KR20020024649A

KR20020024649A - Turbo compressor

Info

Publication number: KR20020024649A
Application number: KR1020000056413A
Authority: KR
Inventors: 김춘택
Original assignee: 이중구; 삼성테크윈 주식회사
Priority date: 2000-09-26
Filing date: 2000-09-26
Publication date: 2002-04-01

Abstract

PURPOSE: A turbo compressor is provided to improve surface phenomenon in diffuser range without vane formed. CONSTITUTION: A turbo compressor comprises an impeller(41); a first diffuser section(45); a second diffuser section(46); and a volute housing. The impeller is rotatably installed. The first diffuser section has no vane formed and has surface roughness as rough as air compressed by the impeller is turbulently movable to increase turbulent energy to delay stall phenomenon of flow to decrease backflow component to radial direction. The second diffuser section is extended from the first diffuser section and has multiple vanes formed thereon. The volute housing receives air compressed by the impeller.

Description

Turbo compressor

본 발명은 터보식 압축기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 베인이 형성되지 않은 구간을 쇼트 피닝(shot peening)으로 가공함으로써 해당 구간에서의 표면 현상을 개선할 수 있도록 형성된 터보식 압축기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a turbo compressor, and more particularly, to a turbo compressor formed to improve surface phenomena in a corresponding section by shot peening a section in which no vanes are formed.

일반적으로 외부 공기를 압축시키기 위해서는 피스톤식의 압축기, 로터식 압축기, 터보식 압축기 등이 있는데 터보식 압축기의 경우 고속으로 회전되는 회전축에 연결된 임펠러에 의해 외부 공기가 압축된다. 터보식 압축기에서는 임펠러에 의해 압축된 공기가 베인이 형성되어 있지 않은 디퓨져 구간과 베인이 형성된 디퓨져 구간을 통해서 스크롤 하우징으로 유입된다. 이때 베인이 형성되지 아니한 디퓨져 구간에서는 압축 공기의 통과시에 표면 현상이 발생되어 압축기의 성능을 떨어뜨리는 결과를 가져온다.Generally, in order to compress the outside air, there are a piston compressor, a rotor compressor, and a turbo compressor. In the case of the turbo compressor, the outside air is compressed by an impeller connected to a rotating shaft rotating at high speed. In the turbo compressor, the air compressed by the impeller flows into the scroll housing through the diffuser section in which the vanes are not formed and the diffuser section in which the vanes are formed. At this time, in the diffuser section where no vanes are formed, a surface phenomenon occurs when the compressed air passes, resulting in a decrease in the performance of the compressor.

도 1은 종래의 터보식 압축기의 개략적인 단면도이며, 도 1의 예는 다수의 터보식 압축기에 의해 공기를 다단 압축시킬 수 있는 장치를 나타낸 것이다.1 is a schematic cross-sectional view of a conventional turbo compressor, and the example of FIG. 1 shows an apparatus capable of compressing air in multiple stages by a plurality of turbo compressors.

도면을 참조하면 회전력을 공급하는 저속 전동기(미도시)와 이를 임펠러에서 요구하는 고속 회전을 얻기 위한 기어 시스템(8)과 회전축의 일단에 설치되는 제 1 임펠러(1)와 상기 제 1 임펠러(1)에서 압축되는 공기를 받아들이는 제 1 볼류트 하우징(2)과, 상기 타 회전축에 일단이 설치되는 제 2 임펠러(3)와, 상기 제 2 임펠러(3)에서 압축되는 공기를 받아들이는 제 2 볼류트 하우징(4)과 상기 회전축을 지지하는 베어링(5)과 타단에 설치되는 제 3 임펠러(6)와 상기 제 2 임펠러에서 압축되는 공기를 받아들이는 제 3 볼류트 하우징(7)과 또한 각 단에서 압축된 공기를 냉각시키기 위해서 각 단에 연통되는 곳에 냉각 장치가 설치되어 있다. 각 임펠러와 볼류트 하우징은 하나의 터보 압축기를 구성한다.Referring to the drawings, a low speed electric motor (not shown) for supplying rotational force, a gear system 8 for obtaining high speed rotation required by the impeller, a first impeller 1 installed at one end of the rotating shaft, and the first impeller 1 ), A first volute housing (2) for receiving air compressed by a), a second impeller (3) having one end mounted on the other rotating shaft, and a second (2) for receiving air compressed by the second impeller (3). A volute housing 4, a bearing 5 for supporting the rotating shaft, a third impeller 6 installed at the other end and a third volute housing 7 for receiving air compressed by the second impeller and also each In order to cool the air compressed at the stage, a cooling device is provided in communication with each stage. Each impeller and volute housing constitute one turbo compressor.

