KR20160055202A - 원심 압축기용 내액체성 임펠러 - Google Patents

Abstract

유입 가스 흐름에 있어서의 액적에 기인한 임펠러(120, 130)의 침식을 감소시키기 위하여, 임펠러(120, 130)는 축소-확대 병목부를 포함하고; 임펠러의 입구(122)에서 가스의 속도가 먼저 급격하게 상당히 증가된 후 급격하게 상당히 감소되도록, 유입 가스 흐름은 병목부를 통과하며; 게다가, 내부적으로 임펠러의 입구 이후에, 유입 가스 흐름이 자오 평면에서 서서히 벗어나게 되도록, 임펠러가 구성되어 있다.

Description

원심 압축기용 내액체성 임펠러{LIQUID TOLERANT IMPELLER FOR CENTRIFUGAL COMPRESSORS}

본원에 개시된 대상의 실시형태는, 회전 기계용 임펠러와, 임펠러의 침식을 감소시키는 방법, 그리고 원심 압축기에 관한 것이다.

임펠러가 그 입구에서 가스 흐름을 받아들이도록 구성되어 있는 해결 방안들이 다수 존재한다. 이러한 해결 방안들에서는, 임펠러의 대부분의 작동 시간 동안에, 기체는 완전히 건조하고, 몇몇 상황에서 상기 기체는 약간의 액체를 함유하며; 이 액체는 가스 흐름 안에서 방울의 형태로 있을 수 있다는 것은 아주 흔한 일이다. 이러한 상황에서, 액체 방울(액적)은 임펠러에, 구체적으로 임펠러의 내부 통로의 표면에 부딪히며; 이는 액적이 임펠러를 침식시킬 수 있다는 것을 의미한다. 원심 압축기에 사용된 임펠러의 경우에, 침식은 블레이드 표면에, 그리고 더 나아가 허브의 표면에 발생한다.

액적 충돌의 영향이 선형적이지 않다는 점에 주목해야 할 필요가 있다. 초기에는, 임펠러의 통로의 표면과 액적의 충돌이 영향을 미치지 않는 것 같고 표면에 침식을 야기하지 않으며; 여러 번의 충돌 이후에는, 영향이 뚜렷해지고 표면이 급격히 악화된다. 침식 시간의 임계치는, 예를 들어 액적의 질량 및 크기뿐만 아니라 액적의 속도, 특히 액적이 부딪히는 표면에 대한 법선방향의 속도 성분을 비롯한 여러 인자들에 좌우된다.

표면 열화로 인한 임펠러의 손상이 무지해도 될 정도이거나 전혀 존재하지 않은 경우에는, 임펠러가 예를 들어 압축기에 사용될 것이지만; 그렇지 않은 경우에는, 임펠러를 수리하거나 교체하여야 한다는 점에 주목해야 할 필요가 있다.

또한, 회전 기계가 가동되고 있고 임펠러가 회전하고 있는 경우에, 열화가 시작되자마자, 표면 열화로 인한 임펠러의 손상을 검출하기는 쉽지 않고; 대개는 열화가 매우 심각하고 진동을 야기하고 있는 경우에만 열화가 검출된다는 점에 주목해야 할 필요가 있다.

따라서, 유입 가스 흐름에 있어서의 액적에 기인한 임펠러의 침식을 감소시키는 방법에 대한 요구가 있다. 이러한 요구는, 특히 원심 압축기의 임펠러에서 있다.

침식을 감소시킴으로써, 임펠러의 수명이 증가될 것이고, 그에 따라 회전 기계의 가동 시간도 증가될 것이다.

이러한 해결 방안은, 대부분의 작동 시간 동안에, 유입 가스 흐름은 액적을 함유하고 있지 않고; 그에 따라 건조 상태에서의 작동은, 침식을 감소시키기 위해 취하게 되는 임의의 조치에 의해 과도하게 제재를 받게 되어서는 안 된다는 점을 고려해야 한다.

