KR20170056817A - 조립식 원심압축기 임펠러 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 조립식 원심압축기 임펠러는 제1회전허브, 하부에서 상부로 갈수록 제1회전허브와의 거리가 가까와지는 형태를 가지며 서로 일정 간격 이격된 형태로 배치되는 복수 개의 직선형베인을 가지는 제1베인파트, 제1회전허브의 상부와 접하는 제2회전허브, 각각의 직선형베인과 대응되도록 배치되어 직선형베인과 연속된 면을 이루며 일방향으로 만곡된 복수 개의 곡선형베인을 가지는 제2베인파트를 포함한다.

Description

조립식 원심압축기 임펠러 및 그 제조 방법{ASSEMBLE TYPE IMPELLER FOR CENTRIFUGAL COMPRESSOR AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}

본 발명은 원심압축기의 내부에 수용되어 회전되는 임펠러에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 형상이 복잡한 임펠러를 분리, 가공 및 조립할 수 있도록 한 임펠러 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 원심 압축기는 내부의 공간에 수용되는 임펠러를 고속으로 회전시키면서 축심부로부터 기체를 외측둘레의 베인(vane)으로 흡입시켜 속도 에너지의 일부를 압력 에너지로 변환시키고 압력과 속도를 이용하여 배기되도록 한다.

이때, 원심 압축기의 내부 공간에 수용되어 고속으로 회전하는 임펠러는 회전에 의해 유체에 유동 운동을 일으키게 되는 것으로, 회전을 하는 중심축부에 형성되는 허브와 그 허브의 외측 둘레에 형성되는 베인으로 구성된다.

원심 압축기에 사용되는 임펠러는 입구측에서 저압의 공기를 흡입하고 출구측에서 고압의 공기를 토출하여야 하는 장치이므로 적절한 곡면을 지니거나 중심부의 허브를 중심으로 외측으로 전개되는 형상등으로 유체의 유동을 저항없이 안내하기 위하여 그 형상과 구조가 복잡하게 제작된다.

임펠러의 회전운동으로 유동되는 기체의 압축비를 높이고, 기체의 유동을 원활하게 하기 위해서는 더욱 복잡한 형상의 베인 및 허브를 설계하게 되고, 이에따라 이러한 임펠러를 가공, 제작하기 위해서는 더욱 복잡한 성형절차와 장치, 인력을 필요로 하여 그에 따른 비용도 상승한다는 문제점이 있었다.

뿐만 아니라, 임펠러를 제조하기 위한 기간 또한 길어진다는 단점을 지니고 있었으며, 이러한 복잡한 공정, 비용의 발생, 제작기간 소요등과 같은 여러 제약으로 인해 임펠러의 설계를 단순화해야 하는 경우도 발생하였다.

또한, 임펠러에 구비되는 베인은 그 부분별로 부가되는 피로하중이 차이가 있어 베인의 일부만이 손상, 또는 파손이 되는 경우가 대부분이나, 모든 경우에 임펠러 전체를 교체하여야 하는 번거로움과 비용의 낭비가 있었다.

따라서 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구된다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 복잡한 형상을 지니는 임펠러를 분리하여 설계하고, 분리된 파트별로 각각의 특성에 맞도록 성형 제작한 후 결합하여 사용할 수 있는 임펠러 및 그 제조 방법을 제공하기 위함이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 조립식 원심압축기 임펠러는 제1회전허브, 하부에서 상부로 갈수록 제1회전허브와의 거리가 가까와지는 형태를 가지며 서로 일정 간격 이격된 형태로 배치되는 복수 개의 직선형베인을 가지는 제1베인파트, 제1회전허브의 상부와 접하는 제2회전허브, 각각의 직선형베인과 대응되도록 배치되어 직선형베인과 연속된 면을 이루며 일방향으로 만곡된 복수 개의 곡선형베인을 가지는 제2베인파트를 포함한다.

또는, 제1베인파트의 하단에 구비되어 수평방향으로 유체의 흐름을 유도하는 유동안내판을 더 포함한다.

