KR20210106311A - 추력 저감을 위한 씰링 어셈블리 및 터보장치 - Google Patents

추력 저감을 위한 씰링 어셈블리 및 터보장치 Download PDF

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KR20210106311A
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바베시 파텔
로버트 펠튼
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한화파워시스템 주식회사
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Abstract

본 발명은 추력 저감을 위한 씰링 어셈블리 및 터보장치에 관한 것으로, 임펠러의 후단에서 상기 임펠러와 결합하는 샤프트를 감싸도록 링 형상을 가지는 회전몸체부; 및 상기 회전몸체부와 상기 임펠러의 후단 사이에 내부 공간을 형성하도록 상기 회전몸체부에서 상기 임펠러의 후단으로 연장되는 연장부를 포함하되, 상기 연장부는 상기 임펠러의 후단과 밀봉 결합을 하는 씰링 어셈블리 및 이를 구비한 터보장치이다.
본 발명에 따르면 임펠러 샤프트 조인트를 씰링함으로써 임펠러의 후면에 저압의 내부 공간을 형성하여, 임펠러 전후면의 정압 차이를 줄여 임펠러에 작용하는 추력을 저감시킬 수 있다.

Description

추력 저감을 위한 씰링 어셈블리 및 터보장치{SEALING ASSEMBLY FOR REDUCING THRUST AND TURBOMACHINARY}
본 발명은 압축기, 펌프, 터빈 등의 터보장치에 사용되는 씰링 어셈블리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터보장치에 장착된 임펠러에서 유체가 유출되는 것을 막는 동시에 임펠러에 작용하는 추력(thrust)을 저감시키기 위한 씰링 어셈블리 및 그 씰링 어셈블리를 구비한 터보장치에 관한 것이다.
터보장치의 회동부에 장착되는 임펠러는 고속으로 회전하면서 회동 운동에너지를 유체에 전달시켜 유체의 압력을 상승시키는 장치이다. 이때 임펠러 전면의 유체는 고속 저압인 반면 임펠러 후면으로 누출된 유체는 저속 고압으로, 임펠러 전후면의 정압차에 의해 임펠러에는 임펠러 후면에서 전면을 향한 축 방향의 추력이 발생한다.
이처럼 추력이 발생하면 임펠러가 전면을 향해 이동하게 되어 임펠러 및 하우징의 내구성이 저하될 수 있고, 추력이 회전축과 결합된 베어링에 전달되어 베어링의 파손을 야기할 수도 있어, 터보장치 안정적 운행에 지장이 발생할 수 있다.
종래 기술은 이와 같은 터보 장치의 전체적인 성능 저하를 막기 위하여, 임펠러의 후면에 래버런스 씰을 구비하여 임펠러와 하우징의 틈을 통하여 유출되는 유체의 양을 감소시키고, 임펠러의 회전축을 따라 통기 유로를 형성하여 임펠러 후면으로 유출된 공기를 임펠러 전면의 입구쪽으로 배출시킴으로써 추력을 저감시켰다.
그러나 이와 같은 발명에 따르면 작동 유체의 손실이 발생하여 터보장치의 효율이 낮아진다는 문제점이 있다.
이에, 본 발명에서는 터보장치의 효율 저감을 최소화하면서 추력을 저감시키는 씰링 어셈블리 및 이를 구비한 터보장치를 제안하고자 한다.
한국등록공보 제10-0748892호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 압축기 등의 터보장치에 장착되는 임펠러에 작용하는 추력을 저감시키는 씰링 어셈블리를 제공하는 것이다. 특히 임펠러와 샤프트 사이의 조인트를 씰링하여 임펠러의 후면에 저압의 내부 공간을 형성함으로써, 임펠러에 작용하는 추력을 최소화하는 동시에 작동 유체의 누출로 인한 터보장치의 효율 저하를 방지하고, 아울러 임펠러의 후면에 설치된 드라이 가스 씰(Dry Gas Seal)이 축방향으로 움직이는 것을 방지하는 씰링 어셈블리를 제공하고자 한다.
