WO2017126742A1 - 유체 이송 장치 - Google Patents

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WO2017126742A1
WO2017126742A1 PCT/KR2016/004008 KR2016004008W WO2017126742A1 WO 2017126742 A1 WO2017126742 A1 WO 2017126742A1 KR 2016004008 W KR2016004008 W KR 2016004008W WO 2017126742 A1 WO2017126742 A1 WO 2017126742A1
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WO
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groove
housing
fluid
blade
transfer device
Prior art date
Application number
PCT/KR2016/004008
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English (en)
French (fr)
Inventor
이원석
Original Assignee
한화테크윈 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한화테크윈 주식회사 filed Critical 한화테크윈 주식회사
Publication of WO2017126742A1 publication Critical patent/WO2017126742A1/ko

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D3/00—Axial-flow pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00—Axial-flow pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/54—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing

Definitions

  • the present invention relates to a device, and more particularly to a fluid transfer device.
  • the fluid transfer device may rotate the blade to transfer the fluid.
  • a fluid transfer device may include a fan assembly, a compressor, and the like.
  • the fan assembly may include a rotating shaft rotatably installed in the housing and a blade installed on the rotating shaft.
  • the rotating shaft may be connected to a driving unit such as an external motor, and the rotating shaft may rotate in accordance with the operation of the driving unit.
  • the blade can rotate to transfer the fluid.
  • the compressor may include a rotating shaft rotatably installed in the housing and a blade installed on the rotating shaft, and may include a driving unit connected to the rotating shaft.
  • the driving unit may include a turbine, a combustor, and the like.
  • Such a compressor may compress the fluid as the driving unit operates to supply the fluid to the driving unit or an external device.
  • the flow loss and abnormal flow of the fluid may occur in the space between the blade and the housing when the blade rotates. This flow loss can reduce the performance of the fluid transfer device. In addition, surge margin may be reduced due to abnormal flow.
  • Such a fluid transfer device is specifically disclosed in Korean Patent Publication No. 2012-0013501 (Invention name: Casing groove optimal design method of the axial compressor, Applicant: Inha University Industry-Academic Cooperation Foundation).
  • Embodiments of the present invention seek to provide a fluid transfer device.
  • One aspect of the present invention includes a housing, a rotating shaft rotatably disposed inside the housing, and a blade installed on the rotating shaft, and including at least one groove on a surface of the housing facing the tip of the blade ( Groove) is formed, and the groove may provide a fluid transfer device having a triangular shape in the longitudinal direction of the housing.
  • Embodiments of the present invention can increase surge margins and reduce flow losses occurring in the space between the blade and the housing. Embodiments of the present invention can also improve performance while effectively maintaining the strength of the housing.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating an industrial fluid machine including a fluid transfer device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an embodiment of the fluid transfer device shown in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the groove of the housing shown in FIG.
  • 4A and 4B are cross-sectional views showing a third embodiment of the groove of the housing shown in FIG. 2.
  • 5A and 5B are cross-sectional views showing a fourth embodiment of the groove of the housing shown in FIG. 2.
  • 6A and 6B are sectional views showing a fifth embodiment of the groove of the housing shown in FIG.
  • One aspect of the present invention includes a housing, a rotating shaft rotatably disposed inside the housing, and a blade installed on the rotating shaft, and including at least one groove on a surface of the housing facing the tip of the blade ( Groove) is formed, and the groove may provide a fluid transfer device having a triangular shape in the longitudinal direction of the housing.
  • the groove point formed at the innermost side of the housing may be arranged to be eccentric from the center of the long side of the groove.
  • the groove point formed at the innermost side of the housing may be disposed downstream from the center of the long side of the groove in the flow direction of the fluid.
  • the housing is formed in a cylindrical shape, the groove may be formed on the inner surface of the housing to form a closed loop (closed-loop).
  • a plurality of grooves may be provided, and the plurality of grooves may be different in size from each other.
  • the groove is provided in plurality, the size of each of the plurality of grooves may be sequentially increased or decreased in accordance with the flow direction of the fluid.
  • the groove may be in the form of a right triangle.
  • a straight line perpendicular to the inner surface of the housing may be disposed downstream of the groove portion in the flow direction of the fluid.
  • the vane may be further provided in the housing.
  • the groove may be formed in the housing so as to face a path in which the tip of the blade moves when the blade rotates.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating an industrial fluid machine including a fluid transfer device according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a cross-sectional view showing an embodiment of the fluid transfer device shown in FIG.
  • the industrial fluid machinery 10 may be formed in various ways.
