KR20100100240A

KR20100100240A - 인렛 가이드 베인을 구비한 기체 압축기

Info

Publication number: KR20100100240A
Application number: KR1020090019012A
Authority: KR
Inventors: 정규옥; 정현욱; 정진욱
Original assignee: 주식회사 에어젠
Priority date: 2009-03-05
Filing date: 2009-03-05
Publication date: 2010-09-15

Abstract

본 발명은 기체 압축기에 관한 것으로, ⅰ) 흡입관으로부터 기체를 제공받아 압축하는 임펠러, 및 ⅱ) 흡입관에 설치되어 임펠러의 유입 유량을 제어하는 인렛 가이드 베인을 포함한다. 인렛 가이드 베인은, ⅰ) 복수의 베인, ⅱ) 복수의 베인 각각에 연결되는 복수의 베인 축, 및 ⅲ) 복수의 베인 축과 결합되어 복수의 베인 축을 동시에 구동시키며, 복수의 베인 각각의 회전각을 조절하여 흡입관의 유로를 개폐시키는 베인 구동부를 포함한다.

이러한 본 발명은 베인 구동부의 기구적인 구성을 단순화하고, 높은 정밀도로 베인의 회전각을 제어하며, 기체 압축기의 전체 무게를 줄일 수 있다.

기체압축기, 흡입관, 임펠러, 인렛 가이드 베인, 링부재, 링회동부

Description

인렛 가이드 베인을 구비한 기체 압축기 {GAS COMPRESSOR PROVIDED WITH INLET GUIDE VANE}

본 발명은 기체 압축기에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 흡입 유로에 회전 가능하게 설치되어 회전 각도에 따라 임펠러로 유입되는 기체의 유량을 조절하는 인렛 가이드 베인(inlet guide vane)에 관한 것이다.

통상의 기체 압축기는 기체를 흡입하는 흡입관, 회전축을 중심으로 고속으로 회전하는 임펠러, 임펠러의 출구와 연결된 디퓨저(diffuser, 확대 유로), 디퓨저에서 토출된 압축 기체를 배출하는 배출관을 포함한다.

흡입관의 내부에는 흡입관의 유로를 개폐시켜 임펠러로 유입되는 기체의 유량을 조절하기 위한 인렛 가이드 베인이 설치된다. 임펠러는 인렛 가이드 베인을 거쳐 흡입된 기체를 가속 및 압축시키며, 디퓨저는 소음을 저감시키고 송풍 효율을 높이면서 임펠러에서 토출된 고속 고압의 기체를 감속시킨다.

본 발명은 인렛 가이드 베인에서 베인의 회전 각도를 조절하는 구동부의 기구적인 구성을 단순화하고, 전체 무게를 줄이며, 제어 정밀도를 높일 수 있는 인렛 가이드 베인을 구비한 기체 압축기를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 기체 압축기는, ⅰ) 흡입관으로부터 기체를 제공받아 압축하는 임펠러, 및 ⅱ) 흡입관에 설치되어 임펠러의 유입 유량을 제어하는 인렛 가이드 베인을 포함한다. 인렛 가이드 베인은, ⅰ) 복수의 베인, ⅱ) 복수의 베인 각각에 연결되는 복수의 베인 축, 및 ⅲ) 복수의 베인 축과 결합되어 복수의 베인 축을 동시에 구동시키며, 복수의 베인 각각의 회전각을 조절하여 흡입관의 유로를 개폐시키는 베인 구동부를 포함한다.

베인 구동부는 복수의 베인 축 각각에 결합되는 복수의 볼 링크와, 복수의 볼 링크를 일체로 결합시키는 링 부재와, 링 부재에 결합되어 링 부재를 회전시키는 링 회동부를 포함할 수 있다.

볼 링크는 베인 축의 내부에서 회전 및 슬라이드 가능하게 결합되는 볼과, 볼과 연결되며 링 부재에 고정되는 지지부를 포함할 수 있다. 베인 축은 반경 방향을 따라 베인 축을 관통하는 관통 홀을 형성할 수 있으며, 볼 링크의 볼은 관통 홀에 위치할 수 있다.

