KR20070033194A

KR20070033194A - 터보 압축기의 디퓨져 구조

Info

Publication number: KR20070033194A
Application number: KR1020050087637A
Authority: KR
Inventors: 이성룡
Original assignee: 삼성테크윈 주식회사
Priority date: 2005-09-21
Filing date: 2005-09-21
Publication date: 2007-03-26
Also published as: KR101271090B1

Abstract

본 발명은, 디퓨져로 유입되는 가스가 디퓨져 선단부에서 유동 방해가 발생하지 않는 구조를 가진 터보 압축기의 디퓨져 구조를 제공하는 것을 목적으로 하며, 이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은: 임펠러 허브부 및 임펠러 허브부의 허브면으로부터 돌출된 임펠러 날개부를 구비한 임펠러와 볼류트부 사이를 연통시키는 연통로에 위치하는 것으로, 일정 두께와 폭을 갖는 환형 형상으로 형성된 디퓨져 몸체부와; 디퓨져 몸체부의 허브면으로부터 연통로를 향하여 돌출하는 복수의 디퓨져 베인들을 구비하고, 디퓨져 몸체부의 허브면은 임펠러 허브부의 허브면보다 상기 연통로의 외곽부에 위치하는 터보 압축기용 디퓨져 구조를 제공한다.

Description

터보 압축기의 디퓨져 구조{Diffuser for turbo compressor}

도 1은 종래의 터보 압축기에 구비된 디퓨져 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터보 압축기의 디퓨져 구조를 구비한 터보 압축기의 일부분을 도시한 단면도이다.

도 3은 발명의 바람직한 실시예에 따른 디퓨져 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 4은 도 3의 구조를 가진 디퓨져의 일예를 도시한 사시도이다.

〈도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명〉

100: 터보 압축기 110: 디퓨져

111: 디퓨져 몸체부 111a: 디퓨져 허브면

112: 디퓨져 베인 113: 디퓨져 몸체부의 모서리부

120: 임펠러 121: 임펠러 허브부

121a: 임펠러 허브부의 허브면 F1: 인듀서부

F2: 임펠러 삽입공간 F3: 연통로

F4: 볼류트부 K2: 디퓨져 베인 높이

본 발명은 터보 압축기의 디퓨져 구조에 관한 것으로, 특히 가스의 압축 성능을 우수하게 할 뿐만 아니라 가공을 용이하게 할 수 있도록 한 터보 압축기의 디퓨져 구조에 관한 것이다.

일반적으로 유체를 압축하는 기기인 압축기는 그 압축 방식에 따라 회전식 압축기(ROTARY COMPRESSOR), 왕복동식 압축기(RECIPROCATING COMPRESSOR), 스크롤 압축기(SCROLL COMPRESSOR), 터보 압축기 등 여러 종류가 있다. 이와 같은 압축기는 소정의 내부 공간을 갖는 밀폐용기와 상기 밀폐용기 내에 장착되어 구동력을 발생시키는 전동 기구부와 상기 전동기구부의 구동력을 전달 받아 가스를 압축하는 압축 기구부로 구성된다.

상기 터보 압축기는 전동 기구부의 구동력을 전달받아 회전하는 임펠러가 압축실내에 위치하여 임펠러의 회전에 의해 가스를 흡입하고 압축하게 된다.

통상적인, 터보 압축기의 압축 기구부는 소정 형상을 갖는 케이싱의 내부에 흡입 유로와 연통되는 압축실이 구비되고 그 압축실에 임펠러가 회전 가능하게 삽입되며 상기 임펠러는 회전축에 의해 케이싱의 내부에 구비된 전동 기구부와 연결된다.

상기 압축실에는, 유입되는 가스를 회전시킬 수 있는 임펠러와 상기 임펠러를 통과한 가스의 운동에너지를 정압으로 변환시키는 디퓨져 및 볼류트부가 배치된다.

