KR100273369B1

KR100273369B1 - Driving shaft structure for turbo compressor

Info

Publication number: KR100273369B1
Application number: KR1019970074704A
Authority: KR
Inventors: 이상욱
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 2001-01-15
Also published as: KR19990054827A

Abstract

PURPOSE: A driving shaft structure for turbo compressor is provided to achieve improved efficiency of driving motor by reducing the size of load being applied to the motor, while reducing the manufacturing cost. CONSTITUTION: A turbo compressor comprises a closed container including first and second compression chambers and a motor chamber for mounting of a driving motor(20); a driving shaft(100) coupled to a rotor of the driving motor, and which rotates as being coupled to a radial bearing and a thrust bearing in such a manner as to be supported in radial and axial directions; and first and second impellers(40,50) fixed to both ends of the driving shaft so as to compress a fluid. The driving shaft is formed into a hollow type with blocked both ends, such that the load applied to the driving motor by the weight of the driving shaft is reduced, and the load applied to the radial bearing is reduced.

Description

Drive shaft structure of turbo compressor

본 발명은 터보압축기의 구동축에 관한 것으로, 특히 구동축의 무게를 가볍게 하기 위한 터보압축기의 구동축 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a drive shaft of a turbo compressor, and more particularly to a drive shaft structure of a turbo compressor for reducing the weight of the drive shaft.

일반적으로 압축기는 날개차나 로터의 회전운동 또는 피스톤의 왕복운동으로 공기나 냉매가스등의 기체를 압축하는 기계로서, 날개차나 로터 및 피스톤을 구동시키기 위한 동력발생부 및 그 동력발생부에서 전달된 구동력에 의해 기체를 흡입하여 압축하는 압축기구부로 구성된다.In general, a compressor is a machine that compresses gas such as air or refrigerant gas by a rotary motion of a vane or a rotor or a reciprocating motion of a piston, and is a power generator for driving a vane, a rotor, and a piston, and a driving force transmitted from the power generator. It consists of a compressor mechanism for sucking and compressing gas.

이러한 압축기는 동력발생부와 압축기구부의 배치형태에 따라 밀폐형 또는 분리형으로 구분되는데, 그 중에서 밀폐형은 소정의 밀폐용기 내에 동력발생부 및 압축기구부가 함께 설치되는 형태이고, 분리형은 밀폐용기의 외부에 동력발생부가 설치되어 그 동력발생부에서 발생되는 구동력이 밀폐용기 내의 압축기구부로 전달되는 형태이다.Such compressors are classified into a sealed type or a separate type according to the arrangement of the power generating part and the compression mechanism part, wherein the closed type is a type in which the power generating part and the compression mechanism part are installed together in a predetermined sealed container, and the separate type is located outside the sealed container. The power generating unit is installed so that the driving force generated in the power generating unit is transmitted to the compression mechanism in the sealed container.

상기 밀폐형 압축기는 기체를 압축하는 구조에 따라 회전식, 왕복동식, 리니어 그리고 스크롤 압축기 등이 있는데, 최근 들어서는 모터의 구동력으로 임펠러를 회전시키고 그 임펠러의 회전시 발생되는 원심력을 이용하여 기체를 흡입,압축시키는 터보압축기(혹은, 원심압축기)가 새롭게 소개되고 있다.The hermetic compressor includes a rotary, reciprocating, linear and scroll compressor according to a structure for compressing gas. In recent years, the impeller is rotated by a driving force of a motor, and the gas is sucked and compressed by using a centrifugal force generated when the impeller is rotated. Turbo compressors (or centrifugal compressors) are newly introduced.

