KR101849362B1

KR101849362B1 - 회전 기계

Info

Publication number: KR101849362B1
Application number: KR1020130009453A
Authority: KR
Inventors: 신봉근; 조종재
Original assignee: 한화파워시스템 주식회사
Priority date: 2013-01-28
Filing date: 2013-01-28
Publication date: 2018-04-16
Also published as: KR20140096647A

Abstract

본 발명의 일 측면에 따르면, 블레이드가 배치된 메인 부재를 구비하는 임펠러와, 상기 임펠러가 회전축을 중심으로 회전 가능하도록 설치되는 하우징을 포함하는 회전 기계에 있어서, 상기 메인 부재의 저면을 제1 대향면이라고 하고, 상기 하우징의 부분 중 상기 제1 대향면과 마주보는 부분을 제2 대향면이라고 할 때, 상기 제1 대향면 및 상기 제2 대향면 중 적어도 하나에 복수개의 돌출부가 설치되는 회전 기계를 제공한다.

Description

회전 기계{A rotary machine}

본 발명은 회전 기계에 관한 것이다.

유체 등을 압축하는 압축기 장치 등에는 회전 기계가 많이 사용되고 있는데, 일반적으로 회전식 압축기에는 회전 운동을 하는 임펠러(impeller)가 설치되어 있다.

임펠러는 회전 운동에너지를 유체에 전달시켜 유체의 압력을 상승시키도록 구성되는데, 이를 위해 임펠러에는 유체의 이동을 돕고 에너지를 유체에 전달하는 다수개의 블레이드(blade)가 배치되어 있다.

한편, 임펠러의 외부에는 쉬라우드(shroud)가 배치되는데, 쉬라우드는 블레이드와 함께 유체의 이동 통로를 이루는 기능을 수행한다.

통상적으로 압축기 장치 등의 성능 및 효율은 시일(seal) 성능과도 관련이 있는데, 공개특허공보 2010-0115362호에는 케이싱과 슈라우드 사이에 시일부가 배치되는 기술이 개시되어 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 우수한 시일 성능을 가지는 회전 기계를 제공하는 것을 주된 과제로 한다.

여기서, 상기 돌출부는 상기 회전축을 중심으로 한 원주 방향으로 불연속적으로 배치될 수 있다.

여기서, 상기 돌출부는 상기 회전축을 중심으로 한 복수개의 동심원을 따라 배치되며, 상기 복수개의 동심원 중 어느 하나의 동심원을 따라 배치된 돌출부의 배치 위치는, 상기 어느 하나의 동심원에 이웃하는 동심원을 따라 배치된 돌출부의 배치 위치와 비교할 때, 상기 회전축을 향한 반경 방향쪽으로 서로 엇갈리게 배치될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 우수한 시일 성능을 가지는 회전 기계를 구현할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 회전 기계의 개략적인 모습을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 관한 임펠러의 저면을 도시한 개략적인 저면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 관한 기어 박스부의 부분 중 임펠러와 마주보는 면을 도시한 개략적인 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예의 일 변형예에 관한 회전 기계의 개략적인 모습을 도시한 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 사용함으로써 중복 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 회전 기계의 개략적인 모습을 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 관한 임펠러의 저면을 도시한 개략적인 저면도이다. 또한, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 관한 기어 박스부의 부분 중 임펠러와 마주보는 면을 도시한 개략적인 평면도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 회전 기계(100)는 압축기 장치로서, 임펠러(110)와 하우징(120)을 포함한다.

본 실시예에 따른 회전 기계(100)는, 설명의 편의를 위해 압축기 장치로 구성하나, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 회전 기계는 임펠러(110)의 회전운동에 의해 유체의 압력과 속도를 변화시킬 수 있는 장치이면 되고 그 외의 특별한 제한은 없다. 예를 들면, 본 발명에 따른 회전 기계는 펌프 장치, 송풍기 장치 등이 될 수도 있다.

한편, 임펠러(110)는, 메인 부재(111), 블레이드(112), 쉬라우드(113), 회전축(114)을 포함한다.

메인 부재(111)는 그 표면의 경사가 완만한 원추 형상을 가지고 있으며, 메인 부재(111)의 중심 부분에는 축 설치 구멍(111a)이 형성되어 있다. 형성된 축 설치 구멍(111a)에는 임펠러(110)의 설치 과정 시 회전축(114)이 끼워져 설치된다.

