KR20130124546A - 터보기계용 회전자 - Google Patents

Abstract

회전자는 축에 고정되는 임펠러를 포함한다. 임펠러는 보어(bore) 및 카운터보어(counterbore)를 포함한다. 축은 보어와 억지 끼어맞춤을 이루고 또한 카운터보어에 부착된다. 또한, 회전자 제조 방법이 제공된다.

Description

터보기계용 회전자{ROTOR FOR A TURBOMACHINE}

본 발명은 터보기계용 회전자에 관한 것이다.

터보기계의 회전자는 일반적으로 축에 고정되는 임펠러를 포함한다. 이 임펠러는 억지 끼워맞춤으로 축에 고정될 수 있는데, 이 억지 끼워맞춤은 고정을 위한 비용 효과적인 수단이다. 회전자가 회전할 때, 반경 방향 응력으로 인해 임펠러의 보어가 확장된다. 그 결과, 임펠러와 축 사이의 억지 끼워맞춤이 감소된다. 비교적 높은 속도에서, 상기 보어의 확장은 억지 끼워맞춤이 축과 임펠러 사이에 요구되는 토크를 더 이상 전달할 수 없을 정도로 일어날 수 있다. 이러한 상황을 피하기 위해, 임펠러와 축 사이의 억지 끼워맞춤은 움직이지 않을 때 증가될 수 있다. 그러나, 회전자의 전체 작동 속도 범위에 걸쳐 토크 전달을 보장할 필요가 있는 요구되는 억지 끼워맞춤은 임펠러의 항복점을 초과할 수 있다. 추가로, 요구되는 억지 끼워맞춤을 이루는데 요구되는 누름력이 과도하게 될 수 있다.

제 1 양태에서, 본 발명은 축에 고정되는 임펠러를 포함하는 회전자를 제공하는 바, 상기 임펠러는 보어(bore) 및 카운터보어(counterbore)를 포함하고, 상기 축이 그 보어와 억지 끼어맞춤을 이루고 또한 그 축은 상기 카운터보어에 부착된다.

부분적인 억지 끼워맞춤과 부분적인 접착제 결합부를 사용하여 임펠러를 축에 고정시킴으로써, 임펠러의 항복점을 초과하거나 과도한 누름력을 요구하는 억지 끼워맞춤에 대한 필요가 없이, 임펠러와 축 사이의 토크 전달이 이루어질 수 있다. 특히, 축과 카운터보어 사이의 접착제는 요구되는 토크가 임펠러와 축 사이에 전달되도록 충분한 강도를 갖고 있다. 그래서 억지 끼워맞춤은 주로 임펠러와 축 사이의 정렬을 유지하기 위해 사용될 수 있다. 억지 끼워맞춤은 토크 전달이 아닌 정렬의 목적으로 주로 사용되므로, 과도한 누름력을 요구하지 않고 또한 임펠러의 항복점을 초과하지 않는 억지 끼워맞춤을 사용할 수 있다.

상기 임펠러는 허브, 이 허브에 제공되어 있는 복수의 블레이드, 및 상기 허브로부터 축방향으로 연장되어 있는 보스(boss)를 포함할 수 있다. 그래서 상기 보어는 상기 허브에 형성될 수 있으며, 상기 카운터보어는 상기 보스에 형성될 수 있다. 회전자가 회전할 때, 임펠러는 반경 방향 응력을 받게 되는데, 이 응력으로 인해 보어와 카운터보어의 직경이 확장된다. 일반적으로 임펠러의 질량의 대부분은 허브와 블레이드에 있다. 그 결과, 반경 방향 확장은 허브에서 가장 크게 될 것이다. 이와는 대조적으로, 보스는 일반적으로 더 가볍고 그래서 반경 방향 확장을 덜 받게 된다. 카운터보어를 보스에 둠으로써, 접착제의 과도한 박리 응력을 피할 수 있다.

보어는 허브로부터 보스 안으로 연장되어 있을 수 있다. 보스의 확장은 일반적으로 허브의 확장 보다 작으므로, 보어에 있어서 보스 안으로 연장되어 있는 부분은 회전자의 전체 작동 조건에 걸쳐 억기 끼워맞춤을 보장하는데 사용될 수 있다. 카운터보어가 보스로부터 허브 안으로 연장되어 있는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 반경 방향 확장은 허브에서 가장 크기 쉽기 때문에, 결과적인 박리 응력으로 인해 접착제의 파손이 일어날 수 있다.

