KR20190124522A - 가변블레이드를 갖는 축류형 유체기계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 블레이드의 초기 구동을 원활하게 하고 블레이드의 원심력이 커지면 유체 에너지의 발생량이나 운동 에너지의 발생량을 증가시킬 수 있는 가변블레이드를 갖는 축류형 유체기계를 제공하는 것이 그 기술적 과제이다. 이를 위해, 본 발명의 가변블레이드를 갖는 축류형 유체기계는, 중공된 원통 형상의 고정 부재; 상기 고정 부재의 중공부의 중심에 구비되는 회전 부재; 상기 고정 부재에 일단에 고정되고 타단이 상기 회전 부재에 회동 가능하게 구비되어 상기 회전 부재를 상기 고정 부재에 지지하는 지지 브라켓; 상기 회전 부재의 중심에 구비되는 중심축; 상기 회전 부재에 구비되는 블레이드 가이드; 상기 블레이드 가이드에 슬라이딩 가능하게 구비되며 원심력에 의해 상기 중심축에서 멀어지는 방향인 제1 방향으로 슬라이딩되는 블레이드; 및 상기 중심축과 상기 블레이드 사이에 구비되며 상기 블레이드에 상기 제1 방향의 반대인 제2 방향으로 인장력을 가하는 인장부;를 포함한다.

Description

가변블레이드를 갖는 축류형 유체기계{Axial-flow type fluid machinery with variable blade}

본 발명은 유체기계에 관한 것이다.

일반적으로, 유체기계는 유체를 작동물질로 하여, 유체가 가지고 있는 에너지를 기계적 에너지로 변환하거나, 기계적 에너지를 유체적 에너지로 변환하여 사용하는 기계이다.

이러한 유체기계 중 기계로부터 유체로 에너지를 전달하는 유체기계로는 펌프나 압축기 등이 있고, 유체로부터 기계로 에너지를 전달하는 유체기계로는 풍차나 수차 등이 있으며, 그리고 유체를 매개로 하여 기계로부터 기계로 에너지를 전달하는 유체기계로는 토크 컨버터 등이 있다.

한편, 축류형 유체기계는, 유체가 축 방향으로 흐르도록 한 유체기계로, 케이스와 이에 축을 통해 회동 가능하게 구비되는 블레이드를 포함하는 기술구성을 제공한다. 특히, 블레이드의 길이는 고정된다. 따라서, 초기, 중기, 말기 모두에 대해 블레이드의 길이가 일정하므로, 초기 구동에서 어느 정도 관성에 의해 블레이드에 가속도가 붙기 전까지는 상당한 힘이 요구되는 문제가 있다.

본 발명의 기술적 과제는, 블레이드의 초기 구동을 원활하게 하고 블레이드의 원심력이 커지면 유체 에너지의 발생량이나 운동 에너지의 발생량을 증가시킬 수 있는 가변블레이드를 갖는 축류형 유체기계를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 가변블레이드를 갖는 축류형 유체기계는, 중공된 원통 형상의 고정 부재; 상기 고정 부재의 중공부의 중심에 구비되는 회전 부재; 상기 고정 부재에 일단에 고정되고 타단이 상기 회전 부재에 회동 가능하게 구비되어 상기 회전 부재를 상기 고정 부재에 지지하는 지지 브라켓; 상기 회전 부재의 중심에 구비되는 중심축; 상기 회전 부재에 구비되는 블레이드 가이드; 상기 블레이드 가이드에 슬라이딩 가능하게 구비되며 원심력에 의해 상기 중심축에서 멀어지는 방향인 제1 방향으로 슬라이딩되는 블레이드; 및 상기 중심축과 상기 블레이드 사이에 구비되며 상기 블레이드에 상기 제1 방향의 반대인 제2 방향으로 인장력을 가하는 인장부;를 포함한다.

상기 블레이드 가이드는, 상기 중심축과 동심을 이루고 상기 중심축의 방향으로 높이를 가지며 상기 중심축의 방향에 대해 경사진 형상의 슬롯을 가지는 환형 가이드 부재; 및 상기 환형 가이드 부재의 상기 슬롯에 연통되게 구비되고 상기 제1 방향으로 돌출 형성되며 상기 블레이드의 이동을 안내하는 날개형 가이드관;을 포함할 수 있다.

