KR100296306B1 - 터보 압축기의 가스베어링 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터보 압축기의 가스베어링 구조에 관한 것으로, 종래에는 압축기가 외부로부터의 충격 등으로 인하여 흔들리게 되는 경우에는 고속으로 회전하는 임펠러가 슈라우드 등에 부딪혀 파손되거나 또는 구동축이 베어링부재에 부딪혀 파손되는 등 압축기 자체가 크게 손상될 우려가 있었던 바, 본 발명에서는 상기 구동축의 양단에 일체로 결합된 임펠러에 의해 원심 압축되는 고압의 압축가스 일부가 상기 구동축을 지지하는 베어링부재의 내부로 유입되어 그 압축가스의 압력으로 구동축의 요동을 저지하도록 상기 베어링부재에 완충용 가스유로를 두고 레이디얼 베어링부시를 삽입시켜 구성함으로써, 상기 압축기가 외부로부터 충격을 받아 흔들리더라도 구동축이 안정적으로 지지되어 임펠러나 베어링부재와 같은 여타의 부품들이 부딪히면서 파손되는 것을 방지하여 압축기의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

Description

터보 압축기의 가스베어링 구조{GAS BEARING STRUCTURE FOR TURBO COMPRESSOR}

본 발명은 터보 압축기의 가스베어링에 관한 것으로, 특히 압축기가 외부로부터의 충격을 받더라도 그 충격이 구동축으로 전달되지 않도록 하여 각 부품이 파손되는 것을 방지할 수 있는 터보 압축기의 가스베어링 구조에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 날개차나 로터의 회전운동 또는 피스톤의 왕복운동으로 공기나 냉매가스 등의 기체를 압축하는 것으로, 날개차나 로터 또는 피스톤을 구동시키는 동력발생부와 그 동력발생부에서 전달되는 구동력으로 기체를 흡입하여 압축시키는 압축기구부로 이루어진다.

이러한 압축기는 기체를 압축시키는 구조에 따라 회전식, 왕복동식, 리니어식, 스크롤식, 터보식의 압축기로 구분되는데, 이 중에서 상기 터보 압축기는 공기 압축기의 일종으로서 취급이 용이하고 구조가 간단하며 공기의 흐름이 일정하다는 장점이 있다.

상기 터보 압축기는 크게 원심식 압축기와 터빈형의 축류식 압축기로 나뉘어 지는데, 본 발명은 원심식 터보 압축기(이하, 터보 압축기로 통칭함)에 관한 것이다.

도 1은 종래 2단 압축식 터보 압축기의 일례를 보인 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 종래의 2단 압축식 터보 압축기는, 증발기(미도시)와 연통되는 제1 압축실(11) 및 응축기(미도시)와 연통되는 제2 압축실(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,제2 압축실(11,12) 및 모터실(13)은 제1,제2 가스유로(미도시)에 의해 연통되고, 상기 모터(20)에 결합되어 회전하는 구동축(30)의 양단은 각각 제1,제2 압축실(11,12)에 삽입되어 그 단부에는 각각 제1,제2 압축실(11,12)에서 회전하면서 흡입되는 냉매가스를 2단으로 압축하기 위한 제1,제2 임펠러(40,50)가 결합되어 있다.

또한, 상기 구동축(30)의 양측에는 그 구동축(30)의 반경방향 및 축방향을 지지하는 가스베어링의 베어링부가 구비되어 있는데, 이 베어링부는 모터실(13)의 양측에 베어링부재(60)가 각각 고정되어 그 내주면이 구동축(30)의 외주면과 함께 레이디얼 베어링면(61)을 이루고, 상기 각 베어링부재(60)의 내측면이 구동축(30)의 양측에 형성된 베어링부시(31)의 외측면과 함께 스러스트 베어링면(62)을 이루도록 결합되며, 상기 레이디얼 베어링면(61)은 스러스트 베어링면(62) 보다 모터실(13)의 바깥쪽에 양측에 각각 구비되어 이루어져 있다.

도면중 미설명 부호인 10a는 흡입구이고, 10b는 토출구이며, 11a,12a는 제1,제2 디퓨져이고, 11b,12b는 제1,제2 볼류트이며, 11c,12c는 슈라우드이고, 21은 고정자이며, 22는 회전자이다.