  • the essay fluid machine 10 may include an engine, an air conditioning machine, or the like.
  • the industrial fluid machinery 10 will be described in detail with reference to a case including an engine.
  • the industrial fluid machinery 10 may include a fluid transfer device 100, a heat source 200, and a drive 300.
  • the fluid transfer device 100 may include a fan assembly, a compressor, and the like.
  • the heat source 200 may include a boiler, a combustor, and the like.
  • the fluid transfer device 100 will be described in detail with reference to a case including a compressor for convenience of description.
  • the fluid transfer device 100 may include a housing 110, a rotation shaft 120, a blade 140, and a vane 150.
  • the housing 110 may have a space formed therein, and fluid may pass therethrough.
  • the housing 110 may be formed in a cylindrical shape, it may be formed so that the space inside. That is, the housing 110 may be formed by rotating based on the center line of the rotation shaft 120 of FIG. 2.
  • At least one groove may be formed in the housing 110.
  • the groove 130 may be formed on an inner surface of the housing 110 that faces the tip 141 of the rotating blade 140.
  • the groove 130 may be formed to be drawn in from the inner surface of the housing 110 and may be formed in a triangular shape.
  • the groove 130 may be in the form of a right triangle.
  • the groove 130 may have a general triangular shape.
  • the groove 130 as described above may be formed to be introduced into the housing 110 from the inner surface of the housing 110.
  • the point I of the groove 130 formed at the innermost side of the housing 110 may be formed to be eccentric from the center of the long side S1 of the groove 130.
  • the point I of the groove 130 formed at the innermost side of the housing 110 may be disposed downstream from the center C of the long side S1 of the groove 130 in the flow direction A of the fluid 130. have.
  • the fluid rotates and then the groove 130 is rotated.
  • the groove 130 may induce a uniform flow of the fluid by reducing the speed by storing a portion of the fluid flowing between the tip 141 of the blade 140 and the housing 110.
  • the grooves 130 may be formed to extend with each other along the inner surface of the housing 110. That is, the groove 130 may extend and be connected to an inner surface of the housing 110 opposite to a path formed by the tip 141 of the blade 140 when the blade 140 rotates. Therefore, the groove 130 may be formed on the inner surface of the housing 110 in the form of a closed loop on the inner surface of the housing 110. That is, when the housing 110 has a cylindrical shape with a space formed therein, the inner circumferential surface of the housing 110 may have a circular shape, and the groove portion 130 forms a ring shape along the inner circumferential surface of the housing 110. can do. In addition, the groove 130 may be formed on the inner surface of the housing 110 so as to correspond to a path through which the tip 141 passes when the blade 140 rotates.
  • the vane 150 may be installed in the housing 110.
  • the vane 150 may be disposed to alternate with the blade 140.
  • the vanes 150 may be disposed between adjacent blades 140, and the blades 140 may be disposed between adjacent vanes 150.
  • the blade 140 and the vane 150 may be disposed to be spaced apart from each other in the longitudinal direction of the housing 110 so that the blade 140 and the vane 150 do not interfere with each other when the blade 140 rotates. have.
  • the rotation shaft 120 may rotate in accordance with the operation of the drive unit 300.
  • the driving unit 300 may include a motor, an engine, a combustor, a turbine, and the like.
  • the blade 140 When the rotating shaft 120 rotates, the blade 140 may also rotate together. In this case, the blade 140 may rotate in the housing 110. As the blade 140 rotates, the fluid may move inside the housing 110.
  • the fluid may collide with the tip 141 portion of the blade 140 between the tip 141 portion of the blade 140 and the inner surface of the housing 110 to generate irregular flow.
  • a gap loss may occur when the fluid moves.
  • the fluid transfer device 100 may not operate normally.
  • vibration may occur in the housing 110, and the efficiency of the fluid transfer device 100 may be lowered due to a malfunction of the fluid transfer device 100.
  • the groove 130 when the groove 130 is formed on the inner surface of the housing 110 as described above, the groove 130 lowers and temporarily stores a portion of the irregular fluid generated at the tip 141 of the blade 140. Solve problems like In particular, the groove 130 may help the stable operation of the fluid transfer device 100 by widening the range of surge margin of the fluid transfer device 100 than when using a housing without the groove 130 as described above.
  • the groove 130 may be formed on the inner surface of the housing 110 on the upstream side with respect to the flow direction A of the fluid.
  • one groove 130 may be formed inside the housing 110 to correspond to a leading edge 142 of the blade 140.
  • the fluid may press the inner surface of the housing 110 or the housing 110 may vibrate according to the flow of the fluid.
