KR101700839B1

KR101700839B1 - 유동저항체를 포함하는 임펠러

Info

Publication number: KR101700839B1
Application number: KR1020150012495A
Authority: KR
Inventors: 박병식; 이시우; 양영민; 이동현; 김혁주; 정대헌
Original assignee: 한국에너지기술연구원
Priority date: 2015-01-27
Filing date: 2015-01-27
Publication date: 2017-01-31
Also published as: KR20160092186A

Abstract

본 발명은 유동저항체를 포함하는 임펠러에 관한 것으로 본 발명에 따른 임펠러는 임펠러, 상기 임펠러를 수용하는 공간이 형성되며, 상기 임펠러의 후방에 스러스트 베어링이 구비되는 버퍼공간이 형성되는 하우징 및 상기 임펠러의 회전에 의해 상기 버퍼공간의 내부에서 유동하는 유체의 흐름을 저해하도록, 상기 버퍼공간의 내면이 돌출되는 형태로 형성되는 유동저항체를 포함한다.

Description

유동저항체를 포함하는 임펠러{IMPELLER WITH FLOW RESISTOR}

본 발명은 유동저항체를 포함하는 임펠러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 임펠러의 회전과 함께 회전하는 유체의 흐름을 저해하는 유동저항체를 구비하여 임펠러의 전단부 및 후단부의 압력 차를 줄여 회전체의 추력을 감소시킬 수 있는 임펠러에 관한 것이다.

일반적으로 임펠러를 감싸는 하우징을 형성할 때, 회전하는 임펠러와 하우징 사이의 간극을 최소화하여, 임펠러의 효율을 향상시킬 수 있도록 하우징을 형성한다.

이러한 임펠러의 하우징은 임펠러 전후단의 압력 분포가 서로 비슷한 수준으로 유지함으로써, 회전하는 임펠러의 회전축 방향으로 발생하는 임펠러의 추력을 상쇄시키고, 스러스트 베어링의 부담을 줄이며, 동적 안정성을 확보하는 것이 중요하다.

따라서, 회전체인 임펠러와 고정체인 하우징의 사이에는 유체의 압력을 유지하고, 유체의 손실을 방지하기 위하여 형성되는 라비린스 실이 적용된다.

이러한 라비린스 실에 의해서 임펠러 후단으로 향하는 유체는 대부분 차단되나, 일부 유체는 임펠러의 회전 방향으로 회전하는 속도가 손실되지 않고 임펠러의 후단으로 유입되게 된다.

이때, 임펠러의 후단으로 유입되는 유체의 회전속도로 인한 동압은 임펠러 후단의 내부공간으로 진입하면서 손실되나 일정 부분이 정압으로 회복된다.

따라서, 높아진 임펠러 후단 내부공간의 정압과 임펠러 전단 입구와의 정압의 차이에 의해 임펠러의 회전축 방향으로 추력이 발생하는 문제점이 있다.

이러한 경우, 전체 회전축에 대해 스러스트 베어링에 걸리는 하중이 커지게 되는 문제점이 있다.

또한, 전체적인 임펠러 구조의 동적 안정성이 저하되고, 베어링이 파손되는 문제점이 있다.

본 발명의 기술적 과제는, 배경기술에서 언급한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 임펠러의 회전과 함께 회전하는 유체의 흐름을 저해하는 유동저항체를 구비하여 임펠러의 전단부 및 후단부의 압력 차를 줄여 회전체의 추력을 감소시킬 수 있는 임펠러를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

기술적 과제를 해결하기 위해 안출된 본 발명에 따른 유동저항체를 포함하는 임펠러는 임펠러, 상기 임펠러를 수용하는 공간이 형성되며, 상기 임펠러의 후방에 스러스트 베어링이 구비되는 버퍼공간이 형성되는 하우징 및 상기 임펠러의 회전에 의해 상기 하우징의 내부에서 유동하는 유체의 흐름을 저해하도록, 상기 임펠러의 후단부에서 상기 하우징의 내면이 돌출되는 형태로 형성되는 유동저항체를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 유동저항체는 상기 임펠러의 후방 끝단에 인접하여 복수개가 상기 임펠러의 회전방향을 따라 나열되며, 상기 임펠러의 회전방향과 소정의 각도를 이루는 저항면이 형성될 수 있다.

이때, 상기 유동저항체는 상기 저항면이 후방으로 갈수록 상기 임펠러 회전방향의 반대방향으로 휘어지도록 형성될 수 있다.

한편, 상기 유동저항체는 상기 하우징의 상기 버퍼공간 내면에 구비될 수 있다.

또한, 상기 유동저항체는 상기 임펠러의 후방 끝단 및 상기 하우징의 사이에 구비될 수 있다.

본 발명에 따른 유동저항체를 포함하는 임펠러에 의하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 임펠러의 후단부에서 빠른 속도로 회전하는 유체의 동압 성분을 유동저항체를 통하여 손실시켜 임펠러 후단부의 정압 회복을 감소시키는 효과가 있다.

