KR20160032503A - 압축기의 가변 디퓨저 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 체결부재(131a)와 복수의 링키지 샤프트(132)가 고정 설치되고 회전 이동시에 상기 체결부재(131a)의 회전이동 범위를 제한하여 전체적인 회전 이동 범위가 제한되게 구성된 플레이트부(130), 베인을 포함하는 디퓨저 베인부(110), 상기 디퓨저 베인부와 고정 결합되고 상기 플레이트부의 링키지 샤프트(132)에 회전 가능하게 연결된 베인 연결부(120), 그리고 액추에이터에 회전 가능하게 연결되고 상기 플레이트부(130)의 체결부재(131a)에 회전 가능하게 연결되어 상기 액추에이터에 의해 제공된 구동력에 반대 방향으로 상기 플레이트부(130)를 회전시키는 동력전달부(140)를 포함하는 압축기의 가변 디퓨저에 관한 것이다.

Description

압축기의 가변 디퓨저{VARIABLE DIFUSER OF COMPRESSOR}
본 발명은 원심식 압축기에 사용되는 가변 디퓨저에 관한 것이다.
일반적으로 원심식 압축기에서 디퓨저는 원형의 플레이트에 다수개의 날개 즉, 디퓨저 베인(diffuser vane)이 방사형으로 고정, 일체화되어 설치된다. 디퓨저는 임펠러에서 압축되어 토출되는 공기의 속도 에너지를 효율적으로 정압 회복시키는 장치로써, 원심식 압축기의 운전 성능에 영향을 미친다.
임펠러에서 압축되어 토출되는 공기는 사용량과 압력의 변화에 따라 유체의 속도각이 변화된다. 이때 운전 영역에 맞춰 설계된 임펠러에서 토출되는 유체의 속도각에 따라 디퓨저의 원형 플레이트에 다수개의 날개가 고정 일체화되어 형성된 디퓨저는 변화하는 속도각에 맞춰 움직이지 못하므로 경우에 따라서는 유체의 흐름을 방해하게 된다.
이와 같은 이유로 디퓨저 베인을 임펠러에서 토출되는 속도각에 맞춰 고정익이 아닌 가변익으로 동작 및 제어하고자 하는 다양한 방법이 시도되고 있다. 기어나 롤러를 이용하여 디퓨저 베인을 조절하거나 디퓨저를 없애고 유체가 흐르는 면적을 가감하는 등 여러 시도가 있었으나, 동작의 신뢰성 및 제조업체에서 간과할 수 없는 비용 상승의 문제가 있었다.
한국공개특허 제2010-0087961호(출원인: 엘에스엠트론, 공개일: 2010.08.06) 한국공개특허 제2011-0115816호(출원인: 삼성테크윈, 공개일: 2011.10.24)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 임펠러에서 압축되어 토출되는 공기의 각속도의 변화에 신속히 대응하여 유체의 흐름을 방해하지 않게 하는 구조를 가진 압축기의 가변 디퓨저를 제공하는 것이다. 또한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 동작의 신뢰성을 확보하고 및 비용 상승을 억제하는 압축기의 가변 디퓨저를 제공하는 것이다.
본 발명의 특징에 따른 압축기의 가변 디퓨저가 제공된다. 이 가변 디퓨저는 체결부재가 고정 설치되고 복수의 링키지 샤프트가 고정 설치된 플레이트부, 베인을 포함하는 디퓨저 베인부, 상기 디퓨저 베인부와 고정 결합되고 상기 플레이트부의 링키지 샤프트에 회전 가능하게 연결된 베인 연결부, 그리고 액추에이터에 회전 가능하게 연결되고 상기 플레이트부의 체결부재에 회전 가능하게 연결되어 상기 액추에이터에 의해 제공된 구동력에 반대 방향으로 상기 플레이트부를 회전시키는 동력전달부를 포함한다.
상기 동력전달부는 상기 액추에이터에 회전 가능하게 연결되는 액추에이터 암, 상기 액추에이터 암에 수직으로 설치되는 결합핀, 상기 결합핀이 수직 연결되는 제1 홈이 형성된 인렛커버 샤프트 암, 그리고 상기 인렛커버 샤프트암의 제2 홈에 수직 연결된 연결핀을 포함한다.
