KR20080072847A - 회전기용 회전자 그리고 회전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전기용 회전자(2) 그리고 상기 회전자가 장착된 회전기에 관한 것으로서, 이 경우 상기 회전자(2)는 기체 또는 액체 매질 내에서 순환하고, 상기 회전자의 적어도 한 측면(4)은 압력차를 발생시키기 위한 적어도 하나의 볼록한 융기부(19)가 있는 프로파일(3)을 갖는다. 상기 회전자(2)는 상기 볼록한 융기부(19)가 비행기의 프로펠러 날개 프로파일(3)과 동일한 형상으로 형성되고, 상기 회전자(2)가 내부에 축 방향 공동부(6)를 갖는 것을 특징으로 한다. 이 경우 상기 회전자(2)는 제공된 매질을 공급 또는 배출하기 위한 적어도 하나의 챔버(12, 21)에 연결되어 있으며, 이때 상기 공동부(6)와 상기 외부 측면(4) 사이에서 상기 프로펠러 날개 프로파일(3)의 영역에는 적어도 하나의 관통 개구(5)가 제공되어 있다. 이와 같은 유형의 회전자(2)는 상이한 하우징 형성부(7) 내부에서 펌프, 컴프레서, 콘덴서, 송풍기, 터보 기계, 터빈으로 사용될 수 있거나 또는 압력 중화 장치(pressure neutralizer)로 사용될 수 있는 회전기를 형성한다.

Description

회전기용 회전자 그리고 회전기 {ROTOR FOR A ROTARY MACHINE AND A ROTARY MACHINE}

본 발명은 특허 청구항의 전제부에 따른 회전기용 회전자 그리고 특허 청구항 11의 전제부에 따른 회전기에 관한 것이다.

회전기는 기체 또는 액체 매질 내에서 압력차를 발생시키거나 또는 상기와 같은 매질 내부에서의 압력차에 의해 구동되는 것을 특징으로 한다. 이 목적을 위하여 상기와 같은 유형의 회전기는 일반적으로 회전자를 구비하며, 상기 회전자는 기체 또는 액체 매질 내에서 고정자에 대하여 회전 가능하게 지지가 되어 있고, 자체 형태 및 배열 상태에 의해서 압력차를 발생시키거나 또는 매질 내부의 압력차를 회전 동작으로 변환시킨다. 이와 같은 유형의 회전기에는 우선, 매우 다양한 실시예에서 회전자를 구비하고 있고 대부분 고정자로서 기능을 하는 하우징 안에 회전 가능하게 지지가 된 대부분의 펌프 종류, 컴프레서, 터보 기계, 터빈 또는 풍력 컨버터가 속한다.

펌프 하우징 안에 동심으로 지지가 된 실린더 모양 또는 원뿔 모양의 회전자를 구비한 펌프 형태의 회전기는 DD 293 181 A5호에 공지되어 있다. 상기 회전자는 구동 장치에 연결되어 있고, 회전시 주변을 둘러싸는 낫 모양의 펌프 챔버를 형 성하며, 상기 펌프 챔버는 바람직하게 액체로서의 오일을 유입 개구로부터 배출 개구 안으로 이송한다. 유체동역학적 원리를 기초로 하는 상기 펌프는 주변을 둘러싸는 낫 모양의 하우징 안에서 회전 동안에 오일 쐐기를 발생시키며, 상기 오일 쐐기는 펌프 챔버 내부의 압력을 상승시켜서 오일을 유입 개구로부터 배출 개구 안으로 이송한다. 이때 회전자는 상대적으로 매끈한 둥근 외부 측면을 가지며, 이와 같은 외부 측면은 오로지 자체 동심 순환 트랙으로 인해서만 유체 내부의 압력을 상승시킨다. 그렇지만, 실린더 모양의 하우징 안에서 동심으로 순환하는 상기와 같은 유형의 회전자는 구조화되지 않은 자체 측면으로 인해 펌프 챔버 안에 기체 매질이 존재하는 경우에는 거의 적합하지 않다.

DE 103 19 003 A1호에는 풍력을 전기 에너지로 변환시키는 풍력 컨버터의 회전자가 공지되어 있다. 상기 간행물에서 회전자는 고정자 안에 지지가 된 샤프트로 이루어지며, 상기 샤프트 상에는 등각의 간격을 두고 외부로 돌출하는 회전자 블레이드가 배치되어 있다. 이 경우 상기 회전자 블레이드는 유동 방향으로 원통형의 측면을 가짐으로써 뒤쪽으로 가면서 예각으로 수렴되는 비행기 프로펠러 날개의 대칭 블레이드와 동일한 형상으로 형성되었다. 이때 상기 회전자 블레이드는 스쳐 지나가는 공기가 기체 매질로서 베르누이 방정식(Bernoulli equation)에 상응하게 압력차를 야기하도록 바람 방향으로 정렬되어 있으며, 고정자 안에 지지가 된 회전자는 상기 압력차에 의해 회전 동작으로 변환된다. 이와 같은 유형의 블레이드는 예각으로 수렴되는 자체 에지에서 방해 요소로 작용하는 와류를 형성하기 때문에, 블레이드 프로파일 상에는 바람 방향에 대하여 가로로 오목한 부분이 제공되 어 있다. 그럼으로써 상부면에서는 하부면에서보다 낮은 압력이 설정되며, 이와 같은 상황이 추가의 부력을 야기함으로써 와류 형성은 줄어들게 되고 에너지 변환은 더 높은 효율로 실행될 수 있다. 그러나 상기와 같은 유형의 회전자는 전적으로 가스 상태의 또는 기체 상태의 매질에만 사용하기 위해서 제공되었고, 길이가 긴 자체 회전자 블레이드 그리고 그로 인해 반드시 필요한 하우징 직경으로 인해 액체 매질에는 거의 사용할 수 없다.

