KR20150037320A

KR20150037320A - 압축 장치

Info

Publication number: KR20150037320A
Application number: KR20130116837A
Authority: KR
Inventors: 최재호
Original assignee: 삼성테크윈 주식회사
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2015-04-08
Also published as: KR102083925B1

Abstract

본 발명의 일 측면에 따르면, 적어도 하나의 임펠러와, 상기 임펠러를 구동하는 회전축과, 상기 회전축에 설치되는 피니언 기어와, 상기 피니언 기어에 동력을 전달하는 불 기어와, 상기 불 기어가 설치되는 메인 구동축과, 상기 불 기어를 수용하는 하우징과, 상기 하우징에 설치되며 유로를 가지는 볼류트 케이싱과, 상기 임펠러와 상기 유로 사이에 배치되는 디퓨저부를 포함하며, 상기 볼류트 케이싱의 유로 형상을 한정하여 공력 성능을 높이고 기계 손실을 줄일 수 있는 압축 장치를 제공한다.

Description

압축 장치{A compressing apparatus}

본 발명은 압축 장치에 관한 것이다.

공기, 가스, 스팀 등의 유체를 압축하는 압축기는 다양한 분야에서 사용되고 있고, 그 종류도 여러 종류가 있다.

일반적으로 압축기는 용적형과 터보형으로 구분할 수 있는데, 구체적으로는 왕복동 압축기, 로터리 스크류 압축기, 터보 압축기, 다이어프램 압축기, 로터리 슬라이딩 베인 압축기 등으로 분류할 수 있다.

그러한 압축기는 단독으로 사용될 수 있지만, 설계자의 필요에 따라 여러 개의 압축기가 배치되어 다단의 시스템을 구성할 수 있으며, 다단의 시스템을 구성할 경우 더 큰 압축비를 구현할 수 있다.

한편, 공개특허공보 1997-0021766호에서는 기어 박스와 스크롤들을 별개로 제조한 후, 기어 박스에는 기어열을 수용하고 스크롤에는 임펠러를 수용하는 터보 압축기 기술이 개시되어 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 볼류트 케이싱의 유로 형상을 한정함으로써 높은 공력 성능을 가지면서도 기계 손실을 줄일 수 있는 압축 장치를 구현하는 것을 주된 과제로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 적어도 하나의 임펠러;와, 상기 임펠러를 구동하는 회전축;과, 상기 회전축에 설치되는 피니언 기어;와, 상기 피니언 기어에 동력을 전달하는 불 기어;와, 상기 불 기어가 설치되는 메인 구동축;과, 상기 불 기어를 수용하는 하우징;과, 상기 하우징에 설치되며, 유로를 가지는 볼류트 케이싱;과, 상기 임펠러와 상기 유로 사이에 배치되는 디퓨저부;를 포함하며, 상기 유로의 부분 중 상기 메인 구동축에 가장 가까이 위치한 부분의 유로단면의 도심으로부터 상기 회전축의 중심까지의 거리를 X1이라고 하고, 상기 유로의 부분 중 상기 메인 구동축에 가장 가까이 위치한 부분에 연결된 상기 디퓨저부의 출구로부터 상기 회전축의 중심까지의 거리를 Y1이라고 하고, 상기 유로의 부분 중 상기 메인 구동축에 가장 멀리 위치한 부분의 유로단면의 도심으로부터 상기 회전축의 중심까지의 거리를 X2이라고 하고, 상기 유로의 부분 중 상기 메인 구동축에 가장 멀리 위치한 부분에 연결된 상기 디퓨저부의 출구로부터 상기 회전축의 중심까지의 거리를 Y2이라고 할 때, 다음의 [수학식]을 만족시키는 압축 장치를 제공한다.

[수학식]

여기서, 상기 임펠러는 상기 회전축에 적어도 2개가 직렬로 배치될 수 있다.

여기서, 상기 회전축은 상기 메인 구동축과 나란하도록 상기 메인 구동축을 사이에 두고 배치되는 제1 회전축과 제2 회전축을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 피니언 기어와 상기 불 기어는 서로 치합하도록 배치될 수 있다.

