KR102540138B1 - 이중 임펠러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이중 임펠러에 관한 것으로, 회전축을 중심으로 회전하는 허브; 상기 허브의 원주를 따라 상기 허브의 외측면에 배치되는 복수의 제1 블레이드; 상기 복수의 제1 블레이드에 안착되어 상기 복수의 제1 블레이드를 덮도록 형성되는 제1 쉬라우드; 및 상기 제1 쉬라우드의 원주를 따라 상기 제1 쉬라우드의 외측면에 배치되는 복수의 제2 블레이드를 포함하여, 일반 임펠러에 비해 넓은 운전영역을 가질 수 있다.

Description

이중 임펠러 {Dual impeller}

본 발명은 임펠러에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 분리된 두 유로를 구비한 이중 임펠러에 관한 것이다.

원심 압축기(centrifugal compressor)는 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 회전함으로써 회전 운동에너지를 유체에 전달해 유체의 압력을 상승시키는 임펠러(impeller)와, 임펠러를 지지하는 스크롤과, 스크롤과 결합하여 유체가 유동하는 내부 공간을 형성하는 쉬라우드를 포함할 수 있다.

압축기의 작동은 고속의 고유량 조건(high flow)에서는 초크(choke)에 의해 제한되고 저속의 저유량 조건(low flow)에서는 서지(surge)에 의해 제한된다. 압축기 작동 중 초크나 서지가 일어나게 되면, 고속으로 회전하는 임펠러로부터 굉음과 함께 큰 진동이 일어나게 되고, 임펠러의 파손으로 이어질 가능성이 있다. 즉, 압축기 작동 중 초크나 서지가 일어나면 정상적인 압축기로써 작용할 수가 없고, 작동을 정지해야 하는 것이다. 따라서, 초크나 서지의 빈번한 발생을 방지하기 위해 압축기의 가용 운전 범위를 넓히고자 하는 다양한 시도가 있었다.

압축기의 초크나 서지의 시작 및 압축기의 안정 운전 범위는 압축기 유로에서의 유동 특성에 의해 결정되고, 임펠러를 구성하는 블레이드의 개수, 배치 간격, 크기, 형상 등에 의해서 영향을 받는다. 따라서 각 유동 특성에 적합한 임펠러의 형상은 서로 상이하며, 한 종류의 형상의 블레이드로 구성된 일반적인 임펠러에서는 케이스 처리(casing treatment)등의 방법을 이용해야만 유체의 유동 특성을 제어하여 운전 범위를 넓힐 수 있었다.

한국 공개특허공보 제2010-0004740호(2010.01.13. 공개)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 유체의 성분에 따라 유로를 다변화한 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 이중 임펠러는, 회전축을 중심으로 회전하는 허브; 상기 허브의 원주를 따라 상기 허브의 외측면에 배치되는 복수의 제1 블레이드; 상기 복수의 제1 블레이드에 안착되어 상기 복수의 제1 블레이드를 덮도록 형성되는 제1 쉬라우드; 및 상기 제1 쉬라우드의 원주를 따라 상기 제1 쉬라우드의 외측면에 배치되는 복수의 제2 블레이드를 포함할수 있다.

실시예에 따른 이중 임펠러는, 상기 복수의 제2 블레이드에 안착되어 상기 복수의 제2 블레이드를 덮도록 형성되는 제2 쉬라우드를 더 포함할 수 있다.

상기 허브, 상기 복수의 제1 블레이드 및 상기 제1 쉬라우드에 의해 둘러싸인 복수의 제1 유로; 및 상기 제1 쉬라우드, 상기 복수의 제2 블레이드 및 상기 제2 쉬라우드에 의해 둘러싸인 복수의 제2 유로가 형성되며, 상기 복수의 제1 유로의 입구 및 상기 복수의 제2 유로의 입구는, 상기 허브의 상기 회전축 방향 일단에 상기 회전축과 나란한 방향으로 개방되어 형성되고, 상기 복수의 제1 유로의 출구 및 상기 복수의 제2 유로의 출구는, 상기 허브의 외주를 따라 방사형으로 개방되어 형성될 수 있다.

상기 복수의 제1 유로의 출구는, 상기 회전축과 나란한 방향에서, 상기 복수의 제2 유로의 출구가 배치된 개소보다 상기 허브의 일단으로부터 먼 개소에 배치될 수 있다.

상기 복수의 제1 유로는, 제1 운전영역을 가지고, 상기 복수의 제2 유로는, 제2 운전영역을 가질 수 있다.