DE 42 23 965 A1호에는, 지지가 된 샤프트 상에 적어도 하나의 캐리어 디스크가 장착되어 있는 터보 기계 회전자가 공지되어 있으며, 상기 캐리어 디스크의 외부 원통형 측면에는 기체 매질 내부에서 순환하는 돌출된 짧은 블레이드가 배치되어 있다. 상기 회전자는 고정자 하우징 안에 배치되어 있고, 샤프트를 통해 고속으로 구동된다. 이 경우 상기 기체 매질은 높은 압축 작용에 의해 유입 개구로부터 배출 개구 안으로 프레스 된다. 그렇지만 이와 같은 유형의 터보 기계 회전자는 액체 매질에는 일반적으로 적합하지 않은데, 그 이유는 액체 매질이 압축 불가능하기 때문에 얇은 블레이드가 쉽게 손상될 수 있기 때문이다.

DE 197 19 692 A호에는, 매우 견고한 내부 맞물림 방식의 회전자를 사용하는 내부 맞물림 방식의 회전자를 구비한 회전자 펌프가 공지되어 있다. 상기 간행물에서 펌프는 하우징으로 구성되며, 상기 하우징 안에는 회전 가능한 편심기 링이 배치되어 있고, 상기 편심기 링 안에는 외부 블레이드 휠 및 내부 블레이드 휠이 회전 가능하게 지지가 되어 있다. 이 경우 상기 내부 블레이드 휠은 자체 외부 측면에 배치된 다수의 톱니를 갖는, 외부 회전자 안에 회전 가능하게 배치된 내부 회 전자다. 외부 회전자의 내부 측면은 상기 내부 회전자를 둘러싸고 있으며, 상기 외부 회전자의 내부 측면에도 마찬가지로 내부로 향하는 톱니가 배치되어 있다. 이 경우에는 내부 톱니뿐만 아니라 외부 톱니도 측면의 전체 길이에 걸쳐서 연장되고, 실질적으로는 볼록한 대칭 융기부로 이루어지며, 이때 상기 내부 회전자의 외부 측면에는 여섯 개의 볼록한 융기부가 배치되어 있고, 상기 외부 회전자의 내부 측면에는 일곱 개의 볼록한 융기부가 배치되어 있다. 이 경우 상기 외부 회전자의 내부 공동부는 서로 마주 보고 있는 유입 개구 및 배출 개구에 각각 연결되어 있다. 상기 내부 회전자의 회전 동작에 의해 편심기 링 안에서 상기 외부 회전자의 회전 운동도 이루어짐으로써, 상기 내부 회전자의 톱니와 외부 회전자의 톱니 사이에서 용적이 변동되는 일련의 챔버들이 형성된다. 그럼으로써, 챔버 안에 있는 유체는 자체적으로 확대되는 챔버 안으로 흡입되고, 자체적으로 축소되는 챔버로부터 외부로 방출된다. 이 경우에는 상기와 같은 방식으로 발생하는 압력차에 의해 유입 개구로부터 배출 개구로 프레스 되는 유압액(hydraulic fluid)이 유체로서 제공되었다. 상기와 같은 유형의 회전자가 상호 동축으로 배치된 두 개 이상의 톱니 부분들 - 이 톱니 부분들은 상이한 개수의 톱니를 가져야만 하고, 매우 정확한 실시예에서만 서로 꼭 맞게 맞물린다 - 로 이루어지기 때문에, 상기와 같은 유형의 회전자 장치는 제조 방식이 매우 복잡하고, 상기 회전자 장치에는 마모에 의존하는 마찰과 연관된 일련의 부분들이 설치되어 있다.

본 발명의 과제는, 견고하면서도 유지 보수 작업이 거의 필요 없으며, 더 나아가서는 더욱 간단하게 제조될 수 있는, 여러 가지 구조적 형상의 회전기에 보편적으로 사용될 수 있는 회전자를 제조하는 것이다.

상기 과제는 특허 청구항 1 및 11에 기재된 발명에 의해서 해결된다. 본 발명의 개선예들 및 바람직한 실시예들은 종속 청구항들에 기재되어 있다.

본 발명의 장점은, 베르누이 효과를 기초로 하여 회전자의 한 측면에 형성된 프로펠러 날개 프로파일에 의하여, 상기 회전자의 동작에 의해 또는 기체 매질 혹은 액체 매질의 유동 동작에 의해 상기 프로펠러 날개 프로파일의 상부에서 저압 작용이 생성됨으로써, 상기와 같은 유형의 회전자는 액체 매질용 회전기에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 기체 매질용 회전기에도 사용될 수 있다는 것이다. 압력 작용 또는 흡인 작용이 주변을 둘러싸는 밀봉 챔버의 형성에 의해서 발생하지 않기 때문에, 바람직하게는 고체와 혼합된 매질도 이송될 수 있으며, 그 결과 상기와 같은 유형의 회전자는 재료 또는 분산액의 연속 이송에도 매우 적합하다.

본 발명의 또 다른 장점은, 유동에 유리한 프로펠러 날개 프로파일에 의하여 사용된 매질 내에서는 단지 약간의 와류만이 발생하고, 지지부 외부에서는 고정자 또는 다른 회전자 부분과의 접촉이 전혀 발생하지 않음으로써, 결과적으로 상기와 같은 유형의 회전자가 장착된 회전기는 특히 소음 없이 동작하고, 유동 손실 또는 마찰 손실도 거의 야기하지 않는다는 것이다. 본 발명에 따른 회전자는 내부가 중공형이고, 단지 한 측면에서의 평탄한 프로펠러 날개 프로파일에 의해서만 압력차가 발생하기 때문에, 상기 회전자는 경량으로 제조될 수 있으며, 그 결과 단지 소량의 질량만 가속되면 되고, 그럼으로써 바람직하게는 전체적으로 볼 때 적은 마찰 및 적은 난류와 관련해서도 효율이 높은 회전기를 얻을 수 있다.

