KR20140105466A - 복합물 임펠러부 및 금속 샤프트부를 갖는 기계 로터를 포함하는 회전 기계 - Google Patents

Abstract

회전 기계(14)는 기계 스테이터와, 상기 기계 스테이터에 대해 회전가능한 기계 로터를 포함하며, 상기 기계 로터는 금속 샤프트부(18)와, 복합물 임펠러부(22)와, 상기 복합물 임펠러부(22)를 상기 금속 샤프트부(18)에 고정하는 적어도 제 1 금속 링부(24)를 포함하며, 상기 금속 링부는 상기 복합물 임펠러부와의 제 1 계면과, 상기 금속 샤프트부와의 제 2 계면을 갖는다.

Description

복합물 임펠러부 및 금속 샤프트부를 갖는 기계 로터를 포함하는 회전 기계 {ROTARY MACHINE INCLUDING A MACHINE ROTOR WITH A COMPOSITE IMPELLER PORTION AND A METAL SHAFT PORTION}

본원에 개시되는 본 발명의 실시예는 일반적으로, 제 1 물질로 제조된 임펠러부와, 제 1 물질과는 다른 제 2 물질로 제조된 샤프트부를 구비한 기계 로터를 포함하는 회전 또는 터보 기계에 관한 것이고, 특히, 복합물 임펠러부 및 금속 샤프트부를 갖는 기계 로터에 관한 것이다.

지난 수년 동안, 화석 연료의 가격 상승으로, 화석 연료 처리에 관련된 많은 형태들의 관심이 증가하였다. 화석 연료 처리 중에는, 유체가 육지 또는 연안 위치로부터 차후 사용을 위해 공정 플랜트까지 이송된다. 다른 응용예에서, 유체는 최종 사용자로의 분배를 촉진하기 위해, 더욱 국부적으로, 예를 들어, 탄화수소 처리 플랜트의 서브-시스템 사이에서, 이송될 수 있다.

적어도 일부 유체 전달 스테이션은 가스 터빈에 의해 구동되는 압축기, 팬, 및/또는 펌프와 같은 회전 기계를 이용한다. 이러한 터빈들 중 일부는 가스 터빈 출력 구동 샤프트 속도를 기결정된 장치 구동 샤프트 속도로 증가 또는 감소시키는 기어박스를 통해 관련 유체 이송 장치를 구동시킨다. 다른 회전 기계에서, 전기-동력식 구동 모터 또는 전기 구동부가 기계적 구동부(즉, 가스 터빈) 대신에(또는 연계하여) 사용되어, 회전 기계를 작동시킨다. 특정 세팅, 즉, 육지, 연안, 등에 관계없이, 그리고 회전 기계가 터빈인지 종동 모터인지 여부에 관계없이, 화석 연료 처리의, 특히, 이러한 처리에 관련된 회전 기계의, 효율 증가, 비용 감소, 및 환경적 영향 감소의 필요성이 계속 존재하고 있다.

이러한 계속적인 필요성의 결과로, 회전 기계 제조에 사용될 가능성이 있는 새 물질의 개발에 많은 진보가 있었다. 신합금과 같은 금속, 새 텍스타일과 같은 비-금속, 및 금속 및 비-금속으로 구성되는 다른 새 물질이 회전 기계 제조와 연관된 물질에 비해 상당한 장점을 제공한다.

그러나, 새로운 또는 기존의 회전 기계에 이러한 물질들을 병합하는 것은 도전적인 일인 것으로 판명되었다. 더욱 구체적으로, 이러한 물질들은 회전 기계의 조립 중 그리고 작동 중 달리 거동하였다. 따라서, 새롭게 제조된 또는 기존의 구성요소에 다양한 물질들을 병합할 수 있는 회전 기계가 필요하다.

예시적인 실시예에 따르면, 회전 기계는 기계 스테이터와, 상기 기계 스테이터에 대해 회전가능한 기계 로터를 포함한다. 상기 기계 로터는 금속 샤프트부와, 복합물 임펠러부와, 상기 복합물 임펠러부를 상기 금속 샤프트부에 고정하는 적어도 제 1 금속 링부를 포함하며, 상기 금속 링부는 상기 복합물 임펠러부와의 제 1 계면과, 상기 금속 샤프트부와의 제 2 계면을 갖는다.

다른 예시적인 실시예에 따르면, 기계 로터는 기계 샤프트와, 부착부를 포함하는 복합물 임펠러를 포함한다. 금속 링이 부착부 및 금속 샤프트에 수축 끼워맞춤되어, 상기 복합물 임펠러를 상기 금속 샤프트에 고정할 수 있다.

