KR101463380B1 - 방사형 블레이드 휠 - Google Patents

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룬 스벤손
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Abstract

본 발명은 방사형 블레이드 휠에 관한 것으로, 서로 상관 거리로 배치되는 제 1 단부판(1, 1') 및 제 2 단부판(2, 2'), 그리고 제 1 단부판과 제 2 단부판 사이에 배치되는 블레이드를 가지며, 제 1 단부판은 방사형 블레이드 휠로의 유입을 허용하는 개구(6)를 가진다. 방사형 블레이드 휠에 대한 최적 효율을 달성하기 위하여, 방사형 블레이드 휠은 블레이드를 구비한 내측 부분 및 블레이드를 구비한 외측 부분을 포함하며, 내측 부분에서 블레이드(3)의 곡률(R1)은 방사형 블레이드 휠이 회전하는 동안 유동 입자에 운동 에너지를 제공하도록 형성되고 외측 부분에서 블레이드(3)의 곡률(R2)은 방사형 블레이드 휠이 회전하는 동안 유동 입자에 운동 에너지를 제공하지 않도록 형성된다.

Description

방사형 블레이드 휠 {RADIAL BLADE WHEEL}
본 발명은 방사형 블레이드 휠에 관한 것으로 특히 방사형 블레이드 휠의 외측 부분의 형상에 관한 것이다.
블레이드의 외경 보다 큰 외경을 가지는 단부판을 구비한 방사형 블레이드 휠을 형성하는 것이 공지되어 있다. 이는 단부판이 방사형 블레이드 휠의 회전 축선으로부터 블레이드 보다 더 멀리 돌출되며, 이에 의해 블레이드를 포함하지 않는 외측 공간이 형성되는 것을 의미한다. 이러한 해결책에서, 블레이드는 방사형 블레이드 휠이 회전할 때 블레이드가 전체 길이에 걸쳐 블레이드를 따라 유동하는 입자에 운동 에너지를 제공하는 방식으로 형성된다.
블레이드가 없는 외측 공간은 회전 디퓨저를 형성한다. 단부판들 사이의 거리는 회전 축선으로부터 멀어지는 방향으로 디퓨저 공간에서 증가될 수 있다. 이는 유동 속도를 감소시켜 방사형 블레이드 휠로부터의 유출 속도를 감소시킨다.
상기 방사형 블레이드 휠이 갖는 단점은 블레이드 휠의 성능이 최적이 아니라는 것이다.
본 발명의 목적은 신규한 타입의 방사형 블레이드 휠을 제공하는 것이며, 방사형 블레이드 휠의 성능은 공지된 해결책 보다 우수하다. 이는 청구항 1에 따른 해결책으로 달성된다.
본 발명에 따라, 블레이드의 곡률은 블레이드를 구비한 내측 부분은 블레이드를 포함하며 이 블레이드의 곡률은 방사형 블레이드 휠이 회전하는 동안 유동 입자에 운동 에너지를 제공하고, 블레디드를 구비한 외측 부분은 블레이드를 포함하며 이 블레이드의 곡률은 방사형 블레이드 휠이 회전하는 동안 유동 입자에 운동 에너지를 제공하지 않는다. 따라서, 외측 부분은 방사형 블레이드 휠의 성능을 개선하는 블레이드를 구비한 회복 부분(return part)을 형성한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라, 단부판들 사이의 거리는 블레이드를 구비한 외측 부분의 적어도 일 부분에서 증가한다. 따라서, 하부 유출 속도는 방사형 블레이드 휠로부터 달성되어 더 큰 효율을 달성하고 방사형 블레이드 휠은 장치에 장착되기에 더 적절하다. 단부판들 사이의 거리는 서로에 대해 하나의 각도로 하나의 단부판 또는 선택적으로 양 단부판들을 만곡시키거나 벤딩함으로써 증가될 수 있다. 외측 부분 내의 블레이드에 의해, 벤드(bend) 또는 각도는 공지된 해결책에서 보다 더 클 수 있어 유동이 벤드 또는 각도 때문에 단부판과의 접촉을 손실하지 않는다.