적은 회전자 질량 및 전반적으로 대칭인 형상 그리고 중심 회전에 의해 원심력 작용도 낮게 형성됨으로써, 결과적으로 상기와 같은 유형의 회전자는 바람직하게 고속으로 구동될 수 있다. 그럼으로써 유동 속도가 빨라짐에 따라 압력차도 증가할 수 있으며, 이와 더불어 바람직하게는 제공된 기체 매질 또는 액체 매질 또는 상기 매질 안에 함유된 고체의 이송 용량도 동시에 높아질 수 있다.

상기와 같은 방식으로 본 발명에 따라 형성된 회전자 측면에서 발생하는 압력차는 거의 회전수에 비례하여 증가하기 때문에, 회전자 회전수가 동일하게 유지되는 경우에는 바람직하게 압력 변동 또는 용적 변동이 거의 나타나지 않을 수 있다. 측면에 형성된 프로펠러 날개 프로파일에 의하여, 회전자가 구동된 상태에서는 계속해서 매질의 주변 압력에 의존하지 않는 압력차가 형성됨으로써, 결과적으로 바람직하게는 밀도가 높은 기체 매질의 이송 또는 압력이 정지된 심해로부터 표면으로의 액체 펌핑도 가능해진다.

본 발명에 따른 회전자 및 상기 회전자가 장착된 회전기는 이송 또는 압력 형성의 목적으로 구동된 상태에서 이용될 수 있을 뿐만 아니라, 압력에 의해서 움직이는 매질을 유동에 알맞게 흡입하는 경우에 바람직하게는 수력 또는 풍력으로부터 예를 들어 전류와 같은 에너지를 발생시키기 위한 회전수를 형성할 목적으로도 활용될 수 있다.

본 발명에 따른 회전자가 다단(multi-stage) 방식으로 형성된 경우 그리고 이와 같은 회전자가 장착된 회전기의 경우에, 상기 회전자의 단이 축 방향으로 형성되고 유량이 일정하게 유지되면 바람직하게 더 높은 압력이 발생할 수 있거나, 또는 측면의 융기 현상으로 인해 상기 회전자의 단이 동축으로 형성되고 압력차가 일정하게 유지되면 바람직하게 더 많은 유량도 이송될 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참조하여 아래에서 상세하게 설명된다.

도 1은 하나의 단으로 구성된 펌프 회전자를 구비한 펌프의 사시도고;

도 2는 도 1과 같은 펌프 회전자를 구비한 펌프의 정면도며;

도 3은 도 1과 같은 펌프 회전자를 구비한 펌프의 평면도고;

도 4는 도 1과 같은 펌프 회전자를 위한 블레이드 휠의 박막 링이며;

도 5는 도 1과 같은 펌프 회전자를 위한 블레이드 휠의 박막 소자들의 배열 상태를 도시한 개략도고;

도 6은 다단 방식으로 구성된 펌프 회전자를 구비한 펌프의 단면도며;

도 7은 구동 터빈의 단면도다.

도면부의 도 1에는 하나의 단으로 구성된 중공 회전자(2)를 펌프 회전자로 구비하는 펌프(1)가 회전기로서 사시도로 도시되어 있으며, 상기 회전자는 외부 측면(4)에 아홉 개의 프로펠러 날개 프로파일 소자(3)를 가지며, 상기 프로펠러 날개 프로파일 소자들 사이에는 내부 중공부(6)로 통하는 관통 개구(5)가 배치되어 있다.

도면에 도시된 펌프(1)에서는 바람직하게 액체 매질인 물에 의해서 구동되는 실시예가 다루어진다. 펌프(1)는 실질적으로 고정자로서 기능을 하는 고정식 하우징(7)으로 이루어지며, 상기 하우징 안에는 펌프 회전자(2)가 배치되어 있다. 회전자는 하우징(7) 안에서 두 개의 지지부(8) 안에 회전 가능하게 지지가 되어 있고, 중앙에 샤프트(9)를 가지며, 상기 샤프트는 도면에 도시되지 않은 구동 모터(9)에 연결되어 있다. 하우징(7)은 실질적으로 실린더 모양으로 형성되었고, 외부 측면에 펌핑할 물을 배출하기 위한 배출 개구(11)를 갖는다. 하우징(7)의 좌측 정면 또는 측면에는 펌핑할 물을 공동부(6)로 유입시키기 위하여 유입 개구(10)가 제공되어 있으며, 상기 유입 개구는 도면에 도시되지 않은 공급 라인에 연결될 수 있다. 상기 유입 개구(10)는 회전자(2)의 중공부(6)에 연결되어 있고, 상기 중공부와 함께 유입 챔버(12)를 형성한다. 상기와 같은 유형의 펌프(1)에 의해서는 기본적으로 예컨대 물, 오일 등과 같은 모든 액체 매질뿐만 아니라 예컨대 분산액과 같이 고체와 혼합된 모든 유체도 이송될 수 있다.

