KR100343725B1

KR100343725B1 - 터보 압축기의 역회전 방지장치

Info

Publication number: KR100343725B1
Application number: KR1020000007563A
Authority: KR
Inventors: 박진성; 김형석; 김동한
Original assignee: 엘지전자주식회사
Priority date: 2000-02-17
Filing date: 2000-02-17
Publication date: 2002-07-20
Also published as: KR20010081648A

Abstract

본 발명은 터보 압축기의 역회전 방지장치에 관한 것으로, 본 발명은 제1 임펠러가 구비되어 유체를 1단 압축하는 제1 압축실 및 제2 임펠러가 구비되어 1단 압축된 유체를 2단 압축하는 제2 압축실이 서로 연통되고, 상기 제2 압축실의 토출측은 토출관에 연통되는 터보 압축기에 있어서, 상기 제1 압축실과 제2 압축실 사이의 유체유로 내주면과 제2 압축실의 토출측 유체유로 내주면에 각각 환형으로 돌출하도록 삽입 또는 일체로 형성하는 리테이너와, 상기 리테이너의 안쪽에서 양쪽의 압력차에 의해 유로를 따라 상하로 이동하면서 유체가 고압부에서 저압부로 역류하는 것을 방지하도록 주면에 토출홈부를 구비한 판형의 밸브부재로 구성함으로써, 압축기의 정지시 고압가스가 상대적으로 저압부쪽으로 역류하는 것을 차단하여 구동모터의 역부하 또는 각 임펠러의 역회전에 따른 이탈을 방지하고, 포일베어링과 같이 구동축에 일방향으로 면접촉되는 베어링의 적용시 구동축 및 베어링의 파손을 미연에 방지할 수 있다.

Description

터보 압축기의 역회전 방지장치{APPARATUS FOR PREVENTING INVERSION OF TURBO COMPRESSOR}

본 발명은 터보 압축기의 역회전 방지장치에 관한 것으로, 특히 제2 압축실에서 제1 압축실로 또는 토출관에서 제2 압축실로 역류하는 유체를 차단하여 임펠러의 역회전을 방지하는 터보 압축기의 역회전 방지장치에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 기계적 에너지를 압축성 유체의 압축에너지로 변환시키는 것으로, 이러한 압축기는 크게 왕복동식 및 스크롤식 및 원심식(통상, 터보식이라고도 함) 그리고 베인식(통상, 회전식이라고도 함)으로 구분된다.

이 중에서 터보 압축기는 와류펌프와 같이 임펠러의 회전력을 이용하여 유체를 축방향으로 흡입하였다가 원심방향으로 토출시키면서 압축하는 것으로 통상 2단 압축식 터보 압축기가 알려져 있다. 이러한 터보 압축기는 건물의 중앙제어식 공기조화기와 같이 주로 대용량 터보 압축기가 사용되고 있었으나, 최근에는 일반 가정용 공기조화기에도 적용 가능한 소형 터보 압축기가 개발되고 있는 실정이다.

상기 터보 압축기는 임펠러(압축실)의 개수에 따라 1단,2단.. 등으로 구분되며, 상기 임펠러의 배열형태에 따라서도 백 투 백(back to back) 타입 또는 페이스 투 페이스 타입으로 구분될 수 있는데, 상기 백 투 백 타입은 임펠러의 배면이 서로 마주보도록 배열되는 것인데 반해 상기 페이스 투 페이스 타입은 임펠러의 흡입단이 서로 마주보도록 배열되는 것이다.