방사형 블레이드 휠의 바람직한 실시예는 종속항에 설명된다.
아래에서, 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 예로서 설명된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사형 블레이드 휠의 블레이드의 형상 을 도시하는 도면이고,
도 2는 도 1의 방사형 블레이드 휠의 블레이드 각도를 더 상세하게 도시한 도면이고,
도 3은 도 1 및 도 2의 방사형 블레이드 휠의 직경에 대한 블레이드 각도의 비율을 표시하는 도표이고,
도 4는 도 1에 따른 방사형 블레이드 휠의 단면이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사형 블레이드 휠의 단면이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사형 블레이드 휠의 단면이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사형 블레이드 휠의 형상을 도시한다. 도 1은 제 1 단부판(1) 및 제 1 단부판에 연결되는 블레이드(3)를 보여준다. 제 2 단부판은 블레이드의 형상이 도면으로부터 명백하게 되도록 생략되었다. 방사형 블레이드 휠이 작동될 때, 방사형 블레이드 휠은 화살표(5)의 방향으로 회전 축선(8) 둘레를 회전하여, 제 1 단부판(1)의 개구(6)를 통하여 흡입이 발생되고, 제 1 단부판 및 제 2 단부판 그리고 블레이드(3)의 외측 에지(7)에 의해 한정된 개구를 통하여 유출이 발생한다.
도 2는 도 1의 방사형 블레이드 휠의 블레이드 각도를 더 상세하게 도시하며, 도 3은 도 1 및 도 2의 방사형 블레이드 휠의 직경에 대한 블레이드 각도의 비율을 표시하는 도표이다.
방사형 브레이드 휠은 내측 부분 및 외측 부분으로 나누어져, 내측 및 외측 부분의 변이부는 직경(D3)의 지점에서 발생한다. 내측 부분의 블레이드는 방사형 블레이드 휠이 회전하는 동안 유동 입자에 운동 에너지를 제공하도록 형성된다. 따라서, 공지된 방사형 블레이드 휠의 형상과 유사한 형상은 내측 부분에 대해 이용될 수 있다. 도면의 예에서, 이는 방사형 블레이드 휠의 회전 축선(8)으로부터 거리에 따라 증가하는 블레이드 각도로 달성된다. 도 3으로부터 가장 명백한 바와 같이, 블레이드 각도는 내측 부분의 직경(D1)에서 유입 각도(β1)로부터 시작하여 가장 큰 블레이드 각도(β3)가 직경(D3)에서 달성될 때까지 증가한다. 도면들로부터 명백한 바와 같이, 블레이드 각도는 주어진 지점에서 블레이드 각도의 탄젠트(tangent) 및 원의 중앙이 방사형 블레이드 휠의 회전 축선에 있을 때 지점을 통하여 형상화되는 원의 탄젠트 사이에 형성된 각도를 의미한다.
직경(D3) 뒤의 외측 부분에서, 블레이드의 곡률은 방사형 블레이드 휠이 회전하는 동안 유동 입자로 운동 에너지를 제공하지 않도록 형성된다. 따라서, 외측 부분에서, 압력 회복이 발생하여, 에너지가 부가되지 않는다. 이는 블레이드의 하나의 지점에서 다음 지점으로 운반되는 공기 입자가 블레이드로부터 에너지를 수용하지 않는 것을 의미한다. U*Cu= 일정한 값이 될때, 블레이드가 비효율적으로 되는 이 같은 외측 부분이 얻어지며, 여기서, U는 원주방향 속도이고, Cu는 원주방향 속도의 방향으로 투사되는 입자의 절대 속도이다.
