KR102011515B1 - 축류팬, 팬 회전자 및 축류팬용 회전자의 제조방법 - Google Patents

Abstract

축류팬(1)과 팬 회전자(2)가 그 제조방법과 함께 제공되며, 회전자 허브는 해당 회전자 허브의 중심축에 대하여 실질적으로 회전 대칭인 허브 표면을 외측에 갖춘 외피를 포함하고, 회전자 허브는 전단부와 후단부 및 그 사이의 분기 구간을 가지며, 분기 구간 내의 허브 표면의 반경은 허브의 전단부에서 멀어질수록 증가하고, 회전자 허브와 블레이드는 별개의 금속 부품으로 제조되며, 회전자 블레이드는 허브 표면의 분기 구간에 고정 장착된다.

Description

축류팬, 팬 회전자 및 축류팬용 회전자의 제조방법{AN AXIAL FAN, FAN ROTOR AND METHOD OF MANUFACTURING A ROTOR FOR AN AXIAL FAN}

본 발명은 축류팬, 특히 축류팬용 팬 회전자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

가장 흔하게는, 축류팬은 내경을 갖는 실질적으로 원통형인 송풍관을 포함하되, 송풍관은 팬 회전자로 구성되며, 팬 회전자는 원통형 송풍관의 중심축과 실질적으로 일치하는 회전자 샤프트를 구비하며, 팬 회전자는 회전자 샤프트에 의해 구동 모터에 연결되어 중심부에 배치된 회전자 허브와 각각 원통형 송풍관을 향하여 회전자 허브로부터 완전히 또는 부분적으로 방사상 연장되는 다수의 회전자 블레이드를 포함하며, 각각의 블레이드는 그 근위 단부가 회전자 허브에 고정되고 그 원위 단부가 송풍관의 내경보다 약간 작은 회전자의 외경에 위치하며, 송풍관에는 상기 회전자의 상류와 하류 모두에 배치되는 장착용 플랜지가 제공되며, 상기 장착용 플랜지는 송풍관의 외측면에 실질적으로 직각으로 연장되고, 상기 장착용 플랜지는 예컨대 환기 목적의 배관 시스템에 팬 회전자를 장착하기 위한 수단을 포함한다.

오늘날, 상술한 유형을 취하는 축류팬의 여러 가지 다양한 실시예가 공지되어 있다.

이와 같이, 다른 모든 조건이 같고 팬 회전자를 구동하는 모터 출력이 일정하게 주어졌을 때, 최대한의 가능한 압력 증가 및/또는 최대한의 가능한 공기 처리량을 성취하는 동시에 축류팬의 제조과 관련된 제조원가를 가능한 낮게 유지할 수 있도록 하는 것이 이런 축류팬의 개발에 있어서 지속적인 도전 과제이다.

이에 기초하여, 본 발명의 목적은 축류팬의 제조를 위한 높은 증분 비용을 들일 필요 없이, 공지된 축류팬 보다 더 고도의 효율성을 얻도록 해주는, 상술한 유형의 축류팬을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 이런 목적은, 상술한 바와 같은 유형을 취하고, 회전자 허브는 해당 회전자 허브의 중심축에 대하여 실질적으로 회전 대칭인 허브 표면을 외측에 갖춘 외피를 포함하며, 회전자 허브는 전단부와 후단부 및 그 사이의 분기 구간을 가지며, 분기 구간 내의 허브 표면의 반경은 허브 상의 전단부에서 멀어질수록 증가하며, 회전자 허브와 블레이드는 별개의 금속 부품으로 제조되며, 회전자 블레이드는 허브 표면의 분기 구간에 고정 장착되는 것을 특징으로 하는 축류팬 및 팬 회전자에 의해 달성된다.

이를 통해, 팬 회전자는 일정한 작동 시나리오의 효율성과 관련하여 최적의 방식으로 제조될 수 있으며, 각각의 회전자를 상이한 작동 조건에 맞게 구성하고 최적화한다는 목적을 훼손시키지 않고도 극히 적은 부품으로 회전자가 제조될 수 있다.

블레이드가 허브 표면에 최적으로 고정되는 것은 블레이드가 허브 표면에 용접 또는 납땜되는 경우에 얻어진다.

팬 회전자의 효율을 최적화할 목적으로 특히 높은 자유도를 산출하는 바람직한 실시예는, 허브가 회전자 허브의 중심축을 따라 외피 내에서 연장되는 샤프트 부분을 추가로 포함하며, 샤프트 부분은 회전자 허브를 구동 샤프트에 장착하여 그것의 전단부의 외피와 연결시키는 수단을 포함하며, 팬 회전자의 각각의 개별 블레이드에 대해, 샤프트 부분과 외피 사이에 연장되어 샤프트 부분에 대해 블레이드 하부의 외피를 지지하는 제1 보강 립이 구성되는 경우에 성취된다.

