KR102357923B1 - 터보 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 측면에 따르면, 임펠러와, 상기 임펠러와 연통된 스크롤 유로가 형성된 스크롤 케이싱을 포함하는 터보 장치에 있어서, 둘레에 형성된 제1 플랜지부와, 내부에 형성되며 상기 임펠러와 연통된 제1 유체 가이드부와, 상기 제1 플랜지부와 상기 제1 유체 가이드부를 연결하는 제1 연결부를 구비한 하우징부와, 상기 제1 플랜지부와 마주 보도록 설치되는 제2 플랜지부와, 상기 제1 유체 가이드부와 연결되도록 설치되는 제2 유체 가이드부와, 상기 제2 플랜지부와 상기 제2 유체 가이드부를 연결하는 제2 연결부를 구비한 쉬라우드부와, 상기 스크롤 케이싱에 형성되며 상기 제2 플랜지부와 마주 보도록 설치되는 플랜지 장착부를 포함하는 터보 장치를 제공한다.

Description

터보 장치{A turbo apparatus}

본 발명은 터보 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터보 장치의 구조에 관한 것이다.

일반적으로 터빈 장치, 터보 팽창기, 터보 압축기 등의 터보 장치는, 터보 장치의 유로를 유동하는 유체와 회전하는 로터 사이에 에너지를 전달하는 장치이다.

일반적으로 블레이드를 구비한 임펠러가 로터로 사용되는데, 임펠러는 베어링으로 지지된 축에 설치된다.

터보 장치는 작동 시 내부의 로터가 고속으로 회전하는 경우가 많다. 통상적으로 터보 장치는 베어링 부분의 정기적인 유지, 보수가 필요하고, 때때로 블레이드 등의 내부 부품에 고장이 발생하여 수리가 필요한 경우도 있다.

터보 장치의 유지, 보수, 수리가 필요한 경우에는, 터보 장치를 분해하여 작업을 진행한 후 다시 조립하는 공정을 거쳐야 하는데, 내부 구조가 복잡할수록 작업 공수와 작업 시간이 많이 소요되게 된다.

공개특허공보 2012-0063089호에는, 터보 장치의 내부 구조의 일 예로서 원심 압축기용 가변 디퓨저 구조가 개시되어 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 조립과 분해가 용이한 터보 장치를 제공하는 것을 주된 과제로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 임펠러와, 상기 임펠러와 연통된 스크롤 유로가 형성된 스크롤 케이싱을 포함하는 터보 장치에 있어서, 둘레에 형성된 제1 플랜지부와, 내부에 형성되며 상기 임펠러와 연통된 제1 유체 가이드부와, 상기 제1 플랜지부와 상기 제1 유체 가이드부를 연결하는 제1 연결부를 구비한 하우징부;와, 상기 제1 플랜지부와 마주 보도록 설치되는 제2 플랜지부와, 상기 제1 유체 가이드부와 연결되도록 설치되는 제2 유체 가이드부와, 상기 제2 플랜지부와 상기 제2 유체 가이드부를 연결하는 제2 연결부를 구비한 쉬라우드부;와, 상기 스크롤 케이싱에 형성되며, 상기 제2 플랜지부와 마주 보도록 설치되는 플랜지 장착부를 포함하는 터보 장치를 제공한다.

여기서, 상기 하우징부는, 상기 제1 유체 가이드부와 연통되며 외부로 돌출되도록 형성된 돌출 가이드부를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 쉬라우드부에는 가변 베인이 설치될 수 있다.

여기서, 상기 제1 유체 가이드부, 상기 제1 연결부, 상기 제2 유체 가이드부, 상기 제2 연결부로 이루어지는 내부 공간에는, 상기 가변 베인에 동력을 전달하는 동력 전달 기구의 적어도 일부가 배치될 수 있다.

여기서, 상기 제1 플랜지부와 상기 제2 플랜지부는 상기 플랜지 장착부에 나사 결합으로 장착될 수 있다.