다른 예시적인 실시예에 따르면, 기계 로터의 금속 샤프트에 복합물 임펠러를 고정하는 방법은, 상기 금속 샤프트 상에 상기 복합물 임펠러를 위치시키는 단계와, 적어도 제 1 금속 링을 가열하는 단계와, 상기 금속 샤프트에 상기 금속 링을 위치시키는 단계와, 상기 복합물 임펠러 및 금속 샤프트와 결합하도록 상기 금속 링을 냉각 및 수축시켜서, 상기 복합물 임펠러를 상기 금속 샤프트부에 고정시키는 단계를 포함한다.

명세서의 일부분에 포함되고 명세서의 일부분을 구성하는 첨부 도면은 하나 이상의 실시예를 예시하며, 상세한 설명과 함께, 이러한 실시예들을 설명한다. 도면에서,
도 1은 예시적인 실시예에 따른 회전 기계의 단면도,
도 2는 도 1에 도시되는 예시적인 실시예에 따른 금속 링부의 단부면도,
도 3은 다른 예시적인 실시예에 따른 회전 기계의 단면도,
도 4는 다른 예시적인 실시예에 따른 회전 기계의 단면도,
도 5는 다른 예시적인 실시예에 다른 회전 기계의 단면도,
도 6은 다른 예시적인 실시예에 따른 회전 기계의 사시도,
도 7은 도 6에 도시되는 회전 기계의 단부면도,
도 8은 도 7의 A-A선을 따라 도 6에 도시되는 회전 기계의 단면도,
도 9는 도 6에 도시되는 회전 기계의 측면도,
도 10은 도 9의 B-B선을 따라 도 6에 도시되는 회전 기계의 단면도,
도 11은 예시적인 실시예의 순서도,
도 12는 다른 예시적인 실시예에 따른 회전 기계의 단면도.

예시적인 실시예에 대한 다음의 설명은 첨부 도면을 참조한다. 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호는 동일한 또는 유사한 요소들을 나타낸다. 다음의 상세한 설명은 발명을 제한하지 않는다. 대신에, 발명의 범위는 첨부 청구범위에 의해 규정된다. 다음의 실시예는, 단순화를 위해, 스테이터 및 로터를 갖는 회전 기계의 용어 및 구조와 관련하여 논의된다. 그러나, 다음에 논의될 실시예는 이러한 예시적인 시스템에 제한되지 않으며, 다른 시스템에 적용될 수 있다.

명세서 전체를 통해 "일 실시예" 또는 "하나의 실시예"에 대해 언급하는 것은, 일 실시예와 연계하여 논의되는 특정 특징부, 구조, 또는 특성이, 개시되는 대상의 적어도 하나의 실시예에 포함됨을 의미한다. 따라서, 명세서 전체 중 다양한 부분에서 "하나의 실시예에서" 또는 "일 실시예에서"라는 용어의 등장은 반드시 동일한 실시예를 언급하는 것이 아니다. 더욱이, 특정 특징부, 구조, 또는 특성은 하나 이상의 실시예에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다.

본 발명에 따른 회전 기계(14)의 예시적인 실시예가 도 1에 도시된다. 회전 또는 터보 기계(14)는 하우징(도시되지 않음)과 같은 기계 스테이터에 대해 회전가능한 기계 로터(16)를 포함한다.

도 1에 도시되는 바와 같이, 기계 로터(16)는 금속 샤프트부(18) 및 복합물 임펠러부(22)를 포함한다. 복합물 임펠러부(22)는 합성 물질을 포함한다. 예를 들어, 복합물 임펠러부(22)는 금속 및 비금속 물질을 모두 포함할 수 있다. 비금속 물질은 배향성, 또는 비-배향성, 또는, 배향성 및 비-배향성 섬유의 조합인, 카본 또는 글라스 섬유와 같은 섬유를 포함하는 직물(fabric) 물질을 포함할 수 있다(그러나 이에 제한되지 않는다). 더욱이, 직물 물질의 섬유는 동일 물질의 섬유일 수도 있고, 다양한 물질의 혼합일 수도 있다. 직물 물질의 섬유에는 충전 물질이 함침될 수도 있다. 충전 물질은 PPS(폴리페닐렌 설파이드), PA(폴리아미드), PMMA(아크릴릭), LCP(액정 중합체), POM(아세탈), PAI(폴리아미드 이미드), PEEK (폴리 에테르 에테르 케톤), PEKK(폴리 에테르 케톤 케톤), PAEK(폴리아릴에테르케톤), PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트), PC(폴리카보니트), PE(폴리에틸렌), PEI(폴리에테르이미드), PES(폴리에테르), PPA(폴리프탈아미드), PVC(폴리비닐 클로라이드), PU(폴리우레탄), PP(폴리프로필렌), PS(폴리스티렌), PPO(폴리페닐렌 옥사이드), PI(폴리이미드), 및 다른 물질을 포함하는(그러나 이에 제한되지 않는) 열가소성 중합체를 포함할 수 있다(그러나 이에 제한되지 않는다). 특히 고온 응용예의 경우에, 중합화된 단량체 반응물(PMR) 수지, 페닐에티닐 엔드캡(HFPE)을 갖는 6F-폴리이미드, 및 페닐에티닐-말단 이미드(PETI) 올리고머를 포함하는(그러나 이에 제한되지 않는), 폴리이미드와 같은 다른 물질이, 복합물 임펠러부(22)의 구성에 또한 포함될 수 있다.

