KR101826271B1

KR101826271B1 - 원심 압축기 임펠러

Info

Publication number: KR101826271B1
Application number: KR1020167014433A
Authority: KR
Inventors: 타케토 마루야마; 켄 나카노; 히사유키 모토이; 나오미치 오모리; 카즈마사 미야하라; 타케시 후지마키
Original assignee: 가부시키가이샤 아이에이치아이; 가부시키가이샤 아이에이치아이 카이덴기카이
Priority date: 2014-03-24
Filing date: 2015-03-18
Publication date: 2018-02-06
Also published as: EP3124793A4; KR20160078482A; WO2015146755A1; CN105745453A; EP3124793A1; CN105745453B; JPWO2015146755A1; JP6140888B2

Abstract

본 발명의 원심 압축기 임펠러는, 날개(3)와; 전면(2c)에 날개(3)가 마련되고, 배면(2e)에 날개(3)와 반대 방향으로 돌출하는 축부(2d)를 포함하는 디스크(2);를 구비하고, 디스크(2)의 배면(2e)에 마련된 유체 베어링의 베어링면(10)이, 축부(2d)의 바닥면 또는 내벽면보다 원심 압축기 임펠러의 회전 중심으로부터 먼 개소에 마련된다.

Description

원심 압축기 임펠러{CENTRIFUGAL COMPRESSOR IMPELLER}

본 발명은 원심 압축기 임펠러에 관한 것이다.

본원은 2014년 3월 24일에 출원된 일본 특허출원 2014-060605호에 기초해 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

원심 압축기 임펠러의 제조에서는 원심 압축기 임펠러의 회전 안정성을 향상시키기 위한 밸런스 조정을 실시한다. 밸런스 조정에서는, 실제로 원심 압축기 임펠러를 회전시켜 그 거동을 확인하고 있다. 예를 들면, 하기 특허 문헌 1에는, 밸런스 조정을 위해 원심 압축기 임펠러를 회전시킬 때 원심 압축기 임펠러를 지지하는 지지 장치가 개시되어 있다.

특허 문헌 1에 개시된 지지 장치에서는, 디스크의 배면에 마련된 축부의 선단면 및 내벽면을 유체 베어링의 베어링면으로 하고 있다. 보다 상세하게는, 축부가 하방으로 향한 자세로 마련되는 원심 압축기 임펠러의 축부의 선단면(바닥면)을 유체 베어링의 스러스트 베어링면으로 하고, 원통 형상 축부의 내벽면을 유체 베어링의 래디얼 베어링면으로 한다. 이들 스러스트 베어링면 및 래디얼 베어링면과 지지 장치의 사이에 유체를 공급함으로써 원심 압축기 임펠러를 회전 가능하게 지지하고 있다.

특허 문헌 1: 일본 특허공개 2005-172538호 공보

그러나, 베어링면인 축부의 선단면 및 축부의 내벽면은, 원심 압축기 임펠러의 중심축선(회전 중심)에 매우 가까운 개소에 배치되어 있다. 밸런스 조정을 위한 회전 중에는 이들 선단면 및 축부의 내벽면만으로 원심 압축기 임펠러가 지지되지만, 이들 축부의 선단면 및 축부의 내벽면은 중심축선(회전 중심)에 가깝기 때문에, 원심 압축기 임펠러의 회전이 불안정하게 될 가능성이 있다. 특히, 대형 원심 압축기 임펠러에서는, 원심 압축기 임펠러의 중심이 축부보다 상방에 위치하므로 회전이 불안정하게 되기 쉽다.

본 발명은 전술한 문제점을 감안해 이루어진 것으로, 밸런스 조정시, 종래보다 안정적으로 회전하는 원심 압축기 임펠러를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 제1 형태는, 날개와; 전면에 상기 날개가 마련되고, 배면에 상기 날개와 반대 방향으로 돌출하는 축부를 포함하는 디스크;를 구비하는 원심 압축기 임펠러로서, 상기 디스크의 상기 배면에 마련된 유체 베어링의 베어링면이, 상기 축부의 바닥면 또는 내벽면보다 상기 원심 압축기 임펠러의 회전 중심으로부터 먼 개소에 마련되는 원심 압축기 임펠러이다.

