KR101938349B1

KR101938349B1 - 팬 날개

Info

Publication number: KR101938349B1
Application number: KR1020177018404A
Authority: KR
Inventors: 헨릭 비트
Original assignee: 더블유 앤 에스 매니지먼트 지엠비에이치 앤 씨오 케이 지
Priority date: 2009-05-20
Filing date: 2010-05-19
Publication date: 2019-01-14
Also published as: PL2433014T3; CN102439320A; US20120063906A1; KR20120042749A; AU2010251465B2; AU2010251465A1; PT2433014T; EP2433014B1; WO2010133354A1; DK2433014T3; ES2733090T3; EP2433014A1; DE102009022181A1; US9869325B2; KR20170081754A; TR201908892T4

Abstract

본 발명은 팬 날개(6)를 팬 허브에 고정하기 위한 고정 수단(5) 및 날개 섹션(7)을 포함하는, 특히 연기 추출용 팬(smoke extractor fan)을 위한 팬 날개(6)와 관련이 있다. 재료 사용량 및 질량과 관련해서 상기와 같은 팬 날개를 개선하기 위하여, 날개 섹션(7)이 중공 공간을 둘러싸는 외부 케이싱(8)을 구비하는 것이 제안된다.

Description

팬 날개 {FAN BLADE}

본 발명은 팬 날개를 팬 허브에 고정하기 위한 고정 수단 및 날개 섹션을 포함하는, 특히 연기 추출용 팬(smoke extractor fan)을 위한 팬 날개에 관한 것이다.

예컨대 지하 주차장과 같은 폐쇄된 차량 건물 및/또는 지하철 또는 터널용 팬은 매우 긴 사용 기간에 걸쳐서 매우 상이한 부하 및 주변 환경 조건에서 작동되어야만 한다. 통상적으로 지하철 또는 터널 또는 지하 주차장에 팬을 설치하는 작업은 수년 또는 수십 년에 걸친 작동을 위해서 설계되었다. 특히 팬을 지하철 또는 터널에서 연기 추출용 팬으로서 사용하는 경우에는 지하철 또는 터널 조작자의 편에서 특히 화재 상황에서 발생하는 것과 같은 높은 온도에서도 팬을 작동시킬 수 있는 가능성에 대한 요구들이 존재한다. 이와 같은 요구들은 부분적으로 법적으로 사전에 지정되어 있다. 다른 한편으로는, 일반적으로 통상적인 바와 같이, 팬을 가급적 유리하게 그리고 재료 절감 방식으로 제조하려는 노력도 존재한다.

일반적으로 팬은 자체 기본 구조에 따라 팬 허브로 이루어지고, 상기 팬 허브에는 다수의 팬 날개가 방사형으로 설치되어 있다. 팬 날개의 고정은 예컨대 볼트와 같은 고정 수단에 의해서 이루어진다.

팬에 대한 전술된 일반적인 요구들을 배경으로 하여 상이한 팬 날개들을 생각할 수 있다. 질량을 작게 유지하기 위하여, 팬 날개들은 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 이용하여 큰 부피로 제조될 수 있다. 하지만, 알루미늄으로 제조된 팬 날개의 단점은, 약 300℃ 이상의 온도에서는 상기 팬 날개의 사용 가능성이 제한된다는 것이다. 그 이유는, 전술된 온도에서는 알루미늄의 인장 강도가 심하게 감소하여, 알루미늄이 점차 녹기 시작하기 때문이다. 심지어 특수한 알루미늄 합금 능력조차도 상기와 같은 결함을 현저히 개선하지 못한다. 상기와 같은 알루미늄의 단점적인 특성의 결과로 인해, 예를 들어 화재시에 발생할 수 있는 높은 온도에서 팬 날개들은 화재시에 규정대로의 사용을 강하게 억제하거나 또는 완전히 불가능하게 만들기 위하여 자체 형상 및/또는 길이를 변경할 수 있다.

알루미늄으로 제조된 팬 날개들의 상기와 같은 결함 때문에 선행 기술에서는 부하가 높은 경우에, 다시 말해 회전수가 높은 경우에 및/또는 날개 길이가 긴 경우에 강철을 이용하여 큰 부피로 제조된 팬 날개가 사용된다. 하지만, 강철로 이루어진 팬 날개들의 단점은, 질량이 매우 크고 재료 사용량이 많기 때문에 제조 비용이 비싸질 수 있다는 것이다.

