KR102659630B1 - 가변 베인 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 하우징부와, 상기 하우징부에 회전 가능하도록 서로 간격을 두고 설치되는 복수개의 베인 기어부와, 상기 베인 기어부에 연결되어 설치되는 가변 베인부와, 상기 베인 기어부로 동력을 전달하며 상기 하우징부에 회전 가능하도록 설치된 구동 기어부와, 상기 베인 기어부들 사이에 배치되어 상기 베인 기어부들 사이의 동력 전달을 수행하는 연결 기어부를 포함하는 가변 베인 장치를 제공한다.

Description

가변 베인 장치{Variable vane apparatus}
본 발명은 가변 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.
가변 베인 장치는 유체의 유동을 조절하기 위해 운용자 또는 운용 컴퓨터에 의해 가변 베인의 각도를 조정하는 장치인데, 주로, 압축기, 터빈, 팽창기, 노즐 장치 등의 유체 기계에 적용됨으로써 해당 유체 기계의 성능을 향상시키고 운용 범위를 확대시킨다. 일반적으로 가변 베인 장치는, 링 기어와 링 기어의 내주에 형성된 치와 치합하는 복수개의 쿼드 기어를 포함하여 구성되는데, 그 경우 링 기어를 회전하게 되면 가변 베인과 연결된 쿼드 기어가 회전함으로써 가변 베인의 각도가 조절되게 된다.
공개특허공보 2002-0094276호에는 가변 베인이 설치된 임펠러가 개시되어 있는데, 가변 베인의 각도가 냉각수의 온도에 따라 자동으로 조절되는 기술이 개시되어 있다.
본 발명은, 구조가 간단한 가변 베인 장치를 제공하는 것을 주된 과제로 한다.
본 발명은, 하우징부;와, 상기 하우징부에 회전 가능하도록 서로 간격을 두고 설치되는 복수개의 베인 기어부;와, 상기 베인 기어부에 연결되어 설치되는 가변 베인부;와, 상기 베인 기어부로 동력을 전달하며, 상기 하우징부에 회전 가능하도록 설치된 구동 기어부;와, 상기 베인 기어부들 사이에 배치되어 상기 베인 기어부들 사이의 동력 전달을 수행하는 연결 기어부를 포함하는 가변 베인 장치를 제공한다.
여기서, 상기 구동 기어부에 동력을 전달하는 구동부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 베인 기어부와 상기 연결 기어부는 각각 원형의 형상을 가질 수 있다.
본 발명에 따르면, 구조가 간단한 가변 베인 장치를 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 대한 가변 베인 장치가 디퓨져 부분에 적용된 원심 압축기의 개략적인 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 관한 가변 베인 장치의 정면 쪽을 도시한 개략적인 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 관한 가변 베인 장치의 배면 쪽의 일부를 도시한 개략적인 부분 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 관한 가변 베인 장치의 베인 기어부, 구동 기어부, 연결 기어부의 배치를 도시한 개략적인 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 베인 장치가 닫힘 상태에 있을 때를 도시한 개략적인 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 베인 장치가 열림 상태에 있을 때를 도시한 개략적인 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 대한 가변 베인 장치가 디퓨져 부분에 적용된 원심 압축기의 개략적인 평면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 관한 가변 베인 장치의 정면 쪽을 도시한 개략적인 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 관한 가변 베인 장치의 배면 쪽의 일부를 도시한 개략적인 부분 사시도이다. 또한, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 관한 가변 베인 장치의 베인 기어부, 구동 기어부, 연결 기어부의 배치를 도시한 개략적인 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 원심 압축기(10)는, 임펠러(11)와 디퓨져(12)를 포함하며, 디퓨져(12)는 가변 베인 장치(100)를 포함한다.
본 실시예에 따른 가변 베인 장치(100)는 원심 압축기(10)에 적용되지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 가변 베인 장치(100)는 원심 압축기 뿐만 아니라, 가스터빈 엔진, 송풍기, 펌프, 터빈 장치, 익스팬더, 터보 차져 등의 터보 장치에 널리 적용될 수 있다.
