KR100360245B1 - 터보 압축기의 기동토크 저감구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터보 압축기의 기동토크 저감구조에 관한 것으로, 본 발명은 구동축과 이를 지지하는 베어링 사이의 접촉면적을 최소화하도록 상기 구동축의 표면이나 또는 이에 대응되는 베어링면에 미세굴곡부를 형성하여 구성함으로써, 상기 구동축과 베어링면 사이의 접촉면적이 줄어들게 되고, 이로 인해 구동축과 베어링과의 순간마찰력이 감소함에 따라 압축기의 기동시 구동모터의 기동토크가 저감되는 효과가 있다.

Description

터보 압축기의 기동토크 저감구조{STRUCTURE FOR REDUCING DRIVEN TORQUE OF TURBO COMPRESSOR}

본 발명은 터보 압축기의 기동토크 저감구조에 관한 것으로, 특히 포일베어링(foil bearing)과 같이 구동축에 직접 접촉되어 지지하는 베어링의 적용시 터보 압축기의 기동토크 저감구조에 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 외주면에 면접촉되어 지지하는 포일베어링으로, 상기 레이디얼 베어링(9A,9B)의 경우 각각의 베어링 플레이트(2A,2B)의 내주면에 포일하우징(9a)이 장착되고, 그 포일하우징(9a)의 내주면에는 탄력을 갖는 다수개의 포일(9b) 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(9B)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.

상기 레이디얼 베어링(9A,9B) 및 스러스트 베어링(10)의 각 포일(9b,미부호)에 대향되는 구동축(7)의 외주면 및 베어링부재(7A)의 양측면은 정밀가공되어 평탄면(7a,7b)으로 형성되고, 그 평탄면(7a,7b)에 대응되는 각 포일의 내측면에는 통상 엔지니어링 플라스틱(engineering plastic) 재질로 코팅되어 있다.

도면중 미설명 부호인 7A는 베어링부재이다.

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 포일(9b,미부호)이 구동축(7)의 외주면 및 베어링부재(7A)의 양측면에 탄력적으로 미끄럼 접촉되어 지지되는 것이었다.

그러나, 상기와 같이 포일베어링이 구비된 종래 터보 압축기의 기동시에는, 레이디얼 베어링(9A,9B) 및 스러스트 베어링(10)의 각 포일(9b,미부호)이 구동축(7)의 외주면 및 베어링부재(7A)의 양측면에 접촉된 상태에서 미끄럼운동을 개시하기 때문에 기동시 순간마찰력이 증가되어 많은 토크를 필요로 하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 터보 압축기가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 압축기의 기동시 부과되는 기동토크를 최소화할 수 있는 터보 압축기의 기동토크 저감구조를 제공하려는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 터보 압축기의 일례를 보인 종단면도.

도 2a는 종래 포일베어링과 구동축의 레이디얼방향 결합상태를 정면에서 보인 종단면도.

도 2b는 종래 포일베어링에 지지되는 구동축의 사시도.

도 3은 종래 포일베어링의 포일과 구동축의 베어링면이 접촉되는 상태를 보인 개략도.

도 4는 본 발명 터보 압축기의 구동축을 보인 종단면도.

도 5a는 본 발명에 의한 포일베어링과 구동축의 레이디얼방향 결합상태를 정면에서 보인 종단면도.

도 5b는 본 발명 포일베어링에 지지되는 구동축의 사시도.

도 6은 본 발명 포일베어링의 포일과 구동축의 베어링면이 접촉되는 상태를 보인 개략도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

9B : 레이디얼 베어링 9b : 포일

10 : 스러스트 베어링 100 : 구동축

110 : 스러스트용 베어링부재 100a,110a : 미세굴곡면

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 구동모터에 의해 회전하는 구동축과 이를 지지하는 베어링 사이의 접촉면적을 최소화하도록 상기 구동축의 표면이나 또는 이에 대응되는 베어링면에 미세굴곡부를 형성하는 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 기동토크 저감구조가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 터보 압축기의 기동토크 저감구조를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명 기동토크 저감구조가 구비된 터보 압축기의 구동축을 보인 종단면도이고, 도 5a는 본 발명에 의한 포일베어링과 구동축의 레이디얼방향 결합상태를 정면에서 보인 종단면도이며, 도 5b는 본 발명 포일베어링에 지지되는 구동축의 사시도이고, 도 6은 본 발명 포일베어링의 포일과 구동축의 베어링면이 접촉되는 상태를 보인 개략도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 기동토크 저감구조가 구비된 터보 압축기는, 모터케이싱(도 1에 도시)의 내부에 장착된 구동모터(도 1에 도시)의 가동자에 구동축(100)이 압입되고, 그 구동축(100)의 양단부에는 슈라우드 플레이트(도 1에 도시)와 제1 디퓨져 케이싱(도 1에 도시)으로 이루어지는 제1 압축실(도 1에 도시) 및 볼류트 케이싱(도 1에 도시)과 제2 디퓨져 케이싱(4B)으로 이루어지는 제2 압축실(도 1에 도시)에 각각 구비된 제1 임펠러(도 1에 도시) 및 제2 임펠러(도 1에 도시)가 고정되며, 상기 모터케이싱의 양측에 고정되는 제1 및 제2 베어링 플레이트(도 1에 도시,2B)의 내주면에는 상기한 구동축(100)을 반경방향으로 지지하는 레이디얼 베어링(이하, 제2 압축실측을 대표예로 설명함)(9B)이 장착되고, 상기 제2 베어링 플레이트(2B)의 외주면과 그 외측면에 고정되는 베어링커버(5)의 대향면에는 상기한 구동축(100)의 베어링부재(110)를 축방향으로 지지하는 스러스트 베어링(10)이 장착되어 이루어진다.

