KR102405634B1

KR102405634B1 - 원심 압축기

Info

Publication number: KR102405634B1
Application number: KR1020150144736A
Authority: KR
Inventors: 이원석; 이재명
Original assignee: 한화파워시스템 주식회사
Priority date: 2015-10-16
Filing date: 2015-10-16
Publication date: 2022-06-07
Anticipated expiration: 2035-10-16
Also published as: KR20170044967A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 관한 원심 압축기는, 회전 운동으로 유체에 원심력을 부여하는 임펠러와, 임펠러를 회전 가능 하도록 지지하며, 임펠러에 의해 원심 가속된 유체를 외부로 토출하는 토출부와, 토출부에 연결되어 임펠러에 의해 원심 가속된 유체를 토출부로 가이드하는 스크롤과, 토출부와 스크롤을 연결하는 벌류트 혀를 포함하는 케이스와, 케이스 내부에서 임펠러의 둘레를 따라 배치되는 복수개의 디퓨져 베인과, 디퓨져 베인에 연결되어 디퓨져 베인을 케이스 내부 및 외부 사이에서 승강시키는 구동력을 제공하는 승강구동부와, 승강구동부의 구동으로 인해 케이스의 외부로 이동하는 디퓨져 베인을 수납하는 수납부를 구비한다.

Description

원심 압축기{Centrifugal compressor}

본 발명의 실시예들은 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원심 압축기에 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 임펠러와, 임펠러를 지지하는 스크롤과, 스크롤과 결합하여 유체가 유동하는 내부 공간을 형성하는 쉬라우드를 포함할 수 있다.

한편, 공개특허공보 제1999-0056325호에는 이러한 일반적인 원심 압축기의 구조가 구체적으로 개시되어 있다.

한국 공개특허공보 제1999-0056325호. (1999.7.15. 공개)

본 발명의 실시예들은 디퓨져 베인을 통해 유동하는 유체의 압력 및 속도의 불균일도를 개선한 원심 압축기를 제공하는 것을 주된 과제로 한다.

본 실시예에 있어서, 승강구동부는 유압공급부와 밸브를 구비하며, 유압공급부는 디퓨져 베인의 승강 운동을 위한 구동력을 제공하며, 밸브는 개방 시 유압공급부로부터 공급되는 구동력을 디퓨져 베인으로 전달하여 디퓨져 베인을 승강 구동시키며, 폐쇄 시 유압공급부로부터 디퓨져 베인으로 공급되는 구동력을 차단하여 디퓨져 베인의 승강 구동을 정지시키는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 유압공급부와 밸브를 제어하는 제어부를 더 구비하며, 제어부는 유압공급부의 구동 여부와, 밸브의 개폐 여부를 제어하여 복수개의 디퓨져 베인 중 하나 이상을 승강시키는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 승강구동부는 모터, 피니언 기어 및 랙 기어를 구비하며, 모터는 피니언 기어에 회전력을 제공하며, 랙 기어는 피니언 기어에 연결되어 피니언 기어의 회전 구동에 따라 선형 운동하며, 디퓨져 베인은 랙 기어에 연결되어 랙 기어의 선형 운동에 따라 승강하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 승강구동부 및 수납부는 류트 혀에 인접하는 가변영역에 설치될 수 있다.

본 실시예에 있어서, 임펠러의 중심에 대한 가변영역의 원주방향의 각도가 가변하는 것을 특징으로 할 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

전술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 관한 원심 압축기에 의하면, 케이스 내부에 설치되는 디퓨져 베인의 개수를 조정하여 원심 압축기 내부를 유동하는 유체의 압력과 속도를 균일하게 형성할 수 있다.