다른 한편으로, 볼 링크는 링 부재의 내부에서 회전 및 슬라이드 가능하게 결합되는 볼과, 볼에 연결되며 베인 축에 고정되는 지지부를 포함할 수 있다. 링 부재는 임펠러의 회전축 방향을 따라 링 부재를 관통하는 관통 홀을 형성할 수 있으며, 볼 링크의 볼은 관통 홀에 위치할 수 있다.

링 회동부는 레버와 연결되어 레버 동작에 의해 회전하는 캠 부재와, 캠 부재와 링 부재 사이에 설치되는 링크 부재를 포함할 수 있으며, 링크 부재의 일단은 캠 부재의 회전 중심과 이격된 위치에 설치될 수 있다.

링크 부재는 캠 부재에 고정되는 제1 고정볼과, 제1 고정볼에 결합되는 제1 볼 조인트와, 링 부재의 외주면에 고정되는 제2 고정볼과, 제2 고정볼에 결합되는 제2 볼 조인트와, 제1 볼 조인트와 제2 볼 조인트를 연결하는 연결축을 포함할 수 있다.

베인 구동부는 복수의 볼 링크 가운데 이웃한 2개의 볼 링크 사이에서 볼 링크와 거리를 두고 링 부재에 고정되는 한 쌍의 스톱 바를 더욱 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 기체 압축기는 베인의 회전각을 변화시키는 베인 구동부의 기구적인 구성을 단순화하고, 전체 무게를 줄이며, 높은 정밀도로 베인의 회전각을 제어하여 임펠러의 유입 유량을 정밀하게 조절할 수 있다. 또한, 본 발명에 의한 기체 압축기는 링 부재에 고정된 스톱 바의 작용으로 링 부재의 회전량을 제한하여 베인 구동부의 오작동을 방지할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속 하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 압축기의 부분 단면도이다.

도 1을 참고하면, 본 실시예의 기체 압축기는 흡입관(10), 인렛 가이드 베인(20), 임펠러(11), 및 배출관(12)을 포함한다.

임펠러(11)를 지지하는 회전축(13)은 도시하지 않은 모터의 회전자와 결합되어 모터 작동시 회전축(13)과 임펠러(11)가 고속으로 회전한다. 임펠러(11)는 흡입관(10)으로부터 기체를 제공받으며, 고속 회전에 의해 흡입된 기체를 가속 및 압축시킨 후 디퓨저 통로(14)와 배출관(12)을 통해 외부로 배출시킨다.

임펠러(11)에 기체가 유입되는 부분이 임펠러 입구가 되고, 임펠러(11)를 통과한 기체가 배출되는 부분이 임펠러 출구가 된다. 도 1에서 임펠러 입구로 유입되는 기체의 이동 방향과, 임펠러 출구로부터 배출된 기체의 이동 방향을 화살표로 나타내었다. 그리고 도 1에서는 임펠러(11)와 회전축(13)이 수평 방향으로 설치된 경우를 도시하였지만, 임펠러(11)와 회전축(13)의 설치 방향은 도시한 예에 한정되지 않는다.

인렛 가이드 베인(20)은 임펠러(11)로 기체가 유입되는 통로인 흡입관(10)에 설치되며, 흡입 유로의 개폐 정도를 조절하여 임펠러(11)의 흡입 유량을 제어하는 역할을 한다. 인렛 가이드 베인(20)은 베인(21) 및 베인 축(22)을 포함하는 베인부(23)와, 베인부(23)를 구동시키는 베인 구동부(24)를 포함한다.

흡입관(10)의 외주면에는 고리 모양의 제1 플랜지(15)와 제2 플랜지(16)가 서로 이웃하게 형성된다. 제1 플랜지(15)는 제2 플랜지(16)보다 큰 폭을 갖도록 형성되며, 제2 플랜지(16)는 제1 플랜지(15)보다 임펠러(11)에 가깝게 위치한다. 배출관(12)의 외벽과 제1, 2 플랜지(15, 16) 사이에 소정의 공간이 형성된다.

베인(21)은 흡입관(10)의 내부에 위치하고, 베인(21)을 지지하는 베인 축(22)은 흡입관(10)의 제2 플랜지(16)를 관통하며 위치한다. 이때, 베인 축(22)은 흡입관(10)에 회전 가능한 상태로 설치되며, 베인 축(22)의 단부가 제2 플랜지(16)의 바깥으로 돌출된다. 그리고 베인 구동부(24)는 흡입관(10)의 외부, 즉 배출관(12)과 제1, 2 플랜지(15, 16) 사이의 공간에 위치하고, 베인 축(22)의 단부와 결합된다.