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 추력 저감을 위한 씰링 어셈블리는, 임펠러의 후단에서 상기 임펠러와 결합하는 샤프트를 감싸도록 링 형상을 가지는 회전몸체부; 및 상기 회전몸체부와 상기 임펠러의 후단 사이에 내부 공간을 형성하도록 상기 회전몸체부에서 상기 임펠러의 후단으로 연장되는 연장부를 포함하되, 상기 연장부는 상기 임펠러의 후단과 밀봉 결합을 할 수 있다.
상기 연장부는 씰링 부재를 통해 상기 임펠러의 후단과 밀봉 결합을 할 수 있다.
상기 연장부는 씰링 부재를 통해 상기 임펠러의 후단과 끼워맞춤 결합을 할 수 있다.
상기 씰링 부재는 오링(O-ring)으로 할 수 있다.
상기 연장부는, 상기 회전몸체부에서 상기 회전몸체부의 축 방향으로 연장되거나, 상기 회전몸체부의 반경 방향 및 축 방향으로 연장될 수 있다.
상기 회전몸체부는 상기 샤프트와 일체로 회전할 수 있다.
상기 회전몸체부는, 상기 회전몸체부의 상기 샤프트와 결합되는 면에 나사산이 형성되고, 상기 회전몸체부에 형성되는 나사산에 대응되도록 상기 샤프트에 형성된 나사산에 의해 상기 샤프트와 결합될 수 있다.
상기 회전몸체부는 접착제를 통해 상기 샤프트와 밀봉 접착될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 터보장치는, 고속으로 회전하며 유체를 흡입하는 임펠러; 상기 임펠러의 후단에서 상기 임펠러와 결합하여 상기 임펠러와 일체로 회전하는 샤프트; 및 상기 임펠러의 후단에 구비되어 상기 임펠러에 작용하는 추력을 저감시키는 씰링 어셈블리를 포함하고, 상기 씰링 어셈블리는, 상기 샤프트를 감싸도록 링 형상을 가지는 회전몸체부; 및 상기 회전몸체부와 상기 임펠러의 후단 사이에 내부 공간을 형성하도록 상기 회전몸체부에서 상기 임펠러의 후단으로 연장되는 연장부를 포함하되, 상기 연장부는 상기 임펠러의 후단과 밀봉 결합을 할 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 따르면 임펠러 후면으로 유입된 고압의 유체가 임펠러와 샤프트 사이의 조인트를 통하여 샤프트에 형성된 캐비티(cavity)로 유입되는 것을 차단하고, 임펠러 후면에 저압의 내부 공간을 형성함으로써, 임펠러에 작용하는 축방향의 추력을 저감시키는 것이 가능하다. 따라서 임펠러가 축방향으로 전면을 향하여 이동하는 것을 방지하여 터보장치의 안정적인 운행을 보장할 수 있다. 아울러 드라이 가스 씰이 축방향으로 이동하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러, 샤프트 및 씰링 어셈블리의 결합 관계를 나타낸 측단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 씰링 어셈블리의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 씰링 어셈블리를 축방향으로 절단한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 씰링 어셈블리와 샤프트의 결합을 확대하여 나타낸 측단면도이다.
도 5(a)는 본 발명의 씰링 어셈블리가 구비되지 않은 경우 임펠러 전면 및 후면의 압력 분포를 표시한 측단면도이다.
도 5(b)는 본 발명의 일 실시예에 따라 씰링 어셈블리가 구비된 경우 임펠러 전면 및 후면의 압력 분포를 표시한 측단면도이다.
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.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러(10), 샤프트(20) 및 씰링 어셈블리(30)의 결합 관계를 나타낸 측단면도이다.
터보장치의 회동부인 로터(rotor)는 동력원이 발생시킨 구동력을 전달하는 불기어(미도시), 불기어에 치합되어 전달받은 구동력을 샤프트(20)에 전달하는 피니언 기어(미도시), 피니언 기어에 결합되어 피니언 기어와 일체로 회전하는 샤프트(20), 사프트와 결합되어 고속으로 회전하며 외부의 유체를 흡입하는 임펠러(10)를 포함할 수 있다.
임펠러(10)가 고속으로 회전하면 유체는 원심력에 의해 임펠러(10)의 전면에 구비된 블레이드(blade)를 따라 이동한다. 디퓨져는 임펠러(10)에 의해 흡입된 유체의 속도를 감소시켜, 감소되는 속도를 압력으로 변환시킨다. 디퓨저를 통과한 저속 고압의 유체는 스크롤(scroll)을 따라 이동하여 덕트(duct)를 통해 배출된다.
