KR20180021259A

KR20180021259A - 터보 압축기의 유량 계측 장치 및 터보 압축기

Info

Publication number: KR20180021259A
Application number: KR1020187005323A
Authority: KR
Inventors: 토시미치 타케토미
Original assignee: 가부시키가이샤 아이에이치아이
Priority date: 2013-07-05
Filing date: 2014-07-03
Publication date: 2018-02-28
Also published as: JP6146469B2; JPWO2015002275A1; US10087943B2; WO2015002275A1; CN105324580B; CN105324580A; KR102026276B1; KR20160003055A; US20160061206A1

Abstract

가스를 압축하는 컴프레서 임펠러(21)를 가지는 제2 압축단(20)에 접속된 흡입 배관(22)에 연통되는 제1 압력 가이드 유로(41); 및 상기 흡입 배관(22)보다 내경이 조여진 제2 압축단(20)의 흡입구(25)에 연통되는 제2 압력 가이드 유로(42);를 구비하고, 제1 압력 가이드 유로(41)와 제2 압력 가이드 유로(42)의 압력차에 기초하여 가스의 유량을 계측하는 터보 압축기의 유량 계측 장치(40).

Description

터보 압축기의 유량 계측 장치 및 터보 압축기{FLOW VOLUME MEASUREMENT DEVICE FOR TURBO COMPRESSOR, AND TURBO COMPRESSOR}

본 발명은, 터보 압축기의 유량 계측 장치 및 터보 압축기에 관한 것이다.

본원은, 2013년 7월 5일에 출원된 일본 특허 출원 제2013-142047호에 기초한 우선권을 주장하며 그 내용을 여기에 원용한다.

종래부터, 배관내를 흐르는 유체의 유량을 계측하는 장치로서, 배관 내에 오리피스판을 마련하고, 그 오리피스판의 전후 차압을 계측함으로써 유체의 유량을 계측하는 장치가 알려져 있다. 특허문헌 1에는, 유체의 유량을 계측하여, 유량의 감소에 수반하는 서징의 발생을 피해 운전을 행하기 위한 서징 검출 장치를 구비하는 터보 압축기가 개시되어 있다.

이 서징 검출 장치는, 터보 압축기의 흡입측 배관에 유량 계측용 오리피스를 장착하여 오리피스 전후의 차압을 차압 발진기에서 발진하여, 수신기에서 출력 신호를 받고, 예를 들어 1초전의 신호와 비교하여 차압이 10% 이상 변동이 있으면, 서징 발생으로 판단하여 적절한 서징 방지 장치를 작동시킨다(특허문헌 1의 도 1 참조).

특허문헌 2에는, 컴프레서 임펠러에 흡입되는 유체를 공급하는 흡입 배관이나, 상기 컴프레서 임펠러에 흡입되는 유체의 유량을 조정하는 인렛 가이드 베인 등의 터보 압축기를 구성하는 공지의 부재가 개시되어 있다(특허문헌 2의 요약서, 단락［0017], 도 1 참조).

특허문헌 3에는, 관로의 상류측에서부터 하류 측에 걸쳐 내경이 다른 2개의 관로가 서로 연접되며, 관로의 내경이 큰 상류측과 관로의 내경이 작은 하류측에서 관로에 흐르는 액체의 압력을 측정하는 상류측 압력홀(26)과 하류측 압력홀(27)이 마련되어 있고, 상류측 압력홀(26)에서 측정한 액체의 압력과 하류측 압력홀(27)에서 측정한 액체의 압력차로부터 액체의 유량을 계측하는 유량 측정 장치가 개시되어 있다(특허문헌 3의 단락［0022],［0034], 도 2 참조).

특허문헌 4에는, 컴프레서 임펠러의 주위에 마련된 디퓨저 유로(14)와, 디퓨저 유로(14)의 더욱 외측에 마련된 스크롤 유로(13) 등의 터보 압축기를 구성하는 공지의 부재가 개시되어 있다(특허문헌 4의 단락［0017], 도 1 참조).

특허문헌 1: 일본 특허 공개 소63-94098호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 제2010-236401호 공보 특허문헌 3: 일본 특허 공개 제2002-188944호 공보 특허문헌 4: 일본 특허 공개 제2004-197611호 공보

차압을 계측하려면, 동일 지점에 다른 지름을 가진 공기 통로가 필요하기 때문에, 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 일반적으로는 오리피스 플레이트를 마련한 어느 정도의 길이를 가지는 직관(直管) 용접 구조물을 터보 압축기의 흡입 배관에 접속하고 있다.

그러나, 오리피스 플레이트 자체가 고가이며, 또한 유량 제어의 종류에 따라서는 높은 계측 정밀도가 요구되지 않는 경우도 있다. 또한, 직관 용접 구조물을 접속할 수 있는 장소는, 설치 공간을 확보할 수 있는 흡입 배관(입구)이나 토출 배관(출구)에 한정되어 있으며, 예를 들면 터보 압축기가 다단 압축기인 경우, 배관이 구부러져 설치되는 압축단과 압축단 사이 등에는 설치가 곤란하다.