그리고, 제1회전허브 및 제2회전허브는 중심부에 동력을 전달하는 샤프트와 결합될 수 있도록 상하방향으로 통공되어 형성되는 축결합구 및 축결합구의 일측에 형성되는 회전정렬부를 포함한다.

또는, 곡선형베인의 하단에 직선형베인의 상단이 적어도 일부가 수용될 수 있도록 형성되는 단차결합부를 포함하고, 단차결합부는 곡선형베인의 면을 따라 이동되는 유체가 상기 직선형베인의 면으로 흐름에 있어 저항을 줄여준다.

그리고, 제2회전허브는 제1회전허브와 접하는 하단부에 적어도 하나 이상 하방으로 돌출 형성되는 결합돌기 및 제1회전허브는 상기 제2회전허브와 접하는 상단부에 상기 결합돌기가 수용되는 결합홈을 포함한다.

또한, 본 발명의 조립식 원심압축기 임펠러를 제조하는 방법은 베인의 형상에 따라 임펠러를 구획하여 나누어 설계하는 파트 분리 단계, 파트 분리 단계에서 구획된 파트별로 가공 및 제작되는 파트 제작 단계 및 파트 제작 단계에서 제작된 각각의 파트를 결합하는 파트 결합 단계를 포함한다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 조립식 원심압축기 임펠러 및 그 제조 방법은 형상이 복잡하고, 다수개의 베인이 만곡되어 형성되어야 하는 임펠러를 일체형이 아닌 형상의 특징별로 파트를 나누어 분리 제작한 후 결합될 수 있도록 하여 임펠러를 제조 하기 위한 비용 및 절차를 단순화 할 수 있는 효과가 있고, 부분적인 베인의 파손 또는 변형의 발생 시 파손 또는 변형이 발생된 파트만을 교환하여 사용할 수 있어 유지 및 보수에도 효율성을 높이는 효과가 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조립식 원심압축기 임펠러의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 조립식 원심압축기 임펠러의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 조립식 원심압축기 임펠러에 구비되는 베인의 단면을 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 조립식 원심압축기 임펠러에 구비되는 단차결합부를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 조립식 원심압축기 임펠러의 작동 상태도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 조립식 원심압축기 임펠러의 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

<본 발명의 일 실시예에 따른 조립식 원심압축기 임펠러의 구성>

본 발명에 따른 조립식 원심압축기 임펠러는 하기 되는 것과 같이 실시될 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 입구측에서 저압의 공기를 흡입하고 출구측에서 고압의 공기를 토출하는 장치로서, 내측에 수용된 임펠러를 고속으로 회전시키면서 기체를 흡입시켜 속도 에너지의 일부를 압력 에너지로 변환시키고 압력과 속도를 주어 토출하는 원심 압축기에 구성될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조립식 원심압축기 임펠러의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 조립식 원심압축기 임펠러의 분해 사시도, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 조립식 원심압축기 임펠러에 구비되는 베인의 단면을 나타낸 단면도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 조립식 원심압축기 임펠러에 구비되는 단차결합부를 나타낸 단면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 조립식 원심압축기 임펠러는 그 구성을 크게 나누어 샤프트가 중심부에 연결되는 제1회전허브(110)와 하부에서 상부로 갈수록 제1회전허브(110)와 거리가 가까와지는 형태를 가지며 서로 일정 간격 이격된 형태로 배치되는 복수 개의 직선형베인(120)이 구비되는 제1베인파트(100), 제1회전허브(110)의 상부와 접하며, 제1회전허브(110)와 함께 샤프트가 중심부에 체결되는 제2회전허브(210)와 각각의 직선형베인(120)과 대응되도록 배치되어 직선형베인(120)과 연속된 면을 이루며 일방향으로 만곡된 복수 개의 곡선형베인(220)이 구비되는 제2베인파트(200)가 포함될 수 있다.

아래에서는 상기된 각각의 구성을 구체적으로 자세하게 설명한다.