여기서, 상기 볼류트 케이싱의 상기 유로의 부분 중 상기 메인 구동축에 가장 가까이 위치한 부분의 형상은 접힌 형상(folded shape) 또는 일부 접힌 형상(semi-folded shape)을 가질 수 있다.

여기서, 상기 볼류트 케이싱의 상기 유로의 부분 중 상기 메인 구동축에 가장 멀리 위치한 부분의 형상은 돌출된 형상(overhung shape)을 가질 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 압축 장치는, 공력 성능을 높이고, 기계 손실 및 제조 비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 압축 장치의 개략적인 외형 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 관한 압축 장치의 내부 구조를 보기 위해, 도 1에 도시된 Ⅱ-Ⅱ'선을 잘라 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 관한 볼류트 케이싱의 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시된 G 부분을 확대하여 도시한 개략적인 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 S1 부분을 확대하여 도시한 개략적인 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 사용함으로써 중복 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 압축 장치의 개략적인 외형 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 관한 압축 장치의 내부 구조를 보기 위해, 도 1에 도시된 Ⅱ-Ⅱ'선을 잘라 도시한 단면도이다. 또한, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 관한 볼류트 케이싱의 사시도이고, 도 4는 도 2에 도시된 G 부분을 확대하여 도시한 개략적인 도면이다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 압축 장치(100)는, 임펠러(110), 회전축(120), 피니언 기어(130), 불(bull) 기어(140), 메인 구동축(150), 하우징(160), 볼류트 케이싱(170), 디퓨저부(180)를 포함한다.

임펠러(110)는, 제1 임펠러(111), 제2 임펠러(112), 제3 임펠러(113)를 포함하며, 제1 임펠러(111), 제2 임펠러(112), 제3 임펠러(113)는 순차적으로 다단 압축을 수행한다.

제1 임펠러(111)와 제2 임펠러(112)는 회전축(120) 중 제1 회전축(121)에 직렬로 배치되게 되는데, 제1 임펠러(111)는 제일 저압단의 압축 작용을 수행하고, 제3 임펠러(113)는 제일 고압단의 압축 작용을 수행한다. 즉, 제1 임펠러(111)로부터 배출된 압축 가스는 제2 임펠러(112)로 이동하고, 제2 임펠러(112)에서 배출된 압축 가스는 제3 임펠러(113)로 이동함으로써 다단 압축이 수행된다.

본 실시예의 임펠러(110)는, 제1 임펠러(111), 제2 임펠러(112), 제3 임펠러(113)의 3개의 임펠러를 포함하지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따르면, 압축 장치(100)에 설치되는 임펠러의 개수에는 특별한 제한이 없다. 예를 들면, 압축 장치(100)에 설치되는 임펠러의 개수는 4개가 될 수도 있다.

임펠러(110)의 종류로는 원심형 임펠러가 사용되는데, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 각각의 임펠러(110)는, 베이스부(110a), 베이스부(110a)에 설치되는 복수개의 블레이드(110b)를 포함한다.

회전축(120)은 베이스부(110a)에 연결되어 있으며, 하우징(160)에 제1 베어링(191)으로 지지되게 된다. 본 실시예의 경우, 회전축(120)은 제1 회전축(121), 제2 회전축(122)으로 구성되는데, 도 2에 도시된 바와 같이, 좌측의 제1 회전축(121)은 제1 임펠러(111), 제2 임펠러(112)에 설치되고, 우측의 제2 회전축(122)은 제3 임펠러(113)에 설치됨으로써, 메인 구동축(150)과 나란하도록 메인 구동축(150)을 사이에 두고 배치되게 된다.

한편, 피니언 기어(130)는 회전축(120)에 설치되어 임펠러(110)를 구동하는데, 피니언 기어(130)는 불 기어(140)로부터 동력을 전달받아 각 회전축(120)으로 동력을 전달한다.

불 기어(140)는 피니언 기어(130)와 치합하도록 배치되며, 메인 구동축(150)으로부터 동력을 전달받아 피니언 기어(130)로 동력을 전달한다.

본 실시예에 따르면, 2개의 피니언 기어(130)와 1개의 불 기어(140)를 포함하여 구성되어 있지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따르면 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어, 본 발명에 따르면 피니언 기어(130)와 불 기어(140) 사이에 다른 기어열이 설치될 수도 있다.

