KR102592233B1 - 압축기용 베인 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 측면에 따르면, 유체가 유동하는 덕트에 설치되는 베인 장치에 있어서, 상기 덕트 내에 배치되는 복수개의 베인과, 상기 덕트에 형성된 설치 구멍에 적어도 일부가 배치되며 상기 베인을 지지하는 베인 회전축을 포함하고, 상기 베인의 부분 중 상기 덕트의 안쪽 면과 마주보는 부분에는 적어도 하나의 사면 또는 곡면을 포함하며, 상기 베인 장치가 닫힘 구동 시에 상기 사면 또는 곡면이 상기 덕트의 안쪽 면과 복수개의 공극을 형성하는 압축기용 베인 장치를 제공한다.

Description

압축기용 베인 장치{A vane device for compressor}

본 발명은 압축기용 베인 장치에 관한 것이다.

유체 기계 내의 유체 유동을 제어하기 위해 개방도를 조정할 수 있는 가변 베인을 덕트 내에 설치하고, 그 가변 베인의 각도를 조절함으로써 유체의 유동을 제어하는 기술이 알려져 있다.

한편, 베인 장치는, 유체의 유동을 조절하기 위해 사용자 또는 구동 프로그램에 따라 가변 베인의 각도를 조정하는 기능을 수행하는데, 주로, 압축기, 터빈, 팽창기, 노즐 장치 등의 유체 기계에 적용됨으로써 해당 유체 기계의 성능을 향상시키고 운용 범위를 확대시킨다.

도 1은 압축기의 인입측에 적용되는 종래의 인렛 가이드 베인 장치를 도시한 개략적인 단면도인데, 베인 장치가 닫힘 구동 시의 모습이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 인렛 가이드 베인 장치(10)는, 원심 압축기(1)의 인입부에 적용되며, 덕트(11), 베인 조립체(12), 조정 부재(13), 액추에이터(14)를 포함한다.

덕트(11)는 중공의 형상을 가지고 있으며, 덕트(11)의 안쪽 면에는 복수개의 가변 베인(12a)이 회동 가능하도록 설치된다.

베인 조립체(12)는, 복수개의 가변 베인(12a), 베인 회전축(12b), 베인 구동 부재(12c)를 포함하는데, 구동 시 액추에이터(14)가 작동하면 덕트(11)의 외주에 설치된 조정 부재(13)가 회동하게 된다. 그렇게 되면 베인 구동 부재(12c)가 움직이게 되며, 베인 구동 부재(12c)가 움직이게 되면 가변 베인(12a)이 회전하게 됨으로써, 인렛 가이드 베인 장치(10)의 가변 베인(12a)의 닫힘 구동과 열림 구동이 수행되게 된다.

그런데, 도 1에 도시된 종래의 인렛 가이드 베인 장치(10)의 경우에는, 베인(12a)의 부분 중 덕트(11)의 안쪽 면(11a)에 마주보는 부분의 형상은, 덕트(11)의 안쪽 면(11a)의 곡률과 동일하도록 구성된다. 그러한 구성은, 베인 장치(10)의 닫힘 구동 시, 베인(12a)과 덕트(11)의 안쪽 면(11a) 사이에는 공극이 발생하지 않고 베인(12a)의 단부(12a_1)들 사이에 공극(W)이 형성되어, 유체는 공극(W)을 통해서 원심 압축기(1)로 흐르게 된다.

그런데 종래의 인렛 가이드 베인 장치(10)의 공극(W)의 위치는 압축기의 허브 축에 대응되는 위치에 존재하므로, 닫힘 구동 시 공극(W)을 통과한 유체의 유량은 압축기의 블레이드보다는 허브 축에 더 많이 도달하게 된다. 그렇게 되면, 압축기의 효율이 저하된다는 문제점이 있었다.

본 발명은, 압축기의 제어 성능을 향상시키는 베인 장치를 제공하는 것을 주된 과제로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 유체가 유동하는 덕트에 설치되는 베인 장치에 있어서, 상기 덕트 내에 배치되는 복수개의 베인;과, 상기 덕트에 형성된 설치 구멍에 적어도 일부가 배치되며, 상기 베인을 지지하는 베인 회전축을 포함하고, 상기 베인의 부분 중 상기 덕트의 안쪽 면과 마주보는 부분에는 적어도 하나의 사면 또는 곡면을 포함하며, 상기 베인 장치가 닫힘 구동 시에 상기 사면 또는 곡면이 상기 덕트의 안쪽 면과 복수개의 공극을 형성하는 압축기용 베인 장치를 제공한다.

