KR20180090448A - 씨일이 구비된 밸런스 링을 이용하는 임펠러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 임펠러에 관한 것으로, 회전 가능하도록 구동축에 결합되며 원추형으로 형성되는 임펠러 허브 및 상기 임펠러 허브의 외측면에 방사상으로 형성되는 복수의 블레이드를 포함하는 임펠러 본체; 및 상기 임펠러 본체의 중심과 동일한 중심을 가지는 원환형으로 형성되고 상기 임펠러 본체의 후면에 착탈 가능하게 결합되며 볼트의 체결이 가능한 복수의 태핑 홀이 원주를 따라 일정 간격마다 형성되는 밸런스 링을 포함하여 밸런스 링의 교체 없이도 볼팅만으로 임펠러 전체의 무게 균형의 조정이 가능하다.

Description

씨일이 구비된 밸런스 링을 이용하는 임펠러 {Impeller using balance ring with seal}

본 발명은 임펠러에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 밸런스를 유지하기 위한 부재를 이용하는 임펠러에 관한 것이다.

원심 압축기는 회전 운동을 하는 임펠러를 이용하여 유체에 원심력을 부여함으로써, 유체가 압축되도록 하는 장치이다.

원심 압축기는 일반적으로 구동력을 생산하는 구동부와, 구동부와 연결되는 기어 유닛과, 기어 유닛이 내부에 설치되는 기어박스와, 기어박스에 삽입되어 기어유닛과 연결되는 회전축와, 회전축에 연결되어 회전하는 임펠러(impeller)와, 임펠러를 지지하는 스크롤과, 스크롤과 결합하여 유체가 유동하는 내부 공간을 형성하는 쉬라우드를 포함할 수 있다.

이 중 임펠러는 회전 운동에너지를 유체에 전달시켜 유체의 압력을 상승시키는 기능을 한다. 임펠러는 허브, 유체의 이동을 돕고 에너지를 유체에 전달하는 다수 개의 블레이드(blade) 등을 구비하며, 블레이드는 허브에 형성될 수 있다. 이때, 임펠러는 허브를 회전시킴으로써 블레이드를 회전시켜 유체를 흡입하여 외부로 토출시킬 수 있다.

임펠러는 구동축에 연결되어 고속으로 회전한다. 그러나 만약 무게 균형이 맞지 않는다면 불균일한 회전이 야기될 것이고, 이에 따라 전체 원심 압축기의 운전 효율이 떨어지게 된다. 또한 임펠러 무게의 불균형에 의해 압축기 운전 중 큰 진동과 소음이 발생할 수 있다.

임펠러 무게의 불균형을 극복하기 위해, 임펠러 허브 상에서 블레이드가 위치한 면의 반대면인 임펠러 후면에 슬롯을 개설하고, 상기 슬롯에 일정 무게를 가진 금속 조각을 결합시켜 무게 균형을 맞추는 방법이 사용되었다. 상기 금속 조각을 밸런싱 웨이트(100, balancing weight)라 지칭하며, 도 1에 예시적인 형태를 도시하였다.

도 2 내지 도 3을 참조하면, 밸런싱 웨이트(100)는 임펠러(101)의 후면(103)에 개설된 슬롯(102)에 삽입된다. 슬롯(102)은 임펠러 후면(103)의 원주를 따라 연장되어 형성되어, 작업자는 무게가 부족해 밸런싱이 필요한 위치에 밸런싱 웨이트(100)를 체결하여 균형을 맞출 수 있다.

밸런싱 웨이트(100)는 일 방향으로 테이퍼(taper)진 육면체로 형성되고, 슬롯(102) 역시 밸런싱 웨이트(100)의 형상에 대응되도록 원주 방향을 따라 관통되어 형성된다. 밸런싱 웨이트(100)를 슬롯(102)에 대고 압박하여 억지끼움을 통해 밸런싱 웨이트를 고정시키기 위해서이다.

이러한 방식으로 고정시킨 밸런싱 웨이트(100)는 그 위치를 조정하기가 매우 어렵다. 따라서 미세하고 정교한 밸런스 조정이 어렵고, 후에 해당 영역에 대해 밸런스 조정이 재차 필요할 경우 더 이상 밸런스를 맞추기 어렵다. 또한 밸런싱 웨이트(100)의 형상이 정확히 가공하기에 용이하지 않아 슬롯에 맞지 않는 경우가 발생하며, 체결 과정에서 임펠러에 충격을 줄 수 있다는 문제가 있다.