상기 허브는 상기 보스가 안으로 연장되어 있는 리세스를 포함할 수 있다. 결과적으로, 임펠러는 축방향으로 컴팩트하게 된다. 보다 구체적으로 말하면, 보스는 허브의 프로파일 내에 있도록 상기 리세스 내부에 전체적으로 포함될 수 있다. 허브는 상기 블레이드가 제공되어 있는 상부 표면 및 상기 리세스를 형성하도록 성형되어 있는 하부 표면을 포함할 수 있다.

임펠러는 플라스틱으로 형성될 수 있는데, 이 플라스틱은 많은 다른 재료에 비해 중량과 비용면에서 유리하다. 플라스틱으로 형성되면, 임펠러의 항복점은 비교적 낮아질 수 있다. 부분적인 억지 끼워맞춤 및 부분적인 접착제 결합부를 사용함으로써, 그렇지 않으면 임펠러의 항복점을 초과하게 될 억지 끼워맞춤에 대한 필요가 없이, 임펠러와 축 사이의 토크 전달을 이룰 수 있다.

제 2 양태에서, 본 발명은 축에 고정되는 임펠러를 포함하는 회전자를 제공하는 바, 상기 임펠러는 허브, 이 허브에 제공되어 있는 복수의 블레이드, 및 상기 허브로부터 축방향으로 연장되어 있는 보스를 포함하고, 상기 허브는 보어를 포함하고, 보스는 카운터보어를 포함하며, 축은 상기 보어와 억지 끼어맞춤을 이루고 또한 그 축은 상기 카운터보어와 헐거운 끼워맞춤을 이루며, 축과 카운터보어 사이의 틈새 내에는 접착제가 위치된다.

제 3 양태에서, 본 발명은 회전자 제조 방법을 제공하는 바, 이 방법은, 보어 및 카운터보어를 갖는 임펠러를 제공하는 단계; 상기 보어와 억지 끼워맞춤을 이루게 되는 축을 그 보어 안으로 삽입하는 단계; 접착제를 상기 카운터보어 안으로 도입하는 단계; 상기 접착제가 상기 축과 카운터보어 사이에 형성된 틈새 안으로 끌려 들어가도록 상기 축을 카운터보어 안으로 삽입하는 단계; 및 상기 접착제를 경화시키는 단계를 포함한다.

상기 축이 카운터보어 안으로 삽입될 때, 그 축과 보어 사이의 억지 끼워맞춤은 축과 카운터보어 사이의 틈새 안으로 접착제를 적극적으로 끌어 들이는 시일을 형성한다. 그 결과, 접착제는 틈새의 크기에 상관없이 축과 카운터보어 사이에 도입될 수 있다. 특히, 접착제는 다른 방법을 사용하여 접착제를 전달하는 것이 어려울 비교적 작은 틈새 안으로 도입될 수 있다.

상기 접착제는 상기 축 주위에 습식 시일을 형성하도록 상기 카운터보어 안으로 도입될 수 있다. 따라서, 축이 카운터보어 안으로 삽입될 때, 공기 흡장이 회피되고 접착제의 연속적인 층이 축과 카운터보어 사이에 형성된다. 그래서, 비교적 강한 접착제 결합부가 축과 임펠러 사이에 형성된다.

상기 카운터보어의 일 단부는 모따기되어 있을 수 있다. 축이 카운터보어 안으로 삽입될 때, 잉여의 접착제가 모따기부에 자유롭게 모이게 된다. 따라서, 접착제가 카운터보어를 과충전하여 임펠러의 다른 영역으로 유출될 염려 없이, 축과 카운터보어 사이의 비교적 양호한 적용 범위를 보장하는 미리 정해진 양의 접착제가 카운터보어 안으로 도입될 수 있다. 또한, 모따기부는 접착제가 처음에 예컨대 UV 광으로 경화될 수 있는 비교적 넓은 영역을 제공한다.