임펠러(10)를 통해 흡입된 유체 중 일부는 스크롤을 따라 이동하지 못하고 임펠러(10)와 하우징 사이의 틈을 통해 임펠러(10)의 후면으로 유출될 수 있다. 이처럼 새어 나오는 유체는 터보장치의 효율을 저감시키므로, 유체의 유출을 차단하기 위한 에어 씰(air seal)이 임펠러(10)의 후면에 설치될 수 있다.
샤프트(20)는 임펠러(10)의 후단에서 임펠러(10)와 결합한다. 임펠러(10)와 결합하는 샤프트(20)의 일단에는 결합을 위한 캐비티(cavity, 51)가 형성되어 있고, 캐비티(51) 내부에 타이 볼트(tie bolt) 등의 신장 부재를 구비하여 샤프트(20)와 임펠러(10)의 회동축을 결합시킬 수 있다. 샤프트(20)와 임펠러(10)가 접촉하는 면에는 샤프트(20)의 토크를 임펠러(10)에 전달하고 축의 정렬을 조정하기 위하여 조인트(50)가 구비될 수 있다. 상기 조인트(50)는 허스 조인트(Hirth joint), 커빅 조인트(Curvic joint) 등이 사용될 수 있으며 이에 한정되는 것은 아니다.
임펠러(10)와 샤프트(20) 간의 조인트(50)는 밀봉 결합에 의한 것은 아니기 때문에, 조인트(50) 사이의 미세한 틈을 통하여 임펠러(10) 전면의 외기가 임펠러(10) 후면으로 유입되거나, 임펠러(10) 후면으로 유출된 고압의 유체가 캐비티(51) 내부로 유입될 수 있다.
특히 임펠러(10) 후면으로 유출된 고압의 유체가 캐비티(51) 내부로 유입되는 경우, 보다 강한 추력이 임펠러(10)에 작용하게 된다. 이와 같은 추력이 임펠러(10)에 작용하게 되면 임펠러(10)가 전면을 향해 이동하게 되어 유체의 흡입 효율이 저하되거나, 고속으로 회전하는 임펠러(10)와 하우징의 마찰로 인하여 장치가 파손될 우려가 있다. 아울러 추력이 회전축과 결합된 베어링에 전달되어 베어링이 파손된다면 터보장치의 안정적 운행에 지장이 생길 수 있다.
상술한 바와 같은 임펠러(10)에 작용하는 추력의 문제점을 최소화하기 위하여 임펠러(10)의 후단에 추력 저감을 위한 씰링 어셈블리(30)를 장착할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 씰링 어셈블리(30)는 임펠러(10)의 후단에서 상기 임펠러(10)와 결합하는 샤프트(20)를 감싸도록 링 형상을 가지는 회전몸체부(31) 및 상기 회전몸체부(31)와 상기 임펠러(10)의 후단 사이에 내부 공간(33)을 형성하도록 상기 회전몸체부(31)에서 상기 임펠러(10)의 후단으로 연장되는 연장부(32)를 포함하되, 상기 연장부(32)는 상기 임펠러(10)의 후단과 밀봉 결합을 할 수 있다.
회전몸체부(31)는 샤프트(20)의 원주를 360˚로 감싸며 샤프트(20)와 결합하고, 샤프트(20)와 일체로 회전할 수 있다. 회전몸체부(31)는 링 형상을 가지며, 여기서, 링 형상은 회전몸체부(31)가 샤프트(20)에 결합될 수 있도록 중심에 체결구가 형성된 형상을 의미하고, 회전몸체부(31)의 종단면은 원형으로 형성될 수 있으나 이에 한정할 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 회전몸체부(31)의 임펠러(10) 반대 쪽 단부는 평면으로 형성될 수도 있고 곡면으로 형성될 수도 있으며, 평면으로 형성될 경우 모서리에 경사면이나 라운드부가 형성될 수도 있다. 상기한 회전몸체부(31)의 단부는 이하 서술할 드라이 가스 씰(40)과 인접하도록 형성되어 드라이 가스 씰(40)의 축 방향 움직임을 방지하는 역할을 할 수 있다.