상기 플레이트부는 중공을 가진 원형 플레이트 형상을 하며 상기 연결핀이 회전 가능하게 끼워지는 상기 체결부재가 고정 설치된 링키지 플레이트, 상기 링키지 플레이를 관통하여 상기 베인 연결부와 회전 가능하게 연결되는 상기 복수의 링키지 샤프트, 그리고 상기 링키지 플레이트의 내주원 측에 설치되는 홀딩 플레이트을 포함한다. 상기 체결부재는 일측이 개방된 관통홈을 가지며, 상기 연결핀이 상기 관통홈에 끼워진다.
상기 디퓨저 베인부는 상기 베인, 및 원통 형상을 하며 상기 베인의 길이방향에 수직으로 연결되는 베인 샤프트를 포함한다.
상기 베인 연결부는 원통 형상을 하며 내부에 상기 베인샤프트가 인입되는 관통홈이 형성된 베인샤프트 부쉬, 및 상기 베인샤프트 부쉬에 인입된 베인샤프트를 나사 결합시키기 위한 제1 홈과 상기 링키지 샤프트와 연결되는 제2 홈이 형성된 베인샤프트 암을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 디퓨저 베인을 고정익 구조에서 가변익 구조로 변경하고 디퓨저 베인 가변시 백래쉬 및 외력에 의한 정위치 이탈 등을 막는 운전응답성을 확보하며, 제작 및 조립시의 편리성 및 비용절감 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 가변 디퓨저의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 가변 디퓨저의 사시도이다.
도 3 내지 도 5은 본 발명의 실시 예에 따른 가변 디퓨저의 동작을 보인 도면이다.
도 6는 본 발명의 실시 예에 따른 가변 디퓨저가 설치된 어셈블리에 대한 동작을 보인 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 가변 디퓨저의 설치 상태를 보인 어셈블리의 수직 단면도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 따른 압축기의 가변 디퓨저를 설명한다.
우선 도 1과 도 2를 참조로 하여 본 발명의 실시 예에 따른 가변 디퓨저의 구성을 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 가변 디퓨저의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 가변 디퓨저의 사시도이다.
가변 디퓨저(100)는 디퓨저 베인부(110), 디퓨저 베인부(120)가 결합되는 베인 연결부(120), 베인 연결부(120)가 설치되는 플레이트부(130), 그리고 플레이트부(130)에 연결되며 외부 동력에 따라 플레이트부(130)를 회전시키는 동력전달부(140)를 포함한다.
디퓨저 베인부(110)는 베인(111)과 베인 샤프트(112)를 포함한다. 베인(111)은 면적을 가지는 플레이트 형태로 이루어지며 길이방향으로 긴 형태를 나타내며 내면과 외면이 곡률을 갖는 곡면으로 형성되어 있다. 베인 샤프트(112)는 원통 형상을 하며 베인(111)의 길이방향 중 가장자리에 결합되어 수직으로 연결된다. 여기서 베인(111)의 내면과 외면이 임펠라에서 출력되는 유체(즉, 공기)의 흐름을 제어하는 기능을 한다.
베인 연결부(120)는 베인샤프트 부쉬(vane shaft bush)(121), 제1 락유닛(122) 및 베인샤프트 암(vane shaft arm)(123)을 포함한다. 베인샤프트 부쉬(121)는 원통 형상을 하며 내부에 베인샤프트(112)가 인입되는 관통홈이 형성되어 있다. 제1 락유닛(122)은 디퓨저 베인부(110)가 베인샤프트 부쉬(121)에 고정시킨다. 베인샤프트 암(123)은 베인샤프트 부쉬(121)에 인입된 베인샤프트(112)를 나사 결합시키기 위한 제1 홈과 링키지 플레이트(131)의 링키지 샤프트(132)가 끼워지는 제2 홈(123a)이 형성되어 있다. 따라서 디퓨저 베인부(110)는 베인샤프트(112)와 제1 홈간의 나사(124) 결합을 통해 베인 연결부(120)에 고정된다. 여기서 베인샤프트 암(123)의 제2 홈(123a)은 예컨대 일측이 개방된 관통홈의 형태를 가진다.