본 발명을 더 잘 이해할 수 있도록, 이제 본 발명의 일 실시 형태를 첨부 도면을 참조하여 예시적으로 설명하도록 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 회전자의 단면도이다.
도 2 는 축과 회전자의 임펠러 사이의 결합부의 분해 단면도이다.
도 3 은 회전자가 움직이지 않을 때와 그 회전자가 고속으로 회전할 때의 축과 임펠러 사이의 끼워맞춤의 변화를 도시한다.
도 4 는 회전자 제조 방법을 도시한다.

도 1 및 2 의 회전자(1)는 축(3)에 고정되는 임펠러(2)를 포함한다.

상기 임펠러(2)는 허브(4), 복수의 블레이드(5), 보스(boss; 6), 보어(7) 및 카운터보어(8)를 포함한다.

상기 허브(4)는 상기 블레이드(5)가 제공되어 있는 공기역학적 상부 표면(9) 및 허브(4)의 저부에서 리세스(11)을 형성하는 하부 표면(10)을 갖고 있다.

상기 보스(6)는 원통형으로 되어 있고 허브(4)의 중심부로부터 축방향으로 연장되어 있다. 보다 구체적으로, 보스(6)는 허브(4)의 하부 표면(10)으로부터 하방으로 상기 리세스(11) 안으로 연장되어 있다.

상기 보어(7)는 허브(4)의 중심부를 축방향으로 통과해 보스(6)의 상부 안으로 연장되어 있다. 상기 카운터보어(8)는 보스(6)의 하부를 축방향으로 통과해 연장되어 있다. 따라서 보어(7)와 카운터보어(8)는 임펠러(2)를 통과하는 축방향 도관을 제공한다.

상기 축(3)은 상기 보어(7)와 카운터보어(8) 안에 수용된다. 보어(7) 및 카운터보어(8)의 크기는, 축(3)이 보어(7)와 억지 끼워맞춤을 이루고 카운터보어(8)와는 헐거운 끼워맞춤을 이루도록 정해진다. 축(3)은 이 축(3)과 카운터보어(8) 사이에 있는 틈새에 위치되는 접착제(12)로 카운터보어(8)에 고정된다.

보어(7)는 임펠러(2)의 외경과 동심이다. 그래서, 축(3)과 보어(7) 사이의 억지 끼워맞춤은 임펠러(2)와 축(3)이 동심으로 정렬되는 것을 보장해 준다. 그 결과, 회전자(1)는 잘 균형 잡히게 된다. 또한, 재료를 임펠러(2)에 추가하거나 그로부터 제거하여 회전자 균형의 미세한 조정을 이룰 수 있다.

회전자(1)가 회전할 때, 임펠러(2)는 반경 방향 응력을 받게 되는데, 그리하여 보어(7)의 직경이 확장된다. 회전자 속도가 증가함에 따라, 보어(7)의 직경도 증가하게 된다. 따라서, 축(3)과 보어(7) 사이의 억지 끼워맞춤은 회전자 속도에도 민감하다. 억지 끼워맞춤은 또한 회전자 온도에도 민감하다. 축(3)과 임펠러(2)의 열 팽창율의 차이로 인해, 회전자(1)의 온도 변화는 축(3)과 보어(7) 사이의 억지 끼워맞춤의 변화를 야기할 수 있다. 그래서 축(3)과 보어(7) 사이의 억지 끼워맞춤은 회전자 속도 및 회전자 온도에 민감하다.

회전자(1)가 움직이지 않을 때 축(3)과 보어(7) 사이의 억지 끼워맞춤은, 그 억지 끼워맞춤이 회전자(1)의 모든 작동 조건(예컨대, 속도 및 온도)에서 존재하는 것을 보장해 주는 크기로 되어 있다. 그 결과, 임펠러(2)는 반경 방향으로 축(3)에 대해 움직이지 못하게 되며, 따라서 회전자(1)의 균형이 모든 작동 조건에서 유지된다.

모든 작동 조건에서 축(3)과 보어(7) 사이에 억지 끼워맞춤이 유지되더라도, 극단적인 속도 및/또는 온도에서의 억지 끼워맞춤의 크기는 축(3)과 임펠러(2) 사이에 요구되는 토크를 전달하는데는 불충분할 수 있다. 축(3)과 카운터보어(8) 사이의 접착제 결합부(12)는 축(3)과 임펠러(2) 사이에 요구되는 토크를 전달하는데 충분한 강도를 갖는다.

