KR100296307B1

KR100296307B1 - 터보 압축기의 축 지지구조

Info

Publication number: KR100296307B1
Application number: KR1019990012066A
Authority: KR
Inventors: 조관식
Original assignee: 구자홍; 엘지전자 주식회사
Priority date: 1999-04-07
Filing date: 1999-04-07
Publication date: 2001-07-12
Also published as: KR20000065627A

Abstract

본 발명은 터보 압축기의 축 지지구조에 관한 것으로, 종래에는 케이스내에 장착된 동력발생수단에 의해 회전하는 구동축이 반경방향 지지부재에 의해 지지될 뿐만 아니라 케이스를 복개하는 복개부재에 의해 이중으로 지지되어 있어 부품수가 증가할 뿐만 아니라 구조가 복잡하게 되며, 터보 압축기내부에 먼지 및 미세 물질이 유입될 경우 그 미세 물질이 구동축과 베어링홀사이에 유입되어 가스 베어링 상태가 효과적으로 유지되지 못하고 부품 파손되는 문제점이 있었는 바, 본 발명은 구동축을 지지하는 구조를 합리적으로 구성할 뿐만 아니라 압축기내부에 유입된 먼지 및 미세 물질을 채집하여 축을 지지하는 베어링면사이로 유입되는 것을 방지하여 부품수를 줄임과 아울러 구조를 간소화하고 축을 지지하는 베어링면의 파손을 방지할 수 있도록 한 것이다.

Description

터보 압축기의 축 지지구조{STRUCTURE FOR SUPPORTING SHAFT OF TURBO COMPRESSOR}

본 발명은 터보 압축기의 축 지지구조에 관한 것으로, 특히 부품수를 줄여 구조를 간소하고, 또한 내부로 유입되거나 잔류하는 미세 물질을 채집할 수 있도록 한 터보 압축기의 축 지지구조에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 공기나 냉매 가스 등의 기체를 압축하는 기계이다. 상기 압축기는 동력을 발생시키는 동력발생부와 그 동력발생부에서 전달된 구동력에 의해 기체를 흡입하여 압축하는 압축기구부로 구성되며, 상기 압축기의 일예로 터보 압축기는 동력발생부에 의해 발생되는 운동에너지를 정압으로 변환시키면서 가스를 고압 상태로 토출시키게 된다.

도 1은 상기 터보 압축기의 일예를 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 터보 압축기는 소정 형상을 갖는 케이스(10)에 동력을 발생시키는 동력발생실(M)이 형성되고 상기 동력발생실의 양측에 제1,2 압축실(P1)(P2)이 형성되어 있다. 그리고 상기 동력발생실(M)에 회전력을 발생시키는 동력발생수단(20)이 장착되며, 상기 제1,2 압축실(P1)(P2)에 동력발생수단(20)과 연결된 구동축(30)의 양단에 각각 결합되어 회전하면서 가스를 흡입하여 압축하는 제1,2 임펠러(31)(32)가 각각 장착되어 있다.

그리고 상기 제1 압축실(P1)의 일측에 가스가 제1 압축실(P1)로 유입되도록 안내하는 가스유입유로(F1)가 형성되고 상기 제1 압축실(P1)과 제2 압축실(P2)사이에 제1압축실(P1)에서 1단 압축된 가스를 제2 압축실(P2)로 유입되도록 안내하는 연통유로(미도시)가 형성되며 상기 제2 압축실(P2)에서 2단 압축된 가스가 외부로 토출되는 가스토출유로(F2)가 형성되어 있다.

그리고 상기 동력발생수단(20)의 양측에 위치하도록 구동축(30)의 양측에 구동축(30)을 반경방향으로 지지하는 반경방향 지지수단(Journal bearing)(J)이 각각 설치되고, 또한 구동축(30)을 축방향으로 지지하는 축방향 지지수단(Thrust bearing)(T)이 구동축(30)을 지지하도록 결합되어 있다.

상기한 바와 같은 터보 압축기의 작동은 먼저 동력발생수단(20)에서 동력이 발생되어 구동축(30)을 고속 회전시키게 된다. 상기 구동축(30)의 회전에 의해 구동축(30)의 양단에 결합된 제1,2 임펠러(31)(32)가 제1,2 압축실(P1)(P2)내에서 각각 회전하게 되며 그 제1,2 임펠러(31)(32)의 회전에 의한 흡입력으로 가스유입유로(F1)를 통해 제1 압축실(P1)로 가스가 흡입되어 1단 압축되고 그 1단 압축된 가스는 연통유로를 통해 제2 압축실(P2)로 유입되어 제2 압축실(P2)에서 2단 압축되며 그 2단 압축된 가스는 가스토출유로(F2)를 통해 토출된다.