플레이트부(130)는 링키지 플레이트(linkage plate)(131), 링키지 샤프트(132) 및 홀딩 플레이트(holding plate)(133)를 포함한다. 링키지 플레이트 (131)는 중공을 가진 원형 플레이트 형상을 하며 일측이 개방된 관통홈을 가진 체결부재(131a)가 링키지 샤프트(132)에 평형하게 고정 설치되어 있고 베인샤프트 암(123)과의 연결을 위한 체결홈이 일정 간격으로 형성되어 있다. 링키지 샤프트(132)는 복수개로 이루어지며, 링키지 플레이트(131)의 외측원 측을 따라 형성된 복수의 체결홈 각각에 관통하여 고정 설치되고 베인샤프트 암(123)의 제2 홈(123a)에 끼워진다. 홀딩 플레이트(133)는 중공을 가진 원형 플레이트 형상을 하며 외측 원주 상에 하나의 이동제한홈(133a)이 형성되어 있다. 홀딩 플레이트(133)의 직경은 링키지 플레이트(131)의 직경보다 작도록 하여 링키지 플레이트(131)의 내측원 상에 놓여질 수 있게 한다. 이때 홀딩 플레이트(133)의 이동제한홈(133a) 내에 링키지 플레이트(131)의 체결부재(133a)가 위치하도록 하며, 링키지 플레이트(131)가 회전시에 체결부재(133a)가 이동제한홈(133a) 내에서 이동하도록 제한하여 액츄에이터(200)에 의해 회전하는 링키지 플레이트(131)의 회전 범위를 제한시킨다.
동력전달부(140)는 액추에이터의 구동력을 전달받고 이 구동력을 플레이트부(130)에 전달하여 플레이트부(130)를 시계방향 또는 반시계방향으로 회전시킨다. 이를 위해 동력전달부(140)는 액추에이터 암(141), 결합핀(142), 인렛커버 샤프트암(inlet cover shaft arm)(143), 연결핀(144), 제2 락유닛(145), 인렛커버 부쉬(inlet cover bush)(146), 및 인렛커버 샤프트(147)를 포함한다. 여기서 제2 락유닛(145), 인렛커버 부쉬(inlet cover bush)(146), 및 인렛커버 샤프트(147)는 설계자에 따라 생략이 가능하다.
액추에이터 암(141)은 2개의 체결공이 형성되어 있으며, 하나의 체결공(141a)은 액추에이터( 또는 모터 등의 구동원)에 회전 가능하게 연결되고, 다른 하나의 체결공은 결합핀(142)의 일단이 설치된다. 이때 체결공(141a)과 액추에이터(200)에 연결시 고정 결합되지 않고 액추에이터(200)에서 가해지는 힘에 자유롭도록 연결한다. 결합핀(142)의 타단은 인렛커버 샤프트암(143)에 설치된다. 인렛커버 샤프트암(143)은 2개의 체결공이 형성되어 있으며 하나의 체결공에는 결합핀(142)이 설치되고 다른 하나의 체결공에은 연결핀(144)이 설치된다. 인렛커버 샤프트암(143)에 설치된 연결핀(144)은 플레이트부(130)의 체결부재(131a)의 개방된 관통홈에 끼워진다. 제2 락유닛(145)은 인렛커버 부쉬(146)의 일단에 설치되어 인렛커버 부쉬(146)를 고정시키며, 인렛커버 부쉬(146)는 결합핀(142)이 관통하여 끼워지도록 하여 결합핀(142)이 액추에이터 암(141)에 수직 방향으로 위치하도록 지지한다. 인렛커버 샤프트(147)는 인렛커버 부쉬(146)의 타단에 설치된다.
이상과 같이 구성된 본 발명의 실시 예에 따른 압축기의 가변 디퓨저에 대한 동작을 도 3 내지 도 5를 참조로 하여 설명한다. 도 3 내지 도 5은 본 발명의 실시 예에 따른 가변 디퓨저의 동작을 보인 도면이다.
도 3에 도시된 가변 디퓨저의 동작 상태는 디폴트(default)로 설정된 상태의 동작이다. 디폴트로 설정된 상태의 가변 디퓨저의 동작 상태를 보면, 액추에이터(200)에 의해 액추에이터 암(141)과 링키지 플레이트(131)의 체결부재(131a)은 일직선 상태로 배열된다. 그리고 각 베인샤프트 암(123)은 링키지 플레이트(131)에 수직 상태로 위치하고, 각 베인(111)은 이웃하는 베인과 설정된 제1 간격만큼 이격된 상태를 가진다.
