KR100311405B1 - Apparatus for supporting shaft of turbo compressor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 터보 압축기의 축 지지장치에 관한 것으로, 본 발명은 동력발생수단이 장착되는 동력발생실과 상기 동력발생수단에서 발생되는 회전력을 구동축에 의해 전달받아 회전하는 임펠러가 삽입되는 압축실사이에 위치하여 상기 구동축이 삽입되는 축 삽입구멍이 형성된 베어링 하우징과, 상기 베어링 하우징의 축 삽입구멍에 고정 결합되어 구동축을 지지하는 다수개의 박판과, 상기 베어링 하우징의 측부에 위치하여 상기 구동축이 관통 삽입되는 지지부재에 설치되어 구동축을 축 방향으로 지지하는 축 방향 지지수단과, 상기 축 방향 지지수단의 움직임을 탄성적으로 지지함과 아울러 그 움직임 위치를 고정하는 완충수단을 포함하도록 구성하여 구동축에 작용하는 반경 방향의 힘과 축 방향의 힘을 안정적으로 지지할 뿐만 아니라 압력차로 인하여 발생되는 압력 누설을 방지함으로써 압축기의 운전을 안정적으로 이루도록 할 뿐만 아니라 압축 효율을 높일 수 있도록 한 것이다.The present invention relates to a shaft support apparatus of a turbo compressor, and the present invention is located between the power generating chamber in which the power generating means is mounted and the compression chamber in which the impeller rotating by receiving the rotational force generated by the power generating means is inserted therein. A bearing housing having a shaft insertion hole into which the drive shaft is inserted, a plurality of thin plates fixedly coupled to the shaft insertion hole of the bearing housing to support the drive shaft, and a support member positioned to the side of the bearing housing to penetrate the drive shaft. Radially acting on the drive shaft by including an axial support means mounted to the support shaft to support the drive shaft in the axial direction, and a buffer means for elastically supporting the movement of the axial support means and fixing the movement position thereof. Pressure and axial force stably By preventing the pressure leakage generated by the stable operation of the compressor as well as to increase the compression efficiency.
Description
본 발명은 터보 압축기의 축 지지장치에 관한 것으로, 특히 고속으로 회전하는 구동축을 안정적으로 지지할 뿐만 아니라 압력차에 의해 발생되는 압력 누설을 최소화할 수 있도록 한 터보 압축기의 축 지지장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a shaft support device for a turbo compressor, and more particularly, to a shaft support device for a turbo compressor that not only stably supports a drive shaft rotating at high speed but also minimizes pressure leakage caused by a pressure difference.
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 일례로 터보 압축기는 동력발생부에서 발생되는 구동력을 전달받아 임펠러가 회전하면서 가스를 흡입하고 압축하여 고압 상태로 토출시키게 된다.In general, a compressor is a machine that compresses gas such as air or refrigerant gas. The compressor is composed of a power generating unit for generating power and a compressor mechanism for sucking and compressing the gas by the driving force transmitted from the power generating unit, the turbo compressor as an example of the compressor delivers the driving force generated in the power generating unit. When the impeller is rotated, the gas is sucked in, compressed and discharged under high pressure.
도 1은 상기 터보 압축기의 일례를 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 터보 압축기는 소정 형상을 갖는 케이싱(10)내부에 동력발생실(M)이 형성되고 상기 동력발생실(M)의 양측에 제1,2 압축실(P1)(P2)이 각각 형성되어 있다. 그리고 상기 동력발생실(M)에 회전력을 발생시키는 동력발생수단(20)이 장착되며, 상기 동력발생수단(20)에 회전력을 전달하는 구동축(30)이 결합되며 상기 구동축(30)의 양단부에 제1,2 임펠러(31)(32)가 고정 결합되고 그 제1,2 임펠러(31)(32)는 제1,2 압축실(P1)(P2)에 각각 위치하게 된다.FIG. 1 illustrates an example of the turbo compressor. As shown in the drawing, the turbo compressor has a power generating chamber M formed in a casing 10 having a predetermined shape, and both sides of the power generating chamber M are formed. First and second compression chambers P1 and P2 are formed in the chambers. And the power generating means 20 for generating a rotational force in the power generating chamber (M) is mounted, the drive shaft 30 for transmitting the rotational force to the power generating means 20 is coupled to both ends of the drive shaft (30) The first and second impellers 31 and 32 are fixedly coupled, and the first and second impellers 31 and 32 are positioned in the first and second compression chambers P1 and P2, respectively.
