KR102022738B1 - 능동적으로 구동되는 모바일 블레이드들을 지닌 하나 이상의 임펠러들을 가지는 유체 다이나믹 머신 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 터보머신(turbo machine)은 하우징(2), 하우징(2)에 의해 회전가능하게 수용된 적어도 두 개의 블레이드 휠(blade wheel)(3, 4), 적어도 두 개의 블레이드 휠(3, 4)의 원을 따라 균일하게 분포되면서 해당 블레이드 휠의 축에 평행한 축에 장착된 적어도 두개의 회전가능하게 배치된 블레이드(6)들을 포함한다. 본 발명에 따르면 각 블레이드(6) 축은, 4바 링크(four bar link)를 통해 제2블레이드 휠의 샤프트에 대해 변위될 수 있는 조절 엘리먼트(22, 23)에 연결되며, 4바 링크는 블레이드 축에 수직인 평면에 놓여져, 블레이드들의 축에 고정된 사각 아암으로 구성된다. 여기서 사각 아암은 블레이드 휠의 바닥에 관절연결되고, 다른 단부는 커넥팅 축을 통해 제1사각 아암의 단부에 연결된다. 블레이드 휠의 바닥에 관절연결된 아암은 슬라이딩블록에 적그적인 구동방식으로 관절연결된다. 슬라이딩블록은 조절 엘리먼트에 고정된 가이드 내에서 변위가능하다. 블레이드 휠의 회전과 결합되는 슬라이딩블록 가이드 시스템은, 해당 블록이, 블레이드 휠의 피치서클에 일치하는 축을 지닌 사인곡선과 유사하게 변할 수 있는 곡선을 따르는 하모닉 프로파일을 갖도록 컨트롤되는 것을 가능케 한다.

Description

능동적으로 구동되는 모바일 블레이드들을 지닌 하나 이상의 임펠러들을 가지는 유체 다이나믹 머신{TURBOMACHINE HAVING ONE OR MORE BLADE WHEELS WITH POSITIVELY DRIVEN MOVING BLADES}
본 발명은 청구항 제1항의 내용에 따라 컨트롤되는 적어도 하나의 블레이드 임펠러(blade impeller)를 지닌 유체 다이나믹 머신(fluid dynamic machine)에 관한 것이다.
이탈리아에서 2008년 7월 30일자로 출원된 특허출원번호 BZ 2008 A 000 030호에 이러한 타입의 머신이 기술되어 있다. 이 특허출원에서 각 블레이드 축은 전달 수단(transmission means)을 통해 임펠러 샤프트 상의 회전가능한 슬리브(sleeve)에 연결되어 있다. 이들 전달수단은, 각 블레이드의 축에 일체화된 원추형 휠(wheel), 이 원추형 휠과 맞물리는 원추형 휠, 이 원추형 휠을 지지하고 임펠러에 의해 지지되는 로드(rod), 이 로드에 의해 일체형으로 지지되는 원추형 휠 및 슬리브에 의해 일체형으로 지지되는 원추형 휠을 포함한다. 이런 방법으로, 블레이들은, 샤프트를 중심으로 하는 임펠러의 회전이 높은 성능을 가지게끔 블레이드들이 유체에 의해 덮여질 수 있도록 방향 전환이 가능하다. 이제는, 회전수에 관계없이 유체 내 또는 유체로부터 가변적인 추력을 얻기 위해서는, 유체 내에서의 개별 블레이드들의 방향이 다양화될 수 있다는 것이 밝혀졌다.
따라서 본 발명의 목적은, 블레이드들의 조화된 방향을 얻기 위한 해법을 찾는 것이며, 동시에 유체 다이나믹 머신의 구조를 가능한 한 콤팩트하고 단순하게 만들고자 하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 제1항의 특징들을 지니고, 데스모드로믹(desmodromic)하게 가이드된 블레이드 임펠러들을 가진 유체 다이나믹 머신에 의해 달성될 수 있다.
