KR100343709B1

KR100343709B1 - 터보 압축기의 회전축 조립체

Info

Publication number: KR100343709B1
Application number: KR1019990062021A
Authority: KR
Inventors: 지유철; 최문창
Original assignee: 엘지전자주식회사
Priority date: 1999-12-24
Filing date: 1999-12-24
Publication date: 2002-07-20
Also published as: KR20010063916A

Abstract

본 발명은 터보 압축기의 회전축 조립체에 관한 것으로, 본 발명은 소정의 길이와 외경을 가지며 그 양단부에 임펠러가 결합되는 회전축과 상기 회전축에 결합되는 모터 회전자 등의 하중체와 상기 회전축에 고정 결합되어 회전축의 외경을 확대하는 축경 확대부재와 상기 축경 확대부재를 지지함에 의해 회전축을 지지하는 베어링을 포함하도록 구성하여 모터의 회전력을 전달함과 아울러 베어링에 의해 지지되는 회전축의 외경 및 무게를 최소화함으로써 베어링의 지지 하중을 감소시켜 베어링의 신뢰성을 높이고 또한 회전축을 회전시키는 토오크를 줄여 소비 동력을 줄일 수 있도록 한 것이다.

Description

터보 압축기의 회전축 조립체{SHAFT ASSEMBLY OF TURBO COMPRESSOR}

본 발명은 터보 압축기에 관한 것으로, 특히 회전축의 무게를 최소화할 수 있도록 한 터보 압축기의 회전축 조립체에 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 구성되며, 상기 압축기의 일예로 터보 압축기는 전동기구부에서 발생되는 운동에너지를 정압으로 변환시키면서 가스를 고압 상태로 토출시키게 된다.

도 1은 상기 터보 압축기의 일례를 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 터보 압축기는 모터실(M)이 형성된 모터케이싱(1)의 모터실(M)에 모터(2)가 장착되며 상기 모터(2)를 구성하는 회전자(2a)에 소정의 길이를 갖는 회전축(3)이 고정 결합되고 상기 모터케이싱(1)의 양측에 제1,2 베어링 플레이트(4)(5)가 각각 결합됨과 아울러 그 제1,2 베어링 플레이트(4)(5)에 회전축(3)을 지지하는 저어널 베어링(R)이 각각 장착되며 상기 모터실(M)의 양측에 제1,2 압축실(P1)(P2)이 각각 형성된다.

상기 제1 압축실(P1)은 제1 베어링 플레이트(4)에 결합되는 쉬라우드 부재(6) 및 디퓨져 케이싱(7)에 의해 형성되고 상기 제2 압축실(P2)은 제2 베어링 플레이트(5)에 결합되는 볼류트 케이싱(8) 및 그 볼류트 케이싱(8)에 결합되는 대퓨져커버(9)에 의해 형성된다.

그리고 상기 회전축(3)의 양단부에 제1,2 임펠러(10)(11)가 각각 결합되어 상기 제1,2 압축실(P1)(P2)에 회전 가능하도록 각각 위치하게 된다.

미설명 부호 T는 회전축을 축 방향으로 지지하는 스러스트 베어링이며, 12는 상기 스러스트 베어링을 지지하는 베어링 커버이다.

상기한 바와 같은 터보 압축기는 전원이 인가되어 모터(2)가 구동하게 되면 그 구동력이 회전축(3)을 통해 제1,2 임펠러(10)(11)에 각각 전달되어 제1,2 임펠러(10)(11)가 고속으로 회전하게 된다. 상기 제1,2 임펠러(10)(11)의 회전력에 의해 냉매 가스가 상기 모터케이싱(1)의 일측에 형성된 흡입구(1a)를 통해 모터실(M)내로 흡입되어 모터실(M)을 거치면서 제1 베어링 플레이트(4)에 형성된 제1 가스통로(F1)를 통해 제1 압축실(P1)로 흡입된다. 상기 제1 압축실(P1)에서 1단 압축된 냉매 가스는 상기 제2 압축실(P2)과 연통된 제2 가스통로(F2)를 통해 제2 압축실(P2)로 흡입되어 제2 압축실(P2)에서 2단 압축된 다음 제2 압축실(P2)과 연통되도록 결합된 토출관(13)을 통해 토출된다.

한편, 상기 모터의 구동력을 전달하는 회전축은, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 제1,2 베어링 플레이트(4)(5)의 양단 거리에 상응하는 길이 및 일정 외경을 갖는 지지부(3a)와 상기 지지부(3a)에 이어 그 지지부(3a)의 외경보다 작게 단차지도록 소정의 길이로 형성되어 임펠러(10)(11)가 결합되는 결합부(3b)가 구비되어 이루어진다. 상기 지지부(3a)의 가운데에 모터(2)를 구성하는 회전자(2a)가 결합되고 상기 지지부(3a)의 양단이 저어널 베어링(R)에 의해 지지된다.