  • stress may be concentrated according to the shape of the groove 130.
  • the groove 130 has a rectangular shape, stress is concentrated at the bent portion, so that the housing 110 may be broken or damaged when the fluid is moved.
  • stress concentrations may occur at the first bent portions of the rectangular grooves upstream in the flow direction A of the fluid.
  • the housing 110 may be easily broken or damaged by an external force.
  • the groove 130 may be bent at a downstream side of the flow direction A of the fluid to avoid stress concentration than the rectangular groove.
  • the groove 130 according to the embodiments of the present invention is formed in order to reduce the thickness of the housing 110 to the deepest point of the other groove 130 in the connection portion between the adjacent grooves 130 to the external force It is possible to improve the opposing force of the housing 110 against.
  • the fluid moving in accordance with the rotation of the blade 140 may pass through the housing 110 through the vane (150). In this case, it may be supplied to the driving unit 300 or an external device through a separate flow path disposed at the rear end of the housing 110.
  • the fluid transfer device 100 may increase the range of surge margin and reduce the flow loss occurring in the space between the blade 140 and the housing 110. In addition, the fluid transfer device 100 may improve performance while effectively maintaining the strength of the housing 110.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the groove of the housing shown in FIG.
  • a plurality of grooves 130a may be provided.
  • the plurality of grooves 130a may be disposed to be spaced apart from each other.
  • the plurality of grooves 130a may be formed on the inner surface of the housing 110 opposite to the tip (not shown) portion of the blade (not shown).
  • the plurality of grooves 130a may not only reduce the pressure loss of the fluid generated in the gap between the blade and the housing 110 but also maintain the strength of the housing 110 at a constant level. It is possible.
  • 4A and 4B are cross-sectional views showing a third embodiment of the groove of the housing shown in FIG. 2.
  • a plurality of grooves 130b may be provided as described above.
  • the plurality of grooves 130b may include a first groove 131b and a second groove 132b.
  • the first groove 131b and the second groove 132b may be formed to be spaced apart from each other, and the first groove 131b may be disposed upstream from the second groove 132b based on the flow direction of the fluid. .
  • the sizes of the first groove 131b and the second groove 132b may be different from each other.
  • the first groove 131b may be formed larger than the second groove 132b, or as shown in FIG. 4B, the second groove 132b may be formed larger than the first groove 131b.
  • the fluid flowing inside the housing 110 may have a uniform flow while sequentially passing through the first groove 131b and the second groove 132b.
  • 5A and 5B are cross-sectional views showing a fourth embodiment of the groove of the housing shown in FIG. 2.
  • a plurality of grooves 130c may be provided.
  • the plurality of grooves 130c may include a first groove 131c, a second groove 132c, and a third groove 133c.
  • the first groove 131c may be disposed at the most upstream side with respect to the flow direction A of the fluid
  • the third groove 133c may be disposed at the most downstream side.
  • the second groove 132c may be disposed between the first groove 131c and the third groove 133c.
  • the first groove 131c, the second groove 132c, and the third groove 133c may be spaced apart from each other.
  • the first groove 131c to the third groove 133c may be formed to have different sizes.
  • sizes of the first groove 131c and the second groove 132c may be different from each other, and sizes of the second groove 132c and the third groove 133c may be different from each other.
  • the size of the second groove 132c may be different from that of the first groove 131c, and the sizes of the first groove 131c and the third groove 133c may be the same.
  • the first groove 131c and the third groove 133c may be formed symmetrically with respect to the second groove 132c.
  • the second groove 132c may have the smallest size, and the first groove 131c and the third groove 133c may be formed larger than the second groove 132c.
  • the first groove 131c and the third groove 133c may be formed to have the same size and may be formed in the housing 110 symmetrically about the second groove 132c.
  • the second groove 132c may have the largest size, and the first groove 131c and the third groove 133c may be formed smaller than the second groove 132c.
  • the first groove 131c and the third groove 133c may have the same size and may be disposed in a symmetrical position with respect to the second groove 132c.
  • the fluid may be sequentially reduced in speed or changed to regular flow while passing through the first grooves 131c to the third grooves 133c.
  • 6A and 6B are sectional views showing a fifth embodiment of the groove of the housing shown in FIG.
  • a plurality of grooves 130d may be provided.
  • the plurality of grooves 130d may include a first groove 131d, a second groove 132d, and a third groove 133d.
  • the first groove 131d to the third groove 133d may be spaced apart from each other, and may have different sizes.
  • the first groove 131d to the third groove 133d may be formed to sequentially increase in size along the flow direction A of the fluid.