상기와 같이 구성된 종래의 2단 압축식 터보압축기는 다음과 같이 동작된다.

즉, 인가된 전원에 의해 모터(20)에 유도자기가 발생되면, 그 유도자기에 의해 구동축(30)이 고속으로 회전을 개시함과 아울러 그 구동축(30)의 양단에 고정된제1,제2 임펠러(40,50)가 회전을 하게 되고, 그 각 임펠러(40,50)의 회전에 의해 냉매가스가 순차적으로 각 압축실(11,12)로 흡입되어 각 임펠러(40,50)의 원심력에 의해 스크류형태로 뿌려지면서 각 디퓨져(11a,12a)를 거쳐 각 볼류트(11b,12b)로 유입되는데, 이때 제1 디퓨져(11a) 및 제1 볼류트(11b)를 거치면서 가압축되었다가 제2 디퓨져(12a) 및 제2 볼류트(12b)로 유입되는 과정에서 냉매가스는 압력수두의 상승으로 완전 압축되어 토출구(10b)를 통해 응축기(미도시)로 토출된다.

여기서, 상기 구동축(30)은 압축기의 정지시 베어링부재(60)의 내주면에 안착되어 있다가 압축기의 재시동시 그 구동축(30)의 외주면과 베어링부재(60)의 내주면이 레이디얼 베어링면(61)을 이루게 되는데, 이때 상기 구동축(30)의 회전시 베어링부재(60)의 내주면에 대향되는 구동축(30)의 외주면에는 수개의 가스유입용 그루브(미도시)가 형성되어 있어 모터실(13) 내부의 유체가 베어링부재(60)의 레이디얼 베어링면(61)과 구동축(30)의 레이디얼 베어링면(미부호) 사이로 원활하게 유입된다.

한편, 상기 제1 압축실(11)과 제2 압축실(12)에는 상호간 압력차가 발생되어 이 압력차가 구동축(30)을 제2 압축실(12)에서 제1 압축실(11)쪽으로 밀어내려고 하나, 이러한 힘은 압축기의 재기동시 베어링부재(60)의 스러스트 베어링면(62)과 베어링부시(31)의 스러스트 베어링면(31a)에 의해 구동축(30)이 안정적으로 지지되는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 터보 압축기의 가스베어링에 있어서는, 각임펠러(40,50)로부터 분출되면서 원심 압축되는 냉매가스의 일부가 임펠러(40,50)의 배면쪽으로 누설되어 베어링부재(60)의 내주면과 구동축(30)의 외주면 사이의 대향면이 가스베어링의 역할을 하도록 하는 것이나, 상기 압축기가 외부로부터의 충격 등으로 인하여 흔들리게 되는 경우에는 고속으로 회전하는 임펠러(40,50)가 슈라우드(11c,12c) 등에 부딪혀 파손되거나 또는 구동축(30)이 베어링부재(60)에 부딪혀 파손되는 등 압축기 자체가 크게 손상될 우려가 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 터보 압축기의 가스베어링이 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 압축기가 외부로부터 충격을 받아 흔들리더라도 임펠러나 베어링부재 등이 여타의 부품들과 부딪혀 파손되지 않도록 하는 터보 압축기의 가스베어링 구조를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

도 1은 종래 터보 압축기의 일례를 보인 종단면도.

도 2는 도 1의 'A'부를 상세히 보인 종단면도.

도 3은 본 발명 가스베어링이 구비되는 터보 압축기의 일례를 보인 종단면도.

도 4a 및 도 4b는 도 3의 'B'부에 대한 일례를 보인 종단면도 및 사시도.

도 5a 및 도 5b는 도 3의 'B'부에 대한 변형예를 상세히 보인 종단면도 및 사시도.