본 발명의 과제는, 예컨대 터널 화재시에 발생할 수 있는 높은 온도에서도 사용 가능성이 제한되지 않는 동시에 바람직하지 않은 큰 질량을 갖지 않는, 서문에 언급된 유형의 팬 날개를 제공하는 것이다.

상기 과제는 본 발명에 따라, 서문에 언급된 유형의 팬 날개에서 날개 섹션이 중공 공간을 둘러싸는 외부 케이싱을 구비함으로써 해결된다. 다시 말하자면, 본 발명에 따른 팬 날개의 날개 섹션은 선행 기술에서와 마찬가지로 부피가 연속적으로 크지 않다. 그럼으로써, 직접적으로 재료 및 질량 절감 효과가 나타난다.

본 발명에 따른 팬 날개의 안정성, 특히 상기 팬 날개의 인장 강도를 개선하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시 예에서는 중공 공간 안에 캐리어 소자가 배치될 수 있다.

특히 본 발명에 따른 추가의 바람직한 실시 예에서 상기 캐리어 소자는 고정 수단과 일체형으로 형성된다. 이와 같은 방식에 의해서는, 고정 수단 및 날개 섹션의 중공 공간 안에 배치된 캐리어 소자로 이루어진 단위체가 바람직하게 작동 중에 모든 인장력을 수용할 수 있다. 이와 같은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 날개 섹션의 외부 케이싱은 주로 공기 역학적인 기능들을 충족시킨다. 이와 같은 방식에 의해서는 바람직하게, 팬 날개를 팬 허브에 높은 인장 강도로 고정시킬 목적에 가장 적합한 제작 재료가 선택될 수 있는 동시에 그와 무관하게 팬 날개의 공기 역학적인 형성을 위해서 최적화된 제작 재료가 선택될 수 있다. 특히 바람직하게는 열 인장 강도가 높고 고온에서도 우수한 크리프 특성(creep behaviour)을 갖는 제작 재료로 이루어진 캐리어 소자가 선택될 수 있다. 그와 동시에 본 발명에 따라서는 예를 들어 적합한 강철 합금으로 이루어진 가벼운 외부 케이싱이 팬 날개의 외부 케이싱으로서 선택될 수 있으며, 이 경우에는 팬 날개의 강도가 전체적으로 악영향을 받지 않는다. 그러나 본 발명의 틀 안에서는 예를 들어 티타늄을 기재로 하는 다른 제작 재료 또는 합금들도 사용될 수 있다.

캐리어 소자가 실제로 강철 합금 및/또는 티타늄 합금으로 제조되면, 본 발명의 특히 유리한 실시 예에서는 팬 날개의 열 인장 강도 및 크리프 특성이 특히 크다는 장점이 얻어진다. 이와 같은 경우는 특히 강철 합금의 경우이다. 그 이유는 예를 들어 300℃ 이상의 온도에서도 강철의 열 인장 강도 및 크리프 특성이 두드러지게 나타나기 때문이다. 특히 전술된 온도에서의 열 인장 강도는 알루미늄의 열 인장 강도보다 훨씬 더 우수하다.

본 발명의 추가의 바람직한 실시 예에서 캐리어 소자는 특히 플러그-인(plug-in) 결합 방식에 의해 서로 연결될 수 있는 다수의 개별 부품으로부터 모듈 방식으로 형성될 수 있다. 캐리어 소자의 모듈 방식의 구조는 상이한 타입의 팬에 적응될 수 있는 표준화된 개별 소자들을 토대로 하여 특히 경제적인 제조를 가능하게 한다. 또한, 캐리어 소자의 모듈 방식의 구조는 특히 길이 면에서 매우 상이한 팬 날개를 위하여 표준화된 부품들을 사용할 수 있는 가능성도 제공해준다.

본 발명의 다른 실시 예에서는 캐리어 소자가 외부 케이싱의 형상에 적응된 하나 또는 다수의 코드(chord)를 갖는다는 점이 특히 바람직하다. 이와 같은 방식에서 팬 날개의 프로파일 형상은 외부 케이싱을 제조 기술적으로 코드에 맞추어 형상 결합 방식으로 구부림으로써 구현될 수 있다. 그렇기 때문에, 팬 날개의 공기 역학적인 프로파일은 바람직하게 고온에서도 유지된다.

