KR102207937B1

KR102207937B1 - 축류형 압축기

Info

Publication number: KR102207937B1
Application number: KR1020160129085A
Authority: KR
Inventors: 최재호
Original assignee: 한화에어로스페이스 주식회사
Priority date: 2016-10-06
Filing date: 2016-10-06
Publication date: 2021-01-26
Also published as: KR20180038238A

Abstract

본 발명은 다양한 실시예에 따른 축류형 압축기를 개시한다. 본 발명은 회전축, 상기 회전축에 고정되는 로터 허브, 상기 로터 허브의 일면에 원주 방향으로 이격되어 배치된 복수의 로터 블레이드, 및 각각의 인접한 두 개의 로터 블레이드 사이에 배치된 복수의 제1 분배 블레이드를 포함하고, 상기 제1 분배 블레이드의 길이는 상기 로터 블레이드의 길이보다 짧다.

Description

축류형 압축기{Axial Compressor}

본 발명은 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 축류형 압축기에 관한 것이다.

원심류 압축기(centrifugal flow compressor), 축류형 압축기(axial flow compressor) 및 터빈과 같은 터보 기계(turbo machine)들이 다양한 산업 분야에 사용된다. 특히 축류형 압축기는 파워 스테이션, 제트 엔진 응용, 가스 터빈 및 자동차 응용에서 폭넓게 사용되고 있다. 축류형 압축기는 또한 일반적으로 정유 산업(oil refinery industry)에서 사용되는 고온 가스 익스팬더(hot gas expander) 및 공기 분리 플랜트(air separation plant) 등과 같은 대용량 산업 응용에 사용된다.

축류형 압축기는 일반적으로 중앙 드럼(central drum)에 결합된 회전 샤프트를 포함하는데, 상기 중앙 드럼은, 원주 방향으로 배열되고 상기 드럼의 축 길이 방향을 따라 복수개의 열(row)을 이루도록 이격된 에어포일 블레이드(airfoil blade)를 복수개 포함한다. 상기 에어포일 블레이드는 고정 튜브형 케이싱(stationary tubular casing)에 부착된 대응하는 수만큼의 고정 블레이드들 사이에서 회전한다. 공기와 같은 작동 유체(working fluid)는 상기 회전 샤프트의 축 방향으로 상기 축류형 압축기로 유입되고 이로부터 유출된다. 상기 작동 유체로부터의 에너지는 회전하는 에어포일 블레이드의 고정 블레이드에 대한 상대적 운동을 야기한다. 상기 중앙 드럼 및 케이싱 사이의 단면적은 유입 단부로부터 유출 단부까지 감소되어, 상기 작업 유체가 상기 축류형 압축기를 통과함에 따라 압축된다.

한편, 압축기의 블레이드는 표면에 흐르는 유체의 점성으로 인한 마찰력으로 유동 박리 현상이 발생한다. 특히, 블레이드의 곡률을 크게 함으로써, 블레이드에 유동 박리 현상의 발생 염려가 커진다.

이러한 유동 박리 현상으로 난류와 물체 뒤에 후류(wake)가 발생하게 되어 압축기에 소음과 진동이 발생하게 되고, 압축기의 블레이드의 가압면(pressure side)과 흡입면(suction side) 사이의 압력의 차이가 감소하게 되어 압축기의 효율은 감소하는 문제가 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 로터 허브에 형성된 블레이드 사이에 형성된 유로에 상기 블레이드보다 짧은 길이의 분배 블레이드를 추가적으로 설치하여, 각각의 유로의 유량을 균일해지도록 하여 유동 박리를 효율적으로 감소시킬 수 있는 축류형 압축기를 제공하는 것이다.

또한, 블레이드의 루트부 길이가 팁부의 길이보다 길게 형성되어 블레이드의 구조적 안정성이 향상된 축류형 압축기를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 축류형 압축기는, 회전축, 상기 회전축에 고정되는 로터 허브, 상기 로터 허브의 일면에 원주 방향으로 이격되어 배치된 복수의 로터 블레이드, 및 각각의 인접한 두 개의 로터 블레이드 사이에 배치된 복수의 제1 분배 블레이드를 포함하고, 상기 제1 분배 블레이드 및 상기 로터 블레이드는 입사된 유체 방향으로 전방 라인인 전연과 후방 라인인 후연 및 상기 전연의 양 측면에 형성되는 가압면 및 흡입면을 각각 포함하고, 상기 제1 분배 블레이드의 가압면과 상기 허브가 만나는 선의 길이는 상기 로터 블레이드의 가압면과 상기 허브가 만나는 선의 길이보다 짧다.