상기 복수의 제1 블레이드의 개수와 상기 복수의 제2 블레이드의 개수는 서로 상이할 수 있다.

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

본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.

고속의 유체 흐름과 저속의 유체 흐름에 적합한 유로를 일체로 제공해 하나의 임펠러가 넓은 운전영역을 가진다.

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 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 임펠러의 외관을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 임펠러의 외관 및 내부 구조의 일부를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 임펠러의 정면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 임펠러의 외관 및 내부 구조의 일부를 나타낸 정면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 임펠러의 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 임펠러의 외관 및 내부 구조의 일부를 나타낸 측면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 임펠러의 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.

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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 임펠러(1)의 외관을 나타낸 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 임펠러(1)의 외관 및 내부 구조의 일부를 나타낸 사시도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 임펠러(1)는 허브(10), 허브(10)에 안착된 복수의 내부(제1) 블레이드(20), 복수의 내부(제1) 블레이드(20)를 덮는 내부(제1) 쉬라우드(30), 내부(제1) 쉬라우드(30)의 외주를 따라 형성되는 복수의 외부(제2) 블레이드(40) 및 복수의 외부(제2) 블레이드(40)를 덮는 외부(제2) 쉬라우드(50)로 구성됨을 확인할 수 있다.

허브(10)는 임펠러(1)의 몸통이 되는 부분으로, 원판체의 형태로 형성되는 디스크(또는 베이스)로부터 중심을 관통하는 회전축(A) 방향으로 연장되면서 직경이 점차 줄어드는, 원뿔과 유사한 형상을 가진다. 다만 원뿔과 같이 일단에서 꼭지점을 가지는 것은 아니며, 일단(11)에서는 타단(14)보다 직경이 작아진 원을 이룬다. 허브(10)는 고속 회전에 의해 고압의 유체를 배출하므로, 고압을 견딜 수 있는 강도 및 경도를 가지는 일 소재로 이루어진다. 허브(10)를 이루는 소재는 금속일 수 있고, 바람직하게는 스테인리스강, 티타늄 등일 수 있으나 소재는 이에 제한되지 않는다.

허브(10)는 허브의 중심(13)을 관통하는 구동축(미도시)에 연결된다. 구동축은 외부의 동력원(미도시)과, 외부의 동력원이 발생시킨 구동력을 전달하는 기어 유닛(미도시)에 연결된다. 따라서 구동축은 구동력을 전달받아 제자리에서 회전한다.

구동축은 허브의 중심(13)을 관통하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이중임펠러(1)의 회전축(A)과 나란한 방향으로 배치되어 허브(10)의 회전축 역할을 하게 된다. 구동축은 허브의 중심(13)에 끼워져 서로 미끄러지지 않도록 결합되어, 구동축의 회전에 따라 허브(10)도 동일하게 회전한다. 구동축은 회전축(A) 에 대해서 대칭되는 원기둥 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 이중 임펠러(1) 전체의 대칭성을 유지하기 위함이다.

허브 외측면(12)에는 복수의 내부 블레이드(20)가 형성된다. 복수의 내부 블레이드(20)는 유체의 이동을 가이드 하는 기능을 수행하면서, 이중 임펠러(1)의 운동 에너지를 유체에 전달하는 기능을 수행한다. 내부 블레이드(20)와 허브(10)는 용접을 통해 융착될 수 있고, 나사를 이용해 체결될 수도 있고, 일체로 형성될 수도 있으나 내부 블레이드(20)가 허브(10)에 안착 및 결합되는 방법은 이에 제한되지 않는다.

복수의 내부 블레이드(20)는 허브 외측면(12)에서 원주를 따라 배치되며, 일정 간격만큼 이격되어 배치된다. 내부 블레이드(20) 각각은 허브 외측면(12)으로부터 방사상으로 뻗어나가는 방향으로 배치되나, 허브 외측면(12)으로부터 허브(10)의 직경을 따라 곧게 배치되지는 않는다. 각각의 내부 블레이드(20)는 허브 외측면(12)으로부터 방사상으로 연장됨과 동시에 허브(10)의 반경 방향을 따라서 수직한 면으로 만곡되어 연장된다. 따라서 도면에서 확인할 수 있듯이, 복수의 내부 블레이드(20)는 허브 외측면(12)으로부터 일 방향으로 휘어져 나가는 형상으로 배치된다. 즉, 캠버(camber) 구조를 가지는 것이다.