도 1은 종래의 터보 압축기의 디퓨져 구조를 간략하게 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 상기 임펠러(20)는 원뿔 형태로 형성되는 임펠러 허브면(21)과 상기 임펠러 허브면(21)의 외면에 형성되는 날개부(22)가 구비되어 이루어진다. 또한, 디퓨져(30)는, 일정 높이와 폭을 갖는 환형의 디퓨져 허브면(11a)을 구비한 디퓨져 몸체부(11) 및 상기 디퓨져 허브면(11a)에 일정 간격을 두고 형성된 다수개의 베인(12)을 구비한다.

따라서, 회전하는 임펠러(20)를 빠져 나온 유동 중 대부분은 디퓨져(10)로 유입되고, 일부는 임펠러(20)와 디퓨져(10) 사이의 간극을 통해 임펠러 뒷면으로 빠져 나가게 된다. 이 경우, 디퓨져(10)와 임펠러(20)가 분리되어 조립되는 경우, 이상적으로는 임펠러 허브면(21a)이 디퓨져 허브면(11a)과 동일선(21a_1) 상에 놓여야 하나, 조립에 따른 오차 및 운전 중 압력 변화에 따른 임펠러의 변위에 의해 임펠러의 허브면(21a_2)이 디퓨져 허브면(11a)보다 낮은 상태(도면에서는 우측)로 겹치는 현상이 일어난다. 이로 인하여 임펠러(20)를 통과한 유동의 일부는 상기 디퓨져 몸체부(11) 선단에 부딪치는 현상이 일어나서 결국 유동 방해가 발생하게 된다.

특히 디퓨져 몸체부(11) 선단의 모서리(14)는 모따기 되어 있는데, 임펠러의 허브면(21a)이 상기 모따기된 모서리(14) 하측에 위치하게 되어서 결과적으로 상기 디퓨져(20)로 유입되는 가스가 상기 모따기된 모서리(14)와 부딪히면서 와류가 발생하게 됨으로써 상기 유동 방해는 더욱 심각해진다.

여기서, 디퓨져의 크기가 종래의 일반적인 대형 압축기보다 작은 경우, 기존 의 디퓨져 제작 방식 및 조립 방식을 적용할 때 조립 공차에 대한 오차가 미치는 영향이 상대적으로 크게 작용하며, 압축기 운전 중 임펠러 날개부(22)와 디퓨져 허브면(11a) 사이의 간섭에 따른 유동 방해도 대형 압축기에서의 간섭에 의한 영향보다 커 디퓨져(10) 입구로 유입되는 유동의 안정화가 상대적으로 더욱 요구된다. 이로 인하여 디퓨져(10)의 효율이 감소되어서 결과적으로 전체 압축기의 효율이 감소하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함한 여러 가지 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 디퓨져로 유입되는 가스가 디퓨져 선단부에서 유동 방해가 발생하지 않는 구조를 가진 터보 압축기의 디퓨져 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터보 압축기용 디퓨져 구조는: 임펠러 허브부 및 상기 임펠러 허브부의 허브면으로부터 돌출된 임펠러 날개부를 구비한 임펠러와 볼류트부 사이를 연통시키는 연통로에 위치하는 것으로, 일정 두께와 폭을 갖는 환형 형상으로 형성된 디퓨져 몸체부와; 상기 디퓨져 몸체부의 허브면으로부터 연통로를 향하여 돌출하는 복수의 디퓨져 베인들을 구비하고, 상기 디퓨져 몸체부의 허브면은 상기 임펠러 허브부의 허브면보다 상기 연통로의 외곽부에 위치한다.

이 경우, 상기 디퓨져 몸체부의 허브면 위치는, 상기 임펠러 허브부의 허브면과 동일한 면으로부터 상기 연통로 외곽쪽으로, 가스의 유동으로 인한 상기 임펠 러의 변위량의 1.1배를 뺀 값을 가지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 디퓨져 몸체부의 상기 임펠러와 인접하는 모서리부는 상기 임펠러 허부부의 허브면과 비스듬하게 경사지지 않는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 터보 압축기용 디퓨져 구조는 300마력 이하의 소형 터보 압축기에 적용되는 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 터보 압축기의 디퓨져 구조를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터보 압축기의 디퓨져 구조를 구비한 터보 압축기의 일부분을 도시한 단면도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 디퓨져 구조를 개략적으로 도시한 단면도이며, 도 4는 도 3의 구조를 가진 디퓨져의 일예이다. 도 2를 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 디퓨져 구조를 구비한 터보 압축기의 압축 기구부는, 소정 형상을 갖는 케이싱(101)의 내부에 흡입 유로(S)와 연통되는 압축실(102)이 구비되고 그 압축실(102)에 임펠러(120)가 회전 가능하게 삽입되며 상기 임펠러(120)는 회전축(103)에 의해 케이싱(101)의 내부에 구비된 전동 기구부와 연결된다.