도면부의 도 2에는 전술된 펌프(1)가 정면도로 도시되어 있으며, 본 도면에서는 회전자(2)의 배열 상태 및 형상도 상세하게 볼 수 있다. 본 도면에서 회전자(2)는 실질적으로 원통형의 블레이드 휠(20)로 이루어지고, 상기 블레이드 휠은 내부에 원통형의 중공부(6)를 가지며, 상기 중공부는 도면에 도시된 펌프(1)에서는 유입 챔버(12)를 형성한다. 회전자(2)의 외부 측면(4)에는 아홉 개의 볼록한 융기부(3)가 동일한 각도로 분배 배치되어 있고, 상기 융기부들은 회전자(2)의 외부 접선(tangential) 측면(4)에서 축 방향으로 뻗는 프로펠러 날개 프로파일을 형성한다. 회전자(2)가 자체 외부 접선 측면(4)에 다수의 프로펠러 날개 프로파일 소 자(3) - 이 프로펠러 날개 프로파일 소자들은 베르누이 효과에 따른 회전시 예컨대 공기와 같은 기체 매질 내에서도 저압 영역을 형성한다 - 를 구비하기 때문에, 모든 기체 매질 그리고 재료가 산재된 기체 매질도 이송, 압축 또는 흡입될 수 있다.

프로펠러 날개 프로파일(3)의 단부 영역에는 내부에 있는 공동부(6)로 통하는 또는 펌프(1)의 유입 챔버(12)로 통하는 관통 개구(5)가 제공되어 있으며, 상기 유입 챔버 안에는 예를 들어 물과 같은 펌핑될 매질이 존재한다. 펌프(1)의 축 방향 형상은 도면부의 도 3에 상세하게 평면도로 도시되어 있다. 도면부의 도 3에서는 회전자(2)가 축 방향으로 박막 형태로 구성되어 있음을 알 수 있다. 상기 박막들은 프로펠러 날개 프로파일(3) 때문에 바람직하게는 레이저에 의해서 평탄한 시트로부터 절단되거나 또는 천공되었다. 이 경우 회전자(2)는 주로 박막 링(13) 그리고 블레이드 휠(20)을 형성하는 박막 소자 배열체로 이루어진다.

박막 링(13)은 도면부의 도 4에 도시되어 있고, 박막 소자(14)는 도면부의 도 5에 상세하게 도시되어 있으며, 상기 박막 링 및 박막 소자는 축 방향 박막 패킷으로서 접선 측면(4)과 함께 블레이드 휠(20)을 형성한다. 도면부의 도 3에 도시된 회전자(1)는 세 개의 박막 소자(14) 배열체로 이루어지며, 상기 박막 소자들의 외부 측면에는 박막 링(13)이 각각 하나씩 고정되어 있다. 이 경우 박막 링(13)은 바람직하게 평탄한 강철판으로 이루어지고, 상기 강철판은 물을 함유한 유체를 위해 부식 방지되었거나 또는 녹이 없는 특수강으로 이루어진다. 상기 박막 링(13) 및 박막 소자(14)는 대부분 사용된 매질에 따라 다른 금속, 경질의 플라스틱, 합성 섬유 콤파운드 패브릭 또는 세라믹으로도 이루어질 수 있는 동일한 재 료로 이루어진다. 각각의 박막 링(13)은 내부에 예를 들어 직경이 250 mm이고 최소 외부 직경이 약 360 mm인 원형 보어(23)를 갖고 있다. 이 경우 상기 박막 링(13)은 바람직하게 각각 40 °의 동일한 형태의 아홉 개의 각(angle) 영역을 갖고, 상기 각 영역의 외부 접선 측면(4)에는 볼록한 융기부(19)가 각각 하나씩 배치되어 있으며, 상기 융기부는 회전 방향(18)과 반대로 완만하게 기울기가 감소함에 따라 출발 영역으로 변환되어 프로펠러 날개 프로파일(3)을 형성한다. 상기 볼록한 융기부(19)는 단부에 대하여 바람직하게는 약 45 mm의 융기부(19)를 갖고, 약 20 mm의 반경을 갖는다. 회전 방향(18)과 반대로 출발하는 하강 프로파일 영역(24)은 167 mm의 반경을 갖는 오목한 만곡부를 갖고, 약 70 mm의 길이로 연장된다. 따라서, 하강하는 오목한 출발 영역(24)을 갖는 상기 볼록한 융기부(19)는 측면(4)에서 비행기 프로펠러 날개 블레이드의 프로파일을 모방하고 있다. 이 경우 프로펠러 날개 프로파일(3)은 약간 상승하는 피크(25)에서 종료되는데, 상기 피크는 스포일러(spoiler)와 동일하게 작용하고, 파열 에지에서는 대체로 난류의 형성을 저지한다.

난류를 저지하는 피크(25) 다음에는 회전 방향(18)과 반대로 접선 방향으로 작용하는 직선 면이 이어지며, 상기 직선 면은 회전축(26)에 대하여 최소의 간격을 갖고, 약 5 mm의 길이에서 상기 회전축에 대하여 접선 방향으로 뻗는다. 상기 직선 면은 상기 관통 개구(5)를 축 방향으로 제한하고, 각각의 개별 프로펠러 날개 프로파일(3)을 회전자(2)의 접선 외부 측면(4)에서 종료시킨다. 이 경우 각각의 박막 링(13)은 바람직하게 동일한 각 영역 안에서 그리고 회전축(26)에 대하여 동 일한 간격으로 배치된 동일한 형태의 프로펠러 날개 프로파일(3)로부터 형성된다.