그리고 상기 케이싱(10)에 동력발생실(M)로 냉매 가스가 유입되는 유입구(11)가 형성됨과 아울러 케이싱(10)에 동력발생실(M)로 유입된 냉매 가스가 유출되는유출구(12)가 형성된다. 그리고 상기 유출구(12)를 거친 냉매 가스가 제1 압축실(P1)로 유입되도록 안내하는 제1 연통유로(F1)가 형성되고 상기 제1 압축실(P1)을 거친 냉매 가스가 제2 압축실(P2)로 유입되도록 안내하는 제2 연통유로(F2)가 형성되며 상기 제2 압축실(P2)의 일측에 냉매 가스가 토출되는 토출구(미도시)가 형성된다.In addition, an inlet 11 through which refrigerant gas flows into the power generating chamber M is formed in the casing 10, and an outlet 12 through which the refrigerant gas introduced into the power generating chamber M flows into the casing 10. Is formed. In addition, a first communication path F1 is formed to guide the refrigerant gas passing through the outlet 12 into the first compression chamber P1, and the refrigerant gas passing through the first compression chamber P1 is the second compression chamber. A second communication flow path F2 is formed to guide the flow into P2 and a discharge port (not shown) through which refrigerant gas is discharged is formed at one side of the second compression chamber P2.
그리고 상기 구동축(30)의 양측에 구동축(30)을 반경방향으로 지지하는 반경방향 지지수단(Journal bearing)(J)이 각각 설치됨과 아울러 상기 구동축(30)을 축방향으로 지지하는 축방향 지지수단(Thrust bearing)(T)이 각각 설치되어 있다.And radial bearing means (Journal bearing) (J) for supporting the drive shaft 30 in the radial direction on each side of the drive shaft 30 is installed, respectively, and axial support means for supporting the drive shaft 30 in the axial direction (Thrust bearing) (T) is installed respectively.
미설명 부호 40은 복개부재이고, 50은 볼류트 케이싱이다.Reference numeral 40 is a cover member, and 50 is a volute casing.
상기한 바와 같은 터보 압축기의 작동은 먼저 동력발생수단(20)에서 동력이 발생되어 구동축(30)을 고속 회전시키게 되면 그 구동축(30)의 양단에 결합된 제1,2 임펠러(31)(32)가 제1,2 압축실(P1)(P2)내에서 각각 고속 회전하면서 흡입력을 발생시키게 되고 그 제1,2 임펠러(31)(32)의 회전에 의한 흡입력에 의해 냉매 가스가 케이싱(10)의 유입구(11)로 유입되어 동력발생실(M)을 거치면서 제1 연통유로(F1)를 통해 제1 압축실(P1)로 흡입된다. 상기 제1 압축실(P1)로 흡입된 냉매 가스는 제1 압축실(P1)에서 1단 압축되어 제2 연통유로(F2)를 통해 제2 압축실(P2)로 흡입되며 그 제2 압축실(P2)로 흡입된 냉매 가스는 제2 압축실(P2)에서 2단 압축되어 토출구를 통해 토출된다.The operation of the turbo compressor as described above is the first and second impellers 31 and 32 coupled to both ends of the drive shaft 30 when power is first generated in the power generating means 20 to rotate the drive shaft 30 at high speed. Is generated in the first and second compression chamber (P1) (P2) by rotating at high speed, respectively, and the suction gas by the rotation of the first and second impeller (31, 32) is the casing (10) Inflow to the inlet 11 of the through) through the power generating chamber (M) is sucked into the first compression chamber (P1) through the first communication passage (F1). The refrigerant gas sucked into the first compression chamber P1 is first compressed in the first compression chamber P1 and sucked into the second compression chamber P2 through the second communication passage F2, and the second compression chamber is compressed. The refrigerant gas sucked into P2 is compressed in two stages in the second compression chamber P2 and discharged through the discharge port.
그리고 냉매 가스가 유동하는 동력발생실(M)과 제1,2 압축실(P1)(P2)의 압력차에 의해 구동축(30)에 작용하는 축 방향 힘은 축 방향 지지수단(T)에 의해 지지되며, 구동축(30)의 자중에 의해 작용하는 반경 방향의 힘은 반경방향 지지수단(J)에 의해 지지된다.The axial force acting on the drive shaft 30 by the pressure difference between the power generating chamber M through which the refrigerant gas flows and the first and second compression chambers P1 and P2 is controlled by the axial support means T. It is supported, and the radial force acting by the weight of the drive shaft 30 is supported by the radial support means (J).