일반적으로 터보 압축기는 소형의 경우 모터(2)가 고속으로 회전하게 되므로모터(2)의 크기가 커짐에 따라 회전축(3)과 결합되는 모터 회전자(2a)의 크기가 커져 회전축(3)을 포함한 회전체의 무게가 증가하게 됨으로써 회전축(3)을 지지하는 베어링(R)의 형상이 커지게 되고 그 베어링(R)의 크기가 커짐에 따라 그 베어링(R)의 크기에 맞게 회전축(3)의 직경이 커지게 되어 회전축(3)의 무게를 증가시키게 되는 결과를 초래하게 된다. 그리고 모터(2)가 고속으로 회전하게 되므로 가스 베어링을 사용하게 되며 그 가스 베어링을 사용하게 될 경우 가스 베어링의 특성상 회전축(3)의 직경이 한정됨과 아울러 회전축(3)의 무게가 최소화되어야 한다.

그러나 상기한 바와 같은 종래 회전축 구조는 모터(2)의 회전수를 증가시키기 위해 모터(2)의 크기가 커지게 되면 그 모터(2)의 회전자(2a)가 결합된 회전축(3)을 포함한 전체 회전체의 무게가 증가하게 되고 그 회전축(3)을 포함한 전체 회전체의 무게 증가에 따라 베어링(R)의 크기가 커져 회전축(3)의 직경을 증가시켜야 하는 구조로, 반경 방향 하중을 증가시킬 뿐만 아니라 구동 토오크를 증가시키게 되는 문제점이 있었다.

상기한 바와 같은 점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 모터가 결합됨과 아울러 베어링에 의해 지지되는 회전축의 무게를 감소시킬 수 있도록 한 터보 압축기의 회전축 구조를 제공함에 있다.

도 1은 종래 회전축 조립체가 구비된 터보 압축기의 단면도,

도 2는 종래 터보 압축기의 회전축 조립체를 도시한 단면도,

도 3은 본 발명의 터보 압축기 회전축 조립체를 도시한 단면도,

도 4,5는 본 발명의 터보 압축기 회전축 조립체를 구성하는 축경 확대부재의 변형례를 각각 도시한 사시도,

도 6은 본 발명의 터보 압축기 회전축 조립체의 다른 실시례를 도시한 단면도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

2 ; 모터 2a ; 모터 회전자

10,11 ; 임펠러 20 ; 회전축

30 ; 축경 확대부재 31 ; 축경 확대부재 환봉체

32 ; 축경 확대부재 축 결합구멍 33 ; 축경 확대부재 관통구멍

R ; 베어링

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 소정의 길이와 외경을 가지며 그 양단부에 임펠러가 결합되는 회전축과 상기 회전축에 결합되는 모터 회전자 등의하중체와 상기 하중체의 양측에 각각 위치하도록 결합되는 축경 확대부재와 상기 축경 확대부재에 의해 지지되어 회전축을 지지하는 베어링을 포함하여 구성함을 특징으로 하는 터보 압축기의 회전축 조립체가 제공된다.

이하, 본 발명의 터보 압축기 회전축 조립체를 첨부도면에 도시한 실시례에 따라 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 터보 압축기 회전축 조립체의 일례를 도시한 것으로, 이를 참조하여 설명하면, 소정의 길이와 외경을 가지며 그 양단부에 임펠러(10)(11)가 결합되는 회전축(20)과 상기 회전축(20)에 결합되는 모터 회전자(2a) 등의 하중체와 상기 회전축(20)에 고정 결합되어 회전축(20)의 직경을 확대하는 축경 확대부재(30)와 상기 축경 확대부재(30)를 지지함에 의해 회전축(20)을 지지하는 베어링(R)을 포함하여 구성된다.

상기 회전축(20)은 일정 외경과 소정의 길이를 갖는 지지부(21)와 상기 지지부(21)의 양단에 연장 형성되어 임펠러(10)(11)가 장착되는 장착부(22)로 이루어진다. 그리고 상기 회전축(20)의 지지부(21)에 모터(2)를 구성하는 회전자(2a)가 결합되며 상기 회전자(2a)의 양측에 위치하도록 회전축(20)의 지지부(21)에 축경 확대부재(30)가 각각 결합된다.

상기 축경 확대부재(30)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 베어링(R)의 내경과 상응하는 외경 및 소정의 길이를 갖는 환봉체(31)의 내부에 회전축(20)의 외경과 상응하는 축 결합구멍(32)이 형성되고 그 축 결합구멍(32)의 내주면과 환봉체(31)의 외주면사이에 무게를 감소시키기 위한 다수개의 관통구멍(33)이 형성되어 이루어진다. 상기 관통구멍(33)은 그 단면이 원형으로 형성되며 그 관통구멍(33)은 동일 원상에 등간격을 이루도록 형성된다. 또한 상기 축경 확대부재(30)의 변형례로, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 관통구멍(33)의 단면이 부채꼴 형상으로 형성되며 그 부채꼴 형상의 관통구멍(33)이 동일원상에 등간격을 이루도록 형성된다.