이 설치 공간에 대한 문제는, 유체의 유량을 계측하는 다른 장치인 벤츄리관을 이용한 벤츄리식 유량계에서도 마찬가지이다.

본 발명은, 상기 사정을 감안한 것으로, 간편하게 또한 염가로 설치할 수 있는 터보 압축기의 유량 계측 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1 형태는, 유체를 압축하는 컴프레서 임펠러를 가지는 압축단에 접속된 흡입 배관에 연통되는 제1 압력 가이드 유로; 및 상기 흡입 배관보다 내경이 조여진 상기 압축단의 흡입구에 연통되는 제2 압력 가이드 유로;를 구비하고, 상기 제1 압력 가이드 유로와 상기 제2 압력 가이드 유로의 압력차에 기초하여 상기 유체의 유량을 계측하는 터보 압축기의 유량 계측 장치이다.

본 발명의 제1 형태에서는, 상기 압축단에 접속된 상기 흡입 배관과, 상기 압축단에 형성된 상기 흡입구의 상기 압력차로부터 상기 유체의 유량을 계측한다. 상기 압축단에 형성된 상기 흡입구는, 상기 컴프레서 임펠러에 도입되는 상기 유체의 흐름의 균일화 등을 위해 상기 흡입 배관의 상기 내경보다 조여져 있으며, 유량 계측시 벤츄리관의 역할을 한다. 이 때문에, 본 발명의 제1 형태에서는, 오리피스 플레이트 또는 벤츄리관을 별도로 준비하지 않고 상기 터보 압축기의 구조를 이용하여 유량 계측을 행할 수 있어, 간편하게 또한 염가로 상기 유량 계측 장치를 설치할 수 있다.

본 발명의 제2 형태는, 상기 제1 형태에서, 상기 압축단이, 상기 흡입구와 외주면에 나선형 홈이 형성된 인렛부, 및 상기 인렛부가 끼워지는 오목부를 가지며 상기 나선형 홈과 협동하여 스크롤 유로를 형성하는 케이싱을 구비하고, 상기 제2 압력 가이드 유로의 적어도 일부는 상기 인렛부에 형성되어 있다.

본 발명의 제2 형태에서는, 상기 제2 압력 가이드 유로의 적어도 일부를 상기 인렛부에 형성함으로써, 상기 인렛부를 통하여 흡입구의 압력을 계측할 수 있다.

본 발명의 제3 형태는, 상기 제2 형태에서, 상기 제2 압력 가이드 유로의 적어도 일부가, 상기 인렛부에서 상기 나선형 홈을 피해 반경 방향으로 형성되며 상기 흡입구에 연통되는 제1 홀부 및 상기 인렛부에서 축방향으로 형성되며 상기 제1 홀부에 연통되는 제2 홀부에 의해 형성되어 있다.

본 발명의 제3 형태에서는, 반경 방향과 축방향에 각각 홀을 형성하고 그 두 개를 연통시킴으로써, 상기 인렛부에 형성된 상기 스크롤 유로를 구성하는 상기 나선형 홈을 피하여 상기 흡입구의 압력을 계측할 수 있다.

본 발명의 제4 형태는, 상기 제3의 형태에서, 상기 제1 홀부가 상기 인렛부에서 상기 나선형 홈이 형성되는 축방향의 영역보다 외측에 형성되어 있다.

본 발명의 제4 형태에서는, 상기 나선형 홈의 폭이 상기 인렛부의 둘레 방향으로 진행됨에 따라 축방향으로 서서히 변화하기 때문에, 상기 나선형 홈이 형성되는 축방향의 영역보다 외측에 상기 제1 홀부를 형성함으로써, 확실하게 상기 나선형 홈을 피해 상기 제1 홀부를 형성할 수 있다.

본 발명의 제5 형태는, 상기 제4 형태에서, 상기 인렛부가, 상기 흡입구의 주위에 배치되며 상기 나선형 홈의 축방향 깊이에 따른 깊이로 형성된 요홈 및 상기 요홈을 반경 방향으로 가로지르도록 형성된 리브를 구비하고, 상기 제1 홀부가 상기 리브에 대응하는 위치에 형성되어 있다.

본 발명의 제5 형태에서는, 경량화, 방열 등을 위하여 상기 나선형 홈의 깊이에 따른 깊이로 상기 인렛부에 상기 요홈을 형성한 경우, 필요한 지점에 상기 요홈을 가로지르도록 상기 리브를 마련하고 상기 인렛부의 두께를 확보함으로써, 확실하게 상기 나선형 홈을 피해 상기 제1 홀부를 형성할 수 있다.

본 발명의 제6 형태는, 상기 제3 내지 제5 중 어느 형태에서, 상기 제1 홀부가 상기 인렛부에서 둘레 방향으로 간격을 두고 복수 형성되어 있다.