도 2에 도시된 것은 도 1에 도시된 제 1 임펠러 하우징과 제 1 볼류트 하우징을 확대시켜서 도시한 것이다.2 shows an enlarged view of the first impeller housing and the first volute housing shown in FIG. 1.

도면을 참조하면, 임펠러의 내측벽(24)에 대하여 임펠러(1)가 대응하는 구간은 임펠러 구간(21)으로 표시되고, 상기 임펠러 구간(21)으로부터 베인이 형성되지 아니한 제 1 디퓨저 구간(22)과 베인이 형성된 제 2 디퓨저 구간(23)이 차례로 연장된다. 임펠러(1)에 의해서 압축된 공기는 상기 베인이 형성되지 아니한 제 1 디퓨저 구간(22)과 베인이 형성된 제 2 디퓨저 구간(23)을 통해서 볼류트 하우징(2)으로 유입된다.Referring to the drawings, the section corresponding to the impeller 1 with respect to the inner wall 24 of the impeller is represented by the impeller section 21, and the first diffuser section 22 in which no vanes are formed from the impeller section 21. ) And the vane-shaped second diffuser section 23 extend in sequence. The air compressed by the impeller 1 flows into the volute housing 2 through the first diffuser section 22 in which the vanes are not formed and the second diffuser section 23 in which the vanes are formed.

위와 같은 구조를 가진 터보 압축기에서, 베인이 형성되지 아니한 제 1 디퓨저 구간(22)을 형성하는 하우징의 내표면들은 통상적으로 매끈하게 형성되어 있다. 이처럼 매끈하게 형성된 제 1 디퓨저 구간(22)의 표면에서는 층류 유동이 발생하게 되는데, 층류 유동은 유동의 절대 속도의 반경 방향 성분의 역류와 삼차원 박리에 의해서 도 3에 도시된 바와 같은 유동 스톨(stall) 현상을 일으키게 된다. 즉, 화살표로 표시된 유동 방향이 내표면에 근접한 일부분에서 역류 현상을 일으키게 되고, 그에 따라서 도면 번호 31로 표시된 바와 같은 스톨 셀(stall cell)이 형성되는 것이다. 이렇게 발달된 스톨 셀은 베인이 형성되지 아니한 디퓨저내의 압력 상승 효과를 감소시켜서 터보 압축기 전체의 성능을 감소시킴과 동시에 서지(surge) 현상의 발생 원인으로 작용한다.In the turbo compressor having the above structure, the inner surfaces of the housing forming the first diffuser section 22 in which no vanes are formed are typically smoothly formed. Laminar flow occurs on the surface of the smoothly formed first diffuser section 22. The laminar flow is a flow stall as shown in FIG. 3 by reverse flow and three-dimensional separation of the radial component of the absolute velocity of the flow. ) Will cause a phenomenon. That is, the flow direction indicated by the arrow causes a backflow phenomenon in a portion close to the inner surface, thereby forming a stall cell as indicated by reference numeral 31. The developed stall cell reduces the pressure increase effect in the vane-free diffuser, thereby reducing the performance of the entire turbo compressor and acting as a cause of surge.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하도록 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 베인이 형성되어 있지 아니한 디퓨저 구간에서의 표면 현상을 개선할 수 있는 터보식 압축기를 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a turbo compressor that can improve the surface phenomenon in the diffuser section in which no vanes are formed.