  • the first grooves 131d to 133d may be formed to sequentially decrease in size along the flow direction A of the fluid.
  • At least one of the first grooves 131d to 133d as described above may have a right triangle shape.
  • the line segment perpendicular to the inner surface of the housing 110 of the right triangle may be disposed on the downstream side based on the flow direction A of the fluid. In this case, as the fluid is transported, the speed is reduced or a uniform flow can be formed to minimize flow loss during rotation of the blade (not shown).
  • embodiments of the present invention can be applied to a turbine, an engine, a compressor and the like.

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Abstract

본 발명은 유체 이송 장치를 개시한다. 본 발명은, 하우징과, 상기 하우징의 내부에 회전 가능하도록 배치되는 회전축과, 상기 회전축에 설치되는 블레이드를 포함하고, 상기 블레이드의 팁과 대향하는 상기 하우징의 표면에 적어도 하나 이상의 그루브(Groove)가 형성되고, 상기 그루브는 상기 하우징의 길이 방향의 형상이 삼각형이다.

Description

유체 이송 장치
본 발명은 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유체 이송 장치에 관한 것이다.
유체 이송 장치는 블레이드를 회전시켜 유체를 이송시킬 수 있다. 이러한 유체 이송 장치에는 팬 어셈블리, 압축기 등이 포함될 수 있다. 팬 어셈블리는 하우징 내부에 회전 가능하도록 설치되는 회전축과, 회전축에 설치된 블레이드를 포함할 수 있다. 이때, 회전축은 외부의 모터 등과 같은 구동부에 연결될 수 있으며, 구동부의 작동에 따라서 회전축이 회전할 수 있다. 이러한 경우 블레이드가 회전함으로써 유체를 이송시킬 수 있다. 압축기는 하우징 내부에 회전 가능하도록 설치되는 회전축과, 회전축에 설치되는 블레이드를 포함할 수 있으며, 회전축과 연결되는 구동부를 포함할 수 있다. 이때, 구동부는 터빈, 연소기 등을 포함할 수 있다. 이러한 압축기는 구동부가 작동함에 따라서 유체를 압축하여 구동부나 외부의 장치로 유체를 공급할 수 있다.
상기와 같은 유체 이송 장치의 경우 블레이드의 회전 시 블레이드와 하우징 사이의 공간에서는 유체의 유동 손실 및 비정상 유동이 발생할 수 있다. 이러한 유동 손실로 인하여 유체 이송 장치의 성능이 저하될 수 있다. 또한, 비정상 유동으로 인하여 서지마진이 작아질 수 있다.
이러한 유체 이송 장치는 대한민국공개특허 제2012-0013501호(발명의 명칭 : 축류압축기의 케이싱 그루브 최적설계방법, 출원인 : 인하대학교 산학협력단)에 구체적으로 개시되어 있다.
본 발명의 실시예들은 유체 이송 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면은, 하우징과, 상기 하우징의 내부에 회전 가능하도록 배치되는 회전축과, 상기 회전축에 설치되는 블레이드를 포함하고, 상기 블레이드의 팁과 대향하는 상기 하우징의 표면에 적어도 하나 이상의 그루브(Groove)가 형성되고, 상기 그루브는 상기 하우징의 길이 방향의 형상이 삼각형인 유체 이송 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 서지마진을 증가시키고 블레이드와 하우징 사이의 공간에서 발생하는 유동 손실을 감소시킬 수 있다. 또한 본 발명의 실시예들은 하우징의 강도를 효과적으로 유지하면서 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 이송 장치를 포함하는 산업용 유체 기계장치를 보여주는 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시된 유체 이송 장치의 일 실시예를 보여주는 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 하우징의 그루브의 제2 실시예를 보여주는 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 2에 도시된 하우징의 그루브의 제3 실시예를 보여주는 단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 도 2에 도시된 하우징의 그루브의 제4 실시예를 보여주는 단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 도 2에 도시된 하우징의 그루브의 제5 실시예를 보여주는 단면도이다.
본 발명의 일 측면은, 하우징과, 상기 하우징의 내부에 회전 가능하도록 배치되는 회전축과, 상기 회전축에 설치되는 블레이드를 포함하고, 상기 블레이드의 팁과 대향하는 상기 하우징의 표면에 적어도 하나 이상의 그루브(Groove)가 형성되고, 상기 그루브는 상기 하우징의 길이 방향의 형상이 삼각형인 유체 이송 장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 하우징의 가장 내측에 형성된 상기 그루브 지점은 상기 그루브의 장변의 중심으로부터 편심되도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 하우징의 가장 내측에 형성된 상기 그루브 지점은 상기 유체의 흐름 방향으로 상기 그르부의 장변의 중심보다 하류측에 배치될 수 있다.