축류형 압축기의 일 예에 따르면, 상기 인접하는 두 개의 로터 블레이드의 후방 라인인 두 후연과 접하는 평면과 상기 제1 분배 블레이드의 후연 간에 최단 거리는 상기 인접하는 두 개의 로터 블레이드의 두 전연과 접하는 평면과 상기 제1 분배 블레이드의 전연 간에 최단 거리보다 짧은 것을 특징으로 한다.

축류형 압축기의 다른 예에 따르면, 상기 제1 분배 블레이드는 상기 로터 허브와의 접하는 경계면 및 상기 경계면과 대향한 부분인 팁부를 포함하고, 상기 경계면과 상기 가압면이 만나는 부분의 길이가 상기 팁부와 상기 가압면이 만나는 부분의 길이보다 긴 것을 특징으로 한다.

축류형 압축기의 다른 예에 따르면, 상기 제1 분배 블레이드는 상기 경계면의 상기 로터 허브의 회전 방향에 대한 최대 길이는 상기 팁부의 상기 로터 허브의 회전 방향에 대한 최대 길이보다 길게 형성되는 것을 특징으로 한다.

축류형 압축기의 다른 예에 따르면, 상기 로터 허브 및 상기 회전축을 감싸는 압축기 하우징, 상기 압축기 하우징의 내측면의 원주 방향에 따라 이격되게 배치되는 스테이터 블레이드 및 각각의 인접한 두 개의 스테이터 블레이드 사이에 배치된 복수의 제2 분배 블레이드를 더 포함하고, 상기 제2 분배 블레이드 및 상기 스테이터 블레이드는 입사된 유체 방향으로 전방 라인인 전연과 후방 라인인 후연 및 상기 전연의 양 측면에 형성되는 가압면 및 흡입면을 각각 포함하고, 상기 제2 분배 블레이드의 가압면과 상기 허브가 만나는 선의 길이는 상기 스테이터 블레이드의 가압면과 상기 허브가 만나는 선의 길이보다 짧게 형성된다.

본 발명의 일 측면에 따른 축류형 압축기는, 압축기 하우징, 상기 압축기 하우징 내부에 수용되는 회전축, 상기 압축기 하우징 내부에 수용되고 회전축에 고정되는 로터 허브, 상기 로터 허브의 일면에 원주 방향으로 이격되어 배치된 복수의 로터 블레이드, 및 상기 압축기 하우징의 내측면의 원주 방향에 따라 이격되게 배치되는 스테이터 블레이드를 포함하고, 상기 로터 블레이드 및 상기 스테이터 블레이드는 입사된 유체 방향으로 전방 라인인 전연과 후방 라인인 후연, 상기 전연의 양 측면에 형성되는 가압면과 흡입면 및 상기 로터 허브와의 접하는 경계면 및 상기 경계면과 대향한 부분인 팁부를 각각 포함하고, 상기 경계면과 상기 가압면이 만나는 부분의 길이가 상기 팁부와 상기 가압면이 만나는 부분의 길이보다 길게 형성된다.

본 발명의 실시예들에 따른 압축기는 로터 허브에 형성된 블레이드 사이에 형성된 유로에 상기 블레이드보다 짧은 길이의 블레이드를 추가적으로 설치하여, 각각의 유로의 유량을 균일해지도록 하여 유동 박리를 효율적으로 감소시킬 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 축류형 압축기의 개략적인 단면도이다.
도 2a는 일 실시예에 따른 축류형 압축기의 로터 블레이드 및 제1 분배 블레이드를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2b는 일 실시예에 따른 축류형 압축기의 로터 블레이드 및 제1 분배 블레이드의 팁부를 바라본 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3a는 일 실시예에 따른 축류형 압축기의 스테이터 블레이드 및 제2 분배 블레이드를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3b는 일 실시예에 따른 축류형 압축기의 스테이터 블레이드 및 제2 분배 블레이드의 팁부를 바라본 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4a는 일 실시예에 따른 축류형 압축기의 제1 분배 블레이드를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4b는 도 4a의 Ⅲ-Ⅳ 선을 따라 제1 분배 블레이드를 절단한 단면도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.

