KR102558158B1

KR102558158B1 - 부분개방 측판을 갖는 전곡깃 원심 임펠러

Info

Publication number: KR102558158B1
Application number: KR1020210088336A
Authority: KR
Inventors: 소애연
Original assignee: 소애연
Priority date: 2021-07-06
Filing date: 2021-07-06
Publication date: 2023-07-20
Also published as: KR20230007694A

Abstract

본 발명은 부분개방 측판을 갖는 전곡깃 원심 임펠러에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 측판의 일부분을 개방하여 공기역학적인 성능저하를 방지하면서, 내부에 설치되는 다수의 깃을 길게 형성하여, 연장된 부위를 측판의 개방된 개방부측까지 돌출되는 형태로 적용함으로써, 기존에 비해 원심 임펠러의 풍량과 정압을 증가시키면서 고속회전이 가능하도록 하는 부분개방 측판을 갖는 전곡깃 원심 임펠러에 관한 것이다.

Description

부분개방 측판을 갖는 전곡깃 원심 임펠러{Centrifugal impeller with partially opened shroud}

본 발명은 깃의 길이가 조절되어 풍량과 정압이 증가되는 전곡깃 원심 임펠러에 관한 것이다.

임펠러는 펌프, 송풍기 또는 압축기의 주요 부분으로, 원주상에 같은 간격으로 배치된 수개의 깃을 가지고 회전되며, 구동모터와 연결되어 회전되는 임펠러의 깃들 사이로 공기와 같은 기체나 물 및 오일 등의 유체가 흘러나갈 때 에너지가 만들어진다.

그리고 통상적으로 임펠러의 깃은 원심형과 축류형으로 구분되며, 원심형 깃은 회전되는 축에 수직으로 유체가 유동되며, 축류형 깃은 회전축의 방향으로 유체가 유동된다.

한편 상기와 같은 임펠러는 유체의 혼합 등에도 이용되는데, 유체를 혼합하기 위한 용도로 만들어지는 종래의 원심임펠러 구성을 보면 다음과 같다.

도 1은 종래의 원심임펠러의 정면도이며, 도 2는 도 1의 측면 단면도이다. 도시된 바와 같이 종래의 원심임펠러는 주판(1), 측판(2), 깃(3) 및 회전축(4)으로 구성되며, 회전축(4)을 회전시킴으로서 유체가 흡입구(S1)를 통해 흡입되고, 주판(1)과 측판(2) 및 깃(3)으로 형성된 깃 통로를 통하여 임펠러출구(S2)로 토출되어 유체에 에너지를 가해준다.

그리고 상기 원심임펠러의 깃(3)은 주판(1)과 측판(2)에 연결되며, 다수의 깃(3)이 방사상으로 배열되고 깃들은 약간 휘어진 판상으로 형성된다. 휘어진 형태의 깃(3) 안쪽으로 오목하게 휘어진 오목면(3')과 밖으로 볼록하게 휜 볼록면(3")이 나타난다. 이때, 상기 오목하게 휜 오목면(3') 부근에서는 볼록면(3") 부근에 비하여 유체의 압력이 낮게 형성된다. 따라서 깃(3)의 오목면(3') 부근에서 유체 흐름의 박리로 인하여 도 2 에 도시된 바와 같이 역류영역이 발생되어 임펠러의 성능이 저하된다.

그리고 임펠러는 깃(3)의 수가 제한되어 있고 또한 유체는 점성을 가지고 있기 때문에 깃 통로에서의 마찰, 유동의 박리 등으로 인하여 임펠러출구(S2)에서 유체의 상대속도는 출구깃각에 따른 유체의 속도와는 달리 변하게 되며, 유체의 배출방향은 깃(3)의 수가 감소함에 따라 점차 출구깃각과는 커다란 차이가 발생한다.