또한, 상기 하우징은 원기둥 형태로 형성되며, 상기 그루브는 클로즈드 루프(closed-loop)를 형성하도록 상기 하우징 내면에 형성될 수 있다.
또한, 상기 그루브는 복수개 구비되며, 상기 복수개의 그루브는 각각 크기가 서로 상이할 수 있다.
또한, 상기 그루브는 복수개 구비되며, 상기 복수개의 그루브 각각의 크기는 유체의 흐름 방향에 따라서 순차적으로 증가하거나 감소할 수 있다.
또한, 상기 그루브는 직삼각형 형태일 수 있다.
또한, 상기 그루부 중 상기 하우징의 내면과 수직한 직선은 유체의 흐름 방향으로 하류 측에 배치될 수 있다.
또한, 상기 하우징에 설치되는 베인부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 그루브는 상기 블레이드의 회전 시 상기 블레이드의 팁이 이동하는 경로와 대향하도록 상기 하우징에 형성될 수 있다.
본 발명은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 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, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 이송 장치를 포함하는 산업용 유체 기계장치를 보여주는 개념도이다. 도 2는 도 1에 도시된 유체 이송 장치의 일 실시예를 보여주는 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 산업용 유체 기계장치(10)는 다양하게 형성될 수 있다. 예를 들면, 산언용 유체 기계장치(10)는 엔진, 공조기계 등을 포함할 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 산업용 유체 기계장치(10)는 엔진을 포함하는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.
산업용 유체 기계장치(10)는 유체 이송 장치(100), 열원(200) 및 구동부(300)를 포함할 수 있다. 이때, 유체 이송 장치(100)는 팬 어셈블리, 압축기 등을 포함할 수 있다. 또한, 열원(200)은 보일러, 연소기 등을 포함할 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 유체 이송 장치(100)가 압축기를 포함하는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.
유체 이송 장치(100)는 하우징(110), 회전축(120), 블레이드(140) 및 베인부(150)을 포함할 수 있다. 하우징(110)은 내부에 공간이 형성될 수 있으며, 유체가 통과할 수 있다. 이때, 하우징(110)은 원기둥 형태로 형성될 수 있으며, 내부의 공간이 가변하도록 형성될 수 있다. 즉, 하우징(110)은 도 2의 회전축(120)의 중심선을 기준으로 회전함으로써 형성되는 형태일 수 있다.
하우징(110) 내부에는 적어도 한 개 이상의 그루브(Groove)가 형성될 수 있다. 이때, 그루브(130)는 회전하는 블레이드(140)의 팁(141)과 대향하는 하우징(110)의 내부면에 형성될 수 있다.
그루브(130)는 하우징(110)의 내부면으로부터 인입되도록 형성될 수 있으며, 삼각형 형태로 형성될 수 있다. 특히, 그루브(130)는 직삼각형 형태일 수 있다. 다른 실시예로써 그루브(130)는 일반적인 삼각형 형태일 수도 있다.
상기와 같은 그루브(130)는 하우징(110)의 내면으로부터 하우징(110) 내부로 인입되도록 형성될 수 있다. 이때, 하우징(110)의 가장 내측에 형성된 그루브(130)의 지점(I)은 그루브(130)의 장변(S1)의 중심으로부터 편심되도록 형성될 수 있다. 구체적으로 하우징(110)의 가장 내측에 형성된 그루브(130)의 지점(I)은 유체의 흐름 방향(A)으로 그루브(130)의 장변(S1)의 중심(C)보다 하류측에 배치될 수 있다. 이러한 경우 유체가 하우징(110) 내부로 유동하면서 그루브(130)를 따라 이동하다가 하우징(110)의 가장 내측에 형성된 그루브(130)의 지점(I)에 도달하면 유체가 선회한 후 그루브(130)를 빠져나감으로써 블레이드(140)의 팁(141) 부분에서 유동 손실이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 그루브(130)는 블레이드(140)의 팁(141)과 하우징(110) 사이로 유동하는 유체의 일부를 저장하여 속도를 저감시킴으로써 유체의 균일한 흐름을 유도할 수 있다.