도 3 은 회전자(1)가 움직이지 않을 때와 그 회전자(1)가 고속으로 회전하고 있을 때의 축(3)과 임펠러(2) 사이의 끼워맞춤을 도시한다. 축(3)과 임펠러(2) 사이의 끼워맞춤에 대한 양의 값은 헐거운 끼워맞춤을 의미하고, 음의 값은 억지 끼워맞춤을 의미한다.

임펠러(2)의 질량은 주로 허브(4)와 블레이드(5)에 있다. 그 결과, 임펠러(2)의 반경 방향 응력과 확장은 허브(4)에서 가장 크게 된다. 이와는 대조적으로, 보스(6)는 상대적으로 가볍고 그래서 훨씬 더 작은 반경 방향 응력 및 확장을 받게 된다. 그러므로 보어(7)의 확장은 카운터보어(8)의 확장 보다 크게 된다.

보어(7)의 반경 방향 확장은 균일하지 않고 대신에 보어(7)의 길이를 따라 변하게 된다. 도 3 에서 볼 수 있는 바와 같이, 보어(7)의 확장 결과, 축(3)과 보어(7)의 일 단부 사이에 헐거운 끼워맞춤이 나타나게 된다. 그럼에도, 보어(7)의 반대쪽 단부에는 억지 끼워맞춤이 유지된다.

카운터보어(8)의 반경 방향 확장 역시 마찬가지로 균일하지 않고 그 카운터보어(8)의 길이를 따라 변하게 된다. 카운터보어(8)의 확장의 변화로 인해 접착제(12)에 박리 응력이 가해지게 된다. 대부분의 접착제는 비교적 불량한 박리 강도를 갖고 있으며 과도한 박리 응력에 노출되면 파손될 것이다. 보스(6)에 카운터보어(8)를 둠으로써, 그 카운터보어(8)의 확장은 비교적 작게 된다. 따라서, 박리 응력은 비교적 작게 되고 그래서 접착제(12)의 파손이 일어나지 않는다.

축(3)과 보어(7) 사이의 억지 끼워맞춤은 회전자(1)가 모든 작동 조건에서 균형 잡히는 것을 보장해 준다. 축(3)과 카운터보어(8) 사이의 접착제 결합부(12)는 요구되는 토크가 모든 작동 조건에서 축(3)과 임펠러(2) 사이에 전달되는 것을 보장해 준다.

부분적인 억지 끼워맞춤 및 부분적인 접착제 결합부를 갖기 보다는, 축(3)과 임펠러(2) 사이에 단일의 억지 끼워맞춤 또는 단일의 접착제 결합부를 갖는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 이제 설명하는 바와 같이, 이들 양 방안에는 결점이 있다.

먼저 단일의 억지 끼워맞춤을 제공하는 경우를 고려해 본다. 보어(7)와 카운터보어(8)를 갖는 대신에 임펠러(2)는 허브(4)와 보스(6)를 통과해 연장되어 있는 일정한 직경의 단일 보어를 포함한다고 가정한다. 또한, 축(3)은 보어와 억지 끼워맞춤을 이루고 움직이지 않을 때 그 억지 끼워맞춤은 축(3)과 임펠러(2) 사이에 요구되는 토크를 전달하는데 충분하다고 가정한다. 회전자 속도가 증가함에 따라, 반경 방향 응력으로 인해 보어의 직경이 확장된다. 그러나, 도 1 에 도시되어 있는 회전자(1)와는 대조적으로, 이제 보어는 보스(6)의 전체 길이를 통과해 연장되어 있다. 보스(6)의 질량이 상대적으로 작기 때문에, 그 보스(6)에 작용하는 반경 방향 응력은 허브(4)에서의 반경 방향 응력 보다 작다. 따라서, 토크 전달에 충분한 억지 끼워맞춤이 보스(6)의 하부에서 유지될 것으로 예상할 수 있다. 그러나, 이는 그렇지 않다. 임펠러(2)가 축(3) 상으로 눌려지면, 결과적으로 생기는 간섭으로 인해 보어에 원주 방향 응력이 가해지게 된다. 보스(6)는 상대적으로 얇은 벽을 포함하므로, 억지 끼워맞춤이 너무 크게 되면 그 보스(6)는 단순히 항복할 것이다. 따라서, 요구되는 토크를 전달하는데 충분한 억지 끼워맞춤을 보스(6)를 따라 얻을 수 없게 된다. 더 큰 억지 끼워맞춤을 얻을 수 있도록 보스(6)의 벽을 더 두껍게 만들 수도 있다. 그러나, 벽 두께가 증가함에 따라, 보스(6)의 질량도 증가하게 된다. 보스(6)의 질량이 증가함에 따라, 그 보스(6)에 작용하는 반경 방향 응력이 증가하고 그래서 보어의 확장도 증가하게 된다. 따라서, 벽 두께를 증가시켜 억지 끼워맞춤을 증가시키려고 하는 어떠한 노력도, 나중에 회전 중에 보어 직경이 증가됨으로써 방해를 받게 될 것이다.