이러한 현상으로 인하여 임펠러출구(S2)에서 미끄럼속도가 발생되고 미끄럼속도는 임펠러회전 방향의 반대방향으로 발생하기 때문에 임펠러의 압력수두를 감소시키는 원인이 되며, 미끄럼속도가 크게 발생할수록 동일한 압력을 발생시키기 위하여 주속도를 증가시켜야 하므로 임펠러의 성능 및 효용성이 감소하게 된다.

원심 임펠러의 성능저하는 임펠러를 구동하기 위한 축동력의 상승과 효용성의 저하로 나타나며, 이러한 요인을 일부제거하여 준다면 원심임펠러의 성능을 향상시킬 수 있다는 가능성을 제공하여 준다.

직경에 대한 출구폭의 비율이 작은 원심임펠러의 경우, 측판(2)의 곡률반경과 주판(1)의 곡률반경의 차이가 작고 깃 통로가 길기 때문에 측판입구(2')에서 가속된 흐름은 약간 감소되다가 임펠러출구(S2)에 도달할 때에는 다시 가속되며, 흡입구의 측판입구(2')에서 정압이 감소되어도, 깃 통로 내에서의 흐름이 전반적으로 감속이 발생하지 않고 가속되므로, 역압력구배가 크게 형성되는 깃 통로에서의 압력구배에도 불구하고 측판입구(2')에서 흐름이 박리되지 않는다.

직경에 대한 출구폭의 비율이 큰 원심임펠러의 경우, 측판(2)의 곡률반경과 주판(1)의 곡률반경의 차이가 크고 깃 통로가 짧기 때문에 측판입구(2')에서 가속된 흐름은 임펠러출구(S2)에 도달할 때에는 크게 감속되고, 임펠러출구(S2)에서의 속도분포는 측판입구(2')가 흡입구(S1)쪽에 비해 매우 증가한 상태로 배출된다.

이때 측판(2)의 내부벽면을 따르면 유동이 강한 역압력구배가 형성되는 유동현상과유사한 형태의 유동현상이 발생하므로 흐름이 크게 가속되는 측판입구(2')에서 강한 박리현상이 발생하며, 박리된 흐름으로 인하여 측판(2)의 내부벽면의 깃통로가 완전히 차단되어 측판출구(2") 부근에서는 강한 역류영역이 형성된다.

이러한 현상이 발생되면, 박리된 흐름으로 인하여 측판(2)의 내부벽면의 깃통로가 완전히 차단되어 측판출구(2")에서는 반경방향속도가 크게 감소되고, 미끄럼속도가 급격히 증가하여 압력발생을 감소시켜 임펠러의 성능 및 효용성이 크게 저하된다.

그러나 임펠러 깃통로의 폭이 커질수록 도 2에서와 같이 흐름은 측판에서 박리되어 임펠러 깃통로내에서 소용돌이 흐름이 발생하고, 박리로 인한 에너지의 손실이 발생한다.

이렇듯, 기존의 원심임펠러를 인라인 덕트 송풍기(In-Line-Duct-Fan)에 적용할 경우, 도 2처럼 임펠러출구(S2)에서의 흐름이 반경방향으로 배출되어 덕트(D) 벽면에 수직으로 진입함으로써 덕트 벽면에서의 흐름이 축방향으로 유도되지 않고 덕트(D) 벽면에서의 충돌로 인하여 에너지가 소산(dissipation)되어 손실이 증가하게 되므로 인라인 덕트 송풍기의 효율이 급감한다.

또한, 미끄럼속도는 원심임펠러의 성능에 매우 큰 영향을 주는 인자로 미끄럼속도가 증가할수록 원심임펠러의 효용성은 크게 감소한다.

이와 같이 역류영역의 형성 즉 흐름의 박리현상으로 인한 깃 통로 일부가 차단되며 역류영역에서의 반경방향속도와 접선방향속도가 감소되어 임펠러의 성능이 저하된다.