그루브(130)는 하우징(110)의 내면을 따라 서로 연장되도록 형성될 수 있다. 즉, 그루브(130)는 블레이드(140)가 회전할 때 블레이드(140)의 팁(141)이 형성하는 경로에 대향하는 하우징(110)의 내면에 연장되어 연결될 수 있다. 따라서 그루브(130)는 하우징(110)의 내면에서 클로즈드 루프(Closed-loop) 형태로 하우징(110) 내면에 형성될 수 있다. 즉, 하우징(110)이 내부에 공간이 형성된 원기둥 형태일 경우 하우징(110)의 내주면은 원형을 형성할 수 있으며, 그루부(130)는 하우징(110)의 내주면을 따라 하나의 고리 형태를 형성할 수 있다. 또한, 그루부(130)는 블레이드(140)의 회전 시 팁(141)이 지나가는 경로에 대응되도록 하우징(110)의 내면에 형성될 수 있다.
베인부(150)는 하우징(110)에 설치될 수 있다. 이때, 베인부(150)는 블레이드(140)와 서로 엇갈리도록 배치될 수 있다. 예를 들면, 베인부(150)는 인접하는 블레이드(140) 사이에 배치될 수 있으며, 블레이드(140)는 인접하는 베인부(150) 사이에 배치될 수 있다. 이때, 블레이드(140)와 베인부(150)는 하우징(110)의 길이 방향으로 서로 이격되도록 배치됨으로써 블레이드(140)의 회전 시 블레이드(140)와 베인부(150)가 서로 간섭되지 않도록 할 수 있다.
한편, 상기와 같은 유체 이송 장치(100)의 작동을 살펴보면, 구동부(300)의 작동에 따라 회전축(120)이 회전할 수 있다. 이때, 구동부(300)는 모터, 엔진, 연소기, 터빈 등을 포함할 수 있다.
회전축(120)이 회전하면 블레이드(140)도 함께 회전할 수 있다. 이때, 블레이드(140)는 하우징(110) 내부에서 회전할 수 있다. 블레이드(140)의 회전에 따라서 유체가 하우징(110) 내부를 이동할 수 있다.
상기와 같은 경우 블레이드(140)의 팁(141) 부분과 하우징(110) 내면 사이에서는 유체가 블레이드(140)의 팁(141) 부분과 충돌하여 불규칙 유동이 발생할 수 있다. 특히 하우징(110) 내면이 별도의 그루브(130) 등이 형성되지 않는 경우 유체의 이동 시 간극 손실이 발생할 수 있다. 이러한 경우 블레이드(140)의 회전에 따라서 압력손실이 발생하거나 서지마진(Surge margine)의 범위가 축소됨으로써 유체 이송 장치(100)가 정상적으로 작동하지 않을 수 있다. 특히 상기와 같은 경우 하우징(110)에서는 진동이 발생할 수 있으며, 유체 이송 장치(100)가 오작동함으로써 유체 이송 장치(100)의 효율이 저하될 수 있다.
그러나 상기와 같이 하우징(110)의 내면에 그루브(130)가 형성되는 경우 그루브(130)가 블레이드(140)의 팁(141)에서 발생하는 불규칙한 유체의 일부의 속도를 저하시키고 일시적으로 저장함으로써 상기와 같은 문제를 해결할 수 있다. 특히 그루브(130)는 유체 이송 장치(100)의 서지마진의 범위를 상기와 같이 그루브(130)가 없는 하우징을 사용하는 경우보다 넓힘으로써 유체 이송 장치(100)의 안정적인 운전을 도와줄 수 있다.
상기와 같은 그루브(130)가 하우징(110)의 내면에 하나만 형성되는 경우 유체의 흐름 방향(A) 대해서 상류측의 하우징(110) 내면에 형성될 수 있다. 특히 하나의 그루브(130)는 블레이드(140)의 리딩에지(142,Leading edge) 부분에 대응되도록 하우징(110) 내부에 형성될 수 있다.
상기와 같이 블레이드(140)가 회전하는 경우 유체는 하우징(110) 내면이 가압하거나 유체의 흐름에 따라서 하우징(110)이 진동할 수 있다. 이러한 경우 그루브(130)의 형태에 따라서 응력이 집중될 수 있다. 구체적으로 그루브(130)의 형태가 사각형인 경우 절곡된 부분에서는 응력이 집중됨으로써 유체의 이동 시 하우징(110)이 파단되거나 손상될 수 있다. 특히 유체의 흐름 방향(A)에서 상류측에 있는 사각형 그르부의 가장 먼저 절곡된 부분에서 응력 집중이 발생할 수 있다. 또한, 그루브(130) 사이의 간격이 좁은 경우 외부 힘에 의해 하우징(110)이 쉽게 파손되거나 손상될 수 있다. 그러나 본 발명의 실시예들에 따른 그루브(130)를 구비하는 경우 그루브(130)가 유체의 흐름 방향(A)의 하류 측에 절곡된 부분이 존재하여 사각형 그루브보다 응력 집중을 회피할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따른 그루브(130)는 인접한 그루브(130) 사이의 연결 부분에서 다른 그루브(130)의 가장 깊은 지점까지 순차적으로 하우징(110)의 두께가 작아지게 형성됨으로써 외력에 대한 하우징(110)의 대향력을 향상시킬 수 있다.