또한, 본 발명의 다른 실시례로, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 회전축(20)이 소정의 길이를 가지며 두개의 외경을 갖도록 단턱지게 형성되는 지지부(23)와 그 지지부(23)의 양단에 각각 연장 형성되어 임펠러(10)(11)가 각각 결합되는 장착부(24)를 구비하여 이루어진다. 그리고 상기 회전축(20)의 지지부(23)에서 외경이 작은 부분(d1)에 축경을 확대시키는 축경 확대부재(30)가 결합되며 그 축경 확대부재(30)는 도 4, 5에 제시된 형태로 형성된다.

그리고 상기 축경 확대부재(30)에 이어 모터(2)를 구성하는 회전자(2a)가 결합된다. 상기 회전자(2a)의 일측은 지지부(23)의 단턱(G)에 지지되고 회전자(2a)의 타측은 축경 확대부재(30)에 의해 지지 고정된다. 그리고 베어링(R)이 회전축 지지부(23)의 외경이 큰 부분(d2)과 상기 축경 확대부재(30)에 각각 위치하도록 장착되어 회전축(20)을 지지하게 된다.

상기 회전축(20)의 양단부에 결합된 임펠러(10)(11)는 모터(2)가 장착되는 모터실(M)의 양측에 형성된 압축실(P1)(P2)에 각각 회전 가능하도록 삽입된다.

이하, 본 발명의 터보 압축기 회전축 조립체의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저 전원이 인가되어 모터(2)가 구동하게 되면 그 모터(2)의 구동력이 회전축(20)에 전달되면서 그 회전축(20)의 양단부에 각각 결합된 임펠러(10)(11)를 회전시키게되고 그 임펠러(10)(11)의 회전에 의해 냉매 가스가 1단, 2단 압축된다. 이때 상기 회전축(20)은 축경 확대부재(30)가 베어링(R)에 의해 지지됨에 의해 반경 방향 힘이 지지된다.

본 발명은 모터(2)의 용량이 커지게 되어 회전자(2a)의 크기가 커지게 되거나 또는 회전축(20)에 결합되는 부품이 추가되어 회전축(20)을 포함한 전체 회전체의 무게가 증가하게 될 경우 그에 따라 회전축(20)을 지지하는 베어링(R)의 크기가 커지게 되면 단지 축경 확대부재(30)의 외경을 크게 함으로써 회전축(20)의 외경을 증가시키지 않고 베어링(R)과의 결합관계가 이루어지게 된다. 즉, 회전자를 포함한 회전체를 지지하는 베어링(R)은 회전체의 무게에 의해 그 크기가 설정되며 그 회전체의 무게가 증가하게 되면 그 회전체를 지지하는 베어링(R)의 크기도 커지게 된다. 만일, 회전축(20)에 결합되는 모터(2)의 회전자(2a)가 커지게 되면 회전축(20)을 지지하는 베어링(R)의 크기가 커지게 되며 그 베어링(R)의 크기가 증가함에 따라 베어링(R)과 결합되는 회전축(20)의 외경이 커지게 되어 회전축(20)의 외경 및 무게가 증가하게 된다. 이로 인하여, 회전축(20)을 회전시키는 토오크(Torque)가 증가하게 될 뿐만 아니라 회전축(20)을 지지하는 베어링(R)의 지지 하중을 증가시키게 되어 베어링(R)의 신뢰성을 저하시키게 된다. 반면, 본 발명은 고속 회전을 위해 모터(2)가 커짐에 따라 회전축(20)에 결합되는 회전자(2a)가 커지게 되어 회전축(20)을 지지하는 베어링(R)의 크기가 커지게 되면 베어링(R)과 지지되는 축경 확대부재(30)의 외경을 증가시킴에 의해 베어링(R)과의 결합이 이루어지게 된다.

또한, 상기 축경 확대부재(30)에 다수개의 관통구멍(33)이 형성되므로 축경 확대부재(30)의 무게가 감소하게 되어 베어링(R)에 의해 지지되는 하중이 줄어들게 된다.

그리고 본 발명의 다른 실시례의 경우 축경 확대부재(30)가 회전축(20)에 결합되는 회전자(2a)를 지지함에 의해 회전자(2a)의 고정을 견고하게 할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 터보 압축기의 회전축 조립체는 모터에 결합되어 모터의 회전력을 전달함과 아울러 베어링에 의해 지지되는 회전축의 외경 및 무게를 최소화하게 됨으로써 베어링의 지지 하중을 감소시켜 베어링의 신뢰성을 높일 수 있고 또한 회전축을 회전시키는 토오크를 줄이게 되어 소비 동력을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims

소정의 길이와 외경을 가지며 그 양단부에 임펠러가 결합되는 회전축과, 상기 회전축에 결합되는 모터 회전자 등의 하중체와, 소정의 길이를 갖는 환봉체의 가운데 상기 회전축이 삽입되는 축 삽입구멍이 형성됨과 아울러 그 환봉체의 내부에 무게를 감소시키는 다수개의 관통구멍이 구비되어 상기 회전축에 결합됨에 의해 그 회전축의 직경을 확대하는 축경 확대부재와, 상기 축경 확대부재를 지지함에 의해 회전축을 지지하는 베어링을 포함하여 구성함을 특징으로 하는 터보 압축기의 회전축 조립체.
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