임펠러(11)는 케이싱(미도시)의 내부 공간에 회전가능하게 배치된다. 임펠러(11)의 회전축(11a)은 케이싱(미도시)에 메카니컬 씰(미도시) 등에 의해 결합됨으로써, 케이싱(미도시)에 대해서 회전가능하면서도 그 결합부분으로 유체가 새지 않도록 구성된다.
임펠러(11)는 그 회전축(11a)을 중심으로 방사상으로 배치된 임펠러 베인(11b)을 구비한다. 따라서 임펠러(11)가 회전하면 유입 유체가 임펠러 베인(11b)에 의해서 원심력을 부여받아 방사상으로 강제 이동하게 된다.
디퓨져(12)는 임펠러(11)의 둘레에 배치된다. 임펠러(11)에 의해 원심력을 부여받아 방사상으로 이동되는 유체는, 디퓨저(12)에 의해 감속되어 압력이 증가되면서 압축되게 된다.
디퓨져(12)는 가변 디퓨저이므로 가변 베인 장치(100)를 포함하는데, 이하 가변 베인 장치(100)에 대해 설명한다.
가변 베인 장치(100)는, 하우징부(110), 베인 기어부(120), 가변 베인부(130), 구동 기어부(140), 연결 기어부(150), 구동부(160)를 포함한다.
도 2에 도시된 바와 같이 하우징부(110)의 전면(110a) 쪽으로는 가변 베인부(130)가 설치되고, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 배면(110b) 쪽으로는 베인 기어부(120), 구동 기어부(140), 연결 기어부(150)가 설치된다.
하우징부(110)의 전체 형상은 원형의 고리 형상을 가지도록 형성되는데, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉 본 발명에 따른 하우징부의 형상에는 특별한 제한이 없다.
또한, 본 실시예에 따른 하우징부(110)는 상기 케이싱(미도시)과 연결되어 구성되는데, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉 본 발명에 따른 하우징부는 상기 케이싱(미도시)과 연결되지 않고 별개로 설치될 수도 있다.
베인 기어부(120)는 하우징부(110)의 배면(110b) 쪽에 복수개로 설치되는데, 하우징부(110)에 회전 가능하도록 서로 소정의 간격을 두고 설치된다.
베인 기어부(120)는 회전이 가능하도록 베인 기어 회전축(121)으로 하우징부(110)에 설치되는데, 베인 기어 회전축(121)은 베어링 구조, 예를 들어, 구름 베어링 구조, 저널 베어링 구조 등을 이용하여 하우징부(110)에 회동 가능하도록 설치될 수 있다.
베인 기어부(120)는 원형의 형상을 가지는 스퍼 기어로 구성된다.
본 실시예에 따른 베인 기어부(120)는 스퍼 기어로 구성되지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 베인 기어부(120)는 구동 기어부(140) 및 연결 기어부(150)와 치합할 수 있다면 그 기어 형식에 있어 특별한 제한은 없다. 예를 들어 본 발명에 따른 베인 기어부는 헬리컬 기어, 더블 헬리컬 기어 등으로 구성될 수 있다.
가변 베인부(130)는 하우징부(110)의 전면(110a) 쪽에 설치되는데, 베인 기어부(120)의 베인 기어 회전축(121)에 연결되어 설치된다.
한편, 구동 기어부(140)는 베인 기어부(120)로 동력을 전달한다.
구동 기어부(140)는 회전이 가능하도록 구동 기어 회전축(141)으로 하우징부(110)에 설치되는데, 구동 기어 회전축(141)은 베어링 구조, 예를 들어, 구름 베어링 구조, 저널 베어링 구조 등을 이용하여 하우징부(110)에 회전 가능하도록 설치될 수 있다.
구동 기어부(140)는 원형의 형상을 가지는 스퍼 기어로 구성된다.