둘째, 임펠러의 전단부 및 후단부의 정압 차이를 줄여, 회전하는 임펠러에서 발생하는 추력을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

셋째, 임펠러의 스러스트 베어링에 가해지는 부하를 줄여 임펠러의 안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

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

도 1은 본 발명에 따른 유동저항체를 포함하는 임펠러의 제1 실시예를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 유동저항체를 포함하는 임펠러 제1 실시예의 단면을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 유동저항체의 보다 구체적인 형상 및 기능을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 유동저항체를 포함하는 임펠러의 제2 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 유동저항체를 포함하는 임펠러 제2 실시예의 단면을 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

아울러, 본 발명을 설명하는데 있어서, 전방/후방 또는 상측/하측과 같이 방향을 지시하는 용어들은 당업자가 본 발명을 명확하게 이해할 수 있도록 기재된 것들로서, 상대적인 방향을 지시하는 것이므로, 이로 인해 권리범위가 제한되지는 않는다고 할 것이다.

<제1 실시예>

먼저, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 유동저항체를 포함하는 임펠러 제1 실시예의 구성에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

여기서, 도 1은 본 발명에 따른 유동저항체를 포함하는 임펠러의 제1 실시예를 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 유동저항체를 포함하는 임펠러 제1 실시예의 단면을 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 유동저항체의 보다 구체적인 형상 및 기능을 나타내는 도면이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 유동저항체를 포함하는 임펠러의 제1 실시예는 임펠러(100), 하우징(200) 및 유동저항체(300)를 포함할 수 있다.

임펠러(100)는 회전하면서 기계의 동력을 유체의 운동에너지로 변환하는 구성으로, 본 실시예에서는 임펠러의 전방 입구에서 유입되는 유체를 측방향으로 유도하며 회전하는 임펠러(100)로 구성될 수 있다.

또한, 임펠러(100)는 반대로 유체의 운동에너지를 기계적인 동력으로 변환하는 구성인 구심 터빈으로 구성될 수도 있다.

이러한 임펠러(100)는 회전운동을 하면서 유동체의 운동에너지 및 기계적인 동력을 상호 변환시키도록 마련된다면 그 형태 및 구성은 제한되지 않고 다양할 수 있다.

한편, 하우징(200)은 임펠러(100)의 적어도 일부를 감싸도록 형성되는 구성으로, 내부에 임펠러(100)을 수용하는 공간이 형성되고, 임펠러(100)의 후단에는 버퍼공간(210)이 형성되며, 본 발명에 따른 임펠러의 전체적인 외관을 형성할 수 있다.

여기서, 버퍼공간(210)은 임펠러(100)의 후방에 형성되는 공간으로 임펠러(100)의 후면과 맞닿는 면이 형성될 수 있으며, 임펠러(100)의 후면과 맞닿는 면에는 스러스트 베어링이 구비될 수 있다.

스러스트 베어링은 일반적인 임펠러에 사용되는 구성으로, 스러스트 베어링의 형태 및 구성은 제한되지 않고 다양할 수 있다.

또한, 하우징(200)의 구성 역시 내부에 임펠러(100)가 회전하며 수용될 수 있는 공간이 형성되고, 임펠러(100)의 후단에 스러스트 베어링이 구비되는 버퍼공간(210)이 형성되도록 마련된다면, 그 형태 및 구성은 제한되지 않고 다양할 수 있다.

한편, 유동저항체(300)는 임펠러(100)의 후단부에서 하우징(200)의 내면이 돌출되는 형태로 형성되어, 임펠러(100)의 회전에 의해 하우징(200)의 내부에서 유동하는 유체의 흐름을 저해하는 구성으로, 본 실시예에서 유동저항체(300)는 전술한 하우징(200)의 버퍼공간(210) 내면에 구비될 수 있다.

보다 구체적으로, 유동저항체(300)는 임펠러(100)의 후방 끝단에 인접한 버퍼공간(210)의 내면에, 복수개가 임펠러(100)의 회전방향을 따라 나열되도록 배치될 수 있다.

또한, 유동저항체(300)에는 임펠러(100)의 회전방향과 소정의 각도를 이루는 저항면(310)이 형성될 수 있다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 유동저항체(300)의 저항면(310)은, 임펠러(100)의 회전을 따라 임펠러(100)과 함께 유동하는 버퍼공간(210) 내부의 유체가 유동하는 과정에서, 전술한 유동저항체(300)의 저항면(310)과 부딪히도록 형성될 수 있다.

이때, 저항면(310)은 후방으로 갈수록 임펠러(100)의 회전방향과 반대방향으로 휘어지도록 형성되는 것이 유리할 수 있다.

전술한 구성을 포함하는 본 발명에 따른 유동저항체를 포함하는 임펠러의 구동을 상세히 설명하면 다음과 같다.

임펠러(100)가 회전(A)함에 따라, 임펠러(100)의 후단에 형성된 버퍼공간(210) 내부의 유체는 임펠러(100)과 함께 버퍼공간(210) 내부에서 회전(B)할 수 있다.

이때, 임펠러(100)의 회전(A)을 따라 유동하는 유체의 흐름(B)이 유동저항체(300)의 저항면(310)과 충돌하게 되며, 충돌한 유체의 흐름(B)은 저항면(310)을 따라 그 방향이 휘어질 수 있다.

