KR101795638B1 - 베인 구동 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 유체가 유동하는 덕트와, 상기 덕트 내부의 유체 유동을 제어하는 베인과, 상기 덕트에 설치되며 상기 베인을 움직이는 베인 구동 부재와, 상기 베인 구동 부재를 구동하며, 회전축을 중심으로 회동 가능하도록 상기 덕트에 설치된 조정 링과, 상기 조정 링의 회전을 수행하는 액추에이터를 포함하며, 복수개의 볼이 설치되는 적어도 하나의 볼 설치홈이 상기 조정 링의 내주면에 형성되며 상기 조정 링에는 상기 볼 설치홈과 연통되는 설치구멍이 형성되고 상기 설치구멍에는 볼 제한부재가 설치되는 베인 구동 장치를 제공한다.

Description

베인 구동 장치{An apparatus for driving vane}

본 발명은 베인 구동 장치에 관한 것이다.

유체 기계 내의 유체 유동을 제어하기 위해 개도를 조정할 수 있는 가변 베인을 덕트 내에 설치하고, 그 가변 베인의 각도를 조절함으로써 유체의 유동을 제어하는 기술이 알려져 있다.

한편, 베인 구동 장치는, 유체의 유동을 조절하기 위해 사용자 또는 구동 프로그램에 따라 가변 베인의 각도를 조정하는 기능을 수행하는데, 주로, 압축기, 터빈, 팽창기, 노즐 장치 등의 유체 기계에 적용됨으로써 해당 유체 기계의 성능을 향상시키고 운용 범위를 확대시킨다.

한편, 공개특허공보 2002-0094276호에는 가변 베인이 설치된 임펠러가 개시되어 있는데, 가변 베인의 각도가 냉각수의 온도에 따라 자동으로 조절되는 기술이 개시되어 있다.

본 발명은, 설치 및 유지 보수가 용이한 베인 구동 장치를 제공하는 것을 주된 과제로 한다.

본 발명은, 유체가 유동하는 덕트;와, 상기 덕트 내부의 유체 유동을 제어하는 베인;과, 상기 덕트에 설치되며, 상기 베인을 움직이는 베인 구동 부재;와, 상기 베인 구동 부재를 구동하며, 회전축을 중심으로 회동 가능하도록 상기 덕트에 설치된 조정 링;과, 상기 조정 링의 회전을 수행하는 액추에이터;를 포함하며, 복수개의 볼이 설치되는 적어도 하나의 볼 설치홈이 상기 조정 링의 내주면에 형성되며, 상기 조정 링에는 상기 볼 설치홈과 연통되는 설치구멍이 형성되고, 상기 설치구멍에는 볼 제한부재가 설치되는 베인 구동 장치를 제공한다.

여기서, 상기 조정 링의 외주에는 상기 베인 구동 부재를 회전시키는 작동 부재가 설치될 수 있다.

여기서, 상기 설치구멍은 상기 볼이 통과될 수 있는 크기를 가질 수 있다.

여기서, 상기 설치구멍의 내주 및 상기 볼 제한부재의 외주에 나사가 형성되어, 상기 설치구멍과 상기 볼 제한부재는 나사결합을 할 수 있다.

여기서, 상기 조정 링은 두 개의 분할 링 부재가 결합되어 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 설치구멍의 형성 방향은 상기 회전축의 방향과 평행한 방향일 수 있다.

여기서, 상기 볼 설치홈은 그 너비가 상기 조정 링의 내주면에 가까워질수록 좁아지는 형상을 가질 수 있다.

본 발명에 따르면, 설치 및 유지 보수가 용이한 베인 구동 장치를 제공하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 베인 구동 장치를 도시한 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 관한 조정 링을 도시한 개략적인 사시도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 자른 개략적인 확대 단면도이다.
도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 자른 개략적인 확대 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 관한 조정 링의 일부를 잘라 도시한 개략적인 단면 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 관한 2개의 분할 링 부재를 결합시켜 조정 링을 설치하는 모습을 도시한 사시도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 관한 조정 링의 볼 설치홈에 볼을 설치하는 모습을 도시한 개략적인 단면 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 관한 조정 링이 덕트에 설치된 모습을 도시한 개략적인 정면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 베인 구동 장치를 도시한 개략적인 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 관한 조정 링을 도시한 개략적인 사시도이다. 또한, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 자른 개략적인 확대 단면도이고, 도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 자른 개략적인 확대 단면도이다. 또한, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 관한 조정 링의 일부를 잘라 도시한 개략적인 단면 사시도이다.

