로 한 중량 분포를 균등하게 유지할 수 있어 컴프레서 임펠러(1a)를 안정적으로 회전시킬 수 있다.

(제4 실시형태)

다음으로, 본 발명의 제4 실시형태에 대해 설명하기로 한다. 아울러 본 제4 실시형태의 설명에서도, 상기 제1 실시형태와 마찬가지의 부분에 대해서는 그 설명을 생략 혹은 간략화한다.

도 5는, 본 실시형태의 터보 압축기(S4)의 개략 구성을 도시한 단면도이다.

이 도면에 도시한 바와 같이, 본 실시형태의 터보 압축기(S4)는, 개폐 나사(3)에 대해 컴프레서 임펠러(1a)의 회전축(L)방향(지면(紙面) 좌측)으로부터 접촉하는 록킹 볼트(8)를 구비한다. 아울러 개폐 나사(3)의 임펠러 나사결합 영역(3a)에 형성된 나사산과 록킹 볼트(8)가 구비한 나사산의 선회 방향은 동일 방향이다.

아울러 록킹 볼트(8)에는, 회전축(L)방향으로 관통함과 동시에 록킹 볼트(8)를 조일 때나 혹은 느슨하게 할 때 이용되는 공구 구멍(예를 들면 육각형)이 마련되어 있다. 이 공구 구멍의 내접원은, 개폐 나사(3)의 끼워맞춤 구멍(3c)에 끼워맞춰지는 지그(10)의 외접원보다 크게 설정되어 있다. 따라서 지그(10)는, 록킹 볼트(8)를 삽입통과하여 개폐 나사(3)에 끼워맞춰질 수 있다.

이러한 구성을 가진 본 실시형태의 터보 압축기(S4)에 의하면, 만일 컴프레서 임펠러(1a)가 체결력이 느슨해지는 방향으로 회전 이동하고자 한 경우에도, 록킹 볼트(8)에 의해 개폐 나사(3)가 회전축(L)방향으로 변위되는 것을 억제하여, 결과적으로 컴프레서 임펠러(1a)가 체결력이 느슨해지는 방향으로 회전 이동하는 것을 방지할 수 있다.

이상, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시형태로 한정되지 않는다는 것은 말할 필요도 없다. 상술한 실시형태에서 나타낸 각 구성 부재의 모든 형상이나 조합 등은 일례이며, 본 발명의 주지에서 벗어나지 않는 범위에서 설계 요구 등에 기초하여 다양하게 변경 가능하다.

예를 들면, 상기 실시형태에서 임펠러 나사결합 영역(3a)에 형성되는 나사산의 피치와 샤프트 나사결합 영역(3b)에 형성되는 나사산의 피치를 다르게 하는 것도 가능하다.

이러한 구성을 채용함으로써 개폐 나사(3)의 단위 회전당 컴프레서 임펠러(1a)의 이동량과 샤프트(2)의 이동량이 변화된다. 다시 말하면, 컴프레서 임펠러(1a)와 샤프트(2)와의 단위 이동량에 대한 개폐 나사(3)의 회전량이 다르다.

그 결과, 터보 압축기가 가동할 때에 컴프레서 임펠러(1a)와 샤프트(2)가 회전축(L)방향으로 이동하려고 했을 때에 개폐 나사(3)가 회전하는 것을 억제할 수 있다. 따라서 컴프레서 임펠러(1a)와 개폐 나사(3)와의 체결력이 느슨해지는 것을 억제할 수 있다.

또, 예를 들면 상기 실시형태에서는, 끼워맞춤 돌기(2a)가 샤프트(2)에 마련되고, 끼워맞춤 구멍(1e)이 컴프레서 임펠러(1a)에 마련되어 있다.

단, 도 7에 도시한 바와 같이, 반대로 끼워맞춤 돌기를 컴프레서 임펠러(1a)에 마련하고, 끼워맞춤 구멍을 샤프트(2)에 마련하는 구성을 채용할 수도 있다.