여기서, 상기 제1 플랜지부와 상기 제2 플랜지부는 나사 결합으로 서로 고정될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 터보 장치는, 조립과 분해가 용이한 구조를 가지고 있으므로, 유지, 보수, 수리 등의 작업 시 작업 공수와 작업 시간을 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 터보 장치의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 관한 터보 장치의 조립 상태를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 관한 하우징부와 쉬라우드부의 조립체를 전방에서 본 개략적인 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 관한 하우징부를 후방에서 본 개략적인 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 관한 쉬라우드부를 전방에서 본 개략적인 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 관한 쉬라우드부를 후방에서 본 개략적인 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 관한 컨트롤 링을 후방에서 본 개략적인 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 관한 컨트롤 암이 쉬라우드부에 설치된 모습을 도시한 개략적인 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 터보 장치의 개략적인 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 관한 터보 장치의 조립 상태를 도시한 개략적인 단면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 관한 하우징부와 쉬라우드부의 조립체를 전방에서 본 개략적인 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 관한 하우징부를 후방에서 본 개략적인 사시도이다. 또한, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 관한 쉬라우드부를 전방에서 본 개략적인 사시도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 관한 쉬라우드부를 후방에서 본 개략적인 사시도이다. 아울러, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 관한 컨트롤 링을 후방에서 본 개략적인 사시도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 관한 컨트롤 암이 쉬라우드부에 설치된 모습을 도시한 개략적인 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 터보 장치(100)는, 임펠러(I), 스크롤 케이싱(S)을 포함하며, 아울러 하우징부(110), 쉬라우드부(120), 플랜지 장착부(130)를 포함한다.

본 실시예에 따른 터보 장치(100)는, 회전하는 로터와 내부 유로를 유동하는 유체 사이에 에너지가 전달되는 일체의 장치를 의미하며, 예를 들면, 터빈 장치, 터보 팽창기, 터보 압축기 등을 들 수 있다.

임펠러(I)는 터보 장치(100)의 내부에 회전 가능하도록 배치된다.

임펠러(I)의 회전축(RS)은 터보 장치(100)에 베어링(B)을 이용하여 설치되며 메카니컬 시일(미도시) 등에 의해 시일됨으로써, 임펠러(I)는 도 2의 O축을 중심으로 회전 가능하게 설치되면서도 그 설치 부분에서 유체가 새어 나가지 않도록 구성된다.

아울러 임펠러(I)는 도 2의 O축을 중심으로 하여 방사상으로 배치된 임펠러 베인(V)을 구비한다.

스크롤 케이싱(S)은 내부에 스크롤 유로(D)가 형성되어 있는데, 스크롤 유로(D)는 임펠러(I)와 연통되도록 형성된다. 스크롤 케이싱(S)은 기어 박스(GB)에 설치된다.

한편, 하우징부(110)는, 제1 플랜지부(111), 제1 유체 가이드부(112), 제1 연결부(113), 돌출 가이드부(114)를 포함한다.

제1 플랜지부(111)는 하우징부(110)의 둘레에 형성되어 있는데, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 플랜지부(111)에는 복수개의 제1 플랜지부 구멍(111a)이 형성되어 있다. 제1 플랜지부 구멍(111a)을 이용하여 하우징부(110)를 쉬라우드부(120)에 고정시키거나 스크롤 케이싱(S)에 고정시킬 수 있다.

제1 유체 가이드부(112)는 하우징부(110)의 내부에 형성되어 유체를 가이드하며, 임펠러(I)와 연통되도록 튜브의 형상으로 형성된다.

제1 연결부(113)는 제1 플랜지부(111)와 제1 유체 가이드부(112)를 연결하는데, 전체적으로 원판의 형상을 가지고 있다.

돌출 가이드부(114)는 하우징부(110)의 외부 쪽으로 돌출되도록 형성되는데, 제1 유체 가이드부(112)와 연통되도록 형성된다.

한편, 쉬라우드부(120)는, 제2 플랜지부(121), 제2 유체 가이드부(122), 제2 연결부(123)를 포함한다.

제2 플랜지부(121)는 쉬라우드부(120)의 둘레에 형성되어 있는데, 제2 플랜지부(121)에는 복수개의 구멍(121a)이 형성되어 있다. 조립 시 제2 플랜지부(121)는 제1 플랜지부(111)와 마주 보도록 설치된다.

복수개의 구멍(121a)은 제1 구멍(121a_1)과 제2 구멍(121a_2)의 2가지 종류를 포함한다.

제1 구멍(121a_1)의 내주에는 나사가 형성되는데, 제1 구멍(121a_1)에는 제1 볼트(B1)가 나사 결합된다.

