KR20150137483A

KR20150137483A - 에어포일 형상의 후향깃 원심임펠러

Info

Publication number: KR20150137483A
Application number: KR1020140065419A
Authority: KR
Inventors: 이철형; 강용혁; 김현구
Original assignee: 한국에너지기술연구원
Priority date: 2014-05-29
Filing date: 2014-05-29
Publication date: 2015-12-09

Abstract

본 발명은 에어포일 흡입면 형태의 후향깃 원심임펠러에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주판에 설치되는 깃이 주판의 중심선(L)을 기준으로 에어포일 흡입면 형상의 후향후곡 형태로 형성됨으로써, 종래보다 임펠러 흡입구에서의 반경방향의 흐름을 유도하여 충격손실을 저감시키고, 깃통로 내에서의 흐름특성을 개선하여 발생시키는 압력과 풍량이 증가되어 성능이 우수하며, 이로 인하여 소음이 감소되고, 저풍량 영역에서 서징현상이 발생되지 않으며, 깃단면의 엠보싱(embossing)효과로 인하여 임펠러 구조가 강하고, 깃수가 적어 임펠러 제작비용과 시간을 절감할 수 있는 특징이 있다.

Description

에어포일 흡입면 형태의 후향깃 원심임펠러{Centrifugal impeller having backward airfoil suction surface type}

본 발명은 에어포일 흡입면 형태의 후향깃 원심임펠러에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주판에 설치되는 깃이 주판의 중심선(L)을 기준으로 에어포일 흡입면 형상의 후향후곡 형태로 형성됨으로써, 종래보다 임펠러 흡입구에서의 반경방향의 흐름을 유도하여 충격손실을 저감시키고, 깃통로 내에서의 흐름특성을 개선하여 발생시키는 압력과 풍량이 증가되어 성능이 우수하며, 이로 인하여 소음이 감소되고, 저풍량 영역에서 서징현상이 발생되지 않으며, 깃단면의 엠보싱(embossing)효과로 인하여 임펠러 구조가 강하고, 깃수가 적어 임펠러 제작비용과 시간을 절감할 수 있는 에어포일 흡입면 형태의 후향깃 원심임펠러에 관한 것이다.

일반적으로 임펠러는 펌프, 송풍기 또는 압축기의 주요 부분으로, 원주상에 같은 간격으로 배치된 수개의 깃을 가지고 회전되며, 공기나 물 또는 기름 등의 기체나 유체가 구동모터에 축과 연결되어 회전되는 깃 사이로 흘러나갈때 에너지가 만들어진다.

그리고 통상적으로 상기 깃은 원심형과 축류형으로 구분되며, 원심형 깃은 유체 또는 기체가 회전되는 축에 수직으로 흐르고, 축류형 깃은 유체 또는 기체가 회전축의 방향으로 흐른다.

여기서, 원심임펠러는 공기가 반경방향으로 이송되면서 압력을 발생시키는 것으로써, 일반적으로 도 1에서처럼 출구깃각(β2)가 90°보다 작은 후향깃 원심임펠러(50)가 가장 많이 사용되며, 또한 후향깃 원심임펠러는 후향곡선깃 원심임펠러와 후향직선깃 원심임펠러로 구분된다.

후향곡선깃 원심임펠러는 임펠러깃이 회전방향에 대해 뒤로 기울어져 있으며, 회전방향에 대하여 단순한 원호(arc)형태의 볼록한 면을 갖는 깃으로 구성된 원심임펠러이다.(a)

후향직선깃 원심임펠러는 임펠러깃이 회전방향에 대해 뒤로 기울어져 있으며, 회전방향에 대하여 평판형태의 면을 갖는 깃으로 구성된 원심임펠러이다.(b)

후향곡선깃 원심임펠러(a)는 후향직선깃 원심임펠러(b)에 비하여 효율과 성능이 우수한 것으로 알려져 있다.

후향곡선깃의 원호의 형태는 임펠러출구의 외경(D2)과 임펠러입구의 내경(D1)과 임펠러 입구깃각(β1)과 임펠러 출구깃각(β2) 등에 의해 결정되지만, 임펠러출구의 외경에 대한 임펠러입구의 내경의 비율(D1/D2)에 따라 크게 변하게 되며, 이 비율이 작은 경우에는 원호가 볼록하게 되고 이 비율이 크면 원호가 직선형태에 가깝게 평편하게 된다.