이러한 구성을 채용함으로써 도 6에 도시한 바와 같이, 개폐 나사(3)가 샤프트(2)의 내부에 크게 파고드는 위치에 배치된다. 따라서 컴프레서 임펠러(1a)에서 가장 높은 응력이 걸림으로써 부하가 커지는 최대 직경 부분의 근원 영역으로부터 개폐 나사(3)를 퇴피시킬 수 있어 개폐 나사(3)에 작용하는 부하를 저감시킬 수 있다.

한편 개폐 나사(3)가 컴프레서 임펠러(1a)의 최대 응력부로부터 벗어남으로서 보다 높은 축력을 컴프레서 임펠러(1a)에 부하시킬 수 있어 컴프레서 임펠러(1a)와 샤프트(2)와의 체결력을 증가시킬 수 있다.

또 상기 실시형태에서, 가동중에 열팽창에 의해 체결력이 느슨해지는 것을 억제하기 위해 개폐 나사(3)에 대해 열팽창에 의해 체결력이 느슨해지는 것을 완화 가능한 축력을 부여해두어도 좋다.

또 상기 실시형태에서는, 도 2에 도시한 바와 같이 개폐 나사(3)가 지그(10)가 끼워맞춰지는 끼워맞춤 구멍(3a)을 구비한 구성을 채용하였다.

그러나 본 발명은 이로 한정되지 않으며 개폐 나사(3)가 끼워맞춤 구멍(3a) 대신에, 지그를 끼워맞춤 가능한 끼워맞춤 돌기를 구비한 구성을 채용하는 것도 가능하다.

또 상기 실시형태에서는, 1개의 샤프트와 샤프트의 일단에 1개의 컴프레서 임펠러(1a)가 체결된 터보 압축기에 대해 설명했다.

그러나 본 발명은 이에 한정되지 않으며 1개의 샤프트 양단에 각각 컴프레서 임펠러(1a)가 체결된 터보 압축기, 복수의 샤프트를 구비함과 동시에 각 샤프트에 컴프레서 임펠러가 마련된 터보 압축기, 또 압축 가스를 냉각하는 쿨러 등의 다른 설비를 구비한 터보 압축기에 적용하는 것도 가능하다.

<산업상 이용 가능성>

본 발명에 의하면, 체결되는 임펠러와 샤프트를 구비한 터보 기계에서, 임펠러를 샤프트에 대해 체결할 때에 복잡하고 큰 장치를 불팔요하게 하고 또한 체결시의 작업량을 삭감할 수 있게 된다.

S1∼S4……터보 압축기(터보 기계) 1……컴프레서
1a……컴프레서 임펠러(임펠러) 1b……컴프레서 하우징
1c……베이스부 1d……날개
1e……끼워맞춤 구멍 1f……노출 구멍
1g……흡입 개구 1h……디퓨저
1i……스크롤 유로 2……샤프트
2a……끼워맞춤 돌기 3……개폐 나사
3a……임펠러 나사결합 영역 3b……샤프트 나사결합 영역
3c……끼워맞춤 구멍 4……구동 유닛
5……핀 부재(회전 억제 수단) 6……끼워맞춤 돌기(회전 억제 수단)
7……끼워맞춤 구멍(회전 억제 수단) 8……록킹 볼트