즉, 유체의 흐름(B)은 유동저항체(300)의 저항면(310)에 의해 회전하는 속도가 대부분 손실되어 임펠러(100) 후단의 버퍼공간(210) 내부로 진입할 수 있다.

따라서, 임펠러(100) 후단의 버퍼공간(210)에서 유체 흐름(B)의 동압이 손실되며 정압으로 회복되는 현상을 방지할 수 있다.

따라서, 임펠러(100)의 전단부 및 후단부의 정압 차이를 줄일 수 있으며, 이는 회전하는 임펠러(100)에서 발생하는 추력을 감소시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 임펠러(100)의 스러스트 베어링에 가해지는 부하를 줄여 임펠러(100)의 안정성을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

<제2 실시예>

이어서, 도 4 및 도 5를 참조하여, 본 발명에 따른 유동저항체를 포함하는 임펠러 제2 실시예의 구성에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

여기서, 도 4는 본 발명에 따른 유동저항체를 포함하는 임펠러의 제2 실시예를 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 유동저항체를 포함하는 임펠러 제2 실시예의 단면을 나타내는 도면이다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 유동저항체를 포함하는 임펠러의 제2 실시예는 임펠러(100), 하우징(200) 및 유동저항체(300)를 포함할 수 있다.

이때, 임펠러(100) 및 하우징(200)은 전술한 제1 실시예의 임펠러(100) 및 하우징(200)의 구성과 동일한 구성이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

또한, 유동저항체(300)의 구성 역시 전술한 제1 실시예의 유동저항체(300)의 구성과 기본적으로는 동일한 구성일 수 있다.

다만, 본 실시예에서 유동저항체(300)는 임펠러(100)의 후방 끝단 및 하우징(200)의 사이에 구비될 수 있다.

일반적으로, 임펠러(100)의 후방 끝단부 및 하우징(200)의 사이에는 라비린스 실(220)이 형성될 수 있다.

본 실시예의 유동저항체(300)는 이러한 라비린스 실(220)이 형성되는 위치에 라비린스 실(220)과 함께 구비될 수 있다.

보다 구체적으로, 임펠러(100)의 후단부로 유동체가 유동할 수 있는 임펠러(100) 및 하우징(200) 사이의 공간을 따라 라비린스 실(220)이 형성되며, 임펠러(100)의 후방 끝단 및 하우징(200)의 사이 공간에서 본 발명에 따른 임펠러의 유동저항체(300)가 구비되는 형태로 구성될 수 있다.

전술한 구성에 의한 본 발명에 따른 유동저항체를 포함하는 임펠러의 제2 실시예는 전술한 제1 실시예와 같이, 임펠러(100)의 후단부에서 회전하는 유체 흐름(B)의 방향을 바꿔 유체의 동압을 손실시키고, 유체가 임펠러(100) 후단의 버퍼공간(210)에서 정압을 회복하며 임펠러(100) 후단부의 정압이 상승하는 현상을 최소화 할 수 있다.

그리고, 임펠러(100)의 스러스트 베어링에 가해지는 부하를 줄여 임펠러(100)의 안정성을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

한편, 본 실시예에서 적용된 유동저항체(300)는 유동저항체(300)의 전단부에 형성된 라비린스 실(220)과 마찬가지로, 유동체의 흐름을 방해할 수 있어, 또 다른 라비린스 실의 역할을 수행할 수도 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 이상 설명한 바와 같이 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만, 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

100 : 임펠러
200 : 하우징
210 : 버퍼공간 220 : 라비린스 실
300 : 유동저항체
310 : 저항면

Claims

임펠러;
상기 임펠러를 수용하는 공간이 형성되며, 상기 임펠러의 후방에 스러스트 베어링이 구비되는 버퍼공간이 형성되는 하우징; 및
상기 임펠러의 회전에 의해 상기 하우징의 내부에서 유동하는 유체의 흐름을 저해하도록, 상기 임펠러의 후단부에서 상기 하우징의 내면이 돌출되는 형태로 형성되는 유동저항체;
를 포함하되,
상기 유동저항체는,
상기 임펠러의 후방 끝단에 인접하여 복수개가 상기 임펠러의 회전방향을 따라 나열되며, 상기 임펠러의 회전방향과 소정의 각도를 이루도록 상기 임펠러의 회전방향과 반대방향으로 휘어지는 저항면이 형성되어,
상기 임펠러의 회전을 따라 상기 버퍼공간의 내부를 유동하는 유체가 상기 저항면과 충돌하여 유체의 유동속도가 낮아지는 것을 특징으로 하는 임펠러.
삭제
제1항에 있어서,
상기 유동저항체는,
상기 저항면이 후방으로 갈수록 상기 임펠러 회전방향의 반대방향으로 휘어지도록 형성되는 임펠러.
제1항에 있어서,
상기 유동저항체는,
상기 하우징의 상기 버퍼공간 내면에 구비되는 임펠러.
제1항에 있어서,
상기 유동저항체는,
상기 임펠러의 후방 끝단 및 상기 하우징의 사이에 구비되는 임펠러.