KR100451651B1

KR100451651B1 - 원심형 압축기의 역회전 방지구조

Info

Publication number: KR100451651B1
Application number: KR10-2001-0078932A
Authority: KR
Inventors: 왕대성; 지유철; 최문창; 서광하; 김영관
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2001-12-13
Filing date: 2001-12-13
Publication date: 2004-10-08
Also published as: JP2003193983A; KR20030048885A; US20030113215A1; US7121813B2

Abstract

본 발명은 원심형 압축기 역회전 방지구조에 관한 것으로, 이는 압축기의 흡입구에 연결된 흡입관과 토출구에 연결된 토출관 사이에 바이패스밸브(By-Pass Valve)가 장착된 유로관을 설치하여 상호 연결되도록 하고, 전원공급선에 비정상적 전원차단 감지장치를 설치하여 상기 감지장치의 제어에 의해 상기 바이패스밸브가 개폐되도록 구성하므로서, 정전시나 압축기의 이상작동에 의한 전원이 차단되어 압축기가 급정지되었을 때, 흡입구와 토출구의 압력차에 의해 역류되는 냉매를 통해 발생되었던 회전축의 역회전과 압축기내 냉매가스의 이상유동을 감소시켜, 단기적으로 압축기의 비상정지시의 이상소음과 압축기 부품들에 결함을 발생시킬 소지가 있는 스트레스를 방지하는 탁월한 효과가 있다.

또한, 장기적으로 압축기 전체의 수명과 신뢰성을 향상시킬 수 있는 탁월한 효과도 있다.

Description

원심형 압축기의 역회전 방지구조{The structure for preventing the reverse - rotation of centrifugal compressor}

본 발명은 원심형 압축기 역회전 방지구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압축기의 흡입구에 연결된 흡입관과 토출구에 연결된 토출관 사이에 바이패스밸브(By-Pass Valve)를 설치하여 상호 연결되도록 하고, 전원 공급선에 비정상적 전원차단 감지장치를 설치하여 상기 감지장치의 제어에 의해 상기 바이패스밸브가 개폐되도록 구성하므로서, 정전시나 압축기의 이상작동에 의한 전원이 차단되어 압축기가 급정지되었을 때, 흡입구와 토출구의 압력차에 의해 역류되는 냉매를 통해 발생되었던 회전축의 역회전과 압축기내 냉매가스의 이상유동을 감소시켜, 단기적으로는 압축기의 비상정지시의 이상소음과 압축기 부품들에 결함을 발생시킬 소지가 있는 스트레스를 방지하고, 장기적으로는 압축기 전체의 수명과 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 한 원심형 압축기의 역회전 방지구조에 관한 것이다.

일반적으로, 압축기는 기계적인 에너지를 압축성 유체의 압축에너지로 변환시키는 것으로서, 이러한 압축기는 왕복동식, 스크롤식, 원심식(터보식), 베인식(회전식) 등으로 구분된다.

이 중 원심형 압축기(일명, 터보 압축기)는 임펠러의 회전력을 이용하여 유체를 축방향으로 흡입한 다음, 원심방향으로 토출시키면서 압축하는 것으로, 임펠러 및 압축실의 개수에 따라 1단 내지는 2단식으로 구분되며, 임펠러의 배열 형태에 따라 백 투 백(back to back) 타입 및 페이스 투 페이스(face to face) 타입으로 구분된다.

이중에서 페이스 투 페이스 타입의 2단식 원심형 압축기는, 도 1에 나타난 것과 같이 모터 하우징(1)과, 상기 모터 하우징(1)의 양측에 구비되는 제 1 베어링 플레이트(2A) 및 제 2 베어링 플레이트(2B)와, 상기 제 1 베어링 플레이트(2A)의 외측면에 장착된 슈라우드 플레이트(3)와, 상기 슈라우드 플레이트(3)의 외측면에 장착되는 제 1 압축부 케이싱(4A)과, 상기 제 2 베어링 플레이트(2B)의 외측면에장착되는 베어링 커버(5)와, 상기 베어링 커버(5)를 감싸는 볼류트 케이싱(6)과, 상기 볼류트 케이싱(6)의 외면에 장착되는 제 2 압축부 케이싱(4B)과, 모터 하우징(1)의 내부에 장착된 모터(M)를 포함하여 이루어져 있다.