제1 예시적인 실시형태에 따르면, 회전 기계용 밀폐형 임펠러로서, 입구와, 출구, 그리고 상기 입구를 상기 출구에 유체적으로 접속시키는 복수의 통로를 구비하고; 각 통로는 허브와, 슈라우드, 그리고 2개의 블레이드에 의해 획정되는 것이며, 상기 통로에 있어서 상기 통로의 입구에 국한되어 있는 축소-확대 병목부를 형성하도록, 상기 입구에서 블레이드의 두께는 먼저 증가된 이후에 감소되는 것인 임펠러가 있다 각 블레이드는, 두께가 먼저 급격히 증가된 이후에 감소되는 부위인 상류측 부분과, 실질적으로 일정한 두께를 갖는 부위인 하류측 부분을 구비한다.

제2 예시적인 실시형태에 따르면, 유입 가스 흐름에 있어서의 액적에 기인한 임펠러의 침식을 감소시키는 방법으로서, 임펠러의 입구에 있어서 가스의 속도를 먼저 증가시킨 후 감소시키도록, 상기 유입 가스 흐름은 축소-확대 병목부를 통과하는 것인 임펠러의 침식 감소 방법이 있다. 유익하게는, 임펠러의 입구 이후에 그리고 임펠러의 내부에서, 상기 유입 가스 흐름은 자오 평면에서 서서히 벗어난다.

제3 예시적인 실시형태에 따르면, 복수의 압축기 단을 갖는 원심 압축기로서, 이 압축기는 그 입구에서 액체에 대해 내성을 갖고 있고, 적어도 제1 단은, 임펠러의 내부 통로에 축소-확대 병목부를 형성하도록 상기 입구에서 블레이드의 두께가 먼저 증가된 이후에 감소되는 임펠러를 포함하는 것인 원심 압축기가 있다.

본 발명은, 첨부하는 도면과 함께 고려되는 예시적인 실시형태들에 대한 이하의 설명을 읽음으로써 보다 명백해질 것이다.

도 1은 다단 원심 압축기의 개략도이다.
도 2a는 예시적인 실시형태에 따른 임펠러의 부분 입체도이다.
도 2b는 도 2a의 임펠러의 상세도이다.
도 3은 서로 다른 두 임펠러에 있어서의 속도를 비교하여 보여주는 그래프이다.
도 4는 서로 다른 두 임펠러에 있어서의 가속도를 비교하여 보여주는 그래프이다.
도 5는 종래 기술에 따른 임펠러의 내부 통로를 보여주는 도면이다.
도 6은 예시적인 실시형태에 따른 임펠러의 내부 통로를 보여주는 도면이다.
도 7은 도 5와 도 6의 임펠러를 포함하는 서로 다른 임펠러에 있어서의 법선 가속도를 비교하여 보여주는 그래프이다.
도 8은 예시적인 실시형태에 따른 임펠러의 내부 통로의 확대도이다.
도 9는 예시적인 실시형태에 따른 임펠러의 부분 정면도이다.

예시적인 실시형태에 대한 이하의 상세한 설명은, 첨부 도면을 참조로 한다. 서로 다른 도면에 있어서 동일한 도면부호는 동일하거나 유사한 요소를 식별하는데 사용된다. 이하의 상세한 설명은 본 발명을 제한하지 않는다. 대신에, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 정해진다.

발명의 상세한 설명의 전반에 언급되어 있는 "일 실시형태" 또는 "실시형태"는, 실시형태와 관련하여 기술된 특정 특징, 구조, 또는 특성이, 개시된 대상의 적어도 하나의 실시형태에 포함되어 있는 것임을 의미한다. 따라서, 발명의 상세한 설명의 전반에 걸쳐 여러 곳에 보이는 구절 "일 실시형태에서" 또는 "실시형태에서"가, 동일한 실시형태를 나타내는 것은 아니다. 또한, 특정 특징, 구조, 또는 특성은 하나 이상의 실시형태에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다.