물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 원심 압축기를 개략적으로 나타낸 일부 단면도이다.
도 2는 도 1에 나타난 원심 압축기의 일부를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 나타난 원심 압축기를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 3에 나타난 승강구동부 및 디퓨져 베인의 구성을 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 5는 도 3의 A 부분을 확대하여 도 3에 나타난 승강구동부 및 디퓨져 베인의 다른 작동예를 나타낸 확대단면도이다.
도 6는 도 3에 나타난 승강구동부 및 디퓨져 베인의 다른 실시예를 나타낸 확대단면도이다.
도 7은 도 6에 나타난 승강구동부 및 디퓨져 베인의 다른 작동예를 나타낸 확대단면도이다.
도 8은 도 1에 나타난 원심 압축기의 일부를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 9는 도 8의 다른 작동예를 나타내는 평면도이다.
도 10은 도 8의 다른 변형예를 나타내는 평면도이다.
도 11은 도 10의 다른 작동예를 나타내는 평면도이다.

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 관한 원심 압축기를 개략적으로 나타낸 일부 단면도이고, 도 2는 도 1에 나타난 원심 압축기의 일부를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이며, 도 3은 도 1에 나타난 원심 압축기를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 4는 도 3에 나타난 승강구동부 및 디퓨져 베인의 구성을 개략적으로 나타내는 개념도이며, 도 5는 도 3의 A 부분을 확대하여 도 3에 나타난 승강구동부 및 디퓨져 베인의 다른 작동예를 나타낸 확대단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 관한 원심 압축기(100)는 임펠러(110), 케이스(120), 디퓨져 베인(130), 승강구동부(140) 및 수납부(150)를 포함한다.

먼저, 임펠러(110)는 회전 운동으로 유체에 원심력을 부여할 수 있다. 임펠러(110)는 케이스(120)의 내부에 수용되며, 고속으로 회전 가능하도록 케이스(120)의 내부에 수용될 수 있다. 임펠러(110)의 회전축(111)은 백 플레이트(124)에 메카니컬 씰(미도시) 등에 의해 결합됨으로써, 백 플레이트(124)에 대해 회전 가능하면서도 그 결합부분으로 유체가 새지 않도록 할 수 있다.

또한, 임펠러(110)는 회전축(111)을 중심으로 방사상으로 형성되는 복수개의 블레이드(112)를 구비할 수 있다. 이러한 블레이드(112)들은 임펠러(110)의 회전에 따라 함께 회전하며, 이를 통해 케이스(120)의 유입구(126)를 따라 유입되는 유체를 방사상으로 강제 이동시킬 수 있다.

케이스(120)는 전술한 임펠러(110)를 회전 가능하도록 지지하며, 임펠러(110)에 의해 원심 가속되는 유체를 외부로 토출하는 토출부(121)와, 토출부(121)에 연결되어 임펠러(110)에 의해 원심 가속된 유체를 토출부(121)로 가이드하는 스크롤(122)과, 토출부(121)와 스크롤(122)을 연결하는 벌류트 혀(123)를 포함할 수 있다.

여기서, 스크롤(122)은 후술할 쉬라우드(125)의 외측 둘레를 따라 형성되며, 디퓨져 베인(130)을 통해 빠져나온 유체를 유출시킬 수 있다. 상세히, 스크롤(122)은 스파이럴(spiral) 형태의 빈 공간으로써, 원주 방향을 따라 변화하는 넓이의 단면을 가지며, 스크롤(122) 단면의 넓이가 변화함에 따라서 스크롤(122)의 폭도 함께 변화하게 된다.

더 상세히 설명하면, 스크롤(122)의 내부에서 유동하는 유체는 일반적으로 점차적으로 넓어지는 단면을 통과함에 따라 유체의 동압(dynamic pressure)이 정압(static pressure)으로 변화하는 과정을 거친다. 이러한 과정을 거치면서, 원심 압축기(100)의 압력 상승 효과가 증대되며, 이렇게 유동하는 유체가 모여 토출부(121) 쪽으로 인도되어 원심 압축기(100)의 외부로 배출될 수 있다.

또한, 케이스(120)는 임펠러(110)가 회전 가능하도록 설치되는 백 플레이트(124)와, 유체가 유입되는 유입구(126)가 형성되고, 백 플레이트(124)와 함께 후술할 디퓨져 베인(130)을 사이에 두고 백 플레이트(124)에 결합되는 쉬라우드(125)를 더 포함할 수 있다.

