KR20160063192A

KR20160063192A - 압축기

Info

Publication number: KR20160063192A
Application number: KR1020140166917A
Authority: KR
Inventors: 김영훈
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2014-11-26
Filing date: 2014-11-26
Publication date: 2016-06-03

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 압축기는, 허브; 상기 허브의 둘레면을 따라 복수로 마련되며, 유체가 유입되는 유입구에 인접하여 마련되는 리딩에지가 형성되고, 유체가 배출되는 배출구에 인접하여 마련되는 트레일링에지가 형성되는 날개부; 및 상기 날개부를 따라 배출되는 유체가 상기 날개부의 압력면으로부터 흡입면으로 유동하는 것을 방지하도록, 상기 날개부를 가로질러 마련되는 차단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 압축기는, 날개부의 출구를 빠져 나오는 이차유동이 주유동과 혼합과정에서 혼합손실(Mixing loss)을 발생시키지 못하도록, 차단부가 날개부에 마련되어, 날개부의 압력면에서부터 간극을 거쳐 흡입면으로 넘어오는 유체가 주유동에 혼류되는 것을 막음으로써, 임펠러 효율이 향상되고, 날개부에서 디퓨저로 유체가 입사될 때, 유동상태가 균일해지도록 하여 디퓨저의 손실을 감소시켜 압축기 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

압축기{Compressor}

본 발명은 압축기에 관한 것이다.

디젤엔진 시스템(이하 엔진 시스템)은 연소실에 유입된 공기를 고온 고압으로 압축하고 보다 큰 압력의 연료를 분사 및 미립화시켜 점화시킨 후 배기가스를 방출한다. 이때, 엔진 시스템은 연료의 효율을 상승시키기 위하여, 공기를 미리 압축하여 연소실에 공급한다. 이를 위해, 엔진 시스템에서 배출되는 배기가스 압력을 이용해 공기를 압축해 주입하는 과급기(Turbo Charger)가 엔진 시스템에 연결된다.

즉, 터보차저에서 배출되는 배기가스 압력을 이용해 공기를 압축해 엔진으로 주입하여, 엔진에서 이용되는 연료의 효율을 상승시킨다. 이를 위해, 터보차저는 공기를 미리 압축하여 연소실에 공급하는 것이며, 이러한, 터보차저는 압축기, 터빈을 포함한다.

여기서, 압축기 및 펌프는 임펠러(impeller)에 의해 발생하는 원심을 이용하여 유체의 펌프 작용 등, 즉 유체의 수송작용을 하거나 압력을 발생시키는 유체 기계를 말한다.

이러한, 압축기와 펌프는 중앙에 회전축이 관통 결합되게 허브가 마련되고 허브의 외주면에 방사상으로 연장되는 복수의 블레이드를 갖는 날개부(임펠러) 및 날개부의 테두리를 덮어 축 방향을 따라 전후방이 개방되어 유입구 및 배출구를 갖는 케이싱으로 이루어질 수 있다. 이러한 압축기 및 펌프는 회전축에 의해 날개부가 축 회전되면 유입구를 통해 유체가 유입되어 날개부를 따라 가압된다.

그런데, 압축기의 허브 회전에 연동하여 유체가 날개부를 따라 유입구에서 배출구로 배출시 유체는 날개부의 압력면으로 쏠리면서 가이드되는데, 날개부의 흡입면의 압력은 압력면보다 낮게 형성되어, 날개부의 출구쪽 날개부의 압력면에서 흡입면으로 날개부와 케이싱 사이의 간극을 통해 유체가 이동하는 이차 유동이 발생하여 압축기의 효율이 저하될 우려가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 날개부에서 주유동에 혼류되는 이차유동을 감소시켜 압축기 효율을 향상시킬 수 있는 압축기를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 압축기는, 허브; 상기 허브의 둘레면을 따라 복수로 마련되며, 유체가 유입되는 유입구에 인접하여 마련되는 리딩에지가 형성되고, 유체가 배출되는 배출구에 인접하여 마련되는 트레일링에지가 형성되는 날개부; 및 상기 날개부를 따라 배출되는 유체가 상기 날개부의 압력면으로부터 흡입면으로 유동하는 것을 방지하도록, 상기 날개부를 가로질러 마련되는 차단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 차단부는, 상기 날개부의 쉬라우드와 평행이 되게 마련되는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 차단부는, 복수의 상기 날개부를 가로지르도록 상기 허브의 둘레를 따라 마련되는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 차단부는, 상기 트레일링에지의 중심높이로부터 상부에 위치되는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 차단부는, 상기 날개부의 경사 방향을 따라 마련되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 압축기는, 날개부의 출구를 빠져 나오는 이차유동이 주유동과 혼합과정에서 혼합손실(Mixing loss)을 발생시키지 못하도록, 차단부가 날개부에 마련되어, 날개부의 압력면에서부터 간극을 거쳐 흡입면으로 넘어오는 유체가 주유동에 혼류되는 것을 막음으로써, 임펠러 효율이 향상되고, 날개부에서 디퓨저로 유체가 입사될 때, 유동상태가 균일해지도록 하여 디퓨저의 손실을 감소시켜 압축기 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 일반적인 원심형 압축기의 구조를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기에서 날개부와 차단부를 도시한 도면이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 일반적인 원심형 압축기의 구조를 도시한 사시도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 일반적인 원심형 압축기(1)는 허브(10)와 날개부(20)를 포함하는데, 허브(10)의 둘레면을 따라 날개부(20)가 마련되고, 날개부(20)는 길이가 서로 달리 이루어지는 메인블레이드(21)와, 스플리터(22)를 포함할 수 있다. 여기서, 스플리터(22)는 메인블레이드(21)의 길이보다 작게 이루어지는 구성이다.