이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.

이하의 실시예에서, 막, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.

도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.

이하의 실시예에서, 막, 영역, 구성 요소 등이 연결되었다고 할 때, 막, 영역, 구성 요소들이 직접적으로 연결된 경우뿐만 아니라 막, 영역, 구성요소들 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소들이 개재되어 간접적으로 연결된 경우도 포함한다. 예컨대, 본 명세서에서 막, 영역, 구성 요소 등이 전기적으로 연결되었다고 할 때, 막, 영역, 구성 요소 등이 직접 전기적으로 연결된 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 간접적으로 전기적 연결된 경우도 포함한다.

도 1은 일 실시예에 따른 축류형 압축기의 개략적인 단면도이다.

도시된 바와 같이, 축류형 압축기(100)는 복수의 스테이지를 포함할 수도 있다. 각 스테이지는 복수의 로터(rotor) 블레이드(120)와 그에 후속하는 복수의 스테이터(stator) 블레이드(130)를 포함할 수 있다. 복수의 로터 블레이드(120) 및 복수의 스테이터 블레이드(130)는 유입되는 유체에 운동 에너지를 부여하도록 구성된다. 도 1에 도시된 바와 같이 축류형 압축기(100)는 복수의 스테이지를 구비할 수 있으며, 상기 스테이지의 개수에 본 발명의 사상이 제한되지 않는다.

도 1을 참조하면, 축류형 압축기(100)는 압축기 하우징(10), 로터 블레이드(120), 스테이터 블레이드(130), 회전축(101) 및 로터 허브(110)를 포함한다.

압축기 하우징(10)은 그 내부에 회전축(101), 로터 블레이드(120) 및 스테이터 블레이드(130)가 배치되는 공간이 형성된다. 압축기 하우징(10)의 일단에는 공기가 외부로부터 내부로 유입되는 통로가 형성되며, 타단에는 압축기 하우징(10) 내부에 유입되어 압축된 공기가 압축기 하우징(10) 외부로 배출되는 통로가 형성된다.

회전축(101)은 압축기 하우징(10) 내부에 삽입되어 회전하며, 로터 허브(110)는 회전축(101)에 고정 결합되어 회전축(101)과 함께 회전한다. 로터 허브(110)에는 복수의 로터 블레이드(120)가 배치된다. 회전축(101)은 엔진이나 전동기 등의 구동력을 전달받아 일정 방향으로 회전하며, 그에 따라 회전축(101)에 고정된 로터 허브(110)도 회전축(101)의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전한다. 축류형 압축기(100) 내부로 흡입된 공기는 로터 허브(110)와 로터 블레이드(120)의 강제 이송력에 의하여 계속 흡입되고, 각 단의 로터 블레이드(120) 및 스테이터 블레이드(130) 사이에 형성된 유로를 통과하면서 가압된다.

복수의 로터 블레이드(120)는 로터 허브(110)의 원주 방향을 따라 이격되게 배치된다. 복수의 로터 블레이드(120)는 유선형의 형상인 에어 포일(airfoil)형으로 형성된다. 상기 복수의 로터 블레이드(120)는 로터 허브(110)의 회전에 따라 회전하며, 압축기 하우징(10) 내부에 유입된 공기를 압축시킬 수 있다.

복수의 스테이터 블레이드(130)는 압축기 하우징(10)의 내측면의 원주 방향에 따라 이격되게 배치된다. 복수의 스테이터 블레이드(130)는 유선형의 형상인 에어 포일(airfoil)형으로 형성된다. 복수의 스테이터 블레이드(130)는 회전축(101)의 회전과 독립되어 압축기 하우징(10)에 고정된다. 스테이터 블레이드(130)는 유입되는 유체가 로터 블레이드(120)에 미리 설정된 방향으로 분사되도록 유체의 유동 방향을 가이드할 수 있다.

도 2a는 일 실시예에 따른 축류형 압축기의 로터 블레이드 및 제1 분배 블레이드를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2b는 일 실시예에 따른 축류형 압축기의 로터 블레이드 및 제1 분배 블레이드의 팁부를 바라본 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2a을 참조하면, 복수의 로터 블레이드(120)들 사이 각각에 제1 분배(splitter) 블레이드(140)가 각각 형성된다.

