KR102126865B1 - 스크롤 텅 및 이를 구비한 회전 기계 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 측면에 따르면, 디퓨저부와, 상기 디퓨저부로부터 나온 유체가 진입하는 스크롤부를 포함하는 회전 기계의 스크롤 텅부에 있어서, 상기 디퓨저부로부터 상기 스크롤부로 유체가 이동하는 유동 개구부가 형성되고, 상기 유동 개구부의 하면은 상기 디퓨저부의 저면으로부터 평평하게 연장된 스크롤 텅부 및 이를 구비한 회전 기계를 제공한다.

Description

스크롤 텅 및 이를 구비한 회전 기계{Scroll tongue and rotary machine comprising the same}

본 발명은 스크롤 텅 및 이를 구비한 회전 기계에 관한 것이다.

유체 등을 압축하는 압축기, 펌프, 송풍기 등은, 일반적으로 내부에 회전체를 구비하는 회전 기계의 구조를 가지고 있다.

일반적으로 그러한 회전 기계는 임펠러(impeller)와 케이싱을 가지고 있다. 그 중 임펠러는 회전체로서 회전 운동에너지를 유체에 전달시켜 유체의 압력을 상승시키도록 구성되며, 이를 위해 임펠러에는 유체의 이동을 돕고 에너지를 유체에 전달하는 다수개의 블레이드(blade)가 배치되어 있다.

회전 기계의 성능을 개선하기 위한 많은 노력이 진행되고 있는데, 공개특허공보 1996-0001494호에는 베인 압축기의 압력 손실을 줄여 압축기의 성능을 향상시키는 기술이 개시되어 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 압력 손실을 줄일 수 있는 구조를 가지는 스크롤 텅 및 이를 구비한 회전 기계를 제공하는 것을 주된 과제로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 디퓨저부와, 상기 디퓨저부로부터 나온 유체가 진입하는 스크롤부를 포함하는 회전 기계의 스크롤 텅부에 있어서, 상기 디퓨저부로부터 상기 스크롤부로 유체가 이동하는 유동 개구부가 형성되고, 상기 유동 개구부의 하면은 상기 디퓨저부의 저면으로부터 평평하게 연장된 스크롤 텅부를 제공한다.

여기서, 상기 회전 기계는 압축기, 펌프 및 송풍기 중 어느 하나일 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 블레이드를 구비한 임펠러;와, 상기 임펠러를 경유한 유체의 압력을 증가시키는 디퓨저부;와, 상기 디퓨저부로부터 나온 유체가 진입하는 스크롤부;와, 상기 스크롤부에 형성되는 스크롤 텅부;를 포함하고, 상기 스크롤 텅부에는 상기 디퓨저부로부터 상기 스크롤부로 유체가 이동하는 유동 개구부가 형성되고, 상기 유동 개구부의 하면은 상기 디퓨저부의 저면으로부터 평평하게 연장된 회전 기계를 제공한다.

여기서, 상기 디퓨저부의 하면에는 디퓨저 베인이 형성될 수 있다.

여기서, 상기 스크롤부와 연결된 컬렉터부를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 회전 기계는 압축기, 펌프 및 송풍기 중 어느 하나일 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 회전 기계의 스크롤 내의 유체 압력 손실을 줄여 그 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 회전 기계의 개략적인 모습을 도시한 사시도이다.
도 2는, 설명을 위해 도 1에 도시된 회전 기계의 케이싱 부분을 Ⅱ-Ⅱ선을 잘라 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 케이싱의 일부를 다른 각도에서 본 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 관한 스크롤 텅부 부근에서 디퓨저부를 통과한 유체가 스크롤부로 진입할 때의 유동을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는, 비교 예로서 일반적인 회전 기계의 케이싱을 잘라 일부를 도시한 도면이다.
도 6은, 일반적인 회전 기계의 케이싱의 스크롤 텅부 부근에서 디퓨저부를 통과한 유체가 스크롤부로 진입할 때의 유동을 개략적으로 도시한 도면이다.