도 6a 및 도 6b는 도 3의 'B'부에 대한 변형예를 상세히 보인 종단면도 및 사시도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

30 : 구동축 31 : 스러스트용 베어링부시

110 : 베어링부재 111 : 부시 장착홈

120,200,300 : 완충용 베어링부시 130 : 다공질의 철망

210,310 : 완충용 가스유로 320 : 가스통공

121,220,330 : 구동축 관통공

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 양쪽에 압축실이 연통 형성되고 그 사이에 구동모터가 장착되는 모터실이 형성되는 밀폐용기와, 상기 구동모터의 가동자에 결합되어 구동력을 전달하는 구동축과, 그 구동축의 양단에 장착되어 유체를 원심 압축시키도록 각 압축실에 구비되는 임펠러와, 상기 밀폐용기의 내부에 장착되어 구동축의 반경방향 및 축방향 하중을 지지하는 베어링부재와, 상기 임펠러에 의해 원심 압축된 고압의 압축가스로 구동축의 요동을 지지하도록 상기한 압축가스 일부가 유입되는 완충용 가스유로를 구비하여 구동축의 외주면과 베어링부재의 내주면 사이에 삽입되는 레이디얼용 베어링부시를 포함한 터보 압축기의 가스베어링 구조가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 터보 압축기의 가스베어링 구조를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명 가스베어링이 구비되는 터보 압축기의 일례를 보인 종단면도이고, 도 4a 및 도 4b는 도 3의 'B'부에 대한 일례를 보인 종단면도 및 사시도이며, 도 5a 및 도 5b는 도 3의 'B'부에 대한 변형예를 상세히 보인 종단면도 및 사시도이고, 도 6a 및 도 6b는 도 3의 'B'부에 대한 변형예를 상세히 보인 종단면도 및 사시도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 가스베어링이 구비되는 2단 압축식 터보 압축기는 밀폐용기(10)의 양측 내부에 제1 압축실(11)과 제2 압축실(12)이 형성되고, 그 사이에 구동모터(20)가 장착되는 모터실(13)이 형성되며, 상기 구동모터(20)에 일체된 구동축(30)의 양단에는 상기한 각 압축실(11,12)에서 회전하면서 냉매가스를 흡입하여 압축시키는 제1 임펠러(40) 및 제2 임펠러(50)가 각각 결합되고, 상기 구동모터(20)의 양측과 각 임펠러(40,50) 사이에는 베어링부가 구비되어 구동축(30)의 반경방향 및 축방향 하중을 지지하도록 구성된다.

상기 베어링부는 모터의 양측에 환상의 베어링부재(110)가 각각 고정되어 그 내주면이 구동축(30)의 외주면과 함께 반경방향 하중을 지지하는 레이디얼 베어링면을 형성하고, 상기 각 베어링부재(110)의 내측면은 구동축(30)에 일체로 결합된 스러스트용 베어링부시(31)의 외측면과 함께 축방향 하중을 지지하는 스러스트 베어링면을 형성하여 이루어 진다.

여기서, 상기 레이디얼 베어링면은 베어링부재(110)의 부사 삽입홈(111)에완충용 베어링부시(120)가 삽입되어 이루어지는데, 상기 베어링부재(110)의 내주면과 완충용 베어링부시(120)의 외주면 사이에는 임펠러(40,50))에 의해 원심 압축되면서 뿌려지는 고압의 압축가스 일부가 레이디얼 베어링면(미부호)을 이루는 구동축(30)의 외주면으로 유입되도록 하는 완충용 가스유로(미부호)가 형성된다.

상기 완충용 가스유로는 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 세라믹재질의 다공성 철망(130)이 개재되어 가스의 유입을 제한하도록 하여 이루어지거나, 또는 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 상기 완충용 베어링부시(200)의 외표면에 다수개의 가스유입용 그루브(210)가 형성되어 이루어지거나, 또는 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이 상기 완충용 베어링부시(300)의 외주면에 가스유입용 그루브(310)를 형성하고 그 가스유입용 그루브에서 내주면까지 연통되는 가스통공(320)을 형성하여 이루어진다.

한편, 상기 스러스트 베어링면은 베어링부재(110)의 내측면과 그 베어링부재(110)의 내측면에 대향되게 구동축(30)의 외주면에 압입되는 스러스트용 베어링부시(31)의 외측면으로 이루어 진다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

도면중 미설명 부호인 10a는 흡입구이고, 10b는 토출구이며, 11a,12a는 제1,제2 디퓨져이고, 11b,12b는 제1,제2 볼류트이며, 11c,12c는 슈라우드이고, 21은 고정자이며, 22는 회전자이고, 121 및 131 및 220 및 330은 구동축 관통공이다.