이제 단일의 접착제 결합부를 제공하는 경우를 고려해 본다. 보어(7)와 카운터보어(8)를 갖는 대신에 일정한 직경의 단일 보어가 허브(4)와 보스(6)를 통과해 연장되어 있다고 가정한다. 축(3)은 보어와 억지 끼워맞춤을 이루고 접착제가 틈새에 위치된다. 또한, 접착제는 축(3)과 임펠러(2) 사이에 요구되는 토크를 전달하는데 충분한 전단 강도(shear strength)를 제공한다고 가정한다. 도 1 에 도시되어 있는 회전자(1)와는 대조적으로, 이제 접착제는 축(3)과 허브(4) 사이에 있다. 그 결과, 접착제는 회전자의 작동 중에 훨씬 더 큰 인장 응력을 받게 된다. 인장 응력의 이러한 증가는 더 두꺼운 접착제 결합부의 제공으로 수용될 수 있으며, 이러한 접착제 결합부는 인장 변형을 더 잘 수용할 수 있다. 그러나, 추가적인 접착제는 회전자의 가격을 증가시킬 것이다. 추가로, 회전자를 제조할 때, 접착제는 경화되는데 더 긴 시간이 걸리거나 또는 완전히 경화되는 것이 어려울 수 있다. 또한, 접착제의 벌크 특성이 일 역할을 하기 시작할 것이다. 특히, 접착제는 크리프(creep)가 발생할 경향이 더 큰데, 그래서 회전자의 불균형의 가능성이 커지게 된다. 더 큰 인장 응력 외에도, 접착제는 더 큰 박리 응력을 받게 된다. 회전자 작동 중의 보어의 확장은 균일하지 않고 따라서 접착제에 박리 응력이 가해지게 된다. 보어의 확장의 변화는 보스(6)에서 보다 허브(4)에서 훨씬 더 크다(예컨대, 도 3 참조). 따라서, 접착제에 작용하는 박리 응력은 보스(6)에서 보다 허브(4)에서 훨씬 더 크다. 도 1 의 회전자(1)의 경우, 접착제(12)는 보스(6)에만 위치되고, 박리 응력은 비교적 작다. 이와는 대조적으로, 이제 접착제는 허브(4)에 위치되는데, 이 허브에서 박리 응력이 상대적으로 크다. 그러므로 접착제는 허브(4)에서 파손되기 쉽다. 일단 접착제의 초기 파손이 일어나면, 그 파손은 보어의 전체 길이를 따라 아래로 전파되기 쉽다. 그러므로, 축(3)을 임펠러(2)에 고정시키기 위해 접착제를 사용하는 것은, 예컨대 큰 임펠러를 사용할 때 또는 비교적 높은 속도로 작동할 때 비교적 큰 반경 방향 응력이 발생하기 쉬운 회전자에는 적합하지 않다. 또한, 단지 접착제 결합부만 사용하면, 특히 회전자가 높은 온도에서 작동되어야 할 때 접착제 크리프로 인해 나중에 회전자 불균형이 일어나기 쉽다.

임펠러(2)를 축(3)에 고정시키기 위해 부분적인 억지 끼워맞춤과 부분적인 접착제 결합부를 사용함으로써, 임펠러(2)와 축(3) 사이의 토크 전달의 경우 처럼 회전자(1)의 균형이 모든 작동 조건에서 유지된다. 억지 끼워맞춤의 주 기능은 임펠러(2)와 축(3)의 정렬을 유지하는 것이므로, 그 억지 끼워맞춤은 임펠러(2)와 축(3) 사이에 토크 전달을 제공할 필요는 없다. 따라서, 과도한 누름력을 필요로 하지 않고 또한 임펠러(2)의 항복점을 초과하지 않는 억지 끼워맞춤을 사용할 수 있다. 더욱이, 카운터보어(8)를 보스(6)에 둠으로써, 과도한 박리 응력으로 인한 접착제(12)의 파손을 피할 수 있다.