본 실시예에 따른 구동 기어부(140)는 스퍼 기어로 구성되는데 이는 베인 기어부(120)가 스퍼 기어로 구성되어 이와 치합하기 위해서이고, 만약 베인 기어부(120)의 형식이 스퍼 기어가 아니라 다른 기어로 이루어진다면 그 다른 기어와 치합하는 형식의 기어로 구성될 수 있다.
본 실시예에 따른 가변 베인 장치(100)의 경우 구동 기어부(140)는 단일의 개수로 배치되는데, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉 본 발명에 따른 구동 기어부는 복수개의 개수로 배치될 수 있는데, 그 경우 구동 기어부의 회전 방향과 회전 속도에 대해 적절한 제어가 필요하다.
한편, 연결 기어부(150)는 베인 기어부(120)들 사이에 배치되어 베인 기어부(120)들 사이의 동력 전달을 수행한다.
연결 기어부(150)는 회전이 가능하도록 연결 기어 회전축(151)으로 하우징부(110)에 설치되는데, 연결 기어 회전축(151)은 베어링 구조, 예를 들어, 구름 베어링 구조, 저널 베어링 구조 등을 이용하여 하우징부(110)에 회동 가능하도록 설치될 수 있다.
연결 기어부(150)는 원형의 형상을 가지는 스퍼 기어로 구성된다.
본 실시예에 따른 연결 기어부(150)는 스퍼 기어로 구성되는데 이는 베인 기어부(120)가 스퍼 기어로 구성되어 이와 치합하기 위해서이고, 만약 베인 기어부(120)의 형식이 스퍼 기어가 아니라 다른 기어로 이루어진다면 그 다른 기어와 치합하는 형식의 기어로 구성될 수 있다. 아울러 연결 기어부(150)는 구동 기어부(140)와 동일한 형상의 기어로 구성될 수 있다.
본 실시예에 따른 베인 기어부(120), 가변 베인부(130), 연결 기어부(150)는 하우징부(110)의 원주 방향을 따라 배치된다.
한편, 구동부(160)는 구동 기어부(140)에 동력을 전달한다. 이를 위해 구동부(160)는 모터(161)와 감속기(162)를 포함한다.
모터(161)는 동력을 발생시키며, 서보 모터, 직류 모터, 교류 모터, 스텝 모터 등 다양한 형식의 모터가 사용될 수 있다.
감속기(162)는 모터(161)에서 발생된 동력을 구동 기어부(140)로 전달하는데, 구동 토크를 증가시키며 회전 속도를 낮추는 기능을 수행한다.
모터(161)에서 발생된 동력은 모터축(161a)을 통하여 감속기(162)로 전달되고, 감속기(162)로 전달된 동력은 감속기 축(162a)을 통하여 구동 기어 회전축(141)으로 전달됨으로써 구동 기어부(140)로 동력이 전달되게 된다.
본 실시예에 따른 구동부(160)는 모터(161)와 감속기(162)를 포함하지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉 본 발명에 따른 구동부는 구동 기어부(140)에 동력을 전달하여 구동 기어부(140)를 회전시키기만 하면 되므로, 모터(161)와 감속기(162) 중 적어도 어느 하나를 포함하지 않을 수 있다. 본 발명의 구동부가 모터(161)를 포함하지 않는 경우, 구동부는 직접 동력을 발생시키지 않고 가변 베인 장치(100)가 적용되는 터보 장치의 다른 구동원으로부터 동력을 전달받는 기어열, 캠 조립체 등의 동력 전달 장치의 구조를 가질 수 있다. 또한 본 발명의 구동부는 구동 기어부(140)에 동력을 전달하여 구동 기어부(140)를 회전시킬 수만 있다면, 리니어 액추에이터와 링크 구조를 가지도록 구성할 수 있다. 또한 본 발명의 구동부는, 모터와 감속기가 함께 결합된 기어드 모터(geared motor)의 형식을 가질 수도 있고, 모터가 높은 토크를 가지는 경우에 감속기를 구비하지 않을 수도 있다.