도 1은 원심 압축기의 2개의 단(段)과 2개의 대응하는 임펠러(120, 130)를 도시하는데; 구체적으로, 임펠러(120)는 유입 가스 흐름을 받는 첫 번째의 것인 제1 임펠러(제1 단)이고, 임펠러(130)는 제1 임펠러(120)의 바로 뒤에서 상기 유입 가스 흐름을 받는 두 번째의 것인 제2 임펠러(제2 단)이다. 압축기는 실질적으로 로터 및 스테이터(100)로 구성되고; 로터는 샤프트(110)와, 상기 샤프트(110)에 고정된 임펠러(120, 130), 그리고 상기 샤프트(110)에 고정된 디퓨저(140)를 포함한다.

도 1은 제1 임펠러(120)를 단면도로 보여주고, 제2 임펠러(130)를 외형도로 보여준다.

제1 임펠러(120)에 대해 살펴보면, 도 1은 임펠러의 입구(122)를 임펠러의 출구(123)에 유체적으로 접속시키는 임펠러의 내부 통로(121) 중의 하나를 보여주는데; 이 내부 통로(121)는 허브(124), 슈라우드(125) 및 2개의 블레이드(126)(도 1에는 그 중 하나만이 도시됨)에 의해 획정된다. 임펠러의 입구 및 출구 구역은 임펠러의 안으로 약간 연장되어 있는데; 특히, 블레이드(126)의 리딩 에지(127)가 임펠러의 앞면에서부터 뒤쪽으로 이격 배치될 수 있는 경우라도(도 1 참조), 임펠러의 입구 구역은 내부 통로의 입구 구역(도 1의 점선 참조)에 대응한다. 이하의 설명에서 보다 명확해지는 바와 같이, 임펠러의 내부 통로의 전체 입구 구역이 임펠러의 입구 구역에 있는 것이 유익한 데, 그 이유는, 이러한 방식에서, 내부 통로의 입구 구역(특히 블레이드)과 관련이 있는 축소-확대 병목부의 작용이 내부 통로의 초반부에서만 일어나기 때문이다.

임펠러(120)의 대부분의 작동 시간 동안에, 유입 가스 흐름의 기체는 완전히 건조하고, 몇몇 상황에서 상기 기체는 약간의 액체를 방울의 형태로 함유한다. 이러한 상황에서, 액체 방울(액적)은 임펠러에, 구체적으로 임펠러의 내부 통로(121)의 표면에, 보다 구체적으로 허브(124)의 표면에 부딪친다.

이 액적에 의한 침식을 줄이기 위한 첫 번째 수단은, 액적의 질량과 크기를 감소시키는 것인데; 이러한 감소는, 임펠러의 입구 구역에서, 유익하게는 임펠러의 내부 통로의 입구 구역에서 달성되는 경우에 특히 효과적이다.

도 2의 유익한 예시적인 실시형태에서, 각 블레이드의 두께는 먼저 급격하게 상당히 증가되고(예컨대, 도 2b의 좌측 참조), 그 후에 급격하게 상당히 감소되는데(예컨대, 도 2b의 우측 참조); 임펠러의 블레이드들이 서로 면해 있다(예컨대, 도 2a 참조)는 것을 고려하면, 이러한 두께 증가부와 두께 감소부를 통해, 축소-확대 병목부가 내부 통로에서 내부 통로의 입구 구역에 국한되어 형성된다. 이러한 병목부로 인하여, 액적은 분열 과정을 겪게 되고, 즉 액적은 상대적인 기체 흐름에 의해 강제적으로 부서진다. 이러한 분열 과정은, 액체와 기체 사이의 관성의 차이로 인해 일어난다. 상기한 두께 증가부와 그 결과 일어나는 기체의 감속, 그리고 상기한 두께 감소부와 그 결과 일어나는 기체의 감속 모두, 두 상(相)(즉, 기체와 액체) 사이의 상대 속도를 증대시키는 데, 그 이유는, 특히 기체 속도 변동이 급격하고 상당한 경우에도, 액적은 기체 속도 변동에 거의 둔감하며, 일정한 속도로 진행하는 경향이 있기 때문이다.