메인 구동축(150)은 불 기어(140)를 구동하는 기능을 수행하는데, 동력을 생성하는 모터(미도시)의 축이나 감속기(미도시)의 축에 연결되어, 외부의 동력을 불 기어(140)로 전달하게 된다.

메인 구동축(150)은 불 기어(140)의 중앙에 위치한 설치 구멍에 끼워져 연결되는데, 메인 구동축(150)은 하우징(160)에 제2 베어링(192)으로 지지된다.

하우징(160)은 피니언 기어(130)와 불 기어(140)를 수용하는데 포함하는데, 하우징(160)의 하부에는 받침대(160a)가 설치되어 하우징(160)을 지지하는 기능을 수행한다.

한편, 볼류트 케이싱(170)은 유로(170a)를 가지고 있으며, 입구(170b)와 출구(170c)를 구비한다.

볼류트 케이싱(170)은 제1 볼류트 케이싱(171), 제2 볼류트 케이싱(172), 제3 볼류트 케이싱(173)을 포함하도록 구성된다.

제1 볼류트 케이싱(171)은 제1 임펠러(111)를 수용하도록 하우징(160)에 설치되고, 제2 볼류트 케이싱(172)은 제2 임펠러(112)를 수용하도록 하우징(160)에 설치되고, 제3 볼류트 케이싱(173)은 제3 임펠러(113)를 수용하도록 하우징(160)에 설치된다.

전술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 압축 장치(100)는 다단 압축을 수행하기 때문에, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 볼류트 케이싱(171)의 출구와 제2 볼류트 케이싱(172)의 입구가 서로 연통되도록 하우징(160) 외부로 제1 연통관(195)이 설치되며, 제2 볼류트 케이싱(172)의 출구와 제3 볼류트 케이싱(173)의 입구가 서로 연통되도록 하우징(160) 외부로 제2 연통관(196)이 설치되고, 제3 볼류트 케이싱(173)의 출구에 연결되는 제3 연통관(197)이 설치된다.

디퓨저부(180)는 임펠러(110)와 유로(170a) 사이에 배치되어, 임펠러(110)에서 나온 유체가 유로(170a)로 도달할 때, 속도를 줄이고 압력을 높이는 기능을 수행한다.

한편, 본 실시예에 따른 볼류트 케이싱(170)의 유로(170a)의 형상은 메인 구동축(150)까지의 거리에 따라 결정되는데, 이하 도 4 및 도 5를 참조하여 자세히 설명한다.

도 5는 도 4에 도시된 S1 부분을 확대하여 도시한 개략적인 도면이다.

우선, 도 5를 참조하면, 유로(170a)의 단면은 유로(170a)를 지나는 유체의 흐름의 방향에 수직한 평면으로 유로(170a)를 잘랐을 때의 영역으로 정의하고, 이 때의 영역의 면적은 A(점선 표시)로 표시된다. 면적 A의 도심 C1(x'', y'')은 「유로단면의 도심」으로 정의하고, 다음의 [수학식 1]에 의해 구할 수 있다.

상기 도심 C1을 구한 것과 마찬가지의 방법으로 도 4에 도시된 도심 C2도 구할 수 있다.

한편, 제1 볼류트 케이싱(171)의 유로(170a)의 부분 중 메인 구동축(150)에 가장 가까이 위치한 부분과 가장 멀리 위치한 부분에 대한 형상이 다른데, 이하 도 2 및 도 4를 참조하여 설명한다.

도 4의 우측에 도시된 대로, 제1 볼류트 케이싱(171)의 유로(170a)의 부분 중 메인 구동축(150)에 가장 가까이 위치한 부분(S1)의 「유로단면의 도심」은 C1이다. 이 때 C1으로부터 제1 회전축(121)의 중심(선)(M1)까지의 거리를 X1이라고 하고, 제1 볼류트 케이싱(171)의 유로(170a)의 부분 중 메인 구동축(150)에 가장 가까이 위치한 부분(S1)에 연결된 디퓨저부(180)의 출구로부터 제1 회전축(121)의 중심(선)(M1)까지의 거리를 Y1라고 한다.