즉 제1 플랜지부(111)의 제1 플랜지부 구멍(111a)을 통과한 제1 볼트(B1)는 제1 구멍(121a_1)과 나사 결합함으로써 제1 플랜지부(111)와 제2 플랜지부(121)는 서로 고정되게 된다. 그렇게 되면 하우징부(110)와 쉬라우드부(120)는 서로 고정되게 됨으로써 「하우징부(110)와 쉬라우드부(120)의 조립체」를 형성하게 된다. 「하우징부(110)와 쉬라우드부(120)의 조립체」는 독립 모듈로서 조립, 운반, 설치될 수 있다.

한편 제2 구멍(121a_2)에는 제2 볼트(B2)가 통과하는데, 제2 볼트(B2)는 플랜지 장착부(130)의 장착 구멍(131)에 나사 결합하여, 하우징부(110)와 쉬라우드부(120)를 스크롤 케이싱(S)에 고정시킬 수 있다. 이를 위해 제2 볼트(B2)는 플랜지 장착부(130)의 장착 구멍(131)에 도달할 수 있도록 제1 볼트(B1)보다 길이가 길게 형성되는 것이 바람직하다. 제2 구멍(121a_2)의 내주에는 나사가 형성될 수도 있고, 형성되지 않을 수도 있다.

제2 유체 가이드부(122)는 유체를 가이드하며, 조립 시 제1 유체 가이드부(112)와 연결되도록 설치된다. 제2 유체 가이드부(122)가 제1 유체 가이드부(112)와 연결 시 시일 작용을 위해 시일 링(미도시) 등이 설치될 수 있다.

제2 연결부(123)는 제2 플랜지부(121)와 제2 유체 가이드부(122)를 연결하는데, 전체적으로 튜브의 형상을 가지고 있다.

한편, 스크롤 케이싱(S)에는 플랜지 장착부(130)가 형성되는데, 플랜지 장착부(130)는 제2 플랜지부(121)와 마주 보도록 설치된다.

플랜지 장착부(130)에는 복수개의 장착 구멍(131)이 형성되어 있는데, 장착 구멍(131)은 전술한 제2 구멍(121a_2)에 대응되는 위치에 형성된다.

장착 구멍(131)의 내주에는 나사가 형성되어 있다. 따라서 조립 시 작업자는 제2 볼트(B2)를 제1 플랜지부(111)의 제1 플랜지부 구멍(111a)과 제2 플랜지부(121)의 제2 구멍(121a_2)에 순차적으로 통과시킨 후, 장착 구멍(131)과 나사 결합시킨다.

본 실시예에 따른 플랜지 장착부(130)는 제조 공정 시 스크롤 케이싱(S)과 일체로 형성되지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따르면 플랜지 장착부(130)는 제조 공정 시 스크롤 케이싱(S)과 별개로 형성된 후, 스크롤 케이싱(S)에 설치될 수도 있다.

한편, 본 실시예에 따른 터보 장치(100)는 가변 베인 장치(140)를 포함한다.

가변 베인 장치(140)는, 동력 전달 기구로서 구동 레버(141), 레버축(142), 레버축 지지부(143), 메인 암(144), 컨트롤 링(145), 컨트롤 암(146), 구동축(147)을 포함하고, 최종적으로 동력을 전달받는 가변 베인(148)을 포함한다.

본 실시예에 따른 터보 장치(100)는 가변 베인 장치(140)를 포함하지만 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 터보 장치는 가변 베인 장치를 포함하지 않을 수도 있다.

구동 레버(141)는 도 1에 도시된 액추에이터(A)로부터 구동력을 전달받아 레버축(142)을 회전시키고, 레버축(142)은 메인 암(144)을 회전시키는 기능을 수행한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 레버축(142)은 제1 연결부(113)에 형성된 구멍(113a)을 통과시켜 설치된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 레버축 지지부(143)는 제1 연결부(113)의 배면에 설치되며, 레버축(142)을 회전 가능하게 지지한다.

메인 암(144)에는 작용핀 홈(144a)이 형성되어 있는데, 조립이 완료되면 작용핀 홈(144a)에는 컨트롤 링(145)의 작용핀(145a)이 끼워져 배치되게 된다.

도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이, 컨트롤 링(145)은 전체적으로 링의 형상을 가지고 있는데, 전면에는 단일의 작용핀(145a)이 형성되어 있고, 배면에는 복수개의 구동핀(145b)이 형성되어 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 컨트롤 암(146)에는 구동핀 홈(146a)이 형성되어 있는데, 구동핀 홈(146a)에는 컨트롤 링(145)의 구동핀(145b)이 끼워져 배치되게 된다.

