KR20130098043A - 인렛 가이드 베인 어셈블리 - Google Patents

인렛 가이드 베인 어셈블리

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KR20130098043A
KR20130098043A KR1020120019834A KR20120019834A KR20130098043A KR 20130098043 A KR20130098043 A KR 20130098043A KR 1020120019834 A KR1020120019834 A KR 1020120019834A KR 20120019834 A KR20120019834 A KR 20120019834A KR 20130098043 A KR20130098043 A KR 20130098043A
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control ring
inlet guide
intake duct
guide vane
track roller
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이수창
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삼성테크윈 주식회사
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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Abstract

본 발명은 인렛 가이드 베인 어셈블리를 개시한다. 본 발명은, , 흡기 덕트에 형성되는 흡입홀을 개폐하도록 상기 흡입 덕트의 내면에 회전 가능하도록 설치되는 베인과, 상기 베인의 일단과 연결되어 상기 베인을 회동시켜 상기 베인의 각도를 조절하는 컨트롤 암과, 상기 흡기 덕트에 회전 가능하게 설치되는 컨트롤 링과, 상기 컨트롤 링과 상기 컨트롤 암을 연결하는 트랙롤러를 포함한다.

Description

인렛 가이드 베인 어셈블리{Inlet guide vane assembly}
본 발명은 인렛 가이드 베인 어셈블리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 작동 구조가 컴팩트한 인렛 가이드 베인 어셈블리에 관한 것이다.
인렛 가이드 베인 어셈블리는 흡기 덕트에 설치되어 흡기 덕트를 유동하는 유체의 양을 조절하는 장치이다. 특히 인렛 가이드 베인 어셈블리는 흐름의 변형 부분에서 박리 등으로 인하여 큰 소용돌이가 생기지 않도록 유로 안에 삽입되거나 덕트 안이나 펌프 및 송풍기 등의 본체 속에 삽입되는 부속품이다.
이때, 인렛 가이드 베인 어셈블리는 덕트의 직경 부분 통로에 곡률을 가진 베인을 부착하여 속도 변화에 의한 난류의 발생을 방지하고, 유체의 저항 손실을 작게 하는 목적으로 쓰인다.
상기와 같은 인렛 가이드 베인 어셈블리는 베인의 위치를 결정하거나 가변시키기 위하여 복잡한 링크구조를 갖는다. 이때, 링크구조는 작업환경에 따라 직교좌표의 머니플레이터(manipulator)를 형성하고, 필요한 머니플레이터를 확보하여야 한다. 또한, 링크구조는 작업환경이나 설치환경에 대하여 최적화된 설계를 적용하여야 한다.
상기에서 설명한 머니플레이터는 작업환경이나 링크구조의 설치환경을 결정하는 중요한 변수로 작용할 수 있다. 그러나 상기와 같은 머니플레이터는 설치환경이나 작업환경에 따라 정량화할 수 없으므로 링크구조를 설계할 때, 머니플레이터를 정량화하는 것이 필요하다.
특히 작업공간에서 구동하는 링크구조의 설계의 평가는 머니플레이터를 통하여 구조 길이 지수를 산출하여 비교함으로써 결정될 수 있다. 구체적으로 구조 길이 지수는 하기의 [수학식 1]로 정의될 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
Figure pat00002
여기서 L은 머니플레이터의 길이 합, a는 축과 축을 이어주는 링크의 길이, d는 축과 축의 오프셋값(높이차),
Figure pat00003
은 구조 길이 지수, W는 머니플레이터의 작업공간의 부피를 나타낸다.
이때, 구조 길이 지수는 작업 공간의 부피를 생성하기 위하여 여러 가지 서로 다른 형상에 의하여 요구되는 링크길이를 나타낸다. 따라서 좋은 설계는 커다란 작업 공간 부피를 소유하더라도 작은 길이 합을 갖는 머니플레이터를 만드는 것으로써 고정된 운동의 범위(W)에서 L 값을 조정해 줌으로써 구조 길이 지수를 갖는 것이다.