상기 인장부는, 상기 중심축과 상기 블레이드 사이에 구비되는 인장 스프링일 수 있다.

상술한 본 발명의 실시예에 따른 가변블레이드를 갖는 축류형 유체기계는, 상기 인장부와 상기 중심축에 사이에 구비되어 상기 블레이드의 이동을 인위적으로 제어하는 블레이드 이동량 조절부를 더 포함할 수 있다.

상기 블레이드 이동량 조절부는, 상기 중심축에 회동 가능하게 구비되는 원통 부재; 상기 원통 부재에 일단이 고정되고 타단이 상기 인장부에 고정되는 와이어; 및 상기 회전 부재에 구비되며 상기 블레이드의 제1 방향 이동량이 감소되도록 상기 와이어를 상기 원통 부재에 감거나 상기 블레이드의 제1 방향 이동량이 증가되도록 상기 와이어를 상기 원통 부재로부터 푸는 구동부;를 포함할 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 가변블레이드를 갖는 축류형 유체기계는 다음과 같은 효과를 가질 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 고정 부재와, 회전 부재와, 지지 브라켓과, 중심축과, 블레이드 가이드와, 블레이드와, 그리고 인장부를 포함하고, 블레이드는 원심력에 의해 중심축에서 멀어지는 방향인 제1 방향으로 슬라이딩되고, 인장부는 블레이드에 상기 제1 방향의 반대인 제2 방향으로 인장력을 가하는 기술구성을 제공하므로, 인장력에 비해 원심력이 상대적으로 커질 경우 블레이드가 제1 방향으로 인출되거나 상대적으로 인장력이 커질 경우 블레이드가 제2 방향으로 인입될 수 있어, 원심력에 비해 인장력이 상대적으로 큰 초기 구동시에는 블레이드의 인입으로 인해 블레이드가 유체와의 접촉 면적이 작아 원활한 구동을 할 수 있고, 인장력에 비해 원심력이 상대적으로 커지면 블레이드가 점점 인출되면서 유체와의 접촉 면적이 점점 커져 유체 에너지의 발생량이나 운동 에너지의 발생량을 점진적으로 증가시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변블레이드를 갖는 축류형 유체기계를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 블레이드가 블레이드 가이드의 날개형 가이드관의 안내를 통해 구심 방향으로 인입된 상태(a)와 반경 방향으로 인출된 상태(b)를 각각 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1의 블레이드가 인장부의 인장력에 의해 구심 방향으로 인입된 상태를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 4는 도 3의 블레이드가 원심력에 의해 반경 방향으로 인출된 상태를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 5는 도 4의 가변블레이드를 갖는 축류형 유체기계를 V-V 선으로 잘라본 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변블레이드를 갖는 축류형 유체기계를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 블레이드가 블레이드 가이드의 날개형 가이드관의 안내를 통해 구심 방향으로 인입된 상태(a)와 반경 방향으로 인출된 상태(b)를 각각 나타낸 도면이다. 도 3은 도 1의 블레이드가 인장부의 인장력에 의해 구심 방향으로 인입된 상태를 개략적으로 나타낸 평면도이고, 도 4는 도 3의 블레이드가 원심력에 의해 반경 방향으로 인출된 상태를 개략적으로 나타낸 평면도이다. 도 5는 도 4의 가변블레이드를 갖는 축류형 유체기계를 V-V 선으로 잘라본 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가변블레이드를 갖는 축류형 유체기계(100)는, 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 고정 부재(110)와, 회전 부재(120)와, 지지 브라켓(130)과, 중심축(140)과, 블레이드 가이드(150)와, 블레이드(160)와, 그리고 인장부(170)를 포함한다. 이하, 도 1 내지 도 5를 계속 참조하여, 각 구성요소에 대해 상세히 설명한다.