제1도는 본 발명자가 특허번호 제97-64567호로 선출원한 바 있는 2단 압축식 터보압축기의 구성을 개략적으로 보인 종단면도로서 이에 도시된 바와 같이, 선출원의 2단 압축식 터보압축기는 통상 어큐뮬레이터(A)와 연통되는 제1압축실(11) 및 통상 응축기(미도시)와 연통되는 제2압축실(12)이 밀폐용기(10)의 양측에 각각 형성되고, 그 밀폐용기(10)의 내측 중앙에는 엑시얼타입의 비엘디시모터(Brushless DC MOTOR)(20)가 장착되는 모터실(13)이 형성되며, 상기 제1, 제2압축실(11,12) 및 모터실(13)은 가스유로(14)에 의해 서로 연통되고, 상기 모터(20)에 결합되어 회전하는 구동축(30)의 양단은 제1, 제2압축실(11,12)에 각각 삽입되어 그 단부에는 각 압축실(11,12)에서 회전하면서 흡입되는 가스를 2단으로 압축하기 위한 제1, 제2임펠러(40,50)가 결합되어 있다.1 is a longitudinal cross-sectional view schematically showing the configuration of a two-stage compression turbocompressor, which the inventor has filed with a patent application No. 97-64567. As shown therein, the two-stage compression turbocompressor of the prior application is usually an accumulator ( A first compression chamber 11 in communication with A) and a second compression chamber 12 in communication with a normal condenser (not shown) are formed on both sides of the hermetically sealed container 10, respectively, and inside the hermetically sealed container 10. In the center, a motor chamber 13 in which an axial type brushless DC motor 20 is mounted is formed, and the first and second compression chambers 11 and 12 and the motor chamber 13 are formed of gas. Both ends of the drive shaft 30, which are in communication with each other by the flow path 14 and are coupled to the motor 20 and rotated, are respectively inserted into the first and second compression chambers 11 and 12, and at each end thereof, each compression chamber ( 11 and 12, the first and second impellers 40 and 50 for compressing the gas sucked while rotating in the second stage are combined.

또한, 상기 구동축(30)의 양측, 즉 모터(20)의 양측에는 그 구동축(30)에 대해 반경방향으로 지지하기 위한 레이디얼 베어링(60)이 각각 결합되어 있고, 그 레이디얼 베어링(60)의 양측 외곽에는 구동축(30)을 축방향으로 지지하기 위한 스러스트 베어링(70)이 각각 결합되어 있다.In addition, radial bearings 60 for radially supporting the drive shaft 30 are coupled to both sides of the drive shaft 30, that is, both sides of the motor 20, respectively. Both sides of the thrust bearing 70 for supporting the drive shaft 30 in the axial direction is coupled to each other.

도면중 미설명 부호인 10a는 흡입구, l0b는 토출구, 11a,12a는 디퓨져, l1b,12b는 볼텍스, 13a,13b는 유입,유출통공, 14는 가스유로이다.In the drawings, reference numeral 10a denotes an inlet port, l0b denotes an outlet port, 11a and 12a denotes a diffuser, l1b and 12b denotes a vortex, 13a and 13b denote inlet and outlet holes, and 14 denotes a gas flow path.

상기와 같이 구성된 선출원의 2단 압축식 터보압축기는 다음과 같이 동작된다.The two-stage compression turbocompressor of the prior application configured as described above is operated as follows.

즉, 인가된 전원에 의해 모터부(20)에 유도자기가 발생되면, 그 유도자기에 의해 구동축(30)이 고속으로 회전을 개시하게 되어 그 구동축(30)의 양단에 고정된 제1, 제2임펠러(40,50)가 회전을 하게 되고, 그 각 임펠러(40,50)의 회전에 의해 냉매가스가 순차적으로 각 압축실(11,12)로 흡입되었다가 각 임펠러(40,50)의 원심력에 의해 스크류형태로 뿌려져 각 디퓨져(11a,12a)를 거쳐 각 볼류트(11b,12b)로 유입되는데, 이때 각 디퓨져(11a,12a)를 거천 각 볼류트(11b,12b)로 유입되는 과정에서 냉매가스는 압력수두의 상승으로 압축가스로 변환되어 토출구(10b)를 통해 응축기(미도시 )로 토출되었다.That is, when the induction magnet is generated in the motor unit 20 by the applied power, the drive shaft 30 starts to rotate at a high speed by the induction magnet and is fixed to both ends of the drive shaft 30. 2 Impellers 40 and 50 rotate, and the refrigerant gas is sequentially sucked into each of the compression chambers 11 and 12 by the rotation of the impellers 40 and 50, and then each of the impellers 40 and 50 It is sprinkled in the form of a screw by centrifugal force and flows through each diffuser 11a and 12a to each volute 11b and 12b. At this time, the refrigerant gas is converted into the compressed gas with the rise of the pressure head, and discharged to the condenser (not shown) through the discharge port 10b.