이러한 방향 이동은, 블레이드 축에 수직인 평면에 놓이고 레버들(levers) 및 로드들(rods)이 관절연결된(articulated) 사변형 구조물을 통해, 임펠러 샤프트에 대해 움직일 수 있는 기구에 각 블레이드 축을 개별적으로 연결시키므로써 이루어질 수 있는데, 사변형 구조물의 하나의 아암(arm)은 블레이드 축에 일체화되고, 사변형 구조물의 다른 아암은 임펠러의 평면 상에서 한 단부에 관절연결되고 다른 단부는 커넥션로드(connection rod)를 통해 블레이드 아암에 연결되며; 임펠러의 평면에 관절연결된 아암은 데스모드로믹하게 관절연결되고 시프트(shift) 기구 조립체에 일체화된 블록-가이드 쌍(block -guide pair)을 통해 슬라이딩한다. 각 블레이드에 대해서 동일한 타입의 로드들 및 레버들의 사변형 구조물 그리고 블록-가이드가 개별적으로 시프트 기구까지 반복된다. 각 임펠러의 운동에 대해 일치하는 움직임으로, 시프트 기구의 부분인 각 칼라에 조립된 가이드들의 동시적 회전 견인이 레버들 및 로드들의 기하학적 구조를 통해 보장되며, 레버들 및 로드들의 기하학적 구조는 모든 방향으로 자유롭게 중심이탈되는 것이 보장된다. 또한 각 임펠러에 대해 동일한 메카니즘 및 관절연결이 조화 속에서 반복된다.
제1실시예에서, 시프트 기구는, 구형의 하우징(spherical housing)을 통해 머신의 몸체에 지지되고 관절연결된, 일종의 천공된 벨(bell)을 포함하며, 구형의 하우징으로 인해 벨의 몸체가 모든 방향으로 흔들리는 것이 가능해진다. 그리고 시프트 기구는, 머신 몸체 및 벨 양쪽에 관절연결되는 작동기 수단들(두 개 이상)을 포함하는데, 이 작동기 수단들은, 벨 자체가 머신의 중앙축에 놓여진 가상의 회전 중심을 가지고 왕복 운동을 하도록 시프팅하기 위해, 그리고 벨이 정교하고 명확한 운동을 할 수 있도록 벨 자체를 편심되게 유도하기 위해 마련된다. 벨에는 더블 칼라(double collar)가 슬라이딩가능하게 배치되는데, 이는 흔들림 운동을, 머신의 중앙 샤프트에 직교하는 평면 상에 놓인 반경방향으로 변환한다. 더블 칼라 자체는 각 임펠러의 래디얼 베어링(radial bearing) 외측으로 장착되는데, 거기에는 각 사변형 구조물-블레이드의 해당 블록-가이드들이 장착된다.
한편 제2실시예에서, 벨은 설치되지 않는다. 칼라는 더블이 아니고 싱글이며, 축을 머신의 중심축에 평행하게 유지하면서, 머신의 축에 직교하는 평면 상에서 제어된 중심이탈 또는 편심 시프트를 받을 수 있다. 칼라의 내측은 링 형상의 플레이트가 완비되어 있으며, 이 링 형상의 플레이트에는, 칼라의 중심축에 대해 그리고 서로에 대해 등간격이면서 직교하는 4개의 일자형 슬롯들이 있다. 이들 슬롯 내에는, 칼라 자신을 지지해주고 움직이게 하기 위해 블록들이 움직인다. 각 블록은, 칼라의 축에 평행한 축을 지니고 관절연결된 샤프트에 의해 블록의 중심에서 지지되고 움직여진다. 상기 샤프트는, 칼라의 시프트 평면에 평행한 아치형 운동을 하는 레버에 일체화 되고, 머신 중심축에 평행한 축을 지닌 샤프트에 의해 장착되고 움직여진다. 상기 샤프트는 회전하며, 머신 구조물에 일체화된 하우징에 의해 지지된다. 축의 상부에는 제2 레버가 일체화되어 있는데, 이것은 머신 구조물에 관절연결된 작동기에 의해 움직여진다. 각 슬롯에 있어서 이러한 레버 및 샤프트 시스템이 반복된다. 칼라의 시트트를 최적화하기 위해 4개의 작동기들이 제공되어 조화된 움직임을 한다. 외측 부분의 칼라는 제1실시예에서의 시프트 기구와 동일한 형상 및 기능성을 지닌 래디얼 베어링에 장착된다.
방향 컨트롤의 제3의 가능한 실시예에서, 시트프 기구의 상부 부분에 2개의 큰 슬롯들을 서로 수직으로 제공하는 것이 가능하며, 이는 기구와 슬라이딩가능하게 가이드되고 고정되어, 머신 몸체에 관절연결된 2개의 작동기들에 의해 칼라의 시프트에 평행한 2개의 평면을 따라 움직여질 수 있다.
2개의 슬롯들의 조합된 움직임은 요구되는 중심이탈을 이룰 수 있다. 시프트 기구는 실제의 슬롯 시스템 자체에 의해 지지된다.
본 머신은 전체적으로, 유체의 흐름방향에 대해 직교하는 축을 지니면서 보통 2개의(싱글 또는 멀티플) 동축 임펠러들로 작동하는(동심적으로 또는 반대로) 저속 터빈들에 비유될 수 있다.