상기 압축실(102)은 흡입 유로(S)와 연통되어 가스가 유입되는 인듀서부(F1)와 상기 인듀서부(F1)에 이어 임펠러(120)가 회전 가능하도록 삽입되는 임펠러 삽입공간(F2)과 상기 임펠러 삽입공간(F2)에 이어 가스의 운동에너지를 정압으로 변환시키는 디퓨져(110) 및 볼류트부(F4)로 형성된다. 상기 임펠러 삽입공간(F2)의 내벽은 임펠러(120)와 대면되는 쉬라우드부(104)를 이루게 된다.

상기 임펠러(120)는, 원뿔 형태로 형성되는 임펠러 허브부(121)와 상기 임펠러 허브부(121)의 허브면에 형성되는 임펠러 날개부(122)가 구비되어 이루어지며, 그 임펠러(120)는 상기 임펠러 삽입공간(F2)에 삽입된다.

상기 압축실(102)에서 냉매 가스가 압축되는 과정은 먼저, 전동 기구부의 구동력이 임펠러(120)에 전달되어 임펠러(120)가 회전하게 되면 그 임펠러(120)의 회전력에 의해 인듀서부(F1)로 가스가 유입되며 그 인듀서부(F1)로 유입된 가스는 임펠러 삽입공간(F2)을 통하면서 운동에너지가 증가되고 그 운동에너지가 증가된 가스는 디퓨져(110)와 볼류트부(F4)를 지나면서, 증가된 운동에너지가 정압으로 변환되어 압력이 상승하게 된다. 그 압력이 상승된 가스는 상기 볼류트부(F4)와 연통된 토출구(미도시)를 통해 토출된다.

한편, 상기 임펠러(120)의 회전에 의해 증가된 가스의 운동에너지를 정압으로 변환시키는 디퓨져(110)는 디퓨져 몸체부(111)와 디퓨져 베인(112)들을 구비한다. 디퓨져 몸체부(111)는 그 일면이 일정 높이와 폭을 갖는 환형 형상으로서, 임펠러 삽입공간(F2)과 볼류트부(F4)를 연통시키는 연통로(F3)를 형성하는 일면이 일정 높이와 폭을 갖는 환형의 디퓨져 허브면(111a)을 이룬다. 복수의 디퓨져 베인(112)들은 상기 디퓨져 허브면(111a)으로부터 연통로를 향하여 돌출되는 형상을 한다.

여기서, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 디퓨져 허브면(111a)이 상기 임펠러 허브부(121)의 허브면(이하 임펠러 허브면 이라 함)(121a)보다 상기 연통로(F3)의 외곽부에 위치한다. 이를 다시 말하면, 디퓨져 베인(112)의 높이(K2)가 종래의 디퓨져 베인의 높이(K1; 도 1 참조)보다 크다. 따라서, 설계 상으로는 상기 디퓨져 허브면(111a_1)이 임펠러 허브면(121a)보다 일정 간격(P) 낮게(도면에서는 오른쪽) 위치하게 된다. 따라서, 디퓨져(110)와 임펠러(120)를 터보 압축기에 조립하는 경우에 조립 공차가 발생하거나, 압축기 작동 중에 압력에 의하여 임펠러가 움직이는 경우에도 상기 디퓨져 허브면(111a_2)이 임펠러 허브면(121a)보다 연통로(F3) 가운데로 돌출되어 배치되지 않게 된다. 이는 결과적으로 임펠러(120)를 통한 가스가 디퓨져(110)에서 간섭을 받지 않게 되어서 유동 방해를 받지 않게 되고 원활하고 안정적인 유동을 이룰 수 있다.