본 실시예에 따른 베인 구동 장치(100)는 원심 압축기의 가스 인입부(10)에 적용된다.

본 실시예에 따른 베인 구동 장치(100)는 원심 압축기의 가스 인입부(10)에 적용되지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 베인 구동 장치는, 「덕트 내의 유동을 제어하는 기술」이 적용될 수 있는 곳에는 제한 없이 적용될 수 있다. 예를 들어, 즉, 압축기의 디퓨져 덕트 부분, 터빈의 배기 가스 배출 덕트 부분 등 다양한 유체 기계의 다양한 부분에 제한 없이 사용될 수 있고, 유동이 제어되는 유체의 종류도 기체, 액체, 증기 등 다양한 유체에 적용될 수 있다.

한편, 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 베인 구동 장치(100)는, 덕트(110), 베인(120), 베인 구동 부재(130), 조정 링(140), 액추에이터(150)를 포함한다.

덕트(110)는 가스 인입부(10)의 입구에 설치되어 가스 인입부(10)로 유입되는 유체를 가이드하는 기능을 수행하는데, 중공 원통형의 형상을 가지고 있다.

본 실시예에 따른 덕트(110)는 중공 원통형의 형상을 가지고 있지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 덕트는 내부에 유체가 유동할 수 있고, 조정 링(140)이 회동가능하게 설치될 수 있으면 그 형상에는 특별한 제한이 없다. 예를 들어, 본 발명에 따른 덕트는 일부 부분이 타원의 호 형상을 가질 수도 있다.

베인(120)은 덕트(110)의 내부에 복수개 설치된다.

베인(120)은 그 각도를 조절할 수 있도록 회동 가능하게 설치됨으로써, 덕트(110)의 내부에 유동하는 유체의 유동을 제어하게 된다.

베인 구동 부재(130)는 덕트(110)에 회동 가능하도록 설치되는데, 그 구동축(131)은 베인(120)에 연결되어 베인(120)을 움직인다. 또한, 베인 구동 부재(130)의 일단에는 구동 홈(132)이 형성되어 조정 링(140)의 작동 부재(143)에 접촉한다.

한편, 조정 링(140)은 원형 링의 형상을 가지는데, 회전축(S)을 중심으로 회동 가능하도록 덕트(110)의 외면(110a)에 설치된다.

조정 링(140)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 2개의 분할 링 부재(141)(142)가 결합되어 이루어진다.

본 실시예에 따른 조정 링(140)은 2개의 분할 링 부재(141)(142)가 따로 제작된 후 이들을 결합시켜 구성되나, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 조정 링은 처음부터 하나의 링 부재로 구성될 수도 있고, 3개, 4개의 분할 링 부재로 이루어질 수도 있다.

조정 링(140)은 베인 구동 부재(130)를 구동하는데, 이를 위해 조정 링(140)의 외주면(140a)에는 작동 부재(143)가 설치되어 있다.

작동 부재(143)는 베인 구동 부재(130)의 일단에 형성된 구동 홈(132)에 끼워져, 조정 링(140)의 회전 운동을 베인 구동 부재(130)의 회전 운동으로 전환하게 된다.

또한, 조정 링(140)의 외주면(140a)에는 액추에이터(150)로부터 회전력을 전달받는 회전 구동 부재(144)가 설치된다.

한편, 액추에이터(150)는 조정 링(140)의 회전을 수행한다.

액추에이터(150)로는 유압 또는 공압 실린더가 적용될 수 있는데, 신축 작용을 하는 작용부(151)를 구비한다.