본 머신은 이것이 작동되는 유체(대개 물)의 흐름 내에서 최대량의 운동에너지를 뽑아내기 위해 또는 추력을 생산하기 위해 만들어진다. 이것의 특징은, 회전수 및 방향에 관계없이(단 컨트롤은 가능함), 제로에서부터 최대의 동력을 생산할 수 있다는 것이다.
각 임펠러는 회전하는 원형의 몸체로 이루어지고, 가상의 원주 상에 등간격으로 배치된 다수의 블레이드들(두 개 이상)을 가지며, 가상의 원주의 직경은 임펠러의 초기 직경으로 취해진다.
각 임펠러에서, 블레이드들은 최적의 수력학적 단면을 가지며, 각 블레이드는 머신의 중앙축에 평행한 그 자신의 축 상에서, 양방향에서의 유체 및 교번적인 운동에 따라 정렬될 수 있으며, 각 블레이드는 다른 블레이드들, 그들을 지지하고 있는 임펠러에 대해 그리고 유체의 흐름방향에 따라, 각 블레이드의 정교한 앵귤레이션(angulation) 위치를 동시에 결정하게끔 구상되고 만들어진 메카니즘의 기하학적 구조(기술적으로 공지된 매우 다양하고 통상적인 것 중에서)에 의해 컨트롤될 수 있다. 모든 메카니즘은 단일의 중앙 칼라에 관계가 있는데, 이 중앙 칼라는 적당하게 정렬되어, 임펠러들의 개별적 회전운동에 관계없이, 중앙 칼라가 동시적이면서 제각기의 앵귤레이션 정렬을 할 수 있도록 해준다.
운동의 기계적 연결은 방향 앵귤레이션이 준수되는 한, 주어진 추력 또는 유체 내에서 획득한 운동에너지에 따라 그리고 임펠러의 회전에 대해 각각으로 추정되는 포지션에 따른 적절한 설계 조건에 따라 자유로이 선정될 수 있다. 각 블레이드의 운동은, 다양한 형상을 지닌 캠의 경로와 비유될 수 있는 가상의 경로(파라사인곡선(parasinusoidal))를 따라 작동되기 때문에, 사이즈 및 컨트롤 조정에 따라 그리고 유체 내에서 주어진 또는 받은 에너지를 분배하기 위해, 급작스런 재조정 없이 각이 유체의 진동에 조화를 이룬다. 첨부된 도면들에는 이러한 메카니즘이 개략적이면서 예시적으로 도시되어 있다.
각 블레이드의 방향은, 두 가지 방향에 있어서 블레이드가 자신의 축 상에서 어떤 각도에 걸쳐 회전하고 자신의 임펠러의 회전과 조화되어 회전하도록 계획된다. 이는 각 임펠러의 초기 원주 상의 영향받는 모든 블레이드들에 대해 동시적으로 유효하다.
두 개의 임펠러들은 서로 반대방향으로 회전한다. 이것은 여러가지 장점들을 제공한다: 이것은, 유체 내에서 머신 조립체를 회전시킬려고 하는, 또한 이를 지지해주는 베이스에 대한 비틀림 반작용(torsional reaction)을 상쇄시켜주는데 일조를 하며; 이것은 블레이드들에 걸리는 여러가지 추력들의 결과를 회전축에 중심을 맞추게 함으로써, 서로 나란히 배치되어 반대방향으로 회전하는 두 대의 머신 대신에 단일의 머신을 적용하는 것을 가능케 한다; 이것은 정해진 방향으로 인한 시프팅 효과를 일으키지 않는다; 이것은 더 짧은 블레이드의 사용을 가능케 하여서 구조적 응력이 적게 걸리게 할 수 있다.
연관된 유체 다이나믹에 비례하는, 임펠러들간의 원주방향 속도를 어느 정도 동일하게 유지하기 위해서, 직경이 큰 임펠러의 회전 각속도는 직경이 작은 임펠러의 회전 각속도보다 일반적으로 느리다. 개별적인 임펠러의 각속도는 독립적이거나, 또는 두 임펠러들 사이에 정교한 비율을 지니고 조화를 이룰 수 있다. 필요에 따라서, 차등적 또는 비례적 제한을 가지고, 두 개의 힘의 인풋-아우풋을 지닌 프리 커플링(free coupling)의 기계적 선택을 하는 것이 가능하다.