컨트롤 암(146)은 쉬라우드부(120)에 설치되는 움직임 제한 핀(P)에 의해 움직임이 소정 각도로 제한된다. 또한 컨트롤 암(146)에는 구동축(147)이 설치되는데, 컨트롤 암(146)이 회전하게 되면 구동축(147)도 회전하게 된다.

구동축(147)은 쉬라우드부(120)의 제2 유체 가이드부(122)에 형성된 설치 구멍(122a)에 끼워져 배치되고, 일단이 가변 베인(148)에 연결된다.

가변 베인(148)은 쉬라우드부(120)의 제2 유체 가이드부(122)의 일측에 배치되어, 터보 장치(100) 내부의 유로를 따라 흐르는 유체의 유동을 조절한다.

본 실시예에 따르면, 제1 유체 가이드부(112), 제1 연결부(113), 제2 유체 가이드부(122), 제2 연결부(123)로 이루어지는 내부 공간(G)에는, 가변 베인(148)에 동력을 전달하는 동력 전달 기구로서의 레버축(142)의 일부, 레버축 지지부(143), 메인 암(144), 컨트롤 링(145), 컨트롤 암(146), 구동축(147) 등이 배치된다. 그러한 배치 구성을 통해 복잡한 기구 장치들을 터보 장치(100)에 효율적으로 배치할 수 있으므로, 터보 장치(100) 내의 공간 배치의 효율성을 증대시켜 공간 활용성이 향상된다.

이하, 구동 레버(141)를 움직여 가변 베인(148)을 조정하는 과정에 대해 간단히 설명한다.

액추에이터(A)가 작동하면 구동 레버(141)가 회전하고, 그렇게 되면 레버축(142)도 회전하게 된다. 레버축(142)이 회전하면 메인 암(144)도 회전하고, 메인 암(144)이 회전하면 작용핀(145a)의 움직임에 의해 컨트롤 링(145)도 회전하게 된다. 컨트롤 링(145)이 회전하면 구동핀(145b)의 움직임에 의해 컨트롤 암(146)도 회전하고, 그렇게 되면 구동축(147)과 가변 베인(148)도 회전함으로써, 터보 장치(100) 내부의 유로를 따라 흐르는 유체의 유동을 조절할 수 있게 된다.

이하, 본 실시예에 따른 터보 장치(100)의 조립 공정을 간단히 설명한다.

조립 공정에서 작업자는 하우징부(110)에 구동 레버(141), 레버축(142), 레버축 지지부(143), 메인 암(144)을 설치한다. 아울러 작업자는 쉬라우드부(120)에 컨트롤 링(145), 컨트롤 암(146), 구동축(147), 가변 베인(148)을 설치한다.

그 다음, 작업자는 하우징부(110)의 제1 플랜지부(111)를 쉬라우드부(120)의 제2 플랜지부(121)와 마주 보도록 배치한 후, 제1 볼트(B1)를 제1 플랜지부(111)의 제1 플랜지부 구멍(111a)에 통과시킨 후 제2 플랜지부(121)의 제1 구멍(121a_1)에 나사 결합시킨다. 이와 같은 공정으로 하우징부(110)와 쉬라우드부(120)는 서로 고정되게 됨으로써 「하우징부(110)와 쉬라우드부(120)의 조립체」가 형성되게 된다.

한편, 작업자는 스크롤 케이싱(S)의 안쪽의 공간에 임펠러(I)를 설치한다. 이어 작업자는 이미 형성된 「하우징부(110)와 쉬라우드부(120)의 조립체」를 스크롤 케이싱(S)에 배치시키되, 제2 플랜지부(121)와 플랜지 장착부(130)가 서로 마주 보도록 배치시킨다.

이어, 작업자는 제2 볼트(B2)를 제1 플랜지부(111)의 제1 플랜지부 구멍(111a)과 제2 플랜지부(121)의 제2 구멍(121a_2)에 순차적으로 통과시킨 후, 플랜지 장착부(130)의 장착 구멍(131)에 나사 결합시킨다. 이와 같은 공정으로 「하우징부(110)와 쉬라우드부(120)의 조립체」를 스크롤 케이싱(S)에 장착하게 된다.

이상과 같이, 본 실시예에 따른 터보 장치(100)의 조립 공정을 설명하였는데, 터보 장치(100)의 분해 공정은, 전술한 터보 장치(100)의 조립 공정의 순서의 역으로 수행하면 된다.