도 1은 종래 페이스 투 페이스 타입의 2단 압축식 소형 터보 압축기를 보인종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 종래의 2단 압축식 소형 터보 압축기는, 소정의 내부체적을 갖는 모터 케이싱(1)과, 그 모터 케이싱(1)의 양측에 복개되는 제1 베어링 플레이트(2A) 및 제2 베어링 플레이트(2B)와, 상기 제1 베어링 플레이트(2A)의 외측면에 장착되는 슈라우드 플레이트(3)와, 그 슈라우드 플레이트(3)의 외측면에 장착되는 제1 디퓨져 케이싱(4A)과, 상기 제2 베어링 플레이트(2B)의 외측면에 장착되는 베어링 커버(5)와, 그 베어링 커버(5)를 수용하여 상기한 제2 베어링 플레이트(2B)의 외주연에 장착되는 볼류트 케이싱(6)과, 그 볼류트 케이싱(6)의 외측면에 장착되는 제2 디퓨져 케이싱(4B)과, 상기 모터 케이싱(1)의 내부에 장착되는 구동모터(M)와, 그 구동모터(M)의 가동자(MR)에 압입되고 양단부가 상기한 제1 베어링 플레이트(2A) 및 제2 베어링 플레이트(2B)를 관통하는 구동축(7)과, 그 구동축(7)의 일단에 고정되고 상기한 슈라우드 플레이트(3)와 제1 디퓨져 케이싱(4A)으로 이루어지는 제1 압축실(Sc1)에 배치되는 제1 임펠러(8A)와, 상기 구동축(7)의 타단에 고정되고 상기한 볼류트 케이싱(6)과 제2 디퓨져 케이싱(4B)으로 이루어지는 제2 압축실(Sc2)에 배치되는 제2 임펠러(8B)와, 상기 제1 베어링 플레이트(2A) 및 제2 베어링 플레이트(2B)에 장착되어 구동축(7)의 반경방향을 지지하는 제1 레이디얼 베어링(9A) 및 제2 레이디얼 베어링(9B)과, 상기 제2 베어링 플레이트(2B)와 베어링 커버(5) 사이에 배치되어 구동축(7)의 축방향을 지지하는 스러스트 베어링(10)을 포함하여 구성되어 있다.

상기 모터 케이싱(1)의 일측에는 흡입관(SP)이 연통되고, 상기 제1 베어링 플레이트(2A)에는 모터실(Sm)과 제1 압축실(Sc1)을 연통시키는 다수개의 제1 가스통로(2a)가 방사상 형성되며, 상기 제1 베어링 플레이트(2A)와 슈라우드 플레이트(3)의 사이에는 각각의 제1 가스통로(11)와 제1 압축실을 연통시키는 제1 흡입공간(Ss1)이 형성되고, 상기 제1 베어링 플레이트(2A) 및 모터 케이싱(1) 그리고 제2 베어링 플레이트(2B)에는 제1 압축실(Sc1)과 제2 압축실(Sc2)을 연통시키는 다수개의 제2 가스통로(12)가 방사상으로 형성되며, 상기 베어링 커버(5)와 볼류트 케이싱(6)의 사이에는 각각의 제2 가스통로(12)와 제2 압축실(Sc2)을 연통시키는 제2 흡입공간(Ss2)이 형성되고, 상기 볼류트 케이싱(6)에는 토출관(DP)이 연통되어 있다.

상기 레이디얼 베어링(9A,9B) 및 스러스트 베어링(10)은 모두 구동축(7)의 외주면 및 베어링부재(7A)의 양측면에 면접촉되어 지지하는 포일베어링으로, 상기 레이디얼 베어링(9A,9B)의 경우 각 베어링 플레이트(2A,2B)의 내주면에 포일하우징(미부호)이 장착되고, 그 포일하우징의 내주면에는 탄력을 갖는 다수개의 포일(미부호) 내측면이 구동축(7)의 외주면에 연이어 접촉되도록 서로 겹쳐져 삽입되어 이루어져 있다.

상기 스러스트 베어링(10)은 구동축(7)에 결합되는 베어링부재(7A)의 양측면에 대응되도록 제2 베어링 플레이트(2B)의 외측면 및 베어링커버(5)의 내측면에 각각 환형판의 포일하우징(미부호)이 장착되고, 그 각각의 포일하우징의 대응면에는 상기한 베어링부재(7A)의 양측면에 면접촉되도록 탄력을 갖는 다수개의 포일(미부호)이 삽입되어 이루어져 있다.