메인 부재(111)의 상부 표면(111b)은 경사진 곡면을 이루도록 형성되어 있어 유체 통로의 바닥면을 형성하여 유체 유동을 부드럽게 할 뿐만 아니라, 유체로의 에너지 전달을 최대로 할 수 있도록 설계되어 있다.

블레이드(112)는 메인 부재(111)의 상부 표면(111b)에 복수개 설치되어 있는데, 유체의 이동을 가이드하는 기능을 수행하면서, 임펠러(110)의 운동에너지를 유체에 전달하는 기능을 수행한다.

메인 부재(111)의 부분 중 저면, 즉, 하우징(120)의 기어 박스부(122)와 마주보는 부분을 제1 대향면(111c)이라고 한다.

제1 대향면(111c)에는 제1 수용홈(111c_1)이 형성되어 있는데, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 수용홈(111c_1)은 회전축(114)을 중심으로 원주 방향으로 소정의 깊이로 형성되어 있다.

본 실시예에 따른 제1 대향면(111c)에는 한 개의 제1 수용홈(111c_1)이 형성되어 있지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 제1 대향면(111c)에는, 수용홈이 회전축(114)을 중심으로 복수개의 동심원 방향으로 복수개 형성될 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 제1 대향면(111c)에 수용홈이 형성되지 않을 수도 있다.

한편, 제1 대향면(111c)에는 제1 수용홈(111c_1)을 사이에 두고 제1 돌출부(111c_21)(111c_22)도 형성되어 있다. 제1 돌출부(111c_21)(111c_22)는 회전축(114)을 중심으로 한 원주 방향으로 연속적으로 배치된다.

제1 돌출부(111c_21)(111c_22)는 주조 등의 방식으로 메인 부재(111)와 일체로 함께 형성될 수 있고, 메인 부재(111)와 별개로 제조된 후, 메인 부재(111)의 저면에 설치될 수도 있다.

본 실시예에 따른 제1 돌출부(111c_21)(111c_22)는 원주 방향으로 연속적으로 배치되지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 제1 대향면(111c)에는 돌출부가 후술하는 제2 돌출부(122c_1)(122c_2)(122c_3)처럼 띄엄띄엄 불연속적으로 배치될 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 제1 대향면(111c)에는 돌출부가 배치되지 않을 수도 있다.

한편, 쉬라우드(113)는 블레이드(112)의 상부에 접합되어 블레이드(112)의 상부를 덮도록 중앙부가 개구된 우산 형상을 가지고 있다.

여기서, 쉬라우드(113)를 블레이드(112)에 접합시키는 방법으로는 전자빔 용접 또는 레이저빔 용접의 방법이 적용될 수 있다. 구체적으로 제조자는 쉬라우드(113)를 블레이드(112)의 일면에 접촉시킨 후, 쉬라우드(113)의 외표면에 전자빔 또는 레이저빔을 조사하여 용융부를 형성한 후 응고시킴으로써 용접 접합부를 형성할 수 있다.

쉬라우드(113)의 내표면은 유체 통로의 천정면을 형성하여, 메인 부재(111)의 상부 표면(111b) 및 블레이드(112)와 함께 유체의 이동 통로를 이룬다.

본 실시예에 따르면, 쉬라우드(113)가 블레이드(112)에 접합되는 구성을 가지고 있으므로, 쉬라우드(113)가 임펠러(110)의 일 구성요소가 되어 임펠러(110)와 함께 회전하지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따르면 쉬라우드(113)는 블레이드(112)에 설치되지 않고 하우징(120)에 설치될 수도 있다.

회전축(114)은 메인 부재(111)의 축 설치 구멍(111a)에 끼워져 고정되고, 아울러 하우징(120)에 회전 가능하도록 설치된다. 이를 위해 회전축(114)은 베어링(122b)으로 하우징(120)에 설치되게 된다.

한편, 본 실시예에서 하우징(120)은, 임펠러(110)를 둘러싸고 있는 구조체 및 조립체를 총칭한다.

하우징(120)은, 스크롤 케이싱부(121), 기어 박스부(122), 디퓨져부(123) 등을 포함한다.

스크롤 케이싱부(121)는 임펠러(110)에서 배출된 유체가 가이드되는 곳으로서, 디퓨져부(123)의 외곽에 설치된다.

기어 박스부(122)는 회전축(114)으로 동력을 전달하는 기어 장치(미도시)가 설치되는 곳이다.