상기한 분열 과정은, 두 상의 관성의 차에 의해 증강되는데; 그러나, 액적의 액체의 밀도가 기체의 밀도를 50배 이상 상회하는 경우에는, (기체에 대한 자오선 속도보다 액적에 대한 자오선 속도가 훨씬 더 작으므로) 액적이 높은 접선방향 상대 속도로 임펠러에 접근하고, 블레이드의 압력면에 부딪친다. 이런 조건들 속에서, 전술한 바와 같은 분열 과정은 덜 효과적이게 될 수 있거나 완전히 쓸모 없어질 수 있다.

필연적인 것은 아니지만 통상적으로, 임펠러의 모든 내부 통로에는 상기한 종류의 병목부가 마련되어 있고, 임펠러의 모든 블레이드는 상기한 종류의 초반 두께 증가부 및 두께 감소부를 갖도록 구성되어 있으며; 필연적인 것은 아니지만 통상적으로, 모든 블레이드는 동일할 것이다.

도 2a는 예시적인 실시형태에 따른 블레이드의 (액적 형상의) 초반부뿐만 아니라 종래 기술에 따른 블레이드의 (실질적으로 평평한) 초반부의 단면을 도시하고; 도 2b의 단면 평면은 수평하며 도 1의 평면에 대해 직각을 이루는 것이고, 도 2b의 세부 사항은 수직 실선(127)(블레이드의 리딩 에지)과 이에 평행한 점선 사이에서 확인될 수 있다.

블레이드의 상류측 부분은, 흐름 감각에 따라, 블레이드 자체의 초반부에 국한된다. 구체적으로, 도 2a에 도시된 바와 같이, 상류측 부분의 길이는 캠버선 길이의 20% 미만인데, 캠버선은 허브와 슈라우드의 표면으로부터 같은 거리에 있는 내부 통로의 단면 상의 선이다.

도 2b에서, 상기 두께 감소부는 상기 두께 증가부에 바로 뒤이어 오는데; 이는 두께 감소부와 두께 증가부 사이에서 블레이드에는 일정한 두께를 갖는 부분이 없다는 것을 의미하며; 이러한 방식에서는, 기체 속도가 병목부 구역에서 변화되도록 계속적으로 강제되고 액적은 크게 동요된다.

도 2의 실시형태에서, 블레이드의 단면은 캠버선(200)에 대해 대칭이며, 두께 증가부와 두께 감소부는 블레이드의 양측에 동일하게 분포되어 있다. 게다가, 대안적인 실시형태들에 따르면, 블레이드의 단면은 캠버선(200)에 대해 비대칭일 수 있으며, 두께 증가부 및/또는 두께 감소부는 비대칭적으로 분포될 수 있고 심지어 블레이드의 일측에만 분포될 수도 있다. 이와 관련하여서는, 임펠러의 내부 통로의 입구에서의 흐름 방향을 고려하면(예컨대, 도 2a 참조), 블레이드의 리딩 에지는 종종 인접 블레이드의 평평한 영역에 면하고; 그에 따라, 두께 증가부의 위치 설정과 두께 감소부의 위치 설정도 또한 이러한 어긋남을 고려할 수 있다는 점에 주목해야 할 필요가 있다.

도 2의 실시형태에서는, 두께 증가부가 블레이드의 리딩 에지(127)에서 바로 시작되므로, 길이 201의 두 배에 상당하는 두께 증가부의 크기가, 길이 202의 두 배에 상당하는 두께 감소의 크기와 다르다. 게다가, 예를 들어 두께 증가부가 리딩 에지로부터 거리를 두고서 시작되는 경우에는, 두께 증가부와 두께 감소부의 크기가 동일할 수 있다.

도 2b에 있어서 길이 201과 길이 203 사이의 비에 해당되는 두께 증가율은, 도 2b에 있어서 길이 202와 길이 204 사이의 비에 해당되는 두께 감소율과 같거나 다를 수 있고; 도 2에 따른 실시형태에서는, 두께 증가율과 두께 감소율이 서로 다르며: 두께 증가율이 두께 감소율보다 약간 더 높다.