본 발명의 제6 형태에서는, 상기 흡입구가 크고 그 둘레 방향으로 유체의 압력이 다른 경우라도, 둘레 방향의 복수 지점에서 상기 흡입구의 압력을 계측할 수 있기 때문에, 압력의 평균값에 기초하는 정확한 유량 계측을 실시할 수 있다.

본 발명의 제7 형태는, 상기 제6 형태에서, 상기 인렛부에서 둘레 방향으로 서로 이웃하는 상기 제1 홀부의 사이에, 상기 나선형 홈의 종단부가 배치되어 있다.

본 발명의 제7 형태에서는, 상기 나선형 홈의 상기 종단부는 축방향의 영역이 가장 커지기 때문에 상기 종단부를 피해 상기 제1 홀부를 배치함으로써, 확실하게 상기 나선형 홈을 피해 상기 제1 홀부를 형성할 수 있다.

본 발명의 제8 형태는, 유체를 압축하는 컴프레서 임펠러를 가지는 압축단에 접속된 흡입 배관에 연통되는 제1 압력 가이드 유로; 및 상기 흡입 배관보다 내경이 조여진 상기 압축단의 흡입구에 연통되는 제2 압력 가이드 유로;를 구비하고, 상기 제1 압력 가이드 유로와 상기 제2 압력 가이드 유로 각각은, 상기 제1 압력 가이드 유로와 상기 제2 압력 가이드 유로의 압력차에 기초하여 상기 유체의 유량을 계측하는 차압 계측부에 접속되는 유로인 터보 압축기이다.

본 발명의 제9 형태는, 상기 제8 형태에서, 상기 압축단이, 상기 흡입구와 외주면에 나선형 홈이 형성된 인렛부, 및 상기 인렛부가 끼워지는 오목부를 가지며 상기 나선형 홈과 협동하여 스크롤 유로를 형성하는 케이싱을 구비하고, 상기 제2 압력 가이드 유로의 적어도 일부는 상기 인렛부에 형성되어 있다.

본 발명의 제10 형태는, 상기 제9 형태에서, 상기 제2 압력 가이드 유로의 적어도 일부가, 상기 인렛부에서 상기 나선형 홈을 피해 반경 방향으로 형성되며 상기 흡입구에 연통되는 제1 홀부 및 상기 인렛부에서 축방향으로 형성되며 상기 제1 홀부에 연통되는 제2 홀부에 의해 형성되어 있다.

본 발명의 제11 형태는, 상기 제10 형태에서, 상기 제1 홀부가 상기 인렛부에서 상기 나선형 홈이 형성되는 축방향의 영역보다 외측에 형성되어 있다.

본 발명의 제12 형태는, 상기 제11 형태에서, 상기 인렛부가, 상기 흡입구의 주위에 배치되며 상기 나선형 홈의 축방향 깊이에 따른 깊이로 형성된 요홈 및 상기 요홈을 반경 방향으로 가로지르도록 형성된 리브를 구비하고, 상기 제1 홀부는 상기 리브에 대응하는 위치에 형성되어 있다.

본 발명의 제13 형태는, 상기 제10 내지 제12 중 어느 형태에서, 상기 제1 홀부가 상기 인렛부에서 둘레 방향으로 간격을 두고 복수 형성되어 있다.

본 발명의 제14 형태는, 상기 제13 형태에서, 상기 인렛부에서 둘레 방향으로 인접하는 상기 제1 홀부의 사이에, 상기 나선형 홈의 종단부가 배치되어 있다.

본 발명에 의하면, 간편하게 또한 염가로 터보 압축기에 유량 계측 장치를 설치할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에서의 터보 압축기의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에서의 유량 계측 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에서의 인렛부를 흡입구측으로부터 본 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에서의 제1 홀부와 나선형 홈의 위치 관계를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태에서의 인렛부에 형성된 요홈 및 리브를 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태에서의 인렛부에 형성된 나선형 홈을 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 형태에서의 인렛부를 흡입구측으로부터 본 도면이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은, 본 발명의 실시 형태에서의 터보 압축기(1)의 전체 구성도이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태의 터보 압축기(1)는 제1 압축단(10), 제2 압축단(20), 제3 압축단(30)을 구비한 다단 압축기이다.

터보 압축기(1)는 전동기(2)를 구비한다. 전동기(2)는 제1 압축단(10)의 컴프레서 임펠러(11), 제2 압축단(20)의 컴프레서 임펠러(21), 제3 압축단(30)의 컴프레서 임펠러(31)를 회전 구동시킨다. 전동기(2)의 구동축(3)은 기어 장치(4)에 접속되어 있고, 구동축(3)의 구동력은 기어 장치(4)를 통하여 컴프레서 임펠러(11, 21, 31)에 전달된다.