상기와 같이 구성된 종래의 2단식 소형 터보 압축기는 다음과 같이 동작된다.

즉, 상기 구동모터(M)에 전원이 인가되면, 그 구동모터(M)의 가동자(MR)와 함께 구동축(7)이 레이디얼 베어링(9A,9B) 및 스러스트 베어링(10)에 의해 지지되어 회전을 하게 되고, 이와 함께 상기 구동축(7)의 양단에 고정된 제1 및 제2 임펠러(8A,8B)가 회전을 하게 된다. 이때, 상기 흡입관(SP)을 통해 모터 케이싱(1)으로 흡입되는 냉매가스는 제1 가스통로(11) 및 제1 흡입공간(Ss1)을 통해 제1 압축실(Sc1)로 흡입되어 제1 임펠러(8A)에 의해 1단 압축되고, 그 1단 압축된 가압축가스는 다수개의 제2 가스통로(12) 및 제2 흡입공간(Ss2)을 통해 제2 압축실(Sc2)로 흡입되어 제2 임펠러(8B)에 의해 2단 압축되며, 그 2단 압축된 압축가스는 볼류트 케이싱(6)에 의해 모아져 토출관(DP)을 통해 토출된다.

여기서, 상기 구동축(7)은 회전하면서 반경방향으로 진동이 발생하게 되는 것은 물론 그 양단에 장착된 제1 및 제2 임펠러(8A,8B)가 서로 다른 압력을 받게 되어 축방향으로도 진동이 발생하게 되나, 이 반경방향 진동 및 축방향 진동은 모두 레이디얼 베어링(9A,9B) 및 스러스트 베어링(10)의 포일이 구동축(7)의 외주면 및 베어링부재(7A)의 양측면에 탄력적으로 미끄럼 접촉되어 지지되는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 터보 압축기에서는, 그 압축기의 이외의 시스템 환경에 의해서 토출가스가 역류를 하거나, 특히 포일베어링을 사용하는 경우에는 그 포일베어링의 특성상 압축기의 정지시 임펠러(8A,8B)를 급정지시키게 되므로 고압의 토출가스가 순간적으로 역류하여 임펠러(8A,8B)를 역회전시킬 우려가 있는데, 이렇게 되면 구동축(7)에 일방향으로 접촉되어 있던 포일과 구동축(7)이 마모되거나 또는 임펠러(8A,8B)가 역회전하여 이탈되거나 또는 구동모터(M)에 역부하가 부과되면서 압축기의 신뢰성에 심각한 악영향을 끼치게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 터보 압축기가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 고압의 토출가스가 역류하여 임펠러를 비롯한 구동유니트가 역회전하는 것을 방지할 수 있는 터보 압축기의 역회전 방지장치를 제공하려는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 터보 압축기의 일례를 보인 종단면도.

도 2는 본 발명 역회전 방지장치가 구비된 터보 압축기의 일례를 보인 종단면도.

도 3은 도 2의 "A"부를 상세히 보인 종단면도.

도 4는 본 발명 역회전 방지장치가 구비된 터보 압축기에서 압축가스의 역류시 가스의 흐름을 보인 상태도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