가변 디퓨저가 디폴트로 설정된 상태에서, 도 4에 도시된 바와 같이 액추에이터(200)가 액추에이터 암(141)의 체결공(141a)을 설정된 힘으로 당기면 액추에이터에서 인가한 힘 즉, 구동력은 액추에이터 암(141)으로 전달되고, 액추에이터 암(141)에 수직 연결된 결합핀(142)과 결합핀(142)에 수직 연결된 인렛커버 샤프트암(143) 및 인렛커버 샤프트암(143)에 수직 연결된 연결핀(144)에 순차적으로 전달된다.
이때 액추에이터(200)가 액추에이터 암(141)의 체결공(141a)에 끼워져 연결되어 있고, 연결핀(144) 또한 체결부재(131a)에 움직임이 자유롭게 끼워진 상태로 연결되어 있다. 이에 따라 액추에이터(200) 측으로 이동하지만 체결부재(131a)에 끼워진 결합핀(142)의 해당 부분은 액추에이터(200)와 멀어지는 방향으로 힘을 작용시켜 링키지 플레이트(131)를 화살표와 같이 시계방향으로 회전시킨다. 그리고 시계방향으로 회전하는 링키지 플레이트(131)는 체결부재(131a)가 홀딩 플레이트(133)의 이동제한홈(133a)에 부딪힘에 따라 회전 이동이 멈춘다.
이런 상태에서 베인 연결부(110)는 링키지 플레이트(131)의 시계방향 회전에 의해 시계반대방향(즉, 반시계방향)으로 기울어져 이웃하는 베인(111)들 간의 간격을 좁힌다.
다음으로, 디폴트로 설정된 상태에서, 도 5에 도시된 바와 같이 액추에이터(200)가 액추에이터 암(141)의 체결공(141a)을 설정된 힘으로 당기면 액추에이터에서 인가한 구동력은 액추에이터 암(141)을 통해 연결핀(144)에 전달된다.
이때에도 마찬가지로 액추에이터(200)가 체결공(141a)에 끼워져 연결되고, 연결핀(144) 또한 체결부재(131a)에 끼워진 상태로 연결되어 있으므로, 액추에이터 암(141)이 액추에이터(200)측으로 이동하지만 체결부재(131a)에 끼워진 결합핀(142)의 해당 부분은 액추에이터(200)와 멀어지는 방향으로 힘을 작용시켜 링키지 플레이트(131)를 화살표와 같이 반시계방향으로 회전시킨다. 그리고 반시계방향으로 회전하는 링키지 플레이트(131)는 체결부재(131a)가 홀딩 플레이트(133)의 이동제한홈(133a)에 부딪힘에 따라 회전 이동이 멈춘다.
이런 상태에서 베인 연결부(110)는 링키지 플레이트(131)의 반시계방향 회전에 의해 시계방향으로 기울어져 이웃하는 베인(111)들 간의 간격을 넓힌다.
전술한 바와 같이, 액추에이터(200)를 통해 동력전달부(140)를 밀거나 당김으로써 베인(111) 간의 간격을 좁히거나 넓히도록 함으로써, 임펠러에서 제공되는 공기의 유속 및 방향을 자유롭게 조절하는 것이 가능해진다.
이하에서는 이상과 같이 설명한 본 발명의 실시 예에 따른 압축기의 가변 디퓨저의 적용 예를 도 6 및 도 7을 참조로 하여 설명한다. 도 6는 본 발명의 실시 예에 따른 가변 디퓨저가 설치된 어셈블리에 대한 동작을 보인 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 가변 디퓨저의 설치 상태를 보인 어셈블리의 수직 단면도이다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 가변 디퓨저(100)는 중공을 가진 도넛(dounut) 형태의 케이싱(300) 내부에 설치된다. 이때 가변 디퓨저(100)의 베인(111)은 케이싱(300)의 외부에 노출되도록 설치되며, 임펠러의 유로 상에 설치된다.
케이싱(300)의 내부에 설치시에, 제2 락유닛(145)와 인렛커버 부쉬(146)는 케이싱(300)의 인렛 커버(301)와 슈라우드(shroud)(302)에 동력전달부(140)를 고정시키는 역할을 한다. 그리고 제1 락유닛(122)는 인렛 커버(301)와 슈라우드(shroud)(302)에 베인 연결부(120)를 고정시키는 역할을 한다.