상기와 같은 본 발명에 의한 가스베어링 구조가 구비된 터보 압축기는 다음과 같이 동작된다.

즉, 상기 밀폐용기(10)의 제1 압축실(11)로 흡입된 냉매가스는 제1 임펠러(40)에 의해 1단 원심 압축되고, 이 1단 압축된 가압축가스는 제2 압축실(12)로 유도되어 제2 임펠러(50)에 의해 2단 원심 압축되면서 토출되는데, 이 원심 압축되면서 토출되는 고압의 압축가스 중에서 그 일부가 베어링부재(110)와 완충용 베어링부시(120,200,300)로 이루어지는 완충용 가스유로(미부호)(210)(310,320)를 통해 구동축(30)의 외주면과 완충용 베어링부시(120,200,300)의 내주면 사이의 레이디얼 베어링면으로 유입되어 반경방향 하중을 지지하게 된다.

이렇게, 상기 레이디얼 베어링면으로 유입되는 압축가스는 각 임펠러(40,50)에서 원심 압축된 고압의 압축가스이므로, 압축기가 외부로부터 충격을 받아 흔들리게 되더라도 그 압축기의 구동축(30)이 상기한 레이디얼 베어링면에 채워진 고압의 압축가스에 의해 견고하게 지지되어 구동축(30)은 요동되지 않게 되며, 그 레이디얼 베어링면으로부터 스러스트 베어링면으로 유입되는 고압가스는 구동축(30)의 축방향 하중을 지지하게 되는 것이다.

이때, 상기 완충용 가스유로(미부호)(210)(310,320)에 다공성의 철망(130)이 개재되는 경우에는 베어링부재(110)와 완충용 베어링부시(120)의 조립공차에 대한 여유공차가 상당하여 베어링부재(110)와 베어링부시(120)의 제작 및 조립이 용이하게 되는 한편, 상기 완충용 베어링부시(200)의 외표면에 가스유입용 그루브(210)를 형성하는 경우에는 상기한 조립공차가 적어 제작 및 조립은 상대적으로 난해하나 다공성의 철망(130)과 같은 별도의 부재를 부가하지 않고도 압축가스의 누설량이최소한으로 유지하면서도 구동축의 안정성을 기할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 터보 압축기의 가스베어링 구조는 구동축의 양단에 일체로 결합된 임펠러에 의해 원심 압축되는 고압의 압축가스 일부가 상기 구동축을 지지하는 베어링부재의 내부로 유입되어 그 압축가스의 압력으로 구동축의 요동을 저지하도록 상기 베어링부재에 완충용 가스유로를 두고 레이디얼 베어링부시를 삽입시켜 구성함으로써, 상기 압축기가 외부로부터 충격을 받아 흔들리더라도 구동축이 안정적으로 지지되어 임펠러나 베어링부재와 같은 여타의 부품들이 부딪히면서 파손되는 것을 방지하여 압축기의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 양쪽에 압축실이 연통 형성되고 그 사이에 구동모터가 장착되는 모터실이 형성되는 밀폐용기와, 상기 구동모터의 가동자에 결합되어 구동력을 전달하는 구동축과, 그 구동축의 양단에 장착되어 유체를 원심 압축시키도록 각 압축실에 구비되는 임펠러와, 상기 밀폐용기의 내부에 장착되어 구동축의 반경방향 및 축방향 하중을 지지하는 베어링부재와, 상기 임펠러에 의해 원심 압축된 고압의 압축가스로 구동축의 요동을 지지하도록 상기한 압축가스 일부가 유입되는 완충용 가스유로를 구비하여 구동축의 외주면과 베어링부재의 내주면 사이에 삽입되는 레이디얼용 베어링부시를 포함한 터보 압축기의 가스베어링 구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 완충용 가스유로에는 다공성부재가 개재되어 가스의 유입을 제한하도록 하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 가스베어링 구조.
3. 제1항에 있어서, 상기 완충용 가스유로는 레이디얼용 베어링부시의 외표면에 다수개의 가스유입용 그루브가 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 가스베어링 구조.
4. 제1항에 있어서, 완충용 가스유로는 레이디얼용 베어링부시의 내부에 그 외주면에서 내주면까지 연통되는 가스통공을 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 가스베어링 구조.