그리고 상기 축방향 지지수단(T)은 제1 압축실(P1)과 제2 압축실(P2)과의 압력차에 의해 구동축(30)에 작용하는 축방향의 힘을 지지하게 되며, 상기 반경방향 지지수단(J)은 구동축(30)과의 정밀 공차를 유지하여 구동축(30)의 고속 회전시 가스 베어링(Gas Bearing)에 의해 구동축(30)에 작용하는 반경 방향의 힘을 지지하여 구동축(30)이 반경방향 지지수단(J)과 마찰이 최소화된 상태에서 고속 회전하게 된다.

한편, 상기 터보 압축기의 구동축을 지지하는 종래 구조는, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 반경방향 지지수단은 일정 두께를 갖는 원판 형태로 형성되며 그 가운데 구동축(30)이 삽입되는 베어링홀(41)이 형성되며 그 원판의 일측면에 베어링면(42)이 형성된 반경방향 지지부재(40)로 이루어지며, 그 반경방향 지지부재(40)는 케이스(10)의 내부에 삽입되어 결합된다.

그리고 소정의 면적을 갖는 원판 형태로 그 가운데 축삽입공(51)이 형성되어 이루어진 복개부재(50)가 케이스(10)를 복개하도록 케이스(10)의 일측에 결합되며 그 측부에 압축실(P)이 형성되어 있다. 상기 동력발생수단(20)과 결합되는 구동축(30)은 상기 반경방향 지지부재(40)의 베어링홀(41) 및 복개부재(50)의 축삽입공(51)에 삽입되어 결합되며 그 단부에 임펠러(제1,2 임펠러를 통칭함)(31)가 고정 결합되어 압축실(P)내에 회전 가능하도록 위치하게 된다. 그리고 상기 구동축(30)의 일측에 일정 두께와 높이를 갖도록 베어링부(33)가 형성되며 그 베어링부(33)의 일측면이 상기 베어링면(42)과 접면되는 베어링면(33a)을 이루게 된다. 상기 반경방향 지지부재의 베어링홀(41)과 구동축(30)은 정밀 공차로 가공 조립되어 베어링홀(41)의 내주면과 구동축(30)의 외주면사이에서 가스 베어링 상태가 유지되어 구동축(30)의 고속 회전시 구동축(30)을 반경 방향으로 지지하게 된다. 그리고 상기 압축실(P)과 동력발생실(M)간의 압력차에 의해 축삽입공(51) 및 그에 삽입되는 구동축(30)사이로 압력누설이 발생되며 그 압력누설을 방지하기 위하여 상기 복개부재의 축삽입공(51)의 내주면에 복수개의 홈(C)이 형성되어 이루어지는 레버린스 실링 구조가 형성되어 축삽입공(51)과 구동축(30)사이의 실링 역할을 하게 된다.

그러나 상기한 바와 같은 종래의 구조는 동력발생수단(20)에 의해 회전하는 구동축(30)이 반경방향 지지부재(40)에 의해 지지될 뿐만 아니라 케이스(10)를 복개하는 복개부재(50)에 의해 이중으로 지지되어 있어 부품수가 증가할 뿐만 아니라 구조가 복잡하게 된다. 또한 터보 압축기를 전체사이클에 연결하여 장착할 때 장착 과정에서 발생되는 먼지가 터보 압축기내에 존재하게 되고 그 미세 물질인 먼지가 구동축(30)과 베어링홀(41)사이에 유입될 경우 가스 베어링 상태가 효과적으로 유지되지 못하고 부품 파손이 발생되는 문제점이 있었다.

상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 부품수를 줄여 구조를 간소하고, 또한 내부로 유입되거나 잔류하는 미세 물질을 채집할 수 있도록 한 터보 압축기의 축 지지구조를 제공함에 있다.