이런 맥락에서, 더욱 바람직하게는, 각각의 블레이드에 대해, 그 또한 샤프트 부분과 외피 사이에 연장되고, 제1 보강 립에 의해 지지되는 영역의 양 측면에 이르는 외피 영역을 지지하도록 제1 보강 립에 이웃하여 배치되는 두 개 이상의 추가 보강 립이 함께 제공된다. 이는 회전자 허브의 외피가 선택된 위치나 각도와는 상관없이 블레이드가 허브 표면에 고정되는 영역의 밑 부분에서 지지되도록 하기 위해 임의의 원하는 각도나 위치에서 블레이드를 허브 표면에 고정시키는 것과 관련하여 특히 높은 자유도를 부여한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 또한 팬 회전자의 제조 방법에 관한 것으로서, 해당 팬 회전자는 허브와 다수의 블레이드를 포함하며, 회전자 허브는 실질적으로 회전 대칭인 허브 표면을 가지며, 회전자 허브는 전단부와 후단부 및 그 사이의 분기 구간을 가지며, 분기 구간 내의 허브 표면의 반경은 허브의 전단부에서 멀어질수록 증가된다. 본 발명에 따르면, 이 방법은 회전자 허브와 블레이드가 처음에는 별개의 금속 부품으로 제조되며, 각각의 회전자 블레이드는 근위 단부 및 원위 단부를 가지고, 각각의 블레이드의 근위 단부는 허브 표면에 용접 또는 납땜되며, 각각의 블레이드를 위해서 블레이드가 용접 또는 납땜되는 위치와 각도가 선택되고 뒤이어 각각의 블레이드의 근위 단부가 선택된 위치에서 허브 표면에 용접될 수 있도록 형성되며 이어서 각각의 블레이드가 용접 또는 납땜에 의해 선택된 위치에 고정될 수 있는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 소수의 표준 부품으로 주어진 작동 목적에 최적화된 팬 또는 팬 회전자를 제조하는 것이 가능하므로, 이는 팬 회전자를 특정 목적으로 설계하는 것과 관련하여 특히 높은 자유도를 제공한다. 이는, 완성된 팬 회전자가 주어진 목적에 최적화되도록 블레이드가 회전자 허브의 허브 표면에 고정되는 위치 및/또는 각도를 특별히 선택하여 다수의 다양한 회전자를 구성하는 것이 단일한 허브 구성과 단일한 블레이드 구성으로도 가능하다는 점으로 인해 성취된다.

본 방법은, 팬 회전자의 생산시, 원하는 회전자 직경이 선택되는 경우, 그리고 팬 회전자의 중심축의 중심부에서 볼 때 각각의 블레이드가 선택된 회전자 직경 내에 정확하고 완전하게 돌출되도록 각각의 블레이드의 원위 단부가 구성되는 경우에 더욱 유리하다.

후속되는 블레이드 원위 단부의 형성은 바람직하게는 선택된 위치에서 허브 표면에 블레이드가 용접 또는 납땜된 이후에 이루어질 수 있다. 이를 통해, 회전자는 축류팬에 장착이 완료된 블레이드를 에워싸는 송풍관과 블레이드의 원위 단부 사이에 매우 작은 간극을 가지도록 제조될 수 있다.

회전자 블레이드와 회전자 허브 양측 모두의 설계에 있어서 높은 자유도가 성취되는 바람직한 실시예는 허브와 블레이드가 모두 성형 공정으로 제조되는 경우에 성취된다.

이런 맥락에서, 회전자 블레이드와 회전자 허브는 바람직하게는 실질적으로 알루미늄 또는 알루미늄을 포함하는 합금으로 제조될 수 있다.

도 1은 상측에서 비스듬히 바라본, 본 발명에 따른 축류팬의 사시도이다.
도 2는 상측에서 비스듬히 바라본, 본 발명에 따른 팬 회전자 허브의 사시도이다.
도 3은 후면과 상측에서 비스듬히 바라본, 도 2에 도시된 회전자 허브의 사시도이다.
도 4는 상측과 정면에서 비스듬히 바라본, 본 발명에 따른 팬 회전자 블레이드의 사시도이다.
도 5는 상측과 정면에서 비스듬히 바라본, 후속 형성 공정을 거친 본 발명에 따른 팬 회전자 블레이드의 사시도이다.
도 6은 상측과 정면에서 비스듬히 바라본, 미완성 팬 회전자의 사시도이다.
도 7은 상측과 정면에서 비스듬히 바라본, 도 1에 도시된 바와 같은 축류팬에 장착하기 위해 후속 형성 공정을 거친 도 6에 도시된 팬 회전자의 사시도이다.