고정 부재(110)는, 본 발명의 가변블레이드를 갖는 축류형 유체기계(100)를 유체가 흐르는 관로(미도시)에 설치하기 위한 구성요소이다. 이러한 고정 부재(110)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 중공된 원통 형상을 가질 수 있다. 고정 부재(110)의 외주면은 관로(미도시)의 내주면에 밀착된 상태로 긴밀하게 고정될 수 있고, 고정 부재(110)의 중공부에는 지지 브라켓(130)을 통해 회전 부재(120)가 위치될 수 있다.

회전 부재(120)는, 고정 부재(110)의 중공부에서 회전되는 구성요소이다. 이러한 회전 부재(120)는, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 원판 형상을 가질 수 있으며, 지지 브라켓(130)에 회전 가능하게 놓여 블레이드(160)와 함께 회전될 수 있다.

지지 브라켓(130)은, 회전 부재(120)가 고정 부재(110)의 중공부에서 회전되도록 회전 부재(120)를 고정 부재(110)에 지지하는 구성요소이다. 이러한 지지 브라켓(130)은, 고정 부재(110)에 그 일단에 고정될 수 있고 그 타단이 회전 부재(120)에 회동 가능하게 구비될 수 있다. 이러한 지지 브라켓(130)은, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 길다란 바 형상을 가지며 대략 120도 간격을 3개가 구비될 수도 있고, 다른 예로 도시되지는 않았지만 간격을 두고 2개 또는 4개 이상 구비될 수도 있다.

또한, 도시되지는 않았지만, 지지 브라켓(130)의 말단에는 회전 부재(120)를 회전 가능하게 지지하기 위한 판 형상의 베어링 부재(미도시)가 구비될 수 있다.

중심축(140)은, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 회전 부재(120)의 회전 중심을 이루는 구성요소로, 회전 부재(120)의 중심에 고정되며 회전 부재(120)와 함께 회전될 수 있다. 이러한 중심축(140)은 회전 부재(120)가 베어링 부재(미도시)에 회전 가능하게 놓이도록 그 사이에서 힌지 역할을 할 수 있다.

블레이드 가이드(150)는, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 블레이드(160)의 이동을 안내할 수 있고 유체에 직접 접촉될 수 있는 구성요소이다. 따라서, 블레이드(160)가 슬라이딩되는 동안 좌우 요동 없이 그 이동을 원활하게 안내할 수 있다.

예를 들어, 블레이드 가이드(150)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 환형 가이드 부재(151)와 날개형 가이드관(152)을 포함할 수 있다. 환형 가이드 부재(151)는, 상술한 중심축(140)과 동심을 이룰 수 있고, 상술한 중심축(140)의 방향으로 높이를 가질 수 있으며, 그리고 상술한 중심축(140)의 방향에 대해 경사진 형상의 슬롯(slot)(도 1의 151a)을 가질 수 있다. 날개형 가이드관(152)은, 환형 가이드 부재(151)의 슬롯(151a)에 연통되게 구비될 수 있고, 제1 방향으로 돌출 형성될 수 있으며, 그리고 블레이드(160)의 이동을 직접적으로 안내할 수 있다.

나아가, 날개형 가이드관(152)은, 도 1, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 반경 방향을 향해 곧게 뻗은 직선 형상을 가질 수도 있고, 도시되지는 않았지만 반경 방향을 향해 나선 형태로 뻗는 곡선 형상을 가질 수도 있다.

블레이드(160)는 유체에 직접 접촉되며, 블레이드 가이드(150)에 의한 이동 안내를 통해 유체와의 접촉 면적이 가변되는 구성요소이다. 이러한 블레이드(160)는, 도 2, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 블레이드 가이드(150)에 슬라이딩 가능하게 구비되며 원심력에 의해 중심축(140)에서 멀어지는 방향인 제1 방향으로 슬라이딩되면서 유체(미도시)와의 접촉면적이 증대될 수 있고(도 2의 (b) 및 도 4 참조), 제1 방향의 반대인 제2 방향으로 슬라이딩되면서 유체와의 접촉면적이 감소될 수 있다(도 2의 (a) 및 도 3 참조).