도 1은 일반적인 터보 압축기의 일예를 도시한 단면도,

도 2는 종래 터보 압축기의 축 지지구조를 도시한 터보 압축기의 부분 단면도,

도 3은 본 발명의 터보 압축기 축 지지구조를 도시한 단면도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

10 ; 케이스 20 ; 동력발생수단

70 ; 구동축 71 ; 구동축 베어링부

80 ; 격벽부재 81 ; 격벽부재 축삽입구멍

82 ; 격벽부재 베어링면 83 ; 먼지흡입 방지턱

B ; 베어링 삽입실 D ; 먼지 채집실

M ; 동력발생실 P ; 압축실

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 동력발생실과 압축실사이에 소정의 두께를 갖는 격벽부재가 결합되고, 상기 격벽부재에 구동축이 삽입되어 구동축과 가스 베어링 상태를 유지하는 축삽입구멍이 형성되며, 상기 구동축을 축방향으로 지지하는 구동축의 베어링부가 삽입됨과 아울러 일측면에 구동축의 베어링부를 지지하는 베어링면이 구비된 베어링 삽입실이 형성되고, 상기 베어링 삽입실의 일측에 미세 물질이 채집되는 먼지채집실이 구비됨을 특징으로 하는 터보 압축기의 축 지지구조가 제공된다.

이하, 본 발명의 터보 압축기 축 지지구조를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.

먼저 터보 압축기는 케이스(10)의 내부에 동력발생실(M)이 형성되고 상기 동력발생실(M)의 양측에 가스가 압축되는 압축실(P)이 각각 형성된다. 상기 동력발생실(M)에 동력을 발생시키는 동력발생수단(20)이 장착되고, 상기 압축실(P)에 임펠러(60)가 각각 삽입되며 구동축(70)이 동력발생수단(20)에 결합됨과 아울러 그 양단이 임펠러(60)와 각각 결합된다.

그리고 상기 동력발생실(M)과 압축실(P)은, 도 3에 도시한 바와 같이, 그 사이에 결합되는 격벽부재(80)에 의해 구획되며, 상기 구동축(70)은 격벽부재(80)에 의해 지지된다. 상기 동력발생실(M)과 압축실(P)을 구획하는 격벽부재(80)는 소정의 두께와 면적을 갖도록 형성되고 그 가운데 구동축(70)이 삽입되어 구동축(70)과 가스 베어링 상태를 유지하여 구동축(70)을 반경방향으로 지지하는 축삽입구멍(81)이 형성된다. 그리고 상기 축삽입구멍(81)은 구동축(70)에 상응하는 내경과 소정의 폭을 갖도록 형성되며 그에 이어 일측이 개구된 베어링 삽입실(B)이 형성된다. 상기 베어링 삽입실(B)은 소정의 내경과 폭을 갖는 원형홈 형태로 형성되며 그 내측면에 소정의 면적을 갖는 베어링면(82)이 형성된다. 상기 베어링면(82)은 축삽입구멍(81)에 삽입되는 구동축(70)을 축방향으로 지지하게 되며 그 베어링면(82)에 구동축(70)과 가스 베어링 상태를 이루도록 복수개의 그루브가 형성됨이 바람직하다.

또한 베어링 삽입실(B)의 일측에 미세 물질이 채집되는 먼지채집실(D)이 형성되며, 상기 먼지채집실(D)은 그 일예로 베어링면(82)의 가장자리에 소정의 폭과 깊이를 갖는 환형 형태의 홈으로 형성됨이 바람직하다.

그리고 상기 베어링 삽입실(B)의 가장자리에 위치하도록 격벽부재(80)의 일측면에 먼지흡입 방지턱(83)이 형성된다. 상기 먼지흡입 방지턱(83)은 일정 높이와 폭을 갖도록 베어링 삽입실(B)의 가장자리를 따라 환형 형태로 형성됨이 바람직하다.

상기 동력발생수단(20)에서 발생되는 구동력을 임펠러(70)에 전달하는 구동축(70)은 소정의 길이로 형성되며 그 양측에 일정 폭과 높이를 갖도록 돌출된 베어링부(71)가 형성되며 그베어링부(71)의 일측면은 베어링면(72)을 이루게 된다. 상기 구동축(70)의 베어링면(72)은 상기 베어링 삽입실(B)의 베어링면(82)에 대면되도록 구동축(70)이 결합되어 구동축(70)의 축방향 힘을 지지하게 된다. 그리고 상기 베어링 삽입실(B)의 내경은 구동축(70)의 베어링부(71)가 삽입되어 축을 반경방향으로 지지하도록 베어링부(71)의 외주면과 가스 베어링 상태로 가공된다.