작용부(151)는 조정 링(140)의 회전 구동 부재(144)에 힌지 구조로 연결되어, 작용부(151)가 신축 작용을 하게 되면 조정 링(140)은 소정의 각도로 회전하게 된다.

도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 조정 링(140)의 내주면(140b)에는 2줄의 볼 설치홈(145)이 형성되어 있다.

본 실시예에 따른 조정 링(140)의 내주면(140b)에는 2줄의 볼 설치홈(145)이 형성되어 있지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 조정 링(140)의 내주면(140b)에 설치된 볼 설치홈(145)의 줄 개수에는 특별한 제한이 없다. 예를 들어, 볼 설치홈(145)의 줄 개수는 1줄, 3줄, 4줄이 될 수 있다.

볼 설치홈(145)에는 복수개의 볼(146)들이 설치되는데, 볼(146)들은 덕트(110)의 외면(110a)에 접촉하여 조정 링(140)을 지지하게 된다.

여기서, 도 3에 도시된 바와 같이, 볼 설치홈(145)의 형상은 바닥면에서의 너비(W1)가 내주면(140b)에서의 너비(W2)보다 크고, 그 너비가 내주면(140b)에 가까워질수록 좁아지는 형상을 가진다. 그러한 형상은, 볼 설치홈(145)에 설치된 볼(146)이 볼 설치홈(145)으로부터 이탈하는 것을 방지한다.

한편, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 조정 링(140)에는 볼 설치홈(145)과 연통되는 설치구멍(147)이 형성되고, 설치구멍(147)에는 볼 제한부재(148)가 설치된다.

설치구멍(147)은 조정 링(140)의 전면(140c)과 배면(140d)에 형성되는데, 설치구멍(147)의 형성 방향은 회전축(S)의 방향과 평행인 방향이며 볼 설치홈(145)과 연통되어 있다.

본 실시예에 따른 설치구멍(147)은 전면(140c)에 소정의 간격으로 5개 설치되고, 배면(140d)에도 소정의 간격으로 5개 설치된다.

본 실시예에 따른 설치구멍(147)은 전면(140c)에 소정의 간격으로 5개 설치되고, 배면(140d)에도 소정의 간격으로 5개 설치되지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따르면 설치구멍(147)의 개수는 설계자의 설계에 따라 변경될 수 있다.

설치구멍(147)의 크기는 볼(146)이 통과될 수 있도록 볼(146)의 직경보다 큰 형상을 가지고 있다. 즉, 베인 구동 장치(100)의 설치 과정에서, 볼(146)은 설치구멍(147)을 통해 볼 설치홈(145)에 안착되는데, 이를 위해 설치구멍(147)의 크기는 볼(146)의 직경보다 큰 형상을 가진다.

설치구멍(147)의 내주에는 나사(147a)가 형성되어 있는데, 나사(147a)는 볼 제한부재(148)의 외주에 형성된 나사(148a)와 결합되게 된다.

한편, 볼 제한부재(148)는 설치구멍(147)에 나사 결합으로 설치되는데, 볼 제한부재(148)의 길이(L)는 볼 설치홈(145)의 안쪽 공간의 일부까지 연장될 정도이므로, 볼 제한부재(148)를 설치구멍(147)에 완전히 설치되게 되면 볼(146)은 볼 제한부재(148)의 단부에 의해 이동이 제한되게 되는데, 그와 관련하여서는 후술한다.

본 실시예에 따른 설치구멍(147)과 볼 제한부재(148)는 나사 결합으로 결합되는데, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 설치구멍(147)과 볼 제한부재(148)의 결합은, 접착제 도포, 억지 끼워 맞춤 등의 다른 결합 방식으로도 수행될 수 있다.

이하, 도 6 내지 도 9를 참조하여, 본 실시예에 따른 베인 구동 장치(100)의 설치 조립에 대해 살펴본다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 관한 2개의 분할 링 부재를 결합시켜 조정 링을 설치하는 모습을 도시한 사시도이고, 도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 관한 조정 링의 볼 설치홈에 볼을 설치하는 모습을 도시한 개략적인 단면 사시도이다. 또한, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 관한 조정 링이 덕트에 설치된 모습을 도시한 개략적인 정면도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 작업자는 덕트(110)를 사이에 두고 2개의 분할 링 부재(141)(142)를 조립한 후, 볼트(B)를 이용하여 분할 링 부재(141)(142)를 서로 고정시켜, 조정 링(140)을 덕트(110)에 설치한다.