여기서, 모터 하우징(1)의 일측에는 흡입구(SP)이 구성되어 있으며, 볼류트 케이싱(6)의 일측에는 토출구(DP)이 구성되어 있다.

상기 슈라우드 플레이트(3)와 제 1 압축부 케이싱(4A)은 제 1 압축실(Sc1)을 구성하고, 볼류트 케이싱(6)과 제 2 압축부 케이싱(4B)은 제 2 압축실(Sc2)을 구성하게 된다.

모터(M)는 스테이터(MS)와, 상기 스테이터(MS) 내에 장착된 로터(MR) 및 로터(MR)에 압입된 회전축(7)으로 이루어져 있는데, 상기 모터(M)의 회전축(7)은 양선단이 각각 제 1 베어링 플레이트(2A) 및 제 2 베어링 플레이트(2B)를 관통하는 구조로서, 상기 각 플레이트(2A)(2B) 안쪽의 레이디얼 베어링(9A)(9B)에 의해 레이디얼 방향 즉, 반경방향으로 지지되고, 트러스트 베어링(10)에 의해 축방향으로 지지된다.

모터(M)의 회전축(7) 양선단에는 각각 제 1 압축실(Sc1)에 배치되는 1단 임펠러(8A)와 제 2 압축실(Sc2)에 배치되는 2단 임펠러(8B)가 부착되어 있는데, 각 임펠러(8A)(8B)는 유체를 흡입하는 방향이 서로 마주보도록 이른바 페이스 투 페이스 타입으로 배치된다. 미 설명 부호 13 은 전원 공급선을 나타낸 것이다.

이와 같은 종래 페이스 투 페이스 타입 2단 터보 압축기에 의하면 모터(M)의 구동으로 회전하는 회전축(7)과 상기 회전축(7) 양 끝단에 결합된 양임펠러(8A)(8B)가 회전함으로서 저온 저압의 냉매가 흡입구(SP)로 흡입되고, 흡입된 냉매는 제 1 가스통로(11)를 통해 제 1 압축실(Sc1)로 유입되어 1단 임펠러(8A)에 의해 1차 압축된다. 그리고, 1단 압축된 이른바 가압축 유체가 제 2 가스통로(12)를 통해 제 2 압축실(Sc2)로 흡입되어 2단 임펠러(8B)에 의해 2차 압축됨으로서 효율적인 압축작용이 이루어지며, 2단 압축된 유체는 볼류트 케이싱(6)에 의해 모아져 토출구(DP)을 통해 토출되게 된다. 따라서, 원심형 압축기가 정상적으로 작동될 경우, 흡입구(SP)와 토출구(DP) 사이에는 높은 압력차가 형성되게 된다.

그러나, 압축기가 흡입구(SP)를 통해 저온 저압상태의 냉매를 2단 압축하여 고온 고압상태로 형성하는 정상적인 압축과정 중 정전이나 또는 압축기의 이상작동에 의해 전원이 차단되어 압축기가 갑작스럽게 정지할 경우, 압축기 내의 고압부인 토출구(DP)측과 저압부인 흡입구(SP)측 사이의 압력 평형을 이루기 위해 압축기의 냉매 유동 통로(12)를 통해 토출구(DP)쪽에서 흡입구(SP)쪽으로 급격한 냉매 역류 유동이 발생하게 되며, 이 과정에서 흡입구(SP)와 토출구(DP)의 압력차 및 냉매의 빠른 역류 유동 흐름에 의해 회전축(7) 양단에 고정된 임펠러(8A)(8B)가 순간적으로 역방향 토크를 받게 되면서 상기 회전축(7) 역시 역회전하게 되는데, 이 때 상기와 같이 임펠러(8A)(8B) 및 회전축(7)이 역회전 할 경우, 회전축이 정회전할 때 온전한 레이디얼 하중을 지지하는 두 개의 동압 공기 레이디얼 베어링(9A)(9B) 성능이 저하될 뿐만 아니라, 상기 베어링(9A)(9B)을 구성하는 부품에도 손상을 주게 되는 커다란 문제점이 있었다.