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 사시도이고, 도 2는, 설명을 위해 도 1에 도시된 회전 기계의 케이싱 부분을 Ⅱ-Ⅱ선을 잘라 도시한 도면이며, 도 3은 도 2에 도시된 케이싱의 일부를 다른 각도에서 본 도면이다. 또한, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 관한 스크롤 텅부 부근에서 디퓨저부를 통과한 유체가 스크롤부로 진입할 때의 유동을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 회전 기계(100)는 유체를 압축하는 원심 압축기로서, 크게 임펠러(110)와 케이싱(120)을 포함한다.

본 실시예에 따른 회전 기계는 원심 압축기이나, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 회전 기계는 회전체의 회전 운동에 의해 유체의 압력과 속도를 변화시킬 수 있는 장치이면 해당된다. 예를 들면, 본 발명에 따른 회전 기계는 펌프, 송풍기 등이 될 수도 있다.

본 실시예에 따른 회전 기계(100)가 압축하는 유체는, 공기, 가스, 수증기, 액체 등 다양한 유체가 될 수 있다.

임펠러(110)는, 허브(111)와, 허브(111)에 설치된 블레이드(112)를 포함하는데, 허브(111)는 회전축(미도시)에 고정되어 회전축이 회전하면 임펠러(110)도 함께 회전한다.

블레이드(112)는 허브(111)에 복수 개 설치되어 있는데, 블레이드(112)는 유체의 이동을 가이드하는 기능을 수행하면서 임펠러(110)의 회전 운동 에너지를 유체에 전달하는 기능을 수행한다.

한편, 케이싱(120)은, 임펠러(110)를 경유한 유체가 이동하면서 압력이 증가되는 구조체 또는 조립체를 총칭하는데, 케이싱(120)은 유입구(121), 디퓨저부(122), 스크롤부(123), 컬렉터부(124), 스크롤 텅(tongue)부(125)를 포함한다.

유입구(121)는 회전 기계(100)의 중앙 부분에 형성되며, 압축될 유체가 유입되는 입구이다.

디퓨저부(122)는 임펠러(110)를 경유한 유체의 속도를 줄이고 압력을 증가시키는 곳으로서 디퓨저부(122)의 저면(122a)에는 유체의 이동을 가이드하는 디퓨저 베인(122b)이 설치된다.

본 실시예에 따른 디퓨저부(122)는 디퓨저 베인(122b)를 포함하고 있으나, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 디퓨저부(122)는 디퓨저 베인(122b)을 포함하지 않을 수도 있다.

스크롤부(123)는 임펠러(110)에서 배출된 유체가 디퓨저부(122)를 경유한 후 도달하는 곳으로써, 디퓨저부(122)의 외곽에 설치된다.

스크롤부(123)는 그 시작부로부터 끝단부로 가면서 그 유동 단면적이 증가하는 형상을 가지도록 형성되는 것이 일반적인데, 그러한 형상은 유체의 속도는 줄이고 압력을 증가시키기 위한 것이다.

컬렉터부(124)는 스크롤부(123)의 일단에 설치되며, 스크롤부(123)의 내부를 지나온 압축 유체는 컬렉터부(124)를 통해 외부로 배출되게 된다.

한편, 스크롤 텅부(125)는 스크롤부(123)의 시작부에 형성되지만, 본 발명은 이에 한정하지 않고, 스크롤부(123)의 다른 부분에도 형성될 수 있다.

스크롤 텅부(125)에는 디퓨저부(122)로부터 스크롤부(123)로 유체가 이동하는 유동 개구부(125a)가 형성되어 있다.

유동 개구부(125a)의 하면(125a_1)은 디퓨저부(122)의 저면(122a)으로부터 평평하게 연장된 형상을 가지는데, 그러한 형상은 유동 개구부(125a)를 통과하여 스크롤부(123) 내부로 진입하는 유체 흐름이, 스크롤부(123) 내부를 흐르는 유체 흐름과 합류할 때, 유체 흐름들 간의 접촉각을 작게 함으로써 압력 손실을 줄여 주게 된다. 그에 관한 자세한 사항은 후술한다.

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

사용자가 회전 기계(100)를 작동시키면, 임펠러(110)는 회전축(미도시)로부터 동력을 전달받아 회전한다.

임펠러(110)가 회전하기 시작하면, 케이싱(120)의 유입구(121)로부터 압축될 유체가 유입되고, 유입된 유체는 블레이드(112)에 의해 임펠러(110)의 회전 운동 에너지를 전달받은 후, 고속으로 디퓨저부(122)로 배출되게 된다

디퓨저부(122)로 배출된 유체는 디퓨저 베인(122b)에 의해 가이드되면서 이동하는데, 디퓨저부(122)에서는 속도가 줄면서 압력이 증가되게 된다.