이어, 작업자는, 조정 링(140)의 배면(140d)에 형성된 설치구멍(147)들 중 한 개만 제외하고, 나머지 설치구멍(147)들에 볼 제한부재(148)를 결합한다. 그 다음 작업자는, 도 7에 도시된 바와 같이, 볼 제한부재(148)가 설치되지 않은 한 개의 설치구멍(147)에 5개의 볼(146)을 삽입하여, 볼 설치홈(145)에 5개의 볼(146)이 설치되도록 한다.

그 다음 작업자는, 도 8에 도시된 바와 같이, 볼(146)을 삽입했던 설치구멍(147)에 볼 제한부재(148)를 설치하여 볼(146)이 볼 설치홈(145)으로부터 이탈하는 것을 방지한다.

그 다음 작업자는, 조정 링(140)의 전면(140c)에 설치된 설치구멍(147)들 중 아직 볼(146)이 삽입되지 않은 임의의 하나의 설치구멍(147)으로부터 볼 제한부재(148)를 분리한 후, 그 임의의 하나의 설치구멍(147)에 전술한 방법과 마찬가지로 5개의 볼(146)들을 삽입한 후, 그 임의의 하나의 설치구멍(147)에 다시 볼 제한부재(148)를 설치하여 볼 설치홈(145)에 안착된 볼(146)의 이탈을 방지한다.

이상과 같은 과정은, 조정 링(140)의 전면(140c)에 설치된 모든 설치구멍(147)에 반복하여 진행되는데, 최종적으로, 도 9에 도시된 바와 같이, 모두 25개의 볼(146)들이 설치홈(145)에 배치되되, 각각의 볼 제한부재(148)들 사이에는 5개의 볼(146)들만이 배치되도록 설치한다. 그러한 볼(146)들의 배치는 조정 링(140)의 회동 작용 시에, 조정 링(140)의 균일한 하중 지지를 위한 구성이다.

작업자는 그와 같은 과정을 조정 링(140)의 전면(140c)에 설치된 모든 설치구멍(147)에도 동일하게 수행하여, 덕트(110)에의 조정 링(140) 설치를 완료한다.

본 실시예의 경우에는 1줄의 설치홈(145) 당 모두 25개의 볼(146)들이 배치되되, 각각의 볼 제한부재(148)들 사이에는 5개의 볼(146)들만이 배치되게 되지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 각 설치홈(145)에 배치되는 볼(146)의 전체 개수 및 볼 제한부재(148)들 사이에 배치되는 볼(146)의 개수에는 특별한 제한이 없다. 즉, 설치되는 볼(146)들이 조정 링(140)의 하중을 적절히 지지하여, 회전 작용이 용이하게 수행될 수 있으면 되고, 볼(146)들의 개수에는 특별한 제한이 없다. 예를 들어, 각 설치홈(145)에 배치되는 볼(146)의 전체 개수는 35개가 되고, 각각의 볼 제한부재(148)들 사이의 볼(146)의 개수는 7개가 될 수도 있다.

한편, 본 실시예의 경우에 작업자는 2개의 분할 링 부재(141)(142)를 이용하여 조정 링(140)을 덕트(110)에 설치한 후에, 볼(146)들을 설치홈(145)에 배치하는 순서로 설치 공정을 수행하지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따르면, 볼(146)들을 우선 설치홈(145)에 배치한 후에, 2개의 분할 링 부재(141)(142)를 이용하여 조정 링(140)을 덕트(110)에 설치하는 순서로 설치 공정을 수행할 수도 있다. 그 경우에 설치홈(145)에 설치된 볼(146)들이 이탈되지 않도록 주의를 해야 한다.

이하, 도 1을 참조하여, 본 실시예에 따른 베인 구동 장치(100)의 작동에 대해 살펴본다.