2a,2B : 베어링 플레이트 7 : 구동축

8A,8B : 임펠러 9A,9B : 레이디얼 베어링

10 : 스러스트 베어링 11 : 제1 가스유로

12 : 제2 가스유로 110 : 제1 체크밸브

120 : 제2 체크밸브 121 : 리테이너

122 : 밸브부재 122a : 토출홈부

SP : 흡입관 DP : 토출관

Sc1,Sc2 : 압축실

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 제1 임펠러가 구비되어 유체를 1단 압축하는 제1 압축실 및 제2 임펠러가 구비되어 1단 압축된 유체를 2단 압축하는 제2 압축실이 서로 연통되고, 상기 제2 압축실의 토출측은 토출관에 연통되는 터보 압축기에 있어서, 상기 제1 압축실과 제2 압축실 사이의 유체유로 내주면과 제2 압축실의 토출측 유체유로 내주면에 각각 환형으로 돌출하도록 삽입 또는 일체로 형성하는 리테이너와, 상기 리테이너의 안쪽에서 양쪽의 압력차에 의해 유로를 따라 상하로 이동하면서 유체가 고압부에서 저압부로 역류하는 것을 방지하도록 주면에 토출홈부를 구비한 판형의 밸브부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 역회전 방지장치가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 터보 압축기의 역회전 방지장치를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의해 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명 역회전 방지장치가 구비된 터보 압축기의 일례를 보인 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명의 역회전 방지장치가 구비된 터보 압축기는,모터 케이싱(1)의 내부에 장착된 구동모터(M)의 가동자(MR)에 구동축(7)이 압입되고, 그 구동축(7)의 양단부에는 슈라우드 플레이트(3)와 제1 디퓨져 케이싱(4A)으로 이루어지는 제1 압축실(Sc1) 및 볼류트 케이싱(6)과 제2 디퓨져 케이싱(4B)으로 이루어지는 제2 압축실(Sc2)에 각각 구비된 제1 임펠러(8A) 및 제2 임펠러(8B)의 흡입단이 서로 마주보는 형태로 고정되며, 상기 모터 케이싱(1)의 양측에 고정되는 제1 및 제2 베어링 플레이트(2A,2B)의 내주면에는 상기한 구동축(7)을 반경방향으로 지지하도록 포일베어링으로 이루어진 레이디얼 베어링(9A,9B)이 장착되고, 상기 제2 베어링 플레이트(2B)의 외주면과 그 외측면에 고정되는 베어링커버(5)의 대향면에는 상기한 구동축(7)의 베어링부재(7A)를 축방향으로 지지하도록 역시 포일베어링으로 이루어진 스러스트 베어링(10)이 장착되어 이루어진다.

또한, 상기 모터 케이싱(1)의 일측에는 흡입관(SP)이 연통되고, 상기 제1 베어링 플레이트(2A)에는 모터실(Sm)과 제1 압축실(Sc1)을 연통시키는 다수개의 제1 가스통로(11)가 방사상 형성되며, 상기 제1 베어링 플레이트(2A)와 슈라우드 플레이트(3)의 사이에는 각각의 제1 가스통로(11)와 제1 압축실(Sc1)을 연통시키는 제1 흡입공간(Ss1)이 형성되고, 상기 제1 베어링 플레이트(2A) 및 모터 케이싱(1) 그리고 제2 베어링 플레이트(2B)에는 제1 압축실(Sc1)과 제2 압축실(Sc2)을 연통시키는 다수개의 제2 가스통로(12)가 방사상으로 형성되며, 상기 베어링 커버(5)와 볼류트 케이싱(6)의 사이에는 각각의 제2 가스통로(12)와 제2 압축실(Sc2)을 연통시키는 제2 흡입공간(Ss2)이 형성되고, 상기 볼류트 케이싱(6)에는 토출관(DP)이 연통되어 이루어진다.

여기서, 상기 제2 가스통로(12)에는 각각 제2 압축실(Sc2)로 흡입되던 냉매가스가 압축기의 급정지시 제1 압축실(Sc1)로 역류하는 것을 방지하는 제1 체크밸브(110)가 장착되고, 상기 제2 압축실(Sc2)의 토출측 또는 토출관(DP)의 입구단에는 토출되었던 고압의 냉매가스가 압축기의 급정지시 제2 압축실(Sc2)로 역류하는 것을 방지하도록 제2 체크밸브(120)가 장착된다.

상기 제1,제2 체크밸브(110,120)는 여러 실시예가 적용될 수 있으나, 본 실시예에서는 제1 체크밸브와 제2 체크밸브를 동일한 형태의 판형 밸브를 적용한 것으로, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제2 가스유로(12) 및 토출관(DP)에 고정되는 환형의 리테이너(미부호,121)와, 그 리테이너(미부호,121)에 의해 개폐가 제한되는 판형의 밸브부재(미부호,122)로 이루어진다. 상기 밸브부재(미부호,122)는 그 외주면에 리테이너(미부호,121)의 내경 보다 크게 원호형의 토출홈부(미부호,122a)가 등간격으로 홈파기 형성된다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

도면중 미설명 부호인 MS는 구동모터의 고정자이다.