KR

20-0241247

Y1 (2001.07.24.)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 원심 임펠러에 깃을 형성함에 있어서, 전곡깃 원심 임펠러의 강도를 높이기 위하여, 설치되는 깃의 길이를 충분히 증가시켜, 측판의 개구된 개방부를 향해 사전설정길이의 연장부만큼 돌출되는 형태를 가지도록 하되, 이에 따른 공기역학적인 성능저하를 방지하기 위하여 측판을 일부 개방한 형태로 원심임펠러에서 발생시키는 풍량과 정압을 증가시키고 저속회전을 통하여 소음을 감소시킨 부분개방 측판을 갖는 전곡깃 원심 임펠러를 제공하는데 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로서,

전향전곡의 깃(300)을 가지는 원심 임펠러이며,

원판형의 주판(200);

상기 주판(200)의 일면에서, 주판(200)의 중심점부터 일정간격되어 원주방향을 따라 상호간 등간격 이격배치되는 다수의 깃(300);

상기 주판(200)의 일면에 수평을 이루는 형태로 대향설치되어, 다수 깃(300)의 상단(L-4)을 상호간 연결시키며, 중앙에는 개방된 개방부(410)를 형성하는 링 형태의 측판(400); 으로 구성되되,

상기 깃(300)의 길이는 측판(400)의 너비보다 크게 형성되어, 상기 개방부(410)를 향해 사전설정길이 연장되어 개방부(410)측으로 연장부(310)를 돌출시킴으로써, 원심 임펠러의 풍량과 정압 및 강도를 증가시켜 고속회전이 가능토록 하고, 소음이 감소되도록 하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 원심 임펠러에 적용되는 깃의 길이를 길게 형성하고, 측판은 중앙이 개구된 구조를 가지도록 하여, 깃이 개방된 측판의 중앙부분까지 연장되어 돌출되는 형태를 취함으로써, 원심임펠러에서 발생시키는 풍량과 정압을 증가시키고 저속회전을 통하여 소음을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 후향깃 원심임펠러를 나타낸 상측 평면도.
도 2는 종래의 후향깃 원심임펠러 및 임펠러가 인라인 덕트에 배치된 송풍기를 나타낸 단면도.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 부분개방 측판을 갖는 전곡깃 원심 임펠러를 나타낸 첫번째 실시예의 도면.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 부분개방 측판을 갖는 전곡깃 원심 임펠러를 나타낸 두번째 실시예의 도면.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 깃의 다양한 형상을 나타낸 일실시예의 도면.
도 9는 본 발명에 따른 깃을 확대하여 나타낸 부분확대도.

이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 부분개방 측판을 갖는 전곡깃 원심 임펠러를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 부분개방 측판을 갖는 전곡깃 원심 임펠러는 하기와 같다.

우선적으로 임펠러를 구성하는 원판형의 판재형 주판(200)과, 상기 주판(200)의 일면에서, 주판(200)의 중심점부터 일정간격되어 원주방향을 따라 상호간 등간격 이격배치되는 다수의 깃(300)을 구비하며, 상기 주판(200)의 일면에 수평을 이루는 형태로 대향설치되어, 다수 깃(300)의 상단(L-4)을 상호간 연결시키며, 공기역학적인 성능저하를 방지하기 위하여, 중앙에는 개방된 개방부(410)를 형성함으로써 일부를 개방한 링 형태의 측판(400)으로 구성된다.

본 발명에서는 일부를 개방한 측판(400)과 더불어, 깃(300)의 길이를 충분히 증가시켜 원심 임펠러에서 발생되는 풍량과 정압을 증가시키고, 고속회전이 가능하도록, 하기와 같은 다양한 깃(300)의 형상을 제시한다.

상기 깃(300)은 전향전곡의 깃이며,

상기 깃(300)의 길이방향 전체 길이(L-1)는 측판(400)의 너비(W)보다 크게 형성되어, 상기 개방부(410)를 향해 사전설정길이 연장되어 개방부(410)측으로 연장부(310)를 돌출시킨다.