사용자 또는 구동 프로그램의 제어에 따라 액추에이터(150)가 작동하게 되면 작용부(151)가 신축하게 되고, 그렇게 되면 조정 링(140)은 회전축(S)을 중심으로 회전하게 된다. 이 때, 조정 링(140)은 볼 설치홈(145)에 설치된 볼(146)들에 의해 덕트(110)의 외면(110a)과의 마찰이 최소화되면서 회전이 수행되게 된다.

한편, 조정 링(140)이 회전하게 되면 조정링(140)의 외주면(140a)에 설치된 작동 부재(143)도 회전하게 되고, 그렇게 되면 작동 부재(143)에 결합된 베인 구동 부재(130)도 회전하게 된다. 베인 구동 부재(130)가 회전하게 되면 그와 연결된 베인(120)도 회전하게 되어, 가스 인입부(10)에 유입되는 유체의 유동을 제어하게 된다.

이상과 같이, 본 실시예에 따른 베인 구동 장치(100)는, 조정 링(140)의 설치구멍(147)을 통해 볼(146)들이 삽입되어 볼 설치홈(145)에 안착되므로, 덕트(110)에의 조정 링(140)의 설치가 용이하게 되고, 차후 볼(146)의 고장 등이 발생할 경우, 볼(146)의 교체 등의 유지 보수가 용이하게 된다. 특히, 본 실시예의 경우에 조정 링(140)은 2개의 분할 링 부재(141)(142)가 결합하여 구성되어 있으므로, 더욱 조정 링(140)의 덕트(110)에의 설치가 용이하게 된다.

또한, 본 실시예에 따른 베인 구동 장치(100)는, 볼 제한부재(148)에 의해 볼 설치홈(145)에 설치된 볼(146)들의 이동이 일정 각도 범위로 제한되므로, 적은 수의 볼(146)들로도 조정 링(140)을 덕트(110)의 외면(110a)에 회동 가능하도록 지지할 수 있어, 제조 비용 및 제조 공수를 줄일 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 베인 구동 장치(100)는, 볼 설치홈(145)에 설치된 볼(146)들을 이용하여 조정 링(140)을 덕트(110)의 외면(110a)에 지지하는 구성을 가지고 있으므로, 안정적인 회동 지지 구조를 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 내구성도 우수하게 된다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

본 발명은 베인 구동 장치가 설치된 유체 기계에 적용될 수 있다.

100: 베인 구동 장치 110: 덕트
120: 베인 130: 베인 구동 부재
140: 조정 링 150: 액추에이터

Claims (7)

1. 유체가 유동하는 덕트;
   상기 덕트 내부의 유체 유동을 제어하는 베인;
   상기 덕트에 설치되며, 상기 베인을 움직이는 베인 구동 부재;
   상기 베인 구동 부재를 구동하며, 회전축을 중심으로 회동 가능하도록 상기 덕트에 설치된 조정 링; 및
   상기 조정 링의 회전을 수행하는 액추에이터;를 포함하며,
   복수개의 볼이 설치되는 적어도 하나의 볼 설치홈이 상기 조정 링의 내주면에 형성되며,
   상기 조정 링에는 미리 결정된 간격으로 상기 볼 설치홈과 연통되도록 복수개의 설치구멍이 형성되고,
   상기 각각의 설치구멍에는 볼 제한부재가 설치되며,
   상기 설치구멍에 설치된 상기 볼 제한부재의 단부는, 상기 볼 설치홈의 안쪽 공간까지 연장되어, 상기 볼 제한부재는 상기 볼 설치홈들에 설치된 볼의 이동을 미리 결정된 각도 범위로 제한하는 베인 구동 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 설치구멍의 내주 및 상기 볼 제한부재의 외주에 나사가 형성되어, 상기 설치구멍과 상기 볼 제한부재는 나사결합을 하는 베인 구동 장치.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 볼 설치홈은 그 너비가 상기 조정 링의 내주면에 가까워질수록 좁아지는 형상을 가지는 베인 구동 장치.

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