복합물 임펠러부(22)는 에폭시, 페놀릭, 폴리에스테르, 비닐에스테르, 아민, 푸란(furans), PI, BMI(비스말레이미드), CE(시아네이트 에스테르), 프탈아노니트릴, 벤조자진 등을 포함하는(그러나 이에 제한되지 않는) 열경화성 화합물과 같은 충전 물질을 또한 포함할 수 있다. 특히 고온 응용예의 경우에, 중합화된 단량체 반응물(PMR) 수지, 페닐 페닐에티닐 엔드캡(HFPE)을 갖는 6F-폴리이미드, 및 페닐에티닐-말단 이미드(PETI) 올리고머와 같은 열경화성 화합물이, 복합물 임펠러부(22)의 구성에 또한 포함될 수 있다.

복합물 임펠러부의 구성에 포함될 수 있는 다른 물질은, 세라믹 물질, 예를 들어, 실리콘 카바이드 또는 알루미나, 및/또는 금속, 예를 들어, 알루미늄, 티타늄, 마그네슘, 니켈, 구리, 및/또는 이러한 금속들을 포함하는 합금을 포함한다(그러나 이에 제한되지 않는다).

복합물 임펠러부(22)에 존재할 수 있는 물질에 대한 추가적인 설명과, 이러한 물질을 포함하는 몰딩 공정에 대한 설명을 위해, 관심있는 독자는 공동 소유의 공개 PCT 출원 PCT/US2010/057623호(WO 2011/063333 A1으로 공개됨)을 참조할 수 있고, 그 내용은 여기에 참고자료로 포함된다.

도 1에 도시되는 실시예에서, 복합물 임펠러부(22)는 복합물 임펠러부(22) 및 금속 샤프트부(18)를 모두 결합시키는 금속 링부(24)에 의해 금속 샤프트부(18)에 고정된다.

복합물 임펠러부(22)에는, 복합물 임펠러부(22)를 금속 샤프트부(18) 상에 위치시키도록 구성되는 통로를 형성하는 내측 표면(30)을 포함하는 부착부(28)가 제공된다. 금속 링부(24)에는, 복합물 임펠러부(22)의 후방 측부에서 부착부(28)와 결합하는 내측 표면(42)(도 2)을 갖는 제 1 부분(32)이 제공된다. 금속 링부(24)는 금속 샤프트부(18)와 결합하는 내측 표면(44)(도 2)을 갖는 제 2 부분(34)을 또한 포함한다.

도 2에 도시되는 바와 같이, 금속 링부(24)의 내측 표면(42) 및 내측 표면(44) 각각은 각각 부착부(28) 및 샤프트부(18)의 원통형 외측 표면에 상보적인 원통형 단면을 갖는 통로를 형성한다. 그러나, 아래에서 더 설명되는 바와 같이, 다른 구조도 구현될 수 있다 - 예를 들어, 제 1 부분 통로 및 부착부 통로가 다각형상과 같은 비-원통 형상을 형성할 수 있다. 더욱이, 통로는 종방향으로도 변할 수 있다 - 예를 들어, 통로가 테이퍼질 수도 있다.

도 1에 도시되는 예시적인 실시예의 조립 중, 금속 링부(24)는 복합물 임펠러부를 금속 샤프트에 고정하기 위해 부착부(28) 및 샤프트부(18)에 수축 끼워맞춤된다. 더욱 구체적으로, 금속 링부(24)가 가열되어, 링 제 1 부분(32)의 내측 표면에 의해 형성되는 통로의 단면 영역과, 링 제 2 부분(34)의 내측 표면(44)에 의해 형성되는 통로의 단면 영역이 증가한다. 통로의 단면 영역이 충분히 증가한 후, 링 부분(24)은, 제 1 부분(32)이 부착부(28) 위에 위치하도록 그리고 제 2 부분(34)이 금속 샤프트부(38) 위에 위치하도록 배치된다. 링부(24)는 제 1 부분(32)이 계면(36)을 따라 부착부(28)와 결합하도록 그리고 제 2 부분(34)이 계면(38)을 따라 금속 샤프트부(18)와 결합하도록, 냉각 및 수축하게 된다.