상기 구동축(30)을 지지하는 종래 구동축 지지수단의 일례는, 도 2a, 2b에 도시한 바와 같이, 내부에 축 삽입구멍(61)이 형성된 베어링 하우징(60)이 상기 케이싱(10)의 동력발생실(M)과 제1,2 압축실(P1)(P2)사이에 위치하도록 케이싱(10)에 고정 결합되고 상기 베어링 하우징(60)의 축 삽입구멍(61)에 다수개의 포일(Foil)(70)이 고정되며 상기 구동축(30)이 베어링 하우징(60)의 축 삽입구멍(61)에 삽입되어 다수개의 포일(70)에 의해 반경 방향으로 지지된다. 그리고 상기 구동축(30)에 소정의 두께와 면적을 갖는 원형의 디스크부(33)가 형성되고 상기 구동축(30)의 디스크부(33)에 대면되도록 소정의 면적을 갖는 스러스트 베어링 플레이트(80)가 케이싱(10)에 고정 결합되며 상기 스러스트 베어링 플레이트(80)의 일측면에 상기 디스크부(33)에 지지되도록 포일(81)이 다수개 고정 결합되어 있다.As an example of a conventional drive shaft support means for supporting the drive shaft 30, as shown in Figs. 2a and 2b, a bearing housing 60 in which a shaft insertion hole 61 is formed therein generates power of the casing 10; It is fixedly coupled to the casing 10 so as to be located between the seal M and the first and second compression chambers P1 and P2, and a plurality of foils are formed in the shaft insertion hole 61 of the bearing housing 60. 70 is fixed and the drive shaft 30 is inserted into the shaft insertion hole 61 of the bearing housing 60 to be radially supported by the plurality of foils 70. In addition, a circular disk portion 33 having a predetermined thickness and an area is formed on the drive shaft 30, and a thrust bearing plate 80 having a predetermined area is formed to face the disk portion 33 of the drive shaft 30. A plurality of foils 81 are fixedly coupled to the casing 10 so as to be supported by the disk portion 33 on one side of the thrust bearing plate 80.
상기한 바와 같은 구조는 동력발생수단(20)에서 발생되는 회전력을 전달받아 구동축(30)이 고속으로 회전하게 되면 그 구동축(30)의 회전에 의해 구동축(30)의 외면과 포일(70)의 외면사이에 발생되는 가스 경계층에 의해 구동축(30)이 반경 방향으로 지지된다. 그리고 동력발생실(M)과 제1,2 압축실(P1)(P2)의 압력차에 의해 구동축(30)에 축 방향으로 작용하는 힘은 구동축(30)의 디스크부(33)와 스러스트 베어링 플레이트(80)에 결합된 포일(81)에 의해 지지된다.As described above, when the driving shaft 30 is rotated at high speed by receiving the rotational force generated by the power generating means 20, the outer surface of the driving shaft 30 and the foil 70 are rotated by the rotation of the driving shaft 30. The drive shaft 30 is radially supported by the gas boundary layer generated between the outer surfaces. In addition, the force acting in the axial direction on the drive shaft 30 by the pressure difference between the power generating chamber M and the first and second compression chambers P1 and P2 is the disc part 33 and the thrust bearing of the drive shaft 30. It is supported by a foil 81 bonded to the plate 80.
한편, 상기 구동축(30)을 지지하는 종래 지지수단의 다른 일례로 상기한 바와 같이 축 삽입구멍에 다수개의 틸팅 패드(Tilting Pad)가 고정 결합되어 그 다수개의 틸팅패드가 구동축(30)을 지지하게 된다.On the other hand, as another example of the conventional support means for supporting the drive shaft 30, as described above, a plurality of tilting pads (Tilting Pad) is fixedly coupled to the shaft insertion hole so that the plurality of tilting pads to support the drive shaft 30 do.