이와 같이, 도 1은 본 발명에 따른 축류팬(1)을 도시하고 있는데, 상기 축류팬(1)은 모터(6)에 의해 구동되는 프로펠러 형태의 팬 회전자(2)를 구비하며, 상기 팬 회전자(2)는 회전자(2)의 중심축을 중심으로 모터(6)에 의해 구동되는 미도시 회전자 샤프트에 장착되는 회전자 허브(4)를 구비한다.

회전자(2)는 송풍관(3)의 중심부에 배치되는데, 송풍관(3)은 그 양측 단부에 송풍관(3)으로부터 외향 연장되고 축류팬에 의한 공기 추진이 이루어지는 환기 배관 시스템과 같은 배관 시스템에 축류팬(1)을 장착하기 위한 볼트 구멍이 마련된 장착용 플랜지(7)를 구비한다.

또한, 회전자(2)는 송풍관(3)을 향하여 회전자 허브(4)로부터 방사상 외향 연장되는 한 세트의 회전자 블레이드(5)를 구비하는데, 이들 회전자 블레이드(5)는 송풍관(3)의 내측 면과 회전자 블레이드(5)의 최외측 단부 사이에 최소한의 가능한 팁 유격이 형성되도록 하기 위해 송풍관(3)의 내측 면과 짧은 간격을 두고 종단된다.

팬 회전자(2)는 이와 같이 회전자 허브(4)의 전단부로부터는 외향 분기하고 회전자 허브(4)의 후단부를 향해서는 후방 분기하는 허브 표면을 가지는 회전자 허브(4)로 구성된다. 도시된 실시예에서, 회전자 허브(4)는 포물면의 일부로 구성되어 있지만, 본 발명에 따르면, 회전자 허브(4)의 형태를 정해진 목적에 최적화하는 것과 관련하여 그 형태에 변화를 줄 수도 있다.

본 발명에 따르면, 블레이드(5)는 예컨대 용접 또는 납땜에 의해 회전자 허브(4)에 고정 장착되며, 이는, 동일한 구성 부품을 사용하면서도 특정 목적에 최적화된 다양한 팬 회전자(2)를 생산하는 것을 가능하게 하기 위해, 후속 조립 방식을 취하는 독립된 장치로 회전자 허브(4)와 블레이드(5)를 제조하는 것을 가능하게 해준다.

이는 다음의 도면에 도시된 바와 같은 방식으로 이루어지는데, 도 2는 정면과 후면에서 비스듬히 바라본 회전자 허브(4)를 각각 도시한다. 단, 도 2는 도 1에 도시된 회전자 덮개(21)가 없는 회전자 허브(4)를 도시한다.

도 2와 도 3은 완성된 팬 회전자(2)를 구성하는 독립된 구성 부품으로서 회전자 허브(4)를 도시하고 있는데, 회전자 허브(4)가 외피(8)를 구비하되, 해당 외피(8)는 이 실시예에서 포물면으로 구성되어 있고 회전자 블레이드(5)가 용접 또는 납땜에 의해 고정되는 허브 표면(11)을 외측 면에 갖추고 있는 것이 보일 것이다.

이런 맥락에서, 축류팬의 팬 회전자는 대개 높은 회전수로 회전하도록 되어 있으며 따라서 매우 극심한 부하에 자주 노출된다는 점을 언급할 필요가 있다. 따라서, 회전자 블레이드(5)가 장착되는 곳 어디에나 팬 회전자의 외피(8) 내부에 보강 립(10)이 구성되어 있으며, 각각의 보강 립은 샤프트 부분(9)과 팬 회전자(2)의 외피(8) 사이에서 연장된다. 샤프트 부분은 회전자 샤프트(미도시)에 장착되도록 구성되며, 보강 립(10)은 외피(8)를 지지하고 이에 따라 각각의 회전자 블레이드(5)를 지지한다.

본 발명에 따르면, 회전자 블레이드(5)가 팬 회전자(2)의 허브 표면(11)에 다양한 각도로 장착될 수 있는 것이 바람직하므로, 상기 보강 립의 양 측면에 위치한 영역에서 외피(8)와 샤프트 부분(9) 사이에 동일한 방식으로 연장되는 추가 보강 립(12)이 도 3에 도시된 바와 같이 제공되며, 따라서 이것이 명백히 의미하는 것은 정해진 간격 내에서 어떤 각도로 회전자 블레이드(5)가 허브 표면에 장착되든 간에 허브 표면(11) 상의 회전자 블레이드(5)의 부착강도 및 외피(8)를 약화시키지 않고 소기의 목적을 이루는 것이 가능하다는 것이다.