복수의 내부 블레이드(20)는 허브 외측면(12)을 따라, 회전축(A) 방향 일단으로부터 타단까지 이어진다. 따라서 회전축(A)과 직교하는 평면으로 자른 단면에서 내부 블레이드(20)의 가장 외곽의 끝점을 이어 만들 수 있는 원의 직경이, 회전축(A) 방향으로 이동하면서 변화한다. 유체가 인입되는 허브(10)의 회전축(A) 방향 일단(11)에서 상기 원의 직경이 가장 작고, 유체가 배출되는 허브(10)의 회전축(A) 방향 타단(14)에서 상기 원의 직경이 가장 크다. 내부 블레이드(20)의 외곽 끝점을 이어 만들 수 있는 원의 반경이 좁아지므로, 인접한 내부 블레이드(20) 간의 간격 역시 좁아진다.

내부 블레이드(20)의 영역 중 유체가 인입되는 영역의 일단을 내부 인듀서(21)라고 지칭하고, 유체가 배출되는 영역의 타단을 내부 팁(22)이라고 한다. 따라서 허브(10)의 직경이 가장 작은 영역에 인접한 내부 블레이드(20)의 일부분을 내부 인듀서(21)라고 하고, 허브(10)의 직경이 가장 큰 영역에 인접하게 배치된 내부 블레이드(20)의 일부분을 내부 팁(22)이라고 하는 것이다.

복수의 내부 블레이드(20)는 허브의 중심(13)을 관통하는 회전축(A)에 대해 대칭되게 배치될 수 있다. 회전축(A)을 중심으로 회전할 것이므로, 대칭되지 않으면 균일한 성능을 유지하기 어렵기 때문이다. 즉, 내측 블레이드(20)의 반경 방향의 최외각 단부는 회전축으로부터 길이가 동일하다.

내부 쉬라우드(30)는 내부 블레이드 에지(23)에 안착되는 구성요소로, 내부 쉬라우드 내측면(51)이 내부 블레이드 에지(23)를 덮어 유체가 내부 블레이드 에지(23) 사이의 영역을 지나가면서 외부로 유출되지 않도록 한다. 입구 및 출구를 제외하고 내부 블레이드(20)와 내부 쉬라우드(30) 및 허브(10)가 측벽이 되어 밀폐된 터널(유로)을 형성하도록 하여 유체가 빠져나가지 않고, 온전히 디퓨저를 향해 토출되도록 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 임펠러(1)의 운전 효율을 높이는 것이다. 이렇게 형성된 유로를 내부 유로(60)라고 한다.

내부 쉬라우드(30)는 내부 블레이드(20)의 선단부인 내부 블레이드 에지(23)를 덮되, 내부 인듀서(21)는 덮지 않는다. 따라서 원형의 내부 유로의 입구(61)가 형성된다. 임펠러를 향해 진입한 유체가 내부 유로의 입구(61)를 통해서 내부 유로(60)의 안으로 인입되고, 이중 임펠러(1)의 회전에 의해 압축되어 후술할 내부 유로의 출구(62)로 배출된다.

압축된 유체는 내부 쉬라우드(30)와 허브(10) 사이에서 형성되는 내부 유로의 출구(62)로 배출된다. 내부 유로의 출구(62)는 디퓨저와 연결되어, 디퓨저를 통해 스크롤(미도시)로 인입된 유체를 배출함으로써 원심 압축기가 동작되도록 한다. 내부 유로의 출구(62)에 대해서는 도 5 내지 도 6에 대한 설명에서 자세히 후술한다.

내부 쉬라우드 외측면(32)에는 복수의 외부 블레이드(40)가 형성된다. 복수의 외부 블레이드(40)는 유체의 이동을 가이드 하는 기능을 수행하면서, 이중 임펠러(1)의 운동 에너지를 유체에 전달하는 기능을 수행한다. 외부 블레이드(40)와 내부 쉬라우드(30)는 용접을 통해 융착될 수 있고, 나사를 이용해 체결될 수도 있고, 일체로 형성될 수도 있으나 외부 블레이드(40)가 내부 쉬라우드(30)에 안착 및 결합되는 방법은 이에 제한되지 않는다.

복수의 외부 블레이드(40)는 내부 쉬라우드 외측면(32)에 내부 쉬라우드(30)의 원주를 따라 배치되며, 일정 간격만큼 이격되어 배치된다. 외부 블레이드(40) 각각은 내부 쉬라우드 외측면(32)으로부터 방사상으로 뻗어나가는 방향으로 배치되나, 내부 쉬라우드 외측면(32)으로부터 내부 쉬라우드(30)의 직경을 따라 곧게 배치되지는 않는다. 각각의 외부 블레이드(40)는 내부 쉬라우드 외측면(32)으로부터 방사상으로 연장됨과 동시에 내부 쉬라우드(30)의 반경 방향을 따라서 수직한 면으로 만곡되어 연장된다. 따라서 도면에서 확인할 수 있듯이, 복수의 외부 블레이드(40)는 내부 쉬라우드 외측면(32)으로부터 일 방향으로 휘어져 나가는 형상으로 배치된다. 즉, 캠버(camber) 구조를 가지는 것이다.