본 발명의 다른 바람직한 실시 예에서는 폼(foam) 형태의 재료로 충전된 중공 공간이 형성된다. 상기 폼 형태의 충전 재료는 바람직하게 작은 질량 또는 밀도를 가져야만 한다. 공기 역학적인 프로파일을 유지하기 위하여 외부 케이싱은 바람직하게 본 발명에 따라 상기와 같은 방식으로 폼 형태의 충전 재료에 의해서 지지될 수 있다. 그렇기 때문에 예를 들어 캐리어 재료의 코드들 사이에 있는 영역에서 외부 케이싱이 구부러지는 현상이 효과적으로 피해진다. 또한, 중공 공간이 폼 형태의 충전 재료로 완전히 채워짐으로써, 바람직하게는 유체가 상기 중공 공간 안에 축적될 가능성도 피해진다. 유체가 중공 공간 안에 축적되는 현상은 팬 날개의 효과적인 질량을 바람직하지 않게 높일 수 있다. 또한, 물이 중공 공간 안으로 유입되는 경우에는 부식의 위험도 존재한다. 그밖에 날개의 진동 특성 및 댐핑도 거품을 완전히 걷어냄으로써 개선된다. 이와 같은 모든 단점은 중공 공간을 폼 형태의 충전 재료로 완전히 채움으로써 효과적으로 저지된다. 충전 재료로서는 특히 두 가지 성분의 혼합에 의해서 형성될 수 있는 폼이 적합한 것으로 나타났다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 외부 케이싱의 중공 공간 안에 적어도 하나의 관통 보어를 제공함으로써, 본 발명의 추가의 유리한 실시 예가 나타난다. 상기 보어가 팬 날개의 방사 방향 외부 단부에 설치되면, 작동 중에 중공 공간 안으로 유입되는 임의의 유체가 원심력에 의해서 상기 중공 공간으로부터 외부로 유출된다. 그럼으로써, 내부 공간에 축적된 응축물 및 증가된 부식 위험으로 인한 팬 날개의 바람직하지 않은 질량 증가 현상이 바람직하게 피해진다. 팬 날개의 방사 방향 내부 단부에 보어를 제공함으로써 특히 내부 용접 이음(welding seam)을 말하자면 내시경 방법으로 검사하는 것이 가능해진다. 이와 같은 방법은 캐리어 소자와 외부 케이싱의 용접부가 존재하는 경우에 바람직하다.

본 발명의 다른 유리한 실시 예에서는, 외부 케이싱의 중공 공간 측에 부식 방지부가 제공되고 및/또는 상기 외부 케이싱이 실제로 강철 합금으로부터 제조된다. 상기 두 가지 조치는 단독으로 또는 조합된 형태로 외부 케이싱의 내식성을 현저하게 개선하는 작용을 한다. 이와 같은 장점에 의해서는 재차 외부 케이싱을 얇은 벽으로 형성할 수도 있다. 예컨대 외부 케이싱의 재료 두께는 1mm로 충분할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에서 외부 케이싱은 상호 결합된 두 개 이상의 플레이트 형태의 케이싱 소자로 이루어진다.

특히 본 발명에 따른 팬 날개의 비틀림에 대한 강도는 본 발명의 바람직한 실시 예에서 외부 케이싱 외부에 팬 날개(6)를 보강하기 위한 보강 소자들이 제공됨으로써 개선된다.

본 발명의 다른 실시 예에서 상기 보강 수단들은 외부 케이싱의 압력 측에 및/또는 저압 측에 배치될 수 있다. 예를 들어 보강 수단들은 초과압 측에서보다는 저압 측에서 더 강하게 두드러진다.

본 발명은 도면을 참조하는 바람직한 실시 예에 예로서 기술되며, 이 경우 추가의 바람직한 세부 사항들은 도면부의 도면으로부터 얻을 수 있다.

도면들에서 기능적으로 동일한 부분들에는 동일한 도면 부호가 제공되었다.

본 발명에 따르면, 터널 화재시에 발생할 수 있는 높은 온도에서도 사용 가능성이 제한되지 않는 동시에 바람직하지 않은 큰 질량을 갖지 않는 유형의 팬 날개를 제공하는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 팬 날개용 캐리어 소자의 사시도이고;
도 2는 본 발명에 따른 팬 날개를 축 방향에서 바라보고 도시한 개략도(a) 및 방사 방향으로 절단하여 도시한 단면도(b)이며;
도 3은 본 발명에 따른 팬 날개를 도 2에 상응하는 시각에서 바라보고 도시한 대안적인 실시 예이다.