Claims

회전 구동되며, 날개가 배열되는 베이스부의 내부에 마련된 수용 공간의 내벽면에 제1 나사산이 형성되는 임펠러와, 임펠러에 회전 동력을 전달하는 샤프트를 구비한 터보 기계로서,
일단측이 상기 임펠러의 상기 베이스부의 상기 내벽면의 상기 제1 나사산에 나사결합되는 임펠러 나사결합 영역이 되고, 타단측이 상기 샤프트에 나사결합되는 샤프트 나사결합 영역이 되고, 상기 임펠러 나사결합 영역에 형성되는 제2 나사산의 선회 방향과 상기 샤프트 나사결합 영역에 형성되는 제3 나사산의 선회 방향이 반대 방향이 되는 개폐 나사를 가지며,
이 개폐 나사에 의해 상기 임펠러와 상기 샤프트가 체결되어 있는 터보 기계.
청구항 1에 있어서,
상기 개폐 나사는, 상기 임펠러보다 열전도율이 높은 재료에 의해 형성되어 있는 터보 기계.
청구항 2에 있어서,
상기 임펠러가 티타늄 합금에 의해 형성되어 있는 경우에, 상기 개폐 나사는 철강 재료에 의해 형성되어 있는 터보 기계.
청구항 1에 있어서,
상기 샤프트에 대한 상기 임펠러의 회전 이동을 억제하는 회전 억제 수단을 구비한 터보 기계.
청구항 4에 있어서,
상기 회전 억제 수단은, 상기 임펠러의 회전축 방향을 길이 방향으로 하고, 상기 임펠러의 회전축으로부터 벗어난 위치에 마련된 끼워맞춤 구멍 및 상기 샤프트의 회전축으로부터 벗어난 위치에 마련된 끼워맞춤 구멍에 끼워맞춰지는 핀 부재인 터보 기계.
청구항 5에 있어서,
상기 핀 부재는, 상기 임펠러의 회전축을 중심으로 하여 등간격으로 복수 배치되어 있는 터보 기계.
청구항 4에 있어서,
상기 회전 억제 수단은,
상기 임펠러의 회전축 방향으로부터 본 외형 형상이 회전체 형상으로부터 벗어남과 동시에 상기 임펠러 혹은 상기 샤프트에 대해 상기 회전축 방향으로 돌출되어 마련되는 끼워맞춤 돌기와,
상기 끼워맞춤 돌기가 마련되지 않은 상기 임펠러 혹은 상기 샤프트에 대해 마련됨과 동시에 상기 끼워맞춤 돌기가 끼워맞춰지는 끼워맞춤 구멍을 구비한 터보 기계.
청구항 7에 있어서,
상기 끼워맞춤 돌기는, 상기 회전축을 무게중심으로 하는 형상을 가지고 있는 터보 기계.
청구항 1에 있어서,
상기 개폐 나사에 대해 상기 임펠러의 회전축 방향으로부터 접촉하는 록킹 볼트를 구비한 터보 기계.
청구항 1∼9 중 어느 한 항에 있어서,
상기 임펠러 나사결합 영역에 형성되는 제2 나사산의 선회 방향은, 상기 임펠러가 회전 구동될 때의 반력에 의해 상기 개폐 나사와 상기 임펠러의 체결력이 높아지는 방향으로 설정되어 있는 터보 기계.
청구항 1∼9 중 어느 한 항에 있어서,
상기 개폐 나사의 상기 임펠러측의 단면(端面)에 상기 개폐 나사를 회전시키는 지그를 끼워맞춤 가능한 끼워맞춤 구멍 혹은 끼워맞춤 돌기가 마련되고, 상기 임펠러에 상기 끼워맞춤 구멍 혹은 끼워맞춤 돌기를 노출시키는 노출 구멍이 마련되어 있는 터보 기계.
청구항 10에 있어서,
상기 개폐 나사의 상기 임펠러측의 단면에 상기 개폐 나사를 회전시키는 지그를 끼워맞춤 가능한 끼워맞춤 구멍 혹은 끼워맞춤 돌기가 마련되고, 상기 임펠러에 상기 끼워맞춤 구멍 혹은 끼워맞춤 돌기를 노출시키는 노출 구멍이 마련되어 있는 터보 기계.
청구항 11에 있어서,
상기 개폐 나사를 회전시키는 지그를 끼워맞춤 가능한 상기 끼워맞춤 구멍 혹은 끼워맞춤 돌기가, 상기 임펠러의 회전축을 무게중심으로 하는 형상을 가지고 있는 터보 기계.
청구항 12에 있어서,
상기 개폐 나사를 회전시키는 지그를 끼워맞춤 가능한 상기 끼워맞춤 구멍 혹은 끼워맞춤 돌기가, 상기 임펠러의 회전축을 무게중심으로 하는 형상을 가지고 있는 터보 기계.