또한 밸런싱 웨이트에 대한 정확한 필요 수량을 예측할 수 없어 밸런싱 작업 후 남는 수량은 폐기해야 하는 문제가 있었다.

한편, 도 4를 참조하면, 기존에는 임펠러(103)의 후면 중 유체가 압축되어 배출되는 출구에 인접한 위치에 씨일(104)이 형성된 임펠러(103)가 제안되었다. 임펠러의 출구에는 디퓨저 및 디퓨저로부터 토출된 유체를 받아들여 필요한 곳으로 이동시키는 통로인 스크롤이 형성되는데, 임펠러에서 스크롤 또는 디퓨저로 배출되는 유체는 압축되어 고압으로 형성되나 임펠러 후면에 형성되는 샤프트 및 기어 박스 내부 공간에 충진되어 있는 유체는 임펠러에서 압축된 유체만큼의 압력을 유지하지 못한다. 따라서 압력 차에 의해 임펠러에 대해 축방향 하중이 발생하게 되고, 과도한 축방향 하중에 의해 임펠러가 올바른 위치에서 축방향으로 이동해 올바르게 압축된 유체를 스크롤로 내보내지 못하거나 마찰이 일어나는 등의 문제가 있었다.

이러한 문제점을 극복하기 위해 기어 유닛 또는 기어 유닛과 연결되어 임펠러를 회전시키는 샤프트에 스러스트 베어링(thrust bearing)을 부설하여 가해지는 축방향 하중을 지지하는 방식이 사용되었다. 또한 도 4에 표현된 바와 같이 임펠러 후면에 유체의 출입이 가능하되 급격한 유체의 흐름이 발생하지 않는 라비린스 씨일(labyrinth seal) 형태의 씨일을 구비하여 임펠러 출구와 임펠러 후면 영역의 기압차이를 줄여 축방향 하중 자체를 줄이는 방법이 제시되었다.

미국 공개특허 제2015-0233389호(2015.08.20. 공개)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 밸런스 변화에 용이하게 대처하여 밸런스를 유지하고 실링이 가능한 임펠러를 제공하는 것이다.

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

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 임펠러는, 회전 가능하도록 구동축에 결합되며 원추형으로 형성되는 임펠러 허브 및 상기 임펠러 허브의 외측면에 방사상으로 형성되는 복수의 블레이드를 포함하는 임펠러 본체; 및 상기 임펠러 본체의 중심과 동일한 중심을 가지는 원환형으로 형성되고 상기 임펠러 본체의 후면에 착탈 가능하게 결합되며 볼트의 체결이 가능한 복수의 태핑 홀이 원주를 따라 일정 간격마다 형성되는 밸런스 링을 포함할 수 있다.

상기 밸런스 링은, 서로 이격된 복수의 쐐기 형상이 상기 밸런스 링의 원주를 따라 연장됨으로써 형성되는 씨일을 포함할 수 있다.

상기 씨일은, 상기 복수의 태핑 홀이 형성하는 원을 둘러싸도록 형성될 수 있다.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.

밸런스 링을 이용해 원하는 위치에 대해 밸런스 링의 분리 및 임펠러 본체에 대한 가공 없이도 용이하게 밸런스 조정이 가능하다.

밸런스를 유지함과 동시에 실링이 이루어진다.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다. 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 기존의 임펠러 밸런싱용 밸런싱 웨이트를 도시한 사시도이다.
도 2는 기존의 밸런싱 웨이트를 임펠러의 슬롯에 삽입한 상황을 나타낸 평면도이다.
도 3은 기존의 밸런싱 웨이트를 임펠러의 슬롯에 삽입한 상황을 나타낸 측단면도이다.
도 4는 기존의 임펠러 후면 실을 표현한 측단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 본체와 밸런스 링이 결합된 임펠러의 외관을 나타낸 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 본체와 밸런스 링이 결합된 임펠러의 후면을 나타낸 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 본체의 후면을 중점으로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸런스 링을 나타낸 평면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸런스 링 중 B-B' 단면을 나타낸 단면도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 개략도들을 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 또한 본 발명에 도시된 각 도면에 있어서 각 구성 요소들은 설명의 편의를 고려하여 다소 확대 또는 축소되어 도시된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다