도 1 에 도시되어 있는 임펠러(2)는 원심 임펠러이다. 그러나, 다른 종류의 임펠러도 회전자(1)의 의도된 용도에 따라 마찬가지로 사용될 수 있다. 임펠러(2)는 플라스틱으로 형성되는데, 물론 다른 재료도 마찬가지로 사용될 수 있다. 플라스틱은 동등한 금속에 비해 중량과 비용 면에서 유리하다. 플라스틱으로 형성되면, 임펠러(2)의 항복점은 비교적 낮아질 수 있다. 그럼에도, 부분적인 억지 끼워맞춤 및 부분적인 접착제 결합부를 사용함으로써, 그렇지 않으면 임펠러(2)의 항복점을 초과하게 될 억지 끼워맞춤에 대한 필요가 없이, 임펠러(2)와 축(3) 사이의 토크 전달을 이룰 수 있다.

주로 임펠러(2)의 질량을 줄이기 위해 허브(4)의 저부는 움푹하게 들어가 있다. 이리하여, 반경 방향 응력이 감소되고 그래서 보어 확장이 감소되는 이점이 얻어진다. 그러나, 다른 이점으로서, 임펠러(2)가 축방향으로 컴팩트하게 된다. 이 이점은 보스(6)가 리세스(11) 안으로 연장되어 있고 그래서 허브(4)의 프로파일 내부에 있게 되는 사실로 인해 생기는 것이다. 이들 이점에도 불구하고, 허브(4)는 덜 잘 구속된다. 특히, 허브(4)의 외주는 회전 중에 위쪽으로 휘어질 수 있다. 따라서, 허브(4)의 저부는 움푹하게 들어가 있기 보다는, 평평할 수 있으며 또는 허브(4)의 외경으로부터 내경까지 반경 방향으로 연장되어 있는 버팀 지주를 포함할 수도 있다.

도 1 및 2 의 임펠러(2)의 보스(6)는 허브(4)의 아래로 연장되어 있지만, 보스(6)는 마찬가지로 허브(4) 위로 연장될 수도 있다.

이제, 회전자(1)를 제조하는 방법을 도 4 를 참조하여 설명하도록 한다.

먼저, 임펠러(2)를 플라스틱으로 주조한다. 대부분의 주조 공정과 관련된 공차로 인해, 요구되는 억지 끼워맞춤을 얻기 위해 충분히 작은 공차를 갖는 보어(7)를 만드는 것은 일반적으로 가능하지 않다. 따라서, 주조 다음에, 드릴링 가공 또는 다른 기계 가공을 하여 임펠러(2)에 보어(7)를 만든다. 그런 다음에 카운터보어(8)를 동일한 방법으로 기계 가공하여 만든다. 카운터보어(8)의 공차는 보어(7)의 공차 만큼 중요하지 않다. 따라서, 카운터보어(8)는 대안적으로 주조 공정 중에 형성될 수도 있다.

상기 보어(7)의 직경은 축(3)과 원하는 억지 끼워맞춤을 이루도록 정해진다. 다른 한편으로 카운터보어(8)의 직경은 축(3)과 헐거운 끼워맞춤을 이루도록 정해진다. 더욱이, 카운터보어(8)의 직경은, 나중에 틈새 안으로 도입될 접착제(12)가 회전자(1)의 작동 중에 발생하는 인장 변형을 수용하기에 충분히 두껍도록 정해진다.

임펠러(2)의 주조 및 기계 가공 후에, 카운터보어(8)는 플라즈마 처리를 받게 된다. 이러한 플라즈마 처리를 하면 카운터보어(8)의 표면 극성이 증가되고 그래서 젖음성도 증가된다.

그런 다음, 축(3)이 프레스의 하부 공구(14) 안으로 설치되고, 임펠러(2)가 그 프레스의 상부 공구(15)에 설치된다(예컨대, 도 4(a)). 두 공구(14, 15)는 축(3)이 임펠러(2)에 있는 보어(7)와 동심으로 정렬되도록 배치된다.