한편, 상기와 같이 블레이드(140)의 회전에 따라 이동하는 유체는 베인부(150)를 지나 하우징(110)을 통과할 수 있다. 이때, 하우징(110) 후단에 배치되는 별도의 유로를 통하여 구동부(300) 또는 외부의 장치로 공급될 수 있다.
따라서 유체 이송 장치(100)는 서지마진의 범위를 증가시키고 블레이드(140)와 하우징(110) 사이의 공간에서 발생하는 유동 손실을 감소키실 수 있다. 또한, 유체 이송 장치(100)는 하우징(110)의 강도를 효과적으로 유지하면서 성능을 향상시킬 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 하우징의 그루브의 제2 실시예를 보여주는 단면도이다.
도 3을 참고하면, 그루브(130a)는 복수개 구비될 수 있다. 이때, 복수개의 그루브(130a)는 서로 이격되도록 배치될 수 있다. 특히 복수개의 그루브(130a)는 블레이드(미도시)의 팁(미도시) 부분에 대향하는 하우징(110)의 내면에 형성될 수 있다.
상기와 같은 복수개의 그루브(130a)는 상기에서 설명한 것과 같이 상기 블레이드와 하우징(110) 사이의 간격에서 발생하는 유체의 압력손신을 저감시킬 뿐만 아니라 하우징(110)의 강도를 일정 수준으로 유지하는 것이 가능하다.
도 4a 및 도 4b는 도 2에 도시된 하우징의 그루브의 제3 실시예를 보여주는 단면도이다.
도 4a 및 도 4b를 참고하면, 그루브(130b)는 상기에서 설명한 것과 같이 복수개 구비될 수 있다. 이때, 복수개의 그루브(130b)는 제1 그루브(131b)와 제2 그루브(132b)를 포함할 수 있다.
제1 그루브(131b)와 제2 그루브(132b)는 서로 이격되도록 형성될 수 있으며, 제1 그루브(131b)가 제2 그루브(132b)보다 유체의 흐름 방향을 기준으로 상류측에 배치될 수 있다.
이때, 제1 그루브(131b)와 제2 그루브(132b)의 크기는 서로 상이하게 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 4a에서와 같이 제1 그루브(131b)가 제2 그루브(132b)보다 크게 형성되거나 도 4b에서와 같이 제2 그루브(132b)가 제1 그루브(131b)보다 크게 형성될 수 있다. 이러한 경우 하우징(110) 내부를 유동하는 유체가 순차적으로 제1 그루브(131b) 및 제2 그루브(132b)를 통과하면서 균일한 흐름을 갖을 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 도 2에 도시된 하우징의 그루브의 제4 실시예를 보여주는 단면도이다.
도 5a 및 도 5b를 참고하면, 그루브(130c)는 복수개 구비될 수 있다. 이때, 복수개의 그루브(130c)는 제1 그루브(131c), 제2 그루브(132c) 및 제3 그루브(133c)를 포함할 수 있다. 상기와 같은 경우 유체의 흐름 방향(A)에 대해서 제1 그루브(131c)가 가장 상류측에 배치될 수 있으며, 제3 그루브(133c)는 가장 하류측에 배치될 수 있다. 또한, 제2 그루브(132c)는 제1 그루브(131c)와 제3 그루브(133c) 사이에 배치될 수 있다.
제1 그루브(131c), 제2 그루브(132c) 및 제3 그루브(133c)는 서로 이격되도록 배치될 수 있다. 또한, 제1 그루브(131c) 내지 제3 그루브(133c)는 서로 상이한 크기로 형성될 수 있다. 예를 들면, 제1 그루브(131c)와 제2 그루브(132c)의 크기가 서로 상이하고, 제2 그루브(132c)와 제3 그루브(133c)의 크기가 서로 상이할 수 있다. 다른 실시예로써 제2 그루브(132c)의 크기는 제1 그루브(131c)의 크기와 상이하고 제1 그루브(131c)와 제3 그루브(133c)의 크기는 서로 동일할 수 있다. 이때, 제1 그루브(131c)와 제3 그루브(133c)는 제2 그루브(132c)를 중심으로 서로 대칭적으로 형성되는 것도 가능하다.