제 1 부분(32)에 의해 부착부(28)에 가해지는 힘은 소정의 특성을 제공하도록 구성될 수 있고, 아래에서 더 상세히 논의되는 바와 같이, 이러한 특성들은 계면(36)에 제공되는 추가적인 특징부 및/또는 구조에 의해 개선될 수 있다. 더욱 구체적으로, 제 1 부분(32)에 의해 부착부(28)에 가해지는 힘은 제 1 부분(32)과 부착부(28) 사이의 상대적 회전 운동, 소위 "트위스트 슬리피지"(twist slippage)가 허용, 저항, 또는 방지되도록 구성될 수 있다. 또한, 제 1 부분(32)에 의해 부착부(28)에 가해지는 힘을 구성함으로써, 상대적 축방향 운동, 소위 "축방향 슬리피지"가 또한 허용, 저항, 또는 방지될 수 있다. 마찬가지로, 제 2 부분(34)에 의해 샤프트부(18)에 가해지는 힘은, 제 2 부분(34)과 금속 샤프트(18) 사이의 상대적 회전 및/또는 축방향 운동이 허용, 저항, 또는 방지될 수 있도록 구성될 수 있다.

앞서 언급한 바와 같이, 이러한 힘들은 제 1 부분(32)과 부착부(28) 사이의 상대적 운동에 대한 저항, 및/또는, 제 2 부분(34)과 샤프트(18) 사이의 상대적 운동에 대한 저항을 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 복합물 임펠러부(22) 또는 샤프트부(18) 상의 특히 높은 회전 하중이 소정의 임계치, 예를 들어, 임펄스 토크 임계치를 넘을 경우, 상대적 회전 운동이 임펄스 중 발생될 수 있고, 따라서, 복합물 임펠러부(22)에 대한 손상을 방지할 수 있도록, 안전 기능이 구현될 수 있다.

다른 예로서, 상대적 축방향 운동은 축방향 추진 임펄스가 소정의 임계치보다 큰 경우에 발생하도록 구성될 수 있다. 이러한 운동은 복합물 임펠러부(22)와 회전 기계 하우징 사이에서 가능한 틈새 문제로 인해 특히 문제가 될 수 있기 때문에, 상대적 축방향 운동의 총 크기를 제한하도록 스톱(stop)이 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시되는 바와 같이, 부착부(28)와 금속 링부(24)의 제 2 부분(34) 사이의 갭(20)은, 부착부가 제 2 부분(34)과 접촉시 추가적인 축방향 운동을 방지하도록 구성될 수 있다. 또한, 계면(38)에서 상대적 축방향 운동에 대한 저항은, 계면(38)에서 이러한 제한 스톱이 전혀 제공되지 않기 때문에, 계면(36)에서 이러한 운동에 대한 저항보다 큰 값을 갖도록 구성될 수 있다.

다른 예로서, 금속 링부(24)는 계면(36) 및/또는 계면(38)에서 잉여 힘을 제공하도록 구성될 수 있다. 더욱 구체적으로, 금속 링부(24)는, 부착부(28)에 대한 제 1 부분(32)의 힘이 복합물 임펠러부(22)와 샤프트부(18) 사이에서 상대적 회전 운동 및 상대적 축방향 운동을 방지하기에 충분하도록 구성될 수 있다. 더욱이, 금속 링부(24)는, 금속 샤프트부(18)에 대한 제 2 부분(34)의 힘이 금속 링부(24)와 샤프트부(18) 사이의 상대적 회전 운동 및 상대적 축방향 운동을 방지하도록 또한 구성될 수 있다. 이러한 구조는 페일-세이프(fail-safe) 기능을 제공하는데 사용될 수 있다. 구체적으로, 부착부(28)와 금속 샤프트부(18) 사이에서 상대적 운동이 가능했다면, 계면(38)에서의 잉여 힘이 금속 샤프트부(18)에 대한 제 2 부분(34)의 힘으로 인해 이러한 운동을 계속하여 방지하였을 것이다.

계면(36) 및/또는 계면(38)에서, 또는 그 근처에서, 또는 그 안에서, 추가적인 구조 또는 특징부는 스플라인, 키, 표면 텍스처, 마모 표시기, 첨가물, 심(shims), 절연체, 등을 포함한다(그러나 이에 제한되지 않는다). 이러한 특징부 및/또는 구조는, 예를 들어, 마모 감소, 진동 감소, 부식 감소, 효율 증가, 및 그렇지 않을 경우, 회전 기계(14) 작동과 연관된 조립, 작동, 수명, 및/또는 비용의 개선을 위해, 계면(36) 및/또는 계면(38)에서 구현될 수 있다.