또한, 기어 박스부(122)는 회전축(114)을 회전 가능하도록 지지하는데, 이를 위해 기어 박스부(122)에는 회전축 수용홈(122a)이 설치되어 있고, 회전축(114)을 지지하는 베어링부(122b)가 설치되어 있다. 또한, 회전축 수용홈(122a)의 부분 중 임펠러(110)에 가까운 부분에는 축 시일(122a_1)이 형성되어 있다.

한편, 기어 박스부(122)의 부분 중 제1 대향면(111c)과 마주보는 부분을 제2 대향면(122c)이라고 한다.

제2 대향면(122c)에는 제2 돌출부(122c_1)(122c_2)(122c_3)가 배치되어 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 제2 돌출부(122c_1)(122c_2)(122c_3)는 회전축(114)을 중심으로 한 원주 방향으로 소정의 간격을 두고 불연속적으로 배치되며, 제2 돌출부(122c_1)(122c_2)(122c_2)의 높이는 그 단부가 제1 수용홈(111c_1)에 수용될 수 있을 정도로 형성된다.

본 실시예에 따른 제2 대향면(122c)에는 제2 돌출부(122c_1)(122c_2)(122c_3)가 원주 방향으로 불연속적으로 배치되지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 제2 돌출부(122c_1)(122c_2)(122c_3) 중 적어도 하나는 원주 형상으로 연속적으로 배치될 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 제2 대향면(122c)에는 돌출부가 배치되지 않을 수도 있다.

제2 돌출부(122c_1)(122c_2)(122c_3)는 주조 등의 방식으로 기어 박스부(122)와 일체로 함께 형성될 수 있고, 기어 박스부(122)와는 별개로 제조된 후 기어 박스부(122)에 설치될 수도 있다.

이하, 제2 돌출부(122c_1)(122c_2)(122c_3)의 배치 구성을 좀 더 구체적으로 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 제2 돌출부(122c_1)(122c_2)(122c_3)는 각각 회전축(114)을 중심으로 한 복수개의 동심원(O1)(O2)(O3)(점선 표시)을 따라 배치된다.

여기서, 복수개의 동심원(O1)(O2)(O3) 중 어느 하나의 동심원을 따라 배치된 돌출부의 배치 위치는, 상기 어느 하나의 동심원에 이웃하는 동심원을 따라 배치된 돌출부의 배치 위치와 비교할 때, 회전축(114)을 향한 반경 방향쪽으로 서로 엇갈리게 배치된다. 예를 들면, 동심원(O1)을 따라 배치된 제2 돌출부(122c_1)의 중심 위치(S1)는, 이웃하는 동심원(O2)을 따라 배치된 제2 돌출부(122c_2)의 중심 위치(S2)와 비교할 때, 회전축(114)을 향하여 연장되고 각 중심 위치(S1)(S2)를 포함하는 반경 방향의 라인(R1)(R2)의 각도가 각각 다르다. 즉, 제2 돌출부(122c_1)와 제2 돌출부(122c_2)는 회전축(114)을 향한 반경 방향쪽으로 서로 엇갈리게 배치되어 있는데, 이러한 제2 돌출부(122c_1)(122c_2)들의 상호 배치 구성은, 제1 대향면(111c)과 제2 대향면(122c) 사이의 공간으로 진입하는 유체의 유동을 어렵게 하여 시일 성능을 높이게 된다.

마찬가지로, 제2 돌출부(122c_2)와 제2 돌출부(122c_3)도 회전축(114)을 향한 반경 방향쪽으로 서로 엇갈리게 배치되어 있다.

또한, 본 실시예에 따른 제2 돌출부(122c_1)(122c_2)(122c_3)는 3개의 동심원(O1)(O2)(O3)을 따라 배치되지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따르면 돌출부가 배치되는 동심원의 개수에는 특별한 제한이 없다. 예를 들어 돌출부는 1개, 2개, 4개, 5개의 동심원을 따라 배치될 수도 있다.

한편, 디퓨져부(123)는 임펠러(110)에서 배출된 유체의 속도를 줄이고 압력을 증가시키는 곳으로서 디퓨져 베인(123a)이 설치된다.

이상과 같은 구성의 회전 기계(100)는, 조립을 마치면 임펠러(110)가 하우징(120)에 설치되는데, 기계 공차 및 외부 충격 등에 대한 대비로 임펠러(110)와 하우징(120) 사이에는 소정의 간격(G)이 존재하게 된다.

이하, 본 실시예에 따른 회전 기계(100)가 작동하는 과정을 살펴본다.