도 2는 도 1에 도시한 기체 압축기의 구성에서 흡입관(10)과 인렛 가이드 베인(20)을 우측에서 바라본 사시도이고, 도 3은 도 1에 도시한 기체 압축기의 구성에서 흡입관(10)과 인렛 가이드 베인(20)을 좌측에서 바라본 사시도이다.

도 2와 도 3을 참고하면, 복수의 베인(21)은 흡입관(10)의 단면을 복수개로 등분한 형상으로 이루어진다. 따라서 흡입관(10)의 단면이 원형일 때, 각각의 베인(21)은 부채 모양으로 형성된다. 베인(21)과 베인 축(22)은 흡입관(10)의 원주 방향을 따라 등간격으로 배치된다.

베인(21)은 넓은 상, 하면과 좁은 측면을 포함한다. 베인(21)은 이웃한 베인(21)과 그 측면이 서로 마주하도록 위치할 때 흡입 유로를 닫아 밀폐시키고, 이웃한 베인(21)과 상, 하면이 서로 마주하도록 위치할 때 흡입 유로를 개방시키는 작용을 한다. 이러한 베인(21)의 위치 변화는 베인 축(22)의 회전을 통해 이루어지며, 베인 구동부(24)가 베인 축(22)을 회전시키기 위해 제공된다.

도 2와 도 3에서는 베인(21)의 개방 상태를 도시하였다. 그리고 도 2와 도 3에서는 일례로 7개의 베인(21)과 베인 축(22)을 도시하였으나, 베인(21)과 베인 축(22)의 개수는 도시한 예에 한정되지 않고 다양하게 변형 가능하다.

도 4는 도 3의 부분 확대도이다.

도 3과 도 4를 참고하면, 베인 구동부(24)는 복수의 베인 축(22) 각각에 결합되는 복수의 볼 링크(25)와, 볼 링크들(25)을 일체로 결합시키는 링 부재(26)와, 링 부재(26)와 결합되어 링 부재(26)를 회전시키는 링 회동부(30)를 포함한다.

도 5a와 도 5b는 도 4에 도시한 베인 구동부(24)의 구성에서 베인 축(22)과 볼 링크(25) 및 링 부재(26)를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 5a와 도 5b를 참고하면, 베인 축(22)은 제2 플랜지(15)의 외측으로 돌출된 단부에서 반경 방향을 따라 베인 축(22)을 관통하는 관통 홀(221)을 구비한다. 볼 링크(25)는 구형의 볼(251)과, 볼(251)에 연결되는 지지부(252)를 포함한다. 볼 링크(25)의 볼(251)은 베인 축(22)의 관통 홀(221)에 삽입되고, 볼 링크(25)의 지지부(252)는 링 부재(26)에 고정된다. 이때, 볼(251)과 관통 홀(221) 사이에는 소정의 갭이 존재하여 볼(251)이 관통 홀(221) 내부에서 회전 및 슬라이드 이동할 수 있는 여유를 제공한다.

복수의 볼 링크(25)는 복수의 베인 축(22) 각각에 대해 전술한 방식으로 결합하며, 링 부재(26)가 복수의 볼 링크(25)를 일체로 결합시킨다.

전술한 구조에서 링 부재(26)가 B 화살표 방향(도 4 및 도 5b 참조)으로 일정 각도 회전하면, 볼 링크(25)는 링 부재(26)의 원주 방향을 따라 이동하면서 관통 홀(221)의 측벽을 밀어 베인 축(22)을 B' 방향(도 5b 참조)으로 회전시킨다. 또한, 링 부재가 C 화살표 방향(도 4 및 도 5b 참조)으로 일정 각도 회전하면, 볼 링크(25)는 링 부재(26)의 원주 방향을 따라 이동하면서 관통 홀(221)의 측벽을 밀어 베인 축(22)을 C' 방향(도 5b 참조)으로 회전시킨다.