또한, 본 발명에 따른 제2 형태는, 상기 제1의 형태에 따른 원심 압축기 임펠러에 있어서, 상기 디스크의 상기 배면 및 상기 축부의 외주면 중 적어도 한쪽에, 상기 디스크의 다른 영역보다 표면 조도가 작게 가공된 상기 유체 베어링의 상기 베어링면이 마련된다.

또한, 본 발명에 따른 제3 형태는, 상기 제1 형태에 따른 원심 압축기 임펠러에 있어서, 상기 디스크의 상기 배면에, 상기 베어링면으로서 상기 회전 중심을 중심으로 하는 환상의 스러스트 베어링면이 마련된다.

또한, 본 발명에 따른 제4 형태는, 상기 제1 형태에 따른 원심 압축기 임펠러에 있어서, 상기 축부 외주면의 전체 둘레에 상기 베어링면으로서 래디얼 베어링면이 마련된다.

또한, 본 발명에 따른 제5 형태는, 상기 제3 형태에 따른 원심 압축기 임펠러에 있어서, 상기 축부 외주면의 전체 둘레에 상기 베어링면으로서 래디얼 베어링면이 마련되고, 상기 스러스트 베어링면 및 상기 래디얼 베어링면이 상기 축부의 상기 바닥면 및 상기 내벽면보다 상기 회전 중심으로부터 먼 개소에 마련된다.

또한, 본 발명에 따른 제6 형태는, 상기 제4 또는 제5 형태에 따른 원심 압축기 임펠러에 있어서, 상기 래디얼 베어링면이 인접 영역보다 소직경으로 형성된다.

본 발명에 의하면, 베어링면이 종래 기술에서의 축부의 선단면 및 축부의 내벽면보다 중심축선(회전 중심)으로부터 먼 개소에 배치되기 때문에, 밸런스 조정시, 원심 압축기 임펠러가 종래보다 안정적으로 회전한다.

도 1a는 본 발명의 일 실시 형태에 의한 원심 압축기 임펠러의 종단면도이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시 형태에 의한 원심 압축기 임펠러의 저면도이다.
도 2a는 스러스트 베어링면의 일부를 포함하는 확대 단면도이다.
도 2b는 래디얼 베어링면의 일부를 포함하는 확대 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시 형태에 의한 원심 압축기 임펠러를 지지한 상태를 나타내는 모식도이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시 형태에 의한 원심 압축기 임펠러를 지지한 상태를 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 의한 원심 압축기 임펠러의 변형예를 나타내는 종단면도이다.

이하, 도면을 참조해 본 발명의 일 실시 형태에 의한 원심 압축기 임펠러에 대해 상세하게 설명한다. 도 1a는 본 발명의 일 실시 형태에 의한 원심 압축기 임펠러의 종단면도이고, 도 1b는 본 발명의 일 실시 형태에 의한 원심 압축기 임펠러의 저면도이다. 도 1a 및 도 1b에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태의 원심 압축기 임펠러(1)는 디스크(2)와, 날개(3)로 구성되어 있다.

디스크(2)는 원심 압축기에 조립될 때 모터나 터빈의 출력축에 접속되어, 출력축의 회전에 따라 회전 구동된다. 디스크(2)는 날개(3)를 지지하는 베이스가 된다. 디스크(2)는, 도 1a에 나타낸 바와 같이, 최대 외경부(2a)로부터 선단부(2b)를 연결하는 만곡 형상의 전면(2c)과, 최대 외경부(2a)로부터 축부(2d)를 연결하는 배면(2e)을 갖고, 중심축선(L)을 회전 중심으로 하는 회전체이다.

