임펠러(impeller)는 유체의 압력과 흐름을 증가시키기 위해 사용되는 회전하는 회전자(rotor)이다. 흐르는 유체로부터 에너지를 추출하고 압력을 감소시키는 터빈과 반대되는 개념으로, 기계적 에너지를 유체에 전달하여 유체를 이동시키는 역할을 한다.
어원적으로 임펠러는 라틴어 "impellere"(밀어 넣다, 추진하다)에서 유래한 영어 단어로, 17세기경부터 기계공학 분야에서 사용되었다.
구조와 작동 원리
임펠러는 일반적으로 유입되는 유체를 받아들이는 중앙의 열린 입구(아이, eye)와, 유체를 반경 방향으로 밀어내는 날개(vane), 그리고 구동축을 연결하기 위한 키 홈, 스플라인 또는 나사산이 있는 보어로 구성된 짧은 원통형 구조를 가진다. 원심펌프의 경우, 임펠러가 회전하면서 유체를 회전 중심에서 바깥쪽으로 가속시키고, 이 운동에너지가 펌프 케이싱에 의해 제한되면서 압력으로 변환된다.
엄밀히 말하면 프로펠러는 유체의 흐름이 축 방향으로 들어와 축 방향으로 나가는 임펠러의 하위 분류이지만, 많은 공학적 문맥에서 "임펠러"는 흐름이 축 방향으로 들어와 반경 방향(방사형)으로 나가는 회전체를 지칭하는 데 주로 사용된다.
종류
임펠러는 구조적 형태에 따라 다음과 같이 분류된다.
개방형(Open Impeller): 날개가 부착된 허브만으로 구성되며, 날개 양쪽에 벽이 없다. 구조가 단순하여 유지보수가 쉽고 부유 고형물을 다루는 펌프에 적합하다. 모래 끼임 현상이 적고, 날개와 케이싱 사이의 간극 조정을 통해 마모를 보완할 수 있다.
반폐쇄형(Semi-closed Impeller): 추가적인 후면 벽이 있어 개방형보다 강도가 높다. 효율성 저하를 감수하고 고체-액체 혼합물을 통과시킬 수 있다.
폐쇄형(Closed Impeller): 날개 양쪽에 전면 및 후면 벽(슈라우드)이 추가되어 강도와 효율이 가장 높다. 축 추력 부하를 줄여 베어링 수명을 연장하지만 제조가 복잡하고 비용이 많이 든다. 대형 펌프와 깨끗한 물 응용 분야에 주로 사용된다.
스크류형(Screw Impeller): 축 방향의 점진적인 채널을 따라 고형물을 처리할 수 있도록 설계되었다.
활용 분야
펌프: 원심펌프의 핵심 회전 부품으로, 유체에 운동에너지를 부여하고 이를 압력으로 변환하여 유체를 수송한다.
원심 압축기: 공기 또는 가스의 압력을 높이는 데 사용된다. 개방형 임펠러는 덮개가 없어 더 높은 속도에서 작동할 수 있다.
워터젯 추진: 고속 보트의 추진 장치에 사용된다. 임펠러를 통해 가속된 물이 노즐을 통해 분사되어 추력을 발생시키며, 벤투리 효과를 통해 효율을 높인다.
교반 탱크: 탱크 내 유체나 슬러리를 혼합하는 데 사용된다. 축류 임펠러와 반경류 임펠러로 나뉘며, 각각 균질화 공정과 층밀림 변형이 필요한 공정에 사용된다.
세탁기: 상부 적재식 세탁기의 일부 구조에서 빨래를 교반하는 용도로 사용된다.
루츠 블로어(Loots Blower): 맞물리는 두 개의 임펠러를 사용하여 공기를 이동시키며, 환기 시스템이나 내연 기관 과급기 등에 응용된다.
의공학: 심실 보조 장치(Ventricular Assist Device)에 사용되는 축류 펌프의 필수 부품으로, 심장 기능을 보조하거나 대체하는 역할을 한다.
소방 계급장: 영국과 많은 영연방 국가의 소방대에서는 임펠러를 형상화한 배지를 계급장으로 사용하며, 장교들은 견장이나 제복 깃에 이를 부착한다.