여기서, 상기 구동축(30)의 회전시에는 그 구동축(30)의 자체 하중에 의한 반경방향으로의 힘이 발생되는데, 이 반경방향으로의 힘은 밀폐용기(10)에 결합되는 구동축(30)의 양측 외주면과 베어링면을 이루는 각 레이디얼 베어링(60)에 의해 지지되는 것으로, 이러한 레이디얼 베어링(60)은 구동축(30)의 하중에 의한 힘이 비교적 크기 때문에 전자석의 자력으로 구동축을 지지하는 마그네틱 베어링이 통상적으로 사용되고 있다.Here, when the drive shaft 30 is rotated, a force in the radial direction is generated by the load of the drive shaft 30 itself, and the force in the radial direction of the drive shaft 30 coupled to the sealed container 10. It is supported by each radial bearing 60 constituting the outer peripheral surface and the bearing surface on both sides, such a radial bearing 60 is a magnetic that supports the drive shaft by the magnetic force of the electromagnet because the force by the load of the drive shaft 30 is relatively large Bearings are commonly used.

한편 상기 제1, 제2압축실(11,12)간에는 일정정도의 압력차가 발생되고, 그 압력차에 의해 구동축(30)은 어느 하나의 축방향 또는 양쪽 축방향으로 밀리는 힘이 발생되나, 이 축방향으로의 힘은 구동축(30) 양측에 압입되어 밀폐용기(보다 정확하게는 모터실)(10)의 양측벽면에 접촉되어 베어링면을 이루는 스러스트 베어링(70)에 의해 지지되는 것으로, 이러한 스러스트 베어링(70)은 구동축(30)의 축방향으로의 힘이 비교적 크지 않기 때문에 가스베어링이 통상적으로 사용되고 있다.On the other hand, a certain pressure difference is generated between the first and second compression chambers 11 and 12, and the pressure difference generates a force that pushes the driving shaft 30 in one or both axial directions. The force in the axial direction is supported by a thrust bearing 70 press-fitted on both sides of the drive shaft 30 and contacting both side walls of the sealed container (more precisely, the motor compartment) 10 to form a bearing surface. The gas bearing is generally used for the 70 because the force in the axial direction of the drive shaft 30 is not relatively large.

그러나, 상기와 같은 선출원의 터보압축기에 있어서의 구동축(30)은 속이 찬 봉형임은 물론, 그 구동축(30)의 양측에 스러스트 베어링(70) 및 제1, 제2임펠러(40,50)가 각각 결합되어 있어 이러한 각 부재의 하중과 구동축(30)의 하중이 합쳐지므로, 그 구동축(30)과 결합되는 구동모터(20)가 과중한 부하를 받게 되어 결국 모터 대비 압축기 효율이 저하되는 문제점이 있었다.However, the drive shaft 30 in the turbo compressor of the above-mentioned application is not only a solid rod type, but also the thrust bearings 70 and the first and second impellers 40 and 50 on both sides of the drive shaft 30. Since the combined load of each member and the load of the drive shaft 30 are combined, the drive motor 20 coupled with the drive shaft 30 receives a heavy load, resulting in a decrease in compressor efficiency compared to the motor. .

또한, 상기 구동축(30)에 집중되는 하중을 모두 레이디얼 베어링(60)에서 받기 때문에, 그 레이디얼 베어링(60)에 걸리는 힘이 과도하여 통상 마그네트 베어링을 사용하고 있으나, 이 마그네트 베어링은 제조단가가 비싸다는 단점뿐만이 아니라 제어가 용이하지 못하고, 많은 열이 발생되어 모터에 악영향을 줄 우려가 있었다.In addition, since all the loads concentrated on the drive shaft 30 are received by the radial bearing 60, the force applied to the radial bearing 60 is excessive, and a magnet bearing is usually used. In addition to the disadvantages of being expensive, it is not easy to control, and a lot of heat is generated, which may adversely affect the motor.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 선출원의 터보압축기가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 구동축의 하중을 감소시킬 수 있는 터보압축기의 구동축 구조를 제공하려는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a drive shaft structure of a turbo compressor that can reduce the load of the drive shaft, in view of the problems of the above-described turbo compressor of the prior application.

제1도는 선출원된 터보압축기의 구성을 보인 종단면도.1 is a longitudinal sectional view showing the configuration of a pre- filed turbocompressor.

제2도는 선출원된 터보압축기에 있어서, 구동축의 구조를 설명하기 위해 보인 부분 파단면도.2 is a partial sectional sectional view shown for explaining the structure of a drive shaft in a turbo compressor pre- filed.