그러나 상기한 바와 같은 종래 구동축(30)을 지지하는 포일 베어링 및 틸팅 패드 베어링은 고속으로 회전하는 구동축(30)의 지지 특성이 좋으나, 특성상 구동축(30)이 삽입되는 베어링 하우징(60)의 축 삽입구멍(61)과 구동축(30)사이의 공차 즉, 베어링 클리어런스(Bearing Clearance)가 크게 되므로 고압 상태를 이루는 제1,2 압축실(P1)(P2)의 압력이 상대적으로 낮은 압력 상태를 이루는 동력발생실(M)로 누설되는 문제점이 있었다. 이와 같은 압축실과 동력발생실(M)사이의 압력차로 인한 압력누설을 방지하기 위하여 구동축(30)이 삽입되는 축 삽입구멍의 내면에 다수개의 홈을 형성한 레버린스 실(Labyrinth Seal)을 형성하게 되나 이는 베어링 클리어런스 보다 크게 형성되어야 하므로 압력 누설을 효과적으로 차단할 수 없게 된다.However, the foil bearing and the tilting pad bearing for supporting the conventional drive shaft 30 as described above have good support characteristics of the drive shaft 30 rotating at high speed, but the shaft insertion of the bearing housing 60 into which the drive shaft 30 is inserted is characteristic. Since the tolerance between the hole 61 and the drive shaft 30, that is, the bearing clearance is large, the pressure of the first and second compression chambers P1 and P2 forming a high pressure state is relatively low. There was a problem of leaking into the generation chamber (M). In order to prevent pressure leakage due to the pressure difference between the compression chamber and the power generating chamber M, a labyrinth seal is formed in the inner surface of the shaft insertion hole into which the drive shaft 30 is inserted. However, it must be made larger than the bearing clearance, so that the pressure leakage cannot be effectively blocked.
상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 고속으로 회전하는 구동축을 안정적으로 지지할 뿐만 아니라 압력차에 의해 발생되는 압력 누설을 최소화할 수 있도록 한 터보 압축기의 축 지지장치를 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention devised in view of the above problems is to provide a shaft support apparatus for a turbocompressor capable of stably supporting a drive shaft rotating at high speed and minimizing pressure leakage caused by a pressure difference. have.
도 1은 일반적인 터보 압축기의 일예를 도시한 단면도,1 is a cross-sectional view showing an example of a general turbo compressor,
도 2a,2b는 종래 터보 압축기의 축 지지구조를 도시한 정단면도 및 측단면도,Figure 2a, 2b is a front and side cross-sectional view showing a shaft support structure of a conventional turbo compressor,
도 3은 본 발명의 터보 압축기 축 지지장치가 구비된 터보 압축기의 단면도,3 is a cross-sectional view of a turbo compressor equipped with a turbo compressor shaft support of the present invention;
도 4a,4b는 본 발명의 터보 압축기 축 지지장치의 정단면도 및 측단면도,4A and 4B are front and side cross-sectional views of the turbocompressor shaft support device of the present invention;
도 5는 본 발명의 터보 압축기 축 지지장치를 구성하는 그루브 형태의 일실시예를 도시한 평면도,Figure 5 is a plan view showing an embodiment of the groove form constituting the turbo compressor shaft support device of the present invention,
도 6은 본 발명의 터보 압축기 축 지지장치를 구성하는 그루브 형태의 다른 실시예를 도시한 평면도.Figure 6 is a plan view showing another embodiment of the groove form constituting the turbo compressor shaft support device of the present invention.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)(Explanation of symbols on the main parts of drawing
20 ; 동력발생수단 30 ; 구동축20; Power generating means 30; driving axle
31,32 ; 임펠러 33 ; 디스크부31,32; Impeller 33; Disk
90 ; 베어링 하우징 91 ; 축 삽입구멍90; Bearing housing 91; Shaft insertion hole
100 ; 박판 110 ; 지지부재100; Sheet 110; Support member
112 ; 삽입홈 120 ; 베어링 플레이트112; Insertion groove 120; Bearing plate
121 ; 그루브 130 ; 가이드핀121; Groove 130; guide pin
140 ; 탄성부재 150 ; 고정부재140; Elastic member 150; Fixing member
M ; 동력발생실 P1,P2 ; 압축실M; Power generating chambers P1, P2; Compression chamber
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 동력발생수단이 장착되는 동력발생실과 상기 동력발생수단에서 발생되는 회전력을 구동축에 의해 전달받아 회전하는 임펠러가 삽입되는 압축실사이에 위치하여 상기 구동축이 삽입되는 축 삽입구멍이 형성된 베어링 하우징과, 상기 베어링 하우징의 축 삽입구멍에 고정 결합되어 구동축을 지지하는 다수개의 박판과, 상기 베어링 하우징의 측부에 위치하여 상기 구동축이 관통 삽입되는 지지부재에 설치되어 구동축을 축 방향으로 지지하는 축 방향 지지수단과, 상기 축 방향 지지수단의 움직임을 탄성적으로 지지함과 아울러 그 움직임 위치를 고정하는 완충수단을 포함하여 구성함을 특징으로 하는 터보 압축기의 축 지지장치가 제공된다.In order to achieve the object of the present invention as described above, the drive shaft is inserted between the power generating chamber in which the power generating means is mounted and the compression chamber in which the impeller rotating by receiving the rotational force generated by the power generating means is inserted. A bearing housing having a shaft insertion hole formed therein, a plurality of thin plates fixedly coupled to the shaft insertion hole of the bearing housing to support the drive shaft, and a support member positioned in the side of the bearing housing through which the drive shaft is inserted. And an axial support means for supporting the shaft in an axial direction, and a cushioning means for elastically supporting the movement of the axial support means and fixing the movement position thereof. Is provided.