상세히, 백 플레이트(124)는 쉬라우드(125)와 함께 임펠러(110) 및 디퓨져 베인(130)을 사이에 두도록 배치되며, 임펠러(110)의 회전축을 강제 구동시키는 기어 박스(미도시)에 결합된다. 백 플레이트(124)에는 임펠러(110)에 의해 원심 가속된 유체의 유속을 감속시켜 유체의 운동 에너지를 정압 에너지로 전환시키는 복수개의 디퓨져 베인(130)이 설치된다.

고정영역(B1)에 해당하는 백 플레이트(124)에는 제2 디퓨져 베인(130b)이 설치되는 설치홈(127)이 형성될 수 있다. 설치홈(127)은 임펠러(110)의 둘레를 일주하도록 백 플레이트(124) 상에 형성될 수 있으며, 후술할 제2 디퓨져 베인(130b)이 설치되는 위치에 형성될 수 있다.

디퓨져 베인(130)은 케이스(120) 내부에 임펠러(110)를 중심으로 그 둘레를 따라 원주를 그리도록 배치될 수 있으며, 임펠러(110)로부터 멀어지는 방향으로 연장되도록 형성된다. 이러한 디퓨져 베인(130)은 에어포일(airfoil) 형상의 단면을 가지나, 그 형상은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 디퓨져 베인(130)은 웨지(wedge) 형태와 같은 다른 형상의 단면으로 형성될 수도 있다.

상세히, 디퓨져 베인(130)은 벌류트 혀(123)에 인접하는 가변영역(A1)에 설치되는 제1 디퓨져 베인(130a)과, 가변영역(A1)을 제외한 나머지 영역인 고정영역(B1)에 설치되는 제2 디퓨져 베인(130b)으로 구분될 수 있다.

후술하겠으나, 가변영역(A1)에 설치되는 제1 디퓨져 베인(130a)은 케이스(120)의 내부 및 외부를 승강할 수 있는 구조를 가지며, 케이스(120)의 내부로 반입되어 백 플레이트(124)에 맞닿도록 설치되는 위치와 케이스(120)의 외부로 반출되어 후술할 수납부(150)에 수납되는 위치 사이에서 자유롭게 이동 가능하도록 설치될 수 있다.

일 예시로써, 도 2는 가변영역(A1)에 설치된 다섯 개의 제1 디퓨져 베인(130a_1)(130a_2)(130a_3)(130a_4)(130a_5)들 중 하나의 제1 디퓨져 베인(130a_2)만이 백 플레이트(124)에서 분리된 모습을 나타낸다. 이와 같이, 제1 디퓨져 베인(130a)은 케이스(120)의 내부에 가변적으로 설치 가능하도록 구성될 수 있다.

편의상, 도 2에는 승강구동부(140)와 수납부(150)의 도시를 생략하였으나, 도 2에 나타난 제1 디퓨져 베인(130a)과 가이드축(142)은 도 3에 도시된 승강구동부(140) 및 수납부(150)와 함께 제1 디퓨져 베인(130a)이 승강 가능한 구조를 구성할 수 있다.

즉, 가변영역(A1)에 설치된 나머지 네 개의 제1 디퓨져 베인(130a_1)(130a_3)(130a_4)(130a_5)들도 도면에 나타나지는 않았으나, 백 플레이트(124)로부터 분리된 하나의 디퓨져 베인(130a_2)과 같이 상측으로 이동하여 케이스(120)의 외부로 인도될 수 있다.

이러한 제1 디퓨저 베인(130a)의 상세한 구성에 대해서는 이후 승강구동부(140) 및 수납부(150)와 함께 상세히 설명하기로 하고, 여기서는 제2 디퓨져 베인(130b)에 대해 우선 상세하게 설명하기로 한다.

제2 디퓨져 베인(130b) 각각은 백 플레이트(124)를 향하는 방향, 상세히는 설치홈(127)에 대응하는 방향으로 돌출되어 형성되는 끼움 결합부(131)를 구비할 수 있다. 이러한 끼움 결합부(131)는 백 플레이트(124)의 설치홈(127)에 끼워짐으로써 백 플레이트(124)와 디퓨져 베인(130)을 결합할 수 있다.