한편, 인렛 가이드 베인 어셈블리에도 베인을 작동시키기 위하여 다관절형 링크구조가 설치될 수 있다. 이때, 인렛 가이드 베인 어셈블리는 일반적으로 3절 링크 구조의 다관절형 링크구조가 설치되어 베인을 작동시킬 수 있다. 특히 한국공개특허공보 제2007-0020681호(발명의 명칭 : 압축기용 일체형 흡입 가이드 베인 어셈블리 구조, 출원인 : 삼성테크윈 주식회사)에는 일반적인 인렛 가이드 베인 어셈블리에 대해서 구체적으로 개시되어 있다.
한국공개특허공보 제2007-0020681호
본 발명의 실시예들은 최적화된 설계가 가능하며, 작동오류를 저감시키는 인렛 가이드 베인 어셈블리를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면은, 흡기 덕트에 형성되는 흡입홀을 개폐하도록 상기 흡입 덕트의 내면에 회전 가능하도록 설치되는 베인과, 상기 베인의 일단과 연결되어 상기 베인을 회동시켜 상기 베인의 각도를 조절하는 컨트롤 암과, 상기 흡기 덕트에 회전 가능하게 설치되는 컨트롤 링과, 상기 컨트롤 링과 상기 컨트롤 암을 연결하는 트랙롤러를 포함하는 인렛 가이드 베인 어셈블리를 제공할 수 있다.
또한, 상기 컨트롤 링과 연결되어 상기 컨트롤 링을 선회 운동시키는 엑추에이터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 컨트롤 링은 외주면으로부터 돌출되어 형성되며, 상기 엑추에이터와 연결되는 연결부를 구비할 수 있다.
또한, 상기 트랙롤러는, 상기 컨트롤 링 내부에 이동 가능하도록 삽입되는 트랙롤러베어링부와, 상기 트랙롤러베어링부와 연결되어 상기 컨트롤 링을 관통하여 상기 컨트롤 암과 연결되는 트랙롤러볼트부를 구비할 수 있다.
또한, 상기 컨트롤 링의 외면에는 상기 트랙롤러볼트부가 삽입되는 장공이 형성될 수 있다.
또한, 상기 컨트롤 링의 회전에 따라 상기 트랙롤러볼트부는 상기 장공의 외주면을 따라 왕복 운동할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 흡기 덕트와 연결된 장치의 구동 상태에 따라 흡기 덕트로 흡입되는 유체의 양을 정밀하게 제어할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들은 다관절 링크구조에서 활용되는 볼 조인트(Ball joint) 등의 구조가 설치되지 않으므로 조립이나 작동 시 상기 볼 조인트 등의 마모로 인한 발생하는 힘전달의 문제를 해결할 수 있다.
특히 본 발명의 실시예들은 다관절 링크구조를 활용하면서도 링크의 개수 및 링크의 길이를 최소화함으로써 인렛 가이드 베인 어셈블리의 최적의 설계를 달성할 수 있다. 본 발명의 실시예들은 최소한의 링크의 개수를 통하여 구현되므로 부품관리 비용 및 노력을 줄일 수 있고, 설계, 조립 및 정비에 소요되는 시간을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인렛 가이드 베인 어셈블리를 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 인렛 가이드 베인 어셈블리의 제 1 작동 상태를 보여주는 작동도이다.
도 3은 도 2에 도시된 A부분을 확대하여 보여주는 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 인렛 가이드 베인 어셈블리의 제 2 작동 상태를 보여주는 작동도이다.
도 5는 도 4에 도시된 B부분을 확대하여 보여주는 사시도이다.
본 발명은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인렛 가이드 베인 어셈블리(100)를 보여주는 사시도이다.
도 1을 참고하면, 인렛 가이드 베인 어셈블리(100)는 흡기 덕트(D)에 형성되는 흡입홀(H)을 개폐하도록 흡기 덕트(D)의 내면에 회전 가능하도록 설치되는 베인(110)을 포함한다. 베인(110)은 복수개로 형성되어 각 베인(110)이 회전함으로써 흡입홀(H)을 개폐할 수 있다. 이때, 복수개의 베인(110)은 서로 동일한 형상을 가지며, 각 베인(110)은 서로 인접하여 배치되고, 부채꼴(Sector) 형태로 형성될 수 있다.
또한, 베인(110)은 흡기 덕트(D)의 내면에 대해서 소정각도를 형성하도록 흡기 덕트(D)의 내면에 설치될 수 있다. 이때, 베인(110)은 일부가 흡기 덕트(D)의 벽면을 관통하도록 삽입될 수 있다.