두 임펠러들이 반대방향으로 회전하는 것은 블레이드들 상의 각이 진 다이나믹 힘을 의미하는데, 이들 블레이드들은 그들의 위치 및 경사 그리고 관련된 유량 부분의 벗어남에 따라, 시스템이 완전히 교차될 때까지, 향상된 시너지(synergy)를 가지고 한 임펠러 및 다른 임펠러 사이에서 인접하고 후속적인 블레이드들로 유체를 유도한다. 블레이드들의 형상은 수력학적 프로파일로 되어 있고, 그 치수들은 임펠러당 두 그룹의 블레이드들 사이에서 변할 수 있다. 블레이드들의 치수, 형상 및 수량뿐만 아니라, 임펠러 및 머신의 치수도, 작동이 이루어지고 있는 환경 및 유체의 물리적 특성 및 예상 동력에 비례한다. 따라서 머신을 제작하기 위한 재료들은 적합한 목표의 설계에 따라 선정된다.
본 머신은 대개 수직축을 가지고 작동하는 것으로 구상되지만, 그 축이 유체의 흐름에 대해 직교를 유지하는 한, 임의의 각도 및 배치 상태로 작동할 수도 있다. 여타 머신들에 비해 본 머신의 장점은, 조정 중에 반응 속도 다이나믹에 있어서 상당한 치수적 및 구조적 장점을 지니면서, 머신이 최대 동력 및 작동 상태에 있을지라도, 전체 조립체를 방향전환할 필요 없이 단지 블레이드들만 쉽게 방향을 잡을 수 있다는 것이다.
블레이드들의 방향을 잡고 조절작용을 함으로써, 360도 내 어느 방향에 대해서도 차별이 없게 임의의 크기의 유체 다이나믹의 힘이 유도될 수 있다. 이러한 작용은 항상 축에 중심을 두고, 일정한 속도로 회전하는 모터인 경우에도 제로에서 최대까지 연속적으로 그리고 조절가능하며, 임펠러가 회전하는 중에 블레이드들의 항상 일정하고 조화로운 운동(격렬한 각도 재정렬 귀환 없이) 덕분에 진동이 발생하지 않는다. 조화롭고 부드러운 운동으로 인해, 여타 시스템들에 비해 회전수에 있어서 잠재적인 증가가 이루어질 수 있다.
좀 더 상세한 내용들 및 특징들이, 첨부된 도면 및 청구항들에서 나타날 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 유체 다이나믹 머신의 제1실시예에서 축방향 단면에 대한 개략적인 도면이다.
도 2는 도 1의 횡단면도, 즉 도 1 샤프트의 축에 수직인 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 유체 다이나믹 머신의 제2실시예에서 축방향 단면에 대한 개략적인 도면이다.
도 4는 도 3의 횡단면도이다.
도 5 및 도 6은 제각기, 본 발명에 따른 머신에서 내측 임펠러 및 외측 임펠러의 두 가지 다른 작동위치들에서의 개략적인 정면도이다.
도 7은 도 5의 "VII"에 대한 개략적 상세도면이다.
도 8 및 도 9는 제각기, 블록의 크랭크 구동 컨트롤(crank drive control)이 있는 외측 임펠러 및내측 임펠러에 대한 개략적인 부분 정면도이다.
도 10은 도 4의 "X"에 대한 개략적 상세 사시도이다.
도 11은 각 임펠러의 회전과 일치하여, 블록들의 가이드 링들을 잡아당기기 위한, 임펠러들의 크랑크 메카니즘을 보여주는 사시도이다.
도면들에 도시된 바와 같이, 참조부호 1은 본 발명에 따른 유체 다이나믹 머신 전체를 표시한다. 작동 중에 임펠러들(3 및 4)은 유체 다이나믹 머신 내에 지지된다. 이 머신 자체는 결과적으로 작업의 배치 형태에 따라 정지 구조물 또는 움직이는 구조물에 적용될 수 있다.
머신(1)은 중공의 몸체(2)를 가지며, 중공의 몸체(2)의 연장된 부분에는 힘의 인풋 가구들(force input mechanics), 임펠러들의 회전 및 블레이들의 중앙 정렬 구조가 포함되어 있다.
중공의 몸체(2) 내에는, 외측 임펠러(3) 및 내측 임펠러(4)가 서로 동심적으로 수용되어 있다. 이들은 서로 반대쪽에 배치될 수도 있다. 각 임펠러에는 블레이드(6)들을 지지해주는 샤프트(5)들이 원주를 따라 장착된다.