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

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 본체(2)와 밸런스 링(3)이 결합된 임펠러(1)의 외관을 나타낸 측면도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 본체(2)와 밸런스 링(3)이 결합된 임펠러(1)의 후면을 나타낸 평면도이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러(1)는 임펠러 본체(2)와 밸런스 링(3)으로 구성되어 있으며, 임펠러 본체(2)에 밸런스 링(3)이 결합되어서 완성된 임펠러(1)를 구성하고 있음을 알 수 있다.

임펠러 본체(2)는 임펠러 허브(23)와 임펠러 허브(23)의 외측면에서 외주를 따라 배치되는 복수의 블레이드(21)로 구성된다.

임펠러 허브(23)는 임펠러 본체(2)의 몸통이 되는 부분으로, 원판체의 형태로 형성되는 디스크로부터 중심을 관통하는 구동축 방향으로 연장되면서 직경이 점차 줄어드는, 원추와 유사한 형상을 가진다. 다만 원추와 같이 일단에서 꼭지점을 가지는 것은 아니며, 일단에서는 타단보다 직경이 작아진 원을 이룬다.

임펠러 허브(23)는 고속 회전에 의해 고압의 유체를 배출하므로, 고압을 견딜 수 있는 강도 및 경도를 가지는 일 소재로 이루어진다. 임펠러 허브(23)를 이루는 소재는 금속일 수 있고, 바람직하게는 스테인리스강, 티타늄 등일 수 있으나 소재는 이에 제한되지 않는다.

임펠러 허브(23)는 중심을 관통하는 구동축(미도시)에 연결된다. 구동축은 외부의 동력원과, 외부의 동력원이 발생시킨 구동력을 전달하는 기어 유닛(미도시)에 연결된다. 따라서 구동축은 구동력을 전달받아 제자리에서 회전한다.

구동축은 임펠러 허브(23)의 중심을 관통하여 임펠러 본체(2)의 회전축(A)과 나란한 방향으로 배치되어 임펠러 허브(23)의 회전축(A) 역할을 하게 된다. 구동축은 임펠러 허브(23)의 중심에 끼워져 서로 미끄러지지 않도록 결합되어, 구동축의 회전에 따라 임펠러 허브(23)도 동일하게 회전한다. 구동축은 회전축(A)에 대해서 대칭되는 원기둥 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 임펠러 본체(2) 전체의 대칭성을 유지하기 위함이다.

임펠러 허브(23)의 외측면에는 방사상으로 복수의 블레이드(21)가 형성된다. 복수의 블레이드(21)는 유체의 이동을 가이드 하는 기능을 수행하면서, 임펠러 본체(2)의 운동 에너지를 유체에 전달하는 기능을 수행한다. 블레이드(21)와 임펠러 허브(23)는 용접을 통해 융착될 수 있고, 나사를 이용해 체결될 수도 있고, 일체로 형성될 수도 있으나 블레이드(21)가 임펠러 허브(23)에 안착 및 결합되는 방법은 이에 제한되지 않는다.

복수의 블레이드(21)는 임펠러 허브(23)의 외측면에서 원주를 따라 배치되며, 일정 간격만큼 이격되어 배치된다. 블레이드(21) 각각은 임펠러 허브(23)의 외측면으로부터 방사상으로 뻗어나가는 방향으로 배치되나, 임펠러 허브(23)의 외측면으로부터 반지름을 따라 곧게 배치되지는 않는다. 각각의 블레이드(21)는 임펠러 허브(23)의 외측면으로부터 방사상으로 연장됨과 동시에 임펠러 허브(23)의 반경 방향이 아닌 일 방향으로 만곡되어 연장된다. 따라서 복수의 블레이드(21)는 임펠러 허브(23)의 외측면으로부터 일 방향으로 휘어져 나가는 형상으로 배치된다. 즉, 캠버(camber) 구조를 가지는 것이다.