컴프레서 임펠러(11, 21, 31)는 래디얼 임펠러이며, 축방향으로 흡기한 가스(유체)를 반경 방향으로 도출하는 도시 생략한 3차원적 꼬임을 포함하는 블레이드를 갖는다. 컴프레서 임펠러(11, 21, 31)의 주위에는 각각 디퓨저 유로가 마련되어 있고, 반경 방향으로 도출한 가스를 이 디퓨저 유로에서 압축·승압한다. 또한, 상기 디퓨저 유로의 주위에 마련된 스크롤 유로에 의해 다음 단의 압축기에 공급할 수 있다.

터보 압축기(1)는 흡입 필터(5)를 구비한다. 흡입 필터(5)는 대기중에 포함되는 먼지 등을 없앤다. 흡입 필터(5)를 통과한 가스는 흡입 배관(12)을 통하여 제1 압축단(10)에 입력된다. 제1 압축단(10)에서 1단계 압축을 행하면, 이 압축 가스는 토출 배관(13)을 통하여 인터쿨러(6)를 지나 냉각되어 흡입 배관(22)을 통해 제2 압축단(20)에 입력된다.

제2 압축단(20)에서 2단계 압축을 행하면, 이 압축 가스는 토출 배관(23)을 통하여 인터쿨러(7)를 지나 냉각되어 흡입 배관(32)을 통하여 제3 압축단(30)에 입력된다. 제3 압축단(30)에서 3단계 압축을 행한 압축 가스는 토출 배관(33)을 통하여 터보 압축기(1)에 접속된 도시 생략한 산업용 기계 등으로 공급된다.

터보 압축기(1)는 내부에 유통되는 가스의 유량을 계측하는 유량 계측 장치(40)를 갖는다. 이 유량 계측 장치(40)는 제1 압력 가이드 유로(41) 및 제2 압력 가이드 유로(42)를 가지며, 제1 압력 가이드 유로(41)와 제2 압력 가이드 유로(42)의 압력차에 기초하여 가스의 유량을 계측한다. 본 실시 형태의 유량 계측 장치(40)는 도 1에 나타낸 바와 같이, 제1 압축단(10)과 제2 압축단(20) 사이에서 가스의 유량을 계측한다.

다음으로, 유량 계측 장치(40)의 구성에 대해, 도 2 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는, 본 발명의 실시 형태에서의 유량 계측 장치(40)의 구성도이다. 도 3은, 본 발명의 실시 형태에서의 인렛부(51)를 흡입구(25) 측으로부터 본 도면이다. 도 4는, 본 발명의 실시 형태에서의 제1 홀부(54)와 나선형 홈(53)의 위치 관계를 설명하기 위한 도면이다. 도 5는, 본 발명의 실시 형태에서의 인렛부(51)에 형성된 요홈(57) 및 리브(58)를 나타내는 사시도이다. 도 6은, 본 발명의 실시 형태에서의 인렛부(51)에 형성된 나선형 홈(53)을 나타내는 사시도이다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 제2 압축단(20)은 컴프레서 임펠러(21)를 둘러싸는 컴프레서 하우징(24)을 갖는다. 컴프레서 하우징(24)의 내부에는, 컴프레서 임펠러(21)에 가스를 도입하는 흡입구(25) 및 컴프레서 임펠러(21)에 의해 압축된 가스가 도입되는 스크롤 유로(26)가 형성되어 있다. 한편, 흡입구(25)로부터 도입되는 가스는 공기, 산소, 질소 등이며, 그 종류는 특별히 한정되지 않는다.

컴프레서 임펠러(21)의 배면에는 회전축(27)이 일체적으로 연결되어 있다. 회전축(27)의 주위에는 래비린스 씰(28)이 설치되어 있다. 래비린스 씰(28)은 회전축(27)의 주위로부터의 가스의 누설을 방지한다. 컴프레서 임펠러(21)의 반경 방향 외측에는 스크롤 유로(26)에 연통되는 디퓨저(29)가 마련되어 있다. 디퓨저(29)는 컴프레서 임펠러(21)로부터 반경 방향으로 토출된 가스를 감속·가압한다.

컴프레서 하우징(24)은 케이싱(50)에 인렛부(51)가 끼워짐으로써 형성되어 있다. 케이싱(50)은 인렛부(51)가 끼워지는 오목부(52)를 갖는다. 오목부(52)는 바닥이 있는 원통형의 홈이며 그 중심에 컴프레서 임펠러(21)가 설치된다. 인렛부(51)는 컴프레서 임펠러(21)의 정면측에 대향하는 벽부를 가지고 있으며, 인렛부(51)는 케이싱(50)에 대하여 볼트로 체결 고정되어 있다.

인렛부(51)에는 흡입구(25) 및 나선형 홈(53)이 형성되어 있다. 흡입구(25)에는 흡입 배관(22)이 접속되어 있다. 이 흡입구(25)는 흡입 배관(22)과의 접속부에 조임부(25a)가 형성되어 있어 흡입 배관(22)보다 내경이 좁다. 흡입 배관(22)은 소정의 내경을 가지며, 또한 도 1에 나타낸 바와 같이 구부러져 배관되기 때문에, 굴곡부의 내측과 외측에서 가스의 유속이 다른 경우가 있다. 흡입구(25)는 이 가스에 조임을 부여함으로써, 가스의 흐름을 정류하고 가스의 유속을 균일화하여 가스를 컴프레서 임펠러(21)에 도입시킨다.