외측 임펠러(3)는 중공의 몸체(2) 내에 배치된 베어링(7)에 의해 적절히 회전가능하게 지지된다. 한편 내측 임펠러(4)는 큰 임펠러 내에 배치된 베어링(8)에 의해 회전가능하게 지지되어서, 작은 임펠러가 큰 임펠러 내에서 회전할 수 있다. 외측 임펠러(3)는 운동 또는 힘 전달수단(motion or force transmission means)인 베벨기어(9)를 통해 외부측과 연결된다. 비율은 구상 중인 각속도에 따라 그리고 내측 임펠러(4)와 관련하여 정해진다. 내측 임펠러(4)는 샤프트(14)에 의해 움직여지며, 베벨기어(10)를 통해 외부측과 회전가능하게 연결된다. 비율은 구상 중인 각속도에 따라 그리고 외측 임펠러(3)와 관련하여 정해진다.
베벨기어(9)는 외측 임펠러(3)의 힘 및 회전의 인풋으로 피니언기어(11)에 연결되고, 베벨기어(10)는 내측 임펠러(4)의 힘 및 회전의 인풋으로 피니언기어(12)에 연결된다. 피니언기어들(11 및 12)은 공동의 구동샤프트(common drive shaft)인 모터 샤프트(13)의 기어들에 결합된다. 인풋 피니언기어들과의 비율은 구상 중인 각속도에 따라 설계된다. 조합은 각 임펠러들의 회전방향을 위해 중요하다. 각각의 임펠러를 위해 개별적인 모터 인풋들이 제공될 수 있으며, 또는 차동 결합(differential combination)이 제공될 수 있다.
내측 임펠러(4)는, 베벨기어(10)의 원추형 크라운(conical crown)을 일체형으로 지지하는 중앙 연결 샤프트(central connection shaft)(14)와 일체화된다.
구형의 관절 칼라(spherical articulation collar)(15)가 방향 및 운동 벨(orientation and movement bell)(17) 상에 배치된다. 이것은 몸체(2)에 의해 지지되고, 벨(17)이 모든 방향으로 왕복운동하는 것을 허용한다. 벨이 자체적으로 회전하는 것은 허용되지 않지만, 벨이 컨트롤 벨(17)의 중앙 방향 지렛목(central orientation fulcrum)(16)을 중심으로 왕복운동하는 것은 허용이 된다.
관절 칼라(15)에서 관절연결된(articulated) 운동 벨(17)은 관절연결된 칼라(18)를 통해 작동기(actuator)(35)들에 의해 컨트롤되는데, 작동기(35)들의 조합된 운동으로 인하여 벨의 정교하고 잘 컨트롤된 왕복운동이 야기된다.
벨(17)의 베이스에 있는 구형의 관절 칼라(19)는, 칼라(19)의 외측 표면에 통합된 베어링(220)과 함께 각각의 링들(20 및 21)을 지지한다.
가이드(guide)(22)는 각기, 내부에서 레버리지 시스템(leverage system)(25)의 레버가 슬라이딩하는 외측 임펠러(3) 용으로 구상된 링(20)에 일체화되어 있으며, 외측 임펠러(3)의 각 블레이드(6)와 연결되어 있다.
가이드(23)는 각기, 내부에서 레버리지 시스템(26)의 레버가 슬라이딩하는 내측 임펠러(4) 용으로 구상된 링(21)에 일체화되어 있으며, 내측 임펠러(4)의 각 블레이드(6)와 연결되어 있다.
외측 임펠러(3)의 가이드(22)(블레이드당 하나)로 인해, 블레이드의 레버리지(24)의 컨트롤된 2-방향 이동이 임펠러 평면상의 여타 방향들에 지장을 주지 않으면서 이루어질 수 있다.
내측 임펠러(4)의 가이드(23)(블레이드당 하나)로 인해, 레버리지(27)의 컨트롤된 2-방향 이동이 임펠러 평면상의 여타 방향들에 지장을 주지 않으면서 이루어질 수 있다.
외측 임펠러(3)의 블레이드들을 움직이기 위한 레버리지 시스템(24)(블레이드당 각 하나)은 각자의 슬라이딩 관절(22)에 의해 작동되어, 임펠러 회전의 각 부분에 있어서 블레이드의 앵귤레이션(angulation)을 컨트롤한다. 이것은 각 임펠러 상의 지렛목(fulcrum)에 일체화된다.
베어링 칼라(20)를 잡아당기는 레버리지 시스템(25)은 지렛목에 일체화되고, 결과적으로 외측 임펠러(3)에 의해 잡아당겨진다.
베어링 칼라(21)을 잡아당기는 레버리지 시스템(26)은 지렛목에 일체화되고, 결과적으로 내측 임펠러(4)에 의해 잡아당겨진다.