백 플레이트(124)와 제2 디퓨져 베인(130b)을 결합하기 위한 방법으로는 억지 끼워 맞춤 또는 열박음이 이용될 수 있다. 상세히, 열박음은 결합되는 구성 중 하나를 냉각 수축시키고 다른 하나를 가열 팽창시킨 상태에서 그 둘을 끼워 결합시키는 방법으로, 결합되는 구성들이 열적 평형 상태가 되면 매우 견고한 결합을 이루게 된다.

이러한 열박음으로 백 플레이트(124)와 제2 디퓨져 베인(130b)을 결합시키는 경우, 제2 디퓨져 베인(130b)을 냉각 수축시키고, 백 플레이트(124)를 가열 팽창시킨 상태에서 제2 디퓨져 베인(130b)의 끼움 결합부(131)를 백 플레이트(124)의 설치홈(127)에 끼워준다. 백 플레이트(124)와 제2 디퓨져 베인(130b)이 열적 평형을 이루면 제2 디퓨져 베인(130b)의 끼움 결합부(131)가 미세하게 팽창하고, 백 플레이트(124)의 설치홈(127)은 미세하게 수축함으로써 제2 디퓨져 베인(130b)의 끼움 결합부(131)와 백 플레이트(124)의 설치홈(127)은 서로 가압 밀착된다. 결과적으로, 제2 디퓨져 베인(130b)은 백 플레이트(124)에 견고하게 고정될 수 있다.

한편, 백 플레이트(124)와 쉬라우드(125)가 상호 결합될 때 제2 디퓨져 베인(130b)이 가압 밀착될 수 있도록, 제2 디퓨져 베인(130b)은 백 플레이트(124)와 쉬라우드(125) 사이의 공간보다 미소하게 더 크게 형성되어 탄성 수축된 상태로 조립되는 것이 바람직하다.

이상의 실시예의 원심 압축기(100)에서는 백 플레이트(124)에 설치홈(127)이 형성되고, 설치홈(127)에 제2 디퓨져 베인(130b)의 끼움 결합부(131)가 끼워지는 것으로 설명하였으나, 설치홈(127)과 제2 디퓨져 베인(130b)의 끼움 결합부(131)는 반대의 위치로 형성될 수 있다. 즉, 끼움 결합부(131)는 백 플레이트(124)로부터 돌출되어 형성될 수 있고, 제2 디퓨져 베인(130b)은 설치홈(127)을 구비함으로써 이 설치홈(127)에 백 플레이트(124)로부터 돌출되는 끼움 결합부(131)가 끼워질 수도 있다.

또한, 이상의 실시예의 원심 압축기(100)에서는 백 플레이트(124)에 설치홈(127)이 형성되는 것으로 설명하였으나, 설치홈(127)은 쉬라우드(125)에 형성될 수도 있음은 물론이다.

이하, 디퓨져 베인(130)의 배치 형태에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1을 참조하면, 디퓨져 베인(130)은 벌류트 혀(123)에 인접하는 가변영역(A1)에 설치되는 제1 디퓨져 베인(130a)들 사이의 간격과, 가변영역(A1)을 제외한 나머지 영역인 고정영역(B1)에 설치되는 제2 디퓨져 베인(130b)의 개수가 상이할 수 있다.

여기서, 가변영역(A1)이라 함은, 임펠러(110)의 회전축(111)의 중심을 기준으로, 벌류트 혀(123)에 인접하며, 제1 디퓨져 베인(130a)이 설치되는 원주방향을 따라 α의 각도를 갖는 케이스(120) 내부의 소정 영역을 의미한다.

한편, 도 1의 가변영역(A1)에는 다섯 개의 제1 디퓨져 베인(130a)들이, 고정영역(B1)에는 아홉 개의 제2 디퓨져 베인(130b)들이 설치된 모습을 나타내나, 이는 일 예시로써, 가변영역(A1)과 고정영역(B1)에 설치되는 디퓨져 베인(130)들의 개수는 이에 한정되지 않는다. 즉, 가변영역(A1) 및 고정영역(B1)에는 각각 복수개의 디퓨져 베인(130)들이 설치될 수 있다.