복수의 외부 블레이드(40)는 내부 쉬라우드 외측면(32)을 따라, 회전축(A) 방향 일단으로부터 타단까지 이어진다. 따라서 회전축(A)과 직교하는 평면으로 자른 단면에서 외부 블레이드(40)의 가장 외곽의 끝점을 이어 만들 수 있는 원의 직경이, 회전축(A) 방향으로 이동하면서 변화한다. 유체가 인입되는 내부 쉬라우드(30)의 회전축(A) 방향 일단에서 상기 원의 직경이 가장 작고, 유체가 배출되는 내부 쉬라우드(30)의 회전축(A) 방향 타단에서 상기 원의 직경이 가장 크다. 외부 블레이드(40)의 외곽 끝점을 이어 만들 수 있는 원의 반경이 좁아지므로, 인접한 외부 블레이드(40) 간의 간격 역시 좁아진다.

외부 블레이드(40)의 영역 중 유체가 인입되는 영역의 일단을 외부 인듀서(41)라고 지칭하고, 유체가 배출되는 영역의 타단을 외부 팁(42)이라고 한다. 따라서 내부 쉬라우드(30)의 직경이 가장 작은 영역에 인접한 외부 블레이드(40)의 일부분을 내부 인듀서(21)라고 하고, 내부 쉬라우드(30)의 직경이 가장 큰 영역에 인접하게 배치된 외부 블레이드(40)의 일부분을 내부 팁(22)이라고 하는 것이다.

복수의 외부 블레이드(40)는 내부 쉬라우드(30)의 중심을 관통하는 회전축(A)에 대해 대칭되게 배치될 수 있다. 회전축(A)을 중심으로 회전할 것이므로, 대칭되지 않으면 균일한 성능을 유지하기 어렵기 때문이다. 즉, 외측 블레이드 (40)의 반경 방향의 최외각 단부는 회전축으로부터 길이가 동일하다.

복수의 외부 블레이드(40)의 개수와 복수의 내부 블레이드(20)의 개수는 서로 동일할 수 있으나 상이할 수도 있으며, 각 유로의 운전 영역 특성에 알맞게 선택 가능하다. 일 실시예에 따르면, 도면에 도시 된 바와 같이, 외측 블레이드(40)의 수는 9 개이고, 내측 블레이드(20)의 수는 15 개가 될 수 있다.

외부 쉬라우드(50)는 외부 블레이드 에지(43)에 안착되는 구성요소로, 외부 쉬라우드(50)의 내측면이 외부 블레이드 에지(43)를 덮어 유체가 외부 블레이드 에지(43) 사이의 영역을 지나가면서 외부로 유출되지 않도록 한다. 입구 및 출구를 제외하고 외부 블레이드(40)와 외부 쉬라우드(50) 및 내부 쉬라우드(30)가 측벽이 되어 밀폐된 터널(유로)을 형성하도록 하여 유체가 빠져나가지 않고, 온전히 디퓨저를 향해 토출되도록 하여 임펠러의 운전 효율을 높이는 것이다. 이렇게 형성된 유로를 외부 유로(70)라고 한다.

외부 쉬라우드(50)는 외부 블레이드의 선단부인 외부 블레이드 에지(43)를 덮되, 내부 인듀서(21)에서는 외부 블레이드(40)를 덮지 않는다. 따라서 원형의 외부 유로의 입구(71)가 형성된다. 본 발명의 이중 임펠러(1)를 향해 진입한 유체가 외부 유로의 입구(71)를 통해서 외부 유로(70)의 안으로 인입되고, 이중 임펠러(1)의 회전에 의해 압축되어 후술할 외부 유로의 출구(72)로 배출된다.

압축된 유체는 외부 쉬라우드(50)와 내부 쉬라우드(30) 사이에서 형성되는 외부 유로의 출구(72)로 배출된다. 외부 유로의 출구(72)는 디퓨저와 연결되어, 디퓨저를 통해 스크롤로 인입된 유체를 배출함으로써 원심 압축기가 동작되도록 한다. 외부 유로의 출구(72)에 대해서는 도 5 내지 도 6에 대한 설명에서 자세히 후술한다.