제3도는 본 발명 터보압축기에 있어서, 구동축의 구조를 설명하기 위해 보인 부분파단면도.3 is a partial sectional sectional view of the turbocompressor of the present invention for explaining the structure of a drive shaft.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

100 : 구동축 200 : 레이디얼 베이링100: drive shaft 200: radial bearing

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 구동모터의 회전자에 일체로 결합되고 레이디얼 베어링 및 스러스트 베어링에 반경방향 및 축방향으로 지지되도록 결합되어 회전하는 구동축의 양단에 유체를 순차적으로 원심 압축시키기 위한 임펠러가 각각 결합되는 터보압축기에 있어서, 상기 구동축은 그 양단이 막힌 중공형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 터보압축기의 구동축 구조가 제공된다.In order to achieve the object of the present invention, the fluid is sequentially centrifugally compressed at both ends of the drive shaft which is integrally coupled to the rotor of the drive motor and coupled to the radial bearing and the thrust bearing to be supported radially and axially. In the turbocompressor is coupled to each other impeller, the drive shaft is provided with a drive shaft structure of the turbocompressor, characterized in that the both ends are formed in a hollow shape blocked.

이하, 본 발명에 의한 터보압축기의 구동축 구조를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, the drive shaft structure of the turbocompressor according to the present invention will be described in detail based on the embodiment shown in the accompanying drawings.

제3도는 본 발명 터보압축기에 있어서, 구동축의 구조를 설명하기 위해 보인 부분파단면도이다.3 is a partial sectional sectional view showing the structure of the drive shaft in the turbocompressor of the present invention.

제1도 및 제3도에 도시된 바와 같이, 통상 어큐뮬레이터(A)와 연통되는 제1압축실(11) 및 통상 응축기(미도시)와 연통되는 제2압축실(12)이 밀폐용기(10)의 양측에 각각 형성되고, 그 밀폐용기(10)의 내측 중앙에는 엑시얼타입의 비엘디시 모터(20)가 장착되는 모터실(13)이 형성되며, 상기 제1, 제2압축실(11,12) 및 모터실(13)은 가스유로(14)에 의해 서로 연통되고, 상기 모터(20)에 결합되어 회전하는 구동축(100)의 양단은 각각 제1, 제2압축실(11,12)에 삽입되어 그 단부에는 각각 제1, 제2압축실(11,12)에서 회전하면서 흡입되는 가스를 2단으로 압축하기 위한 제1, 제2임펠러(40,50)가 결합된다.As shown in FIG. 1 and FIG. 3, the first compression chamber 11 which communicates normally with the accumulator A, and the 2nd compression chamber 12 which communicates with a normal condenser (not shown) are the closed container 10 Are respectively formed at both sides of the sealed container 10, and a motor chamber 13 in which an axial type bieldi motor 20 is mounted is formed at the inner center of the sealed container 10, and the first and second compression chambers 11 are formed. 12 and the motor chamber 13 are communicated with each other by the gas flow passage 14, and both ends of the drive shaft 100 coupled to the motor 20 to rotate are respectively the first and second compression chambers (11, 12) The first and second impellers 40 and 50 for compressing the gas sucked while rotating in the first and second compression chambers 11 and 12 in two stages are respectively coupled to the ends thereof.

또한, 상기 구동축(100)의 양측, 즉 모터(20)의 양측에는 그 구동축(100)에 대해 반경방향으로 지지하기 위하여 능동가스제어형 레이디얼 베어링(200)이 결합되고, 그 레이디얼 베어링(200)의 양측 외곽에는 구동축(100)을 축방향으로 지지하기 위한 스러스트 베어링(70)이 결합된다.In addition, an active gas controlled radial bearing 200 is coupled to both sides of the drive shaft 100, that is, both sides of the motor 20, in order to radially support the drive shaft 100, and the radial bearing 200. Thrust bearing 70 for supporting the drive shaft 100 in the axial direction is coupled to both outer sides of the).

여기서, 상기 구동축(100)의 하중에 의해 모터(20)에 가해지는 부하를 작게 함은 물론, 상기 레이디얼 베어링(200)에 부과되는 하중을 적게 하기 위하여 그 양단은 막히나 내부가 빈 중공형으로 구동축(100)이 성형된다.Here, in order to reduce the load applied to the motor 20 by the load of the drive shaft 100, as well as to reduce the load imposed on the radial bearing 200, both ends are clogged but hollow inside. The drive shaft 100 is molded.