두께 증가부와 두께 감소부로 인한 가스 흐름에서의 난류 발생을 방지하거나 또는 적어도 제한하기 위하여, 두께 증가부와 두께 감소부는 완만한 것이 유익하다.

일반적으로, 블레이드의 최대 두께부(도 2b에서 205)는 블레이드의 리딩 에지(도 2b에서 127)로부터 거리를 두고 있고; 예를 들어 최대 두께부는 도 2b에서 길이 203과 204의 합에 해당되는 두께 감소부의 단부까지의 거리의 25% 내지 75%의 거리를 두고 있다.

두께 감소부는, 예를 들어 (두께 감소부의 시작 이전의 두께에 대하여) 적어도 50%일 수 있고; 다시 말하자면 그리고 도 2b를 참조해 보면, 길이 202는 길이 201의 50%보다 크거나 같고, 또는 등가적으로 길이 207은 길이 206의 50%보다 작거나 같다.

두께 감소부는 블레이드의 리딩 에지(도 2b에서 127)로부터 거리를 두고 떨어진 곳에서 끝나며; 예를 들어 도 2b에서 길이 203과 204의 합에 해당되는 이 거리는, 도 2b에서 길이 206에 해당되는 (두께 감소부 이전의) 블레이드의 최대 두께의 2배 내지 6배일 수 있다.

도 2의 실시형태와는 반대로, 두께 증가부가 블레이드의 리딩 에지로부터 거리를 두고 떨어진 곳에서 시작될 수 있으며; 예를 들어 이 거리는, 도 2b에서 길이 206에 해당되는 (두께 감소부 이전의) 블레이드의 최대 두께의 1배 내지 4배일 수 있다.

도 3은 병목부가 있는 경우와 병목부가 없는 경우 모두에 있어서 흐름 경로를 따라서의 가스 흐름의 속도를 보여주는 도면으로서; 이 병목부는 예를 들어 내부 통로에서 흐르는 가스의 속도를 20% 이상 급격하게/국한적으로 증가-감소시키도록 구성되어 있고; 병목부가 없는 경우라도 약간의 (예컨대 수 퍼센트의) 속도 증가-감소가 존재하며 이는 블레이드의 리딩에지 및 블레이드의 표준 공칭 두께에 기인한 것이라는 점은 주목할만한 가치가 있다. 내부 통로의 입구 구역 이후에, 가스 흐름의 속도는 적어도 내부 통로의 특정 부분에서 계속 점차적으로 감소된다. 도 3에서, 그래프는 속도 벡터의 진폭의 절대값에 관한 것이다.

도 4는 병목부가 있는 경우와 병목부가 없는 경우 모두에 있어서 흐름 경로를 따라서의 가스 흐름의 가속을 보여주는 도면으로서; 이 병목부는 예를 들어 빠른 가속(특히 가속 피크)과 빠른 감속(특히 감속 피크)을 야기하도록 구성되어 있고; 병목부가 없는 경우라도 약간의 가속 증가가 존재하며 이는 블레이드의 리딩에지 및 블레이드의 표준 공칭 두께에 기인한 것이라는 점은 주목할만한 가치가 있다. 도 4에서, 그래프는 가속도 벡터의 진폭의 절대값에 관한 것이며, 이러한 이유로 제로값에는 도달하지 않는다.

지금 예로서 기술한 바를 고려해 보건대, 유입 가스 흐름에 있어서의 액적에 기인한, 임펠러, 특히 원심 압축기의 임펠러의 침식을 감소시키는 것이 가능하고; 축소-확대 병목부는, 병목부를 통과하는 유입 가스 흐름에 있어서 가스의 속도를 먼저 급격하게 상당히 증가시킨 후 급격하게 상당히 감소시키는 데 사용되며; 병목부는 임펠러의 입구에 국한되어 있고; 서로 같거나 서로 다른 하나 이상의 연이은 병목부가 잇따라 배치될 수 있다.