그런데, 공기조화용으로 사용되는 후향곡선깃 원심임펠러의 경우, 직경비(D1/D2)가 커서 깃의 형태를 이루는 원호가 볼록하게 유지되지 않아 거의 후향직선깃의 형태가 되어 효율과 성능이 크게 저하된다.

따라서 후향깃을 갖는 원심임펠러((a), (b))는 많은 풍량이 요구되는 공기조화용의 원심송풍기의 경우에는 사용이 어렵다는 단점이 있어 효율과 성능면에서는 뒤지는 전향전곡깃 원심임펠러가 사용되는 실정이다.

그러나 전향전곡깃 원심임펠러는 발생되는 압력에 비해 발생하는 풍량이 많아서 비속도가 높으며, 효율이 낮고 임펠러의 회전수가 적기 때문에 구동모터에 직결하여 사용하지 못하고 벨트로 구동하기 때문에 구조가 복잡하고 동력전달효율 또한 낮으며, 저풍량영역에서 서징(surging)현상이 발생한다는 단점이 있다. 여기서, 서징 현상은 임펠러의 진동을 유발하여 회전축이 파손되는 결과를 초래할 수 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2005-0074360호 대한민국 등록실용신안공보 제20-0241247호

따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서,

주판에 설치되는 깃이 에어포일 흡입면 형상으로 주판의 중심선(L)을 기준으로 후향후곡 형태로 형성됨으로써, 종래의 후향깃을 갖는 원심임펠러 흡입구에서의 반경방향의 흐름을 반경방향으로 유도하여 원심임펠러 입구에서의 충격손실을 저감시키고, 깃통로내에서의 흐름특성을 개선하여 발생시키는 압력과 풍량이 증가되어 성능이 우수하며, 이로 인하여 소음이 감소되고, 저풍량 영역에서 서징현상이 발생되지 않으며, 깃수가 적어 임펠러 제작비용과 시간을 절감할 수 있으며, 직결식을 채택하여 동력전달장치를 간단화함으로써 송풍기 제작비용과 시간을 절감할 수 있는 에어포일 흡입면 형태의 후향깃 원심임펠러를 제공하는데 목적이 있다.

또한, 종래의 후향깃에 비하여 깃단면의 엠보싱(embossing)효과로 인하여 임펠러 구조가 강하고, 고속회전이 가능하며, 원심임펠러 제작에 따른 부대비용과 시간이 추가되지 않고, 직결식을 채택하여 동력전달장치를 간단화함으로써 원심송풍기 제작비용과 시간을 절감할 수 있는 에어포일 흡입면 형태의 후향깃 원심임펠러를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상기 목적을 달성하고자, 본 발명은 회전축이 중앙부에 고정 설치되어 회전축을 중심으로 회전되는 주판과;

상기 주판의 외주연에 원주방향으로 다수개가 상호 이격되어 부착되고, 상기 주판을 회전시키면서 유체를 일측으로 이송시키며, 깃이 곡선형태로 형성되는데 회전방향과 반대방향으로 곡면이 형성되는 에어포일 흡입면 형태의 후향 깃과;

상기 주판의 맞은편에서 에어포일 흡입면 형태의 후향 깃에 연결되어 원심임펠러의 형태를 유지시켜 주는 측판;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에어포일 흡입면 형태의 후향깃 원심임펠러에 관한 것이다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 에어포일 흡입면 형태의 후향깃 원심임펠러는 주판에 설치되는 깃이 주판의 중심선(L)을 기준으로 후향후곡 형태로 형성됨으로써, 종래보다 발생시키는 압력과 풍량이 증가되어 성능이 우수하고, 직결식을 채택하여 구조가 간단하면서 동력전달효율이 높으며, 저풍량 영역에서 서징현상이 발생되지 않는 효과가 있다.

또한, 깃단면의 엠보싱(embossing)효과로 인하여 임펠러 구조가 강하고, 깃수가 적어 임펠러 제작비용과 시간을 절감할 수 있으며, 직결식을 채택하여 동력전달장치를 간단화함으로써 송풍기 제작비용과 시간을 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 후향곡선깃 원심임펠러와 후향직선깃 원심임펠러를 나타낸 개략도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 에어포일 흡입면 형태의 후향깃 원심임펠러를 나타낸 개략도이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 에어포일 흡입면 형태의 후향깃 원심임펠러를 나타낸 확대도이고,
도 4는 는 본 발명의 일실시예에 따른 에어포일 흡입면 형태의 후향깃 원심임펠러의 압력계수를 나타낸 그래프도이고,
도 5는 는 본 발명의 일실시예에 따른 에어포일 흡입면 형태의 후향깃 원심임펠러의 효율을 나타낸 그래프도이다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.