본 발명의 다른 목적은 베인이 형성되어 있지 아니한 디퓨저 구간의 표면의거칠기를 증가시킨 터보식 압축기를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a turbo compressor which increases the roughness of the surface of the diffuser section in which no vanes are formed.

도 1은 통상적인 터보식 압축기에 대한 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a conventional turbo compressor.

도 2는 도 1의 일부분에 대한 확대 단면도이다.2 is an enlarged cross-sectional view of a portion of FIG. 1.

도 3은 베인이 형성되지 아니한 부분에서의 표면 현상을 개략적으로 나타내는 설명도이다.3 is an explanatory diagram schematically showing a surface phenomenon at a portion where no vanes are formed.

도 4는 본 발명에 따른 터보식 압축기에 대한 개략적인 사시도이다.4 is a schematic perspective view of a turbo compressor according to the present invention.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Description of the reference numerals for the main parts of the drawings>

1.3.6. 임펠러 2.4.7. 볼류트 하우징1.3.6. Impeller 2.4.7. Volute housing

21. 임펠러 구간 22. 제 1 디퓨저 구간21. Impeller Section 22. First Diffuser Section

23. 제 2 디퓨저 구간 43. 베인23. 2nd diffuser section 43. Vane

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 회전 가능하게 설치되는 임펠러와; 상기 임펠러에 의해서 압축된 공기가 난류 유동을 할 수 있을 정도의 표면 거칠기를 가지며 베인이 형성되지 아니한 제 1 디퓨저 구간과; 상기 베인이 형성되지 아니한 디퓨저 구간으로부터 연장되며 소정 형상의 베인이 다수개 형성된 제 2 디퓨저 구간과; 상기 임펠러에 의해서 압축된 공기를 받아들이는 볼류트 하우징;을 구비하는 터보식 압축기가 제공된다.In order to achieve the above object, according to the present invention, an impeller rotatably installed; A first diffuser section in which the air compressed by the impeller has a surface roughness sufficient to allow turbulent flow and no vanes are formed; A second diffuser section extending from the diffuser section where the vanes are not formed and having a plurality of vanes having a predetermined shape; Provided is a turbo compressor comprising a volute housing for receiving compressed air by the impeller.

본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 베인이 형성되지 아니한 디퓨저 구간은 쇼트 피닝에 의해서 가공된다.According to one feature of the invention, the diffuser section in which the vanes are not formed is processed by shot peening.

이하 본 발명을 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 보다 상세히 설명하기로 한다Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to an embodiment shown in the accompanying drawings.

본 발명에 따른 터보식 압축기는 도 1을 참고하여 설명된 터보식 압축기와 전체적으로 유사한 구성을 가진다. 즉, 외부 구동 수단에 의해서 회전 구동되는 임펠러와, 상기 임펠러에 의해서 압축된 공기를 받아들이는 스크롤 하우징을 하나 이상 구비한다. 또한, 도 2를 참고하여 설명된 바와 같이, 상기 임펠러가 대응하는 내측벽과의 사이에 임펠러 구간이 형성되고, 베인이 형성되지 아니한 디퓨저 구간과 베인이 형성된 디퓨저 구간이 차례로 형성된다.The turbo compressor according to the present invention has an overall configuration similar to the turbo compressor described with reference to FIG. 1. That is, one or more impellers rotated by an external driving means and one or more scroll housings for receiving air compressed by the impellers are provided. In addition, as described with reference to FIG. 2, an impeller section is formed between the inner wall to which the impeller corresponds, and a diffuser section in which no vanes are formed and a diffuser section in which the vanes are formed are sequentially formed.

도 4에 도시된 것은 본 발명에 따른 터보식 압축기의 일부에 대한 개략적인 사시도이다.4 is a schematic perspective view of a portion of a turbo compressor according to the invention.