도 1 내지 도 3에서 도시된 예에서, 외측 부분의 블레이드(3)에는 블레이드 각도가 방사형 블레이드 휠의 회전 축선(8)으로부터 거리를 따라 감소되는 곡률이 제공된다. 블레이드 각도는, 블레이드의 외측 에지(7)가 존재하는 직경(D2)에서 각도(β2)가 달성될 때까지, 직경(D3)에서의 각도(β3)로부터 감소되는 것이 도 3으로부터 가장 명백하다. 최종 유출 각도(β2)는, 반지름방향으로 볼 때, 블레이드를 구비한 외측 부분을 위해서 얼마나 많은 부분을 할당(reserve)하는지에 따라 달라질 것이다.
실제로, 블레이드(3)가 내측 부분의 제 1 반경(R1)에 따라 그리고 외측 부분의 제 2 반경(R2)에 따라 만곡되도록 형성되는 방식으로 방사형 블레이드 휠의 블레이드를 형성하는 것이 가능하다.
도 1 내지 도 3에 따른 방사형 블레이드 휠로 수행되는 실제 실험은 유용한 성능을 외측 부분의 외경(D2)이 내측 부분이 외측 부분으로 전환되는(turn) 곳에서의 직경(D3) 보다 10% 내지 20% 큰 외측 부분에 대한 내측 부분의 비율이 달성된다. 외측 직경(D2)이 14% 더 클 때(D2 = 1.14*D3), 압력 곡선은 공지된 방사형 블레이드 휠에서 보다 약 30% 더 크다.
도 4는 도 1에 따른 방사형 블레이드 휠의 단면이다. 도면은 방사형 블레이드 휠의 상 반부만 도시한다. 도 2는 서로 상관 거리(mutual distance)로 배치되는 제 1 및 제 2 단부판(1 및 2)을 보여주며, 제 1 단부판(1)은 방사형 블레이드 휠로 유입을 허용하는 개구(6)를 가진다. 화살표에 의해 표시된 바와 같이, 유동은 블레이드(3)의 외측 에지(7)를 향하여 반지름방향으로 외측으로 연속되며, 제 1 및 제 2 단부판(1 및 2)과 함께 방사형 블레이드 휠로부터의 유출을 허용한다. 제 2 단부판(2)은 바람직하게는 액츄에이터, 예를 들면 모터로 방사형 블레이드 휠을 체결하기 위해 중앙에 위치되는 체결 장치를 포함하며, 모터에 의해 방사형 블레이 드 휠이 회전 축선(8) 둘레를 회전할 수 있다.
도 4로부터 명백한 바와 같이, 단부판(1 및 2)의 외측 부분들(도 4에서 최상부)은 평행하여, 이 외측 부분들은 일정하게 남아 있게 된다. 단부판들은 여기 예에서 단부판들이 반지름 방향으로 볼 때 블레이드(3)의 외측 에지(7) 외부로 연장하지 않도록 하는 치수를 가진다. 이 같은 형상에 의해, 방사형 블레이드 휠은 공지된 방사형 블레이드 휠 내의 회전 디퓨저로서 이용되는 최외측의 블레이드가 없는 공간이 없게 된다. 결론적으로, 방사형 블레이드 휠의 외경은 달성된 성능과 관련하여 최적으로 작게 된다.
본 발명에 따라, 제 1 단부판(1) 및/또는 제 2 단부판(2)은 블레이드(3)의 외측 에지(7)의 약간 외부로 연장하는 것이 가능하다. 따라서, 단부판/단부판들의 최외측 부분에서, 가장자리(직선형, 곡선형 또는 벤딩형)에는 충분히 단단하게 제조될 수 있는 구조물이 형성된다. 이 같은 경우, 단부판들의 외경은 블레이드의 외경(D2) 보다 1 내지 2.5% 더 큰 것이 종종 충분하며, 이는 작동 및 결과에 아주 작은 영향을 미친다.