회전 기계(100)의 구동부(미도시)로부터 동력을 전달받아 회전축(114)이 회전하게 되면, 임펠러(110)가 회전하게 된다.

유체는, 도 1에 도시된 화살표의 방향대로, 임펠러(110)의 유입구(110a)로 유입된 후, 임펠러(110)의 회전 운동 에너지를 전달받아 고속 및 고압의 상태로 배출구(110b)로 배출되게 된다.

배출구(110b)로 배출된 유체는 디퓨져부(123)를 통과하여 속도를 줄이면서 원하는 정도까지 압력을 상승시키게 되고, 이어 스크롤 케이싱부(121)를 거쳐 최종 토출부(미도시)로 토출됨으로써 압축 과정이 진행되게 된다.

한편, 그러한 압축 과정에는, 임펠러(110)와 하우징(120) 사이의 간격(G)의 존재로 인하여, 배출구(110b)로 배출된 유체의 일부가, 제1 대향면(111c)과 제2 대향면(122c) 사이로 유입될 우려가 존재한다. 본 실시예의 경우에는, 전술한 바와 같이, 제1 대향면(111c)에 설치된 제1 돌출부(111c_21)(111c_22)와, 제2 대향면(122c)에 설치된 제2 돌출부(122c_1)(122c_2)(122c_3)에 의해, 제1 대향면(111c)과 제2 대향면(122c) 사이의 공간의 시일 작용이 수행됨으로써, 우수한 시일 성능을 구현할 수 있게 된다. 아울러, 회전축 수용홈(122a)의 축 시일(122a_1)도 시일 작용을 수행하게 된다.

이상과 같이, 본 실시예에 따른 회전 기계(100)에 의하면, 임펠러(110)의 제1 대향면(111c)에 설치된 제1 돌출부(111c_21)(111c_22)와 하우징(120)의 제2 대향면(122c)에 설치된 제2 돌출부(122c_1)(122c_2)(122c_3)의 구성에 의해, 임펠러(110)의 저면 쪽으로의 시일 작용을 수행함으로써, 우수한 시일 작용을 구현할 수 있다. 그렇게 되면, 우수한 시일 작용에 의해 회전 기계(100)의 압축 성능 및 효율을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 임펠러(110)의 저면 쪽으로의 시일 구성에서 축 시일(122a_1)의 역할 부담을 줄임으로써 축 시일(122a_1)의 크기, 무게 및 그 제조 비용도 줄일 수 있다.

이하, 도 4를 참조하여, 본 발명의 실시예의 일 변형예에 관한 회전 기계(200)에 관하여 설명하되, 전술한 본 발명의 실시예에 따른 회전 기계(100)와 상이한 사항을 중심으로 하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예의 일 변형예에 관한 회전 기계(200)의 개략적인 모습을 도시한 단면도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예의 일 변형예에 따른 회전 기계(200)는 임펠러(210)와 하우징(220)을 포함하고 있는데, 그 중 블레이드(212), 쉬라우드(213), 회전축(214), 회전축 수용홈(222a), 축 시일(222a_1), 베어링부(222b), 스크롤 케이싱부(221), 디퓨져부(223)는, 각각 전술한 회전 기계(100)의 블레이드(112), 쉬라우드(113), 회전축(114), 회전축 수용홈(122a), 축 시일(122a_1), 베어링부(122b), 스크롤 케이싱부(121), 디퓨져부(123)와 동일하므로, 여기서 자세한 설명은 생략한다.

본 발명의 일 실시예의 일 변형예에 따른 회전 기계(200)의 제1 대향면(211c)에는 수용홈이 형성되어 있지 않고, 제1 돌출부(211c_1)만 형성되어 있다. 제1 돌출부(211c_1)는 회전축(214)을 중심으로 한 원주 방향으로 연속적으로 배치되며, 제1 돌출부(211c_1)의 높이는 그 단부가, 후술하는 제2 수용홈(222c_1)에 수용될 수 있을 정도로 형성된다.

본 실시예에 따른 제1 돌출부(211c_1)는 원주 방향으로 연속적으로 배치되지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 제1 대향면(211c)에는 돌출부가 띄엄띄엄 불연속적으로 배치될 수 있고, 아예 돌출부가 배치되지 않을 수도 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예의 일 변형예에 따른 회전 기계(200)의 기어 박스부(222)의 제2 대향면(222c)에는 제2 수용홈(222c_1)이 형성되어 있고, 제2 대향면(222c)에는 제2 돌출부(222c_2)(222c_3)(222c_4)(222c_5)가 배치되어 있다.