도면을 참조하면, 임펠러(41)는 회전축(42)을 중심으로 회전될 수 있게 설치된다. 한편 베인(43)은 내표면상에 다수개가 소정 현상으로 형성되며, 상기 베인(43)이 연장된 반경상의 구간이 베인 디퓨저 구간(46)을 형성한다. 또한 베인(43)이 형성되지 아니한 반경상의 구간이 베인이 없는 디퓨저 구간(45)을 형성한다.Referring to the drawings, the impeller 41 is installed to be rotated about the rotation shaft 42. On the other hand, a plurality of vanes 43 is formed on the inner surface by a predetermined phenomenon, and a radial section in which the vanes 43 extends forms a vane diffuser section 46. In addition, a radial section in which the vanes 43 are not formed forms a diffuser section 45 having no vanes.

본 발명의 특징에 따르면, 상기 베인(43)이 형성되지 아니한 디퓨저 구간(45)은 다른 부분보다 표면 거칠기가 증가되도록 형성된다. 표면 거칠기가 증가하게 되면 임펠러에 의해서 형성된 유동이 디퓨저 구간(45)의 표면에서 난류 유동을 할 수 있게 되고, 그에 의해서 유동의 난류 에너지가 증가하게 된다. 이러한 난류 에너지의 증가는 결국 유동의 스톨 현상을 최대한 지연시킴으로써 반경 방향의 역류 성분을 줄여주는 역할을 한다.According to a feature of the present invention, the diffuser section 45 in which the vanes 43 are not formed is formed to increase surface roughness than other portions. When the surface roughness is increased, the flow formed by the impeller allows turbulent flow on the surface of the diffuser section 45, thereby increasing the turbulent energy of the flow. This increase in turbulent energy eventually serves to reduce the radial backflow component by delaying the stall phenomenon of the flow as much as possible.

베인이 형성되지 아니한 디퓨져 구간(45)의 표면 거칠기를 증가시키는 것은다양한 가공 방법에 의해서 가능하다. 예를 들면, 쇼트 피닝(shot peening)에 의해서 표면 거칠기를 증가시킬 수 있다. 쇼트 피닝은 작은 직경을 가진 경화된 강철 재료의 구를 재료의 표면에 고압 공기를 이용하여 분사함으로써 공작물을 다듬질하는 방식이다. 본 발명에서는 베인이 형성되지 아니한 디퓨저 구간(45)에 쇼트 피닝 가공을 수행함으로써 해당 구간을 형성하는 부위의 내표면의 거칠기를 증가시킬 수 있다.It is possible to increase the surface roughness of the diffuser section 45 where no vanes are formed by various processing methods. For example, surface roughness can be increased by shot peening. Shot peening is a method of finishing a workpiece by injecting a sphere of hardened steel material of small diameter into the surface of the material using high pressure air. In the present invention, by performing a short peening process to the diffuser section 45 in which no vanes are formed, the roughness of the inner surface of the portion forming the section can be increased.

본 발명에 따른 터보식 압축기에서는 베인이 형성되지 아니한 디퓨저 구간에서의 표면 거칠기를 난류 유동이 발생할 수 있을 정도로 거칠게 함으로써 역류 및, 박리에 의한 스톨 현상을 방지할 수 있다. 또한 스톨 현상에 의해 발생되는 유동장내의 손실을 방지하고 압력 회복 계수가 감소하는 것을 방지할 수 있으므로 압축기의 전체적인 효율을 증가시킬 수 있다.In the turbo compressor according to the present invention, the surface roughness in the diffuser section in which the vanes are not formed is rough enough to cause turbulent flow, thereby preventing the stall phenomenon due to backflow and peeling. In addition, it is possible to prevent the loss in the flow field caused by the stall phenomenon and to prevent the pressure recovery coefficient from decreasing, thereby increasing the overall efficiency of the compressor.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명 되었으나 이는 예시적인 것이며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해 할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the accompanying drawings, this is exemplary and will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent embodiments are possible. . Therefore, the true scope of protection of the present invention should be defined only by the appended claims.

Claims

An impeller rotatably installed;

A first diffuser section in which the air compressed by the impeller has a surface roughness sufficient to allow turbulent flow and no vanes are formed;

A second diffuser section extending from the diffuser section where the vanes are not formed and having a plurality of vanes having a predetermined shape;

And a volute housing receiving air compressed by the impeller.

The turbo compressor of claim 1, wherein the diffuser section in which the vanes are not formed is processed by shot peening.