나선형 홈(53)은 인렛부(51)의 외주면(51a)에 형성되어 있다. 나선형 홈(53)은 인렛부(51)의 케이싱(50)에 끼워짐에 따라, 오목부(52)의 내벽면과 협동하여 스크롤 유로(26)를 형성한다. 나선형 홈(53)은 인렛부(51)의 중심을 통과하는 축선(L)의 주위에 소용돌이 형상으로 형성되어 있다. 이 나선형 홈(53)은 인렛부(51)의 외주면(51a)을 따른 둘레 방향으로 진행됨에 따라, 축선(L)이 연장되는 축방향으로 서서히 커지도록 형성되어 있다(도 6 참조).

본 실시 형태의 유량 계측 장치(40)는 제2 압축단(20)에 접속된 흡입 배관(22)과 제2 압축단(20)에 형성된 흡입구(25)의 압력차로부터 가스의 유량을 계측한다. 즉, 유량 계측 장치(40)의 제1 압력 가이드 유로(41)는 제2 압축단(20)에 접속된 흡입 배관(22)에 연통된다. 또한, 유량 계측 장치(40)의 제2 압력 가이드 유로(42)는 흡입 배관(22)보다 내경이 조여진 제2 압축단(20)의 흡입구(25)에 연통된다.

본 실시 형태의 유량 계측 장치(40)는 제1 압력 가이드 유로(41) 및 제2 압력 가이드 유로(42)를 복수 가지며, 각각의 차압을 계측하는 차압 계측부(43)를 갖는다. 제1 압력 가이드 유로(41)는 흡입 배관(22)에 대해 그 둘레 방향으로 간격을 두고 복수 지점에서 연통되어 있다. 또한, 제2 압력 가이드 유로(42)는 흡입구(25)에 대해 그 둘레 방향으로 간격을 두고 복수 지점에서 연통되어 있다. 이에 따라, 유량 계측 장치(40)는 관내 유로의 둘레 방향에서 가스의 압력이 다른 경우라도 둘레 방향의 복수 지점에서 압력을 계측할 수 있기 때문에, 그들의 압력 평균값에 기초하는 정확한 유량 계측을 행할 수 있다.

제2 압력 가이드 유로(42)는 흡입구(25)와 연통되기 때문에, 그 적어도 일부가 인렛부(51)에 형성되어 있다. 구체적으로, 제2 압력 가이드 유로(42)의 적어도 일부는 인렛부(51)에서 반경 방향으로 형성되며 흡입구(25)에 연통되는 제1 홀부(54) 및 인렛부(51)에서 축방향으로 형성되며 제1 홀부(54)에 연통되는 제2 홀부(55)에 의해 형성되어 있다.

제1 홀부(54)는 인렛부(51)의 외주면(51a)으로부터 축선(L)을 향하여 반경 방향으로 형성되어 있다. 제1 홀부(54)의 일단부는 테이퍼 형상으로 형성되어 흡입구(25)의 둘레면에 개구되어 있다. 또한, 제1 홀부(54)의 타단부에는 탭이 형성되며 플러그(56)가 장착되고, 외주면(51a)측으로부터 가스가 침입하지 않도록 형성되어 있다.

제2 홀부(55)는 인렛부(51)의 플랜지면(51b)으로부터 축선(L)을 따라 축방향으로 형성되어 있다. 제2 홀부(55)의 일단부는 제1 홀부(54)에 대해 직각으로 연통되어 있다. 또한, 제2 홀부(55)의 타단부에는 탭이 형성되어 배관 등이 접속 가능하게 되어 있다.

제1 홀부(54)는 압축된 가스가 도입되지 않도록 나선형 홈(53)을 피해 형성되어 있다. 제1 홀부(54)와 나선형 홈(53)의 위치 관계는 도 4에 나타낸 바와 같이 되어 있다. 구체적으로, 인렛부(51)에서 나선형 홈(53)이 형성되는 축방향의 영역(최대 영역)을 영역 A라고 하면, 제1 홀부(54)는 영역 A보다 축방향에서 외측(흡입 배관(22)측)에 형성되도록 설계되어 있다. 이에 따라, 인렛부(51)의 전체 둘레에 걸쳐 확실하게 나선형 홈(53)을 피해 제1 홀부(54)를 형성할 수 있다.

한편, 본 실시 형태에서는, 경량화, 방열 등을 위하여 나선형 홈(53)의 깊이에 따른 깊이로 인렛부(51)에 요홈(57)이 형성되어 있다(도 4 및 도 5 참조). 요홈(57)은 그 기능의 성질상, 나선형 홈(53)의 근방까지 파이는 것이 바람직하지만, 그러면 인렛부(51)에서 제1 홀부(54)를 형성하기 위한 두께를 확보하는 것이 어려워진다. 따라서, 본 실시 형태에서는 요홈(57)을 가로지르도록 필요한 지점에 리브(58)를 형성하여(도 5 참조) 인렛부(51)의 두께를 확보하고 있다(도 4 참조).