제1베인파트(100)는 중심부에서 회전동력을 전달하는 샤프트와 결합되는 제1회전허브(110) 및 제1회전허브(110)의 측면을 둘러 일정 간격 이격되어 형성되는 직선형베인(120)을 포함한다.

제1회전허브(110)는 하단에서 그 직경이 크고, 상단으로 갈수록 직경이 줄어드는 형상으로, 하단부에서 그 직경의 변화가 크고 상단부로 갈수록 그 직경의 변화가 점진적으로 줄어들도록 형성될 수 있다.

따라서, 하단부는 가로방향으로 수평에 가까운 외측둘레의 면이 형성되고, 상단부에서는 수직에 가까운 외측둘레의 면이 형성된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 제1회전허브(110)는 수평단면이 원형으로 형성되고, 중심부에는 상부에서 하부로 수직하게 관통되는 축결합구(400)가 구비될 수 있다.

직선형베인(120)은 유체의 흐름을 안내하는 날개로서, 제1회전허브(110)의 측면을 둘러서 일정간격으로 이격되어 다수개가 형성되며, 제1회전허브(110)의 측면에서 방사형으로 외측으로 연장되어 형성된다.

이때, 제1회전허브(110)의 외측면에서 연장되는 거리가 일정하게 형성될 수 있고, 본 발명이 적용되는 실시예에 따라 상단부가 넓게 형성되거나 또는 하단부가 넓은 면적을 지니도록 형성될 수 있다. 하지만, 제1회전허브(110)가 회전되는 중심축을 기준으로 하여 무게의 편중이 발생되지 않도록 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 각각의 직선형베인(120)은 측면에서 보았을 때 상하로 곧게 형성되고, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 본 발명이 적용되는 실시예에 따라 일단부가 일측으로 만곡되어 형성되어 실시될 수도 있다.

제2베인파트(200)는 상술한 제1베인파트(100)의 상부에 결합되며, 그 외형은 제1베인파트(100)의 제1회전허브(110)와 단차없이 연결되는 제2회전허브(210)와 직선형베인(120)의 상부에서 또한 단차 없이 연결되는 곡선형베인(220)을 포함하여 구성될 수 있다.

상세하게는, 제1회전허브(110)의 상면과 제2회전허브(110)의 하면이 대응되는 형상 및 면적으로 형성되어 접하게 되고, 각각의 직선형베인(120)과 대응되는 위치에 다수개의 곡선형베인(220)이 구비되고, 각각의 직선형베인(120)의 상면과 각각의 곡선형베인(220)의 하면이 그 형상 및 면적이 대응되도록 형성되어 접하게 된다.

제2회전허브(210)는 중심부에 회전동력을 전달하는 샤프트가 결합될 수 있는 축결합구(400)가 형성되고, 제1회전허브(110)와 접하는 하단부에서 외측둘레의 곡률이 제1회전허브(110)로부터 규칙적으로 일정하게 유지되도록 그 둘레의 직경이 결정될 수 있다.

곡선형베인(220)은 제2회전허브(210)의 측면 둘레를 따라 직선형베인(120)과 대응되는 위치와 갯수로 구비되며, 직선형베인(120)과 동일한 두께를 지니고 방사형으로 연장되어 형성된다.

곡선형베인(220)은 하단부가 직선형베인(120)의 상단부와 매끄럽게 연결될 수 있도록 구비되고, 상단부로 갈수록 일측으로 면의 방향이 만곡되게 형성될 수 있다.

이는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 제2베인파트(200)의 상단부로 갈수록 곡선형베인(220)이 만곡형성되어, 상부로 부터 유체를 흡입하여 안내할 수 있도록 하는 효과를 얻을 수 있다.

상술된 제1베인파트(100) 및 제2베인파트(200)는 각각 제2회전허브(210)의 하면에 하방으로 돌출되어 형성되는 결합돌기(230)와 결합돌기(230)가 수용되는 결합홈(130)이 제1회전허브(110)의 상면에 형성되어, 결합돌기(230)가 결합홈(130)에 수용됨으로 결합될 수 있다.