예를 들면, 도 5a에서와 같이 제2 그루브(132c)가 가장 작은 크기로 형성되며, 제1 그루브(131c)와 제3 그루브(133c)는 제2 그루브(132c)보다 크게 형성될 수 있다. 이때, 제1 그루브(131c)와 제3 그루브(133c)는 서로 동일한 크기로 형성될 수 있으며, 제2 그루브(132c)를 중심으로 대칭되게 하우징(110)에 형성될 수 있다.
도 5b에서와 같이 제2 그루브(132c)가 가장 큰 크기로 형성되며, 제1 그루브(131c)와 제3 그루브(133c)는 제2 그루브(132c)보다 작게 형성될 수 있다. 이때, 제1 그루브(131c)와 제3 그루브(133c)는 서로 동일한 크기로 형성되어 제2 그루브(132c)를 중심으로 대칭된 위치에 배치될 수 있다.
상기와 같은 경우 유체는 제1 그루브(131c) 내지 제3 그루브(133c)를 통과하면서 순차적으로 속도가 저감되거나 규칙적인 유동으로 변화할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 도 2에 도시된 하우징의 그루브의 제5 실시예를 보여주는 단면도이다.
도 6a 및 도 6b를 참고하면, 그루브(130d)는 복수개 구비될 수 있다. 이때, 복수개의 그루브(130d)는 제1 그루브(131d), 제2 그루브(132d) 및 제3 그루브(133d)를 포함할 수 있다.
제1 그루브(131d) 내지 제3 그루브(133d)는 서로 이격되도록 배치될 수 있으며, 서로 크기가 상이할 수 있다. 예를 들면, 도 6a에서와 같이 유체의 흐름 방향(A)을 따라 제1 그루브(131d) 내지 제3 그루브(133d)는 크기가 순차적으로 커지도록 형성될 수 있다. 또한, 도 6b에서와 같이 유체의 흐름 방향(A)을 따라 제1 그루브(131d) 내지 제3 그루브(133d)는 크기가 순차적으로 작아지도록 형성되는 것도 가능하다.
상기와 같은 제1 그루브(131d) 내지 제3 그루브(133d) 중 적어도 하나는 직삼각형 형태일 수 있다. 이때, 직삼각형 중 하우징(110)의 내면과 수직인 선분은 유체의 흐름 방향(A)을 기준으로 하류측에 배치될 수 있다. 이러한 경우 유체가 이송되면서 속도가 저감되거나 균일한 흐름을 형성함으로써 블레이드(미도시)의 회전 시 유동 손시를 최소화할 수 있다.
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.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 유동 손실을 최소화하는 유체 이송 장치를 제공하여, 터빈, 엔진, 압축기 등에 본 발명의 실시예들을 적용할 수 있다.

Claims (10)

  1. 하우징;
    상기 하우징의 내부에 회전 가능하도록 배치되는 회전축; 및
    상기 회전축에 설치되는 블레이드;를 포함하고,
    상기 블레이드의 팁과 대향하는 상기 하우징의 표면에 적어도 하나 이상의 그루브(Groove)가 형성되고, 상기 그루브는 상기 하우징의 길이 방향의 형상이 삼각형인 유체 이송 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징의 가장 내측에 형성된 상기 그루브 지점은 상기 그루브의 장변의 중심으로부터 편심되도록 배치되는 유체 이송 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 하우징의 가장 내측에 형성된 상기 그루브 지점은 상기 유체의 흐름 방향으로 상기 그르부의 장변의 중심보다 하류측에 배치되는 유체 이송 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징은 원기둥 형태로 형성되며,
    상기 그루브는 클로즈드 루프(closed-loop)를 형성하도록 상기 하우징 내면에 형성되는 유체 이송 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 그루브는 복수개 구비되며,
    상기 복수개의 그루브는 각각 크기가 서로 상이한 유체 이송 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 그루브는 복수개 구비되며,
    상기 복수개의 그루브 각각의 크기는 유체의 흐름 방향에 따라서 순차적으로 증가하거나 감소하는 유체 이송 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 그루브는 직삼각형 형태인 유체 이송 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 그루부 중 상기 하우징의 내면과 수직한 직선은 유체의 흐름 방향으로 하류 측에 배치된 유체 이송 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징에 설치되는 베인부;를 더 포함하는 유체 이송 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 그루브는 상기 블레이드의 회전 시 상기 블레이드의 팁이 이동하는 경로와 대향하도록 상기 하우징에 형성되는 유체 이송 장치.
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