이하, 본 발명의 터보 압축기 축 지지장치를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the turbo compressor shaft support device of the present invention will be described according to the embodiment shown in the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 터보 압축기 축 지지장치의 일실시예가 구비된 터보 압축기를 도시한 것으로, 이를 참조하여 설명하면, 내부에 동력발생실(M)이 형성되는 케이싱(10)의 양측에 제1,2 압축실(P1)(P2)이 각각 형성된다. 상기 동력발생실(M)에 구동력을 발생시키는 동력발생수단(20)이 장착되며 상기 동력발생수단(20)에 구동축(30)이 결합되고 상기 구동축(30)의 양단부에 제1,2 임펠러(31)(32)가 각각 결합된다. 상기 제1,2 임펠러(31)(32)는 제1,2 압축실(P1)(P2)에 각각 위치하게 된다.3 is a view illustrating a turbo compressor equipped with an embodiment of a turbo compressor shaft support apparatus of the present invention. Referring to this, the first and second sides of the casing 10 having a power generating chamber M formed therein are described. , 2 compression chambers P1 and P2 are formed, respectively. Power generating means 20 for generating a driving force in the power generating chamber (M) is mounted, the drive shaft 30 is coupled to the power generating means 20 and the first and second impellers on both ends of the drive shaft (30) 31 and 32 are respectively combined. The first and second impellers 31 and 32 are positioned in the first and second compression chambers P1 and P2, respectively.
그리고 상기 케이싱(10)에 동력발생실(M)로 냉매 가스가 유입되는 유입구(11)가 형성됨과 아울러 케이싱(10)에 동력발생실(M)로 유입된 냉매 가스가 유출되는 유출구(12)가 형성된다. 그리고 상기 유출구(12)를 거친 냉매 가스가 제1 압축실(P1)로 유입되도록 안내하는 제1 연통유로(F1)가 형성되고 상기 제1 압축실(P1)을 거친 냉매 가스가 제2 압축실(P2)로 유입되도록 안내하는 제2 연통유로(F2)가 형성되며 상기 제2 압축실(F2)의 일측에 냉매 가스가 토출되는 토출구가 형성된다.In addition, an inlet 11 through which the refrigerant gas flows into the power generating chamber M is formed in the casing 10, and an outlet 12 through which the refrigerant gas introduced into the power generating chamber M flows into the casing 10. Is formed. In addition, a first communication path F1 is formed to guide the refrigerant gas passing through the outlet 12 into the first compression chamber P1, and the refrigerant gas passing through the first compression chamber P1 is the second compression chamber. A second communication flow path F2 is formed to guide the flow into P2, and a discharge port through which refrigerant gas is discharged is formed at one side of the second compression chamber F2.
그리고 상기 동력발생실(M)과 제1,2 압축실(P1)(P2)사이에 베어링 하우징(90)이 설치된다. 상기 베어링 하우징(90)은, 도 4a, 4b에 도시한 바와 같이, 소정의 면적을 갖도록 형성되며 그 내부에 상기 구동축(30)이 삽입되는 축 삽입구멍(91)이 형성된다. 상기 축 삽입구멍(91)의 내부에 구동축(30)을 지지하도록 소정 형상을 갖는 다수개의 박판(100)이 고정 결합된다.A bearing housing 90 is installed between the power generating chamber M and the first and second compression chambers P1 and P2. As shown in FIGS. 4A and 4B, the bearing housing 90 has a predetermined area and a shaft insertion hole 91 into which the drive shaft 30 is inserted is formed. A plurality of thin plates 100 having a predetermined shape are fixedly coupled to the driving shaft 30 in the shaft insertion hole 91.