예를 들어, 복합물 임펠러부(22), 그리고 특히, 부착부(28)의 구성에 사용되는 일부 물질은, 열 관련 손상을 받기 쉽다. 이러한 손상을 방지하기 위해, 절연체가 계면(36)에 제공될 수 있고, 또는 다른 예로서, 쉘과 같은 층 또는 첨가물과 같은 물질이 복합물 임펠러부(36)에 제공될 수 있다.

링부(24)를 이용하여 금속 샤프트부(18)에 복합물 임펠러부(22)를 고정하는 것은 다수의 다른 구체적 이점들을 제공한다. 예를 들어, 복합물 임펠러부(22)는 예열없이 샤프트부(26) 상에 위치할 수 있다. 다시 말해서, 복합물 임펠러부922)는, 샤프트부(18) 상에 배치를 촉진시키기 위해 예열될 수 있으나 반드시 그럴 필요는 없다. 따라서, 복합물 임펠러부(22)에 포함될 수 있는 물질은 설치 중 예열 또는 수축 끼워맞춤 공정을 성공적으로 거칠 수 있어야만 하는 물질로 제한되지 않는다.

다른 예로서, 함침된 섬유 물질을 포함하는 복합물 임펠러부(22)가 소정의 섬유 배향을 나타낼 경우, 계면(36, 38)은 이러한 섬유 배향을 수용하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 임펠러부(24) 내 섬유는 경량이지만 강체성이 약간 덜한 부착부(28)를 제공하도록 제조 중 배향된다. 이러한 경우에, 부착부(28)에 대한 제 1 부분(32)의 힘은, 계면(36)에서 상대적 회전 운동 및 축방향 운동이 제한되는 방식으로, 그리고 이러한 회전 및/또는 축방향 운동이 부착부(28)와 샤프트(18) 사이에서 방지되지 않는 방식으로, 감소될 수 있다. 계면(36)에서 감소된 힘을 수용하기 위해, 제 2 계면(38)에서의 힘은 증가하거나, 그렇지 않을 경우, 임펠러부(22)와 금속 샤프트(18) 사이의 상대적 회전 및 축방향 운동을 방지하도록 구성될 수 있다.

금속 링부(24)는 작동 중 복합물 임펠러(22)의 거동을 제어하도록 또한 구성될 수 있다. 예를 들어, 높은 회전 속도에서, 임펠러부(22)의 일부 합성 물질은 회전에 의해 유도되는 힘, 예를 들어, 원심력, 공정 유체의 온도, 피로, 등으로 인해 소성 또는 탄성 변형되는 경향이 있을 수 있다. 계면(36) 및/또는 계면(38)에 의해 형성되는 영역을 구성함으로써, 및/또는 계면(36) 및/또는 계면(38)에서 링 부분(24)에 의해 가해지는 힘을 구성함으로써, 복합물 임펠러부(22)의 변형이 제어될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시되는 예시적인 실시예의 작동 중, 계면(36)에서 부착부(28)에 대한 제 1 링부(32)에 의해 가해지는 힘은, 임펠러부(22), 특히 부착부(28)의 반경방향 외향 변형을 방지할 수 있다. 더욱이, 부착부(28)와 링부(32) 사이의 "트위스트 슬리피지"에 대한 저항은, 계면(36)에서의 큰 마찰이 이러한 작동 중 링부(32)에 대한 부착부(28)의 외향 압력에 의해 생성되기 때문에, 기계 로터(16)의 회전 속도에 비례하여 실제 증가할 수 있다.

소정의 상황에서, 작동 중 임펠러부(22)를 변형시키도록 링부(24)를 구성할 필요가 있을 수 있다. 이와 같이 허용가능한 변형은 공정 유체 내에서 외부로부터의 충격을 흡수하는 기능을, 또는, 다른 예로서, 회전 기계(14)의 작동을 위협하지 않으면서 국부 압력 현상을 흡수하는 기능을, 임펠러부(22)에 제공할 수 있다. 도 1에 도시되는 실시예에서, 제 1 금속 링부만이 그 후방 측부에 제공되기 때문에, 충격 또는 압력 현상이 복합물 임펠러부(22)에 의해 흡수될 수 있고, 구체적으로, 복합물 임펠러부(22)의 적어도 일부분이, 링부(24)에 대해 캔틸레버화 될 수 있고, 손상 방지를 위해 금속 샤프트부(18)로부터 멀리 일시적으로 변형 또는 휘어질 수 있다. 이러한 특징은 임펠러부(22)의 제조에 훨씬 더 큰 재료 다양성을 부여할 수 있게 한다.

금속 링부(24)가 부착부(28)에 그리고 금속 샤프트부(18)에 클램핑 힘을 제공할 수 있기 때문에, 임펠러부만이 열 수축되거나 그렇지 않을 경우 샤프트부(18)에 고정된 경우보다 임펠러부(22)와 샤프크부(18) 사이에서 더 큰 양의 토크가 전달될 수 있다. 이러한 특징은 도 1에 도시되는 바와 같이, 닫힌 복합물 임펠러부(22)의 구현을 돕고, 이는 더 높은 토크 정격과 연관될 수 있다.