이러한, 원심형 압축기(1)는 날개부(20)의 출구쪽 흡입면에서 이차유동이 발생하여 압축기 효율이 저하될 수 있어 개선이 필요하다.

이하에서는 개선된 압축기에 대하여 도면을 참조하여 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기에서 날개부와 차단부를 도시한 도면이다.

도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 압축기(100)는 허브(110), 날개부(120), 차단부(130)를 포함하며, 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기(100)는 터보차저용 압축기뿐만 아니라, 일반 산업용 공기 압축기, 가스 압축기 등에 적용될 수 있는 원심 압축기일 수 있다.

허브(110)는 그 둘레면에 날개부(120)가 설치되어 복수의 날개부(120)를 연결하는 매개물로서, 회전축(도시하지 않음)이 관통될 수 있다. 이러한, 허브(110)는 회전축으로부터 회전력을 전달받아 날개부(120)의 회전을 지지한다. 허브(110)의 형상은 유입구에서 배출구를 향해 직경이 커지는 형태로 마련될 수 있고, 경사가 완만하게 이루어질 수 있다.

또한, 본 실시예에서 도면에 도시하지는 않았으나, 허브(110)의 외측으로 날개부(120)의 테두리에 덮어 씌워져, 날개부(120)의 축 회전에 대응해서 고정되고 축 방향을 따라 전후방이 개방되어 유입구 및 배출구를 갖는 케이싱(도시하지 않음)이 마련될 수 있음은 물론이다.

이러한, 날개부(120)는 압축기(100)로 유입되는 유체를 가이드하는 구성이며, 날개부(120)는 허브(110)의 둘레면을 따라 복수로 마련된다.

날개부(120)는 유체가 유입되는 유입구에 인접하여 마련되는 리딩에지(120A)가 형성되고, 유체가 배출되는 배출구에 인접하여 마련되는 트레일링에지(120B)가 형성된다. 그리고 리딩에지(120A)와 트레일링에지(120B) 사이에 형성되는 모서리로서 쉬라우드(120C)가 날개부(120)에 포함되고, 쉬라우드(120C)의 반대편에는 허브(110)와 연결되는 허브연결면(부호 도시하지 않음)이 포함되며, 날개부(120)의 일측면에는 압력면(부호 도시하지 않음)이 형성되고, 날개부(120)의 타측면에는 흡입면(부호 도시하지 않음)이 형성된다.

예를 들어 날개부(120)는 허브(110)의 외주면에 방사상으로 연장되는데, 날개부(120) 각각이 상부에서 하부로 경사를 이루는 형태로 마련되어 허브(110)의 회전을 따라 배출구 측을 향하여 허브(110)의 회전방향으로 꺾이는 유체의 흐름에 대응할 수 있다.

날개부(120)는 바람직하게는 길이가 서로 동일 또는 유사한 블레이드(메인블레이드 일 수 있음)가 복수로 마련될 수 있고, 이와 달리, 길이가 서로 달리 이루어지는 메인블레이드(도시하지 않음) 및 스플리터(도시하지 않음)를 포함하여 이루어질 수 있다.