만약 임펠러(I)의 수리가 필요한 경우에는, 작업자가 제2 볼트(B2)의 나사 결합을 풀어 분리하면, 「하우징부(110)와 쉬라우드부(120)의 조립체」를 스크롤 케이싱(S)으로부터 분리할 수 있기 때문에, 작업자는 용이하게 임펠러(I)에 접근할 수 있게 된다. 아울러, 본 실시예에 따른 「하우징부(110)와 쉬라우드부(120)의 조립체」는 단위 모듈로 취급이 가능하기 때문에, 모듈 단위로 제조하여 운반하게 되면 제조 공정, 조립 공정, 운반 공정 등에서 취급이 용이하게 된다.

이상과 같이, 본 실시예에 따른 터보 장치(100)는, 하우징부(110)의 제1 플랜지부(111)와 쉬라우드부(120)의 제2 플랜지부(121)를 이용하여 서로 고정함으로써 「하우징부(110)와 쉬라우드부(120)의 조립체」를 형성하고, 형성된 「하우징부(110)와 쉬라우드부(120)의 조립체」를 스크롤 케이싱(S)의 플랜지 장착부(130)에 설치함으로써 조립 공정을 용이하게 수행할 수 있으며, 그 역의 분해 공정도 용이하게 수행할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 터보 장치(100)는, 그 제조 공정, 조립 공정 등에서 생산성이 향상될 뿐만 아니라, 유지, 보수, 수리 등도 용이하게 수행될 수 있다.

아울러, 본 실시예에 따른 터보 장치(100)는, 제1 유체 가이드부(112), 제1 연결부(113), 제2 유체 가이드부(122), 제2 연결부(123)로 이루어지는 내부 공간(G)에, 레버축(142), 레버축 지지부(143), 메인 암(144), 컨트롤 링(145), 컨트롤 암(146), 구동축(147)이 배치되므로, 그러한 구성을 통해 복잡한 기구적 구성을 효율적으로 배치할 수 있게 된다. 그렇게 되면, 터보 장치(100) 내의 공간 배치의 효율성이 증대되게 된다.

본 발명은 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 터보 장치에 적용될 수 있다.

100: 터보 장치 I: 임펠러
S: 스크롤 케이싱 110: 하우징부
120: 쉬라우드부 130: 플랜지 장착부

Claims (6)

1. 임펠러와, 상기 임펠러와 연통된 스크롤 유로가 형성된 스크롤 케이싱을 포함하는 터보 장치에 있어서,
   둘레에 형성된 제1 플랜지부와, 내부에 형성되며 상기 임펠러와 연통된 제1 유체 가이드부와, 상기 제1 플랜지부와 상기 제1 유체 가이드부를 연결하는 제1 연결부를 구비한 하우징부;
   상기 제1 플랜지부와 마주 보도록 설치되는 제2 플랜지부와, 상기 제1 유체 가이드부와 연결되도록 설치되는 제2 유체 가이드부와, 상기 제2 플랜지부와 상기 제2 유체 가이드부를 연결하는 제2 연결부를 구비한 쉬라우드부; 및
   상기 스크롤 케이싱에 형성되며, 상기 제2 플랜지부와 마주 보도록 설치되는 플랜지 장착부를 포함하며,
   상기 제1 플랜지부에는 복수개의 제1 플랜지부 구멍이 형성되어 있고,
   상기 제2 플랜지부에는 제1 구멍과 제2 구멍이 형성되어 있고,
   상기 플랜지 장착부에는 복수개의 장착 구멍이 형성되어 있으며,
   상기 제1 플랜지부 구멍을 통과한 제1 볼트는 상기 제1 구멍과 나사 결합함으로써 상기 제1 플랜지부와 상기 제2 플랜지부는 서로 고정되고,
   상기 제1 플랜지부 구멍과 상기 제2 구멍을 순차적으로 통과하는 제2 볼트는 상기 장착 구멍과 나사 결합함으로써 상기 제1 플랜지부와 상기 제2 플랜지부는 상기 플랜지 장착부에 고정되는, 터보 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 하우징부는, 상기 제1 유체 가이드부와 연통되며 외부로 돌출되도록 형성된 돌출 가이드부를 더 포함하는 터보 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 쉬라우드부에는 가변 베인이 설치되는 터보 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 유체 가이드부, 상기 제1 연결부, 상기 제2 유체 가이드부, 상기 제2 연결부로 이루어지는 내부 공간에는, 상기 가변 베인에 동력을 전달하는 동력 전달 기구의 적어도 일부가 배치된 터보 장치.
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