제1 분배 블레이드(140)는 인접하는 두 로터 블레이드(120) 사이에 등간격으로 이격되어 로터 허브(110)의 일면에 설치된다. 인접하는 두 로터 블레이드(120) 사이에 형성된 유로의 도중에 상기 제1 분배 블레이드(140)가 유체의 흐름 방향에 따라 연장되어 로터 허브(110)의 일면에 설치되어 있다. 제1 분배 블레이드(140)는 유체의 흐름 방향에 대해서 길이가 로터 블레이드(120)의 길이 보다 짧다. 제1 분배 블레이드(140)는 입사된 유체 방향으로 후방 라인인 후연(143)이 회전으로 그리는 궤적이 로터 블레이드(120)의 후연(123)과 동일한 원 궤적을 갖는 위치까지 연장되어 있다. 즉, 제1 분배 블레이드(140)의 후연(143)이 로터 블레이드(120)의 후연(123)과 원 궤적 근방에 위치한다. 예컨대, 인접하는 두 로터 블레이드(120) 사이에 형성된 제1 유로에서 유체가 유입되는 입구 영역을 제1 유입단이라 하고 제1 유로에서 유체가 유출되는 출구 영역을 제1 유출단이라하면, 제1 분배 블레이드(140)의 전연(141)은 상기 제1 유입단과 소정의 거리만큼 떨어진 곳부터 상기 제1 유출단까지 연장되어 로터 허브(110)에 형성된다. 다시 말하자면, 상기 인접하는 두 개의 로터 블레이드의 후방 라인인 두 후연과 접하는 평면과 상기 제1 분배 블레이드의 후연 간에 최단 거리는 상기 인접하는 두 개의 로터 블레이드의 두 전연과 접하는 평면과 상기 제1 분배 블레이드의 전연 간에 최단 거리보다 짧다.

일 실시예에 따르면, 제1 분배 블레이드(140)는 로터 블레이드(120)의 제1 점(a1)과 제1 점(a1)에서 인접하는 다른 로터 블레이드(120)에 내린 수선 발이 만나는 제2 점(a2)을 통과하는 직선으로부터 제1 거리(L1)만큼 떨어진 위치에 제1 분배 블레이드(140)의 전연(121)이 위치한다. 상기 제1 거리(L1)는 제1 분배 블레이드(140)가 상기 제1 유입단에서 유입되는 유체의 유량의 제한을 최소화하는 거리이다. 예를 들면, 상기 제1 거리(L1)는 로터 블레이드(120)의 길이의 10~20%정도로 설정될 수 있다.

제1 분배 블레이드(140)는 인접하는 두 로터 블레이드(120) 사이에 흐르는 유로를 분리한다. 제1 분배 블레이드(140)는 상기 유로에서 유체가 유입되는 부분인 제1 유입단의 유로 면적은 유지시키면서 상기 유로에서 유체가 유출되는 부분인 제1 유출단에서 유로의 폭을 좁힌다. 따라서, 제1 분배 블레이드(140)는 두 로터 블레이드(120) 사이에 위치함으로써, 두 로터 블레이드(120) 사이의 흡입력은 유지시키면서 출구 영역의 가압 효과를 향상시킬 수 있다.

또한, 제1 분배 블레이드(140)는 상기 제1 유로의 제1 유출단에 흐르는 유체를 가압하는 효과가 있어, 로터 블레이드(120)로 유입되는 유체의 유동 박리를 감소하는 등의 유동의 안정화를 꾀하여 손실을 감소시켜 효율 및 압력비를 증가시킬 수 있다. 나아가, 제1 분배 블레이드(140)는 유체의 유동 박리를 감소시킴으로써 유동의 불안전성으로 인한 공력소음을 감소시킬 수 있으며, 서지 마진을 증대시킬 수 있다.

도 2b를 참조하면, 로터 블레이드(120)는 루트부(125), 팁부(127), 전연(leading edge, 121), 후연(trailing edge, 123), 가압면(pressure side, 128) 및 흡입면(suction side, 129)을 포함한다. 제1 분배 블레이드(140)도 루트부(145), 팁부(147), 전연(leading edge, 141), 후연(trailing edge, 143), 가압면(pressure side, 148) 및 흡입면(suction side, 149)을 포함한다. 한편, 제1 분배 블레이드(140)의 각 구성은 로터 블레이드(120)의 구성과 상응하는 구성인바, 설명의 편의를 위해 로터 블레이드(120)에 포함된 구성들을 중심으로 설명한다.