여기서, 메인블레이드는 유체가 유입되는 유입구에서 유체가 배출되는 배출구까지 연장되게 마련될 수 있고, 스플리터는 메인블레이드에 비하여 유입구로부터 이격되어 메인블레이드의 길이보다 작게 이루어질 수 있다. 또한, 메인블레이드와 스플리터는 서로 번갈아 가며 허브(110) 상에 위치될 수 있다.

여기서, 압축기(100)로 유입되는 유체가 날개부(120)를 따라 유입구에서 배출구로 배출되는 주유동(primary flow)이 발생하는데, 유체는 날개부(120)의 쉬라우드(120C)를 따라 가이드되면서, 날개부(120)의 출구쪽인 트레일링에지(120B)의 부근에서 이차유동(secondary flow)인 이상유동 현상이 발생하여, 이차유동을 감소시킬 필요가 있다. 이를 위해, 본 실시예는 차단부(130)를 구비한다.

차단부(130)는 날개부(120)를 따라 배출되는 유체가 날개부(120)의 압력면으로부터 흡입면으로 유동하는 것을 방지하도록, 날개부(120)를 가로질러 마련된다.

즉, 이차유동이 발생하는 원인은 날개부(120)의 쉬라우드(120C)와 케이싱 사이에 있는 간극으로 날개부(120)의 압력면에서 흡입면으로 유체가 이동하기 때문이므로, 차단부(130)가 날개부(120)에 마련된다.

예를 들어, 날개부(120)에는 차단부(130)의 두께에 대응하는 슬롯(부호도시하지 않음)이 형성되어 차단부(130)가 끼움결합할 수 있고, 날개부(120)에 끼움된 차단부(130)는 억지끼움, 용접, 열융착, 볼팅 등의 방법으로 고정가능하다. 또한, 도넛 형태로 이루어지는 차단부(130)는 다등분(예를 들어 4등분 등)되어 허브(110)의 외측으로부터 날개부(120)를 향해 끼워질 수 있다.

구체적으로, 차단부(130)는 복수의 날개부(120)를 가로지르도록 허브(110)의 둘레를 따라 날개부(120)의 쉬라우드(120C)를 가로질러 마련될 수 있으며, 이때, 차단부(130)는 디스크 형태의 도넛형상을 이룰 수 있다.

게다가, 차단부(130)는, 날개부(120)의 출구에서 특히 상단부에 마련되도록, 트레일링에지(120B)의 중심높이로부터 상부에 위치될 수 있다.

또한, 차단부(130)는 날개부(120)의 측면 모서리를 따라 균일한 높이로 이루어지도록 날개부(120)의 경사 방향을 따라 마련될 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 날개부(120)의 출구를 빠져 나오는 이차유동이 주유동과 혼합과정에서 혼합손실(Mixing loss)을 발생시키지 못하도록, 차단부(130)가 날개부(120)에 마련되어, 이차유동의 흐름을 가로막으므로, 임펠러의 효율이 향상되고, 날개부(120)에서 디퓨저(도시하지 않음)로 유체가 입사될 때, 유동상태가 균일해지도록 하여 디퓨저의 손실을 감소시켜 압축기 효율을 향상시킬 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

1: 원심형 압축기 10: 허브
20: 날개부 21: 메인블레이드
22: 스플리터 100: 압축기
110: 허브 120: 날개부
120A: 리딩에지 120B: 트레일링에지
120C: 쉬라우드 130: 차단부

Claims

허브;
상기 허브의 둘레면을 따라 복수로 마련되며, 유체가 유입되는 유입구에 인접하여 마련되는 리딩에지가 형성되고, 유체가 배출되는 배출구에 인접하여 마련되는 트레일링에지가 형성되는 날개부; 및
상기 날개부를 따라 배출되는 유체가 상기 날개부의 압력면으로부터 흡입면으로 유동하는 것을 방지하도록, 상기 날개부를 가로질러 마련되는 차단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기.
제1항에 있어서, 상기 차단부는,
상기 날개부의 쉬라우드와 평행이 되게 마련되는 것을 특징으로 하는 압축기.
제1항에 있어서, 상기 차단부는,
복수의 상기 날개부를 가로지르도록 상기 허브의 둘레를 따라 마련되는 것을 특징으로 하는 압축기.
제1항에 있어서, 상기 차단부는,
상기 트레일링에지의 중심높이로부터 상부에 위치되는 것을 특징으로 하는 압축기.
제1항에 있어서, 상기 차단부는,
상기 날개부의 경사 방향을 따라 마련되는 것을 특징으로 하는 압축기.