두 개의 외부 박막 링(13) 사이에는, 도면에 도시된 펌프 회전자(2)를 설명하기 위하여 각각 아홉 개의 박막 소자(14)로 구성된 세 개의 박막 층이 배치되어 있으며, 상기 박막 소자들은 자체 외부 방사형 에지에 마찬가지로 상기 박막 링(13)과 동일한 프로펠러 날개 프로파일(3)을 갖는다. 회전자(2)의 블레이드 휠(20)을 형성하기 위하여, 상기 개별 박막 소자(14)는 프로펠러 날개 프로파일(3)과 동일 평면에서 커버 동일하게 하나의 박막 링(13)에 연결되거나 또는 다른 박막 배열체에 연결되어 축 방향 블레이드 휠 또는 블레이드 휠 부분을 형성하며, 상기 축 방향 블레이드 휠 또는 블레이드 휠 부분은 자체 외부 접선 측면(4)에 축 방향으로 균일하게 정렬된 프로펠러 날개 프로파일(3)을 형성한다. 하지만 이때 상기 박막 소자들(14)은 접선 방향으로 상호 떨어져서 배치되어 있고, 전체적으로 박막 링(13)에 연결되어 있으며, 이 경우 상기 박막 소자들의 간격은 관통 개구(5)를 형성하고, 제공된 매질은 상기 관통 개구를 통해 내부에 있는 원통형 공동부(6)로부터 저압에 의해서 하강 프로펠러 날개 프로파일(3)을 따라 베르누이 효과에 의해 외부로 방출된다.

상기 관통 개구(5)를 유동에 유리하게 형성하기 위하여, 개별 박막 소자(14)는 자체 후방 영역에 볼록한 만곡부(15)를 갖고, 자체 전방 영역에는 오목한 만곡부(16)를 가지며, 상기 만곡부들은 회전 중에 대체로 와류 없는 관류 상태를 가능케 한다. 이 경우 상기 볼록한 만곡부(15)의 내부 에지는 마찬가지로 오목한 만곡부로 변환되며, 상기 오목한 만곡부는 예를 들어 125 mm인 상기 박막 링(13)의 보 어(23)의 반경에 상응한다. 그럼으로써, 회전자(2)는 내부에 축 방향으로 연속하는 원통형 공동부(6)를 유입 챔버(12)로서 형성한다.

블레이드 휠(20)을 구동 샤프트(9)와 고정하기 위하여 바람직하게는 도면에 도시되지 않은 별 모양의 연결 부재가 제공되며, 상기 연결 부재는 구동 샤프트(9)와 그리고 바람직하게는 적어도 하나의 박막 링(13)과 비틀림 없이 연결된다. 본 발명의 다른 한 실시예에서 프로펠러 날개 프로파일(3)은 또한 내부 접선 측면에도 배치될 수 있으며, 이 경우에는 회전자(2)가 외부에 원형의 측면(4)을 가짐으로써, 관류 방향으로 반전되고, 블레이드 휠(20) 또는 회전자(2)의 공동부(6) 안에 배출 챔버(21)가 형성된다.

펌프(1)를 작동시키기 위하여 회전자(2)가 사전에 결정된 회전수 및 회전 방향(18)으로 구동됨으로써, 외부 측면(4)에서는 회전 방향(18)으로 상기 볼록한 융기부(19) 뒤에 베르누이 효과에 따라 주변의 기체 매질 혹은 액체 매질에 대하여 저압 또는 압력차가 형성되며, 그 결과 매질은 압력이 더 높은 내부 공간(6)으로부터 외부로 방출된다. 이때 상기 압력차는 실질적으로 블레이드 휠(20)의 회전수 또는 주변 속도에 의존한다. 상기 압력차는, 파열 에지 또는 다른 난류 형성 소자에서 형성되는 와류가 이 와류로부터 상당한 역압(counter pressure)이 나타날 정도로 커질 때까지는 대략 선형으로 증가한다. 하지만 이와 같은 현상은 특히 상기 파열 에지를 바람직하게 형성함으로써 그리고 원형의 유입 챔버(12) 및 배출 챔버(21)를 형성함으로써 줄어들 수 있으며, 그 결과 적어도 10.000 U/min의 회전수에서는 선형의 압력 상승이 이루어지게 된다.

높은 압력차에 의해서는 또한 동시에 단위 시간당 관류량도 증가할 수 있으나, 상기 관류량은 관통 개구(5)의 횡단면에 의해서 제한된다. 그렇지만 관류량 또는 관류 용적은 간단한 방식으로 프로펠러 날개 프로파일(3)의 표면적을 확대시킴으로써도 증가할 수 있다. 기본적으로는, 회전자(2) 또는 블레이드 휠(20)의 주변에 있는 단 하나의 프로펠러 날개 프로파일(3)에 의해서도 이미 압력차는 형성될 수 있다. 관류량을 증가시키고 유동 비율을 개선하기 위하여 바람직하게는 아홉 개의 프로펠러 날개 프로파일(3)이 접선 외부 회전자 측면(4) 둘레에 원형으로 배치되었으며, 이 경우에는 더욱 적은 개수의 프로파일 면이 구현될 수도 있고, 더욱 많은 개수의 프로파일 면이 구현될 수도 있다. 적어도 하나의 프로펠러 날개 프로파일(3)을 갖는 방식의 회전자(2)는 원통형일 필요는 없으며, 오히려 압력차도 발생시킬 수 있는 구형 또는 원뿔 모양의 외부 측면(4)도 가질 수 있다. 이 경우 상기와 같은 유형의 회전자는 또한 폐쇄된 유입 챔버(12) 및 배출 챔버(21)도 필요로 하지 않는데, 그 이유는 하우징 부분 없이 기체 매질 또는 액체 매질 내부에서 이루어지는 회전 동작이 이미 배출 라인 또는 공급 라인에 의해서만 활용될 수 있는 압력차를 발생시키기 때문이며, 상기 배출 라인 또는 공급 라인은 상기 유입 챔버들(12) 또는 배출 챔버들(21) 중에 단 하나의 유입 챔버 또는 배출 챔버에만 연결되어야 한다. 이 경우 압력 보상의 활용 가능성은 실질적으로 회전기의 구조적인 형상을 결정한다. 따라서, 하나의 라인에 연결된 폐쇄된 유입 챔버를 구비한 회전기는 기체 매질을 위한 흡입 장치로서 또는 먼지 흡입기로서도 형성될 수 있다. 그와 달리 폐쇄된 배출 챔버(21)를 구비한 회전자(2)는 바람직하게 기체 매질을 위 한 컴프레서 혹은 송풍기로서 사용될 수 있거나 또는 액체 매질을 이송하기 위한 혹은 액체 매질의 압력을 보상하기 위한 펌프로서 사용될 수 있다. 하지만 상기와 같은 유형의 회전자(2)는 또한 주변 매체의 압력차가 존재하는 경우에는 회전수를 형성할 목적으로 이용될 수 있고, 물의 양이 차이가 나거나 또는 기압차가 존재하는 경우에는 에너지를 발생시킬 목적으로도 이용될 수 있다.