외부 쉬라우드(50)의 외측면(52)은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 임펠러(1)의 외측면이 된다. 즉, 외관상 외부 쉬라우드 외측면(52)이 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 임펠러(1)의 최외곽면이 된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이중 임펠러(1)의 허브(10), 내부 블레이드(20), 내부 쉬라우드(30), 외부 블레이드(40) 및 외부 쉬라우드(50)는 일체로 형성될 수 있고, 체결 부재를 통해 결합되어 형성될 수도 있다.

복수의 내부 블레이드(20) 사이로는 내부 유로(60)가 형성된다. 내부 블레이드(20)가 복수이므로 형성되는 내부 유로(60) 역시 복수가 된다. 내부 블레이드(20)는 허브 외측면(12)에 형성되어 있으므로, 허브 외측면(12)이 내부 유로(60)의 바닥면이 되고, 내부 블레이드(20)가 내부 유로(60)의 측벽이 된다. 내부 블레이드(20)의 에지는 내부 쉬라우드(30)에 의해 덮히므로, 내부 쉬라우드(30)가 내부 유로(60)의 상측 벽이 된다. 즉, 허브(10), 내부 블레이드(20) 및 내부 쉬라우드(30)에 의해 둘러싸여 내부 유로(60)가 형성되는 것이다. 이중 임펠러(1)를 통과하는 유체가 폐쇄된 또는 거의 폐쇄된 내부 유로(60)를 통과하도록 강제하여 효율적으로 압축되도록 하기 위해 내부 유로(60)를 가진다.

내부 유로(60)와 마찬가지의 방식으로, 외부 유로(70)는 복수의 외부 블레이드(40) 사이로 형성된다. 외부 블레이드(40)가 복수이므로 형성되는 외부 유로(70) 역시 복수가 된다. 외부 블레이드(40)는 내부 쉬라우드 외측면(32)에 형성되어 있으므로, 내부 쉬라우드 외측면(32)이 외부 유로(70)의 바닥면이 되고, 외부 블레이드(40)가 내부 유로(60)의 측벽이 된다. 외부 블레이드(40)의 에지는 외부 쉬라우드(50)에 의해 덮히므로, 외부 쉬라우드(50)가 내부 유로(60)의 상측 벽이 된다. 즉, 내부 쉬라우드(30), 외부 블레이드(40) 및 외부 쉬라우드(50)에 의해 둘러싸여 외부 유로(70)가 형성되는 것이다.

이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 임펠러(1)의 내부 유로의 입구(61) 및 외부 유로의 입구(71)에 대해서 살펴본다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 임펠러(1)의 정면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 임펠러(1)의 외관 및 내부 구조의 일부를 나타낸 정면도이다.

내부 유로의 입구(61)는 유체가 내부 유로(60)로 진입하도록 개방된 개구로, 허브(10)의 회전축(A) 방향 일단에 형성되며, 상기 회전축(A)과 나란한 방향으로 개방된다. 내부 유로(60)가 복수로 형성되므로, 내부 유로의 입구(61) 역시 복수로 형성된다. 내부 인듀서(21), 허브(10) 및 내부 쉬라우드(30)가 내부 유로의 입구(61)의 경계면이 된다.

외부 유로의 입구(71)도 내부 유로의 입구(61)와 마찬가지로, 유체가 외부 유로(70)로 진입하도록 개방된 개구이다. 허브(10)의 회전축(A) 방향 일단에 형성되며, 상기 회전축(A)과 나란한 방향으로 개방된다. 외부 유로(70)가 복수로 형성되므로, 외부 유로의 입구(71) 역시 복수로 형성된다. 외부 인듀서(41), 내부 쉬라우드(30) 및 외부 쉬라우드(50)가 외부 유로의 입구(71)의 경계면이 된다.

도 3 및 도 4에서 확인할 수 있듯이, 내부 유로의 입구(61)는 허브의 일단(11)을 둘러싸고 허브의 일단(11)에 인접하여 형성되나, 외부 유로의 입구(71)는 내부 유로(60)보다는 바깥에 위치할 수 밖에 없으므로 내부 유로(60)를 둘러싸도록 형성된다. 따라서 회전축(A) 방향 일단에서 본 발명의 이중 임펠러(1)를 바라볼 때, 허브(10), 복수의 내부 유로(60) 및 복수의 외부 유로(70)는 동심원을 이루게 된다.