더욱이, 금속 링부(24)가 부착부(28) 주위로 연속 링을 형성하기 때문에, 멀티-피스 임펠러의 구현이 촉진된다. 따라서, 예를 들어, 구분된 섹션들을 포함하는 임펠러부가 금속 샤프트부(18) 상에 위치할 수 있다. 구분된 섹션들은 금속 링부(24)를 이용하여 금속 샤프트부(18)에 고정될 수 있다. 이러한 구조는 임펠러부(22)의 단일 섹션만을 쉽게 교체할 수 있게 할 것이고, 따라서, 전체 임펠러의 교체에 비해 상당한 비용 절감을 이끌 수 있고, 또는 다른 예로서, 서로 다른 합성 물질로 각각 제조되는 구분된 임펠러부들이 도 1의 예시적인 실시예에 따라 금속 링부(24)를 이용하여 동시적 실시간으로 검사될 수 있다.

제 2 예시적 실시예가 도 3에 도시된다. 회전 기계(114)는 복합물 임펠러부(122)의 제조 중 예를 들어, 접착제에 의해 또는 본딩에 의해, 복합물 임펠러부에 연결될 수 있는 금속 부착부를 갖는 복합물 임펠러부를 포함한다. 금속 부착부는 허브부(125)와, 허브부(125)로부터 반경 방향 외향으로 연장되는 반경 방향 연장부(131)를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 반경 방향 연장부(131)는 복합물 임펠러부(122)에 추가적인 지지 및/또는 구조적 일체성을 제공할 수 있다. 이러한 특징은 절연 기능을 또한 제공한다 - 금속 샤프트(도시되지 않음)에 금속 링부(124)를 수축 끼워맞춤하는 공정 중, 금속 부착부, 그리고 특히, 반경 방향 연장부(131)는, 금속 링부(124)로부터 발원하는 열로부터 복합물 임펠러부를 보호할 수 있다. 도 3에 도시되는 바와 같이, 금속 부착부는 금속 링부(124)에 완전하게 안착된다.

제 3 예시적 실시예가 도 4에 도시된다. 회전 기계(214)는 복합물 임펠러부(222)의 후방 측부에 위치하는 제 1 금속 링부(224)와, 복합물 임펠러부(222)의 전방 측부에 위치하는 제 2 금속 링부(225)를 포함한다. 본 예시적 실시예에서, 부착부(228)에는 더브테일(dovetail) 형상이 제공된다. 더욱이, 도 4에 도시되는 바와 같이, 제 1 계면(236)은 실질적으로 원뿔대 형상을 형성하고, 튜브 형상을 형성하는 제 2 계면(238)과 인접하여 놓인다. 마찬가지로, 제 2 금속 링부(225)는 복합물 임펠러부(222)의 전방 측부에서 부착부(228)와 결합하고, 실질적으로 원뿔대 형상을 형성하는 제 1 계면(237)을 포함하며, 제 1 계면은 튜브 형상을 형성하는 제 2 계면(239)과 인접하여 놓인다(237이 도 4에서 239로 잘못 표시됨).

기계 로터(216)의 조립 중, 제 1 금속 링부(224)는 복합물 로터부(222)의 부재 하에 샤프트(218)에 수축 끼워맞춤될 수 있다. 제 1 금속 링부(224)가 충분히 냉각된 후, 복합물 임펠러부는 샤프트(218) 상에 위치하여 금속 링부(224)와 결합하며, 따라서, 수축 끼워맞춤 공정과 연관된 열에 복합물 임펠러부가 노출되는 것을 방지할 수 있다. 금속 링부(225)는 그 후 샤프트(218) 및 부착부(228)에 수축 끼워맞춤되어, 복합물 임펠러를 샤프트(218)에 고정할 수 있다. 금속 링부(225)가 금속 링부(224)보다 약간 작기 때문에, 손상을 일으킬 가능성이 있는 열에 복합물 임펠러부를 노출시키는 것이, 금속 링부(224)와 연관된 경우보다 상당히 덜하다. 다른 대안으로서, 제 1 금속 링(224) 및/또는 제 2 금속 링은 스레딩, 스웨이징(swaging), 용접, 키, 본딩, 또는 다른 타입의 화학적 또는 기계적 고정 수단을 포함하여, 계면(236, 238, 237, 및/또는 239)에서 구조물 또는 특징부의 협력을 통해, 금속 샤프트(218)에 복합물 임펠러(222)를 고정할 수 있다.