여기서, 상기 베인 회전축의 일단에는 베인 구동 부재가 설치될 수 있다.

여기서, 상기 베인과 상기 덕트의 안쪽 면이 형성하는 공극들의 크기의 합은, 상기 베인의 단부면들이 형성하는 공극의 크기보다 클 수 있다.

본 발명에 따르면, 압축기의 제어 성능을 향상시킬 수 있는 베인 장치를 구현할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 압축기의 인입측에 적용되는 종래의 베인 장치를 도시한 개략적인 단면도인데, 베인 장치가 닫힘 구동 시의 모습이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 관한 베인 장치를 도시한 개략적인 사시도인데, 베인 장치가 열림 구동을 할 때의 모습이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 자른 후 y방향으로 본 개략적인 단면도인데, 베인 장치가 닫힘 구동을 할 때의 모습이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 관한 베인 장치의 베인을 도시한 개략적인 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예의 일 변형예에 관한 베인 장치의 베인을 도시한 개략적인 사시도이다.

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 2는 본 발명의 일 실시예에 관한 베인 장치를 도시한 개략적인 사시도인데, 베인 장치가 열림 구동을 할 때의 모습이고, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 자른 후 y방향으로 본 개략적인 단면도인데, 베인 장치가 닫힘 구동을 할 때의 모습이다. 또한, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 관한 베인 장치의 베인을 도시한 개략적인 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예의 일 변형예에 관한 베인 장치의 베인을 도시한 개략적인 사시도이다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 베인 장치(100)는 원심 압축기(200)의 가스 인입부(300)에 적용된다.

베인 장치(100)는, 덕트(110), 베인 조립체(120), 조정 부재(130), 액추에이터(140)를 포함한다.

덕트(110)는 가스 인입부(300)의 입구에 설치되어 가스 인입부(300)로 유입되는 유체를 가이드하는 기능을 수행하는데, 중공 원통형의 형상을 가지고 있다.

덕트(110)는 다양한 소재로 형성될 수 있는데, 예를 들면, 금속, 합성 수지 등의 소재로 형성될 수 있다.

본 실시예에 따른 덕트(110)는 중공 원통형의 형상을 가지고 있지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 덕트는 내부에 유체가 유동할 수 있고, 외주를 따라 조정 부재(130)가 회동가능하게 설치될 수 있으면 그 형상에는 특별한 제한이 없다. 예를 들어, 본 발명에 따른 덕트는 일부 부분이 타원의 호 형상을 가질 수도 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 덕트(110)에는 복수개의 설치 구멍(111)이 형성되어 있는데, 베인 조립체(120)는 설치 구멍(111)을 이용하여 설치된다.

한편, 베인 조립체(120)는, 베인(121), 베인 회전축(122), 베인 구동 부재(123)를 포함한다.

베인(121)은 덕트(110) 내에 복수 개가 배치되는데, 베인(121)은 그 각도를 조절할 수 있도록 회동 가능하게 설치됨으로써, 덕트(110)의 내부에 유동하는 유체의 유동을 제어하게 된다.

베인(121)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 길이 H를 가지고 있고, 열림 구동 시 유체를 가이드하여 흐르게 하는 주표면(121a), 양쪽 가장자리 부분에 형성된 사면(121b), 끝부분에 형성된 단부면(121c)을 가지고 있다.

베인(121)의 사면(121b)은 덕트(110)의 안쪽 면(110a)과 마주보도록 설치되는데, 그러한 사면(121b)의 존재에 의해, 도 3에 도시된 바와 같이 베인 장치(100)의 닫힘 구동 시에도 베인(121)은 덕트(110)의 안쪽 면(110a)과 복수개의 제1 공극(G1)을 형성하게 된다.

아울러 베인(121)의 단부면(121c)들은 베인 장치(100)의 닫힘 구동 시에, 도 3에 도시된 바와 같이, 소정의 제2 공극(G2)을 형성하게 된다.

즉, 본 실시예에 따른 베인(121)은, 베인 장치(100)의 닫힘 구동 시에 2가지 종류의 공극(G1)(G2)을 형성하게 되고, 베인 장치(100)의 닫힘 구동 시 유체는 공극(G1)(G2)들을 통하여 압축기(200)로 흐르게 된다.