다음으로, 도 4와 도 5는 회전자 블레이드(5)를 도시하는데, 도 4에서는 각각의 회전자 블레이드가 허브 표면(11)에 즉시 장착될 수 없는 부품으로 제조되어 있으며, 특히, 용접 또는 납땜에 의해 허브 표면에 장착되도록 되어 있는 회전자 블레이드(5)의 근위 단부(14)가 허브 표면(11)에 어떤 각도로 장착되든 허브 표면에 꼭 맞게 접하도록 구성되지는 않았다는 것이 보일 것이다. 마찬가지로, 회전자 블레이드의 원위 단부(13)도 허브 표면(11)에 어떤 각도로 장착되든 송풍관(3)의 내측 면에 대하여 최소한의 가능한 팁 유격을 가지도록 구성되지는 않았다.

한편, 도 5는 도 4에 도시된 것과 동일한 회전자 블레이드(5)를 도시하고 있지만, 근위 단부(14)의 형태가 회전자 허브(4) 외피(8)의 허브 표면(11)에 꼭 맞게 접하도록 하기 위해 근위 단부(14)가 예컨대 기계가공에 의해 형성된다.

다수의 회전자 블레이드(2)를 회전자 허브(4) 상에 장착하는 단계가 끝나면, 팬 회전자(2)는 도 6에 도시된 것과 같은 형태를 갖추게 되는데, 다만 중요한 관건은 도 1에 도시된 바와 같이 회전자 블레이드(5)의 원위 단부와 송풍관(3) 사이에 작은 팁 유격을 형성하는 목적에 맞는 적합한 형태가 부여되도록, 그리고 회전자(2)가 높은 회전수에서도 송풍관에 닿는 일 없이 송풍관(3) 내에서 자유롭게 정확한 회전을 할 수 있도록, 각각의 회전자 블레이드(5)의 원위 단부(13)를 형성하는 것이다.

본 발명에 따르면, 이를 통해 소수의 부품만을 제공하여 비교적 높은 효율성을 지니며 특정 목적에 맞는 최적화가 비교적 간단하고 생산, 보관 등을 위한 제조원가의 상승을 수반하지 않는 팬 회전자(2)를 제조하는 것이 가능하다. 단지 두 개의 다른 부품을 사용함으로써 팬 회전자의 효율성이 현저히 저감되지 않도록 하면서 다양한 회전자 직경과 각도를 갖는 팬 회전자를 생산하는 것이 가능하다.

그러나, 이런 맥락에서, 기술분야의 당업자라면 특히 팬 회전자(5)를 본 명세서에 도시된 것과 다른 방식으로 구성하는 것이 본 발명의 원리 내에서 가능하다는 것을 분명하게 이해할 것이다. 예컨대, 허브 표면(11)은 도시된 포물면의 대안으로서 타원체면, 원추면, 구면 또는 실질적으로 회전 대칭인 임의의 다른 면 구성을 대신 취할 수 있다.

마찬가지로, 도면에 도시된 나선형 블레이드(5) 대신에 직선형 블레이드나 다른 형태의 블레이드를 사용하는 것이 가능하기 때문에, 회전자 블레이드(5)도 도면에 도시된 것과 다른 방식으로 제조될 수 있다.

Claims (11)