디스크(2) 배면(2e)의 중앙에는, 배면(2e)으로부터 중심축선(L)의 방향에서 날개(3)와 반대 방향으로 돌출되어 축부(2d)가 마련된다. 또한, 축부(2d)는 축부(2d)의 선단에 개구하는 체결공(2d1)을 갖는 원통 형상의 부위이다. 이와 같은 축부(2d)의 체결공(2d1)에 모터 등의 출력축이 삽입된 상태로, 축부(2d)와 모터 등이 체결된다.

날개(3)는 디스크(2)의 전면(2c)에 대해 중심축선(L)의 둘레에 간격을 두고 복수 개 마련된다. 날개(3)는 디스크(2)가 회전 구동됨으로써 유체를 압축함과 동시에 가속시킨다.

또한, 본 실시 형태의 원심 압축기 임펠러(1)에는, 디스크(2)의 배면(2e) 및 축부(2d)의 외주면(2d2)에 유체 베어링의 베어링면(10)이 마련된다. 베어링면(10)은, 베어링면(10)을 제외한 디스크(2)의 다른 영역(예를 들면, 전면(2c)이나 배면(2e))보다 표면 조도가 작아지도록 표면 가공이 실시되어 있다. 예를 들면, 베어링면(10)에서의 표면 조도(산술 평균 조도)는 3.2㎛, 다른 영역의 표면 조도(산술 평균 조도)는 6.3㎛이다.

디스크(2)의 배면(2e)에 마련된 베어링면(10)은, 밸런스 조정시, 축부(2d)가 하방을 향하는 자세로 배치되는 원심 압축기 임펠러(1)를 스러스트 방향(도 1a의 상하 방향)에서 지지하는 스러스트 베어링면(11)이다. 즉, 본 실시 형태의 원심 압축기 임펠러(1)에서는, 디스크(2)의 배면(2e)에 베어링면(10)으로서 스러스트 베어링면(11)이 마련된다.

스러스트 베어링면(11)은, 도 1b에 나타낸 바와 같이, 중심축선(L)을 중심으로 하여 환상으로 마련되고, 원심 압축기 임펠러(1)가 축부(2d)를 하방으로 향하는 자세(즉, 밸런스 조정시의 자세)가 되었을 때, 하방을 향하도록 형성되어 있다. 이와 같은 스러스트 베어링면(11)의 평면도는, 예를 들면 100㎛ 이하이다.

도 2a는 스러스트 베어링면(11)의 일부를 포함하는 확대 단면도이다. 도 2a에 나타낸 바와 같이, 스러스트 베어링면(11)은, 스러스트 베어링면(11)이 마련되지 않는 경우의 본래의 배면 위치(2e1)에 대해 하방으로 돌출된 돌출부(2f)의 하면으로서 마련된다. 스러스트 베어링면(11)은, 예를 들면 돌출부(2f)의 하면에 대해 연마 등의 표면 가공을 실시함으로써 형성된다.

축부(2d)의 외주면(2d2)에 마련된 베어링면(10)은, 밸런스 조정시, 원심 압축기 임펠러(1)를 래디얼 방향(스러스트 방향과 직교하는 방향)에서 지지하는 래디얼 베어링면(12)이다. 즉, 본 실시 형태의 원심 압축기 임펠러(1)에서는, 축부(2d)의 외주면(2d2)에, 베어링면(10)으로서 원통 형상의 래디얼 베어링면(12)이 마련된다.

래디얼 베어링면(12)은, 도 1b에 나타낸 바와 같이, 원심 압축기 임펠러(1)가 축부(2d)를 하방으로 향하는 자세(즉, 밸런스 조정시의 자세)가 되었을 때, 옆쪽을 향하도록 형성되고, 축부(2d) 외주면(2d2)의 전체 둘레에 걸쳐 마련된다. 래디얼 베어링면(12)의 진원도는, 예를 들면 50㎛ 이하이다.