한편, 인렛 가이드 베인(110)은 베인(110)과 연결되어 베인(110)의 각도를 조절하는 컨트롤 암(120)을 포함한다. 컨트롤 암(120)은 흡기 덕트(D)에 회전 가능하도록 접촉할 수 있으며, 흡기 덕트(D)에 접촉하는 부분에는 흡기 덕트(D)의 벽면에 삽입된 베인(110)의 일부가 컨트롤 암(120)에 삽입되어 결합할 수 있다. 특히 베인(110)의 일부는 컨트롤 암(120)이 회전할 때 동시에 회전하도록 컨트롤 암(120)에 삽입될 수 있다.
이때, 컨트롤 암(120)과 흡기 덕트(D)가 접촉하는 면에는 오일리스 베어링(Oilless bearing) 형태로 결합하여 컨트롤 암(120)이 회전할 때 마찰을 저감시킬 수 있다.
인렛 가이드 베인 어셈블리(100)는 흡기 덕트(D)에 선회 가능하게 설치되는 컨트롤 링(130)을 포함한다. 컨트롤 링(130)은 흡기 덕트(D)의 외주면을 따라 일정 각도 회전하도록 설치될 수 있다.
특히 컨트롤 링(130)은 외부의 구동력에 의하여 회전할 수 있다. 이때, 컨트롤 링(130)은 후술할 엑추에이터(150)와 연결되어 상기 구동력이 인가되는 연결부(132)를 구비할 수 있다.
연결부(132)는 컨트롤 링(130)으로부터 외측으로 돌출될 수 있다. 구체적으로 연결부(132)는 컨트롤 링(130)으로부터 컨트롤 링(130)의 외주방향으로 돌출되도록 형성될 수 있다.
또한, 컨트롤 링(130)은 후술할 트랙롤러볼트부(142)가 삽입되는 장공(131)을 구비할 수 있다. 이때, 장공(131)은 컨트롤 링(130)의 외면으로부터 내면으로 관통하도록 형성될 수 있다. 또한, 장공(131)은 흡기 덕트(D)의 길이 방향으로 형성될 수 있다.
한편, 인렛 가이드 베인 어셈블리(100)는 컨트롤 링(130)과 컨트롤 암(120)을 연결하는 트랙롤러(140)를 포함한다. 이때, 트랙롤러(140)는 흡기 덕트(D)의 외면과 컨트롤 링(130) 사이에 배치되는 트랙롤러베어링부(141)와, 트랙롤러베어링부(141)와 연결되는 트랙롤러볼트부(142)를 구비할 수 있다.
트랙롤러베어링부(141)는 컨트롤 링(130)의 내부에 삽입되어 컨트롤 링(130)이 회전하는 경우 컨트롤 링(130)과 함께 회전하면서 컨트롤 링(130)의 회전을 보조할 수 있다. 또한, 트랙롤러볼트부(142)는 컨트롤 링(130)의 내부로부터 외부로 관통하도록 설치되어 컨트롤 암(120)과 연결될 수 있다. 따라서 트랙롤러(140)는 컨트롤 링(130)의 회전을 컨트롤 암(120)으로 전달할 수 있다.
인렛 가이드 베인 어셈블리(100)는 컨트롤 링(130)과 연결되어 컨트롤 링(130)을 선회 운동시키는 엑추에이터(150)를 포함할 수 있다. 이때, 엑추에이터(150)는 연결부(132)와 연결되어 외부의 신호에 따라 길이가 가변함으로써 컨트롤 링(130)을 선회 시킬 수 있다.
또한, 엑추에이터(150)는 유압실린더, 전기 모터 등을 포함할 수 있으며, 상기에 한정되는 것이 아니라 연결부(132)와 연결되어 컨트롤 링(130)을 선회 운동시키는 모든 장치 및 구조를 포함할 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 엑추에이터(150)가 유압으로 작동되는 유압실린더를 중심으로 설명하기로 한다.
한편, 인렛 가이드 베인 어셈블리(100)는 외부의 신호에 따라 작동할 수 있다. 이때, 상기 신호는 다양한 형태일 수 있으나, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 상기 신호가 제 1 신호인 경우 흡기 덕트(D)를 개방하도록 베인(110)을 회전시키라는 신호, 상기 신호가 제 2 신호인 경우 흡기 덕트(D)를 폐쇄하도록 베인(110)을 회전시키라는 신호인 경우를 중심으로 설명하기로 한다.