이하, 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 임펠러(1)의 내부 유로의 출구(62) 및 외부 유로의 출구(72)에 대해서 살펴본다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 임펠러(1)의 측면도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 임펠러(1)의 외관 및 내부 구조의 일부를 나타낸 측면도이다.

내부 유로의 입구(61)가 내부 유로(60)의 일단에 위치한다면, 타단에는 내부 유로의 출구(62)가 위치한다. 내부 유로의 출구(62)는 내부 유로(60)로 인입된 유체가 빠져나가는 개구로, 내부 팁(22), 허브(10) 및 내부 쉬라우드(30)가 내부 유로의 출구(62)의 경계면이 된다.

내부 유로의 출구(62)는 허브(10)의 반경 방향으로 개방되어 형성될 수 있다. 따라서 회전축(A)에 직교하는 방향으로 개방되며, 허브(10)의 외주를 따라 방사형으로 형성된다. 내부 유로(60)가 복수로 구성되므로, 내부 유로의 출구(62) 역시 복수로 구성된다.

외부 유로의 입구(71)가 외부 유로(70)의 일단에 위치한다면, 타단에는 외부 유로의 출구(72)가 위치한다. 외부 유로의 출구(72)는 외부 유로(70)로 인입된 유체가 빠져나가는 개구로, 외부 팁(42), 내부 쉬라우드(30) 및 외부 쉬라우드(50)가 외부 유로의 출구(72)의 경계면이 된다.

외부 유로의 출구(72)는 허브(10)의 반경 방향으로 개방되어 형성될 수 있다. 따라서 회전축(A)에 직교하는 방향으로 개방되며, 내부 쉬라우드(30)의 외주를 따라 방사형으로 형성된다. 외부 유로(70)가 복수로 구성되므로, 외부 유로의 출구(72) 역시 복수로 구성된다.

내부 유로의 출구(62) 및 외부 유로의 출구(72)는 디퓨저로 이어지고, 내부 유로(60) 및 외부 유로(70)를 통과한 유체가 출구(62, 72)를 통해 디퓨저로 토출된다. 내부 유로(60) 및 외부 유로(70)를 유체가 통과하는 과정 및 특성에 대해서는 도 7에 대한 설명에서 후술한다.

내부 유로의 입구(61)와 외부 유로의 입구(71)는 회전축(A)과 나란한 방향으로 개방되어 형성되고, 내부 유로의 출구(62)와 외부 유로의 출구(72)는 허브(10)의 외주를 따라 방사형으로, 즉 회전축(A)에 직교하는 방향으로 개방되어 형성되므로 유체가 흐르는 방향이 본 발명의 이중 임펠러(1)를 유체가 통과하면서 바뀌게 된다.

내부 유로의 출구(62)는, 회전축(A)과 나란한 방향에서 외부 유로의 출구(72)가 배치된 개소보다 허브의 일단(11)으로부터 먼 개소에 배치된다. 내부 유로의 출구(62)와 외부 유로의 출구(72)는 회전축(A) 방향을 따라 평행하게 배치되나, 외부 유로(70)가 내부 유로(60)를 둘러싸거나 덮는 형태로 형성되므로 내부 유로의 출구(62)가 허브의 일단(11)에서 보다 먼 위치에 배치되는 것이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 임펠러(1)의 측단면도이다.

도 7을 참조하면, 내부 유로(60)와 외부 유로(70)의 관계에 대해서 확인할 수 있다. 내부 유로(60)는 허브 외측면(12) 중 회전축(A) 방향 양 단(11, 14)을 제외한 나머지 영역을 감싸도록 형성되고, 외부 유로(70)는 내부 유로(60)의 외측면을 형성하는 내부 쉬라우드 외측면(52)을 감싸도록 형성된다.

원심 압축기가 작동하기 시작하면, 내부 인듀서(21) 사이 및 외부 인듀서(41) 사이를 통해 내부 유로(60) 및 외부 유로(70)로 외부에서 유체가 유입되고, 회전축(A)을 중심으로 한 허브(10)의 회전에 의해 허브 외측면(12)에 형성된 내부 블레이드(20) 및 내부 블레이드(20)를 덮는 내부 쉬라우드 외측면(32)에 형성된 외부 블레이드(40)가 회전하면서 유입된 유체에 운동에너지를 전달한다. 전달된 운동 에너지는 유체가 내부 유로(60) 및 외부 유로(70)를 통과함에 따라, 내부 유로(60) 및 외부 유로(70)를 따라 허브(10)의 외곽으로 진행되면서 정압 에너지로 변화한다. 즉, 내부 유로(60) 및 외부 유로(70)로 진입한 유체가 압축되는 것이다. 압축된 유체는 내부 팁(22) 사이 공간 및 외부 팁(42) 사이 공간으로 배출된다. 본 발명의 이중 임펠러(1)의 외주를 둘러싸도록 형성된 디퓨저로 내부 유로의 출구(62) 및 외부 유로의 출구(72)가 이어지므로, 배출된 유체는 디퓨저로 인입되고, 스크롤로 안내된다.