내측 임펠러(4)의 블레이드들을 움직이기 위한 레버리지 시스템(27)(블레이드당 각 하나)은 각자의 슬라이딩 관절(29)에 의해 작동되어, 임펠러 회전의 각 부분에 있어서 블레이드의 앵귤레이션을 컨트롤한다. 이것은 각 임펠러 상의 지렛목에 일체화된다.
중앙 이동 칼라(28)는, 각자의 슬롯(34)들 내에서 슬라이딩하는 슬라이딩 관절(29)들에 의해 지지되고 움직여지며, 임펠러들(3 및 4)의 베어링 칼라들(20 및 21)을 지지해준다.
4개의 슬라이딩 관절(29)들은 중앙 칼라(28)를 지지해주고 움직이게 하며, 각자의 하부 레버(30)들에 의해 컨트롤된다.
슬라이딩 관절(29)의 4개의 하부 이동 레버(30)들은 슬라이딩 관절(29)을 움직이게하며 중앙 칼라(28)를 지지해준다. 이들은 각자의 샤프트(31)에 의해 조정되고 매달려진다.
하부 레버(30)들의 4개의 컨트롤 및 지지 샤프트(31)들은 회전에 있어서 상부 레버(32)들에 의해 컨트롤되며, 샤프트 각각은 지지부(support)(33) 내에 관절연결된다.
샤프트(31)의 4개의 상부 이동 레버(32)들은 작동기 시스템(35)에 의해 컨트롤된다.
레버 및 샤프트 조립체(30, 31, 32)의 4개의 지탱 지지부들 및 관절들은 상부 몸체(2)의 연장된 부분에 일체화된다.
슬라이딩 관절(29)의 4개의 슬라이딩 슬롯(34)들은 중앙 이동 칼라(28)에 일체화된 부분이다.
4개의 작동기들은 평면도 상에서 90도 각도로 배열된다.
이들은 몸체(2) 상에 관절연결된다. 이들의 조화된 움직임은 레버(32)들에 작용함으로써, 중앙 칼라(28)의 정교하고 컨트롤된 움직임이 일어나게 할 수 있다.
도 7에는 레버리지 시스템이 예시적으로 도시되어 있는데, 레버리지 시스템은, 내측 임펠러(4) 및 외측 임펠러(3)의 양 블레이드(6)를 위해 사변형 구조물(24, 27)으로 이루어진다. 아암(arm)(226)의 단부들 중 하나는 각 블레이드 축(225)에 관절연결되고, 다른 단부는 커넥션로드(connection rod)(227)의 단부들 중 하나에 관절연결되며, 커넥션로드(227)의 다른 단부는, 피봇 포인트(pivoted point)(229)에서 해당 임펠러(3, 4)의 바닥에 관절연결된 레버(228)의 단부들 중 하나에 관절연결된다. 레버(228)은, 베어링(220) 상에서 회전하는 칼라링(collar ring)에 일체화된 가이드(231) 내의 슬라이딩 블록(230)에 관절연결된 로킹레버(rocking -lever)이다.
도 10에는 작동기 시스템(35)이 도시되어 있는데, 여기서 각 작동기는 피스톤스템(piston stem)(351)을 가지며, 피스톤스템의 자유단에는 아암(352)의 단부들 중 하나가 관절연결되어 있고, 아암(352)의 다른 단부는, 머신 몸체에 일체화된 플랜지(354)에서 회전하는 핀(353)에 관절연결되어 있다. 핀(353)의 한 단부는 아암(354)의 단부들 중 하나에 관절연결되어 있고, 아암(354)의 다른 단부는, 칼라(28)에 일체화된 하우징(356) 내에 수용된 핀(355)에 관절연결되어 있다.
도 11에는 각자의 임펠러에 해당하는 칼라-슬롯-블록 조립체(collar-slot-block assembly)의 바람직한 견인구조 실시예가 도시되어 있다. 여기서 각 임펠러(3, 4)는 그 바닥에서 제1엘보우레버(first elbow lever)(400)의 단부들 중 하나에 관절연결되고, 제1엘보우레버(400)의 다른 단부에는 제1로드(first rod)(401)가 관절연결되며, 제1로드(401)는 샤클(shackle)(402)에 관절연결된다. 또한 샤클(402)은, 링(232)에 일체화된 러그(lug)(403)에 관절연결된다. 제1방향레버(first orientation lever)(404) 또한 샤클(402)에 관절연결되고, 참조부호 405에서 임펠러(3, 4)의 바닥에 관절연결된다. 제2로드(406)도 샤클(402)에 관절연결되고 차례로 제2엘보우레버(407)에 관절연결된다. 제2엘보우레버(407)에는 제3로드(408)의 단부들 중 하나가 관절연결되고, 제3로드(408)의 다른 단부는 제3엘보우레버(409)에 관절연결된다. 제3엘보우레버(409)에는 제4로드(410)가 관절연결되고 제4로드(410)는 제2샤클(411)에 연결된다. 제2샤클(411)에는 또한 제2방향레버(412)가 관절연결되고, 제2샤클(411)은, 임펠러의 링(232)에 일체화된 제2러그(413)에 관절연결된다. 그리고 제2샤클(411)에는 제5로드(414)가 관절연결되고 제5로드(414)는 제4엘보우레버(415)에 관절연결되며, 제4엘보우레버(415)는 또한 상기 제1엘보우레버(400)에 관절연결된다.

