KR100339581B1 - 터보 압축기의 마모 입자 필터링 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터보 압축기의 마모 입자 필터링 구조에 관한 것으로, 본 발명은 모터에 결합되어 회전하는 회전축과 상기 회전축의 양단부에 각각 결합된 임펠러와 상기 회전축을 반경 방향으로 지지하는 저어널 베어링과 상기 회전축을 축 방향으로 지지하는 스러스트 베어링을 포함하여 구성된 터보 압축기에서, 상기 저어널 베어링 또는 스러스트 베어링의 측부에 마모 입자를 부착시키는 마그네트가 장착되도록 구성하여 서로 상대 운동하는 부품간의 마찰 접촉에 의해 발생되는 마모 입자가 마그네트에 부착되어 채집되도록 함으로써 마찰 접촉에 의해 발생된 마모 입자가 상대 운동하는 부품사이로 재 유입되는 것을 차단하여 마모 입자로 인하여 부품의 마모가 가중되는 것을 방지할 수 있도록 한 것이다.

Description

터보 압축기의 마모 입자 필터링 구조{STRUCTURE FOR FILTERING METAL POWDER IN TURBO COMPRESSOR}
본 발명은 터보 압축기에 관한 것으로, 특히 압축기의 운전시 발생되는 마모 입자를 채집하여 마모 입자에 의한 부품의 재 마모를 방지할 수 있도록 한 터보 압축기의 마모 입자 필터링 구조에 관한 것이다.
일반적으로 압축기는 공기나 냉매 가스 등의 유체를 압축하는 기계이다. 상기 압축기는 구동력을 발생시키는 전동기구부와 그 전동기구부에서 전달된 구동력에 의해 기체를 흡입하여 압축하는 압축기구부로 구성된다.
상기 압축기의 일예로 터보 압축기는 전동기구부에서 발생되는 운동에너지를 정압으로 변환시키면서 가스를 고압 상태로 토출시키게 된다. 상기 터보 압축기는 보통 1개 또는 1개 이상의 임펠러를 회전시켜 가스를 압축하게 되는데, 보통 2개의 임펠러가 장착될 경우 전동기구부에 회전축이 결합되고 그 회전축의 양단에 임펠러가 각각 결합된 형태로 이루어져 전동기구부의 구동력이 회전축을 통해 임펠러에 전달되어 임펠러가 고속으로 회전하게 되며 그 임펠러의 회전에 의해 가스가 두 개의 임펠러가 각각 위치하는 압축실을 연속적으로 거치면서 2단 압축된다. 이와 같은 과정에서 임펠러가 각각 삽입되어 회전하는 압축실들의 압력차에 의해 회전축에 축 방향으로 힘이 작용하게 되며 그 축 방향 힘을 지지하기 위해 스러스트 베어링(Thrust Bearing)이 사용되고, 또한 회전축 및 그 회전축에 결합되는 부품 등에 의한 자중에 의해 회전축에 반경 방향으로 힘이 가해지게 되며 그 반경 방향 힘을 지지하기 위하여 저어널 베어링(Journal Bearing)이 사용된다.
한편, 상기 터보 압축기는 임펠러가 고속으로 회전하면서 냉매 가스를 압축하게 되므로 보통 윤활유를 사용하지 않고 기체의 가스층을 이용한 가스 베어링이 사용되며 그 일례로 그루브 형태의 베어링, 틴틀 패드 형태의 베어링, 포일 형태의 베어링 등이 사용된다.
도 1은 터보 압축기의 회전축을 반경 방향 및 축 방향으로 지지하는 축 지지구조의 일례를 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 내부에 모터가 장착되는 모터케이싱(10)에 베어링 플레이트(20)가 결합되고 상기 모터케이싱(10)에 장착된 모터(30)에 회전축(40)이 결합된다. 그리고 상기 베어링 플레이트(20)에 베어링이 장착되는 베어링 장착구멍(21)이 형성되고 그 베어링 장착구멍(21)에 저어널 베어링(50)이 장착되며 그 저어널 베어링(50)에 회전축(40)이 삽입된다. 그리고 상기 회전축(40)에 연장 형성되거나 회전축(40)에 결합되는 베어링 지지부(41)가 베어링 플레이트(20)의 일측면에 대면되도록 위치하며 상기 베어링 지지부(41)를 복개함과 아울러 회전축(40)에 삽입되는 베어링커버(60)가 상기 베어링 플레이트(20)에 결합된다. 상기 베어링커버(60)의 내부에 상기 베어링 지지부(41)가 삽입되도록 삽입홈(61)이 형성되며 그 삽입홈(61)을 이루는 내면이 상기 베어링 지지부(41)의 일면과 대면되도록 위치하게 된다. 그리고 상기 베어링 지지부(41)의 일측면과 베어링커버(60)의 삽입홈(61) 내면사이 또는 베어링 지지부(41)의 타측면과 그와 대면되는 베어링 플레이트(20)의 면사이에 스러스트 베어링(70)이 장착된다.