한편, 도 4의 좌측에 도시된 대로, 제1 볼류트 케이싱(171)의 유로(170a)의 부분 중 메인 구동축(150)에 가장 멀리 위치한 부분(S2)의 「유로단면의 도심」은 C2이다. 이 때 C2로부터 제1 회전축(121)의 중심(선)(M1)까지의 거리를 X2이라고 하고, 제1 볼류트 케이싱(171)의 유로(170a)의 부분 중 메인 구동축(150)에 가장 멀리 위치한 부분(S2)에 연결된 디퓨저부(180)의 출구로부터 제1 회전축(121)의 중심(선)(M1)까지의 거리를 Y2라고 한다.

이 경우, 본 실시예에 따른 제1 볼류트 케이싱(171)의 유로(170a)의 형상은, 다음의 [수학식 2]을 만족하여야 한다.

[수학식 2]가 의미하는 바는, 제1 볼류트 케이싱(171)의 유로(170a)의 부분 중 메인 구동축(150)에 가장 가까이 위치한 부분(S1)은, 유로(170a)의 부분 중 메인 구동축(150)에 가장 멀리 위치한 부분(S2)보다 상대적으로 더 회전축(121)에 가까이 배치된다는 것이다. 즉, 제1 볼류트 케이싱(171)의 유로(170a)의 부분 중 메인 구동축(150)에 가장 가까이 위치한 부분의 형상은 접힌 형상(folded shape) 또는 일부 접힌 형상(semi-folded shape)을 가지게 된다. 그러한 설계를 통해, 제1 회전축(121)과 메인 구동축(150) 사이의 거리(L1)를 더 줄이도록 설계할 수 있게 되고, 그렇게 되면 전체적으로 압축 장치(100)의 크기를 줄여 운반 및 설치에 있어 유리하고 제조 비용을 줄일 수 있게 된다. 아울러, 그 경우 불 기어(140)의 직경도 작게 설계할 수 있기 때문에 불 기어(140)의 잇수도 줄일 수 있는데, 그렇게 되면 작동 시에 불 기어(140)와 피니언 기어(130)의 치의 물림에 따른 기계 손실을 상대적으로 줄일 수 있게 된다.

아울러, 유로(170a)의 부분 중 메인 구동축(150)에 가장 멀리 위치한 부분(S2)은 더 외곽으로 돌출된 형상(overhung shape)을 가지고 있기 때문에 공력 성능을 향상시킬 수 있다.

한편, 제1 볼류트 케이싱(171)의 유로(170a)의 부분 중 메인 구동축(150)에 가장 가까이 위치한 부분(S1)의 근처의 형상은 접힌 형상(folded shape) 또는 일부 접힌 형상(semi-folded shape)을 가지게 되는데, 메인 구동축(150)에 가장 멀리 위치한 부분(S2)쪽으로 접근할수록 제1 볼류트 케이싱(171)의 유로(170a)의 형상은 돌출된 형상(overhung shape)에 가까운 형상이 된다. 그러한 유로(170a) 형상의 변화는 유로(170a)의 전체 길이에 걸쳐 유체의 흐름에 가급적 적게 영향을 주는 쪽으로 이루어지는 것이 바람직하다.

이상과 같이 제1 볼류트 케이싱(171)의 유로(170a)의 형상 및 배치에 대해 설명하였는데, 그러한 설명은 나머지 볼류트 케이싱(170), 즉, 제2 볼류트 케이싱(172) 및 제3 볼류트 케이싱(173)의 형상 및 배치에도 그대로 적용됨은 물론이다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 관한 압축 장치(100)의 작동 모습에 관해 설명한다.

사용자가 압축 장치(100)를 구동하기 시작하면, 메인 구동축(150)이 회전하게 된다. 메인 구동축(150)이 회전하면 불 기어(140)가 회전하고, 불 기어(140)에 치합된 피니언 기어(130)도 회전하게 된다.

피니언 기어(130)가 회전하게 되면, 회전축(120)이 회전하게 되고, 임펠러(110)도 회전하여 압축 작용이 수행된다.