상기 레이디얼 베어링(9B)과 스러스트 베어링(10)은 모두 포일베어링으로, 상기 레이디얼 베어링(9B)의 경우 베어링 플레이트(2B)의 내주면에 포일하우징(9a)이 장착되고, 그 포일하우징(9a)의 내주면에는 탄력을 갖는 다수개의 포일(9b) 내측면이 구동축(100)의 외주면에 서로 겹쳐져 연이어 접촉되도록 삽입되어 이루어진다.

상기 스러스트 베어링(10)은 구동축(100)에 결합되는 베어링부재(110)의 양측면에 대응되도록 제2 베어링 플레이트(2B)의 외측면 및 베어링커버(5)의 내측면에 각각 환형판의 포일하우징(미부호)이 장착되고, 그 각각의 포일하우징의 대응면에는상기한 베어링부재(110)의 양측면에 면접촉되도록 탄력을 갖는 다수개의 포일(미부호)이 삽입되어 이루어진다.

상기 레이디얼 베어링(9B) 및 스러스트 베어링(10)의 각 포일(9b,미부호)에 대향되는 구동축(100)의 외주면 및 베어링부재(110)의 양측면은 강구 등으로 타발하여 미세굴곡면(100a,110a)이 형성되고, 그 미세굴곡면(100a,110a)에 대응되는 각 포일의 내측면에는 통상 엔지니어링 플라스틱(engineering plastic) 재질로 코팅된다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

상기와 같은 본 발명의 기동토크 저감구조가 구비된 터보 압축기의 일반적인 동작은 종래와 동일하다.

즉, 상기 구동모터에 전원이 인가되면, 그 구동모터의 가동자와 함께 구동축(100)이 레이디얼 베어링(도 1에 도시,9B) 및 스러스트 베어링(10)에 의해 지지되어 회전을 하게 되고, 이와 함께 상기 구동축(100)의 양단에 고정된 제1 및 제2 임펠러(도 1에 도시)가 회전을 하게 되며, 상기 냉매가스는 모터 케이싱(도 1에 도시)을 거쳐 제1 압축실(도 1에 도시)로 흡입되었다가 제1 임펠러에 의해 1단 압축되고, 그 1단 압축된 가압축가스는 다시 제2 압축실(도 1에 도시)로 흡입되어 제2 임펠러에 의해 2단 압축되면서 토출된다.

이때, 상기 구동축의 기동시 그 구동축(100)의 외주면(또는, 레이디얼 베어링면) 및 베어링부재(110)의 양측면(또는, 스러스트 베어링면)은 레이디얼 베어링(9B) 및 스러스트 베어링(10)의 각 포일(9b,미부호) 내측면과 접촉된 상태에서 미끄럼운동을 개시하게 되는데, 그 구동축(100)의 레이디얼 베어링면과 베어링부재의 스러스트 베어링면은 각각 미세굴곡면(100a,110a)으로 구비되어 각 포일(9b,미부호)과의 접촉면적이 작아지면서 순간마찰력이 감소하게 되고, 이로 인해 상기 압축기의 기동시 그 구동모터에 대한 기동토크가 저감되는 것이다.

여기서, 상기 미세굴곡면은 본 실시예에서와 같이 구동축 또는 그 구동축에 결합되는 베어링부재의 각 베어링면에 형성할 수도 있으나, 이는 베어링의 종류에 따라서는 레이디얼 베어링이나 스러스트 베어링의 베어링면에도 형성할 수 있다.

본 발명에 의한 터보 압축기의 기동토크 저감구조는, 구동축과 이를 지지하는 베어링 사이의 접촉면적을 최소화하도록 상기 구동축의 표면이나 또는 이에 대응되는 베어링면에 미세굴곡부를 형성하여 구성함으로써, 상기 구동축과 베어링면 사이의 접촉면적이 줄어들게 되고, 이로 인해 구동축과 베어링과의 순간마찰력이 감소함에 따라 압축기의 기동시 구동모터의 기동토크가 저감되는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 구동모터에 의해 회전하는 구동축과 이를 지지하는 베어링 사이의 접촉면적을 최소화하도록 상기 구동축의 표면이나 또는 이에 대응되는 베어링면에 미세굴곡부를 형성하는 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 기동토크 저감구조.