KR20170089858A - 밀봉 채널을 포함한 컴프레서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하우징과 로터를 포함하는 컴프레서에 관한 것이며, 로터는 적어도 일측에 컴프레서 휠을 포함하고, 컴프레서 휠과 하우징 사이에는 컴프레서 챔버가 형성되고, 로터는 회전 가능하게 지지되고, 로터와 하우징 사이에는 환형 밀봉 채널이 형성되고, 밀봉 채널은 컴프레서 챔버로부터 상대적으로 더 낮은 압력을 갖는 영역으로 이어지고, 밀봉 채널 내에는 스로틀 섹션이 제공되며, 스로틀 섹션은 압축 챔버보다 저압 영역에 더 가깝게 배치된다.

Description

밀봉 채널을 포함한 컴프레서{COMPRESSOR HAVING A SEALING CHANNEL}
본 발명은 청구항 제 1 항에 따르는 컴프레서에 관한 것이다.
종래 기술에서, DE 10 2012 012 540 A1로부터는, 제 1 컴프레서 휠을 구비한 제 1 컴프레서 단 및 제 2 컴프레서 휠을 구비한 제 2 컴프레서 단을 포함하는 터보 컴프레서가 공지되어 있다. 제 1 및 제 2 컴프레서 휠은 공통 샤프트 상에 배치되며, 샤프트는 비접촉 방식으로 지지된다. 제 1 컴프레서 단과 제 2 컴프레서 단 사이에는 밀봉 갭(sealing gap)이 형성된다. 밀봉 갭의 밀봉을 위해, 그루브가 하우징 내에 제공된다. 또한, 컴프레서 휠은, 그루브 내로 맞물리는 플랜지를 포함한다.
본 발명의 과제는, 밀봉 채널의 향상된 밀봉을 나타내는 컴프레서를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제는 청구항 제 1 항에 따르는 컴프레서에 의해 해결된다. 본 발명의 추가 실시형태들은 종속 청구항들에 제시되어 있다.
제안되는 컴프레서는 컴프레서 챔버와 상대적으로 더 낮은 압력을 갖는 영역 사이에 밀봉 채널의 형성이 향상된다는 장점을 갖는다. 특히 로터에 작용하는 축 방향 힘이 감소된다. 또한, 밀봉 채널을 통한 누출도 감소된다. 또한, 로터의 회전 저항도 상대적으로 낮다. 이런 장점들은, 밀봉 채널이 스로틀 섹션(throttle section)을 포함하고, 스로틀 섹션은 압축 챔버보다 저압 영역에 더 가깝게 배치되는 것을 통해 달성된다.
일 실시형태에서, 스로틀 섹션은 밀봉 채널의 중심 평면에 인접하여 밀봉 채널의 제 2 반부(half)의 1/3 영역에 배치된다. 실험 결과, 밀봉 채널의 중심 평면에 대한 상기 섹션 내 스로틀 섹션의 배치는 양호한 결과를 제공하는 것으로 나타났다.
일 추가 실시형태에서, 예컨대 하우징, 또는 로터, 또는 하우징 또는 로터의 밀봉 부재에 의해 형성되는 밀봉 에지부는 밀봉 채널의 중심 평면과 관련하여 비대칭으로 형성된다. 이런 방식으로, 저압 영역의 방향으로 스로틀 섹션의 형성 또는 변위는 간단한 수단들로 달성된다.
일 추가 실시형태에서, 그루브는 밀봉 채널의 중심 평면과 관련하여 스로틀 섹션이 저압 영역에 더 가깝게 배치되는 방식으로 비대칭으로 형성된다.
일 추가 실시형태에서, 환형 그루브는 회전축의 평면에서 서로 대향하는 면들 상에서 2개의 견부(shoulder)에 의해 한정된다. 상대적으로 더 높은 압력을 갖는 측에 배치되는 제 1 견부는 회전축에 대해 수직으로 제 2 견부보다 더 높게 형성된다. 그 결과, 밀봉 채널에 걸쳐 압력 강하의 향상이 달성된다.
본 발명은 도면들을 참고로 상세하게 설명된다.
도 1은 컴프레서 휠을 구비한 로터를 포함하는 컴프레서의 제 1 실시형태를 도시한 도면이다.
도 2는 2개의 컴프레서 휠을 구비한 로터를 포함하는 컴프레서의 제 2 실시형태를 도시한 도면이다.
도 3은 밀봉 채널의 영역 내 회전축의 평면에서 컴프레서를 절단하여 도시한 개략적 횡단면도이다.