로터 블레이드(120)는 일면에 로터 허브(110)의 일면과 결합된 일단인 루트부(125)를 포함한다. 로터 블레이드(120)는 루트부(125)를 통해 로터 허브(110)의 일면에 고정되어 로터 허브(110)의 회전에 따라 회전된다. 로터 블레이드(120)는 루트부(125)에 대향하는 일면인 팁부(127)를 포함한다. 팁부(127)는 압축기 하우징(10)의 내면을 향하고 있다.

로터 블레이드(120)는 유체의 흐름 방향을 기준으로 유체와 가장 먼저 접촉하는 전연(121)을 포함한다. 전연(121)은 유선형 형태로 형성되어 유체를 양 측으로 분할하도록 안내할 수 있다. 전연(121)은 로터 블레이드(120)의 팁부(127)의 일측과 루트부(125)를 연결하는 부분으로 공기를 흡입하는 역할을 하며, 로터 블레이드(120)의 후연(123)은 로터 블레이드(120) 팁부(127)의 타측과 루트부(125)를 연결하는 부분으로 공기를 배출하는 역할을 한다.

로터 블레이드(120)는 전연(121)의 양 측면에 형성되는 가압면(128) 및 흡입면(129)을 포함할 수 있다. 이때, 가압면(128)과 흡입면(129)은 서로 대향하며, 각 전연(121)의 측면으로부터 연장되어 끝단에서 서로 연결될 수 있다. 흡입면(128)은 로터 블레이드(120) 전방의 유체가 로터 블레이드(120)를 바라볼 때 보이는 블레이드 면으로 정의되고, 상기 로터 블레이드(120)의 가압면(129)은 그 반대쪽의 보이지 않는 블레이드 면으로 정의된다.

도 3a는 일 실시예에 따른 축류형 압축기의 스테이터 블레이드 및 제2 분배 블레이드를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3b는 일 실시예에 따른 축류형 압축기의 스테이터 블레이드 및 제2 분배 블레이드의 팁부를 바라본 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 3a를 참조하면, 복수의 스테이터 블레이드(130)들 사이 각각에 제2 분배 블레이드(150)가 각각 형성된다.

복수의 스테이터 블레이드(130)는 압축기 하우징(10)의 내측면의 원주 방향에 따라 이격되게 배치된다. 복수의 스테이터 블레이드(130)는 유선형의 형상인 에어포일(airfoil)형으로 형성된다. 복수의 스테이터 블레이드(130)는 압축기 하우징(10)에 고정된다. 스테이터 블레이드(130)는 유입되는 유체가 로터 블레이드(120)에 미리 설정된 방향으로 분사되도록 유체의 유동 방향을 가이드 할 수 있다.

제2 분배 블레이드(150)는 두 스테이터 블레이드(130) 사이에 등간격으로 이격되어 로터 허브(110)의 일면에 설치된다. 제2 분배 블레이드(150)는 두 스테이터 블레이드(130) 사이에 형성된 제2 유로의 입구 영역인 제2 유입단에서 소정의 거리로 떨어진 곳부터 상기 제2 유로의 출구 영역인 제2 유출단까지 유체의 흐름 방향에 따라 연장되어 로터 허브(110)의 일면에 설치되어 있다. 제2 분배 블레이드(150)는 두 스테이터 블레이드(130) 사이의 입구 영역의 면적은 유지하면서 제2 유로의 출구 영역에서 유로의 폭을 좁힐 수 있다.

제2 분배 블레이드(150)는 스테이터 블레이드(130)의 제3 점(a3)과 상기 제3 점(a3)에서 인접하는 다른 스테이터 블레이드(130)에 내린 수선 발이 만나는 제4 점(a4)을 통과하는 직선으로부터 제2 거리(L2)만큼 떨어진 위치에 제2 분배 블레이드(150)의 전연(121)이 위치한다. 상기 제2 거리(L2)는 제2 분배 블레이드(150)가 상기 제2 유입단에서 유입되는 유체의 유량의 제한을 최소화하는 거리이다.