제2 수용홈(222c_1)은 회전축(214)을 중심으로 원주 방향으로 소정의 깊이로 형성되어 있는데, 이는 전술한 실시예의 제1 수용홈(111c_1)의 배치 구성이 적용될 수 있으므로, 여기서 자세한 설명은 생략한다.

한편, 제2 돌출부(222c_2)(222c_3)(222c_4)(222c_5)는 회전축(214)을 중심으로 한 원주 방향으로 불연속적으로 배치된다.

제2 돌출부(222c_2)(222c_3)(222c_4)(222c_5)는 주조 등의 방식으로 기어 박스부(222)와 일체로 함께 형성될 수 있고, 기어 박스부(222)와 별개로 제조된 후, 기어 박스부(222)에 설치될 수도 있다.

제2 돌출부(222c_2)(222c_3)(222c_4)(222c_5)는 각각 회전축(214)을 중심으로 한 복수개의 동심원을 따라 배치되며, 어느 하나의 동심원을 따라 배치된 돌출부의 배치 위치는, 상기 어느 하나의 동심원에 이웃하는 동심원을 따라 배치된 돌출부의 배치 위치와 비교할 때, 회전축(214)을 향한 반경 방향쪽으로 서로 엇갈리게 배치된다. 이는 전술한 실시예의 제2 돌출부(122c_1)(122c_2)(122c_3)의 배치 구성이 그대로 적용될 수 있으므로, 여기서 자세한 설명은 생략한다.

이상과 같이, 본 일 실시예의 일 변형예에 따른 회전 기계(200)에 의하면, 임펠러(210)의 제1 대향면(211c)에 설치된 제1 돌출부(211c_1)와, 하우징(220)의 제2 대향면(222c)에 설치된 제2 돌출부(222c_2)(222c_3)(222c_4)(222c_5)의 구성에 의해, 임펠러(210)의 저면 쪽으로의 시일 작용을 수행함으로써, 우수한 시일 작용을 구현할 수 있다. 그렇게 되면, 우수한 시일 작용에 의해 회전 기계(200)의 압축 성능 및 효율을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 임펠러(210)의 저면 쪽으로의 시일 구성에서 축 시일(222a_1)의 역할 부담을 줄임으로써 축 시일(222a_1)의 크기, 무게 및 그 제조 비용도 줄일 수 있다.

이상과 같이 살펴본 구성, 작용 및 효과 외의 본 발명의 실시예의 일 변형예에 따른 회전 기계(200)의 구성, 작용 및 효과는, 상기 본 발명의 실시예에 따른 회전 기계(100)의 구성, 작용 및 효과와 동일하므로, 본 설명에서는 생략하기로 한다.

본 발명의 일 측면들은 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 회전 기계의 제조 및 적용에 사용될 수 있다.

100, 200: 회전 기계 110, 210: 임펠러
111, 211: 메인 부재 112, 212: 블레이드
113, 213: 쉬라우드 114, 214: 회전축
120, 220: 하우징

Claims

블레이드가 배치된 메인 부재를 구비하는 임펠러와, 상기 임펠러가 회전축을 중심으로 회전 가능하도록 설치되는 하우징을 포함하는 회전 기계에 있어서,
상기 메인 부재의 저면을 제1 대향면이라고 하고, 상기 하우징의 부분 중 상기 제1 대향면과 마주보는 부분을 제2 대향면이라고 할 때,
상기 제1 대향면에는 한 개의 제1 수용홈이 형성되어 있고,
상기 제1 대향면에는 상기 한 개의 제1 수용홈을 사이에 두고 원주 방향으로 연속적으로 배치되는 복수개의 제1 돌출부가 마련되고,
상기 제2 대향면에는, 상기 회전축을 중심으로 한 복수개의 동심원을 따라 배치되며 원주 방향으로 불연속적으로 배치되는 복수개의 제2 돌출부가 마련되고,
상기 복수개의 제2 돌출부는 그 단부들이 상기 한 개의 제1 수용홈에 수용되도록 형성되고,
상기 복수개의 동심원 중 어느 하나의 동심원을 따라 배치된 상기 제2 돌출부의 배치 위치는, 상기 어느 하나의 동심원에 이웃하는 동심원을 따라 배치된 상기 제2 돌출부의 배치 위치와 비교할 때, 상기 회전축을 향한 반경 방향쪽으로 서로 엇갈리게 배치되는 회전 기계.
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