이 과정에서 볼 링크(25)의 볼(251)은 관통 홀(221)에서 회전함과 동시에 베인 축(22)의 회전 중심과 멀어지는 방향을 따라 슬라이드 이동한다. 이때, 지지부(252)가 관통 홀(221)의 측벽에 걸려 베인 축(22)의 회전을 방해하지 않도록 볼(251)을 향한 지지부(252)의 일단은 링 부재(26)에 고정되는 지지부(252)의 반대편 일단보다 작은 폭을 갖도록 형성된다.

한편, 상기에서는 볼 링크(25)의 볼(251)이 베인 축(22)에 결합되고, 지지부(252)가 링 부재(26)에 고정되는 구조를 설명하였으나, 그 반대의 경우 즉, 볼 링크(25)의 볼(251)이 링 부재(26)에 결합되고, 지지부(252)가 베인 축(22)에 고정되는 구조도 가능하다.

후자의 경우, 링 부재(26)는 임펠러(11)의 회전축(13) 방향(도 1의 A-A축 방향)을 따라 링 부재(26)를 관통하는 관통 홀(도시하지 않음)을 형성하며, 볼 링크(25)의 볼(251)이 소정의 갭을 두고 관통 홀에 삽입 결합된다. 후자의 경우에 있어서도 링 부재(26)의 회전과 볼 링크(25)의 이동으로 베인 축(22)이 회전하는 작용은 동일하게 이루어진다.

다시 도 4를 참고하면, 링 회동부(30)는 레버(31)와 결합되어 레버(31)의 동작에 따라 회전하는 캠 부재(32)와, 캠 부재(32)와 링 부재(26) 사이에 설치되는 링크 부재(40)를 포함한다. 이때, 링크 부재(40)의 일단은 캠 부재(32)의 회전 중심과 이격된 위치에 결합된다. 캠 부재(32)의 회전축(33)은 제1 플랜지(15)를 관통하며, 레버(31)가 제1 플랜지(15)의 외측에서 캠 부재(32)의 회전축(33)에 결합될 수 있다.

링크 부재(40)는 캠 부재(32)에 고정되는 제1 고정볼(41)과, 제1 고정볼(41)에 결합되는 제1 볼 조인트(42)와, 링 부재(26)의 외주면에 고정되는 제2 고정볼(43)과, 제2 고정볼(43)에 결합되는 제2 볼 조인트(44)와, 제1 볼 조인트(42)와 제2 볼 조인트(44)를 연결하는 연결축(45)을 포함한다. 제1, 2 고정볼(41, 43)에는 고정 부재(46)가 결합되어 제1, 2 볼 조인트(42, 44)가 제1, 2 고정볼(41, 43)로부터 이탈하지 않도록 한다.

전술한 구조에서 액츄에이터(도시하지 않음)의 작동으로 레버(31)가 B 화살표 방향으로 회전하면, 캠 부재(32) 또한 B 화살표 방향으로 회전하면서 링크 부재(40)를 끌어올린다. 따라서 링 부재(26)가 B 화살표 방향으로 회전하며, 전술한 볼 링크(25)의 작용으로 베인 축(22)을 회전시킨다.

한편, 레버(31)가 C 화살표 방향으로 회전하면, 캠 부재(32) 또한 C 화살표 방향으로 회전하면서 링크 부재(40)를 끌어내린다. 따라서 링 부재(26)가 C 화살표 방향으로 회전하고, 전술한 볼 링크(25)의 작용으로 베인 축(22)을 반대 방향으로 회전시킨다.

이때, 링 부재(26)에 고정된 한 쌍의 스톱 바(stop bar)(51, 52)를 통해 링 부재(26)의 회전량을 제한할 수 있다. 한 쌍의 스톱 바(51, 52)는 이웃한 2개의 볼 링크(25) 사이에서 볼 링크(25)와 동일한 거리를 두고 위치한다. 따라서 링 부재(26)가 B 화살표 방향으로 일정 각도 회전하면, 도 4를 기준으로 우측에 위치하는 스톱 바(51)가 우측의 베인 축(22)에 가로막혀 링 부재(26)의 회전을 제한한다. 또한, 링 부재(26)가 C 화살표 방향으로 일정 각도 회전하면, 좌측에 위치하는 스톱 바(52)가 좌측의 베인 축(22)에 가로막혀 링 부재(26)의 회전을 제한한다.