도 1에는 강철 캐리어 프레임(1)이 사시도로 도시되어 있다. 강철 캐리어 프레임(1)은 총 3개의 코드(2)로 구성되어 있다. 코드(2)는 두 개의 가로 지지대(3)를 통해 플러그-인 결합 방식으로 서로 연결된다. 상기 코드들은 코드(2)의 주변 에지(4)에 외부 케이싱을 제공함으로써 강철 캐리어 프레임(1)으로부터 제조되는 팬 날개의 프로파일의 꼬임 현상(twist)이 발생하도록 가로 지지대(3)에 의해 서로 연결되어 있다. 도면에서 전경에 놓여 있는 코드(2)는 고정 볼트(5)와 일체형으로 연결되어 있다. 이와 같은 상황은 도 1에서는 볼 수 없다. 고정 볼트(5)는 도 1에 도시된 강철 캐리어 프레임(1)을 구비한 팬 날개를 도면에 도시되어 있지 않은 팬 허브에 고정시키기 위해서 이용된다.

도 2에는 본 발명에 따른 팬 날개(6)가 도시되어 있다. 팬 날개(6)는 방사 방향 내부 면에 이미 도 1과 관련하여 언급된 고정 볼트(5)를 구비한다. 팬 날개(6)는 날개 섹션(7)을 갖는다. 날개 섹션(7)은 외부 케이싱(8)으로 이루어진다. 외부 케이싱(8)은 1mm의 재료 두께를 갖는 강철로 이루어진 소수의 개별 플레이트로부터 제조된다. 상기 강철 플레이트들은 용접에 의해서 강철 캐리어 프레임(1)의 코드(2)의 주변 에지(4)에 설치된다. 외부 케이싱(8)은 이와 같은 방식으로 중공 공간을 둘러싼다. 상기 중공 공간은 강철 캐리어 프레임(1)으로 부분적으로 채워져 있다. 나머지 중공 공간은 충전 재료로 완전히 채워진다. 도 2의 부분 (b)에 따른 방사 방향 평면도는 팬 날개(6)의 운동 역학적인 프로파일을 특히 명확하게 보여준다. 알 수 있는 또 다른 사실은, 하나의 베이스 플레이트(9)가 날개 섹션(7)을 고정 볼트(5)로부터 분리시킨다는 것이다. 고정 볼트(5)는 베이스 플레이트(9)를 관통한다.

도 2(b)에 따른 방사 방향 평면도에서 확실하게 알 수 있는 사실은, 외부 케이싱(8)의 프로파일이 도 1에 따른 강철 캐리어 프레임의 코드(2)의 프로파일에 상응한다는 것이다. 강철 캐리어 프레임(1)은 바람직하게 강철로부터 제조된다. 외부 케이싱(8)은 강철 합금으로 제조될 수 있다.

외부 케이싱(8) 안에서 방사 방향 외부에는 배수용 보어(12)가 설치될 수 있다. 그밖에 외부 케이싱(8) 안에서 방사 방향 내부에는 내시경 검사용 보어(13)가 존재할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 팬 날개의 대안적인 실시 예를 보여준다. 도시 및 기본적인 구조는 실제로 도 2의 도시 및 기본적인 구조에 상응한다. 하지만, 도 3에 따른 날개(6)에는 지지용 시트(10, 11)가 추가로 제공되어 있다. 지지용 시트(10, 11)는 실제로 베이스 플레이트(9)에 수직으로 서 있다. 다른 한편으로 지지용 시트(10, 11)의 다른 에지는 실제로 외부 케이싱(8)의 면에 수직으로 서 있다. 따라서, 지지용 시트(10, 11)는 실제로 방사 방향으로 방향 설정되어 있지만, 날개 섹션(7)의 외부 케이싱(8)에 대해서는 실제로 90°만큼 회전된 상태로 방향 설정되어 있다. 초과압 측의 지지용 시트(11)는 저압 측의 지지용 시트(10)보다 더 강하다. 지지용 시트(10, 11)는 연결될 수도 있다.