이하, 본 발명의 터보 압축기 축 지지구조의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 동력발생수단(20)의 구동력에 의해 구동축(70)이 회전하게 되면 구동축(70)의 양단에 결합된 임펠러(60)가 압축실(P)에서 각각 회전하게 된다. 상기 임펠러(60)가 압축실(P)에서 회전함에 의해 가스가 흡입되어 압축실(P)을 연이어 통하면서 2단 압축되어 고압의 상태로 토출된다.

상기 과정에서 두 개의 압축실(P)에서 발생되는 압력차에 의해 축방향으로 작용하는 힘은 구동축 베어링부(71)의 베어링면(72)과 베어링 삽입실(B)의 베어링면(82)에 의해 지지되며, 구동축(70)에 결합된 부품 및 자중에 의해 구동축(70)의 반경방향으로 작용하는 힘은 축삽입구멍(81)과 구동축(70)에 의한 가스 베어링 및 구동축(70)의 베어링부(71)와 베어링 삽입실(B)의 내주면사이의 가스 베어링에 의해 지지된다. 한편, 상기 구동축(70)의 베어링부의 폭과 이에 대면되는 베어링 삽입실(B)의 폭이 크게 되면 우측(도면상)에 위치하는 축삽입구멍(81)과 구동축(70)사이가 가스 베어링 상태를 유지하지 않아도 구동축(70)을 반경방향으로 지지 가능하게 된다. 그리고 구동축 베어링부(71)의 직경이 크게 되면 외부의 진동이 전달되더라도 구동축(70)의 움직임이 상대적으로 작아 축 지지가 견고하게 된다.

그리고 압축실(P)과 동력발생실(M)의 압력차에 의해 구동축(70)과 그 구동축(70)이 삽입되는 축삽입구멍(81)사이로 발생하는 압력누설은 별도의 복잡한 레버린스 실링 구조가 없어도 축삽입구멍(81)과 베어링 삽입실(B)의 내경차에 의해 압력강하가 작게 되어 압력누설을 최소화시키게 된다.

또한 압축기를 사이클에 연결할 때 또는 기타 조건으로 압축기내부에 미세 이물질이 유입될 경우 구동축의 베어링부(71)가 회전하는 베어링 삽입실(B)의 일측에 형성된 먼지채집실(D)에 채집되어 미세 물질이 가스 베어링 및 축방향 베어링면에 유입되는 것을 방지하게 된다.

또한 종래 반경방향 지지부재(40)와 복개부재(50)가 사용되는 구조에서 본 발명은 그 기능이 격벽부재(80)에 의해 이루어지게 되므로 부품수가 감소될 뿐만 아니라 구조가 간단하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 터보 압축기의 축 지지구조는 압축기내부에 유입된 먼지 및 미세 물질이 채집되어 베어링면사이로 유입되는 것을 방지하게 됨으로써 베어링면이 파손되는 것을 방지하게 되며, 또한 부품수가 감소됨과아울러 구조가 단순화됨으로써 제작 원가가 절감되는 효과가 있다.

Claims

동력발생실과 압축실사이에 소정의 두께를 갖는 격벽부재가 결합되고, 상기 격벽부재에 구동축이 삽입되어 구동축과 가스 베어링 상태를 유지하는 축삽입구멍이 형성되며, 상기 구동축을 축방향으로 지지하는 구동축의 베어링부가 삽입됨과 아울러 일측면에 구동축의 베어링부를 지지하는 베어링면이 구비된 베어링 삽입실이 형성되고, 상기 베어링 삽입실의 일측에 미세 물질이 채집되는 먼지채집실이 구비됨을 특징으로 하는 터보 압축기의 축 지지구조.
제1항에 있어서, 상기 베어링 삽입실은 축삽입구멍에 이어 소정의 폭과 내경을 갖는 일측이 개구된 원형홈 형태로 형성되며 그 내측면에 일정 폭과 깊이를 갖는 환형의 먼지채집실이 형성됨을 특징으로 하는 터보 압축기의 축 지지구조.
제1항에 있어서, 상기 베어링 삽입실의 가장자리에 위치하도록 격벽부재의 일측면에 먼지흡입 방지턱이 형성됨을 특징으로 하는 터보 압축기의 축 지지구조.