케이싱(300)의 내부에서 홀딩 플레이트(133)와 링키지 플레이트(131)가슈라우드(302)에 조립되는데, 도 7의 A에 도시된 바와 같이 홀딩 플레이트(133)는 슈라우드(302)에 형성된 턱에 안착되고, 링키지 플레이트(131)는 홀딩 플레이트(133)와 슈라우드(302)에 의해 형성된 공간(S)에 안착된다. 이에 따라 홀딩 플레이트(133)는 링키지 플레이트(131)의 상측에 위치하게 되며 링키지 플레이트(131)가 회전시에 슈라우드(302)의 안착공간에서 이탈하지 않게 지지한다. 이러한 슈라우드(302)의 턱과 홀딩 플레이트(133)의 조합으로 베어링이 없이도 링키지 플레이트(131)가 회전운동을 가능하게 한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 가변 디퓨저 200: 액추에이터
300: 케이싱
110: 디퓨저 베인부 120: 베인 연결부
130: 플레이트부 140: 동력전달부
111: 베인 112: 베인 샤프트
121: 베인샤프트 부쉬 122: 제1 락유닛
123: 베인샤프트 암 124: 나사
131: 링키지 플레이트 131a: 체결부재
132: 링키지 샤프트 133: 홀딩 플레이트
141: 액추에이터 암 142: 결합핀
143: 인렛커버 샤프트암 144: 연결핀
145: 제2 락유닛 146: 인렛커버 부쉬
147: 인렛커버 샤프트

Claims (7)

  1. 체결부재(131a)와 복수의 링키지 샤프트(132)가 고정 설치되고 회전 이동시에 상기 체결부재(131a)의 회전이동 범위를 제한하여 전체적인 회전 이동 범위가 제한되게 구성된 플레이트부(130),
    베인(111)을 포함하는 디퓨저 베인부(110),
    상기 디퓨저 베인부(110)와 고정 결합되고 상기 플레이트부(130)의 링키지 샤프트(132)에 회전 가능하게 연결된 베인 연결부(120), 그리고
    액추에이터(200)에 회전 가능하게 연결되고 상기 플레이트부(130)의 체결부재(131a)에 회전 가능하게 연결되어 상기 액추에이터(200)에 의해 제공된 구동력에 반대 방향으로 상기 플레이트부(130)를 회전시키는 동력전달부(140)
    를 포함하는 압축기의 가변 디퓨저.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 동력전달부(140)는 상기 액추에이터에 회전 가능하게 연결되는 액추에이터 암(141), 상기 액추에이터 암(141)에 수직으로 설치되는 결합핀(142), 상기 결합핀(142)이 수직 연결되는 제1 홈이 형성된 인렛커버 샤프트 암(143), 그리고 상기 인렛커버 샤프트암(143)의 제2 홈에 수직 연결된 연결핀(144)
    을 포함하는 압축기의 가변 디퓨저.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 플레이트부(130)는 중공을 가진 원형 플레이트 형상을 하며 상기 연결핀(144)이 회전 가능하게 끼워지는 상기 체결부재(131a)가 고정 설치된 링키지 플레이트(131),
    상기 링키지 플레이(131)를 관통하여 상기 베인 연결부(120)와 회전 가능하게 연결되는 상기 복수의 링키지 샤프트(132), 그리고
    이동제한홈(133a) 내에 상기 체결부재(131a)가 위치하도록 상기 링키지 플레이트(131) 상에 설치되며 상기 링키지 플레이트(131)의 이동시에 고정되어 상기 이동제한홈(133a)에 의해 상기 링키지 플레이트(131)의 회전 이동 범위를 제한하는 홀딩 플레이트(133)
    를 포함하는 압축기의 가변 디퓨저.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 체결부재(131a)는 일측이 개방된 관통홈을 가지며, 상기 연결핀(144)은 상기 관통홈에 끼워지는 압축기의 가변 디퓨저.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 디퓨저 베인부(110)는 상기 베인, 및 원통 형상을 하며 상기 베인(111)의 길이방향에 수직으로 연결되는 베인 샤프트(112)를 포함하는 압축기의 가변 디퓨저.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 베인 연결부(120)는 원통 형상을 하며 내부에 상기 베인 샤프트(112)가 인입되는 관통홈이 형성된 베인샤프트 부쉬(121), 및
    상기 베인샤프트 부쉬(121)에 인입된 베인샤프트(112)를 나사 결합시키기 위한 제1 홈과 상기 링키지 샤프트(132)와 연결되는 제2 홈(123a)이 형성된 베인샤프트 암(123)
    을 포함하는 압축기의 가변 디퓨저.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 베인 샤프트(112)는 베인(111)의 길이방향 중 가장자리에 결합되는 압축기의 가변 디퓨저.
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