리브(58)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 반경 방향으로 연장하여 형성되어 있다. 제1 홀부(54)는 리브(58)에 대응하는 위치에 형성되어 있다. 제1 홀부(54)는 인렛부(51)에서 둘레 방향으로 간격을 두고 복수 형성되어 있으며, 본 실시 형태에서는 90°간격으로 4개 형성되어 있다. 또한, 이 90°간격으로 인접하는 제1 홀부(54) 사이의 영역 중 하나에는 나선형 홈(53)의 종단부(53b)가 배치되어 있다.

나선형 홈(53)은 도 6에 나타낸 바와 같이, 시단부(53a)로부터 종단부(53b)를 향함에 따라 그 축방향의 폭이 커지고 있다. 이 때문에, 인렛부(51)는 종단부(53b)에서 두께가 얇아진다. 따라서, 도 3에 나타낸 바와 같이, 이 종단부(53b)를 피해 제1 홀부(54)를 배치함으로써, 두께를 확보하면서 확실하게 나선형 홈(53)을 피해 제1 홀부(54)를 형성할 수 있다. 한편, 도 3의 부호 53c는 나선형 홈(53)의 중심선을 나타내고 있다.

계속해서, 상기 구성의 유량 계측 장치(40)의 동작 및 작용에 대해 설명한다.

유량 계측 장치(40)는 도 2에 나타낸 바와 같이, 제1 압력 가이드 유로(41)를 통하여 흡입 배관(22)으로부터 가스를 도입하고, 또한, 제2 압력 가이드 유로(42)를 통하여 흡입구(25)로부터 가스를 도입하여 차압 계측부(43)에서 두 차압을 계측하고, 그 차압에 기초하여 제2 압축단(20)에 유입하는 가스의 유량을 계측한다. 흡입구(25)는 흡입 배관(22)보다 내경이 조여져 있으므로, 흡입구(25)에 흐르는 가스와 흡입 배관(22)에 흐르는 가스 사이의 유속차에 의해 압력차가 생긴다. 그 때문에, 유량 계측 장치(40)는 주지의 벤츄리 유량계와 동일한 원리로 유량을 계측할 수 있다.

이와 같이, 본 실시 형태에서, 유량 계측 장치(40)는 제2 압축단(20)에 접속된 흡입 배관(22)과 제2 압축단(20)에 형성된 흡입구(25)의 압력차로부터 가스의 유량을 계측한다. 제2 압축단(20)에 형성된 흡입구(25)는 컴프레서 임펠러(21)에 도입되는 가스의 흐름의 균일화 등을 위해 흡입 배관(22)의 내경보다 원래부터 조여져 있어, 유량 계측시 벤츄리관의 역할을 한다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는 오리피스 플레이트 또는 벤츄리관을 별도로 준비하지 않고, 터보 압축기(1)의 구조를 이용하여 유량 계측을 행할 수 있어, 간편하게 또한 염가로 유량 계측 장치(40)를 설치할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 흡입구(25)에 연통되는 제2 압력 가이드 유로(42)의 일부를 인렛부(51)에 형성하고 있다. 인렛부(51)에는 흡입구(25)와 나선형 홈(53)이 형성되어 있어, 흡입 배관(22)측과 같이 압력 계측용 자리를 간단히 마련하기는 어렵다. 그 때문에, 반경 방향으로 제1 홀부(54)를, 축방향으로는 제2 홀부(55)를 각각 형성하여 그들을 연통시킴으로써, 흡입구(25)로부터 가스를 도출하고 있다. 이와 같이 고안하여 인렛부(51)를 가공하고, 흡입구(25)로부터 가스를 도출하도록 함으로써, 종래와 같은 직관 용접 구조물을 필요로 하지 않으며, 또한 종래보다 제2 압력 가이드 유로(42)의 설치 공간이 작아도 된다. 그 때문에, 도 1에 나타낸 바와 같이, 터보 압축기(1)가 다단 압축기인 경우, 흡입 배관(22)이 구부러져 설치되는 제1 압축단(10)과 제2 압축단(20) 사이에 제2 압력 가이드 유로(42)를 설치할 수 있게 된다.

또한, 본 실시 형태에서는, 제1 홀부(54)를 인렛부(51)에서 나선형 홈(53)을 피해 반경 방향으로 형성하기 위하여, 도 4에 나타낸 바와 같이, 제1 홀부(54)를 인렛부(51)에서 나선형 홈(53)이 형성되는 축방향의 영역(A)보다 외측에 형성하고 있다. 이에 따라, 폭이 인렛부(51)의 둘레 방향으로 진행됨에 따라 축방향으로 서서히 크게 변화하는 나선형 홈(53)을 피해 제1 홀부(54)를 확실하게 형성할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 방열 등을 위하여 나선형 홈(53)의 깊이에 따른 깊이로 인렛부(51)에 요홈(57)을 형성한 경우, 필요한 지점에 요홈(57)을 가로지르도록 리브(58)를 마련하여 인렛부(51)의 두께를 확보하고 있다. 그 때문에, 방열 등의 기능을 확보하면서, 확실하게 나선형 홈(53)을 피해 제1 홀부(54)를 형성할 수 있다.