복수의 블레이드(21)는 임펠러 허브(23)의 외측면을 따라, 구동축 방향 일단으로부터 타단까지 이어진다. 따라서 구동축과 직교하는 평면으로 자른 단면에서 블레이드(21)의 가장 외곽의 끝점을 이어 만들 수 있는 원의 직경이, 구동축 방향으로 이동하면서 변화한다. 유체가 인입되는 임펠러 허브(23)의 구동축 방향 일단에서 그 직경이 가장 작고, 유체가 배출되는 임펠러 허브(23)의 구동축 방향 타단에서 그 직경이 가장 크다. 블레이드(21)의 외곽 끝점을 이어 만들 수 있는 원의 반경이 좁아지므로, 인접한 블레이드(21) 간의 간격 역시 좁아진다.

블레이드(21)의 영역 중 유체가 인입되는 영역의 일단을 인듀서(211)라고 지칭하고, 유체가 배출되는 영역의 타단을 블레이드 팁(212)이라고 한다. 따라서 임펠러 허브(23)의 직경이 가장 작은 영역에 인접한 블레이드(21)의 일부분을 인듀서(211)라고 하고, 임펠러 허브(23)의 직경이 가장 큰 영역에 인접하게 배치된 블레이드(21)의 일부분을 블레이드 팁(212)이라고 하는 것이다.

복수의 블레이드(21)는 임펠러 허브(23)의 중심을 관통하는 구동축에 대해 대칭되게 배치될 수 있다. 구동축을 중심으로 회전할 것이므로, 대칭되지 않으면 균일한 성능을 유지하기 어렵기 때문이다.

복수의 블레이드(21) 사이로는 유로가 형성된다. 블레이드(21)가 복수이므로 형성되는 유로 역시 복수가 된다. 블레이드(21)는 임펠러 허브(23)의 외측면에 형성되어 있으므로, 임펠러 허브(23)의 외측면이 유로의 바닥면이 되고, 블레이드(21)가 유로의 측벽이 된다. 만일 임펠러 본체(2)가 조립될 때 쉬라우드(미도시) 또는 커버(미도시)에 의해 덮히면, 쉬라우드 또는 커버가 추가로 유로의 상측 벽이 될 수 있다. 임펠러 본체(2)를 통과하는 유체가 폐쇄된 또는 거의 폐쇄된 유로를 통과하도록 강제하여 효율적으로 압축되도록 하기 위함이다.

임펠러 본체(2)는 블레이드(21)가 안착되는 전면과 구동축에 직교하는 평면 상에서 원형으로 형성되는 임펠러 본체의 후면(22)으로 구분된다. 임펠러 본체의 후면(22)에는 복수의 태핑 홀(32)과 씨일(33)이 형성된 밸런스 링(3)이 결합된다. 밸런스 링(3)은 임펠러 본체의 후면(22)과 동심원을 이루도록 동일한 중심을 가지도록 임펠러 본체의 후면(22)에 배치되고 결합된다. 균형을 맞추기 위해서 제공되는 구성요소이므로, 임펠러 본체의 후면(22)의 중심에 대해 대칭되도록 형성 및 배치되어야 하기 때문이다.

임펠러 본체의 후면(22)에 대한 자세한 설명은 도 7에 대한 설명에서 후술하고, 임펠러 본체의 후면(22)에 결합되는 밸런스 링(3)에 대한 자세한 설명은 도 8에 대한 설명에서 후술한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 본체의 후면(22)을 중점으로 나타낸 도면이다.

임펠러 본체의 후면(22)에는 밸런스 링(3)을 연결할 수 있는 복수의 체결 홀(24)이 형성된다. 체결 홀(24)은 하나가 형성될 수도 있으나, 복수로 서로 동일한 간격을 두고 이격되어 임펠러 본체의 후면(22)의 중심으로부터 동일한 거리에 배치되는 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에서는 등간격으로 정사각형의 꼭지점을 이루는 총 4개의 체결 홀(24)이 형성되도록 표현하였으나, 체결 홀(24)의 개수 및 배치되는 위치는 이에 제한되지 않는다