도 3b를 참조하면, 스테이터 블레이드(130)는 루트부(135), 팁부(137), 전연(leading edge, 131), 후연(trailing edge, 133), 가압면(pressure side, 138) 및 흡입면(suction side, 139)을 포함한다. 제2 분배 블레이드(150)도 루트부(155), 팁부(157), 전연(leading edge, 151), 후연(trailing edge, 153), 가압면(pressure side, 158) 및 흡입면(suction side, 159)을 포함한다. 한편, 제2 분배 블레이드(150)의 각 구성은 스테이터 블레이드(130)의 구성과 상응하는 구성인바, 설명의 편의를 위해 스테이터 블레이드(130)에 포함된 구성들을 중심으로 설명한다.

스테이터 블레이드(130)는 일면에 압축기 하우징(10) 내측면에 결합된 일단인 루트부(135)를 포함한다. 스테이터 블레이드(130)는 루트부(135)를 통해 로터 블레이드(120) 회전과 독립하여 압축기 하우징(10)에 회전하지 않고 고정되어 있다. 스테이터 블레이드(130)는 루트부(135)에 대향하는 일면인 팁부(137)를 포함한다. 상기 팁부(137)는 상기 회전축(101)를 향하고 있다.

스테이터 블레이드(130)는 유체의 흐름 방향을 기준으로 유체와 가장 먼저 접촉하는 전연(131)을 포함한다. 전연(131)은 유선형 형태로 형성되어 유체를 양 측으로 분할하도록 안내할 수 있다. 전연(131)은 스테이터 블레이드(130)의 팁부(137)의 일측과 루트부(135)를 연결하는 부분으로 공기를 흡입하는 역할을 하며, 스테이터 블레이드(130)의 후연(133)은 팁부(137)의 타측과 루트부(135)를 연결하는 부분으로 공기를 배출하는 역할을 한다.

스테이터 블레이드(130)는 전연(131)의 양 측면에 형성되는 가압면(138) 및 흡입면(139)을 포함할 수 있다. 이때, 가압면(138)과 흡입면(139)은 서로 대향하며, 각 전연(131)의 측면으로부터 연장되어 끝단에서 서로 연결될 수 있다. 흡입면(139)은 스테이터 블레이드(130) 전방의 유체가 스테이터 블레이드(130)를 바라볼 때 보이는 블레이드 면으로 정의되고, 상기 스테이터 블레이드(130)의 가압면(138)은 그 반대쪽의 보이지 않는 블레이드 면으로 정의된다.

도 4a는 일 실시예에 따른 축류형 압축기의 제1 분배 블레이드를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 4b는 도 4a의 Ⅲ-Ⅳ 선을 따라 제1 분배 블레이드를 절단한 단면도이다.

도 4a를 참조하면, 제1 분배 블레이드(140)는 상기 로터 허브(110)와 접하는 경계면과 상기 가압면(148)과 만나는 부분의 길이(이하, 제1 루트부 길이)가 팁부(147)와 가압면(148)이 만나는 부분(이하, 제1 팁부 길이)의 길이보다 길도록 형성된다. 도 4b를 참조하면, 제1 분배 블레이드는 가압면(148)의 경사각(

)이 흡입면의 경사각(

)보다 크게 형성될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 제1 분배 블레이드(140)의 제1 루트부의 길이는 제1 팁부의 길이보다 길다. 루트부(145)는 제1 분배 블레이드(140)에 가해지는 유체의 진행에 따른 압력을 지탱하기 위해 로터 허브(110)의 일면과 결합된 부분이다. 제1 분배 블레이드(140)는 상기 제1 루트부의 길이를 상기 제1 팁부의 길이보다 길게 함으로써, 가압면(148)에 가해지는 유체의 압력 대비 허브 일면에의 결합력을 높여 구조적 안정성을 향상시킬 수 있다.

일 실시예에 따르면, 제1 분배 블레이드(140)는 전연(141)이 상기 경계면에 포함되고 유체의 진행 방향을 갖는 선(제1 기준선)과 이루는 각도인 제1 경사각(

)이 후연(143)과 상기 기준선이 이루는 각도인 제2 경사각(

)을 90도 보다 크게 형성한다. 이 경우, 제1 분배 블레이드(140)의 루트부(145)의 길이는 팁부(147)의 길이보다 길다. 제1 분배 블레이드(140)의 전연(141)은 제1 경사각(

)이 갖도록 형성되어 유입되는 유체가 전연(141)에 수직으로 가하는 압력을 분산시킬 수 있으며, 제1 분배 블레이드(140)의 구조적 안정성을 향상시킬 수 있다.