결합돌기(230)는 적어도 하나 이상이 제2회전허브(210)의 하면에서 하방으로 돌출되어 형성되며, 그 형상은 본 발명이 적용되는 실시예에 따라 다양하게 구현될수 있다.

결합홈(130)은 결합돌기(230)와 대응되는 위치와 크기로 제1회전허브(110)의 상면에 형성되고, 결합돌기(230)가 수용되어 이격이 생기지 않도록 그 크기가 형성될 수 있다.

이는 예시적인 것으로서 본 발명이 적용되는 실시예에 따라 다양한 방법으로 제1베인파트(100) 및 제2베인파트(200)가 결합될 수 있고, 결합시에 직선형베인(120)과 곡선형베인(220), 제1회전허브(110)와 제2회전허브(210)가 접하는 면이 일치하도록 구현되면 될 것이다.

유동안내판(300)은 제1베인파트(100)의 하단 외측둘레에 구비되는 환형의 판상부재로 형성되거나, 베1회전허브(110)의 하단과 일체로 형성될 수 있다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 곡선형베인(220) 및 직선형베인(120)에 의해 유도된 유체가 하부로 이동되어 수평방향으로 배기될 수 있도록 안내하는 효과를 얻을 수 있다.

축결합구(400)는 제1베인파트(100) 및 제2베인파트(200)의 중심부를 상하로 관통하여 형성되어 샤프트가 진입하여 체결될 수 있도록 하는 공간으로, 일측에는 축결합구(400)의 길이방향을 따라 돌출 혹은 함몰된어 형성되는 회전정렬부(410)가 형성된다.

회전정렬부(410)는 샤프트의 외측둘레에 대응되어 형성되는 홈 또는 돌출부와 끼워지거나 키(key)와 같은 장치로 결합될 수 있으며, 샤프트의 회전력을 제1베인파트(100) 및 제2베인파트(200)로 전달하는 역할과 아울러, 상술하였던 결합홈(130) 및 결합돌기(230)와 함께 제1베인파트(100) 및 제2베인파트(200)가 정확하게 각각의 직선형베인(120), 곡선형베인(220)이 일치하도록 결합될 수 있는 정렬 기능을 갖게 된다.

단차결합부(500)는 도 4에 도시된 바와 같이, 각각의 직선형베인(120)의 상단이 대응되는 각각의 곡선형베인(220)의 하단과 접하는 곳에서 직선형베인(120)의 상단 일부가 곡선형베인(220)의 하단에 수용될 수 있도록 암수결합 될 수 있도록 한 것으로, 이는 상부로부터 하부로 이동하는 유체가 곡선형베인(220) 및 직선형베인(120)이 접하는 곳에서 단차로 인하여 유체의 흐름에 저항이 생기는 것을 방지하는 효과를 얻을 수 있다.

<본 발명의 일 실시예에 따른 조립식 원심압축기 임펠러의 제조 방법, 작용 및 효과>

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 조립식 원심압축기 임펠러의 작동 상태도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 조립식 원심압축기 임펠러의 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 5 내지 도 6을 참고하여, 상술하였던 본 발명의 일 실시예에 따른 조립식 원심압축기는 하기되는 방법에 의하여 제조 될 수 있다.

측면의 외측둘레에서 방사형으로 연장되어 형성되는 베인의 형상 및 가공 난이도에 따라 임펠러를 구획하고, 본 발명의 일 실시예에서는 베인의 형상이 만곡된 부분을 포함하는 곡선형베인(220)과 만곡된 부분이 포함되지 않은 직선형베인(120)으로 구분하여 구획될 수 있다.

이와 같이, 베인의 형상에 따른 파트를 분리하여 설계하는 파트 분리 단계(S100), 파트 분리 단계(S100)에서 구획단 파트별로 그 형상에 맞도록 가공장비를 구비하고 각각의 파트를 제작하는 파트 제작 단계(S200), 본 발명의 일 실시예에서는 파트 분리 단계(S100)에서 직선형베인(120)을 포함하는 제1베인파트(100)와 곡선형베인(220)을 포함하는 제2베인파트(200)로 구획하여 제1베인파트 제작 단계(S210) 및 제2베인파트 제작 단계(S220)로 나뉘어 실시될 수 있다.