상기한 바와 같은 터보 압축기의 축 지지구조는 모터의 구동력이 회전축(40)에 전달되어 회전축(40)이 회전하게 되면 그 회전축(40)의 양단부에 각각 결합된 임펠러(미도시)가 회전력을 전달받아 고속으로 회전하면서 냉매 가스를 1단, 2단으로 압축하게 된다. 이와 같은 과정에서 회전축(40)의 양단부에 결합된 임펠러에 작용하는 압력차에 의해 회전축(40)의 축 방향으로 힘이 가해지게 되며 그 축 방향으로 작용하는 힘은 스러스트 베어링(70)에 의해 지지된다. 그리고 회전축(40) 및 그 회전축(40)에 결합되는 임펠러 및 모터(30)에 의한 자중에 의해 회전축(40)에 작용하는 반경 방향의 힘은 저어널 베어링(50)에 의해 지지된다.
한편, 상기 저어널 베어링(50)의 경우 회전축(40)의 초기 기동시, 도 2a에 도시한 바와 같이, 회전축(40)이 저어널 베어링(50)에 접촉된 상태로 탄성 지지되면서 회전하게 되며 이어 회전축(40)이 고속으로 회전하게 되면, 도 2b에 도시한 바와 같이, 저어널 베어링(50)과 회전축(40)사이의 가스층이 형성됨에 의해 회전축(40)이 지지된다. 그리고 상기 스러스트 베어링(70)의 경우 회전축(40)의 초기 기동시 축 방향으로 힘이 가해지게 되면, 도 3a에 도시한 바와 같이, 회전축(40)의 베어링 지지부(41)가 스러스트 베어링(70)에 접촉된 상태로 탄성 지지되면서 회전하게 되고 이어 회전축(40)이 고속으로 회전하게 되면, 도 3b에 도시한 바와 같이, 회전축(40)과 스러스트 베어링(70)사이의 가스층이 형성됨에 의해 회전축(40)이 지지된다.
그러나 상기한 바와 같은 구조는 회전축(40)의 회전시 부품간의 마찰에 의한 마모 입자가 발생하게 되며, 특히 회전축(40)의 초기 기동시 회전축(40)과 저어널 베어링(50) 및 회전축(40)과 스러스트 베어링(70)사이에 순간적인 탄성 접촉에 의해회전축(40)과 베어링사이에 마찰에 의한 마모가 많이 발생된다. 이와 같은 마찰에 의한 마모 입자가 누적되면서 그 마모 입자가 상대 운동하는 두 부품사이, 즉 회전축(40)과 베어링(50)(70)사이에 삽입되면 그 마모 입자에 의해서 마찰에 의한 마모가 가중되어 신뢰성을 저하시킬 뿐만 아니라 부품을 파손시키게 되는 문제점이 있었다.
상기한 바와 같은 점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 압축기의 운전 중 상대 운동하는 부품에서 마찰 접촉에 의해 발생되는 마모 입자를 채집하여 상대 운동하는 부품사이로 유입되는 것을 방지할 수 있도록 한 터보 압축기의 마모 입자 필터링 구조를 제공함에 있다.