이렇게 벌류트 혀(123)에 인접하는 가변영역(A1)과, 가변영역(A1)을 제외한 나머지 고정영역(B1)에 설치되는 디퓨져 베인(130)들의 간격이 서로 상이한 이유는, 디퓨져 베인(130)을 통과하여 유동하는 유체의 압력과 속도가 일반적인 원심 압축기(100)의 벌류트 혀(123)와 인접한 영역, 즉 가변영역(A1) 부근에서 불균일하게 형성되기 때문이다.

이러한 현상을 유동 실속 현상(flow separation)이라 하며, 디퓨져 베인(130)을 지나는 유체의 압력 및 속도뿐만 아니라 임펠러(110)와 케이스(120) 내부를 유동하는 유체의 전체적인 압력 분포와 속도 또한 유체의 유동 실속 현상으로 인해 불균일하게 형성되는 문제점이 있다. 이렇게 원심 압축기(100) 내부를 유동하는 유체의 압력과 속도가 불균일하게 형성되면, 결과적으로 원심 압축기(100)의 효율이 저하되거나, 소음과 진동이 발생할 수 있다.

따라서, 벌류트 혀(123)와 인접하는 가변영역(A1)에 설치된 제1 디퓨져 베인(130a)들 사이로 유동하는 유체의 압력 및 속도를 균일하게 형성하기 위해, 가변영역(A1)에 설치되는 제1 디퓨져 베인(130a)들의 간격을 원심 압축기(100)의 가동 특성에 맞추어 다양하게 변형할 수 있도록 설계함으로써, 원심 압축기(100) 내부를 유동하는 유체의 압력과 속도를 균일하게 형성하고, 더 나아가 원심 압축기(100)의 효율을 개선할 수 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다양한 실시예들에 관해, 이하 도 3 내지 도 5를 참조하여 승강구동부(140) 및 수납부(150)에 대한 설명과 함께 상세하게 서술하기로 한다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 승강구동부(140)는 유압공급부(141)와 가이드축(142) 및 밸브(145)를 포함할 수 있다.

유압공급부(141)는 제1 디퓨져 베인(130a)의 승강 운동을 위한 구동력을 제공할 수 있다. 일예로, 유압공급부(141)는 유압 펌프일 수 있다.

가이드축(142)은 유압공급부(141)와 제1 디퓨져 베인(130a)을 연결하여 유압공급부(141)의 구동에 따라 제1 디퓨져 베인(130a)의 승강 운동을 가이드할 수 있다. 여기서, 제1 디퓨져 베인(130)은 가이드축(143)을 수용하는 관통홀(132)을 구비할 수 있으며, 관통홀(132)과 가이드축(142)은 나사 결합, 용접 결합 등 다양한 방법으로 결합될 수 있다.

밸브(145)는 개방 시 유압공급부(141)로부터 공급되는 구동력을 제1 디퓨져 베인(130a)으로 전달하여 제1 디퓨져 베인(130a)을 승강 구동시킬 수 있으며, 폐쇄 시 유압공급부(141)로부터 제1 디퓨져 베인(130a)으로 공급되는 구동력을 차단하여 제1 디퓨져 베인(130a)의 승강 구동을 정지시킬 수 있다.

도 4를 참조하면, 이러한 밸브(145)는 복수개(145_n)(n≥1)가 구비되어 각 제1 디퓨져 베인(130a_n)(n≥1)과 함께 복수개의 세트로 연결될 수 있다. 즉, 밸브(145)는 제1 디퓨져 베인(130a)의 개수에 대응하도록 구비될 수 있다.

상세히, 본 발명의 일 실시예에 관한 원심 압축기(100)는 유압공급부(141)와 밸브(145)를 제어하는 제어부(160)를 더 포함할 수 있다. 제어부(160)는 유압공급부(141)의 구동을 제어할 수 있으며, 또한 각 밸브(145_n)(n≥1)의 개폐 여부를 제어하여 유압공급부(141)로부터 전달되는 구동력을 각 제1 디퓨져 베인(130a_n)(n≥1, 도 1 내지 3에 따르면 n은 5)에 전달하거나 차단할 수 있다.