선택적으로, 제1 분배 블레이드(140)는 로터 허브(110)의 회전 방향에 대한 상기 경계면의 최대 길이(경계면의 폭, S1)는 팁부(147)의 로터 허브(110)의 회전 방향에 대한 최대 길이(팁부의 폭, S2)보다 길게 형성되는 것을 특징으로 한다. 이 또한, 로터 허브(110)와 제1 분배 블레이드(140)간의 결합력을 증가시켜 준다.

일 실시예에 따르면, 제2 분배 블레이드(150)는 제1 분배 블레이드(140)의 형상과 상응한 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 압축기 하우징(10)과 접하는 경계면과 상기 가압면(158)과 만나는 부분의 길이(이하, 제2 루트부 길이)는 팁부(157)와 가압면(158)이 만나는 부분(이하, 제2 팁부 길이)의 길이보다 길게 형성된다. 또한, 제2 분배 블레이드(150)는 가압면(158)의 경사각이 흡입면의 경사각보다 크도록 형성될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 제1 분배 블레이드(140) 및 제2 분배 블레이드(150)는 도 4a를 참조하여 설명한 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 예컨대, 일반적으로 제1 분배 블레이드(140) 및 제2 분배 블레이드(150)는 로터 블레이드(120) 및 스테이터 블레이드(130)의 높이(즉, 로터 허브의 일면에서 로터 블레이드 팁부까지의 최단 거리 또는 압축기 하우징에서 스테이터 블레이드의 팁부까지의 최단거리)와 상응한 높이를 가지고 형성되나, 제1 분배 블레이드(140) 및 제2 분배 블레이드(150)의 루트부(145, 155)의 길이는 로터 블레이드(120) 및 스테이터 블레이드(130)의 루트부(125, 135)의 길이보다 더 짧다. 제1 분배 블레이드(140) 및 제2 분배 블레이드(150)의 루트부(145, 155)의 길이를 팁부(147, 157)의 길이보다 길게 형성하여, 제1 분배 블레이드(140) 및 제2 분배 블레이드(150)의 구조적 안정성을 향상시킬 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 로터 블레이드(120) 및 스테이터 블레이드(130)의 형상도 도 4a를 참조하여 설명한 제1 분배 블레이드(140)와 상응한 형상을 갖도록 형성될 수 있다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

10: 압축기 하우징
100: 축류형 압축기
101: 회전축
110: 로터 허브
120: 로터 블레이드
121, 131, 141, 151: 전연
123, 133, 143, 153: 후연
125, 135, 145, 155: 루트부
127, 137, 147, 157: 팁부
128, 138, 148, 158: 가압면
129, 139, 149, 159: 흡입면
130: 스테이터 블레이드
140: 제1 분배 블레이드
150: 제2 분배 블레이드

Claims

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압축기 하우징;
상기 압축기 하우징 내부에 수용되는 회전축;
상기 압축기 하우징 내부에 수용되고 상기 회전축에 고정되는 로터 허브;
상기 로터 허브의 일면에 원주 방향을 따라 각각 이격되도록 배치된 복수의 로터 블레이드들;
상기 압축기 하우징의 내측면에 원주 방향을 따라 각각 이격되도록 배치되는 복수의 스테이터 블레이드들;
상기 로터 허브에 설치되고, 인접한 두 개의 상기 로터 블레이드 사이에 배치된 제1 분배 블레이드; 및
상기 로터 허브에 설치되고, 인접한 두 개의 상기 스테이터 블레이드 사이에 배치된 제2 분배 블레이드를 포함하고,
상기 스테이터 블레이드와 상기 제2 분배 블레이드는, 유체의 흐름 방향을 기준으로 전방 라인인 전연과 후방 라인인 후연 및 상기 전연의 양 측면에 형성되는 가압면 및 흡입면을 각각 포함하고,
상기 제2 분배 블레이드의 가압면과 상기 로터 허브가 만나는 선의 길이는, 상기 스테이터 블레이드의 가압면과 상기 압축기 하우징의 내측면이 만나는 선의 길이보다 짧게 형성되는, 축류형 압축기.