본 발명은 전축이 중앙부에 고정 설치되어 회전축을 중심으로 회전되는 주판과;

상기 주판의 맞은편에서 에어포일 흡입면 형태의 후향 깃에 연결되어 원심임펠러의 형태를 유지시켜 주는 측판;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 그에 따른 바람직한 실시예를 통해 더욱 명확히 설명될 수 있을 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, "제 1(first)", "제 2(second)"와 같은 용어는 설명을 위해 본원 및 첨부 청구항들에 사용되고 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 에어포일 흡입면 형태의 후향깃 원심임펠러를 나타낸 개략도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 에어포일 흡입면 형태의 후향깃 원심임펠러를 나타낸 확대도이고, 도 4는 는 본 발명의 일실시예에 따른 에어포일 흡입면 형태의 후향깃 원심임펠러의 압력계수를 나타낸 그래프도이고, 도 5는 는 본 발명의 일실시예에 따른 에어포일 흡입면 형태의 후향깃 원심임펠러의 효율을 나타낸 그래프도이다.

도 2 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 에어포일 흡입면 형태의 후향깃 원심임펠러는 회전축(10)과, 주판(20)과, 깃(30), 측판(40)으로 구성된다.

상기 회전축(10)은 도 2에 도시한 바와 같이, 일측이 주판(20)의 중앙부에 고정 설치되고, 타측은 케이싱 등의 장치 내측에 설치되어 회전력을 전달하는 축으로써, 상기 회전축(10)의 타측은 케이싱 등의 장내 내측에서 외부로 돌출되어 모터 등의 회전장치(미도시)에 연결되고, 상기 회전장치에 의해 회전되어 회전력을 주판(20)에 전달한다.

상기 주판(20)은 도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 원형의 평판으로 형성되어 하단면 중앙부에 회전축(10)이 고정 설치되고, 상기 회전축(10)을 중심으로 회전되되, 내경 주판(21)과 외경 주판(22)으로 구성된다.

여기서, 상기 내경 주판(21)은 도 3에서처럼, 상기 후향 깃(30)의 일측 끝단부(A)가 연결되고, 상기 외경 주판(22)은 상기 에어포일 흡입면 형상의 후향 깃(30)의 타측 끝단부(B)가 연결된다.

그래서, 상기 내경 주판(21)의 외주연에 상기 에어포일 흡입면 형상의 후향 깃(30)의 끝단부(A)가 부착되고, 상기 에어포일 흡입면 형상의 후향 깃(30)의 측면부가 외경 주판(22)의 일단면에 부착된 형태이면서 에어포일 흡입면 형상의 후향 깃(30)의 끝단부(B)가 외경 주판(22)의 가장자리와 동일선상을 유지한다.

상기 깃(30)은 도 2 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 주판(20)의 외주연 즉, 내경 주판(21)의 외주연에 원주방향으로 다수개가 상호 이격되어 부착되고, 상기 유체에 의해 깃(30)을 구동시켜 주판(20)을 회전시키면서 유체를 일측으로 이송시킨다.

여기서, 상기 깃(30)은 도 3에서처럼, 깃이 에어포일 흡입면의 곡선형태로 형성되는데 회전방향으로 곡면이 형성되고, 이때, 상기 깃(30)은 주판(20)의 회전축(10)을 중심으로 중심선(L)이 형성되되, 상기 중심선(L)을 기준으로 주판의 회전반대방향인 후향으로 기울어져 형성된다.

그래서, 상기 깃(30)은 후향후곡 형태로 형성되며, 상기 에어포일 흡입면 형상의 후향후곡 깃(30)은 일측 끝단부(A)가 내경 주판(21)에 연결되고, 타측 끝단부(B)는 외경 주판(22)에 연결된다.