도 2b는 래디얼 베어링면(12)의 일부를 포함하는 확대 단면도이다. 도 2b에 나타낸 바와 같이, 래디얼 베어링면(12)은 인접 영역(R)보다 소직경으로 형성되어 있다. 이와 같이 래디얼 베어링면(12)이 소직경으로 형성됨으로써, 래디얼 베어링면(12)과 그 상부의 인접 영역(R)의 경계부에는 단차부(13)가 형성된다.

다음으로, 도 3a 및 도 3b를 참조해, 밸런스 조정을 실시할 때의 본 실시 형태에 따른 원심 압축기 임펠러(1)의 지지 방법에 대해 설명한다. 도 3a는 도 1a에 대해 모식적으로 나타내는 지지 장치의 일부를 추가한 도면이다. 또한, 도 3b는 도 1b에 대해 모식적으로 나타내는 지지 장치의 일부를 추가한 도면이다.

도 3a 및 도 3b에 나타낸 바와 같이, 밸런스 조정을 실시할 때는, 스러스트 베어링면(11)에 대향해 제1 유체 분사부(20)가 배치된다. 제1 유체 분사부(20)는 스러스트 베어링면(11)의 하방에 배치되어, 스러스트 베어링면(11)을 향해 유체(예를 들면, 공기나 기름)를 분사한다. 또한, 도 3b에 나타낸 바와 같이, 제1 유체 분사부(20)는 중심축선(L)의 둘레에 환상으로 마련된 스러스트 베어링면(11)의 중간 4개소에 대향하도록 배치되어 있다. 제1 유체 분사부(20)는 스러스트 베어링면(11)과 쌍을 이루어 유체 베어링을 구성한다.

또한, 밸런스 조정을 실시할 때는, 래디얼 베어링면(12)에 대향해 제2 유체 분사부(30)가 배치된다. 제2 유체 분사부(30)는 래디얼 베어링면(12) 축부(2d)의 직경 방향 외측에 배치되어, 래디얼 베어링면(12)을 향해 제1 유체 분사부(20)와 같은 유체를 분사한다. 또한, 도 3b에 나타낸 바와 같이, 제2 유체 분사부(30)는 축부(2d)를 둘러싸도록, 간격을 두고 4개소에 배치되어 있다. 이와 같은 제2 유체 분사부(30)는 래디얼 베어링면(12)과 쌍을 이루어 유체 베어링을 구성한다.

그리고, 제1 유체 분사부(20)로부터 스러스트 베어링면(11)의 4개소를 향해 유체가 분사되고, 제2 유체 분사부(30)로부터 래디얼 베어링면(12)의 4개소를 향해 유체가 분사되고, 이 상태에서 원심 압축기 임펠러(1)를 회전시킨다. 예를 들면, 도시하지 않은 구동 장치에 의해 수평 방향으로 날개(3)를 향해 압축 공기를 분사함으로써 원심 압축기 임펠러(1)를 회전시킨다. 이에 따라, 지지 장치와 스러스트 베어링면(11)의 사이, 및, 지지 장치와 래디얼 베어링면(12)의 사이에 액막이 형성되어, 원심 압축기 임펠러(1)가 극히 낮은 마찰 상태로 회전한다.

한편, 제1 유체 분사부(20)로부터 분사된 유체는, 제1 유체 분사부(20)와 스러스트 베어링면(11)의 사이를 흘러 제1 유체 분사부(20)의 주위로 배출된다. 또한, 제2 유체 분사부(30)로부터 분사된 유체는, 제2 유체 분사부(30)와 래디얼 베어링면(12)의 사이를 흘러 제2 유체 분사부(30)들의 사이로부터 배출된다. 이 때문에, 제1 유체 분사부(20) 및 제2 유체 분사부(30)에서 유체가 체류하는 일은 없다.