액적에 의한 침식을 줄이기 위한 두 번째 수단은, 액적이 부딪히는 표면에 대한 법선방향의 속도 성분을 감소시키는 것인데; 특히 원심 압축기에 중점을 두고 있으므로, 본원에서 고려되는 상기 표면은 허브 표면이다.

유익하게는, 첫 번째 수단과 두 번째 수단이 조합될 수 있다.

기본 개념은, 임펠러의 내부 통로를, 자오 평면에서의 가스 흐름선을 따라서의 법선 가속도를 고려한 형상으로 만드는 것이다.

자오선 채널의 길이가 증가됨에 따라, 자오 평면에서의 흐름선의 평균 곡률이 감소되고, 가스의 법선(즉, 자오 평면에서의 흐름 라인에 대한 법선방향의) 가속도 또한 감소되는데, 이는 사실상 국부 곡률과 관련이 있다.

낮은 법선 가속도는, 액적이 가스의 흐름 라인을 따라가는 데 필요한 법선방향의 힘이 적다는 것을 시사한다. 따라서, 액적은 자오 평면에서의 가스 흐름 라인으로부터 덜 벗어날 것이다. 게다가, 기체와 액체 사이의 관성의 차이 때문에, 상기한 벗어남은 완전히 방지될 수 있다.

액적이 자오 평면에서의 가스 흐름 라인으로부터 덜 벗어나는 경우, 액적은 임펠러의 허브 표면에 작은 법선 속도로 접근하며, 이로써 침식이 상당히 감소된다.

도 5는 종래 기술에 따른 자오 평면에서의 임펠러 통로를 보여주고, 반면에 도 6은 예시적인 실시형태에 따른 자오 평면에서의 임펠러 통로를 보여주는데; 도 6은 전술한 기술적 교시 내용의 극단적인 적용에 해당된다는 점에 주목해야 할 필요가 있다. 도 7은 도 5의 임펠러에서의 법선 가속도, 도 6의 매우 긴 임펠러에서의 법선 가속도, 그리고 2개의 중간 규모의 축선방향 스팬을 갖는 다른 두 임펠러에서의 법선 가속도를 보여주는데; 전술한 기술적 교시 내용을 적용함으로써, 통로의 각 지점에서의 법선 가속도가 향상된다는 점은 명백하다.

도 8을 참조로 하여 기술되는 하기의 조건으로부터 명백해지는 바와 같이, 법선 가속도의 값을 제한하는 조건을 제공하기 위하여, 자오 평면에서의 임펠러의 내부 통로의 형상을 규정하는 데, 여러 파라미터가 사용될 수 있다.

출구에서는, 자오 평면에서의 허브 윤곽(801)이 반경방향과 10°보다 큰 각도 803을 이룰 수 있는데; 이는 통로의 전체 회전을 제한하는 첫 번째 방법이다.

출구에서는, 자오 평면에서의 슈라우드 윤곽(802)이 반경방향과 20°보다 큰 각도 804를 이룰 수 있는데; 이는 통로의 전체 회전을 제한하는 두 번째 방법이다.

자오 평면에서의 허브 윤곽의 임의의 지점에서, 허브 윤곽의 곡률 반경(805)은, 이 허브 윤곽에 수직하게 측정된 통로의 높이(806)의 적어도 2.5배이다.

자오 평면에서의 슈라우드 윤곽의 임의의 지점에서, 슈라우드 윤곽의 곡률 반경(807)은, 이 슈라우드 윤곽에 수직하게 측정된 통로의 높이(808)의 적어도 1.5배이다.

자오 평면에서의 통로의 축선방향 스팬(810)은, 입구에서의 통로의 높이(809)의 적어도 2배이다.

도 8을 참조로 하여 설명된, 전술한 조건들은, 기하학적 구조에 근거한 것이며, "구조적 타입"으로 고려될 수 있다.