도 1은 일반적인 터보 압축기의 축 지지구조를 도시한 단면도,
도 2a,2b는 상기 터보 압축기 축 지지구조의 저어널 베어링의 작동상태를 각각 도시한 단면도,
도 3a,3b는 상기 터보 압축기 축 지지구조의 스러스트 베어링의 작동상태를 각각 도시한 단면도,
도 4는 본 발명의 터보 압축기 마모 입자 필터링 구조의 일례를 도시한 단면도,
도 5,6는 상기 터보 압축기 마모 입자 필터링 구조를 구성하는 마그네트의 변형레를 각각 도시한 측면도,
도 7,8은 본 발명의 터보 압축기 마모 입자 필터링 구조의 다른 실시례를 각각 도시한 단면도.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
30 ; 모터 40 ; 회전축
50 ; 저어널 베어링 70 ; 스러스트 베어링
80 ; 마그네트
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 모터에 결합되어 회전하는 회전축과 상기 회전축의 양단부에 각각 결합된 임펠러와 상기 회전축을 반경 방향으로 지지하는 저어널 베어링과 상기 저어널 베어링이 장착되는 베어링 플레이트와, 상기 회전축을 축 방향으로 지지하는 스러스트 베어링과, 상기 스러스트 베어링이 내측에 위치하도록 그 스러스트 베어링을 복개하여 상기 베어링 플레이트에 고정 결합되는 베어링 커버를 포함하여 구성된 터보 압축기에 있어서, 상기 저어널 베어링이 장착되는 베어링 플레이트의 베어링 장착구멍 내주벽에 일정 두께와 폭을 갖는 환형 형상의 마그네트가 부착되고, 상기 스러스트 베어링이 삽입되는 베어링 커버에 형성되는 일정 깊이와 내경을 갖는 삽입홈의 내주벽에 일정 두께와 폭을 갖는 환형 형상의 마그네트가 부착된 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 마모 입자 필터링 구조.
이하, 본 발명의 터보 압축기 마모 입자 필터링 구조를 첨부도면에 도시한 실시례에 따라 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 터보 압축기 마모 입자 필터링 구조의 일례가 구비된 터보 압축기의 일부분을 도시한 것으로, 이를 참조하여 설명하면, 먼저 내부에 모터가 장착되는 모터실(M)이 형성된 모터케이싱(10)의 내부에 모터(30)가 장착되고 그 모터(30)에 회전축(40)이 결합된다. 그리고 상기 모터케이싱(10)의 모터실(M)을 복개하도록 모터케이싱(10)에 베어링 플레이트(20)가 결합된다. 상기 베어링 플레이트(20)의 내부에 회전축(40)이 삽입되는 베어링 장착구멍(21)이 형성되고 그 베어링 장착구멍(21)에 회전축(40)을 반경 방향으로 지지하는 저어널 베어링(50)이 장착되어 회전축(40)을 지지하게 된다.
그리고 상기 회전축(40)에 연장 형성되거나 회전축(40)에 고정 결합되는 베어링 지지부(41)가 상기 베어링 플레이트(20)의 일측면에 대면되도록 위치하며, 그 베어링 지지부(41)를 복개함과 아울러 회전축(40)에 삽입되는 베어링커버(60)가 상기 베어링 플레이트(20)에 결합된다. 상기 베어링 지지부(41)는 일정 두께를 갖는 원판 형태로 형성되고 상기 베어링커버(60)에 상기 베어링 지지부(41)가 삽입되도록 삽입홈(61)이 형성된다. 상기 삽입홈(61)은 일정 깊이와 내경을 갖는 원형으로 형성되며 그 삽입홈(61)의 내경은 베어링 지지부(41)의 외경보다 약간 크고 그 깊이는 베어링 지지부(41)의 두께보다 약간 깊게 형성되며 그 삽입홈(61)을 이루는 내면이 상기 베어링 지지부(41)의 일면과 대면되도록 위치하게 된다.
그리고 상기 베어링 지지부(41)의 일측면과 베어링커버(60)의 삽입홈(61) 내면사이 또는 베어링 지지부(41)의 타측면과 그와 대면되는 베어링 플레이트(20)의 면사이에 스러스트 베어링(70)이 장착된다.
그리고 상기 베어링커버(60)의 삽입홈(61)의 내주면(S1)에 마그네트(80)가 결합된다. 상기 마그네트(80)는, 도 5에 도시한 바와 같이, 일정 두께를 갖는 원호 형상으로 형성되어 삽입홈(61)의 내주면(S1)에 일정 간격을 두고 부착되어 이루어진다. 또한 상기 마그네트(80)의 변형례로, 도 6에 도시한 바와 같이, 일정 두께를 갖는 환형으로 형성되어 삽입홈(61)의 내주면(S1)에 부착된다.