복수의 내부 블레이드(20)와 복수의 외부 블레이드(40)는 그 개수를 서로 상이하게 구성할 수 있고, 만약 그 개수를 상이하게 구성하지 않더라도 위치상 외부 블레이드(40)가 내부 블레이드(20)의 외곽에 배치되므로, 서로 완전히 동일한 형태로 배치되지는 않는다. 따라서 내부 블레이드(20)가 내부 유로(60)를 통해 유체를 압축시킬 수 있는 운전영역과 외부 블레이드(40)가 외부 유로(70)를 통해 유체를 압축시킬 수 있는 운전영역이 서로 상이하다. 전자를 제1 운전영역이라 지칭하고, 후자를 제2 운전영역이라 지칭한다. 여기서 운전영역이란 각 블레이드(20, 40)를 포함한 본 발명의 이중 임펠러(1)가 서지 또는 초크 없이 안정적으로 인입된 유체를 압축해 내보낼 수 있는 유량의 범위 또는 유속의 범위를 의미한다.

내부 유로(60)는 저속의 유체를 압축시키기에 적합한 구조로 형성된다. 내부 유로(60)를 구성하는 내부 블레이드(20)의 개수를 외부 블레이드(40)의 개수에 비해 많도록 구성하고, 인접한 내부 블레이드(20) 간에 형성되는 각도를 인접한 외부 블레이드(40) 간에 형성되는 각도에 비해 작도록 형성해 인입되는 유체의 유속을 빨라지게 할 수 있다.

이에 반해 외부 유로(70)는 고속의 유체를 압축시키기에 적합한 구조로 형성된다. 외부 유로(70)를 구성하는 외부 블레이드(40)의 개수를 내부 블레이드(20)의 개수에 비해 적도록 구성하고, 인접한 외부 블레이드(40) 간에 형성되는 각도를 인접한 내부 블레이드(20) 간에 형성되는 각도에 비해 크도록 형성해 인입되는 유체의 유속을 느려지게 할 수 있다. 따라서 제1 운전영역은 저속의 운전영역이고, 제2 운전영역은 제1 운전영역과 비교하여 상대적으로 고속의 운전영역이 된다.

내부 유로(60)로 저속의 유체만이 진입하거나, 외부 유로(70)로 고속의 유체만이 진입하는 것은 아니다. 다만 저속의 유체가 내부 유로(60)와 외부 유로(70)로 진입할 경우, 외부 유로(70)에서는 서지가 일어날 수 있으나 내부 유로(60)에서는 원활하게 유체의 압축이 일어나 본 발명의 이중 임펠러(1)가 정상 작동하게 된다. 반대로 고속의 유체가 내부 유로(60)와 외부 유로(70)로 진입할 경우, 내부 유로(60)에서는 초크가 일어날 수 있으나 외부 유로(70)에서는 원활하게 유체의 압축이 일어나 본 발명의 이중 임펠러(1)가 정상 작동하게 된다. 이와 같은 방식으로 일반적인 임펠러에 비해 보다 넓은 운전영역을 본 발명의 이중 임펠러(1)가 가진다. 일반적인 임펠러의 운전 영역의 범위에 비해 제1 운전영역 및 제2 운전영역을 합한 범위가 더 넓은 것이다.

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 : 이중 임펠러 10 : 허브
11 : 허브의 일단 12 : 허브 외측면
13 : 허브의 중심 14 : 허브의 타단
20 : 내부 블레이드 21 : 내부 인듀서
22 : 내부 팁 23 : 내부 블레이드 에지
30 : 내부 쉬라우드 31 : 내부 쉬라우드 내측면
32 : 내부 쉬라우드 외측면 40 : 외부 블레이드
41 : 외부 인듀서 42 : 외부 팁
43 : 외부 블레이드 에지 50 : 외부 쉬라우드
51 : 외부 쉬라우드 내측면 52 : 외부 쉬라우드 외측면
60 : 내부 유로 61 : 내부 유로의 입구
62 : 내부 유로의 출구 70 : 외부 유로
71 : 외부 유로의 입구 72 : 외부 유로의 출구
A : 회전축