한편, 본 실시예에 따르면, 복수개의 제1 공극 G1들의 크기의 합은 제2 공극 G2의 크기보다 더 크게 형성된다. 즉 베인(121)과 덕트(110)의 안쪽 면(110a)이 형성하는 제1 공극 G1들의 크기의 합은, 베인(121)의 단부면(121c)들이 형성하는 제2 공극 G2의 크기보다 더 크게 형성된다.

본 실시예에 따르면, 제1 공극 G1의 크기의 합은 제2 공극 G2의 크기보다 더 크게 형성되지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉 본 발명에 따르면 제1 공극 G1의 크기의 합은 제2 공극 G2의 크기보다 더 작게 형성될 수도 있다.

본 실시예에 따른 각 베인(121)의 양쪽 가장자리 부분에는 사면(121b)이 형성되지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따르면, 베인(121)의 한쪽 가장자리 부분에만 사면이 형성될 수도 있다.

또한, 본 실시예의 베인(121)은 양쪽 가장자리 부분에 사면(121b)을 포함하고, 끝부분에는 직선 형상의 단부면(121c)을 가지고 있지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉 본 발명에 따르면, 베인의 가장자리 부분에 다양한 형태의 사면을 가질 수 있으며, 베인의 끝부분에도 다양한 형태의 단부면을 가질 수 있다. 예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이, 베인(121')은 주표면(121a')을 가지고, 양쪽 가장자리 부분에 곡면(121b')을 포함하고, 베인(121')의 끝부분에는 곡면 형상의 단부면(121c')이 형성될 수 있다.

한편, 베인 회전축(122)은 베인(121)을 회동 가능하도록 지지하는데, 베인 회전축(122)의 일부는 설치 구멍(111)에 배치된다.

베인 구동 부재(123)는 베인 회전축(122)의 일단에 설치되어, 조정링(130)으로부터 회전력을 전달받아 베인 회전축(122)을 회전시킨다.

베인 구동 부재(123)의 일단에는 구동홈(123a)이 형성되는데, 구동홈(123a)은 조정 부재(130)의 작동 부재(133)에 접촉한다.

한편, 조정 부재(130)는 원형 링의 형상을 가지는데, 축(S)을 중심으로 회동 가능하도록 덕트(110)의 외면(110b)에 설치된다.

본 실시예에 따르면 조정 부재(130)는 원형 링의 형상을 가지지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 조정 부재의 형상에는 특별한 제한이 없다.

조정 부재(130)는 베인 구동 부재(123)를 구동하는데, 이를 위해 조정 부재(130)에는 작동 부재(133)가 설치되어 있다.

작동 부재(133)는 베인 구동 부재(123)의 일단에 형성된 구동 홈(123a)에 끼워져, 조정 부재(130)의 회전 운동을 베인 구동 부재(123)의 회전 운동으로 전환하게 된다.

또한, 조정 부재(130)의 외주면에는 액추에이터(140)로부터 회전력을 전달받는 회전 구동 부재(134)가 설치된다.

한편, 액추에이터(140)는 조정 부재(130)를 움직일 수 있다.

액추에이터(140)는 유압 또는 공압 실린더를 포함하거나 전동 모터 등을 포함하는 전동식 장치로 구성될 수 있는데, 신축 작용을 하는 작용부(141)를 구비한다.

작용부(141)는 조정 부재(130)의 회전 구동 부재(134)에 힌지 구조로 연결되어, 작용부(141)가 신축 작용을 하게 되면 조정 부재(130)는 소정의 각도로 회전하게 된다.

본 실시예에서는 액추에이터(140)의 작용부(141)의 신축 작용에 의해 조정 부재(130)를 움직임으로써 베인 구동 부재(123)를 회전시키지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 베인 장치에 사용되는 액추에이터는 베인 구동 부재(123) 또는 베인 회전축(122)을 움직일 수 있는 동력을 제공하기만 하면 되고, 세부적인 구성에는 특별한 제한이 없다. 예를 들어, 본 발명에 따른 액추에이터는 베인 구동 부재(123) 또는 베인 회전축(122)을 직접 회전시키는 구성을 가질 수 있다. 그 경우 액추에이터는 회전 구동축을 구비하고, 상기 회전 구동축은 베인 구동 부재(123) 또는 베인 회전축(122)과 연결됨으로써, 상기 회전 구동축이 회전함에 따라 베인 회전축(122)이 회전하게 된다.

이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 본 실시예에 따른 베인 장치(100)의 작동에 대해 살펴본다.