한편, 상기 베어링 하우징(90)에 다수개의 박판(100)이 고정 결합된 포일 베어링 형태 뿐만 아니라 베어링 하우징(90)에 다수개의 틸팅 패드가 고정 결합된 틸팅 패드 베어링이 적용될 수 있다.Meanwhile, not only a foil bearing shape in which a plurality of thin plates 100 are fixedly coupled to the bearing housing 90 but also a tilting pad bearing in which a plurality of tilting pads are fixedly coupled to the bearing housing 90 may be applied.
그리고 상기 베어링 하우징(90)과 소정의 간격을 두고 지지부재(110)가 케이싱(10)에 고정 결합되며 상기 지지부재(110)는 소정의 두께와 면적을 갖도록 형성되고 그 내부에 구동축(30)이 삽입되는 축 삽입구멍(111)이 형성된다.The support member 110 is fixedly coupled to the casing 10 at a predetermined distance from the bearing housing 90, and the support member 110 is formed to have a predetermined thickness and area and has a drive shaft 30 therein. The shaft insertion hole 111 into which this is inserted is formed.
그리고 상기 구동축(30)에 작용하는 축 방향 힘을 지지하는 축 방향 지지수단이 설치되며 상기 축 방향 지지수단은 구동축(30)의 일측에 소정의 면적을 갖도록 연장 형성되어 상기 베어링 하우징(90)과 지지부재(110)사이에 위치하는 디스크부(33)와, 상기 구동축(30)의 디스크부(33)와 대면되도록 소정의 면적을 가지며 그 일면에 디스크부(33)와 접면시 유체 막에 의해 구동축(30)에 작용하는 축 방향 힘을 지지하도록 다수개의 그루브(Groove)(121)가 형성되는 베어링 플레이트(120)를 포함하여 구성된다. 상기 베어링 플레이트(120)는 소정의 면적과 두께를 갖도록 형성되며 그 가운데 구동축(30)이 삽입되는 관통공(122)이 형성되고 그 일면에 다수개의 그루브(121)가 형성된다. 상기 그루브(121)는 구동축(30)의 회전시 유체가 한 쪽 방향으로 흐르도록 베어링 플레이트의 관통공(122)을 중심으로 형성된다. 상기 그루브(121)의 형태는, 도 5에 도시한 바와 같이, 스파이어럴 그루브(Spiral Groove) 형태나, 도 6에 도시한 바와 같이, 헤링 본 그루브(Herring Bone Groove) 형태로 형성됨이 바람직하다.And the axial support means for supporting the axial force acting on the drive shaft 30 is installed and the axial support means is formed to extend to have a predetermined area on one side of the drive shaft 30 and the bearing housing 90 The disk portion 33 positioned between the supporting member 110 and the disk portion 33 of the drive shaft 30 has a predetermined area, and the one surface is in contact with the disk portion 33 by a fluid membrane. It comprises a bearing plate 120 is formed with a plurality of grooves (groove) 121 to support the axial force acting on the drive shaft (30). The bearing plate 120 is formed to have a predetermined area and thickness, and a through hole 122 into which the driving shaft 30 is inserted is formed, and a plurality of grooves 121 are formed on one surface thereof. The groove 121 is formed around the through hole 122 of the bearing plate so that the fluid flows in one direction when the driving shaft 30 rotates. As shown in FIG. 5, the groove 121 may be formed in a spiral groove shape, or as shown in FIG. 6, in the shape of a herring bone groove.
상기 베어링 플레이트(120)는 완충수단에 의해 그 움직임이 탄성적으로 지지된다.The bearing plate 120 is elastically supported by the shock absorbing means.