Claims (6)

1. 이중 임펠러로서,
   회전축을 중심으로 회전하는 허브;
   상기 허브의 원주를 따라 상기 허브의 외측면에 배치되는 복수의 제1 블레이드;
   상기 복수의 제1 블레이드에 안착되어 상기 복수의 제1 블레이드를 덮도록 형성되는 제1 쉬라우드;
   상기 제1 쉬라우드의 원주를 따라 상기 제1 쉬라우드의 외측면에 배치되는 복수의 제2 블레이드; 및
   상기 복수의 제2 블레이드에 안착되어 상기 복수의 제2 블레이드를 덮도록 형성되는 제2 쉬라우드를 포함하고,
   상기 허브, 상기 복수의 제1 블레이드 및 상기 제1 쉬라우드에 의해 둘러싸인 측벽으로 밀폐되는 복수의 제1 유로로서, 상기 복수의 제1 유로로 인입된 유체가 온전히 디퓨저를 향해 토출되도록 하는 상기의 복수의 제1 유로; 및
   상기 제1 쉬라우드, 상기 복수의 제2 블레이드 및 상기 제2 쉬라우드에 의해 둘러싸인 측벽으로 밀페되는 복수의 제2 유로로서, 상기 복수의 제2 유로로 인입된 유체가 온전히 상기 디퓨저를 향해 토출되도록 하는 상기의 복수의 제2 유로가 형성되며,
   상기 복수의 제1 유로의 입구 및 상기 복수의 제2 유로의 입구는, 상기 허브의 상기 회전축 방향 일단에 상기 회전축과 나란한 방향으로 개방되어 형성되고,
   상기 복수의 제1 유로의 출구 및 상기 복수의 제2 유로의 출구는, 상기 허브의 외주를 따라 방사형으로 개방되어 형성되고,
   상기 제1 블레이드는 상기 제2 블레이드의 개수 보다 많은 개수로 구성되어 상기 제1 유로는 저속의 운전영역을 가지며 상기 제2 유로는 고속의 운전영역을 가지되,
   운전영역은 상기 복수의 제1 블레이드 및 상기 복수의 제2 블레이드를 포함한 상기 이중 임펠러가 서지 또는 초크 없이 안정적으로 각각으로 인입된 유체를 압축해서 내보내는 유량의 범위 또는 유속의 범위로서,
   상기 복수의 제1 유로는 상기 복수의 제1 블레이드의 개수를 상기 복수의 제2 블레이드의 개수에 비해 많도록 구성하고, 인접한 상기 제1 블레이드 간에 형성되는 각도를 인접한 상기 제2 블레이드 간에 형성되는 각도에 비해 작도록 형성하여 상기 복수의 제1 유로로 인입되는 유체의 유속을 빨라지게 하여 상기 복수의 제2 유로 보다 저속의 운전 영역을 가지게 하며,
   상기 복수의 제2 유로는 상기 복수의 제2 블레이드의 개수를 상기 복수의 제1 블레이드의 개수에 비해 적도록 구성하고, 인접한 상기 제2 블레이드 간에 형성되는 각도를 인접한 상기 제1 블레이드 간에 형성되는 각도에 비해 크도록 형성하여 상기 복수의 제2 유로로 인입되는 유체의 유속을 느리게 하여 상기 복수의 제1 유로 보다 고속의 운전 영역을 가지게 하며,
   상기 저속의 유체가 상기 복수의 제1 유로와 상기 복수의 제2 유로로 진입하는 경우 상기 복수의 제2 유로에서는 서지가 발생하나 상기 복수의 제1 유로에서는 유체의 압축이 발생되어 상기 이중 임펠러가 정상 작동하고,
   상기 고속의 유체가 상기 복수의 제1 유로와 상기 복수의 제2 유로로 진입하는 경우 상기 복수의 제1 유로에서는 초크가 발생하나 상기 복수의 제2 유로에서는 유체의 압축이 발생되어 상기 이중 임펠러가 정상 작동하는, 이중 임펠러.
2. 삭제
3. 삭제
4. ◈청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

   제1항에 있어서,
   상기 복수의 제1 유로의 출구는, 상기 회전축과 나란한 방향에서, 상기 복수의 제2 유로의 출구가 배치된 개소보다 상기 허브의 일단으로부터 먼 개소에 배치되는 이중 임펠러.
5. 삭제
6. ◈청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

   제1항에 있어서,
   상기 복수의 제1 블레이드의 개수와 상기 복수의 제2 블레이드의 개수는 서로 상이한 이중 임펠러.

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