이때, 상기 깃(300)은 측판(400)과 결합되어 개방부(410)측으로 돌출되지 않은 미돌출 길이(L-2)와, 상기 개방부(410)측으로 연장되어 돌출되는 연장부(310)의 돌출길이(L-3) 비율이, 1 : 0.3 ~ 1.5의 비율을 가지도록 한다.

상기 깃(300)은 사용자의 다양한 실시예에 따라, 본 발명에서 2가지의 실시예를 가진다.

첫번째 실시예는 상기 다수의 깃(300) 모두가, 상기 개방부(410)측으로 연장부(310)를 돌출하는 형태이며,

두번째 실시예는 상기 다수의 깃(300)에서, 연장부(310)를 형성하지 않는 다수의 깃(300)과, 연장부(310)를 형성하는 한개의 깃(300)이 교번으로 형성되는 것이다. (ex: 돌출되는 긴 길이의 깃 12개, 돌출되지 않는 길이의 깃 36개로, 상호간 개수 1:3의 비율로 형성하여, 돌출되는 깃 1개, 돌출되지 않는 깃 3개가 교번으로 형성되도록 하는 것이다.)

더불어, 상기 깃(300)은 사용자의 실시예에 따라, 다양한 측면형상을 가질 수 있음이다.

도 7에 도시된 바와 같이,

상기 깃(300)에서 측판(400)과 결합되는 상단의 길이(L-4)와, 주판(200)과 결합되는 하단의 길이(L-5)가 동일하게 개방부(410)측까지 연장부(310)를 돌출시키는 제 1경우,

상기 개방부(410)측까지 연장부(310)를 돌출시키되, 하단의 길이(L-5)가 상단의 길이(L-4)보다 상대적으로 긴 길이를 가짐으로써, 연장부(310)의 일측이 테이퍼지는 제 2경우,

상기 상단의 길이(L-4)는 측판(400)의 너비와 동일한 길이를 가짐으로써 개방부(410)측으로 돌출되지 않되, 하단(L-5)은 상단의 길이(L-4)보다 상대적으로 긴 길이로 형성되어, 연장부(310)의 일측이 테이퍼지는 형태를 가짐으로써, 연장부(310)의 일측은 하단(L-5)측을 향할수록 점차 개방부(410)측으로 돌출되도록 하는 제 3경우를 비롯하여,

도 8에 도시된 바와 같이,

상기 깃(300)에서 측판(400)과 결합되는 상단의 길이(L-4)와, 주판(200)과 결합되는 하단의 길이(L-5)가 동일하게 개방부(410)측까지 연장부(310)를 돌출시키되, 연장부(310)의 일측 끝단이 라운딩처리되는 제 4경우,

상기 개방부(410)측까지 연장부(310)를 돌출시키되, 하단의 길이(L-5)가 상단의 길이(L-4)보다 상대적으로 긴 길이를 가짐으로써, 연장부(310)의 일측이 테이퍼진 후, 수직으로 주판(200)에 연결되는 제 5경우,

상기 상단의 길이(L-4)는 측판(400)의 너비와 동일한 길이를 가짐으로써 개방부(410)측으로 돌출되지 않되, 하단(L-5)은 상단의 길이(L-4)보다 상대적으로 긴 길이로 형성되어, 연장부(310)의 일측이 테이퍼진 후, 수직으로 주판(200)에 연결되는 형태를 가짐으로써, 연장부(310)의 일측은 하단(L-5)측을 향할수록 점차 개방부(410)측으로 돌출되도록 하는 제 6경우와 같이,

본 발명에서는 이러한 제 1경우 ~ 제 6경우 중 어느 하나로 측의 측면형상을 가질 수 형성할 수 있음이다.

도 9는 본 발명에 따른 깃(300)의 일부를 확대한 것으로, 깃(300)을 설정방법은 하기와 같다.

상기 깃(300)은, 도 9의 도시처럼, 내측 단부(A)와 외측 단부(B)를 직선으로 연결한 선을 깃(300)의 코드 라인(301, chord line)으로 설정한 뒤, 상기 코드 라인(301)에 대한 에어포일 평균캠버선의 상대높이를 지정하여 깃(300)의 곡선이 설정될 수 있다.