이하에서는 인렛 가이드 베인 어셈블리(100)의 제 1 작동 및 제 2 작동에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 도 1에 도시된 인렛 가이드 베인 어셈블리(100)의 제 1 작동 상태를 보여주는 작동도이다. 도 3은 도 2에 도시된 A부분을 확대하여 보여주는 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 우선 흡기 덕트(D)가 연결되는 장치를 작동하는 경우 필요에 따라 많은 양의 유체를 필요로 하는 경우가 발생할 수 있다. 이때, 외부에서 수동 또는 자동으로 상기 제 1 신호가 입력될 수 있다.
상기 제 1 신호가 입력되는 경우, 제어부(미도시)는 베인(110)의 개도를 조절할 수 있다. 특히 상기 제어부는 엑추에이터(150)를 작동시켜 엑추에이터(150)의 샤프트의 길이를 조절할 수 있다. 구체적으로 상기 제어부는 엑추에이터(150)의 샤프트 길이를 기존보다 짧아지도록 엑추에이터(150)를 작동시킬 수 있다.
상기와 같이 엑추에이터(150)의 샤프트가 짧아지면, 컨트롤 링(130)은 도 2의 시계방향으로 회전하게 된다. 이때, 컨트롤 링(130)의 내부에 있는 트랙롤러베어링부(141)도 컨트롤 링(130)과 함께 회전하게 되고, 트랙롤러베어링부(141)에 연결된 컨트롤 암(120)은 도 2의 반시계방향으로 회전하게 된다. 또한, 베인(110)은 컨트롤 암(120)에 일부가 삽입되어 컨트롤 암(120)의 회전에 따라 흡기 덕트(D)의 내부에서 회전하게 된다.
이때, 상기 제어부는 외부에서 측정된 다양한 값을 근거로 엑추에이터(150)의 작동을 제어함으로써 베인(110)의 회전 각도를 조절할 수 있다. 예를 들면, 흡기 덕트(D)와 연결된 장치에서 더 많은 유체를 필요로 하는 경우 상기 제어부는 베인(110)이 흡기 덕트(D)의 내부를 더 많이 개방하도록 엑추에이터(150)를 제어할 수 있다.
구체적으로 상기 제어부는 베인(110)의 회전축이 배치되는 흡기 덕트(D)의 단면과 베인(110)의 일면이 형성하는 각도가 일정 각도를 갖도록 엑추에이터(150)를 제어할 수 있다. 이때, 상기 일정 각도는 베인(110)의 개도 정도에 따라 0°에서 90°일 수 있다.
한편, 상기와 같이 베인(110)이 회전하는 경우 트랙롤러볼트부(142)는 컨트롤 링(130)에 형성되는 장공(131)을 이동할 수 있다. 구체적으로 컨트롤 링(130)이 상기와 같이 회전하는 경우, 트랙롤러볼트부(142)는 흡기 덕트(D)의 입구부에서 흡기 덕트(D)의 길이 방향으로 장공(131)을 따라 이동할 수 있다.
따라서 인렛 가이드 베인 어셈블리(100)는 필요에 따라 흡기 덕트(D)를 개방함으로써 흡기 덕트(D)를 통과하는 유체의 유량을 정밀하고 효과적으로 제어할 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 인렛 가이드 베인 어셈블리(100)의 제 2 작동 상태를 보여주는 작동도이다. 도 5는 도 4에 도시된 B부분을 확대하여 보여주는 사시도이다.
도 4 및 도 5를 참고하면, 인렛 가이드 베인 어셈블리(100)는 흡기 덕트(D)를 통하여 유입되는 유체의 양을 감소시키도록 작동할 수 있다. 이때, 상기 제 2 신호가 입력되면, 상기 제어부는 인렛 가이드 베인 어셈블리(100)를 작동하여 유입되는 유체의 양을 감소시킬 수 있다. 특히 상기 제 2 신호가 입력되면, 상기 제어부는 상기 도 2 및 도 3에서 설명한 바와 반대로 엑추에이터(150)를 제어할 수 있다.