그런 다음, 상기 프레스는 상부 공구(15)에 제 1 하향 누름을 가하여 축(3)이 임펠러(2)의 보어(7) 안으로 삽입되도록 한다(예컨대, 도 4(b)). 그런 다음, 프레스는 후퇴되고 접착제(12)가 카운터보어(8) 안으로 도입된다(예컨대, 도 4(c)). 그 접착체(12)는 분배 관(16)을 사용하여 도입되며, 이 분배 관은 미리 정해진 양의 접착제(12)를 카운터보어(8)의 바닥에 전달하게 된다. 분배 관(16)은 상부 공구(15)에 있는 구멍을 통과해 이송될 수 있다. 대안적으로, 상부 공구(15)는 임펠러(2)로부터 일시적으로 떨어져 있을 수 있다.

그런 다음, 프레스는 상부 공구(15)에 제 2 하향 누름을 가하여 축(3)이 카운터보어(8) 안으로 삽입되도록 한다(예컨대, 도 4(d)). 상기 접착제(12)는 축(3)과 카운터보어(8) 사이에서 축(3)의 단부 주위에 습식 시일을 형성하게 된다. 축(3)과 보어(7) 사이의 억지 끼워맞춤은 기밀한 시일을 형성하게 된다. 따라서, 임펠러(2)가 축(3) 상으로 눌리면, 접착제(12)가 축(3)과 카운터보어(8) 사이에 형성된 틈새 안으로 끌려 들어가게 된다. 임펠러(2)가 축(3) 상으로 눌릴 때 접착제(12)는 축(3) 주위에 습식 시일을 유지한다. 결과적으로, 축(3)과 카운터보어(8) 사이에는 접착제(12)의 비교적 얇은 연속적인 층이 생기게 된다.

축(3)의 단부가 보스(6)의 단부와 대략 일치할 때까지 임펠러(2)가 계속 축(3) 상으로 눌려진다. 임펠러(2)가 축(3) 상으로 더 눌려지면, 축(3)이 접착제(12)를 축(3)과 카운터보어(8) 사이의 틈새 밖으로 끌고 나올 가능성이 있다. 카운터보어(8)의 단부는 카운터싱크되어 있거나 아니면 모따기되어 있다. 그래서, 축(3)과 카운터보어(8) 사이의 틈새 안으로 끌려 들어가지 않은 잉여의 접착제(12)가 카운터싱크(13)에 모이게 된다. 일단 임펠러(2)가 축(3) 상으로 완전히 눌려졌으면, 프레스는 후퇴되고 접착제(12)가 경화된다.

축(3)을 카운터보어(8) 안으로 삽입할 때, 접착제(12)의 연속적인 층을 얻을려면 그 접착제(12)는 축(3) 주위에 습식 시일을 유지해야 한다. 습식 시일이 유지되지 않으면, 접착제(12) 보다는 공기가 축(3)과 카운터보어(8) 사이의 틈새 안으로 들어가게 된다. 그 결과, 접착제 층(12)은 공기 틈을 갖게 될 것인데, 이 공기 틈은 축(3)과 카운터보어(8) 사이의 접착제 결합부(12)의 강도를 약화시킬 것이다. 그러므로, 카운터보어(8) 안으로 도입되는 접착제(12)는, 임펠러(2)가 축(3) 상으로 눌려지는 중에 습식 시일이 유지되도록 충분한 양이어야 한다. 다른 한편으로, 너무 많은 접착제(12)가 카운터보어(8) 안으로 도입되면, 상기 카운터싱크(13)는 잉여의 접착제(12)를 유지할 수 없게 될 것이다. 따라서, 미리 정해진 양의 접착제(12)가 카운터보어(8) 안으로 도입된다. 미리 정해진 양은, 습식 접착제 시일이 축(3) 주위에 유지되고 잉여의 접착제(12)가 카운터싱크(13) 내에 유지되는 것을 보장하기 위해 다양한 공차를 고려한다.