도 4로부터 볼 때, 제 1 단부판(1)이 블레이드(3)의 외측 에지(7)와 만나는, 지점(A)은 제 2 단부판(2)이 블레이드(3)의 외측 에지(7)와 만나는 지점(B) 보다 방사형 블레이드 휠의 회전 축선(8)으로부터 멀리 위치된다. 이 같은 해결책으로, 블레이드의 외측 에지에서 우세한 압력에 영향을 미치는 것이 가능하다. 회전 축선으로부터 블레이드의 외측 에지로의 반지름방향 거리는 일정하지 않을 때, 외측 에지의 상이한 부분에서 우세한 압력은 원하는 방식으로 고르게 될 수 있다. 그러 나, 본 발명에 따라, 이는 모든 실시예에서 필요한 것은 아니다. 계단형상의 외측 에지(도 4에 도시됨) 대신, 외측 에지는 외측 에지가 회전 측선(8)에 대해 평행한 방식으로(즉, 지점(A) 및 지점(B)이 회전 축선으로부터 동일한 거리에 위치하는) 또는 외측 에지가 직선형이지만 경사지는(계단형상이 없음) 방식으로(도 4에 도시된 바와 같이 이 경우 지점(A) 및 지점(B)는 회전 축선으로부터 상이한 거리에 위치하는) 직선형으로 형성될 수 있다. 이와 같은 선택적인 해결책은 또한 도 5 및 도 6에 도시된 실시예에 적용가능하다.
본 발명에 따른 방사형 블레이드 휠은 또한 팬 하우징(정적 디퓨저)에 이용하기에 적절하며, 이는 동적 압력을 정적 압력으로 변환한다. 그러나, 공지된 방사형 블레이드 휠과 관련하여, 이는 충분히 높은 효율을 발생하지 않는다. 본 발명에 따른 방사형 블레이드 휠이 총 압력 증가의 많은 부분을 수행하기 때문에, 효율은 케이싱에 장착된 종래의 블레이드 휠에 비해 높다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사형 블레이드 휠의 단면이다. 도면은 방사형 블레이드 휠의 상 반부만 도시한다. 도 5에 도시된 실시예는 대 부분에서 도 4에 따른 실시예에 대응하며, 이 때문에 도 5에 따른 실시예는 이러한 실시예의 차이를 발생함으로써 아래에서 설명된다.
도 5에서, 방사형 블레이드 휠은 단부판들 사이의 거리가 블레이드를 구비한 외측 부분의 적어도 일부분에서 방사형 블레이드 휠의 회전 축선으로부터의 거리를 따라 증가한다. 거리에서의 이 같은 증가는 전체 외측 부분에서 발생하지 않지만 거리는 외측 부분의 최외측 부분에서 단지 증가하기 시작될 수 있다. 선택적으로, 거리는 내측 부분에서 이미 증가하기 시작할 수 있다.
도 5에 따른 실시예에서, 단부판들(1' 및 2) 사이의 거리에서의 증가는 제 1 단부판이 라인(9)에 대해 각도(α)로 외측으로 벤딩되는 방식으로 달성되며, 라인(9)은 방사형 블레이드 휠의 회전 축선(8)과 수직방향으로 교차한다. 이러한 방식으로, 하부 유출 속도는 방사형 블레이드 휠로부터 달성되어, 더 높은 효율을 달성하고 방사형 블레이드 휠은 장치에 장착하기에 더 적절하다.
도 5에 도시된 D0는 제 1 단부판(1')의 개구의 직경이다. D0 보다 적어도 약 20% 큰(D4 >1.2*D0) 직경(D4)에서 외측으로의 제 1 단부판의 벤딩의 시작 지점을 위치시키는 것이 바람직한 것으로 증명되었다. 블레이드(3)가 제공되는 외측 부분 때문에, 각도(α)는 단부판(1')의 벤딩에서 단부판(1')과의 접촉이 손실되지 않고 공지된 해결책 보다 더 크게 형성될 수 있다. 실제로, 이러한 각도(α)는 방사형 블레이드 휠의 크기에 따라, 0°내지 40°일 수 있다. 단부판들 사이의 거리가 블레이드를 구비한 외측 부분이 시작하는 직경에서 증가하기 시작하는 해결책이 작용한다. 이는 예를 들면, D4 = D3일 때 달성된다. 그러나, 본 발명에 따라, 단부판들 사이의 거리가 블레이드를 구비한 외측 부분이 시작하는, 직경(D3) 보다 더 크거나 더 작은 직경(D4)에서 증가하기 시작한다.