도 4는 밀봉 채널을 따르는 횡단면적을 나타낸 개략도이다.
도 5는 밀봉 채널의 영역에서 컴프레서의 일 추가 실시형태의 단면을 도시한 개략도이다.
도 6은 도 5의 실시형태의 밀봉 채널의 횡단면적을 나타낸 개략도이다.
도 7은 컴프레서의 일 추가 실시형태를 도시한 개략도이다.
도 8은 컴프레서의 일 추가 실시형태를 도시한 개략적 부분 단면도이다.
도 1에는, 하우징(2)과 로터(3)를 포함하는 컴프레서(1)의 일부분을 절단한 개략적 횡단면도가 도시되어 있다. 로터(3) 및 하우징(2)은 회전축(4)에 대해 회전 대칭으로 형성된다. 로터(3)는 제 1 측에 로터 블레이드들을 구비한 제 1 컴프레서 휠(5)을 포함한다. 제 1 컴프레서 휠(5)과 하우징(2) 사이에는 제 1 컴프레서 챔버(6)가 형성된다. 제 1 컴프레서 챔버(6)는 도시된 실시예의 경우 환형의 제 1 흡입 채널(7)을 포함한다. 로터(3)가 회전축(4)을 중심으로 회전되면, 매체는 제 1 흡입 채널(7)을 통해 흡입되고 제 1 컴프레서 휠(5)을 통해 압축되어 제 1 압축 채널(8)을 통해 배출된다. 로터(3)의 반경 방향 외면(9)과 이에 할당된 하우징(2)의 내면(10) 사이에는 밀봉 채널(11)이 형성되며, 이 밀봉 채널은 제 1 컴프레서 챔버(6)를 상대적으로 더 낮은 압력을 갖는 영역(12)에 연결한다. 로터(3)는 비접촉 베어링을 통해 하우징(2) 내에, 예컨대 밀봉 채널(11)의 영역 내에 회전 가능하게 지지될 수 있다. 그 외에도, 선택된 실시형태에 따라서, 로터(3)는, 회전축(4)에 배치되어 하우징(2) 상에 회전 가능하게 지지되는 미도시한 샤프트에 연결될 수 있다. 도시된 실시형태에서, 하우징(2)은 밀봉 부재(17)를 포함하며, 이 밀봉 부재는 하우징(2)의 내면(10)의 부분 섹션을 형성한다. 밀봉 부재(17)는, 로터(3)의 환형 그루브(28) 내로 맞물리는 환형 웨브(24)의 형태를 갖는다. 웨브(24)는 측면에서 2개의 환형 견부(18, 19)에 의해 한정된다. 제 1 견부(18)는 저압 영역(12)에 인접한다. 제 2 견부(19)는 고압 영역(6)에 인접한다. 제 1 견부(18)는 제 2 견부(19)보다 회전축으로부터 더 큰 반경 방향의 간격을 갖는다.
선택된 실시예에 따라서, 로터(3)도 그 외면(9) 상에, 하우징(2)의 환형 그루브 내로 맞물리는 환형 웨브를 포함할 수 있다. 또한, 웨브도 하우징(2) 또는 로터(3)의 재료에 의해 형성될 수 있으며, 특히 하우징(2) 또는 로터(3)와 일체형으로 형성될 수 있다.