상기 완충수단은 상기 축 방향 지지수단을 구성하는 베어링 플레이트(120)가 삽입되도록 상기 지지부재(110)에 소정의 면적과 깊이를 갖는 삽입홈(112)이 형성되고 상기 삽입홈(112)은 축 삽입구멍(111)을 포함하도록 형성된다. 그리고 상기 삽입홈(111) 저면에 소정의 길이와 외경을 갖는 가이드핀(130)이 복수개 고정 결합되며 그 가이드핀(130)에 상기 베어링 플레이트(120)가 슬라이딩 가능하도록 삽입된다. 상기 베어링 플레이트(120)가 삽입되는 지지부재(110)의 삽입홈(112) 내부에 베어링 플레이트(120)를 탄성적으로 지지하는 탄성부재(140)가 삽입되며, 그 탄성부재는 판 스프링이 적용됨이 바람직하다. 그리고 상기 지지부재(110)에 소정의 형상으로 형성된 고정부재(150)가 결합되며 그 고정부재(150)는 상기 가이드핀(130)에 의해 위치가 고정됨과 아울러 탄성부재(140)에 의해 탄성 지지되도록 지지부재(110)의 삽입홈(112)에 삽입된 베어링 플레이트(120)를 고정하게 된다.The buffer means has an insertion groove 112 having a predetermined area and depth is formed in the support member 110 so that the bearing plate 120 constituting the axial support means is inserted and the insertion groove 112 is a shaft It is formed to include the insertion hole 111. A plurality of guide pins 130 having a predetermined length and an outer diameter are fixedly coupled to a bottom surface of the insertion groove 111, and the bearing plate 120 is inserted into the guide pins 130 so as to be slidable. An elastic member 140 for elastically supporting the bearing plate 120 is inserted into the insertion groove 112 of the support member 110 into which the bearing plate 120 is inserted, and the elastic member has a plate spring applied thereto. This is preferable. And the fixing member 150 formed in a predetermined shape is coupled to the support member 110 and the fixing member 150 is elastically supported by the elastic member 140 and the position is fixed by the guide pin 130 The bearing plate 120 inserted into the insertion groove 112 of the support member 110 is fixed.
상기 구동축(30)은 베어링 하우징(90)의 축 삽입구멍(91)에 삽입됨과 아울러 베어링 플레이트(120)의 관통공(122) 및 지지부재(110)의 축 삽입구멍(111)에 삽입되고 그 구동축(30)의 디스크부(33)가 베어링 하우징(90)과 베어링 플레이트(120)사이에 위치하여 디스크부(33)가 베어링 플레이트(120)의 그루브(121)에 접면되도록 결합된다. 그리고 상기 베어링 하우징(90)의 측부에 압축실(P)이 형성되며 그 압축실(P)내에 임펠러(31)가 구동축(30)에 고정 결합되어 위치하게 되고, 상기 지지부재(110)의 측부에 동력발생수단(20)이 장착되는 동력발생실(M)이 위치하게 된다.The drive shaft 30 is inserted into the shaft insertion hole 91 of the bearing housing 90 and inserted into the through hole 122 of the bearing plate 120 and the shaft insertion hole 111 of the support member 110. The disc 33 of the drive shaft 30 is positioned between the bearing housing 90 and the bearing plate 120 so that the disc 33 is in contact with the groove 121 of the bearing plate 120. In addition, a compression chamber P is formed at the side of the bearing housing 90, and an impeller 31 is fixedly coupled to the drive shaft 30 in the compression chamber P, and the side of the support member 110 is located. The power generating chamber (M) in which the power generating means 20 is mounted is located.
이하, 본 발명의 터보 압축기 축 지지장치의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the operational effects of the turbo compressor shaft support device of the present invention will be described.
먼저 동력발생수단(20)에서 동력이 발생되어 구동축(30)을 고속 회전시키게 되면 그 구동축(30)의 양단에 결합된 제1,2 임펠러(31)(32)가 제1,2 압축실(P1)(P2)내에서 각각 고속 회전하면서 흡입력을 발생시키게 되고 그 제1,2 임펠러(31)(32)의 회전에 의한 흡입력에 의해 냉매 가스가 케이싱(100)의 유입구(111)로 유입되어 동력발생실(M)을 거치면서 제1 연통유로(F1)를 통해 제1 압축실(P1)로 흡입된다. 상기 제1 압축실(P1)로 흡입된 냉매 가스는 제1 압축실(P1)에서 1단 압축되어 제2 연통유로(F2)를 통해 제2 압축실(P2)로 흡입되며 그 제2 압축실(P2)로 흡입된 냉매 가스는 제2 압축실(P2)에서 2단 압축되어 토출구를 통해 토출된다.First, when power is generated in the power generating means 20 to rotate the drive shaft 30 at high speed, the first and second impellers 31 and 32 coupled to both ends of the drive shaft 30 are first and second compression chambers ( Suction force is generated while rotating at high speed in each of P1) and P2, and refrigerant gas is introduced into the inlet 111 of the casing 100 by the suction force by the rotation of the first and second impellers 31 and 32. While passing through the power generating chamber (M) is sucked into the first compression chamber (P1) through the first communication passage (F1). The refrigerant gas sucked into the first compression chamber P1 is first compressed in the first compression chamber P1 and sucked into the second compression chamber P2 through the second communication passage F2, and the second compression chamber is compressed. The refrigerant gas sucked into P2 is compressed in two stages in the second compression chamber P2 and discharged through the discharge port.