Claims (8)

  1. 적어도 하나의 임펠러를 지닌 유체 다이나믹 머신(fluid dynamic machine)으로서, 상기 유체 다이나믹 머신은 몸체(2); 상기 몸체(2)에 의해 회전가능하게 수용된 제1 및 제2 임펠러(4, 3); 상기 임펠러 중 어느 하나의 원주를 따라 균일하게 분포되고 임펠러의 축에 평행한 축을 지니면서 지지되어 회전가능하게 배치되는 적어도 2개의 블레이드(6)들;을 포함하며, 상기 제1임펠러(4)의 축은 제1베벨기어(10)에 연결되고, 제2임펠러(3)는, 제1임펠러(4)의 축의 바닥과 동심인 바닥 위에 제2베벨기어(9)을 가지며, 제1임펠러 및 제2임펠러의 베벨기어는, 2개의 베벨기어와 중첩되는 공동의 모터샤프트(13)에 연결되는, 유체 다이나믹 머신에 있어서,
    각 블레이드(6) 축은, 블레이드 축에 수직인 평면에 놓여져 관절연결된 사변형 구조물을 통해, 제1 및 제2 임펠러(4, 3)의 축에 대해 각각 움직일 수 있는 이동 엘리먼트(23, 22)에 연결되며, 상기 사변형 구조물은, 블레이드의 축에 일체화되어 있는 사변형 구조물의 제1아암과, 임펠러의 바닥에 피봇되고 타 단부는 연결축을 통해 제1아암의 단부에 연결된 사변형 구조물의 제2아암을 포함하고, 임펠러 바닥에 힌지연결된(hinged) 제2아암은 이동 엘리먼트에 일체화된 가이드 내의 슬라이딩 블록에 데스모드로믹(desmodromic)하게 관절연결되며, 선회 회전과 조합된 블록-가이드 시스템(block-guide system)으로 인해, 임펠러의 초기 원주와 일치하는 축을 지닌 사인 곡선과 유사한 가변적 곡선에 따른 하모닉 모션(harmonic motion)으로 각 블레이드를 컨트롤할 수 있는 것을 특징으로 하는 유체 다이나믹 머신.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 사변형 구조물의 관절 및 임펠러 자체의 컨트롤을 위해, 블록-가이드 시스템이 장착된 각 해당 임펠러의 베어링 칼라들의 일치되는 모션은, 레버리지들(leverages) 및 로드들(rods)의 시스템에 의해 작동되며, 레버리지들 및 로드들의 시스템의 기하학적 연결구조로 인해 베어링 칼라 및 해당 임펠러 사이에 각도 싱크로가 일어날 수 있지만, 동일 베어링 칼라는 방향 평면(orientation plane) 상에서 예상되는 모든 방향으로 동시에 자유롭게 움직일 수 있는 것을 특징으로 하는 유체 다이나믹 머신.
  3. 제2항에 있어서,
    이동 엘리먼트는, 지지되고 관절연결된 벨을 포함하고, 머신 몸체의 해당되는 하우징 내에 수용된 구형 표면이 구비되며; 머신의 중심축 상에 놓여진 회전중심을 중심점으로 하여 상기 벨을 움직이게끔 작동수단이 제공되어 상기 벨을 편심되게 진동시킬 수 있으며; 상기 벨 상에는 칼라가, 임펠러 샤프트에 수직인 평면에 놓여진 방향으로 슬라이딩하는 방식으로 배치되며; 각 임펠러에 있어서, 칼라 자신은 임펠러의 샤프트에 대해 반경방향으로 베어링 위에 장착되고, 레버리지들의 사변형 구조물들이 블록-가이드 시스템을 통해 움직이며, 베어링 칼라의 중심이탈 효과를 제외하고, 작동기들의 관절 및 벨의 진동하는 가상의 중심점은 위치가 반대로 될 수 있는 것을 특징으로 하는 유체 다이나믹 머신.