체결 홀(24)은 임펠러 본체의 후면(22)에 볼트(미도시)를 체결할 수 있도록 파여 개설된 구멍이다. 체결 홀(24)은 밸런스 링(3)에 형성되는 복수의 태핑 홀(32) 중 일 태핑 홀(32)의 위치와 상응하는 위치에 형성되어, 밸런스 링(3)이 임펠러 본체의 후면(22)에 배치된 후 하나의 볼트를 이용해 태핑 홀(32)과 체결 홀(24)을 관통 및 체결하도록 할 수 있다. 즉, 하나의 볼트가 태핑 홀(32) 및 체결 홀(24)에 동시에 체결됨으로써 밸런스 링(3)과 임펠러 본체(2)가 결합되는 것이다. 일 위치에 배치된 체결 홀(24)에 대해서만 볼팅하여 임펠러 본체(2)와 밸런스 링(3)을 연결하는 경우, 밸런스 링(3)이 불균형하고 불안정하게 임펠러 본체(2)에 연결될 수 있으므로, 임펠러 본체(2)의 중심을 지나는 회전축(A)을 중심으로 대칭되는 위치에 복수의 볼트를 이용하여 체결이 이루어지는 것이 바람직하다.

체결 홀(24)과 태핑 홀(32)에 체결된 볼트는 착탈 가능하다. 따라서 밸런스 링(3)을 임펠러 본체(2)에 대해서 분리해야 하는 경우 체결 홀(24)과 태핑 홀(32)에 동시에 체결되어 있는 볼트를 풀어 분리가 가능하다. 또한 다시 결합해야 하는 경우 태핑 홀(32)과 체결 홀(24)을 상응하도록 밸런스 링(3)을 배치한 후 하나의 볼트가 하나의 태핑 홀(32)과 이에 상응하도록 배치된 체결 홀(24)에 삽입됨으로써 밸런스 링(3)을 임펠러 본체의 후면(22)에 대해 결합 가능하다.

본 발명의 일 실시예에서는 밸런스 링(3)의 태핑 홀(32)과 임펠러 본체의 후면(22)에 개설된 체결 홀(24)을 일치시켜 볼트로 동시에 체결함으로써 밸런스 링(3)을 임펠러(1) 후면에 고정시키는 것으로 실시예를 구성하였다. 그러나 그 밖에도 밸런스 링(3)에 별도의 체결 부재가 형성되어 임펠러 본체의 후면(22)의 체결 홀(24)에 결합되고, 이로 인해 밸런스 링(3)과 임펠러 본체(2)가 결합될 수도 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸런스 링(3)을 나타낸 평면도이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸런스 링(3) 중 B-B' 단면을 나타낸 단면도이다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 밸런스 링(3)은 원환형으로 형성되고, 임펠러 본체의 후면(22)과 만나는 밸런스 링 전면(36), 전면의 반대편에 위치하는 밸런스 링 후면(31), 후면의 일 영역에 형성되는 복수의 태핑 홀(32) 및 씨일(33)로 구성됨을 확인할 수 있다.

밸런스 링 전면(36)은 임펠러 본체의 후면(22)과 만나는 면으로, 임펠러 본체의 후면(22)의 표면 형상과 동일하게 형성된다. 본 발명에서는 임펠러 본체의 후면(22)이 평면으로 형성되므로, 밸런스 링 전면(36)도 마찬가지로 평평한 평면으로 형성된다.

밸런스 링 후면(31)은 임펠러 본체의 후면(22)과 만나지 않는다. 따라서 밸런스 링 후면(31)상에는 방을 향해 돌출된 씨일(33)이 형성될 수 있다.

태핑 홀(32)은 밸런스 링 전면(36)과 후면을 관통하여 형성되는 개구로, 내주면이 태핑(tapping) 되어있어 나사산을 가지는 볼트, 나사 등의 체결 부재를 체결할 수 있다. 따라서 동일한 볼트를 체결하는 전술된 체결 홀(24) 역시 내주면이 동일 사이즈로 태핑되어 있을 수 있다.

태핑 홀(32)은 복수로 구성되고, 밸런스 링(3)의 원주를 따라 일정 간격으로 서로이격되어 배치 및 형성된다. 본 발명의 일 실시예에서는 태핑 홀(32)이 총 12개 형성되는 것으로 표현하였으나, 배치되는 태핑 홀(32)의 개수 및 배치되는 위치는 이에 제한되지 않는다.