이어, 디퓨저부(122)를 통과한 압축 유체는 스크롤부(123)로 진입하여 압력이 더 증가되고, 컬렉터부(124)를 통하여 회전 기계(100)의 외부로 배출되게 된다.

한편, 본 실시예에 따른 회전 기계(100)의 경우에, 스크롤 텅부(125)의 유동 개구부(125a)의 하면(125a_1)의 형상은 디퓨저부(122)의 저면(122a)으로부터 평평하게 연장된 형상을 가지고 있기 때문에 스크롤 텅부(125) 부근에서의 유체 유동의 압력 손실이 적게 발생하는데, 이를 도 4를 참조하여 자세히 살펴보기로 한다.

전술한 바와 같이, 디퓨저부(122)를 통과한 압축 유체는 스크롤부(123)의 내부로 진입하게 되는데, 이는 스크롤 텅부(125)의 부근도 마찬가지이다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 스크롤 텅부(125)의 부근에 위치한 디퓨저부(122)를 통과한 압축 유체는, 유동 개구부(125a)를 통과하여 스크롤부(123)로 진입하게 되는데, 그러한 유체 흐름을 F1이라고 한다. 한편, 스크롤 텅부(125) 부근에 위치한 스크롤부(123)에서는, 이미 스크롤부(123)로 진입한 후 스크롤부(123)의 내면에 의해 가이드되면서 흐르는 유체 흐름이 존재하게 되는데 그러한 유체 흐름을 F2라고 한다.

상기 유체 흐름 F1은 유동 개구부(125a)를 통과하여 스크롤부(123)로 진입할 때, 유체 흐름 F2와 부딪히면서 합류하게 되는데, 두 유체 흐름 F1 과 F2의 접촉각 α가 작을수록 소용돌이(vortex)의 발생이 줄게 된다. 그런데, 본 실시예의 유동 개구부(125a)의 하면(125a_1)의 형상은 디퓨저부(122)의 저면(122a)으로부터 평평하게 연장된 형상을 가지고 있기 때문에, 유체 흐름 F1은 거의 수평으로 스크롤부(123)로 진입하고, 그렇게 되면 상기 접촉각 α의 값이 작게 되어 소용돌이 발생이 최소화되어 유체의 압력 손실이 적게 발생하게 되므로, 회전 기계(100)의 성능이 향상되게 된다.

이상과 같이 설명한 본 실시예의 작용 및 효과를 좀 더 명확히 알기 위해, 이하 본 실시예에 따른 케이싱과 대비되는 일반적인 회전 기계의 케이싱을 비교 예로서 설명하기로 한다.

도 5는, 비교 예로서 일반적인 케이싱을 잘라 일부를 도시한 도면이고, 도 6은, 도 5에 도시된 일반적인 케이싱의 스크롤 텅부 부근에서 디퓨저부를 통과한 유체가 스크롤부로 진입할 때의 유동을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 일반적인 케이싱(220)은 유입구(221), 디퓨저부(222), 스크롤부(223), 컬렉터부(224), 스크롤 텅부(225)를 포함하고 있다.

디퓨저부(222)의 저면(222a)에는 디퓨저 베인(222b)이 설치되는데, 스크롤 텅부(225)에 형성된 유동 개구부(225a)의 하부에는 본 실시예의 경우와 달리 돌출부(225a_1)가 형성되어 있다.

회전 기계가 구동되어 임펠러가 회전하게 되면, 고속의 유체가 디퓨저부(222)로 배출되게 되고, 디퓨저부(222)를 통과한 유체는 스크롤부(223)의 내부로 진입하게 된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 스크롤 텅부(225)의 부근에 위치한 디퓨저부(222)를 통과한 압축 유체는, 유동 개구부(225a)를 통과하여 스크롤부(223)로 진입하게 되는데, 이 때의 유체 흐름을 F3라고 한다. 유체 흐름 F3은, 유동 개구부(225a)의 하부에 형성된 돌출부(225a_1)에 의해 디퓨저부(222)의 저면(222a)에 수평한 면으로부터 θ만큼 위로 상승하게 된다. 한편, 스크롤 텅부(225) 부근에 위치한 스크롤부(223)에서는, 이미 스크롤부(223)로 진입한 후 스크롤부(223)의 내면에 의해 가이드되면서 흐르는 유체 흐름이 존재하게 되는데 그러한 유체 흐름을 F2라고 한다.