  4. 제1항에 있어서,
    칼라는, 칼라의 기하학적 구조 내에 형성된 특수하고 일체화된 슬롯들 내에서 슬라이딩하는 블록들의 시스템과 함께 움직일 수 있으며, 각 블록은, 머신의 중심축에 평행하고 반경방방향으로 관절연결된 축으로 중앙에 관절연결되며, 각 블록은 임펠러의 평면에 평행한 평면 상에서 아치 운동을 하며 레버에 일체화되며, 각 레버는 차례로 중심축에 평행한 축선을 지닌 축에 의해 일체화되고 움직여지며, 머신의 하우징에 관절연결되고, 머신의 하우징에 관절연결된 작동기에 의해 움지여지는 레버가 장착되는 것을 특징으로 하는 유체 다이나믹 머신.
  5. 제1항에 있어서,
    제1임펠러(4)와 제2임펠러(3)는 서로 반대방향으로 회전할 수 있으며, 각 임펠러의 각속도들이 조합됨으로써, 반작용, 비틀림 및 방향의 파생 효과들이 최소화 되고, 회전축 상의 모든 범위의 추력이 일치되는 것을 특징으로 하는 유체 다이나믹 머신.
  6. 제2항에 있어서,
    레버리지 시스템은, 제1 임펠러(4) 및 제2 임펠러(3)의 블레이드 양쪽을 위한 사변형 구조물(24, 27)로 구성되며, 아암(arm)(226)의 단부들 중 하나는 각 블레이드 축(225)에 관절연결되고 아암의 타 단부는 커넥션로드(comnnection rod)(227)의 단부들 중 하나에 관절연결되고, 커넥션로드(227)의 타 단부는, 피봇 포인트(229)에서 해당 임펠러(3, 4)의 바닥에 관절연결된 레버(228)의 단부들 중 하나에 관절연결되며, 상기 레버(228)는, 베어링(220) 상에서 회전하는 링(ring) 또는 칼라(collar)(232)에 일체화된 가이드(guide)(231) 내의 슬라이딩 블록(sliding block)(230)에 관절연결된 로킹레버(rocking-lever)인 것을 특징으로 하는 유체 다이나믹 머신.
  7. 제1항에 있어서,
    작동기(35)들의 시스템은, 피스톤 스템(piston stem)(351)을 가진 작동기들을 포함하며, 피스톤 스템의 자유단(free end)에는 아암(352)의 단부들 중 하나가 관절연결되고, 상기 아암(352)의 타 단부는, 머신 몸체에 일체화된 플랜지(354) 내에서 회전가능한 피봇(353)에 관절연결되고, 피봇(353)의 일 단부는 아암(354)의 단부들 중 하나에 관절연결되고, 아암(354)의 타 단부는, 벨(17)에 일체화된 하우징(housing)(356) 내에 수용된 피봇(355)에 관절연결되는 것을 특징으로 하는 유체 다이나믹 머신.
  8. 제1항에 있어서,
    각 임펠러(3, 4)의 바닥에는 제1엘보우레버(elbow lever)(400)의 단부들 중 하나가 관절연결되며, 제1엘보우레버(400)의 타 단부에는 제1로드(401)가 관절연결되고, 제1로드(401)는 차례로 샤클(shackle)(402)에 관절연결되며, 샤클(402)은 또한, 링(232)에 일체화된 러그(lug)(403)에 관절연결되며, 제1방향레버(orientation lever)(404) 또한 샤클(402)에 관절연결되고 임펠러(3, 4)의 바닥에 관절연결되며(405), 제2로드(406) 또한 샤클(402)에 관절연결되고 또한 차례로 제2엘보우레버(407)에 관절연결되며, 제2엘보우레버(407)에는 제3로드(408)의 단부들 중 하나가 관절연결되고, 제3로드(408)의 타 단부는 제3엘보우레버(409)에 관절연결되며, 제3엘보우레버(409)에는 제4로드(410)가 관절연결되고 제4로드(410)는 제2샤클(411)에 연결되며, 제2샤클(411)에는 또한 제2방향레버(412)가 관절연결되고, 제2샤클(411)은, 임펠러(3, 4)의 링(232)에 일체화된 제2러그(413)에 관절연결되며, 제2샤클(411)에는 제5로드(414)가 관절연결되고 제5로드(414)는 차례로 제4엘보우레버(415)에 관절연결되며, 제4엘보우레버(415)는 또한 상술한 제1엘보우레버(400)에 관절연결되는 것을 특징으로 하는 유체 다이나믹 머신.
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