도 5에서와 같이, 직선형이지만 일정한 각도로 벤딩되는 외측 부분을 가지는 제 1 단부판(1') 대신, 이러한 부분은 제 2 단부판(2)으로부터 이격하여 만곡될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사형 블레이드 휠의 단면이다. 도면 은 방사형 블레이드 휠의 상 반부만을 도시한다. 도 6에 도시된 실시예는 모든 부분에 대해, 도 4에 따른 실시예에 대응하며, 이에 의해 도 5에 도시된 실시예는 이러한 실시예들의 차이를 발생함으로써 아래에서 설명된다.
도 6에 도시된 방사형 블레이드 휠은 도 5와 관련하여 주어진 상세한 설명에 따라 형성된 제 1 단부판(1')을 가진다. 도 5의 실시예와 반대로, 또한 도 6의 제 2 단부판(2')은 제 2 단부판의 외측 부분이 라인(10)에 대해 각도(β)로 외측으로 벤딩하는 방식으로 형성되며 라인(10)은 방사형 블레이드 휠의 회전 축선(8)과 수직하게 교차한다. 양 단부판이 서로로부터 벤딩되거나 만곡되기 때문에, 단부판들 사이의 거리는 회전 축선(8)으로부터 멀어지는 방향으로 더 빨리 증가한다.
제 2 단부판(2')의 벤딩이 시작하는 시작 지점은 제 1 단부판의 외측으로의 벤딩이 시작하는 직경(D4)에서 일 수 있다. 선택적으로, 제 2 단부판의 외측으로의 벤딩은 제 1 단부판의 외측으로의 벤딩이 시작하는 직경(D4) 보다 더 크거나 더 작은 직경에서 시작할 수 있다.
블레이드가 제공되는 외측 부분 때문에, 각도(β)는 유동이 벤딩에서 제 2 단부판(2')과의 접촉이 손실되지 않고 공지된 해결책에서 보다 더 크게 형성될 수 있다. 실제로, 이러한 각도(β)는 방사형 블레이드 휠의 치수에 따라, 0°내지 40°일 수 있다.
직선형이지만 일정한 각도로 벤딩되는 외측 부분을 가지는 제 2 단부판(2') 대신, 도 6에 도시된 바와 같이, 이러한 단부는 제 1 단부판(1')으로부터 만곡될 수 있다.
도면 및 관련된 설명은 예시적인 것으로 단지 본 발명의 설명을 위한 것으로 본 발명의 범위를 제한하지 않는 것으로 의도된다. 본 발명의 범위는 이러한 예들에 대한 변형예를 포함할 수 있다는 것이 본 기술분야의 기술자에게 명백하다.