파트 제작 단계(S200)에서 각각의 형상에 맞추어 제작된 각 파트를 결합하여 임펠러를 완성하는 파트 결합 단계(S300)를 포함하여 실시될 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 조립식 원심압축기 임펠러 및 그 제조 방법은 도 5에 도시된 바와 같이 흡기구(610) 및 배기구(620)가 형성되는 하우징(600)의 내부에 수용되어 실시될 수 있다.

일체형으로 형성되지 않고, 형상의 특징을 기준으로 하여 제1베인파트(100) 및 제2베인파트(200)로 구획되어 제작되고, 각각의 파트가 결합되어 임펠러를 형성하게 되므로, 일체로 형성되는 임펠러에 비하여 제작공정을 단순화 할 수 있고, 그 비용또한 절약할 수 있게 된다.

또한, 베인의 일부가 파손 또는 손상되었을 때 임펠러 일체를 교환하지 않고, 파손 또는 손상이 된 부분을 포함하고 있는 파트만을 교체하여 사용할 수 있다는 장점이 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

100: 제1베인파트 110: 제1회전허브
120: 직선형베인 130: 결합홈
200: 제2베인파트 210: 제2회전허브
220: 곡선형베인 230:결합돌기
300: 유동안내판
400: 축결합구 410: 회전정렬부
500: 단차결합부
600: 하우징 610: 흡기구
620: 배기구

Claims (6)

1. 원심압축기 내부에 수용되어 회전에 의해 흡기 및 배기작용을 하는 임펠러에 있어서,
   제1회전허브, 하부에서 상부로 갈수록 상기 제1회전허브와의 거리가 가까와지는 형태를 가지며 서로 일정 간격 이격된 형태로 배치되는 복수 개의 직선형베인을 가지는 제1베인파트;
   상기 제1회전허브의 상부와 접하는 제2회전허브, 상기 각각의 직선형베인과 대응되도록 배치되어 상기 직선형베인과 연속된 면을 이루며 일방향으로 만곡된 복수 개의 곡선형베인을 가지는 제2베인파트;를 포함하는
   조립식 원심압축기 임펠러.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1베인파트의 하단에 구비되어 수평방향으로 유체의 흐름을 유도하는 유동안내판;을 더 포함하는
   조립식 원심압축기 임펠러.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1회전허브 및 상기 제2회전허브는
   중심부에 동력을 전달하는 샤프트와 결합될 수 있도록 상하방향으로 통공되어 형성되는 축결합구; 및
   상기 축결합구의 일측에 형성되는 회전정렬부;를 포함하는
   조립식 원심압축기 임펠러.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 곡선형베인의 하단에 상기 직선형베인의 상단이 적어도 일부가 수용될 수 있도록 형성되는 단차결합부;를 포함하고,
   상기 단차결합부는 상기 곡선형베인의 면을 따라 이동되는 유체가 상기 직선형베인의 면으로 흐름에 있어 저항을 줄여주는 것을 특징으로 하는
   조립식 원심압축기 임펠러.
   
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제2회전허브는 상기 제1회전허브와 접하는 하단부에 적어도 하나 이상 하방으로 돌출 형성되는 결합돌기; 및
   상기 제1회전허브는 상기 제2회전허브와 접하는 상단부에 상기 결합돌기가 수용되는 결합홈;을 포함하는
   조립식 원심압축기 임펠러.
   
6. 제1항에 의한 조립식 원심압축기 임펠러를 제조하는 방법에 있어서,
   베인의 형상에 따라 임펠러를 구획하여 나누어 설계하는 파트 분리 단계;
   상기 파트 분리 단계에서 구획된 파트별로 가공 및 제작되는 파트 제작 단계; 및
   상기 파트 제작 단계에서 제작된 각각의 파트를 결합하는 파트 결합 단계;를 포함하는
   조립식 원심압축기 임펠러 제조 방법.
   

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