이상과 같은 본 실시 형태의 원심 압축기 임펠러(1)에 의하면, 디스크(2)의 배면(2e) 및 축부(2d)의 외주면(2d2)에 유체 베어링의 베어링면(10)이 형성된다. 이들 베어링면(10)은, 종래, 베어링면으로 되어 있던 축부(2d)의 선단면 및 축부(2d)의 내벽면보다 회전 중심인 중심축선(L)으로부터 먼 개소에 배치되어 있기 때문에, 밸런스 조정시, 원심 압축기 임펠러(1)는 종래보다 안정적으로 회전한다.

또한, 본 실시 형태의 원심 압축기 임펠러(1)에서는, 디스크(2)의 배면(2e)에, 베어링면(10)으로서 중심축선(L)을 중심으로 하는 환상의 스러스트 베어링면(11)이 마련된다. 이와 같은 본 실시 형태의 원심 압축기 임펠러(1)에 의하면, 회전 반경 방향에서 종래보다 중심축선(L)으로부터 멀어진 개소에서 원심 압축기 임펠러(1)의 중량을 지지할 수 있음으로써, 원심 압축기 임펠러(1)가 보다 안정적으로 회전한다. 또한, 스러스트 베어링면(11)이 중심축선(L)을 둘러싸도록 중단 없이 마련되므로, 원심 압축기 임펠러(1)는 더욱 안정적으로 회전한다.

또한, 본 실시 형태의 원심 압축기 임펠러(1)에서는, 축부(2d) 외주면(2d2)의 전체 둘레에, 베어링면(10)으로서 래디얼 베어링면(12)이 마련된다. 이와 같은 본 실시 형태의 원심 압축기 임펠러(1)에 의하면, 축부(2d)의 전체 둘레에 중단 없이 래디얼 베어링면(12)이 마련되기 때문에, 원심 압축기 임펠러(1)가 보다 안정적으로 회전한다.

또한, 본 실시 형태의 원심 압축기 임펠러(1)에서는, 축부(2d)를 연삭함으로써 래디얼 베어링면(12)이 인접 영역(R)보다 소직경으로 형성된다. 이 때문에, 래디얼 베어링면(12)의 형성이 용이하다.

또한, 래디얼 베어링면(12)이 인접 영역(R)보다 소직경으로 형성됨으로써, 도 2b에 나타낸 바와 같이 단차부(13)가 마련된다. 이 때문에, 래디얼 베어링면(12)을 향해 분사된 유체가 래디얼 베어링면(12)에서 방향을 바꾸어 단차부(13)에 충돌함으로써, 원심 압축기 임펠러(1)를 들어올리는 힘이 발생한다. 따라서, 스러스트 베어링면(11)으로의 부하를 저감시킬 수 있게 된다.

이상, 본 발명의 일 실시 형태에 의한 원심 압축기 임펠러(1)에 대해 설명했는데, 본 발명은 상기 실시 형태로 제한되지 않고, 본 발명의 범위 내에서 자유롭게 변경이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시 형태에서 설명한 원심 압축기 임펠러(1)는, 베어링면(10)으로서 디스크(2)의 배면(2e)에 마련된 스러스트 베어링면(11)과, 축부(2d)의 외주면(2d2)에 마련된 래디얼 베어링면(12)을 구비하고 있다. 그러나, 도 4에 나타낸 바와 같이, 축부(2d)의 외주면(2d2)에 래디얼 베어링면(12)을 마련하지 않고, 축부(2d)의 내벽면(2d3)에 래디얼 베어링면(12)을 마련해도 된다. 이 경우에는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 체결공(2d1)에 삽입되는 제3 유체 분사부(40)로부터 유체를 래디얼 베어링면(12)으로 분사함으로써, 회전 중의 원심 압축기 임펠러(1)를 낮은 마찰 상태로 지지한다.