예를 들어, 이러한 블레이드(160)는, 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이 날개형 가이드관(532)이 직선 형상을 가질 경우 이에 대응되게 직선 형상을 가질 수도 있고, 도시되지는 않았지만 날개형 가이드관이 곡선 형상을 가질 경우 이에 대응되게 곡선 형상을 가질 수도 있다.

인장부(170)는, 원심력이 상대적으로 작을 경우 블레이드(160)를 원 위치시키는 방향인 제2 방향으로 블레이드(160)를 당기는 구성요소이다. 이러한 인장부(170)는, 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 중심축(140)과 블레이드(160) 사이에 구비될 수 있다.

일 예로, 인장부(170)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 중심축(140)과 블레이드(160) 사이에 구비되는 코일 형태의 인장 스프링(171)일 수 있다. 따라서, 회전 부재(120)의 가속도를 고려하여 특정 원심력을 기준으로 이보다 작은 인장력을 갖는 인장 스프링(171)을 선택하는 것으로 특정 원심력이 인장력보다 작을 경우 블레이드(160)가 인장력에 의해 원 위치되도록 할 수 있다.

다른 예로, 도시되지는 않았지만, 인장부는 실린더와 피스톤으로 이루어진 공압 실린더 형태를 가질 수도 있다. 따라서, 블레이드(160)가 원심력에 의해 제1 방향으로 이동되면 실린더와 피스톤 사이에는 소정의 진공력("주사기" 참조)이 형성될 수 있고, 원심력이 진공력보다 작아지면 진공력에 의해 피스톤이 실린더로 인입되면서 블레이드(160)가 제2 방향으로 이동될 수 있다.

따라서, 위와 같은 구성요소들을 제공하므로, 인장력에 비해 원심력이 상대적으로 커질 경우 블레이드(160)가 제1 방향으로 인출되거나 상대적으로 인장력이 커질 경우 블레이드(160)가 제2 방향으로 인입될 수 있어, 원심력에 비해 인장력이 상대적으로 큰 초기 구동시에는 블레이드(160)의 인입으로 인해 블레이드(160)가 유체와의 접촉 면적이 작아 원활한 구동을 할 수 있고, 인장력에 비해 원심력이 상대적으로 커지면 블레이드(160)가 점점 인출되면서 유체와의 접촉 면적이 점점 커져 에너지[일 예로 본 발명의 가변블레이드를 갖는 축류형 유체기계(100)가 발전기 등에 적용될 경우 전기 에너지, 또는 다른 예로 본 발명의 가변블레이드를 갖는 축류형 유체기계(100)가 펌프나 압축기 등에 적용될 경우 유체를 이동시키는 에너지]의 발생량을 점진적으로 증가시킬 수 있다.

이와 더불어, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 가변블레이드를 갖는 축류형 유체기계(100)는, 도 1, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 인장부(170)와 중심축(140)에 사이에 구비되어 블레이드(160)의 이동을 인위적으로 제어하는 블레이드 이동량 조절부(180)를 더 포함할 수 있다.

이러한 블레이드 이동량 조절부(180)는, 도 1, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 원통 부재(181), 와이어(182), 그리고 구동부(183)를 포함할 수 있다. 원통 부재(181)는 상술한 중심축(140)에 베어링 등을 통해 회동 가능하게 구비될 수 있고, 와이어(182)는 원통 부재(181)에 그 일단이 고정되고 그 타단이 인장부(170)[즉, 인장 스프링(151)]에 고정될 수 있으며, 그리고 구동부(183)는 회전 부재(120)에 고정되며 블레이드(160)의 제1 방향 이동량이 감소되도록 와이어(182)를 원통 부재(181)에 감거나 블레이드(160)의 제1 방향 이동량이 증가되도록 와이어(182)를 원통 부재(181)로부터 풀 수 있다.