태핑 홀(32)에는 볼트를 체결하여 임펠러(1) 전체의 무게 균형을 잡을 수 있다. 볼트는 일반적인 볼트일 수 있고, 볼트의 전체 무게를 단위 무게로 맞춘 웨이트 볼트(weight bolt)일 수도 있다. 임펠러(1) 전체의 무게 균형을 확인했을 때, 일 영역이 다소 가볍다고 판단이 될 수 있다. 이러한 경우 임펠러 본체(2)에 결합된 밸런스 링(3)의 태핑 홀(32) 중 상기 일 영역에 인접하게 형성된 태핑 홀(32)에 필요한 만큼의 무게를 가진 볼트를 밸런스 링(3)의 임펠러 본체(2)로부터의 분리 없이도 체결하여 전체 임펠러(1) 무게 균형을 맞추는 것이다.

볼트는 조이고 풀 수 있으므로, 임펠러(1)의 무게 균형을 제대로 맞추지 못했다 하더라도 다시 태핑 홀(32)로부터 볼트를 제거하거나 다른 위치의 태핑 홀(32)에 볼트를 체결하거나 다른 무게의 볼트를 태핑 홀(32)에 체결하는 방식으로 비교적 간단하게 임펠러(1)의 무게 균형을 맞출 수 있다. 또한 복수의 태핑 홀(32)이 원주를 따라 균일한 간격으로 배치되어 있으므로, 임펠러(1) 사용 중 다른 영역이 가볍다고 판단되어 균형을 맞추어야 할 경우 볼트를 해당 영역에 인접한 태핑 홀(32)에 체결함으로써 추가적인 무게 균형을 찾는 것이 가능하다.

볼트가 밸런스 링(3)에 체결된 후, 체결된 볼트 및 태핑 홀(32)에 대해 실런트(sealant)를 발라 볼트를 태핑 홀(32)에 대해 고정시킬 수 있다. 볼트가 임펠러(1) 운전 중에 발생하는 진동과 회전 에너지 및 축하중에 의해 태핑 홀(32)로부터 자동으로 풀려이탈되는 경우를 방지하기 위함이다.

만약 무게 균형이 맞지 않아 가볍다고 판단되는 임펠러(1)의 일 영역에 대응하는 태핑 홀(32)이 없거나, 인접한 태핑 홀(32)에 대해 이미 볼트가 전부 체결되어 있어 볼트를 체결할 수 없다고 판단되는 경우, 작업자는 밸런스 링(3)을 임펠러 본체(2)로부터 상술한 내용과 같은 방법으로 분리하고, 밸런스 링(3)에 대해서 드릴 가공을 통해 원하는 위치에 새로운 태핑 홀(32)을 형성할 수 있다. 새로운 태핑 홀(32)을 타공한 후, 밸런스 링(3)을 상술한 방법대로 임펠러 본체의 후면(22)에 다시 결합한 뒤 새로운 태핑 홀(32)에 볼트를 체결함으로써 작업자가 원하는 임펠러(1) 무게 균형을 맞추는 것이 가능하다. 또한 임펠러 본체의 후면(22)에 추가적인 체결 홀(24)의 형성이나 밸런싱 웨이트를 연결함이 없이, 착탈이 용이한 밸런스 링(3)에 대해서 가공을 할 수 있고, 볼트를 통해 쉽게 무게 균형을 조절할 수 있다.

씨일(33)은 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러(1)의 축방향 하중을 줄여주기 위하여 임펠러 본체의 후면(22)과 타면을 흐르는 유체가 가지는 기압차를 줄이는 구성요소이다. 씨일(33)은 밸런스 링 후면(31)에 형성되며, 후방을 향해 돌출된 복수의 쐐기 형상이 밸런스 링(3)의 원주를 따라 연장됨으로써 형성된다. 즉, 씨일(33) 전체는 원환형으로 형성되고, 후방을 향해 돌출된 돌출부를 원주에 가지는 복수의 동심원이 모인 형태가 된다.

밸런스 링 후면(31)의 영역 중에서 태핑 홀(32)이 형성되는 영역은 후술할 씨일(33)이 형성되는 영역보다 밸런스 링(3)의 중심으로부터 가까울 수 있다. 즉, 씨일(33)이 복수의 태핑 홀(32)이 형성하는 원을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 만일 씨일(33)이 태핑 홀(32)에 비해 중심으로부터 가까운 위치에 배치된다면, 임펠러(1) 출구로부터 멀어지게 되고, 임펠러(1) 출구와의 사이에 태핑 홀(32) 및 볼트가 위치하게 되어 씨일(33)의 본 목적을 달성할 수 없기 때문이다.