도 5는 제 4 예시적 실시예를 도시한다. 회전 기계(314)는 복합물 임펠러부(322)의 후방 측부에 위치하는 제 1 금속 링부(324)와, 복합물 임펠러부(322)의 전방 측부에 위치하는 제 2 금속 링부(325)를 포함한다. 도 5에 도시되는 실시예에서, 금속 샤프트부(318)는 금속 링부(324)와 금속 링부(325) 사이에 배치된다.

금속 링(334)의 제 1 부분(332)과, 금속 링(335)의 제 1 부분(333)은 각각 제 2 링부(334) 및 제 2 링부(335)로부터 반경 방향 외향으로 연장된다. 또한, 계면(336) 및 계면(337)은 각각 반경 방향 계면(338, 339)과 인접하여 위치한다. 접착성 본딩과 같은 본딩은 계면(336, 338, 337, 339)에 제공될 수 있다. 추가적으로, 복합물 임펠러부(322)가 샤프트부(318)에 본딩될 수 있다.

제 2 링부(334, 335) 각각은 기계 로터(316)를 따라 축방향으로 토크 전달을 위해 반경 방향으로 연장되는 치형부 또는 스플라인(346)을 포함한다. 유사한 스플라인 배열 및/또는 키 및 키웨이 배열이 토크 전달을 위해 계면(336, 338, 337, 339)에 제공될 수 있다. 계면(336, 338, 337, 339)에서 화학적 또는 기계적 수단에 의해 제공되는 토크 전달에 추가하여, 타이-로드(tie-rod)(도시되지 않음) 및/또는 볼트(도시되지 않음) 및/또는 이들의 조합이 기계 로터(316)의 샤프트축을 따라 구현되어, 계면(336, 338, 337 및/또는 339) 및 치형부 또는 스플라인(346)을 통해 제공되는 토크 전달을 보충하기 위해 "허스 커플링"(Hirth Coupling) 배열로 샤프트축을 따라 압축력을 제공할 수 있다.

도 5의 실시예의 다양한 변형예가 또한 고려된다. 예를 들어, 구성요소(318, 334, 335)들이 도 5의 실시예에 별도의 요소로 예시되지만, 그 대신에 이러한 요소들이 단일 부분으로 형성될 수 있다. 금속 부분(318, 334, 335)에 복합물 요소들을 접합시키는 것은, 그 후 복합물이 형성될 때 직접 수행될 수 있고, 이 경우 금속 부분(318, 334, 335)은 공정의 몰드로 사용된다. 더욱이, 표면 또는 계면(336, 337)은 직선일 필요가 없으며, 이러한 계면(336, 337)들 중 하나 이상은, 복합물과 금속 사이의 기하학적 본딩과 접착식 본딩 모두를 제공하기 위해, 대안으로서 굽어질 수 있다. 이러한 곡면 계면(336, 337)의 순수하게 예시적인 예가 (단일 금속 부분(318)을 또한 보여주는) 도 12로 제공된다.

더욱이, 금속 부분, 예를 들어, 복합물 부분과 접촉하는 표면은, 원통 형상에 제한되지 않으며, 요망되는 임의의 형상을 취할 수 있다 - 예를 들어, 둥근 코너를 갖는 3-변 다각형 형상(아래 설명되는 도 6에 더 예시되는 바와 같음) 또는 다른 2-변(타원형), 4-변, 5-변 등을 포함하는 다른 다각형 형상을 취할 수 있다.

도 6 내지 도 10은 제 5 실시예를 보여준다. 기계 로터(416)는 둥근 코너를 갖는 3-변 다각형 형상을 형성하는 단면을 갖는 금속 샤프트부(418a)를 포함한다. 금속 샤프트부(418a)는 종방향축을 따라 또한 테이퍼진다. 금속 샤프트부(418a)는 각각의 단부에서, 원통 형상을 형성하는 단면을 갖는 금속 샤프트부(418b)로 바뀐다.

복합물 임펠러부(422)는 금속 샤프트부(418a)의 형상과 상보적인 단면을 갖는 표면(430)을 가진 통로를 구비한 부착부(428)를 포함한다.

금속 링부(424)는 부착부(428)와 함께 제 1 계면(436)을 갖는 제 1 부분(432)과, 제 1 부분(438a) 및 제 2 부분(438b)과 함께 제 2 계면(438)을 갖는 제 2 부분(434)을 포함한다. 제 2 계면 제 1 부분(438a)은 종방향으로 연장되고, 제 2 계면 제 2 부분(438b)은 금속 샤프트부(418a)의 축에 대해 반경 방향으로 연장된다. 제 1 계면(436)은 제 2 계면(438b)의 제 2 부분에 인접하여 위치하고 반경 방향으로 또한 연장된다.