Claims (11)

  1. 방사형 블레이드 휠로서,
    서로 상관 거리(mutual distance)를 두고 배치되는 제 1 단부판(1, 1') 및 제 2 단부판(2, 2')으로서, 상기 제 1 단부판(1, 1')이 상기 방사형 블레이드 휠로의 유입을 허용하는 개구(6)를 가지는, 제 1 및 제 2 단부판(1, 1', 2, 2'); 및
    상기 제 1 단부판(1, 1')과 상기 제 2 단부판(2, 2') 사이에 배치되며 상기 제 1 단부판 및 상기 제 2 단부판에 연결되는, 블레이드(3)로서, 상기 블레이드의 외측 에지(7) 및 상기 제 1 단부판(1, 1')과 상기 제 2 단부판(2, 2')은 상기 방사형 블레이드 휠로부터의 유출을 허용하는 개구를 형성하는, 블레이드(3);를 포함하는 방사형 블레이드 휠에 있어서,
    블레이드를 구비한 내측 부분으로서, 상기 내측 부분 내에서 상기 블레이드(3)의 곡률(R1)은 상기 방사형 블레이드 휠이 회전하는 동안 운동 에너지를 유동 입자에 제공하도록 형성되는, 블레이드를 구비한 내측 부분; 및
    블레이드를 구비한 외측 부분으로서, 상기 외측 부분 내에서 상기 블레이드의 곡률(R2)은 상기 방사형 블레이드 휠이 회전하는 동안 운동 에너지를 유동 입자에 제공하지 않도록 형성되며, 상기 블레이드를 구비한 외측 부분에서의 상기 블레이드(3)의 곡률은 U*Cu = 일정한 값(constant)이 되도록 형성되고, 상기 U는 원주방향 속도이고, 상기 Cu는 상기 원주방향 속도의 방향으로 투사되는 상기 블레이드를 따르는 입자의 절대 속도인, 블레이드를 구비한 외측 부분;을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    방사형 블레이드 휠.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 내측 부분 내에서 상기 블레이드(3)의 곡률은 상기 블레이드의 각도가 상기 방사형 블레이드 휠의 회전 축선(8)으로부터의 거리가 증가함에 따라 증가하고,
    상기 외측 부분 내에서 상기 블레이드(3)의 곡률은 상기 블레이드의 각도가 상기 방사형 블레이드 휠의 회전 축선(8)으로부터의 거리가 증가함에 따라 감소하는 것을 특징으로 하는,
    방사형 블레이드 휠.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 내측 부분이 상기 외측 부분으로 전환되는(turn) 곳에서의 직경은 D3이고, 상기 블레이드를 구비한 외측 부분의 외경(D2)은 D3 보다 10% 내지 20% 더 큰 것을 특징으로 하는,
    방사형 블레이드 휠.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 블레이드를 구비한 외측 부분의 외경(D2)은 D3 보다 14% 더 큰 것을 특징으로 하는,
    방사형 블레이드 휠.
  5. 제 1 항에 있어서,
    단부판들(1', 2') 사이의 거리는 상기 방사형 블레이드 휠의 회전 축선(8)으로부터의 거리가 증가함에 따라 상기 블레이드를 구비한 외측 부분의 적어도 일 부분에서 증가하는 것을 특징으로 하는,
    방사형 블레이드 휠.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 단부판의 개구(6)의 직경은 D0이고, 상기 제 1 단부판(1')은 D0 보다 20% 이상 더 큰 직경(D4)로부터 시작하여, 상기 제 2 단부판(2, 2')으로부터 멀어지게 벤딩되는 것을 특징으로 하는,
    방사형 블레이드 휠.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 단부판(1')의 외측 부분과 상기 방사형 블레이드 휠의 회전 축선(8)과 수직하게 교차하는 라인(9) 사이의 각도(α)는 0 내지 40°인 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는,
    방사형 블레이드 휠.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 단부판(2')의 외측 부분과 상기 방사형 블레이드 휠의 회전 축선(8)과 수직하게 교차하는 라인(10) 사이의 각도(β)는 0 내지 45°인 것을 특징으로 하는,
    방사형 블레이드 휠.
  9. 제 1 항에 있어서,
    적어도 상기 제 1 단부판(1, 1') 및 상기 제 2 단부판(2, 2')의 가장 큰 외경은 상기 블레이드를 구비한 외측 부분의 외경(D2)에 실질적으로 대응하도록 형성되는 것을 특징으로 하는,
    방사형 블레이드 휠.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 블레이드(3)의 외측 에지(7)는, 상기 블레이드의 외측 에지(7)가 상기 제 2 단부판(2, 2')에 연결되는 상기 방사형 블레이드 휠의 회전 축선(8)으로부터의 거리보다 더 큰 상기 방사형 블레이드 휠의 회전 축선(8)으로부터의 거리에서, 상기 제 1 단부판(1, 1')으로 연결되는 것을 특징으로 하는,
    방사형 블레이드 휠.
  11. 삭제
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