연장부(32)는 회전몸체부(31)와 임펠러(10)의 후단 사이에 내부 공간(33)을 형성할 수 있도록 임펠러(10)의 후단을 향하여 회전몸체부(31)에서 회전몸체부(31)의 축 방향으로 연장될 수 있다. 내부 공간(33)을 형성하기 위하여 연장부(32)는 회전몸체부(31)가 샤프트(20)와 결합하는 지점에서부터 회전몸체부(31)의 반경 방향으로 이격된 지점부터 임펠러(10)의 후단을 향하여 축방향으로 연장되어 임펠러(10)의 후단과 결합될 수 있다. 연장부(32)는 하나 이상 형성될 수도 있고, 회전몸체부(31)의 축 방향뿐 아니라 축 방향 및 반경 방향으로 연장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 연장부(32)와 임펠러(10)의 후단 및 회전몸체부(31)로 둘러싸인 폐쇄된 내부 공간(33)을 형성하는 다양한 형상으로 연장부(32)를 형성할 수 있고, 그 형상에 있어서 특별한 제한이 있는 것은 아니다. 연장부(32)는, 회전몸체부(31)의 임펠러(10) 쪽 단부 상에서 샤프트(20)로부터 회전몸체부(31)의 반경방향으로 이격된 지점에서부터 연장을 시작하여, 임펠러(10)에 결합될 수 있는 길이까지 임펠러(10)의 후단을 향해 회전몸체부(31)의 축 방향으로 연장된다. 연장부(32)의 두께는 임펠러(10) 쪽으로 갈수록 좁아지거나 넓어지는 것도 가능하다. 연장부(32)는 축 방향과 평행하게 연장될 수도 있으나, 비스듬하게 연장될 수도 있어 연장부(32)와 임펠러(10) 후단의 결합각은 직각뿐 아니라 예각, 둔각을 이루는 것도 가능하다. 아울러, 연장부(32)의 축 방향 단면이 포물선을 이루도록 연장부가 형성될 수도 있다. 회전몸체부(31)의 축 방향 연장부(32)와 함께 반경방향의 연장부(32)가 형성될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 연장부(32)와 임펠러(10)의 후단은 유체의 유출입을 방지할 수 있도록 밀봉결합될 수 있다. 연장부(32)의 임펠러(10) 쪽 단부에는 단차가 형성되고, 아울러 연장부(32)와 결합하는 임펠러(10)의 후단에도 연장부(32)의 단차에 대응되도록 단차가 형성됨으로써 결합의 정합성이 향상될 수 있다. 아울러, 연장부(32)와 임펠러(10)의 후단 사이에 씰링 부재(34)를 구비하여 결합의 기밀성을 향상시킬 수 있다. 상기 씰링부재(34)는 다양한 종류의 매커니컬 씰을 사용할 수 있으며, 특히 오링(O-ring)을 사용할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 연장부(32)와 임펠러(10)의 후단은 끼워맞춤 방식에 의하여 결합될 수 있다. 구체적으로 연장부(32)의 일단에 형성된 단차부에 오링을 장착하고 임펠러(10)의 후단에 형성된 단차에 억지끼워맞춤 방식으로 결합함으로써 연장부(32)와 임펠러(10)의 후단 사이의 결합부는 밀봉될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 씰링 어셈블리(30)는 연장부(32)와 임펠러(10) 후단의 결합 및 회전몸체부(31)와 샤프트(20)의 결합을 통하여 터보장치에 장착된다. 연장부(32)는 임펠러(10)의 후단에 형성된, 연장부(32)의 단면에 대응하는 형상의 단차부에 결합하고, 회전몸체부(31)는 이하 서술할 바와 같이 나사산(35) 및/또는 접착제를 통하여 샤프트(20)에 결합할 수 있다.