즉, 깃(300)은 앞전에 해당되는 내측 단부(A)와 뒷전에 해당되는 외측 단부(B)를 직선으로 연결한 선이 깃(300)의 코드 라인(301)이 되고, 코드 라인(301)을 기준으로 에어포일의 평균캠버선에 해당되는 위치를 지정하여 연결한 곡선이 깃(300)의 단면형태가 될 수 있다. 그리하여 에어포일의 형태에 따라 평균캠버선의 형태가 달라지므로 적용하고자 하는 에어포일의 형태에 따라 다양한 곡선형상의 단면을 갖도록 깃을 형성할 수 있다.

또한, 상기 깃(300)의 붙임기준각(θ1)은 0° 내지 180°(더 자세히는 20° 내지 150°) 로 형성되며, 상기 붙임기준각(θ1) 및 적용되는 평균캠버선의 형상에 따라 깃(300)의 길이, 곡선 형태, 입구깃각(β1) 및 출구깃각(β2)이 변할 수 있다.

즉, 깃(300)이 전곡형으로 형성되되, 깃(300)의 코드 라인(301)과 깃(300)의 내측 단부(A)에서 깃(300)의 내측 단부(A)들은 연결하는 원의 직경인 내측 직경(Di)에 대한 접선(L2)이 이루는 각인 붙임기준각(θ1)이 0° 내지 180° 로 형성될 수 있다. 그리고 붙임기준각(θ1)이 커질수록 깃(300)의 길이 및 코드 길이가 변하게 된다. 또한, 붙임기준각(θ1)이 커질수록 입구깃각(β1) 및 출구깃각(β2)이 커지며, 붙임기준각(θ1)이 작아질수록 입구깃각(β1) 및 출구깃각(β2)은 작아지게 된다. 여기에서 입구깃각(β1)은 깃의 내측 단부(A)에서 깃(300)에 대한 접선(L1)과 깃의 내측 단부(A)들을 연결하는 원의 직경인 내측 직경(Di)에 대한 접선(L2)이 이루는 각이며, 출구깃각(β2)은 깃의 외측 단부(B)에서 깃(300)에 대한 접선(L4)과 깃의 외측 단부(B)들을 연결하는 원의 직경인 외측 직경(Do)에 대한 접선(L3)이 이루는 각으로서, 도시된 바와 같이 나타낼 수 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

100 : 회전축 200 : 주판
300 : 깃 301 : 코드 라인
310 : 연장부 400 : 측판
410 : 개방부
C : 기준점 θ : 뒤제침각
A : 깃의 내측 단부 B : 깃의 외측 단부
L : 중심선
β1 : 입구깃각 β2 : 출구깃각
θ1 : 붙임기준각
Di : 깃의 내측 단부(A)들을 연결하는 원의 직경(내측 직경)
Do : 깃의 외측 단부(B)들을 연결하는 원의 직경(외측 직경)
L1 : A 점에서 깃에 대한 접선
L2 : A 점에서 내측 직경(Di)에 대한 접선
L3 : B 점에서 외측 직경(Do)에 대한 접선
L4 : B 점에서 깃에 대한 접선
L-1 : 깃의 길이방향 전체 길이
L-2 : 깃의 미돌출 길이
L-3 : 깃의 돌출길이
L-4 : 깃의 상단 길이
L-5: 깃의 하단 길이