도 8에서는, 임펠러의 내부 통로 내에서 액적의 가능한 궤적이 도시되어 있는데; 입구의 중앙 위치에서부터 출구까지에 있어서 소량의 가스의 궤적은 점선에 해당되고; 액적이 동일한 궤적을 따라가는 것이 바람직할 것이며; 게다가, 법선 가속도로 인하여, 액적은 상기 가스의 궤적으로부터 벗어나서, 편중된 궤도(이 편중된 궤도는 실선에 해당됨)를 따라간다. 액적의 질량과 크기를 감소시킴으로써 그리고 부드럽게 만곡된 통로를 이용함으로써, 상기 편중된 궤도는 통로의 단부에서 허브 윤곽(801)에 도달하고 "가벼운" 충돌이 일어나거나, 또는 도 8에 도시된 바와 같이 허브 윤곽(801)에 도달하지 않고 충돌이 일어나지 않는다.

그 밖의 가능한 조건들은 "기능적 타입"이고, 이에 따라 법선 가속도의 값에 직접적으로 기초한 것인데; 이러한 조건들은 도 7의 그래프를 참조로 하면 보다 잘 이해될 수 있을 것이다.

첫 번째 예시적인 조건으로서, 통로는, 자오 평면에서의 가스 흐름선을 따라서의 법선 가속도가 소정의 한도를 넘어서지 않는 형상으로 만들어질 수 있다.

두 번째 예시적인 조건으로서, 통로는, 임펠러 내부에서의 법선 가속도의 최대값과 블레이드의 트레일링 에지에서의 법선 가속도의 값 사이의 비가 예컨대 2.0을 초과하지 않는 형상으로 만들어질 수 있는데; 리딩 에지에서의 법선 가속도는 대개 0이거나 0에 가깝다는 점에 주목해야 할 필요가 있다(도 7 참조).

통로에서의 법선 가속도를 보다 잘 제어하기 위해, 전술한 조건들 중 하나 이상이 조합될 수 있다.

지금 예로서 기술한 바를 고려해 보건대, 유입 가스 흐름에 있어서의 액적에 기인한, 임펠러, 특히 원심 압축기의 임펠러의 침식을 감소시키는 것이 가능하고; 유입 가스 흐름은 자오 평면에서 (바람직하게는 상당히 또는 매우) 서서히 벗어나게 된다. 원심 압축기에 중점을 두고 있으므로, 관련 편차는 자오 평면 상의 것이며; 일반적으로, 횡평면 또는 접평면에서의 편차도 또한 고려되어야 한다.

서서히 벗어나는 것을 달성하기 위해서는, 임펠러의 축선방향 스팬을 증가시키거나 및/또는 임펠러에 의한 가스 흐름의 휨(원심 압축기에서는 가스 흐름이 대개 90° 휨)을 감소시킬 필요가 있을 수 있다.

액적에 의한 침식을 줄이기 위한 세 번째 수단은, 블레이드의 리딩 에지를 반경방향에 대하여 경사져 있게 하는 것이고; 특히 이 경사 방향은 슈라우드 프로파일이 허브 프로파일에 뒤떨어져 있는 것과 같은 방향이다.

매우 유익하게는, 첫 번째 수단과 두 번째 수단과 세 번째 수단이 조합될 수 있다.

바람직하게는, 경사 각도가 적어도 30°이다.

도 9에서는, 블레이드에 도면부호 901이 붙여져 있고(하나의 블레이드에만 붙여져 있음), 허브에는 도면부호 902가 붙여져 있으며, 슈라우드는 도시되어 있지 않고, 블레이드의 리딩 에지에는 도면부호 904가 붙여져 있으며, 반경방향에는 도면부호 905가 붙여져 있고, 경사 각도에는 도면부호 903이 붙여져 있다.