상기 디퓨져 허브면(111a) 위치는, 상기 임펠러 허브면(120a)과 동일한 면으로부터 연통로(F3) 외곽쪽으로 일정 유격을 가지고 배치되는데, 그 유격(P)은 가스의 유동으로 인한 상기 임펠러의 변위량의 1.1배인 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 임펠러 변위량은 구조 해석을 통하여 예상할 수 있으며, 1.1은 그 구조 해석의 공차를 반영하는 수치이다.

한편, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 디퓨져 몸체부(111)의 상기 임펠러 허브면(121a)와 인접하는 모서리부(113)는 상기 임펠러 허브면(121a)의 연장면과 비스듬하게 경사지지 않은 것이 바람직하다. 종래와 같이 상기 모서리부(113)가 모따기된 경우에는, 디퓨져(110)로 향하는 유동이 상기 모서리부(113)에서 부딪치게 되어서 회전을 하게 됨으로써 와류가 발생하게 되고, 상기 와류에 의하여 원활한 유동이 방해를 받게 된다. 따라서, 본 발명에서는 상기 임펠러 허브면 (121a)과 인접한 디퓨져 몸체부(111)의 모서리부(113)가, 상기 디퓨져 몸체부(111)와 상기 허브면이 서로 나란히 배치되도록 함으로써, 상기 모서리부(113)에서 와류가 발생하는 것을 방지 할 수 있다.

한편, 이러한 구조의 디퓨져 구조는 30마력 이하의 소형 터보 압축기, 예를 들어 냉매용 터보 압축기에 적용될 수 있는데, 이는 상기한 바와 같이, 소형 터보 압축기의 디퓨져를 기존의 대형 터보 압축기에 적용된 디퓨져 제작 방식 및 조립 방식을 적용하는 경우, 조립 공차에 대한 오차가 미치는 영향이 상대적으로 크게 작용하며, 압축기 운전 중 임펠러의 허브면과 디퓨져 허브면(111a) 사이의 간섭에 따른 유동 방해도 대형 압축기에서의 간섭에 의한 영향보다 크기 때문이다. 그러나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 중, 대형 터빈 압축기에도 적용 가능하다.

상기와 같은 구조를 가진 본 발명에 따른 터보 압축기용 디퓨져 구조에 의하면, 디퓨져 선단부가 임펠러의 허브면으로부터 돌출되지 않음으로써 디퓨져로 유입되는 가스가 디퓨져 선단부에서 유동 방해가 발생하지 않게 된다. 이로서 디퓨져에서 마모가 발생하지 않게 되고, 디퓨져의 효율이 증가하며, 결과적으로 전체 압축기의 효율이 상승하게 된다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 그로부터 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.

Claims

임펠러 허브부 및 상기 임펠러 허브부의 허브면으로부터 돌출된 임펠러 날개부를 구비한 임펠러와 볼류트부 사이를 연통시키는 연통로에 위치하는 것으로,

일정 두께와 폭을 갖는 환형 형상으로 형성된 디퓨져 몸체부와;

상기 디퓨져 몸체부의 허브면으로부터 연통로를 향하여 돌출하는 복수의 디퓨져 베인들을 구비하고,

상기 디퓨져 몸체부의 허브면은 상기 임펠러 허브부의 허브면보다 상기 연통로의 외곽부에 위치되는 것을 특징으로 하는 터보 압축기용 디퓨져 구조.
제 1 항에 있어서,

상기 디퓨져 몸체부의 허브면과 상기 임펠러 허브부의 허브면 사이의 간격은 상기 임펠러 변위량의 1.1배인 것을 특징으로 하는 터보 압축기용 디퓨져 구조.
제 1 항에 있어서,

상기 디퓨져 몸체부의 상기 임펠러와 인접하는 모서리부는 상기 임펠러 허부부의 허브면과 비스듬하게 경사지지 않은 것을 특징으로 하는 터보 압축기용 디퓨져 구조.
제 1 항에 있어서,

30마력 이하의 소형 터보 압축기에 적용된 것을 특징으로 하는 터보 압축기용 디퓨져 구조.