Claims

전향전곡의 깃(300)을 가지는 원심 임펠러이며,
원판형의 주판(200);
상기 주판(200)의 일면에서, 주판(200)의 중심점부터 일정간격되어 원주방향을 따라 상호간 등간격 이격배치되는 다수의 깃(300);
상기 주판(200)의 일면에 수평을 이루는 형태로 대향설치되어, 다수 깃(300)의 상단(L-4)을 상호간 연결시키며, 중앙에는 개방된 개방부(410)를 형성하는 링 형태의 측판(400); 으로 구성되되,
상기 깃(300)의 길이는 측판(400)의 너비보다 크게 형성되어, 상기 개방부(410)를 향해 사전설정길이가 연장되어 개방부(410)측으로 연장부(310)를 돌출시킴으로써, 원심 임펠러의 풍량과 정압 및 강도를 증가시켜 고속회전이 가능토록 하고, 소음이 감소되도록 하며,
상기 깃(300)은
상기 측판(400)과 결합되어 개방부(410)측으로 돌출되지 않은 미돌출 길이(L-2)와, 상기 개방부(410)측으로 연장되어 돌출되는 연장부(310)의 돌출길이(L-3) 비율이, 1: 0.3~1.5의 비율을 가지며,
상기 다수의 깃(300)은
연장부(310)를 형성하지 않는 다수의 깃(300)과, 연장부(310)를 형성하는 한개의 깃(300)이 교번으로 형성되며,
상기 깃(300)은
상기 상단의 길이(L-4)는 측판(400)의 너비와 동일한 길이를 가짐으로써 개방부(410)측으로 돌출되지 않되, 하단(L-5)은 상단의 길이(L-4)보다 상대적으로 긴 길이로 형성되어, 연장부(310)의 일측이 테이퍼지는 형태를 가짐으로써, 연장부(310)의 일측은 하단(L-5)측을 향할수록 점차 개방부(410)측으로 돌출되도록 하는 제 3경우,
측판(400)과 결합되는 상단의 길이(L-4)와, 주판(200)과 결합되는 하단의 길이(L-5)가 동일하게 개방부(410)측까지 연장부(310)를 돌출시키되, 연장부(310)의 일측 끝단이 라운딩처리되는 제 4경우, 또는
상기 상단의 길이(L-4)는 측판(400)의 너비와 동일한 길이를 가짐으로써 개방부(410)측으로 돌출되지 않되, 하단(L-5)은 상단의 길이(L-4)보다 상대적으로 긴 길이로 형성되어, 연장부(310)의 일측이 테이퍼진 후, 수직으로 주판(200)에 연결되는 형태를 가짐으로써, 연장부(310)의 일측은 하단(L-5)측을 향할수록 점차 개방부(410)측으로 돌출되도록 하는 제 6경우,
중 어느 하나로 이루어지며,
상기 깃(300)의 붙임기준각(θ1)은 20° 내지 150° 로 형성되며, 상기 붙임기준각(θ1) 및 적용되는 단면 원호의 형상에 따라 깃(300)의 길이, 곡선 형태, 입구깃각(β1) 및 출구깃각(β2)이 변하며,
싱기 깃(300)은 내측 단부(A)와 외측 단부(B)를 직선으로 연결한 선이 깃(300)의 코드 라인(301, chord line)으로 설정되고, 깃(300)의 코드 라인(301)과 깃(300)의 내측 단부(A)에서 깃(300)의 내측 단부(A)들은 연결하는 원의 직경인 내측 직경(Di)에 대한 접선(L2)이 이루는 각인 붙임기준각(θ1)이 커질수록 깃(300)의 길이 및 코드 길이가 변하게 되되, 붙임기준각(θ1)이 커질수록 입구깃각(β1) 및 출구깃각(β2)이 커지며, 붙임기준각(θ1)이 작아질수록 입구깃각(β1) 및 출구깃각(β2)은 작아지게 되며, 상기 입구깃각(β1)은 깃의 내측 단부(A)에서 깃(300)에 대한 접선(L1)과 깃의 내측 단부(A)들을 연결하는 원의 직경인 내측 직경(Di)에 대한 접선(L2)이 이루는 각이며, 상기 출구깃각(β2)은 깃의 외측 단부(B)에서 깃(300)에 대한 접선(L4)과 깃의 외측 단부(B)들을 연결하는 원의 직경인 외측 직경(Do)에 대한 접선(L3)이 이루는 각인 것을 특징으로 하는 부분개방 측판을 갖는 전곡깃 원심 임펠러.
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