또한, 도 3에 나타낸 바와 같이, 인렛부(51)에서 둘레 방향으로 인접하는 제1 홀부(54)의 사이에 나선형 홈(53)의 종단부(53b)를 배치함으로써, 도 6에 나타낸 바와 같이, 제1 홀부(54)로부터 나선형 홈(53)까지의 두께가 얇아지지 않는다. 그 때문에, 확실하게 나선형 홈(53)을 피해 제1 홀부(54)를 형성할 수 있다.

이와 같이, 상술한 본 실시 형태에 따르면, 가스를 압축하는 컴프레서 임펠러(21)를 구비하는 제2 압축단(20)에 접속된 흡입 배관(22)에 연통되는 제1 압력 가이드 유로(41) 및 흡입 배관(22)보다 내경이 조여진 제2 압축단(20)의 흡입구(25)에 연통되는 제2 압력 가이드 유로(42)를 가지며, 제1 압력 가이드 유로(41)와 제2 압력 가이드 유로(42)의 압력차에 기초하여 가스의 유량을 계측하는 터보 압축기(1)의 유량 계측 장치(40)를 채용한다. 그 때문에, 별도로 고가의 오리피스 플레이트를 준비하지 않아도 터보 압축기(1)의 구조를 이용하여 가스의 유량을 계측할 수 있기 때문에, 간편하게 또한 염가로 터보 압축기(1)에 유량 계측 장치(40)를 설치할 수 있다.

이상, 도면을 참조하면서 본 발명의 매우 적합한 실시 형태에 대해 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않는다. 전술한 실시 형태에서 나타낸 각 구성 부재의 형상이나 조합 등은 일례이며, 본 발명의 주지로부터 일탈하지 않는 범위에서 설계 요구 등에 기초하여 여러 가지로 변경 가능하다.

예를 들면, 도 7에 나타낸 바와 같은 구성을 채용할 수 있다. 또한, 도 7에서, 상기 실시 형태와 동일하거나 또는 동등한 구성 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 있다.

도 7은, 다른 실시 형태에서의 인렛부(51)를 흡입구측으로부터 본 도면이며, 전술한 실시 형태의 도 3에 대응하고 있다.

도 7에 나타낸 바와 같이, 다른 실시 형태에서의 제1 홀부(54)는 120°간격으로 3개 형성되어 있다. 이와 같이 제1 홀부(54)를 120°간격으로 3개 형성함으로써, 흡입구(25)의 최하점(B)에서 제1 홀부(54)가 개구하지 않도록 배치할 수 있다. 이 구성에 의하면, 가스의 응축액이나 찌꺼기 등이 제1 홀부(54)에 들어가지 않는다. 또한, 이 구성에 의하면, 인접하는 제1 홀부(54)의 사이에 나선형 홈(53)의 종단부(53b)를 여유를 가지고 배치할 수 있다.

한편, 전술한 실시 형태에서도, 제1 홀부(54)의 배치를 45°비켜 놓음으로써, 흡입구(25)의 최하점(B)에서 제1 홀부(54)가 개구하지 않도록 배치할 수 있다.

또한, 예를 들면, 상기 실시 형태에서는, 제1 압력 가이드 유로와 제2 압력 가이드 유로를 복수 마련하여 각각의 차압을 계측하는 구성에 대해 설명하였으나, 본 발명은 이 구성에 한정되지 않는다. 예를 들면, 복수의 제1 압력 가이드 유로를 일괄로 접속하여 압력을 평균화하고, 또한 복수의 제2 압력 가이드 유로를 일괄로 접속하여 압력을 평균화하여, 그 두 개의 차압을 계측하는 구성이어도 된다. 이에 따라, 차압 계측부의 설치수를 저감할 수 있다.

또한, 예를 들면, 상기 실시 형태에서는, 유량 계측 장치가 제1 압축단과 제2 압축단 사이에서 유량을 계측하는 구성에 대해 설명하였으나, 본 발명은 이 구성에 한정되지 않는다. 예를 들면, 제1 압축단의 입구에서 유량을 계측하는 구성이어도 되고, 제2 압축단과 제3 압축단 사이(제3 압축단의 입구)에서 유량을 계측하는 구성이어도 된다.