따라서, 본 발명에 따른 팬 날개(6)의 구조는 도 1 내지 도 3을 참조해서 개략적으로 설명되었다. 본 발명에 따른 팬 날개(6)는 강철 캐리어 프레임(1) 상에 예를 들어 강철 합금으로 제조된 외부 케이싱(8)이 일체로 용접된 것을 특징으로 한다. 이때 용접은 강철 캐리어 프레임(1)의 코드(2)의 주변 에지(4)를 따라서 이루어진다. 이와 같은 방식으로 외부 케이싱(8)은 중공 공간을 둘러싸며, 상기 중공 공간 안에는 강철 캐리어 프레임(1)이 배치되어 있다. 나머지 중공 공간은 본 발명에 따라 충전 재료로 완전히 채워질 수 있다. 본 발명의 틀 안에 있는 전술된 방식에 의해서는 특히 가벼우면서도 재료를 절감할 수 있는, 그럼에도 인장 강도가 보장되는 팬 날개의 실시 예를 얻을 수 있게 된다.

본 발명의 틀 안에서는 강철 대신에 티타늄 합금 또는 다른 제작 재료도 사용될 수 있다.

1: 강철 캐리어 프레임
2: 코드
3: 가로 지지대
4: 주변 에지
5: 고정 볼트
6: 팬 날개
7: 날개 섹션
8: 외부 케이싱
9: 베이스 플레이트
10: 저압 측의 지지용 시트
11: 초과압 측의 지지용 시트
12: 배수용 보어
13: 내시경 검사용 보어

Claims

팬 날개(6)를 팬 허브에 고정하기 위한 고정 수단(5)과,
중공 공간을 형성하는 외부 케이싱(8)과, 상기 중공 공간 내에 위치하는 캐리어 소자(1)를 가지는 날개 섹션(7)
을 포함하며,
상기 캐리어 소자(1)는, 상기 날개 섹션(7)의 상기 외부 케이싱(8)의 형상에 적응된 프레임의 형태로 제조되고, 상기 캐리어 소자(1)는 서로 평행하고 이격된 복수의 코드(2)와, 상기 복수의 코드(2)를 서로 연결하는 가로 지지대(3)를 포함하고,
상기 팬 날개(6)의 프로파일 형상은 상기 가로 지지대(3)에 연결된 상기 복수의 코드(2)에 의해 형성되며,
상기 캐리어 소자(1)는 플러그-인 결합 방식에 의해 서로 연결될 수 있는 복수의 개별 요소들로부터 모듈 방식으로 제조된 것을 특징으로 하는, 연기 추출용 팬(smoke extractor fan)을 위한 팬 날개.
팬 날개(6)를 팬 허브에 고정하기 위한 고정 수단(5)과,
중공 공간을 형성하는 외부 케이싱(8)과, 상기 중공 공간 내에 위치하는 캐리어 소자(1)를 가지는 날개 섹션(7)
을 포함하며,
상기 캐리어 소자(1)는, 상기 날개 섹션(7)의 상기 외부 케이싱(8)의 형상에 적응된 프레임의 형태로 제조되고, 상기 캐리어 소자(1)는 서로 평행하고 이격된 복수의 코드(2)와, 상기 복수의 코드(2)를 서로 연결하는 가로 지지대(3)를 포함하고,
상기 팬 날개(6)의 프로파일 형상은 상기 가로 지지대(3)에 연결된 상기 복수의 코드(2)에 의해 형성되며,
상기 외부 케이싱(8)은 외부에 팬 날개(6)를 보강하기 위한 보강 소자(10, 11)를 구비하는 것을 특징으로 하는, 연기 추출용 팬(smoke extractor fan)을 위한 팬 날개.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 캐리어 소자(1)와 상기 고정 수단(5)은 일체형으로 형성된 것인 팬 날개.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 캐리어 소자(1)는 실질적으로 강철 합금 또는 티타늄 합금으로 제조된 것인 팬 날개.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 중공 공간은 폼 형태의 충전 물질로 완전히 채워지도록 된 것인 팬 날개.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 외부 케이싱(8)은 상기 중공 공간 안으로 연장되는 적어도 하나의 관통 보어(12, 13)를 갖는 것인 팬 날개.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 외부 케이싱(8)은 상기 중공 공간 측 내부에 부식 방지 보호부가 제공되거나 실질적으로 강철 합금으로 제조된 것인 팬 날개.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 외부 케이싱(8)은 상호 연결된 두 개 이상의 플레이트 형태의 케이싱 소자로 이루어지는 것인 팬 날개.
삭제
제2항에 있어서,
상기 보강 소자(10, 11)는 상기 외부 케이싱(8)의 고압 측 또는 저압 측에 배치된 것인 팬 날개.