사용자 또는 구동 프로그램의 제어에 따라 액추에이터(140)가 작동하게 되면 작용부(141)가 신축하게 되고, 그렇게 되면 조정 부재(130)는 회전축(S)을 중심으로 회전하게 된다.

조정 부재(130)가 회전하게 되면 조정 부재(130)에 설치된 작동 부재(133)도 회전하게 되고, 그렇게 되면 작동 부재(133)에 결합된 베인 구동 부재(123)도 회전하게 된다.

베인 구동 부재(123)가 회전하게 되면 그와 연결된 베인 회전축(122)이 회전하고, 그렇게 되면 베인(121)도 회전하게 되어, 덕트(110) 내에 유동하는 유체의 유동을 제어하게 된다.

베인 장치(100)가 열림 구동을 하는 경우에, 베인(121)은 도 2에 도시된 바와 같이 회전하여, 유체의 흐름을 잘 받아들이도록 한다. 이 때는 베인(121)의 주표면(121a)을 따라 주로 유체가 흐르도록 한다.

베인 장치(100)가 닫힘 구동을 하는 경우에는, 베인(121)은 회전하여, 도 3에 도시된 바와 같이 세팅되며, 이 때 베인 장치(100)를 통해 흐르는 유체는 공극(G1)(G2)을 통해 흐르게 된다.

베인 장치(100)가 닫힘 구동을 하는 경우에 압축기(200)의 서지 현상 등을 방지하기 위해 소정의 유량이 흐르는 것이 바람직하다. 즉 압축기(200)의 구동 시에는 소정 크기 이상의 공극을 확보하는 것이 필요한 경우가 있다. 그러한 경우, 본 실시예의 경우에는, 제1 공극 G1의 존재로 인하여, 제2 공극 G2를 더 작게 형성할 수 있게 된다. 즉 제2 공극 G2를 작게 형성하여도 제1 공극 G1이 존재하므로, 공극 G1과 G2의 합이 소정 크기 이상의 공극을 이룰 수 있기 때문이다.

본 실시예와 같이 제2 공극 G2를 작게 형성할 수 있으면, 설계자는 베인(121)의 길이 H를 더 길게 설계할 수 있게 되고, 베인(121)의 길이 H가 길어지면 유량 조절이 더 용이하게 되어 압축기(200)의 제어 성능을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 본 실시예의 경우에 베인(121)의 단부면(121c)들이 형성하는 제2 공극 G2의 크기가 종래의 공극(예를 들면, 도 1에 도시된 공극 W)보다 더 작게 형성될 수 있기 때문에, 베인 장치(100)의 닫힘 구동 시, 종래의 기술에 비하여 제2 공극 G2를 통과하여 압축기(200)의 허브 축(미도시)에 직접 도달하는 유량을 줄이고, 제1 공극 G1을 통과하여 압축기(200)의 블레이드(미도시)에 도달하는 유량을 증가시킬 수 있으므로, 스월(swirl) 효과에 의해 압축기(200)의 효율을 증가시킬 수 있다.

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 베인 장치가 설치된 유체 기계에 적용될 수 있다.

100: 베인 장치 110: 덕트
120: 베인 조립체 130: 조정 부재
140: 액추에이터 200: 압축기

Claims (3)

1. 유체가 유동하는 덕트에 설치되는 베인 장치에 있어서,
   상기 덕트 내에 배치되는 복수개의 베인; 및
   상기 덕트에 형성된 설치 구멍에 적어도 일부가 배치되며, 상기 베인을 지지하는 베인 회전축을 포함하고,
   상기 베인의 부분 중 상기 덕트의 안쪽 면과 마주보는 부분에는 적어도 하나의 사면 또는 곡면을 포함하며, 상기 베인 장치가 닫힘 구동 시에 상기 사면 또는 곡면이 상기 덕트의 안쪽 면과 복수개의 제1 공극을 형성하고,
   상기 각각의 베인의 끝부분에는 직선 형상 또는 곡면 형상의 단부면이 형성되고, 상기 베인 장치의 닫힘 구동 시에 상기 베인의 단부면들은 제2 공극을 형성하며,
   상기 복수개의 제1 공극들의 크기의 합은, 상기 베인의 단부면들이 형성하는 제2 공극의 크기보다 큰, 압축기용 베인 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 베인 회전축의 일단에는 베인 구동 부재가 설치되는 압축기용 베인 장치.
3. 삭제

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