상기 과정에서 구동축(30) 및 구동축(30)에 결합된 부품들의 자중에 의해 구동축(30)의 반경방향으로 작용하는 힘은 베어링 하우징(90)에 고정 결합된 다수개의 박판(100)에 의해 안정적으로 지지된다. 그리고 냉매 가스가 유동하는 동력발생실(M)과 압축실의 압력차 즉, 동력발생실(M)과 제1 압축실(P1) 그리고 동력발생실(M)과 제2 압축실(P2)사이의 압력차에 의해 구동축(30)에 작용하는 축 방향 힘은 구동축(30)의 디스크부(33)와 베어링 플레이트(120)사이의 가스 베어링 상태를 유지하게 되어 안정적으로 지지된다. 즉, 상기 구동축(30)이 고속으로 회전함에 따라 구동축(30)과 다수개의 박판(100) 외면사이의 경계층에 의해 형성되는 유체막에 의해 지지됨과 아울러 구동축(30)의 디스크부(33)와 베어링 플레이트(120)의 그루브(121)사이의 유체 막에 의해 지지된다. 그리고 동력발생실(M)과 압축실 즉, 제1,2 압축실(P1)(P2)사이의 압력차에 의해 구동축(30)과 박판(100)사이로 누설된 압력은 구동축(30)의 디스크부(33)가 회전함에 의해 디스크부(33)의 그루브(121)에 의한 가스 펌핑 작용으로 인하여 압축실에서 동력발생실(M)로 누설되는 것이 방지된다.In the above process, the radial force of the drive shaft 30 by the weight of the drive shaft 30 and the components coupled to the drive shaft 30 is stable by the plurality of thin plates 100 fixedly coupled to the bearing housing 90. Is supported. The pressure difference between the power generating chamber M and the compression chamber in which the refrigerant gas flows, that is, between the power generating chamber M, the first compression chamber P1, and the power generating chamber M and the second compression chamber P2. The axial force acting on the drive shaft 30 by the pressure difference of the gas is maintained stably while maintaining the gas bearing state between the disc portion 33 and the bearing plate 120 of the drive shaft 30. That is, as the drive shaft 30 rotates at a high speed, the drive shaft 30 is supported by a fluid film formed by a boundary layer between the drive shaft 30 and the outer surface of the plurality of thin plates 100 and the disk portion 33 of the drive shaft 30 and It is supported by a fluid film between the grooves 121 of the bearing plate 120. In addition, the pressure leaked between the drive shaft 30 and the thin plate 100 by the pressure difference between the power generating chamber M and the compression chamber, that is, the first and second compression chambers P1 and P2, causes the disk of the drive shaft 30 to be discharged. Rotation of the portion 33 prevents leakage from the compression chamber to the power generating chamber M due to the gas pumping action by the groove 121 of the disk portion 33.
또한, 구동축(30)에 축 방향으로 과도한 진동이 발생하게 될 경우 그 구동축(30)의 디스크부(33)와 접면되는 베어링 플레이트(120)를 탄성 지지하는 탄성부재(140)에 의해 그 진동을 흡수하게 된다.In addition, when excessive vibration occurs in the axial direction of the drive shaft 30, the vibration is caused by the elastic member 140 that elastically supports the bearing plate 120 in contact with the disk portion 33 of the drive shaft 30. Will be absorbed.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 터보 압축기의 축 지지장치는 반경 방향으로 축 지지 특성이 우수한 포일 베어링과 축 방향으로 구동축을 지지하는 가스 베어링에 의해 구동축을 안정적으로 지지하게 될 뿐만 아니라 가스 베어링에 의해 압력 누설을 방지하게 되고 또한 진동 발생시 그 진동을 흡수하게 됨으로써 시스템을 보다 안정적으로 운전될 뿐만 아니라 압축 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.As described above, the axial support device of the turbocompressor according to the present invention not only stably supports the drive shaft by a foil bearing having excellent axial support characteristics in the radial direction and a gas bearing supporting the drive shaft in the axial direction, but also a gas bearing. By preventing the pressure leakage and by absorbing the vibration when the vibration occurs, the system not only operates more stably, but also has an effect of increasing the compression efficiency.
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