상기 유체 흐름 F3은 유동 개구부(225a)를 통과하여 스크롤부(223)로 진입할 때, 유체 흐름 F2와 부딪히면서 합류하게 되는데, 두 유체 흐름 F3 과 F2의 접촉각 β가 크게 되어 소용돌이(vortex)의 발생을 유도하게 된다. 그렇게 되면 유체의 압력 손실이 크게 되고, 회전 기계의 성능도 저하되게 된다.

이상과 같이, 본 실시예에 따른 회전 기계(100)에 의하면, 스크롤 텅부(125)의 유동 개구부(125a)의 하면(125a_1)의 형상은 디퓨저부(122)의 저면(122a)으로부터 평평하게 연장된 형상을 가지고 있기 때문에, 유동 개구부(125a)를 통과하여 스크롤부(123) 내부로 진입하는 유체 흐름은, 스크롤부(123) 내부를 흐르는 유체 흐름과 합류할 때 접촉각이 작게 되어 압력 손실도 적게 된다. 따라서, 회전 기계(100)의 성능이 향상되게 된다.

아울러, 본 실시예에 따른 회전 기계(100)에 의하면, 스크롤 텅부(125)의 유동 개구부(125a)의 하면(125a_1)의 형상은 디퓨저부(122)의 저면(122a)으로부터 평평하게 연장된 형상을 가짐으로써, 스크롤부(123) 및 스크롤 텅부(125)를 제조함에 있어 제조가 용이해지고 불량률을 저감할 수 있다. 제조 방법으로서 주조 방법을 예로 들면, 도 6에 도시된 바와 같은 일반적인 케이싱(220)의 스크롤 텅부(225)는 돌출부(225a_1)를 가지고 있으므로, 주조를 위한 목형의 구조가 복잡해져 제조 과정에서 단차가 발생하거나 파손의 위험이 높아지게 된다. 그에 비해, 본 실시예의 스크롤 텅부(125)의 유동 개구부(125a)의 하면(125a_1)의 형상은 디퓨저부(122)의 저면(122a)으로부터 평평하게 연장된 형상을 가지므로, 그 형상이 단순해 주조를 위한 목형의 구조도 단순해져 단차 등의 불량이 줄게 될 뿐만 아니라 제조 작업도 용이하게 된다.

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: 회전 기계 110: 임펠러
120: 케이싱 121: 유입구
122: 디퓨저부 123: 스크롤부
124: 컬렉터부 125: 스크롤 텅부

Claims (6)

1. 디퓨저부와, 상기 디퓨저부로부터 나온 유체가 진입하는 스크롤부와, 상기 스크롤부와 연결된 컬렉터부를 포함하는 회전 기계의 스크롤 텅부에 있어서,
   상기 스크롤 텅부는, 상기 스크롤부와 상기 컬렉터부의 연결 부분에 배치되고,
   상기 디퓨저부로부터 상기 스크롤부로 유체가 이동하는 유동 개구부가 형성되고, 상기 유동 개구부의 하면은 상기 디퓨저부의 저면으로부터 평평하게 연장된 스크롤 텅부.
2. 삭제
3. 블레이드를 구비한 임펠러;
   상기 임펠러를 경유한 유체의 압력을 증가시키는 디퓨저부;
   상기 디퓨저부로부터 나온 유체가 진입하는 스크롤부;
   상기 스크롤부와 연결된 컬렉터부; 및
   상기 스크롤부와 상기 컬렉터부의 연결 부분에 배치되는 스크롤 텅부를 포함하고,
   상기 스크롤 텅부에는 상기 디퓨저부로부터 상기 스크롤부로 유체가 이동하는 유동 개구부가 형성되고, 상기 유동 개구부의 하면은 상기 디퓨저부의 저면으로부터 평평하게 연장된 회전 기계.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제3항에 있어서,
   상기 회전 기계는 압축기, 펌프 및 송풍기 중 어느 하나인 회전 기계.

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