한편, 상기 에어포일 흡입면 형상의 후향 깃(30)은 도 3에서처럼, A와 B 점을 직선(L1)으로 연결하고, 상기 직선(L1)을 에어포일의 코드(chord)로 적용하여 에어포일 흡입면의 위치를 나타내는 상대위치를 코드상에 위치시켜 깃의 곡선형상을 결정함으로써 다양한 곡선형상의 깃의 형태를 설정할 수 있고, 깃의 코드의 길이와 임펠러 입구에서의 붙임각과 임펠러출구에서의 붙임각을 결정해 주는 붙임기준각(θ)을 0°에서 90°사이에서 변경함으로써 에어포일 흡입면 형상의 후향 깃(30)의 길이와 형상이 설정된다.

또한, 측판(40)은 주판(20)의 맞은편 위치에서 에어포일 흡입면 형상의 후향 깃(30)에 연결되어 깃의 강도를 보강하고 임펠러의 형태를 유지시켜 주며, 공기가 원활하게 흡입되고 배출될 수 있도록 깃통로를 제공하여 준다.

그리고, 상기 에어포일 흡입면 형태의 후향 깃(30)은 임펠러의 내경(D1)이 임펠러의 외경(D2) 대비 70% 이상 직경시에 적용한다. 즉, 임펠러의 내경(D1)이 임펠러의 외경(D2) 대비 70% 이상의 크기일 때, 에어포일 흡입면 형태의 후향 깃(30)을 원심임펠러에 적용한다.

10 : 회전축 20 : 주판
21 : 내경 주판 22 : 외경 주판
30 : 깃 40 : 측판
50 : 원심임펠러

Claims

회전축(10)이 중앙부에 고정 설치되어 회전축(10)을 중심으로 회전되는 주판(20)과;
상기 주판(20)의 외주연에 원주방향으로 다수개가 상호 이격되어 부착되고, 상기 주판(20)을 회전시키면서 유체를 일측으로 이송시키며, 깃이 곡선형태로 형성되는데 회전방향과 반대방향으로 곡면이 형성되는 에어포일 흡입면 형태의 후향 깃(30)과;
상기 주판(20)의 맞은편에서 에어포일 흡입면 형태의 후향 깃(30)에 연결되어 원심임펠러의 형태를 유지시켜 주는 측판(40);
을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에어포일 흡입면 형태의 후향깃 원심임펠러.
제 1항에 있어서,
상기 에어포일 흡입면 형태의 후향 깃(30)은 주판(20)의 회전축(10)을 중심으로 중심선(L)이 형성되되, 상기 중심선(L)을 기준으로 주판(20)의 회전반대방향인 후향으로 기울어져 형성되는 것을 특징으로 하는 에어포일 흡입면 형태의 후향깃 원심임펠러.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 주판(20)은,
상기 에어포일 흡입면 형태의 후향 깃(30)의 일측 끝단부(A)가 연결되는 내경 주판(21)과;
상기 에어포일 흡입면 형태의 후향 깃(30)의 타측 끝단부(B)가 연결되는 외경 주판(22);
을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에어포일 흡입면 형태의 후향깃 원심임펠러.
제 3항에 있어서,
상기 에어포일 흡입면 형태의 후향 깃(30)은 A와 B 점을 직선(L1)으로 연결하고, 상기 직선(L1)을 에어포일의 코드(chord)로 설정한 뒤, 직선(L1) 상에 코드에 대한 백분율로 표시되는 에어포일의 흡입면에 대한 상대높이를 지정하여 깃의 곡선이 설정되는 것을 특징으로 하는 에어포일 흡입면 형태의 후향깃 원심임펠러.
제 4항에 있어서,
상기 에어포일 흡입면 형태의 후향 깃(30)의 길이와 붙임기준각(θ)는 외경주판(22)에 연결되는 깃(30)의 타측 끝단부(B)의 위치에 따라 0°에서 90°사이에서 변화하여 에어포일의 코드로 대체되는 직선(L1)이 길거나 짧게 형성되어 깃의 길이, 임펠러 출구깃각(β2) 및 임펠러 입구깃각(β1) 등이 변하는 것을 특징으로 하는 에어포일 흡입면 형태의 후향깃 원심임펠러.
제 4항에 있어서,
상기 에어포일 흡입면 형태의 후향 깃(30)의 형태는 붙임기준각(θ)의 크기와 적용되는 에어포일의 형상에 따라 깃의 길이, 깃의 곡선형태, 임펠러 출구깃각(β2) 및 임펠러 입구깃각(β1)등이 다양하게 변하고, 이에 따라 원심임펠러의 성능이 변하는 것을 특징으로 하는 에어포일 흡입면 형태의 후향깃 원심임펠러.