도면중 선출원에서와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.In the drawings, the same reference numerals are given to the same parts as in the previous application.

상기와 같이 중공형의 구동축이 구비되는 터보압축기의 일반적인 동작은 선출원 발명과 동일하다.As described above, the general operation of the turbocompressor having the hollow drive shaft is the same as that of the prior application.

즉, 인가된 전원에 의해 구동축(100) 및 각 임펠러(40,50)가 회전하게 됨과 함께 냉동사이클장치의 증발기 또는 어큐뮬레이터로부터 냉매가 제1압축실(11)로 유입되고, 그 제1압축실(11)로 유입되어 1단으로 압축된 냉매는 모터실의 내부로 유입되며, 그 모터실로 유입된 냉매는 모터(20)를 냉각한 다음 다시 가스유로(14)를 통해 제2압축실(12)로 흡입되어 2단으로 완전 압축되어 냉동사이클장치(정확하게는, 응축기)로 토출된다.That is, the driving shaft 100 and the impellers 40 and 50 are rotated by the applied power, and the refrigerant flows into the first compression chamber 11 from the evaporator or the accumulator of the refrigeration cycle apparatus, and the first compression chamber. The refrigerant introduced into (11) and compressed into the first stage is introduced into the inside of the motor chamber, and the refrigerant introduced into the motor chamber cools the motor 20 and then again passes through the gas passage 14 to the second compression chamber 12. ) Is completely compressed into two stages and discharged to a refrigeration cycle apparatus (exactly a condenser).

이때, 상기 구동축(100)은 그 양단은 막히나 내부가 텅 빈 중공형으로 형성되므로, 선출원 발명에 비해 자체 무게가 현저하게 감소되고, 이에 따라 그 구동축(100)을 회전시키는 구동모터(20)의 부하가 줄어들어 결국 동일한 압력비에 대한 모터의 용량을 저감시켜 이 모터 대비 압축기의 효율이 향상되는 것이다.At this time, the driving shaft 100 is formed in a hollow hollow inside the both ends are clogged, the weight of the self is significantly reduced compared to the prior invention, the drive motor 20 for rotating the drive shaft 100 accordingly This reduces the load on the motor and ultimately reduces the capacity of the motor for the same pressure ratio, thus improving the efficiency of the compressor compared to this motor.

또한, 상기 구동축(100) 및 레이디얼 베어렁(200) 및 제1, 제2임펠러(40,50)의 모든 하중을 지지하는 레이디얼 베어링(200)은, 상기 구동축(100) 무게가 감소함에 따라 결국 지지하여야 하는 총하중이 줄어들게 되어 지지력이 약간 떨어지는 레이디얼 베어링(60)을 가스베어링으로 대체할 수 있게 되는 것이다.In addition, the radial bearing 200 supporting all the loads of the drive shaft 100, the radial bare rung 200, and the first and second impellers 40 and 50 may reduce the weight of the drive shaft 100. As a result, the total load to be supported is reduced, so that the bearing bearing is slightly dropped and the radial bearing 60 can be replaced with a gas bearing.

이상에서 설명만 바와 같이 본 발명에 의한 터보압축기의 구동축 구조는, 밀폐용기의 각 압축실에 삽입되도록 모터에 결합되어 회전하는 구동축을 그 양단이 막힌 중공형으로 성형함으로써, 모터에 가해지는 부하의 크기를 감소시켜 모터 대비 압축기의 효율을 향상시키는 것은 물론, 제조단가가 낮으면서도 제어가 용이하며 열발생율이 낮은 가스베어링으로 구동축의 반경방향을 지지할 수 있게 되는 효과가 있다.As described above, the drive shaft structure of the turbocompressor according to the present invention is formed in a hollow shape in which both ends of the drive shaft are coupled to the motor so as to be inserted into the respective compression chambers of the hermetic container. As well as improving the efficiency of the compressor compared to the motor by reducing the size, there is an effect that can support the radial direction of the drive shaft with a gas bearing is easy to control and low heat generation rate while manufacturing cost is low.

Claims

In the turbocompressor is integrally coupled to the rotor of the drive motor and coupled to the radial bearing and the thrust bearing so as to be radially and axially supported, impellers for sequentially centrifugally compressing fluid to both ends of the rotating drive shaft. The drive shaft is a drive shaft structure of the turbocompressor, characterized in that the both ends are formed in a hollow shape.