링 부재(26)의 최대 회전량은 스톱 바(51, 52)와 베인 축(22) 사이의 거리와 동일하며, 스톱 바(51, 52)의 위치 변경에 따라 링 부재(26)의 최대 회전량을 조절할 수 있다.

이와 같이 인렛 가이드 베인(20)은 레버(31)의 회전 방향과 회전 각도에 따라 베인(21)의 회전 방향과 회전 각도를 용이하게 제어할 수 있으며, 임펠러(11)의 유입 유량을 정밀하게 조절할 수 있다. 또한, 스톱 바(51, 52)의 작용으로 베인 구동부(24)의 오작동을 방지할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

도 2는 도 1에 도시한 기체 압축기의 구성에서 흡입관과 인렛 가이드 베인을 우측에서 바라본 사시도이다.

도 3은 도 1에 도시한 기체 압축기의 구성에서 흡입관과 인렛 가이드 베인을 좌측에서 바라본 사시도이다.

도 4는 도 3의 부분 확대도이다.

도 5a와 도 5b는 도 4에 도시한 베인 구동부의 구성에서 베인 축과 볼 링크 및 링 부재를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

Claims

흡입관으로부터 기체를 제공받아 압축하는 임펠러; 및

상기 흡입관에 설치되어 상기 임펠러의 유입 유량을 제어하는 인렛 가이드 베인을 포함하며,

상기 인렛 가이드 베인은,

복수의 베인;

상기 복수의 베인 각각에 연결되는 복수의 베인 축; 및

상기 복수의 베인 축과 결합되어 상기 복수의 베인 축을 동시에 구동시키며, 상기 복수의 베인 각각의 회전각을 조절하여 상기 흡입관의 유로를 개폐시키는 베인 구동부

를 포함하는 기체 압축기.
제1항에 있어서,

상기 베인 구동부는 상기 복수의 베인 축 각각에 결합되는 복수의 볼링크와, 상기 복수의 볼 링크를 일체로 결합시키는 링 부재와, 상기 링 부재에 결합되어 상기 링 부재를 회전시키는 링 회동부를 포함하는 기체 압축기.
제2항에 있어서,

상기 볼 링크는 상기 베인 축의 내부에서 회전 및 슬라이드 가능하게 결합되 는 구형의 볼과, 상기 볼에 연결되며 상기 링 부재에 고정되는 지지부를 포함하는 기체 압축기.
제3항에 있어서,

상기 베인 축은 반경 방향을 따라 상기 베인 축을 관통하는 관통 홀을 형성하고, 상기 볼 링크의 볼은 상기 관통 홀에 위치하는 기체 압축기.
제2항에 있어서,

상기 볼 링크는 상기 링 부재의 내부에서 회전 및 슬라이드 가능하게 결합되는 구형의 볼과, 상기 볼에 연결되며 상기 베인 축에 고정되는 지지부를 포함하는 기체 압축기.
제5항에 있어서,

상기 링 부재는 상기 임펠러의 회전축 방향을 따라 상기 링 부재를 관통하는 관통 홀을 형성하고, 상기 볼 링크의 볼은 상기 관통 홀에 위치하는 기체 압축기.
제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 링 회동부는 레버와 연결되어 상기 레버 동작에 의해 회전하는 캠 부재와, 상기 캠 부재와 상기 링 부재 사이에 설치되는 링크 부재를 포함하며, 상기 링크 부재의 일단은 상기 캠 부재의 회전 중심과 이격된 위치에 결합되는 기체 압축 기.
제7항에 있어서,

상기 링크 부재는 상기 캠 부재에 고정되는 제1 고정볼과, 상기 제1 고정볼에 결합되는 제1 볼 조인트와, 상기 링 부재의 외주면에 고정되는 제2 고정볼과, 상기 제2 고정볼에 결합되는 제2 볼 조인트와, 상기 제1 볼 조인트와 상기 제2 볼 조인트를 연결하는 연결축을 포함하는 기체 압축기.
제7항에 있어서,

상기 베인 구동부는 상기 복수의 볼 링크 가운데 이웃한 2개의 볼 링크 사이에서 상기 볼 링크와 거리를 두고 상기 링 부재에 고정되는 한 쌍의 스톱 바를 더욱 포함하는 기체 압축기.