1. 내경을 갖는 원통형인 송풍관(blower pipe)을 포함하고, 송풍관은 팬 회전자(fan rotor)로 구성되며, 팬 회전자는 원통형 송풍관의 중심축과 일치하는 회전자 샤프트(rotor shaft)를 구비하며, 팬 회전자는 회전자 샤프트에 의해 구동 모터에 연결되어 중심부에 배치된 회전자 허브(rotor hub)와 각각 원통형 송풍관을 향하여 회전자 허브로부터 완전히 또는 부분적으로 방사상 연장되는 다수의 회전자 블레이드(rotor blade)를 포함하며, 각각의 블레이드는 그 근위 단부(proximal end)가 회전자 허브에 고정되고 그 원위 단부(distal end)가 송풍관의 내경보다 작은 회전자의 외경에 위치하는 축류팬(axial fan)으로서, 회전자 허브는 해당 회전자 허브의 중심축에 대하여 회전 대칭인 허브 표면을 외측에 갖춘 외피를 포함하며, 회전자 허브는 전단부와 후단부 및 그 사이의 분기 구간을 가지며, 분기 구간 내의 허브 표면의 반경은 허브 상의 전단부에서 멀어질수록 증가하며, 회전자 허브와 블레이드는 별개의 금속 부품으로 제조되며, 회전자 블레이드는 허브 표면의 분기 구간에 고정 장착되며,
   상기 송풍관에는 상기 회전자의 상류와 하류 모두에 배치되는 장착용 플랜지(mounting flange)가 제공되며, 상기 장착용 플랜지는 송풍관의 외측 면에 직각으로 연장되고, 상기 장착용 플랜지는 배관 시스템에 팬 회전자를 장착하기 위한 수단을 포함하며,
   상기 허브는 회전자 허브의 중심축을 따라 외피 내에서 연장되는 샤프트 부분을 추가로 포함하며, 해당 샤프트 부분은 회전자 허브를 구동 샤프트 상에 장착하여 그것의 전단부의 외피와 연결시키는 수단을 포함하며, 팬 회전자 상의 각각의 개별 블레이드에 대해, 샤프트 부분과 외피 사이에 연장되어 샤프트 부분에 대해 블레이드 하부의 외피를 지지하는 제1 보강 립(reinforcement rib)이 구성되는 것을 특징으로 하는 축류팬.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 블레이드는 허브 표면에 용접 또는 납땜되는 것을 특징으로 하는 축류팬.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 각각의 블레이드에 대해, 마찬가지로 샤프트 부분과 외피 사이에 연장되고, 상기 제1 보강 립에 의해 지지되는 영역의 양 측면에 이르는 외피 영역을 지지하도록 상기 제1 보강 립에 이웃하여 배치되는 하나 이상의 추가 보강 립이 구성되는 것을 특징으로 하는 축류팬.
6. 팬 회전자가 허브와 다수의 회전자 블레이드를 포함하며, 회전자 허브는 회전 대칭인 허브 표면을 가지며, 회전자 허브는 전단부와 후단부 및 그 사이의 분기 구간을 가지며, 분기 구간 내의 허브 표면의 반경은 허브의 전단부에서 멀어질수록 증가하는 팬 회전자 제조 방법으로서, 우선 회전자 허브와 블레이드가 별개의 금속 부품으로 제조되며, 각각의 회전자 블레이드는 근위 단부 및 원위 단부를 가지며, 각각의 블레이드의 근위 단부가 허브 표면에 용접 또는 납땜되며, 각각의 블레이드에 대해 블레이드가 용접 또는 납땜되는 위치와 각도가 선택되며, 이어서 각각의 블레이드의 근위 단부가 선택된 위치의 허브 표면에 용접될 수 있도록 형성되며, 이어서 각각의 블레이드가 용접 또는 납땜에 의해 선택된 위치에 고정될 수 있으며,
   상기 팬 회전자의 상류와 하류 모두에 장착용 플랜지(mounting flange)가 배치되며, 상기 장착용 플랜지는 배관 시스템에 상기 팬 회전자를 장착하기 위한 수단을 포함하며,
   상기 허브는 회전자 허브의 중심축을 따라 외피 내에서 연장되는 샤프트 부분을 추가로 포함하며, 해당 샤프트 부분은 회전자 허브를 구동 샤프트 상에 장착하여 그것의 전단부의 외피와 연결시키는 수단을 포함하며, 팬 회전자 상의 각각의 개별 회전자 블레이드에 대해, 샤프트 부분과 외피 사이에 연장되어 샤프트 부분에 대해 회전자 블레이드 하부의 외피를 지지하는 제1 보강 립(reinforcement rib)이 구성되는 것을 특징으로 하는 팬 회전자 제조 방법.
7. 제6항에 있어서, 회전자 직경이 선택되고, 팬 회전자의 중심축의 중심부에서 볼 때 각각의 블레이드가 선택된 회전자 직경 내에서 정확히 완전하게 돌출되도록 각각의 블레이드의 원위 단부가 구성되는 것을 특징으로 하는 팬 회전자 제조 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 블레이드의 원위 단부는 상기 블레이드가 선택된 위치의 허브 표면에 용접 또는 납땜된 후에 형성되는 것을 특징으로 하는 팬 회전자 제조 방법.
9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 허브와 상기 블레이드는 성형 공정(moulding process)으로 제조되는 것을 특징으로 하는 팬 회전자 제조 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 허브와 상기 블레이드는 모두 알루미늄 또는 알루미늄을 포함한 합금으로 제조되는 것을 특징으로 하는 팬 회전자 제조 방법.
11. 삭제

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