따라서, 구동부(183)를 통해 와이어(182)의 길이를 길거나 짧게 조절함으로써 블레이드(160)에 대한 유체와의 접촉 면적을 인위적으로 조절할 수 있다. 예를 들어, 상대적으로 회전 부재(120)의 RPM이 클 경우 와이어(182)의 길이를 짧게 하여 블레이드(160)의 제1 방향 이동량을 줄여 블레이드(160)가 바로 인출되어버리는 현상을 방지할 수 있고, 상대적으로 회전 부재(120)의 RPM이 작을 경우 와이어(182)의 길이를 길게 하여 블레이드(160)의 제1 방향 이동량을 증가시켜 블레이드(160)가 쉽게 인출되도록 할 수 있다.

나아가, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 가변블레이드를 갖는 축류형 유체기계(100)는, 도시되지는 않았지만, 중심축(140)이 원동기(미도시) 등에 의해 회전되어 유체를 이동시키는 펌프나 압축기 등에 사용될 수도 있고, 유체에 의해 블레이드(160)가 회전되면서 중심축(140)을 회전시켜 전기 에너지를 생산하는 발전기 등에 사용될 수도 있으며, 그리고 유체를 매개로 하여 기계로부터 기계로 에너지를 전달하는 토크 컨버터 등에 사용될 수도 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100: 가변블레이드를 갖는 축류형 유체기계
110: 고정 부재 120: 회전 부재
130: 지지 브라켓 140: 중심축
150: 블레이드 가이드 151: 환형 가이드 부재
151a: 슬롯 152: 날개형 가이드관
160: 블레이드 170: 인장부
171: 인장 스프링 180: 블레이드 이동량 조절부
181: 원통 부재 182: 와이어
183: 구동부

Claims (5)

1. 중공된 원통 형상의 고정 부재;
   상기 고정 부재의 중공부의 중심에 구비되는 회전 부재;
   상기 고정 부재에 일단에 고정되고 타단이 상기 회전 부재에 회동 가능하게 구비되어 상기 회전 부재를 상기 고정 부재에 지지하는 지지 브라켓;
   상기 회전 부재의 중심에 구비되는 중심축;
   상기 회전 부재에 구비되는 블레이드 가이드;
   상기 블레이드 가이드에 슬라이딩 가능하게 구비되며 원심력에 의해 상기 중심축에서 멀어지는 방향인 제1 방향으로 슬라이딩되는 블레이드; 및
   상기 중심축과 상기 블레이드 사이에 구비되며 상기 블레이드에 상기 제1 방향의 반대인 제2 방향으로 인장력을 가하는 인장부;
   를 포함하는
   가변블레이드를 갖는 축류형 유체기계.
2. 제1항에서,
   상기 블레이드 가이드는,
   상기 중심축과 동심을 이루고 상기 중심축의 방향으로 높이를 가지며 상기 중심축의 방향에 대해 경사진 형상의 슬롯을 가지는 환형 가이드 부재; 및
   상기 환형 가이드 부재의 상기 슬롯에 연통되게 구비되고 상기 제1 방향으로 돌출 형성되며 상기 블레이드의 이동을 안내하는 날개형 가이드관;
   을 포함하는
   가변블레이드를 갖는 축류형 유체기계.
3. 제1항에서,
   상기 인장부는,
   상기 중심축과 상기 블레이드 사이에 구비되는 인장 스프링인
   가변블레이드를 갖는 축류형 유체기계.
4. 제1항에서,
   상기 가변블레이드를 갖는 축류형 유체기계는,
   상기 인장부와 상기 중심축에 사이에 구비되어 상기 블레이드의 이동을 인위적으로 제어하는 블레이드 이동량 조절부
   를 더 포함하는
   가변블레이드를 갖는 축류형 유체기계.
5. 제4항에서,
   상기 블레이드 이동량 조절부는,
   상기 중심축에 회동 가능하게 구비되는 원통 부재;
   상기 원통 부재에 일단이 고정되고 타단이 상기 인장부에 고정되는 와이어; 및
   상기 회전 부재에 구비되며 상기 블레이드의 제1 방향 이동량이 감소되도록 상기 와이어를 상기 원통 부재에 감거나 상기 블레이드의 제1 방향 이동량이 증가되도록 상기 와이어를 상기 원통 부재로부터 푸는 구동부;
   를 포함하는
   가변블레이드를 갖는 축류형 유체기계.

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