도 2에는, 도 1의 컴프레서에 따라서 구성되는 컴프레서(1)이지만, 로터(3)가 제 2 측에 제 2 로터 블레이드들을 구비한 제 2 컴프레서 휠(13)을 포함하는, 상기 컴프레서(1)의 일 실시형태가 도시되어 있다. 또한, 제 2 컴프레서 휠(13)과 하우징(2) 사이에는 제 2 컴프레서 챔버(14)가 형성된다. 또한, 제 2 컴프레서 챔버(14)는 제 2 환형 흡입 채널(15)을 포함한다. 또한, 제 2 압축 채널(16)이 하우징(2) 내에 제공된다. 제 2 컴프레서 휠(13)은 회전축(4)에 대해 회전 대칭으로 형성된다. 제 2 컴프레서 챔버(14)는 밀봉 채널(11)을 통해 제 1 컴프레서 챔버(6)에 연결된다. 또한, 제 2 흡입 채널(15)은, 화살표로 개략적으로 도시되어 있는 라인을 통해 제 1 압축 채널(8)에 연결될 수 있다. 이런 방식으로, 2개의 컴프레서 단이 컴프레서(1) 내에서 로터(3)에 의해 실현될 수 있다. 제 1 컴프레서 휠(5)을 통해 매체의 사전 압축이 달성되며, 제 2 컴프레서 휠(13)을 통해서는 사전 압축된 매체의 상대적으로 더 높은 두 번째 압축이 달성되며, 이어서 매체는 제 2 압축 채널(16)을 통해 배출된다. 도시된 실시형태에서, 하우징(2)은, 하우징(2)의 내면(10)의 부분 섹션을 형성하는 밀봉 부재(17)를 포함한다. 밀봉 부재(17)는, 로터(3)의 환형 그루브(28) 내로 맞물리는 환형 웨브(24)의 형태를 갖는다. 선택된 실시예에 따라서, 로터(3)도 그 외면(9) 상에, 하우징(2)의 환형 그루브 내로 맞물리는 환형 웨브를 포함할 수 있다. 또한, 웨브도 하우징(2) 또는 로터(3)의 재료에 의해 형성될 수 있으며, 특히 하우징(2) 또는 로터(3)와 일체형으로 형성될 수 있다.
도 3에는, 도 1 및 도 2의 실시형태들에 따라서 형성될 수 있는 컴프레서(1)의 밀봉 채널(11)이 확대된 부분 횡단면도로 도시되어 있다. 도 3에는, 그루브(28)의 중심에 대한 중심 평면(100)이 도시되어 있다. 중심 평면은 밀봉 채널(11)의 중심을 지시한다. 또한, 파선으로는 수축부(101)가 도시되어 있다. 수축부(101)는 상대적으로 더 높은 압력을 갖는 측(102)에서 출발하여 상대적으로 더 낮은 압력을 갖는 측(104)으로 향하는 유동 방향(23)에서 밀봉 채널(11)의 횡단면적이 최소 횡단면을 갖는 영역을 나타낸다. 수축부(101)는 중심 평면(100)에 비해 상대적으로 더 낮은 압력을 갖는 측(104)의 방향으로 변위되어 있다.
도 4에는 유동 방향(23)으로 밀봉 채널(11)의 횡단면적(103)의 크기의 프로파일이 개략도로 도시되어 있다. 횡단면적의 크기는 밀봉 채널(11)의 2차원 폭으로 도시되어 있다. 고압 측(102)에서 출발하여, 밀봉 채널(11)의 횡단면적(103)은 유동 방향(23)으로 수축부(101)의 방향으로 갈수록 연속해서 감소한다. 수축부(101)의 하류에서, 밀봉 채널(11)의 횡단면적(103)은 저압 측(104)의 방향으로 갈수록 연속해서 증가한다. 고압 측(102)은 밀봉 채널(11)에서의 유입구에 상응하고 저압 측(104)은 밀봉 채널(11)에서의 유출구에 상응한다. 저압 측(104)의 방향으로 수축부(101)의 변위에 의해, 로터의 회전을 위한 저항이 낮음과 동시에 압력도 낮은 조건에서 향상된 밀봉이 달성된다. 수축부(101)에 대한 최적의 위치는 밀봉 채널(11)의 치수, 밀봉 채널(11)의 길이, 및 고압 측(102)과 저압 측(103) 사이의 압력차에 따라서 결정된다. 따라서, 수축부(101)에 대한 최적의 위치는 각각의 유형의 컴프레서에 대해 실험에 의해 결정된다.
도 5에는, 도 1 및 도 2의 실시형태들에 따라서 형성될 수 있는, 밀봉 채널(11)을 포함한 컴프레서(1)의 일 추가 실시형태가 확대된 개략적 부분 횡단면도로 도시되어 있다. 본 실시형태의 경우, 밀봉 채널(11)은, 수축부(101)가 저압 측(104)에서 밀봉 채널의 단부에 배치되는 방식으로 형성된다.
도 6에는, 도 5의 밀봉 채널(11)의 횡단면적(103)이 2차원도로 도시되어 있다. 여기서는, 횡단면적(103)이 고압 측(102)으로부터 저압 측(104)의 방향으로 갈수록 연속해서 감소한다. 본 실시형태의 경우, 로터에 작용하는 힘 또는 누출이 감소되면서 동시에 압력 강하의 향상이 달성된다.
중심 평면(100, 128)에서 저압 측(104)의 방향으로 도 3 내지 도 6에 개략적으로 도시된 수축부(101)의 변위는 다양한 실시형태들에 의해 달성될 수 있다.