그리고 본 발명의 다른 실시례로, 도 7에 도시한 바와 같이, 저어널 베어링(50)이 장착되는 베어링 플레이트(20)의 베어링 장착구멍(21) 내주면(S2)에 마그네트(80)가 장착되어 이루어진다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시례로, 도 8에 도시한 바와 같이, 베어링커버(60)의 삽입홈(61) 내주면(S1)에 마그네트(80)가 장착됨과 아울러 베어링 플레이트 장착구멍 내주면(S2)에 마그네트(80)가 장착되어 이루어진다.
이하, 본 발명의 터보 압축기 마모 입자 필터링 구조의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 모터의 구동력이 회전축(40)에 전달되어 회전축(40)이 회전하게 되면 그 회전축(40)의 양단부에 각각 결합된 임펠러가 회전력을 전달받아 고속으로 회전하면서 냉매 가스를 1단, 2단으로 압축하게 된다. 이와 같은 과정에서 회전축(40)의 양단부에 결합된 임펠러에 작용하는 압력차에 의해 회전축(40)의 축 방향으로 힘이 가해지게 되며 그 축 방향으로 작용하는 힘은 스러스트 베어링(70)에 의해 지지되고, 상기 회전축(40) 및 그 회전축(40)에 결합되는 임펠러 및 모터(30)에 의한 자중에 의해 회전축(40)에 작용하는 반경 방향의 힘은 저어널 베어링(50)에 의해 지지된다.
그리고 상기 회전축(40)이 회전함에 의해 서로 상대 운동하는 부품간의 마찰 접촉에의해 마모 입자가 발생하게 될 경우, 즉 저어널 베어링(50)과 회전축(40) 그리고 회전축 베어링 지지부(41)와 스러스트 베어링(70)간에 발생되는 마찰 접촉에 의해 마모 입자가 발생하게 될 경우 그 마모 입자가 베어링(50)(70)의 측부에 설치된 마그네트(80)에 부착되어 상대 운동하는 부품사이로 유입되는 것을 방지하게 된다. 특히 회전축(40)과 함께 회전하면서 스러스트 베어링(70)과 상대 운동하는 베어링 지지부(41)의 측부에 마그네트(80)를 설치하게 될 경우 마찰 접촉에 의해 발생되는 마모 입자가 베어링 지지부(41)의 원심력과 마그네트(80)의 자력에 의해 마그네트(80)에 쉽게 부착된다. 또한 베어링 플레이트 베어링 장착구멍(21)의 내주면(S2)에 마그네트(80)가 장착될 경우에도 회전축(40)의 원심력과 마그네트(80)의 자력에 의해 마모 입자가 쉽게 마그네트(80)에 부착된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 터보 압축기의 마모 입자 필터링 구조는 서로 상대 운동하는 부품간의 마찰 접촉에 의해 발생되는 마모 입자가 마그네트에 부착되어 채집되므로 마찰 접촉에 의해 발생된 마모 입자가 상대 운동하는 부품사이로 재 유입되는 것을 차단하게 됨으로써 마모 입자로 인하여 부품의 마모가 가중되는 것을 방지하게 되어 부품의 수명을 연장시킬 뿐만 아니라 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 모터에 결합되어 회전하는 회전축과 상기 회전축의 양단부에 각각 결합된 임펠러와 상기 회전축을 반경 방향으로 지지하는 저어널 베어링과 상기 저어널 베어링이 장착되는 베어링 플레이트와, 상기 회전축을 축 방향으로 지지하는 스러스트 베어링과, 상기 스러스트 베어링이 내측에 위치하도록 그 스러스트 베어링을 복개하여 상기 베어링 플레이트에 고정 결합되는 베어링 커버를 포함하여 구성된 터보 압축기에 있어서, 상기 저어널 베어링이 장착되는 베어링 플레이트의 베어링 장착구멍 내주벽에 일정 두께와 폭을 갖는 환형 형상의 마그네트가 부착되고, 상기 스러스트 베어링이 삽입되는 베어링 커버에 형성되는 일정 깊이와 내경을 갖는 삽입홈의 내주벽에 일정 두께와 폭을 갖는 환형 형상의 마그네트가 부착된 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 마모 입자 필터링 구조.
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