도면부의 도 6에 도시된 본 발명의 한 특별한 실시예에서는 다수의 블레이드 휠(20)이 축 방향으로 나란히 배치되어 있고, 별도의 배출 챔버(21)에 의해서 서로 분리되어 있다. 이 경우 도면에 도시된 네 개의 블레이드 휠(20)은 하나의 공통된 구동 샤프트(9) 상에 배치되어 있으며, 상기 구동 샤프트는 고정자 그리고 하우징 부분에 있는 두 개의 지지부(8) 안에 지지가 되어 있다. 모든 블레이드 휠(20)은 다수 개의 부품으로 구성된 하우징(7)에 의해서 둘러싸여 있으며, 상기 하우징은 세 개의 중간 벽(22)을 갖고, 상기 중간 벽에 의해서 네 개의 배출 챔버(21)를 형성하며, 상기 배출 챔버 안에는 동일한 형태의 블레이드 휠(20)이 각각 하나씩 회전 가능하게 배치되어 있다.

도 6에서 각각의 블레이드 휠은 도면부의 도 1 내지 도 5에 도시된 블레이드 휠(20)과 동일하게 형성되었고, 기본적으로 외부 측면(4)에 배치된 아홉 개의 프로펠러 날개 프로파일(3)로 이루어지며, 상기 프로펠러 날개 프로파일들 사이에는 내부 공동부(6)로 통하는 관통 개구(5)가 제공되어 있다. 제 1 블레이드 휠(20)의 경우에는 하우징(7)의 외부 영역에 대한 제 1 유입 개구(10)가 환형 리세스로서 제공되었으며, 상기 환형 리세스는 유입 챔버(12)로서의 기능을 하는 상기 제 1 블레 이드 휠(20)의 공동부(6)에 대한 결합을 만들어준다. 상기 제 1 유입 개구(10)에 기체 매질 또는 액체 매질이 공급됨으로써, 상기 매질은 공동부(6)로서 형성된 상기 제 1 블레이드 휠(20)의 제 1 유입 챔버(12) 안에 도달하게 된다. 회전자(2)가 사전에 결정된 회전수도 구동되면, 관통 개구(5) 영역에 있는 프로펠러 날개 프로파일(3)에서 압력차가 생성됨으로써, 매질은 외부로 상기 블레이드 휠(20)을 둘러싸는 제 1 배출 챔버(21) 안으로 흡입된다. 그럼으로써 상기 배출 챔버(21) 안에서는 압력 상승이 이루어지는데, 이와 같은 압력 상승은 제 2 블레이드 휠(28)의 공동부 또는 유입 챔버 안에 있는 제 2 유입 개구(27)에 의해서 야기된다. 상기와 같은 회전하는 제 2 블레이드 휠(28)에 의해서도 재차 압력차가 발생함으로써, 결과적으로 매질은 압력 상승에 의해 제 2 배출 챔버(29) 내부에 도달하게 된다. 상기 제 2 배출 챔버(29) 안에도 제 3 블레이드 휠로 통하는 유입 개구가 제공되어 있기 때문에, 후속하는 두 개의 배출 챔버 안에서 각각 동일한 크기의 압력 상승이 부가적으로 이루어짐으로써, 결과적으로 상기와 같이 네 개의 단으로 구성된 펌프는 단 하나의 블레이드 휠(20)을 구비하여 하나의 단으로 구성된 펌프(1)의 경우보다 네 배 더 높은 압력 상승을 야기하게 된다. 회전기로서 기능을 하는 상기와 같은 다단 방식의 펌프에는 다수의 압력 상승 단이 설치될 수 있음으로써, 결국 사전에 결정된 회전수에 따라 거의 임의의 압력 상승이 만들어질 수 있게 된다.

회전기로서 기능을 하는 상기와 같은 다단 방식의 펌프에서는 또한 다수 개의 단이 방사 방향으로 형성될 수도 있다. 이 목적을 위하여 상이한 크기의 외부 직경을 갖는 다수의 블레이드 휠(20)이 동축으로 상호 결합된 상태로 배치되고, 하 나의 공통된 구동 샤프트(9)에 의하여 회전 동작으로 변위된다. 상기와 같이 동축으로 구성된 회전기에 의해서는 매우 높은 압력이 발생할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 프로펠러 날개 프로파일의 작용 표면적을 확대시킴으로써 또한 단위 시간당 이송되는 관류 용적도 증가하게 된다.