구체적으로 상기 제 2 신호가 입력되는 경우 상기 제어부는 엑추에이터(150)의 샤프트의 길이가 길어지도록 엑추에이터(150)를 제어할 수 있다. 이때, 엑추에이터(150)의 샤프트의 길이가 증가하면, 컨트롤 링(130)은 도 4의 반시계방향으로 회전할 수 있다.
컨트롤 링(130)의 회전에 따라 트랙롤러(140)도 회전하게 되고, 트랙롤러볼트부(142)와 연결된 컨트롤 암(120)도 시계방향으로 회전하게 된다. 이때, 컨트롤 암(120)와 연결된 베인(110)은 흡기 덕트(D)를 폐쇄하는 방향으로 회전하게 된다. 특히 베인(110)은 상기에서 설명한 바와 같이 베인(110)의 회전축이 배치되는 흡기 덕트(D)의 단면을 기준으로 90°에서 0° 방향으로 회전할 수 있다.
또한, 상기와 같이 베인(110)이 회전하는 경우, 트랙롤러볼트부(142)는 장공(131)을 따라 이동할 수 있다. 이때, 트랙롤러볼트부(142)의 이동방향은 상기에서 설명한 것과 반대, 즉 흡기 덕트(D)의 길이방향의 장공(131) 부분에서 흡기 덕트(D)의 입구부의 장공(131) 부분으로 이동할 수 있다.
따라서 인렛 가이드 베인 어셈블리(100)는 흡기 덕트(D)와 연결된 장치의 구동 상태에 따라 흡기 덕트(D)로 흡입되는 유체의 양을 정밀하게 제어할 수 있다.
또한, 인렛 가이드 베인 어셈블리(100)는 다관절 링크구조에서 활용되는 볼 조인트(Ball joint) 등의 구조가 설치되지 않으므로 조립이나 작동 시 상기 볼 조인트 등의 마모로 인한 발생하는 힘 전달의 문제를 해결할 수 있다.
특히 인렛 가이드 베인 어셈블리(100)는 다관절 링크구조를 활용하면서도 링크의 개수 및 링크의 길이를 최소화함으로써 인렛 가이드 베인 어셈블리(100)의 최적의 설계를 달성할 수 있다.
인렛 가이드 베인 어셈블리(100)는 최소한의 링크의 개수를 통하여 구현되므로 부품관리 비용 및 노력을 줄일 수 있고, 설계, 조립 및 정비에 소요되는 시간을 줄일 수 있다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
100 : 인렛 가이드 베인 어셈블리 132 : 연결부
110 : 베인 140 : 트랙롤러
120 : 컨트롤 암 141 : 트랙롤러베어링부
130 : 컨트롤 링 142 : 트랙롤러볼트부
131 : 장공 150 : 엑추에이터

Claims (6)

  1. 흡기 덕트에 형성되는 흡입홀을 개폐하도록 상기 흡입 덕트의 내면에 회전 가능하도록 설치되는 베인;
    상기 베인의 일단과 연결되어 상기 베인을 회동시켜 상기 베인의 각도를 조절하는 컨트롤 암;
    상기 흡기 덕트에 회전 가능하게 설치되는 컨트롤 링; 및
    상기 컨트롤 링과 상기 컨트롤 암을 연결하는 트랙롤러;를 포함하는 인렛 가이드 베인 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤 링과 연결되어 상기 컨트롤 링을 선회 운동시키는 엑추에이터;를 더 포함하는 인렛 가이드 베인 어셈블리.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 컨트롤 링은 외주면으로부터 돌출되어 형성되며, 상기 엑추에이터와 연결되는 연결부;를 구비하는 인렛 가이드 베인 어셈블리.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 트랙롤러는,
    상기 컨트롤 링 내부에 이동 가능하도록 삽입되는 트랙롤러베어링부; 및
    상기 트랙롤러베어링부와 연결되어 상기 컨트롤 링을 관통하여 상기 컨트롤 암과 연결되는 트랙롤러볼트부;를 구비하는 인렛 가이드 베인 어셈블리.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 컨트롤 링의 외면에는 상기 트랙롤러볼트부가 삽입되는 장공이 형성되는 인렛 가이드 베인 어셈블리.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 컨트롤 링의 회전에 따라 상기 트랙롤러볼트부는 상기 장공의 외주면을 따라 왕복 운동하는 인렛 가이드 베인 어셈블리.
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