기계 로터(416)의 조립 중, 복합물 임펠러부(422)가 금속 샤프트부(418) 상에 위치한다. 금속 링부(424)는 그 후 금속 샤프트부(418a) 및 복합물 임펠러부(422)와 결합하도록 수축 끼워맞춤되며, 따라서, 복합물 임펠러부(422)를 샤프트부(418a)에 고정할 수 있다.

작동 중, 부착부(428) 및 금속 샤프트부(418a)의 상보형 표면들은 복합물 임펠러부(422)와 샤프트부(418a) 사이에서 토크 전달을 제공한다. 금속 링부(424) 상에서 제 1 부분(432)의 외측 표면 상의 반경(448)은 복합물 임펠러부(422)에 대한 개선된 유동을 제공한다. 도 11의 순서도에 도시되는 바와 같은 실시예에 따르면, 기계 로터의 금속 샤프트에 복합물 임펠러를 고정하는 방법(1000)은, 금속 샤프트부에 복합물 임펠러를 위치시키는 단계(1002)와, 적어도 제 1 금속 링을 가열하는 단계(1004)와, 금속 링을 복합물 임펠러와 결합하도록 금속 샤프트에 위치시키는 단계(1006)와, 금속 링부를 냉각 및 수축시키고, 따라서, 기계 로터의 축에 대해 종방향 그리고 반경 방향 중 적어도 한 방향으로 복합물 임펠러부를 상기 금속 샤프트부에 고정시키는 단계(1008)를 포함한다.

상술한 실시예는 본 발명의 모든 형태에서 제한적이기보다는 예시적인 것을 의도한다. 이러한 모든 변형 및 변형예는 다음과 같이 규정되는 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위 내에 있는 것으로 간주될 것이며, 이와 같이 명시적으로 설명되지 않을 경우 발명에 핵심적이거나 본질적인 것으로 간주되어야 한다. 또한, 여기서 사용되는 바와 같이, 관사 "일"은 하나 이상의 품목을 포함하는 것을 의도한다.

Claims (10)

1. 기계 스테이터와,
   상기 기계 스테이터에 대해 회전가능한 기계 로터를 포함하며,
   상기 기계 로터는 금속 샤프트부와, 복합물 임펠러부와, 상기 복합물 임펠러부를 상기 금속 샤프트부에 고정하는 적어도 제 1 금속 링부를 포함하며, 상기 금속 링부는 상기 복합물 임펠러부와의 제 1 계면과, 상기 금속 샤프트부와의 제 2 계면을 갖는
   회전 기계.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 복합물 임펠러부에 대해 상기 금속 링부에 의해 가해지는 힘은 상기 복합물 임펠러부와 상기 금속 샤프트 사이의 운동을 방지하도록 구성되는
   회전 기계.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 샤프트부에 대해 상기 금속 링부에 의해 가해지는 힘은, 상기 금속 링부와 상기 금속 샤프트 사이의 운동을 방지하도록 구성되는
   회전 기계.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 적어도 제 1 금속 링부는 상기 복합물 임펠러부의 제 1 측부 상에 배치되고, 제 2 금속 링부는 상기 복합물 임펠러부의 제 2 측부 상에 배치되며, 상기 제 2 금속 링부는 상기 복합물 임펠러부를 상기 금속 샤프트부에 더욱 고정하고, 상기 제 2 금속 링부는 상기 복합물 임펠러부와의 제 1 계면과, 상기 금속 샤프트부와의 제 2 계면을 갖는
   회전 기계.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 복합물 임펠러부는 상기 금속 샤프트부와 결합하기 위한 부착부를 포함하는
   회전 기계.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 부착부는 금속으로 제조되는
   회전 기계.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 부착부가 금속부를 포함하는
   회전 기계.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 1 계면은 관 형상을 형성하고, 상기 제 2 계면은 관 형상을 형성하는
   회전 기계.
9. 기계 샤프트와,
   금속부를 갖는 부착부를 포함하고, 상기 금속 샤프트 상에 배치되는 복합물 임펠러와,
   상기 복합물 임펠러를 상기 금속 샤프트에 고정하도록 상기 부착부 및 상기 금속 샤프트에 수축 끼워맞춤되는 금속 링을 포함하는
   기계 로터.
10. 기계 로터의 금속 샤프트에 복합물 임펠러를 고정하는 방법에 있어서,
    상기 금속 샤프트에 상기 복합물 임펠러를 위치시키는 단계와,
    적어도 제 1 금속 링을 가열하는 단계와,
    상기 금속 샤프트에 상기 금속 링을 위치시키는 단계와,
    상기 복합물 임펠러 및 금속 샤프트와 결합하도록 상기 금속 링을 냉각 및 수축시켜서, 상기 복합물 임펠러를 상기 금속 샤프트에 고정시키는 단계를 포함하는
    복합물 임펠러 고정 방법.

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