1: 터보 압축기 20: 제2 압축단(압축단)
21: 컴프레서 임펠러 22: 흡입 배관
25: 흡입구 26: 스크롤 유로
40: 유량 계측 장치 41: 제1 압력 가이드 유로
42: 제2 압력 가이드 유로 50: 케이싱
51: 인렛부 51a: 외주면
52: 오목부 53: 나선형 홈
53b: 종단부 54: 제1 홀부　
55: 제2 홀부 57: 요홈
58: 리브 A: 영역

Claims

유체를 압축하는 컴프레서 임펠러를 가지는 압축단에 접속된 흡입 배관에 연통되는 제1 압력 가이드 유로; 및
상기 흡입 배관보다 내경이 조여진 상기 압축단의 흡입구에 연통되는 제2 압력 가이드 유로;를 구비하고,
상기 제1 압력 가이드 유로와 상기 제2 압력 가이드 유로의 압력차에 기초하여 상기 유체의 유량을 계측하는 터보 압축기의 유량 계측 장치.
제1항에 있어서,
상기 압축단은, 상기 흡입구와 외주면에 나선형 홈이 형성된 인렛부, 및 상기 인렛부가 끼워지는 오목부를 가지며 상기 나선형 홈과 협동하여 스크롤 유로를 형성하는 케이싱을 구비하고,
상기 제2 압력 가이드 유로의 적어도 일부는 상기 인렛부에 형성되어 있는 터보 압축기의 유량 계측 장치.
제2항에 있어서,
상기 제2 압력 가이드 유로의 적어도 일부는, 상기 인렛부에서 상기 나선형 홈을 피해 반경 방향으로 형성되며 상기 흡입구에 연통되는 제1 홀부 및 상기 인렛부에서 축방향으로 형성되며 상기 제1 홀부에 연통되는 제2 홀부에 의해 형성되어 있는 터보 압축기의 유량 계측 장치.
제3항에 있어서,
상기 제1 홀부는 상기 인렛부에서 상기 나선형 홈이 형성되는 축방향의 영역보다 외측에 형성되어 있는 터보 압축기의 유량 계측 장치.
제4항에 있어서,
상기 인렛부는, 상기 흡입구의 주위에 배치되며 상기 나선형 홈의 축방향 깊이에 따른 깊이로 형성된 요홈 및 상기 요홈을 반경 방향으로 가로지르도록 형성된 리브를 구비하고,
상기 제1 홀부는 상기 리브에 대응하는 위치에 형성되어 있는 터보 압축기의 유량 계측 장치.
제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 홀부는 상기 인렛부에서 둘레 방향으로 간격을 두고 복수 형성되어 있는 터보 압축기의 유량 계측 장치.
제6항에 있어서,
상기 인렛부에서 둘레 방향으로 서로 이웃하는 상기 제1 홀부의 사이에, 상기 나선형 홈의 종단부가 배치되어 있는 터보 압축기의 유량 계측 장치.
유체를 압축하는 컴프레서 임펠러를 가지는 압축단에 접속된 흡입 배관에 연통되는 제1 압력 가이드 유로; 및
상기 흡입 배관보다 내경이 조여진 상기 압축단의 흡입구에 연통되는 제2 압력 가이드 유로;를 구비하고,
상기 제1 압력 가이드 유로와 상기 제2 압력 가이드 유로 각각은, 상기 제1 압력 가이드 유로와 상기 제2 압력 가이드 유로의 압력차에 기초하여 상기 유체의 유량을 계측하는 차압 계측부에 접속되는 유로인 터보 압축기.
제8항에 있어서,
상기 압축단은, 상기 흡입구와 외주면에 나선형 홈이 형성된 인렛부, 및 상기 인렛부가 끼워지는 오목부를 가지며 상기 나선형 홈과 협동하여 스크롤 유로를 형성하는 케이싱을 구비하고,
상기 제2 압력 가이드 유로의 적어도 일부는 상기 인렛부에 형성되어 있는 터보 압축기.
제9항에 있어서,
상기 제2 압력 가이드 유로의 적어도 일부는, 상기 인렛부에서 상기 나선형 홈을 피해 반경 방향으로 형성되며 상기 흡입구에 연통되는 제1 홀부 및 상기 인렛부에서 축방향으로 형성되며 상기 제1 홀부에 연통되는 제2 홀부에 의해 형성되어 있는 터보 압축기.
제10항에 있어서,
상기 제1 홀부는 상기 인렛부에서 상기 나선형 홈이 형성되는 축방향의 영역보다 외측에 형성되어 있는 터보 압축기.
제11항에 있어서,
상기 인렛부는, 상기 흡입구의 주위에 배치되며 상기 나선형 홈의 축방향 깊이에 따른 깊이로 형성된 요홈 및 상기 요홈을 반경 방향으로 가로지르도록 형성된 리브를 구비하고,
상기 제1 홀부는 상기 리브에 대응하는 위치에 형성되어 있는 터보 압축기.
제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 홀부는 상기 인렛부에서 둘레 방향으로 간격을 두고 복수 형성되어 있는 터보 압축기.
제13항에 있어서,
상기 인렛부에서 둘레 방향으로 인접하는 상기 제1 홀부의 사이에, 상기 나선형 홈의 종단부가 배치되어 있는 터보 압축기.