씨일(33)의 단면을 도 9를 통해 확인할 수 있다. 씨일(33)은 쐐기 모양의 산(34)과 각 쐐기 모양의 산(34)이 반경 방향으로 이격됨으로써 형성되는 쇄기 사이 공간(35)이 반복적으로 배치되어 형성된다. 본 발명의 일 실시예에서는 쐐기 모양의 산(34)이 총 4개 형성되는 것으로 씨일(33)을 표현하였으나, 그 개수 및 서로 이격되는 간격은 이에 제한되지 않는다.

쐐기 모양의 산(34)은 이등변삼각형으로 형성되지 않을 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 쐐기 모양의 산(34)의 일면은 빗면으로 형성되고 타면은 밸런스 링의 후면(31)과 직교하는 방향으로 형성된다. 일 방향에서 인입되는 유체는 용이하게 인입되고 용이하지 않게 배출되며, 타 방향에서 인입되는 유체는 용이하게 배출되고 용이하지 않게 인입되도록 하기 위함이다.

쐐기 모양의 산(34) 사이에 위치하는 쇄기 사이 공간(35)에는 유체가 일시적으로 머무를 수 있고, 쇄기 사이 공간(35)을 거쳐 일 방향으로 유체가 진행할 수록 유체의 기압이 커지거나 작아지는 일 방향으로 변화한다.

따라서 씨일(33)은 임펠러(1) 외부와 후면 영역에서 흐르는 유체의 기압차를 줄일 수 있다. 고압의 유체와 저압의 유체가 임펠러(1)의 외부와 후면 영역에 배치되는 상황에 비해, 고압의 유체와 저압의 유체 사이의 완충 지대가 생기는 것이다.

씨일(33)이 원활하게 기능하기 위해서는 임펠러(1) 후면에 위치하는 벽면에 인접하되 접촉하지는 않도록 배치되는 것이 바람직하다. 씨일(33)은 임펠러 본체(2)로부터 착탈이 용이한 밸런스 링(3)의 일부분이므로, 스크롤 등에 기존의 씨일(33)이 형성되는 경우에 비해서 적절한 형상으로 가공이 용이하고, 장착 시 문제가 발생해도 용이하게 형상의 변경이 가능하다.

또한 씨일(33)이 밸런스 링(3)에 형성됨으로써, 실링(sealing)이 이루어짐과 동시에 용이하게 임펠러(1)의 무게 균형 조정이 가능하다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

1 : 임펠러 2 : 임펠러 본체
3 : 밸런스 링 21 : 블레이드
22 : 임펠러 본체의 후면 23 : 임펠러 허브
24 : 체결 홀 31 : 밸런스 링 후면
32 : 태핑 홀 33 : 씨일
34 : 쐐기 모양의 산 35 : 쐐기 사이 공간
36 : 밸런스 링 전면 100 : 밸런싱 웨이트
101 : 기존의 임펠러 102 : 기존의 슬롯
103 : 기존의 임펠러 후면 104 : 기존의 실
211 : 인듀서 212 : 블레이드 팁
A : 회전축

Claims (3)

1. 회전 가능하도록 구동축에 결합되며 원추형으로 형성되는 임펠러 허브 및 상기 임펠러 허브의 외측면에 방사상으로 형성되는 복수의 블레이드를 포함하는 임펠러 본체; 및
   상기 임펠러 본체의 중심과 동일한 중심을 가지는 원환형으로 형성되고 상기 임펠러 본체의 후면에 착탈 가능하게 결합되며 볼트의 체결이 가능한 복수의 태핑 홀이 원주를 따라 일정 간격마다 형성되는 밸런스 링을 포함하는 임펠러.
2. 제1항에 있어서,
   상기 밸런스 링은,
   서로 이격된 복수의 쐐기 형상이 상기 밸런스 링의 원주를 따라 연장됨으로써 형성되는 씨일을 포함하는 임펠러.
3. 제2항에 있어서,
   상기 씨일은,
   상기 복수의 태핑 홀이 형성하는 원을 둘러싸도록 형성되는 임펠러.

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