상세히, 밸브(145_n)(n≥1)를 개방하면 유압공급부(141)로부터 제1 디퓨져 베인(130a_n)(n≥1)에 구동력을 전달할 수 있으며, 반대로 밸브(145_n)(n≥1)를 폐쇄하면 유압공급부(141)로부터 제1 디퓨져 베인(130a_n)(n≥1)에 전달되는 구동력을 차단할 수 있다.

한편, 도 3은 제1 디퓨져 베인(130a)이 하강하여 케이스(120)의 내부에 설치된 모습을 나타내나, 도 5는 제1 디퓨져 베인(130a)이 상승하여 케이스(120)의 외부로 이동하여 수납부(150)에 수납된 모습을 나타낸다. 즉, 수납부(150)는 케이스(120)의 외부에 별도의 공간을 마련하여, 승강구동부(140)의 구동으로 인해 케이스(120)의 외부로 이동한 제1 디퓨져 베인(130a)이 수납되는 공간을 제공할 수 있다.

한편, 도 3에는 도 4에 나타난 밸브(145_n)(n≥1)의 구성이 설명의 편의상 생략되었으나, 도 4에 나타난 바와 같이 유압공급부(141)와 각 제1 디퓨져 베인(130a_n)(n≥1) 사이에서 양측을 연결시키는 그 어떠한 구조로도 구성이 가능하다. 예를 들어, 밸브(145)는 도 3에 나타난 유압공급부(141) 내부에 구비될 수도 있으며, 또는 유압공급부(141)와 가이드축(142) 사이에 설치될 수도 있음은 물론이다.

도 6는 도 3에 나타난 승강구동부 및 디퓨져 베인의 다른 실시예를 나타낸 확대단면도이고, 도 7은 도 6에 나타난 승강구동부 및 디퓨져 베인의 다른 작동예를 나타낸 확대단면도이다.

먼저 도 6을 참조하면, 승강구동부(240)는 모터(241), 피니언 기어(242) 및 랙 기어(243)를 포함할 수 있다.

모터(241)는 피니언 기어(242)에 회전력을 제공할 수 있다.

피니언 기어(242)는 모터(241)의 구동에 따라 시계 방향 또는 반 시계 방향으로 회전 가능하도록 설치되며, 랙 기어(243)는 피니언 기어(242)에 연결되어 피니언 기어(242)의 회전 구동에 따라 선형 운동 가능하도록 수납부(250) 내에 설치될 수 있다.

여기서, 제1 디퓨져 베인(230a)은 가이드축(244)을 통해 랙 기어(243)에 연결되며, 랙 기어(243)의 선형 운동에 따라 케이스(220)의 내부 및 외부를 승강할 수 있다. 도 6은 모터(241)의 구동에 따라 피니언 기어(242)가 시계 방향으로 구동하여 랙 기어(243)를 하강시킨 모습을 나타내며, 랙 기어(243)의 하강에 따라 제1 디퓨져 베인(230a)이 케이스(220)의 내부로 반입되어 백 플레이트(224)에 맞닿도록 배치된 모습을 나타낸다.

한편, 도 7을 참조하면, 모터(241)의 구동에 따라 피니언 기어(242)가 반시계 방향으로 구동하여 랙 기어(243)를 상승시킨 모습을 나타내며, 랙 기어(243)의 상승에 따라 제1 디퓨져 베인(230a)이 케이스(220)의 외부로 반출되어 수납부(250)에 수납된 모습을 나타낸다.

이하, 도 8 내지 도 11을 참조하여 제1 디퓨져 베인(130a)의 배치 형태에 대해 더 상세하게 설명하기로 한다.

도 8은 도 1에 나타난 원심 압축기의 일부를 개략적으로 나타내는 평면도이고, 도 9는 도 8의 다른 작동예를 나타내는 평면도이며, 도 10은 도 8의 다른 변형예를 나타내는 평면도이고, 도 11은 도 10의 다른 작동예를 나타내는 평면도이다.