도 7에는, 실질적으로 도 2에 따라서 형성되는 컴프레서(1)의 제 1 실시형태가 도시되어 있다. 그러나 도 2와 달리, 하우징(2)의 내면(10)은 회전축(4)에 대한 횡단면에서 그루브(28)의 중심 평면(100)과 관련하여 비대칭 형태를 갖는다. 웨브(24)는 하우징(2)에 의해, 적어도 부분적으로는 밀봉 부재(17)에 의해 실현될 수 있다. 도시된 실시형태에서, 웨브(24)는 밀봉 부재(17)에 의해 실현된다. 웨브(24)의 비대칭 형성을 통해, 도 3에 따르는 수축부(101)의 변위가 달성된다. 웨브(24)의 선택된 윤곽에 따라서, 수축부는 저압 측(104)의 방향으로 원하는 위치 상으로 변위될 수 있다.
도 8에는, 실질적으로 도 2에 따라서 형성되는 컴프레서(1)의 일 추가 실시형태가 도시되어 있다. 그러나 도 2와 달리, 수축부는 마찬가지로 도 3에 따라서 변위된다. 본 실시형태의 경우, 웨브(24)는 회전축(4)의 평면을 따른 횡단면에서 중심 평면(100)과 관련하여 내면(10) 상에 거울 대칭의 윤곽을 갖는다. 본 실시형태의 경우, 로터(3)의 외면(9)은 중심 평면(100)과 관련하여 비대칭으로 형성된다. 중심 평면(100)으로부터 저압 영역(104)의 방향으로 배치되는 밀봉 채널(11)의 섹션 상에서, 그루브(28)의 외면(9)은 그루브(28)의 거울 대칭 측보다 회전축(4)에 대한 더 큰 반경 방향의 간격을 가질 수도 있다. 그루브(28)의 거울 대칭형 실시형태는 파선의 형태로 도시되어 있다. 따라서, 로터(3)의 측에서 외면(9)의 윤곽의 형태에 의해서도, 다시 말해 그루브(28)의 상응하는 형성에 의해, 수축부(101)는 중심 평면(100)으로부터 저압 측(104)의 방향으로 변위될 수 있다.
선택된 실시형태에 따라서, 도 7과 도 8 간의 조합도 선택될 수 있으며, 그럼으로써 중심 평면(100)으로부터 저압 측(104)의 방향으로 수축부(101)를 변위시키기 위해, 그루브(28) 및 웨브(24)는 중심 평면(100)에 대해 거울 대칭으로 형성되지 않게 된다.
수축부의 변위의 바람직한 효과를 위해, 반드시 채널(11)의 횡단면이 고압 측에서 출발하여 연속해서 감소되지 않아도 되거나, 또는 수축부에서 출발하여 저압 측의 방향으로 갈수록 증가하지 않아도 된다. 이 경우 핵심은, 단지 수축부가 실제로 횡단면의 최협폭 위치를 나타내기만 하면 된다.
도 7 및 도 8의 도시된 실시형태에서, 하우징(2)은, 하우징(2)의 내면(10)의 부분 섹션을 형성하는 밀봉 부재(17)를 포함한다. 밀봉 부재(17)는, 로터(3)의 환형 그루브(28) 내로 맞물리는 환형 웨브(24)의 형태를 갖는다. 선택된 실시예에 따라서, 로터(3)도 그 외면(9) 상에, 하우징(2)의 환형 그루브 내로 맞물리는 환형 웨브를 포함할 수 있다. 또한, 웨브도 하우징(2) 또는 로터(3)의 재료에 의해 형성될 수 있으며, 특히 하우징(2) 또는 로터(3)와 일체형으로 형성될 수 있다. 또한, 로터(3)뿐만 아니라, 하우징(2) 상에도 상응하는 밀봉 부재가 제공될 수 있으며, 밀봉 부재들은 밀봉 채널을 반경 방향으로 한정한다.