입구에 있어서 블레이드의 기울어짐은 반경방향의 압력 구배를 발생시키고, 이 압력 구배는, 가스 흐름을 슈라우드를 향해 밀고 가면서, 허브 부근의 질량 유량을 감소시키는 경향이 있는데; 도 8에서는 허브 윤곽에 도면부호 801이 붙여져 있고 슈라우드 윤곽에 도면부호 802가 붙여져 있다. 따라서, 이러한 압력 구배는, 임펠러의 내부 통로의 형상에 따른 액적의 이동을 도우며, 이에 따라 허브 표면의 침식을 감소시킨다.

전술한 교시 내용들은 원심 압축기, 예를 들어 도 1의 원심 압축기의 임펠러에 유익하게 적용될 수 있고; 특히 제1 임펠러, 즉 도 1에서의 임펠러(120)에 유용하다.

Claims (15)

1. 회전 기계용 밀폐형 임펠러로서, 입구와, 출구, 그리고 상기 입구를 상기 출구에 유체적으로 접속시키는 복수의 통로를 구비하고, 각 통로는 허브와, 슈라우드, 그리고 2개의 블레이드에 의해 획정되는 것이며, 각 블레이드는, 상기 통로에 있어서 상기 통로의 입구에 국한되어 있는 축소-확대 병목부를 형성하도록, 먼저 급격히 증가된 이후에 감소되는 두께를 갖는 상류측 부분과, 실질적으로 일정한 두께를 갖는 하류측 부분을 구비하는 것인 임펠러.
2. 제1항에 있어서, 두께 감소부가 두께 증가부에 바로 뒤이어 오는 것인 임펠러.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 두께 감소부가 블레이드의 리딩 에지로부터 거리를 두고 떨어진 곳에서 끝나며, 상기 거리는, 블레이드의 최대 두께의 2배 내지 6배인 것인 임펠러.
4. 제3항에 있어서, 상기 두께 증가부는 블레이드의 리딩 에지에서 시작되는 것인 임펠러.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상류측 부분의 길이는 캠버선 길이의 20% 미만인 것인 임펠러.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 출구에서는, 자오 평면에서의 허브 윤곽이 반경방향과 10°보다 큰 각도를 이루는 것인 임펠러.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 출구에서는, 자오 평면에서의 슈라우드 윤곽이 반경방향과 20°보다 큰 각도를 이루는 것인 임펠러.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 자오 평면에서의 허브 윤곽의 임의의 지점에서, 허브 윤곽의 곡률 반경은, 이 허브 윤곽에 수직하게 측정된 통로의 높이의 적어도 2.5배인 것인 임펠러.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 자오 평면에서의 슈라우드 윤곽의 임의의 지점에서, 슈라우드 윤곽의 곡률 반경은, 이 슈라우드 윤곽에 수직하게 측정된 통로의 높이의 적어도 1.5배인 것인 임펠러.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 자오 평면에서의 통로의 축선방향 스팬은, 입구에서의 통로의 높이의 적어도 2배인 것인 임펠러.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입구에서는, 슈라우드 프로파일이 허브 프로파일에 뒤떨어져 있도록, 반경방향에 대한 블레이드의 리딩 에지의 경사 각도가 적어도 30°인 것인 임펠러.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 두께 증가부와 두께 감소부는 각 블레이드의 양측에 동일하게 분포되어 있는 것인 임펠러.
13. 유입 가스 흐름에 있어서의 액적에 기인한 임펠러의 침식을 감소시키는 방법으로서, 임펠러의 입구에 있어서 가스의 속도를 먼저 증가시킨 후 감소시키도록, 상기 유입 가스 흐름은 축소-확대 병목부를 통과하는 것인 임펠러의 침식 감소 방법.
14. 제13항에 있어서, 임펠러의 입구 이후에 그리고 임펠러의 내부에서, 상기 유입 가스 흐름은 자오 평면에서 서서히 벗어나는 것인 임펠러의 침식 감소 방법.
15. 복수의 압축기 단을 갖는 원심 압축기로서, 이 압축기는 그 입구에서 액체에 대해 내성을 갖고 있고, 적어도 제1 단은 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 임펠러를 포함하는 것인 원심 압축기.

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