도면부의 도 7에는 본 발명의 추가의 한 특별한 실시예가 도시되어 있으며, 상기 추가의 실시예는 바람직하게 액체 매질을 위한 구동 터빈을 보여주고 있다. 본 실시예에는 하나의 단으로 구성된 원통형 회전자가 제공되어 있고, 상기 회전자의 외부 측면에는 프로펠러 날개 프로파일(3) 그리고 상기 회전자의 공동부로 통하는 관통 개구(5)가 존재하며, 상기 공동부는 실린더 모양의 하우징(7) 안에 배치되어 있다. 하우징(7)은 자체 축 방향 한 단부에는 유입 개구(10)를 포함하고, 다른 축 방향 단부에는 병목 형태로 형성된 배출 개구(11)를 포함한다. 하우징(7) 안에 배치된 회전자(2)는 자체 유입 개구(10)에 의해서 샤프트(9)를 통해 구동되며, 상기 샤프트에 의해서는 바람직하게 예컨대 물과 같은 액체 매질도 공급된다. 회전 동작에 의해 물이 배출 챔버(21)로서 기능을 하는 주변을 둘러싸는 하우징 안으로 흡입됨으로써, 상기 배출 챔버 안에서는 초과 압력이 생성되고, 상기 초과 압력은 유동에 유리하게 좁은 병목 형상의 배출 개구(11)로부터 주변에 있는 매질 안으로 방출된다. 상기 배출 개구(11)의 구동 회전수 및 횡단면에 따라, 물이 규정된 방출 속도로 주변 물 안으로 흘러들어감으로써, 터빈 형태의 반동 작용이 발생하게 된다. 이와 같은 반동 작용에 의해서는 바람직하게 선박이 구동될 수 있거나 또는 유체가 고압에 의해서 방향에 따라 동일한 형태의 매질 안으로 또는 다른 형태의 매질 안으로 방출될 수 있다.

Claims (20)

1. 기체 매질 또는 액체 매질 안에서 순환하고, 적어도 하나의 측면(4)에 압력차를 형성하기 위한 적어도 하나의 볼록한 융기부(9)를 갖는 프로파일(3)이 제공된, 회전기용 회전자에 있어서,

   상기 볼록한 융기부(19)는 프로펠러 날개 프로파일(3)과 동일한 형상으로 형성되며,

   상기 회전자(2)는 내부에 축 방향 공동부(6)를 갖고, 매질을 공급 또는 배출하기 위한 적어도 하나의 챔버(12, 21)에 연결되어 있으며,

   상기 공동부(6)와 상기 외부 측면(4) 사이에서 상기 프로펠러 날개 프로파일(3)의 영역에는 적어도 하나의 관통 개구(5)가 제공된 것을 특징으로 하는, 회전기용 회전자.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 회전자는 적어도 하나의 블레이드 휠(20) 및 상기 블레이드 휠에 비틀림 없이 연결된 샤프트(9)를 포함하며, 상기 샤프트는 고정자(7) 안에 회전 가능하게 지지가 될 수 있는 것을 특징으로 하는, 회전기용 회전자.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 블레이드 휠(20)은 실질적으로 실린더 모양으로 형성되고, 내부에 실린 더 모양의 공동부(6)를 가지며,

   상기 프로펠러 날개 프로파일(3)은 상기 외부 측면(4)에 배치되거나 또는 내부 측면에 배치되는 것을 특징으로 하는, 회전기용 회전자.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   적어도 하나의 프로펠러 날개 프로파일(3)이 축 방향으로 그리고 접선 방향으로 상기 블레이드 휠(20)의 한 측면(4)에 배치되어 있으며,

   상기 프로펠러 날개 프로파일(3)은 적어도 하나의 볼록한 방사형 융기부(19)를 포함하고, 상기 융기부는 회전 방향(18)과 반대로 길게 늘어진 하강하는 출발 영역(24)으로 변환되며,

   상기 출발 영역의 회전 축(26)에 대한 간격은 외부 측면(4)에서는 줄어들고, 내부 측면에서는 증가하며,

   상기 출발 영역의 단부 영역 상에 또는 단부 영역 안에는 내부 공동부(6)로 통하는 적어도 하나의 관통 개구(5)가 배치된 것을 특징으로 하는, 회전기용 회전자.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 블레이드 휠(20)은 금속 재료, 플라스틱 재료, 유리 섬유 콤파운드 패브릭 또는 세라믹 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 회전기용 회전자.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 블레이드 휠(20)은 박막 형태로 구성되었고,

   상기 블레이드 휠(20)은 적어도 하나의 프로펠러 날개 프로파일(3)을 갖는 적어도 하나의 박막 링(13), 그리고 축 방향으로 동일한 평면에서 상호 연결된 적어도 하나의 박막 소자(14) 및 하나의 프로펠러 날개 프로파일(3)로 구성된 배열체로 이루어지며,

   상기 박막 소자들(14)이 접선 방향으로 상호 멀리 떨어져 있음으로써, 적어도 하나의 관통 개구(5)가 형성되는 것을 특징으로 하는, 회전기용 회전자.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 볼록한 융기부(9)는 사전에 결정된 반경을 갖는 부분 원형 면이고,

   상기 부분 원형 면은 회전 방향(18)과 반대로 상기 하강 출발 영역(24)으로 변환되며,

   상기 출발 영역은 직선이고, 약간 볼록하게 또는 약간 오목하게 뻗으며, 상기 영역 안에 또는 상기 영역의 단부에 관통 개구(5)가 배치된 것을 특징으로 하는, 회전기용 회전자.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 하강하는 출발 영역(24)은 약간 오목하게 형성되었고, 상기 출발 영역의 단부에는 방사형 외부로 향하는 피크(25)가 파열 에지로서 스포일러(spoiler) 형태로 배치된 것을 특징으로 하는, 회전기용 회전자.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 블레이드 휠(20)은 축 방향으로 다수 개의 단으로 형성되었으며,