압축 장치(110)의 유입구(미도시)로 유입된 유체는, 제1 임펠러(111), 제2 임펠러(112), 제3 임펠러(113)를 순서대로 경유하면서 다단으로 압축되고, 제3 임펠러(113)를 거친 유체는 최종적으로 압축 장치(110)의 제3 연통관(197)을 경유하여 배출구(미도시)를 통하여 배출되게 된다.

이상과 같이, 본 실시예에 따르면, 볼류트 케이싱(170)의 유로(170a)의 부분 중 메인 구동축(150)에 가장 가까이 위치한 부분은, 볼류트 케이싱(170)의 유로(170a)의 부분 중 메인 구동축(150)에 가장 멀리 위치한 부분보다 상대적으로 더 회전축(120)에 가까이 배치됨으로써, 회전축(120)과 메인 구동축(150) 사이의 거리를 더 줄이도록 설계할 수 있게 되므로, 압축 장치(100)의 크기를 줄여 운반 및 설치에 있어 유리하고 제조 비용을 줄일 수 있게 되며, 그 경우 불 기어(140)의 직경도 작게 설계할 수 있기 때문에 작동 시에 불 기어(140)와 피니언 기어(130)의 치의 물림에 따른 기계 손실을 상대적으로 줄일 수 있게 된다.

또한, 본 실시예에 따르면, 볼류트 케이싱(170)의 유로(170a)의 부분 중 메인 구동축(150)에 가장 멀리 위치한 부분은 더 외곽으로 돌출된 형상(overhung shape)을 가지고 있기 때문에 공력 성능이 향상될 수 있다.

본 발명의 일 측면들은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 압축 장치를 제조하거나 이용하는 산업에 적용될 수 있다.

100: 압축 장치 110: 임펠러
120: 회전축 130: 피니언 기어
140: 불 기어 150: 메인 구동축
160: 하우징 170: 볼류트 케이싱
180: 디퓨저부

Claims

적어도 하나의 임펠러;
상기 임펠러를 구동하는 회전축;
상기 회전축에 설치되는 피니언 기어;
상기 피니언 기어에 동력을 전달하는 불 기어;
상기 불 기어가 설치되는 메인 구동축;
상기 불 기어를 수용하는 하우징;
상기 하우징에 설치되며, 유로를 가지는 볼류트 케이싱; 및
상기 임펠러와 상기 유로 사이에 배치되는 디퓨저부;를 포함하며,
상기 유로의 부분 중 상기 메인 구동축에 가장 가까이 위치한 부분의 유로단면의 도심으로부터 상기 회전축의 중심까지의 거리를 X1이라고 하고, 상기 유로의 부분 중 상기 메인 구동축에 가장 가까이 위치한 부분에 연결된 상기 디퓨저부의 출구로부터 상기 회전축의 중심까지의 거리를 Y1이라고 하고,
상기 유로의 부분 중 상기 메인 구동축에 가장 멀리 위치한 부분의 유로단면의 도심으로부터 상기 회전축의 중심까지의 거리를 X2이라고 하고, 상기 유로의 부분 중 상기 메인 구동축에 가장 멀리 위치한 부분에 연결된 상기 디퓨저부의 출구로부터 상기 회전축의 중심까지의 거리를 Y2이라고 할 때, 다음의 [수학식]을 만족시키는 압축 장치.
[수학식]
제1항에 있어서,
상기 임펠러는 상기 회전축에 적어도 2개가 직렬로 배치되는 압축 장치.
제1항에 있어서,
상기 회전축은 상기 메인 구동축과 나란하도록 상기 메인 구동축을 사이에 두고 배치되는 제1 회전축과 제2 회전축을 포함하는 압축 장치.
제1항에 있어서,
상기 피니언 기어와 상기 불 기어는 서로 치합하도록 배치되는 압축 장치.
제1항에 있어서,
상기 볼류트 케이싱의 상기 유로의 부분 중 상기 메인 구동축에 가장 가까이 위치한 부분의 형상은 접힌 형상(folded shape) 또는 일부 접힌 형상(semi-folded shape)을 가지는 압축 장치.
제1항에 있어서,
상기 볼류트 케이싱의 상기 유로의 부분 중 상기 메인 구동축에 가장 멀리 위치한 부분의 형상은 돌출된 형상(overhung shape)을 가지는 압축 장치.