1: 컴프레서
2: 하우징
3: 로터
4: 회전축
5: 제 1 컴프레서 휠
6: 컴프레서 챔버, 압축 챔버
7: 제 1 흡입 채널
8: 제 1 압축 채널
9: 반경 방향 외면
10: 내면
11: 밀봉 채널
12: 저압 영역
13: 제 2 컴프레서 휠
14: 제 2 컴프레서 챔버
15: 제 2 (환형) 흡입 채널
16: 제 2 압축 채널
17: 밀봉 부재
18: 제 1 (환형) 견부
19: 제 2 (환형) 견부
23: 유동 방향
24: 환형 웨브
28: 환형 그루브
100: 중심 평면
101: 수축부
102: 고압 측
103: 횡단면적
104: 저압 측
128: 중심 평면

Claims (9)

  1. 하우징(2)과 로터(3)를 포함하는 컴프레서(1)에 있어서, 상기 로터(3)는 적어도 일측에 컴프레서 휠(5, 13)을 포함하고, 상기 컴프레서 휠(5, 13)과 상기 하우징(2) 사이에는 컴프레서 챔버(6, 14)가 형성되고, 상기 로터(3)는 회전축(4)을 중심으로 회전 가능하게 지지되고, 상기 로터(3)와 상기 하우징(2) 사이에는 환형 밀봉 채널(11)이 형성되고, 상기 밀봉 채널(11)은 상기 컴프레서 챔버(6, 14)로부터 상대적으로 더 낮은 압력을 갖는 영역(2, 104)으로 이어지고, 상기 밀봉 채널(11) 내에는 스로틀 섹션(101)이 제공되며, 상기 스로틀 섹션(101)은 상기 압축 챔버(6, 14)보다 저압 영역(12, 104)에 더 가깝게 배치되는, 컴프레서.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 스로틀 섹션(101)은 상기 밀봉 채널(11)의 중심(100)에 인접하여 상기 저압 영역(104)에 더 가깝게 상기 밀봉 채널(11)의 제 2 반부의 1/3 영역에 배치되는, 컴프레서.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 로터(3)는 상기 밀봉 채널(11) 내에 원형 그루브(28)를 포함하고, 상기 하우징은 원주방향 웨브(24)를 포함하고, 상기 웨브(24)는 원주방향 그루브(28) 내로 맞물리며, 상기 웨브(24) 및/또는 상기 그루브(28)는 상기 그루브(28)의 중심 평면(100)과 관련하여 상기 스로틀 섹션(101)이 상기 저압 영역(104)에 더 가깝게 배치되는 방식으로 비대칭으로 형성되는, 컴프레서.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 하우징(2)은 원주방향 그루브(28)를 포함하고, 상기 로터(3)는 원주방향 웨브(24)를 포함하고, 상기 웨브(24)는 상기 원주방향 그루브(28) 내로 맞물리고, 상기 웨브(24)와 상기 그루브(28) 사이에는 상기 밀봉 채널(11)이 형성되며, 상기 웨브(24) 및/또는 상기 그루브(28)는 상기 그루브의 중심 평면과 관련하여 상기 스로틀 섹션(101)이 상기 저압 영역(12, 104)에 더 가깝게 배치되는 방식으로 비대칭으로 형성되는, 컴프레서.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 웨브(24)는 측면에서 2개의 환형 견부(18, 19)에 의해 한정되고, 상기 제 1 견부(18)는 저압 영역(104)에 인접하고, 상기 제 2 견부(19)는 고압 영역(6, 102)에 인접하며, 상기 제 1 견부(18)는 상기 제 2 견부(19)보다 상기 회전축(4)으로부터 더 큰 반경 방향의 간격을 갖는, 컴프레서.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 로터(3)의 제 1 측에 상기 제 1 컴프레서 휠(5)이 형성되고, 상기 로터(3)의 제 2 측에는 제 2 컴프레서 휠(13)이 형성되며, 상기 제 1 컴프레서 휠(5) 및 상기 제 2 컴프레서 휠(13)은 제 1 컴프레서 단 및 제 2 컴프레서 단을 나타내는, 컴프레서.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 로터(3)는 베어링 상에 비접촉 방식으로 회전 가능하게 지지되며, 상기 베어링은 상기 하우징과 상기 로터 사이에서 상기 밀봉 채널(11)의 영역에 형성되는, 컴프레서.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징(2) 및/또는 상기 로터(3)의 적어도 일부분은 상기 밀봉 채널(11)에 인접하는 방식으로 밀봉 부재(17)의 형태로 형성되며, 상기 밀봉 부재(17)는 상기 하우징(2) 또는 상기 로터(3)보다 더 부드러운 재료로 형성되는, 컴프레서.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전축(4)을 따른 횡단면에서, 상기 하우징(2) 및/또는 상기 로터(3)는 상기 밀봉 채널(11)의 영역에서 상기 밀봉 채널(11)의 중심 평면(101)과 관련하여 비대칭 형태를 갖는, 컴프레서.
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