이하, 도 5 및 도 6을 참조하여, 본 실시예에 따른 가변 베인 장치(100)가 작동하는 모습에 대해 구체적으로 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 베인 장치(100)가 닫힘 상태에 있을 때를 도시한 개략적인 평면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 베인 장치(100)가 열림 상태에 있을 때를 도시한 개략적인 평면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이 가변 베인부(130)가 서로 겹쳐서 닫힘 상태에 있다가, 운용자 또는 운용 컴퓨터가 구동부(160)를 작동시키면, 모터(161)에서 동력이 발생되고, 발생된 동력은 감속기(162)를 거쳐 구동 기어부(140)로 전달되게 된다.
구동 기어부(140)가 회전하게 되면, 구동 기어부(140)에 치합된 베인 기어부(120)가 회전하게 되고, 그렇게 되면 베인 기어부(120)와 치합된 연결 기어부(150)가 회전하게 된다. 연결 기어부(150)는 이웃하는 베인 기어부(120)에 치합되어 있으므로 연결 기어부(150)가 회전하게 되면 연결 기어부(150)에 치합된 베인 기어부(120)도 회전하게 된다. 이상과 같은 방식으로 하우징(110)의 원주 방향을 따라 연속적으로 베인 기어부(120)와 연결 기어부(150)가 회전하게 되어, 결국 가변 베인 장치(100)의 모든 베인 기어부(120)가 회전하게 된다. 그렇게 되면 베인 기어부(120)와 연결된 모든 가변 베인부(130)도 회전하게 되므로, 도 6에 도시된 열림 상태가 된다.
이상과 같이, 본 실시예에 따른 가변 베인 장치(100)는, 종래의 링 기어와 복수개의 쿼드 기어로 이루어진 가변 베인 장치보다 간단한 구조를 가지고 있으므로, 설치가 간단하고 제조비용이 절감되며 유지 보수가 간편하게 된다.
또한 본 실시예에 따른 가변 베인 장치(100)의 베인 기어부(120)와 연결 기어부(150)는 원형의 형상을 가지고 있으므로, 종래의 링 기어와 쿼드 기어로 이루어진 가변 베인 장치의 경우보다 베인 기어 회전축(121)의 반경 방향으로의 하중이 적게 가해지므로, 가변 베인 장치(100)의 내구성과 수명을 증가시킬 수 있게 된다.
또한, 본 실시예에 따른 가변 베인 장치(100)는, 종래의 링 기어가 필요하지 않으므로, 상대적으로 큰 링 기어의 회전에 의한 진동이 발생하지 않아, 전체적인 진동 및 소음이 저감되게 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 가변 베인 장치에 적용될 수 있다.
100: 가변 베인 장치 110: 하우징부
120: 베인 기어부 130: 가변 베인부
140: 구동 기어부 150: 연결 기어부
160: 구동부

Claims (3)

  1. 원형의 고리 형상을 가지는 하우징부;
    상기 하우징부의 배면 쪽에 회전 가능하도록 서로 간격을 두고 설치되는 복수개의 베인 기어부;
    상기 베인 기어부에 연결되어 설치되되, 상기 하우징부의 전면 쪽에 설치되는 가변 베인부;
    상기 베인 기어부로 동력을 전달하며, 상기 하우징부의 배면 쪽에 회전 가능하도록 설치된 구동 기어부; 및
    상기 하우징부의 배면 쪽에 설치되되 상기 베인 기어부들 사이에 배치되어 상기 베인 기어부들 사이의 동력 전달을 수행하는 연결 기어부를 포함하며,
    상기 구동 기어부는 상기 베인 기어부들 사이에 배치되며 상기 베인 기어부들과 치합하도록 배치되고,
    상기 베인 기어부, 상기 구동 기어부 및 상기 연결 기어부는, 상기 하우징부의 원주 방향을 따라 배치되되 모두 동일 평면상에 설치되는, 가변 베인 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구동 기어부에 동력을 전달하는 구동부를 포함하는 가변 베인 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 베인 기어부와 상기 연결 기어부는 각각 원형의 형상을 가지는 가변 베인 장치.
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