도 8을 참조하면, 벌류트 혀(123)에 인접하는 가변영역(A1)에 설치되는 각 제1 디퓨져 베인(130a)들 사이의 간격이 고정영역(B1)에 설치되는 각 디퓨져 베인(130b)들 사이의 간격보다 좁게 형성될 수 있다. 이러한 경우에는, 가변영역(A1)에는 고정영역(B1)보다 많은 개수의 디퓨져 베인(130)이 설치될 수 있다.

이러한 형태로 디퓨져 베인(130)을 배치하면, 가변영역(A1)에 설치되는 디퓨져 베인(130a)을 통과하는 유체의 압력은 고정영역(B1)에 설치되는 디퓨져 베인(130b)을 통과하는 유체의 압력보다 감소하며, 유체의 속도는 증가한다. 이러한 구조를 통해 디퓨져 베인(130)을 통과하는 유체의 압력과 속도에 변화를 줌으로써, 디퓨져 베인(130) 주위의 원주 방향으로의 유체의 압력 및 속도의 불균일도를 개선하여 원심 압축기(100)의 압축 효율을 증가시킬 수 있다.

한편, 도 9를 참조하면, 벌류트 혀(123)에 인접하는 가변영역(A1)에 설치되는 각 제1 디퓨져 베인(330a)들 사이의 간격이 고정영역(B1)에 설치되는 각 제2 디퓨져 베인(330b)들 사이의 간격보다 넓게 형성될 수 있다. 이러한 경우에는 가변영역(A1)에는 고정영역(B1)보다 적은 개수의 제1 디퓨져 베인(330a)이 설치될 수 있다.

상세히, 실선으로 표시된 제1 디퓨져 베인(330a_2)(330a_4)들은 도 3의 제1 디퓨져 베인(130a)과 같이 유압공급부(141)의 구동에 따라 제1 디퓨져 베인(130a)이 하강한 모습을 나타낸다.

반면, 점선으로 표시된 제1 디퓨져 베인(330a_1)(330a_3)(330a_5)들은 도 5의 제1 디퓨져 베인(130a)과 같이 유압공급부(141)의 구동에 따라 상승하여 케이스(120)의 외부로 반출되어 수납부(150)에 수납된 모습을 나타낸다.

이러한 형태로 제1 디퓨져 베인(330)을 배치하면, 가변영역(A1)에 설치되는 제1 디퓨져 베인(330b)을 통과하는 유체의 압력은 고정영역(B1)에 설치되는 제2 디퓨져 베인(330b)을 통과하는 유체의 압력보다 증가하며, 유체의 속도는 감소된다. 이러한 구조를 통해 디퓨져 베인(330)을 통과하는 유체의 압력과 속도에 변화를 줌으로써, 디퓨져 베인(330) 주위의 원주 방향으로의 유체의 압력 및 속도의 불균일도를 개선하여 원심 압축기(100)의 압축 효율을 증가시킬 수 있다.

다음으로, 도 10을 참조하면, 가변영역(A2)은 임펠러(110)의 중심을 기준으로 β의 각도를 갖도록 형성될 수 있다. 따라서, 가변영역(A2)이 임펠러(110)의 중심을 기준으로 α의 각도를 갖는 도 8의 가변영역(A1)보다, 도 10에 나타난 가변영역(A2)은 더 넓은 β의 각도를 가지므로, 도 8에 나타난 가변영역(A1)에 설치되는 제1 디퓨져 베인(130a)보다 더 많은 제1 디퓨져 베인(430a_1)(430a_2)(430a_3)(430a_4)(430a_5)(430a_6)(430a_7)들이 도 8에 나타난 디퓨져 베인(130a)들 간의 간격과 동일한 간격으로 가변영역(A2)에 설치될 수 있다.

또한, 도 11을 참조하면, 임펠러(110)의 중심을 기준으로 β의 각도를 갖도록 형성되는 가변영역(A2)에는, 각 제1 디퓨져 베인(530a) 사이의 간격이 고정영역(B2)에 설치되는 제2 디퓨져 베인(530b) 사이의 간격보다 넓도록 배치될 수도 있다.