샤프트(20) 상에서 회전몸체부(31)가 결합하는 위치는 회전몸체부(31), 연장부(32) 및 임펠러(10) 단부로 둘러싸인 폐쇠된 내부 공간(33)을 형성하기에 충분한 지점으로 결정되며, 다른 제약이 있는 것은 아니다. 다만, 임펠러(10)와 샤프트(20)가 결합하는 조인트(50)는 임펠러(10)의 후단과 회전몸체부(31)의 사이에 위치할 수 있다. 이 경우, 캐비티(51) 내부로 들어온 임펠러(10) 전면의 저압의 유체가 조인트(50)를 통해 내부 공간(33)으로 유입되어 내부 공간(33)이 저압으로 유지될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 임펠러(10)의 후면으로 누출되는 유체를 밀봉하기 위하여 드라이 가스 씰(40)이 구비될 수 있는데, 이경우 샤프트(20) 상에서 회전몸체부(31)가 결합하는 위치는 회전몸체부(31)의 일단이 드라이 가스 씰(40)과 인접할 수 있도록 결정된다. 이처럼 회전몸체부(31)의 일단이 드라이 가스 씰(40)과 접촉함으로써, 연장부(32)와 임펠러(10) 후단 및 회전몸체부(31)와 샤프트(20) 사이의 결합력을 이용하여 드라이 가스 씰(40)을 축 방향으로 지지하고 드라이 가스 씰(40)이 축 방향으로 이동하는 것을 방지하는 추가적인 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 회전몸체부(31), 연장부(32) 및 임펠러(10) 후단으로 둘러싸인 내부 공간(33)과 임펠러(10)의 후면에 형성된 씰링 어셈블리(30) 외부의 공간 사이에는 유체의 출입이 차단될 수 있다. 따라서 임펠러(10)의 후면으로 유출된 고압의 유체가 씰링 어셈블리(30) 외부에서 상기 내부 공간(33)으로 유입될 수 없고, 내부 공간(33)의 압력은 임펠러(10) 전면과 마찬가지로 저압으로 유지될 수 있어 임펠러(10)에 작용하는 추력이 감소될 수 있다.
한편, 임펠러(10)와 하우징 사이의 틈을 통하여 고압의 유체가 임펠러(10)의 후면으로 유출되는 것을 방지하기 위하여 임펠러(10)의 후면에는 래버런스 씰(labyrinth seal), 플로팅 씰(floating seal), 카본 링 씰(carbon ring seal) 등이 에어 씰로 사용될 수 있다. 특히, 유체의 누출율이 낮은 드라이 가스 씰(dry gas seal, 40)이 사용될 수도 있다.
드라이 가스 씰(40)은 씰 오일(seal oil) 대신 드라이 가스(dry gas)를 사용하는 씰로서, 고정 부품과 회전 부품을 포함한다. 고정 부품과 회전 부품의 사이에는 간극이 형성되어 있고, 상기 간극 내부에 드라이 가스가 작동 유체보다 높은 압력으로 유지됨으로써 작동 유체의 누출을 방지하는 원리이다.
이처럼 드라이 가스 씰(40)은 회전 부품을 포함하기 때문에 고정에 특히 유의해야 하는데, 기존에는 록너트(lock nut)를 사용하여 샤프트(20)에 고정시키는 방식을 채택해왔다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전몸체부(31)의 일단을 드라이 가스 씰(40)의 일단과 인접하게 설치함으로써 드라이 가스 씰(40)의 축방향 이동을 방지할 수 있다. 이를 통하여 종래 록너트의 배치에 사용되던 추가적인 공간을 확보할 필요가 없게 된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 씰링 어셈블리(30)의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 씰링 어셈블리(30)를 축방향으로 절단한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 씰링 어셈블리(30)와 샤프트(20)의 결합부를 확대하여 나타낸 측단면도이다.
도 2에 따르면, 회전몸체부(31)는 중심부에 샤프트와의 결합을 위한 체결구가 형성된 링 형상을 가지고, 회전몸체부(31)의 일단에서 회전몸체부(31)의 축방향으로 임펠러(10) 후단을 향해 연장부(32)가 형성되며, 연장부(32)의 단부에 임펠러(10) 후단과의 결합을 위한 단차가 형성되고, 상기 단차에 오링이 구비되어 연장부(32)와 임펠러(10) 후단사이를 밀봉할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 회전몸체부(31)와 샤프트(20)는 결합에 의해 일체로 회전할 수 있다. 이처럼 일체로 회전하는 경우, 회전몸체부(31)와 샤프트(20)의 사이의 상대적인 움직임이 거의 없기 때문에, 결합부를 통한 유체의 누출을 차단할 수 있다.