   상기 회전 축(36)의 방향으로 축을 따라 연이어서 다수의 이격된 블레이드 휠 부분들(20, 28)이 배치되어 있고, 상기 블레이드 휠 부분들은 각각 별도의 블레이드 휠(20, 28)로서 작용하며,

   상기 블레이드 휠 부분들은 상호 간에 또는 샤프트(9)에 비틀림 없이 연결된 것을 특징으로 하는, 회전기용 회전자.
10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 블레이드 휠(20)은 방사 방향으로 다수 개의 단으로 형성되었으며,

    상이한 직경을 갖는 다수 개의 블레이드 휠(20)은 동축으로 서로 결합된 상태로 그리고 상기 회전 축(36)에 대하여 대칭으로 배치되어 있고, 상호 간에 그리고/또는 샤프트(9)에 비틀림 없이 연결된 것을 특징으로 하는, 회전기용 회전자.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 회전자를 구비한 회전기에 있어서,

    상기 회전기는 고정자로서 하우징(7)을 포함하고, 상기 하우징 안에는 회전자가 지지가 되어 있으며,

    상기 하우징은 회전자(2)의 외부 측면(4)과 함께 그리고/또는 내부 측면과 함께 적어도 하나의 챔버(12, 21)를 형성하며,

    상기 챔버는 회전시 주변에 있는 기체 매질 또는 액체 매질에 대하여 압력차를 갖는 것을 특징으로 하는, 회전기.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 하우징(7)은 매질이 그 내부에 공급되는 챔버로서는 유입 챔버(12)를 형성하고, 매질이 그 내부에서 방출되는 챔버로서는 배출 챔버(21)를 형성하는 것을 특징으로 하는, 회전기.
13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,

    상기 회전기는 적어도 하나의 회전자(2)를 포함하고,

    상기 회전자의 외부 측면(4)은 하우징 부분(7)에 의해서 둘러싸여 있으며,

    상기 회전자는 상기 하우징 부분과 함께 회전자(2)에서 유입 챔버(12) 또는 배출 챔버(21)를 형성하고, 적어도 하나의 유입 개구(10) 및/또는 배출 개구(11)를 갖는 것을 특징으로 하는, 회전기.
14. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,

    상기 회전기는 적어도 하나의 회전자(2)를 포함하고,

    상기 회전자의 내부 공동부(6)는 적어도 하나의 하우징 부분(7)에 의해서 덮 여 있으며,

    상기 회전자는 상기 공동부(6)와 함께 유입 챔버(12) 또는 배출 챔버(21)를 형성하고, 적어도 하나의 유입 개구(10) 및/또는 배출 개구(11)를 갖는 것을 특징으로 하는, 회전기.
15. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 회전기는 적어도 하나의 유입 챔버(12) 및 배출 챔버(21)를 포함하며,

    각각의 챔버(12, 21)가 하나의 유입 개구(10) 또는 배출 개구(11)를 갖는 것을 특징으로 하는, 회전기.
16. 제 11 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 회전기는 축 방향으로 다수 개의 단으로 구성된 블레이드 휠(20, 28)을 갖는 적어도 하나의 회전자(2)를 포함하며,

    상기 블레이드 휠의 외부 측면(4)은 하나의 별도의 하우징 부분(7, 22)에 의해서 둘러싸여 있으며,

    상기 별도의 하우징 부분들은 추가의 블레이드 휠 부분(28)을 갖춘 후속 단으로 통하는 유입 개구(27)를 각각 하나씩 갖거나 또는 하나의 유입 개구(10) 또는 배출 개구(11)를 갖는 것을 특징으로 하는, 회전기.
17. 제 11 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 회전기는 방사 방향으로 다수 개의 단으로 구성된 블레이드 휠을 갖는 적어도 하나의 회전자(2)를 포함하며,

    상기 블레이드 휠은 하나의 공통된 하우징 부분(7)에 의해서 둘러싸여 있고 그리고/또는 상기 블레이드 휠의 공동부(6)는 적어도 하나의 하우징 부분(7)에 의해서 덮여 있으며,

    적어도 하나의 하우징 부분(7)에는 하나의 유입 개구(10) 또는 배출 개구(11)가 제공된 것을 특징으로 하는, 회전기.
18. 제 11 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 회전기는 구동 터빈으로서 형성되었고, 블레이드 휠(20)을 갖는 적어도 하나의 회전자(2)를 포함하며,

    상기 블레이드 휠은 실린더 모양의 하우징 부분(7)에 의해서 둘러싸여 있고, 상기 회전자(2)를 감싸며,

    상기 블레이드 휠은 기체 매질 또는 액체 매질을 공급하기 위한 그리고 샤프트(9)를 삽입하기 위한 축 방향 유입 개구(10)를 포함하고, 상기 블레이드 휠의 마주 놓인 축 방향 단부에 병목 형상의 배출 개구(11)를 갖는 것을 특징으로 하는, 회전기.
19. 제 11 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 회전기는 펌프, 컴프레서, 콘덴서, 터빈, 터보 기계 또는 압력 중화 장 치로 형성된 것을 특징으로 하는, 회전기.
20. 제 11 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 회전기는 기체 매질 또는 액체 매질을 사용하여 회전수를 형성할 목적으로 형성되었고, 압력에 의해서 움직이는 상기 기체 매질 또는 액체 매질을 방향에 따라 공급하기 위한 적어도 하나의 유입 챔버(12)를 포함하며,

    상기 유입 챔버는 유동 방향이 상기 회전 가능하게 지지가 된 회전자(2)의 볼록한 융기부(19)를 향하도록 형성된 것을 특징으로 하는, 회전기.

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