상세히, 실선으로 표시된 제1 디퓨져 베인(530a_2)(530a_4)(530a_6)들은 도 3의 제1 디퓨져 베인(130a)과 같이 유압공급부(141)의 구동에 따라 제1 디퓨져 베인(130a)이 하강한 모습을 나타낸다.

반면, 점선으로 표시된 제1 디퓨져 베인(530a_1)(530a_3)(530a_5)(530a_7) 들은 도 5의 제1 디퓨져 베인(130a)과 같이 유압공급부(141)의 구동에 따라 상승하여 케이스(120)의 외부로 반출되어 수납부(150)에 수납된 모습을 나타낸다.

한편, 전술한 각 디퓨져 베인(130, 230, 330, 430, 530)들의 배치 형태와 가변영역(A1, A2) 및 고정영역(B1, B2)의 면적은 본 발명의 다양한 실시예들을 설명하기 위해 예시적으로 나타낸 것으로, 본 발명의 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도면에 나타나지는 않았으나 가변영역(A1, A2)에 설치되는 디퓨져 베인(130, 230, 330, 430, 530)의 개수는 도 3에 나타난 바와 같이 다섯 개, 또는 도 9에 나타난 바와 같이 두 개가 아닌, 임펠러(110)와 케이스(120) 내부에 유동하는 유체의 압력 및 속도의 불균일도를 개선하려는 목적에서 하나 이상이 설치될 수 있음은 물론이다.

또한, 임펠러(110)의 중심에 대한 가변영역(A1, A2)의 원주방향의 각도(α, β) 또한 디퓨져 베인(130, 230, 330, 430, 530)을 지나는 유체의 압력과 속도의 균일화를 달성하려는 목적에서 α보다 더 좁게, 또는 β보다 더 넓게 형성될 수 있음도 물론이다.

전술한 실시예들에 대한 구성 및 효과에 대한 설명은 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

100: 원심 압축기 127: 설치홈
110: 임펠러 130: 디퓨져 베인
111: 회전축 131: 끼움 결합부
112: 블레이드 145: 밸브
120: 케이스 132: 관통홀
121: 토출부 140: 승강구동부
122: 스크롤 141: 유압공급부
123: 벌류트 혀 142: 가이드축
124: 백 플레이트 241: 모터
125: 쉬라우드 242: 피니언 기어
126: 유입구 243: 랙 기어

Claims

회전 운동으로 유체에 원심력을 부여하는 임펠러;
상기 임펠러를 회전 가능 하도록 지지하며, 상기 임펠러에 의해 원심 가속된 상기 유체를 외부로 토출하는 토출부와, 상기 토출부에 연결되어 상기 임펠러에 의해 원심 가속된 상기 유체를 상기 토출부로 가이드하는 스크롤과, 상기 토출부와 상기 스크롤을 연결하는 벌류트 혀를 포함하는 케이스;
상기 케이스 내부에서 상기 임펠러의 둘레를 따라 배치되는 복수개의 디퓨져 베인;
상기 디퓨져 베인에 연결되어 상기 디퓨져 베인을 상기 케이스 내부 및 외부 사이에서 승강시키는 구동력을 제공하는 승강구동부; 및
상기 승강구동부의 구동으로 인해 상기 케이스의 외부로 이동하는 상기 디퓨져 베인을 수납하는 수납부를 구비하며,
상기 승강구동부 및 상기 수납부는 상기 벌류트 혀에 인접하는 가변영역에 설치되며,
상기 임펠러의 중심에 대한 상기 가변영역의 원주방향의 각도가 가변하는, 원심 압축기.
제1 항에 있어서,
상기 승강구동부는 유압공급부와 밸브를 구비하며,
상기 유압공급부는 상기 디퓨져 베인의 승강 운동을 위한 구동력을 제공하며,
상기 밸브는 개방 시 상기 유압공급부로부터 공급되는 구동력을 상기 디퓨져 베인으로 전달하여 상기 디퓨져 베인을 승강 구동시키며, 폐쇄 시 상기 유압공급부로부터 상기 디퓨져 베인으로 공급되는 구동력을 차단하여 상기 디퓨져 베인의 승강 구동을 정지시키는 것을 특징으로 하는, 원심 압축기.
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