도 3에 따르면, 회전몸체부(31)와 샤프트(20)가 일체로 회전하기 위하여 나사 결합이 이용될 수 있다. 샤프트(20)와 결합되는 회전몸체부(31)의 내주면 상에는 나사산(35)이 형성되고, 샤프트(20)의 외주면에도 회전몸체부(31)와 결합되는 영역에 회전몸체부(31)의 나사산(35)에 대응되는 나사산(35)이 형성되어 회전몸체부(31)와 샤프트(20) 사이에 나사 결합이 이루어질 수 있다. 이처럼 회전몸체부(31)와 샤프트(20) 사이에 나사결합을 형성할 경우, 설치의 용이성 및 결합의 견고성을 확보할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 록타이트(Loctite) 등의 접착제를 사용하여 회전몸체부(31)와 샤프트(20)를 결합시킬 수도 있다. 접착제를 사용하는 방법에 의하면 결합의 기밀성을 향상시킬 수 있다.
도 4에 따르면 회전몸체부(31)와 샤프트(20)를 서로 대응되는 나사산(35)에 의해 결합시키는 동시에, 회전 몸체부와 샤프트(20)의 결합면에 형성된 나사산(35)의 대응영역에 접착제를 도포(36)하여, 회전몸체부(31)와 샤프트(20) 간 결합의 견고성 및 기밀성을 향상시킬 수도 있다. 이경우, 내부 공간(33)의 유체가 본 발명의 씰링 어셈블리(30) 외부로 유출되는 것을 더 효과적으로 방지할 수 있고, 본 발명의 씰링 어셈블리(30)와 인접하게 설치되어 있는 드라이 가스 씰(40)도 더 견고하게 고정시킬 수 있다.
이하에서는 지금까지 살펴본 씰링 어셈블리(30)의 각 구성 및 터보장치의 각 구성과 씰링 어셈블리(30) 사이의 결합관계를 바탕으로, 임펠러(10)에 작용하는 추력 저감 원리에 대해 살펴본다.
도 5(a)는 본 발명의 씰링 어셈블리(30)가 구비되지 않은 경우 임펠러(10) 전면 및 후면의 압력 분포를 표시한 측단면도이다. 도 5(b)는 본 발명의 일 실시예에 따라 씰링 어셈블리(30)가 구비된 경우 임펠러(10) 전면 및 후면의 압력 분포를 표시한 측단면도이다.
도 5(a)에 따르면, 임펠러(10)에의해 흡입된 후 고압으로 변환된 유체 중 일부는 스크롤을 따라 이동하지 못하고 임펠러(10)의 후면으로 유출되어, 임펠러(10)의 후면에서 드라이 가스 씰(40)에 의해 밀봉되는 공간의 압력은 고압으로 유지된다. 본 발명의 씰링 어셈블리(30)가 없는 경우, 임펠러(10)와 샤프트(20) 간의 조인트(50)에는 미세한 이격이 존재하므로 임펠러(10) 후면의 고압의 유체는 상기 조인트(50)를 통하여 캐비티(51) 내부로 유입될 수 있다. 이처럼 임펠러(10)의 후면과 캐비티(51) 내부의 공간에 분포하는 고압의 유체와 임펠러(10)의 전면에 분포하는 저압의 유체 사이의 정압 차이에 의해 임펠러(10)에는 축방향으로 임펠러(10)의 후면에서 전면을 향하는 추력이 발생하게 된다.
반면 도 5(b)에 따르면, 임펠러(10)의 후면으로 유출된 고압의 유체는 본 발명의 씰링 어셈블리(30) 내부 공간(33)으로 유입될 수 없다. 이는 일체로 회전하는 임펠러(10)와 씰링 어셈블리(30), 샤프트(20) 사이의 결합부 즉, 연장부(32)와 임펠러(10) 후단 및 회전몸체부(31)와 샤프트(20) 사이에 각각 밀봉 결합이 이루어지기 때문이다. 한편, 임펠러(10) 전면의 저압의 유체는 캐비티(51)로 유입될 수 있고, 다시 임펠러(10) 샤프트(20) 사이의 조인트(50)를 통해 내부 공간(33)으로 유입될 수 있다. 따라서 씰링 어셈블리(30)의 내부 공간(33) 및 캐비티(51) 내의 압력은 저압으로 유지되어, 씰링 어셈블리(30)를 구비하지 않은 도 5(a)의 경우와 비교하면 임펠러(10) 전후면의 정압 차이가 감소하므로, 임펠러(10)에 작용하는 추력을 저감시킬 수 있다.