상기와 같은 본 발명 역회전 방지장치가 구비된 터보 압축기는 일반적인 동작은 종래와 동일하다.

여기서, 상기 압축기의 구동부가 외부조건이나 내부조건에 따라 정지를 하게 되면, 상기 토출관(DP)을 통해 토출되었던 고압의 냉매가스가 순간적인 압력차에 의해 제2 압축실(Sc2)로 역류하는 동시에 제2 압축실(Sc2)의 냉매가스가 제1 압축실(Sc1)로 역류를 하게 되는데. 특히 상기 레이디얼 베어링(9A,9B) 및 스러스트 베어링(10)이 포일베어링과 같이 구동축(7)과 면접촉되는 경우에는 압축기를 급정지시키기 때문에 토출가스의 역류가 훨씬 증가하게 된다.

이때, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제2 압축실(Sc2)로 흡입되었다가 제1 압축실(Sc1)로 역류하려는 냉매가스는 제2 가스통로(12)에 장착된 제1 체크밸브(110)에 의해 차단되는 동시에 상기 제2 압축실(Sc2)의 토출측으로 토출되었다가 역류하려는 냉매가스는 제2 체크밸브(120)에 의해 차단되어 냉매가스의 역류가 방지되고, 이를 통해 상기 임펠러(8A,8B) 및 그 각각의 임펠러(8A,8B)가 장착된 구동축(7)이 역회전하는 것이 억제되므로 포일베어링과 같이 구동축(7)에 면접촉되는 베어링(9A,9B)(10)의 베어링면이 역회전에 의해 긁히거나 베어링 자체가 손상되는 것이 방지된다.

또한, 상기 각 임펠러(8A,8B)가 역회전하면서 구동축(7)으로부터 이탈되거나 또는 구동모터(M)에 역부하가 부과되는 것이 방지된다.

본 발명에 의한 터보 압축기의 역회전 방지장치는, 제1 임펠러가 구비되어 유체를 1단 압축하는 제1 압축실 및 제2 임펠러가 구비되어 1단 압축된 유체를 2단 압축하는 제2 압축실이 서로 연통되고, 상기 제2 압축실의 토출측은 토출관에 연통되되, 상기 유체가 상대적인 고압부에서 저압부로 역류하는 것을 방지하도록 제1 압축실과 제2 압축실 사이의 유체유로 또는 제2 압축실의 토출측 유체유로 상에 체크밸브를 장착하여 구성함으로써, 압축기의 정지시 고압가스가 상대적으로 저압부쪽으로 역류하는 것을 차단하여 구동모터의 역부하 또는 각 임펠러의 역회전에 따른 이탈을 방지하고, 포일베어링과 같이 구동축에 일방향으로 면접촉되는 베어링의 적용시 구동축 및 베어링의 파손을 미연에 방지할 수 있다.

Claims

제1 임펠러가 구비되어 유체를 1단 압축하는 제1 압축실 및 제2 임펠러가 구비되어 1단 압축된 유체를 2단 압축하는 제2 압축실이 서로 연통되고, 상기 제2 압축실의 토출측은 토출관에 연통되는 터보 압축기에 있어서,

상기 제1 압축실과 제2 압축실 사이의 유체유로 내주면과 제2 압축실의 토출측 유체유로 내주면에 각각 환형으로 돌출하도록 삽입 또는 일체로 형성하는 리테이너와, 상기 리테이너의 안쪽에서 양쪽의 압력차에 의해 유로를 따라 상하로 이동하면서 유체가 고압부에서 저압부로 역류하는 것을 방지하도록 주면에 토출홈부를 구비한 판형의 밸브부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 역회전 방지장치.
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