접착제(12)가 카운터보어(8)의 바로 정상부에서 도입되면, 접착제(12)가 바닥으로 아래쪽으로 흐를 때 그 접착제의 일부가 카운터보어(8)의 표면에 달라 붙을 수 있다. 이렇게 되면, 축(3)의 단부 주위에서 접착제(12)의 양이 감소하게 될 것이다. 추가로, 접착제(12)는 축(3)의 일측에만 모일 수도 있다. 양 경우, 축(3)과 카운터보어(8) 사이의 습식 시일은 임펠러(2)가 축(3) 상으로 눌려질 때 유지되지 않을 수 있다. 상기 분배 관(16)을 사용하면, 접착제(12)는 카운터보어(8)의 바닥에 전달될 수 있고 축(3) 주위에 고르게 분포될 수 있다. 축(3)이 임펠러(2) 안으로 삽입될 때 접착제(12)가 그 축(3)의 단부에서 잘 미끄러져 떨어지도록 축(3)의 단부는 라운딩되어 있거나 테이퍼져 있다.

축(3)이 카운터보어(8) 안으로 삽입되는 속도가 너무 빠르면, 틈새 안으로 끌려 들어온 접착제(12)는 공동화(cavitation)될 수 있다. 그러므로, 삽입 속도는 그 공동화를 피하도록 제어된다. 공동화가 일어날 특정 속도는 주로 접착제(12)의 점도에 달려 있다. 따라서, 더 높은 점도의 접착제가 사용되면, 더 낮은 삽입 속도가 사용된다.

전술한 방법으로, 접착제(12)의 연속적인 층이 축(3)과 카운터보어(8) 사이에 형성된다. 따라서, 강한 접착제 결합부가 축(3)과 카운터보어(8) 사이에 형성되며, 이 접착제 결합부는 요구되는 토크를 전달할 수 있다. 먼저 축(3)과 보어(7) 사이에 억지 끼워맞춤을 형성함으로써, 축(3)이 카운터보어(8) 안으로 삽입될 때 접착제(12)가 축(3)과 카운터보어(8) 사이의 틈새 안으로 적극적으로 끌려 들어가게 된다. 그 결과, 접착제(12)의 연속적인 층이 축(3)과 카운터보어(8) 사이의 틈새의 크기에 상관없이 형성될 수 있다. 특히, 통상적인 방법, 예컨대 주입을 사용하여 접착제를 전달하는 것이 어려울 비교적 작은 틈새 안으로 접착제(12)를 도입시킬 수 있다.

Claims (8)

1. 축에 고정되는 임펠러를 포함하는 회전자로서, 상기 임펠러는 보어(bore) 및 카운터보어(counterbore)를 포함하고, 상기 축이 그 보어와 억지 끼어맞춤을 이루고 또한 그 축은 상기 카운터보어에 부착되는 회전자.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 임펠러는 허브, 이 허브에 제공되어 있는 복수의 블레이드, 및 상기 허브로부터 축방향으로 연장되어 있는 보스(boss)를 포함하고, 상기 보어는 상기 허브에 형성되어 있으며, 상기 카운터보어는 상기 보스에 형성되어 있는 회전자.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 허브는 상기 보스가 안으로 연장되어 있는 리세스를 포함하는 회전자.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 허브는 상기 블레이드가 제공되어 있는 상부 표면 및 상기 리세스를 형성하도록 성형되어 있는 하부 표면을 포함하는 회전자.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 임펠러는 플라스틱으로 형성되어 있는 회전자.
6. 회전자 제조 방법으로서,
   보어 및 카운터보어를 갖는 임펠러를 제공하는 단계;
   상기 보어와 억지 끼워맞춤을 이루게 되는 축을 그 보어 안으로 삽입하는 단계;
   접착제를 상기 카운터보어 안으로 도입하는 단계;
   상기 접착제가 상기 축과 카운터보어 사이에 형성된 틈새 안으로 끌려 들어가도록 상기 축을 카운터보어 안으로 삽입하는 단계; 및
   상기 접착제를 경화시키는 단계를 포함하는 회전자 제조 방법.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 접착제는 상기 축 주위에 습식 시일을 형성하도록 상기 카운터보어 안으로 도입되는 회전자 제조 방법.
8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
   상기 카운터보어의 일 단부는 모따기되어 있고, 접착제가 모따기부에 모이도록 상기 축이 카운터보어 안으로 삽입되는 회전자 제조 방법.

Images