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.
10: 임펠러 20: 샤프트
30: 씰링 어셈블리 31: 회전몸체부
32: 연장부 33: 내부 공간
34: 씰링 부재 35: 나사산
36: 접착제 도포부 40: 드라이 가스 씰
50: 조인트 51: 캐비티

Claims (16)

  1. 임펠러의 후단에 장착되는 씰링 어셈블리에 있어서,
    상기 임펠러의 후단에서 상기 임펠러와 결합하는 샤프트를 감싸도록 링 형상을 가지는 회전몸체부; 및
    상기 회전몸체부와 상기 임펠러의 후단 사이에 내부 공간을 형성하도록 상기 회전몸체부에서 상기 임펠러의 후단으로 연장되는 연장부를 포함하되,
    상기 연장부는 상기 임펠러의 후단과 밀봉 결합을 하는, 씰링 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연장부는 씰링 부재를 통해 상기 임펠러의 후단과 밀봉 결합을 하는, 씰링 어셈블리.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 연장부는 씰링 부재를 통해 상기 임펠러의 후단과 끼워맞춤 결합을 하는, 씰링 어셈블리.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 씰링 부재는 오링(O-ring)인, 씰링 어셈블리.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연장부는,
    상기 회전몸체부에서 상기 회전몸체부의 축 방향으로 연장되거나, 상기 회전몸체부의 반경 방향 및 축 방향으로 연장되는, 씰링 어셈블리.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 회전몸체부는 상기 샤프트와 일체로 회전하는, 씰링 어셈블리.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 회전몸체부는,
    상기 회전몸체부의 상기 샤프트와 결합되는 면에 나사산이 형성되고, 상기 회전몸체부에 형성되는 나사산에 대응되도록 상기 샤프트에 형성된 나사산에 의해 상기 샤프트와 결합되는, 씰링 어셈블리.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 회전몸체부는 접착제를 통해 상기 샤프트와 밀봉 접착되는, 씰링 어셈블리.
  9. 고속으로 회전하며 유체를 흡입하는 임펠러;
    상기 임펠러의 후단에서 상기 임펠러와 결합하여 상기 임펠러와 일체로 회전하는 샤프트; 및
    상기 임펠러의 후단에 구비되어 상기 임펠러에 작용하는 추력을 저감시키는 씰링 어셈블리를 포함하고,
    상기 씰링 어셈블리는,
    상기 샤프트를 감싸도록 링 형상을 가지는 회전몸체부; 및
    상기 회전몸체부와 상기 임펠러의 후단 사이에 내부 공간을 형성하도록 상기 회전몸체부에서 상기 임펠러의 후단으로 연장되는 연장부를 포함하되,
    상기 연장부는 상기 임펠러의 후단과 밀봉 결합을 하는, 터보장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 연장부는 씰링 부재를 통해 상기 임펠러의 후단과 밀봉 결합을 하는, 터보장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 연장부는 씰링 부재를 통해 상기 임펠러의 후단과 끼워맞춤 결합을 하는, 터보장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 씰링 부재는 오링(O-ring)인, 터보장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 연장부는,
    상기 회전몸체부에서 상기 회전몸체부의 축 방향으로 연장되거나, 상기 회전몸체부의 반경 방향 및 축 방향으로 연장되는, 터보장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 회전몸체부는 상기 샤프트와 일체로 회전하는, 터보장치.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 회전몸체부는,
    상기 회전몸체부의 상기 샤프트와 결합되는 면에 나사산이 형성되고, 상기 회전몸체부에 형성되는 나사산에 대응되도록 상기 샤프트에 형성된 나사산에 의해 상기 샤프트와 결합되는, 터보장치.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 회전몸체부는 접착제를 통해 상기 샤프트와 밀봉 접착되는, 터보장치.
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