또한, 상기 실시 형태에서 설명한 원심 압축기 임펠러(1)는 스러스트 베어링면(11)이 돌출부(2f)의 하면에 마련된다. 그러나, 예를 들면 돌출부(2f)를 대신해 오목부를 마련하고. 오목부의 바닥에 스러스트 베어링면을 형성하도록 해도 된다.

또한, 상기 실시 형태에서 설명한 원심 압축기 임펠러(1)는 래디얼 베어링면(12)이 인접 영역(R)보다 소직경으로 형성되고 있다. 그러나, 예를 들면 축부(2d)의 외주면을 인접 영역(R)보다 대직경으로 형성해도 된다.

또한, 상기 실시 형태에서 설명한 원심 압축기 임펠러(1)는, 베어링면(10)으로서 디스크(2)의 배면(2e)에 마련된 스러스트 베어링면(11)과, 축부(2d)의 외주면(2d2)에 마련된 래디얼 베어링면(12)을 모두 구비하고 있다. 그러나, 예를 들면 전술한 스러스트 베어링면(11)과 래디얼 베어링면(12)의 어느 하나만을 마련하고, 나머지 스러스트 베어링면 및 래디얼 베어링면은 종래와 같은 위치에 마련해도 된다.

〈산업상의 이용 가능성〉

본 발명에 의하면, 밸런스 조정시, 종래보다 안정적으로 회전하는 원심 압축기 임펠러를 제공할 수 있다.

1…원심 압축기 임펠러
2…디스크
2a…최대 외경부
2b…선단부
2c…전면
2d…축부
2d1…체결공
2d2…외주면
2d3…내벽면
2e…배면
2e1…배면 위치
2f…돌출부
3…날개
10…베어링면
11…스러스트 베어링면
12…래디얼 베어링면
13…단차부
20…제1 유체 분사부
30…제2 유체 분사부
40…제3 유체 분사부
L…중심축선
R…인접 영역

Claims

날개와,
전면에 상기 날개가 마련되고, 배면에 상기 날개와 반대 방향으로 돌출하는 축부를 포함하는 디스크를 구비하는 원심 압축기 임펠러로서,
상기 디스크의 상기 배면에 마련된 유체 베어링의 베어링면이, 상기 축부의 바닥면 또는 내벽면보다 상기 원심 압축기 임펠러의 회전 중심으로부터 먼 개소에 마련되고,
상기 디스크의 상기 배면에, 상기 베어링면으로서 상기 회전 중심을 중심으로 하는 환상의 스러스트 베어링면이 마련되고, 상기 스러스트 베어링면은 상기 배면에 대해 하방으로 돌출된 돌출부를 갖는 원심 압축기 임펠러.
제1항에 있어서,
상기 디스크의 상기 배면 및 상기 축부의 외주면 중 적어도 한쪽에, 상기 디스크의 다른 영역보다 표면 조도가 작게 가공된 상기 유체 베어링의 상기 베어링면이 마련되는 원심 압축기 임펠러.
제1항에 있어서,
상기 축부 외주면의 전체 둘레에, 상기 베어링면으로서 래디얼 베어링면이 마련되는 원심 압축기 임펠러.
제1항에 있어서,
상기 축부 외주면의 전체 둘레에 상기 베어링면으로서 래디얼 베어링면이 마련되고, 상기 스러스트 베어링면 및 상기 래디얼 베어링면이 상기 축부의 상기 바닥면 및 상기 내벽면보다 상기 회전 중심으로부터 먼 개소에 마련되는 원심 압축기 임펠러.
제3항에 있어서,
상기 래디얼 베어링면은 인접 영역보다 소직경으로 형성되는 원심 압축기 임펠러.
제4항에 있어서,
상기 래디얼 베어링면은 인접 영역보다 소직경으로 형성되는 원심 압축기 임펠러.
제1항에 있어서,
상기 스러스트 베어링면의 평면도는 100㎛ 이하인 원심 압축기 임펠러.