또한, 상기와 같이 정전이나 이상작동에 따른 전원차단으로 갑작스런게 압축기가 정지할 때 고압의 토출구(DP)로부터 저압의 흡입구(SP)쪽으로 급격한 냉매 역류가 발생하면서 극심한 소음이 발생하게 되는 단점과 함께, 압축기 전체의 수명이 단축되게 되는 커다란 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 안출된 본 발명은, 압축기의 흡입구에 연결된 흡입관와 토출구에 연결된 토출관 사이에 바이패스밸브(By-Pass Valve)를 설치하여 상호 연결되도록 하고, 전원공급선에 비정상적 전원차단 감지장치를 설치하여 상기 감지장치의 제어에 의해 상기 바이패스밸브가 개폐되도록 구성하므로서, 정전시나 압축기의 이상작동에 의한 전원이 차단되어 압축기가 급정지되었을 때, 흡입구와 토출구의 압력차에 의해 역류되는 냉매를 통해 발생되었던 회전축의 역회전과 압축기내 냉매가스의 이상유동을 감소시켜, 단기적으로는 압축기의 비상정지시의 이상소음과 압축기 부품들에 결함을 발생시킬 소지가 있는 스트레스를 방지하는데 그 목적이 있다.

또한, 장기적으로는 압축기 전체의 수명과 신뢰성이 향상되도록 하는데 또 다른 목적이 있다.

이러한 본 발명의 목적은, 압축기의 흡입구에 연결된 흡입관과 토출구에 연결된 토출관 사이에 바이패스밸브(By-Pass Valve)를 설치하여 상호 연결되도록 하고, 전원공급선에 전원차단 감지장치를 설치하여 상기 감지장치의 제어에 의해 상기 바이패스밸브가 개폐되도록 구성된 본 발명의 원심형 압축기 역회전 방지구조에 의해 해결될 수 있는 바, 이하 첨부된 도면을 참고로 상세히 설명한다.

도 1 은 종래 원심형 압축기의 개략적 구성도.

도 2 는 역회전 방지를 위한 본 발명의 원심형 압축기의 개략적 구성도.

도 3 은 본 발명인 원심형 압축기의 역회전 방지구조의 또 다른 실시예도.

도 4a, 4b 는 본 발명이 적용된 원심형 압축기의 작용상태도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

13. 전원공급선 SP. 흡입구 DP. 토출구

50. 전원차단 감지장치 51. 흡입관 52. 토출관

53. 유로관 54. 바이패스밸브 55. 체크밸브

도 2 는 역회전 방지를 위한 본 발명의 원심형 압축기의 개략적 구성도를 나타낸 것이다.

본 발명의 원심형 압축기 역회전 방지구조는, 흡입구(SP)를 통해 유입된 저온 저압상태의 냉매를 1단측 및 2단측 임펠러(8A)(8B)의 2단 압축작용을 통해 고온 고압상태로 압축하여 토출구(DP)를 통해 토출시키는 원심형 압축기에 있어서;

상기 압축기의 흡입구(SP)에 연결된 흡입관(50)과 상기 토출구(DP)에 연결된 토출관(51) 사이에 바이패스밸브(By-Pass Valve)(54)가 장착된 유로관(53)을 설치하여 상호 연결되도록 하고, 전원공급선(13)에 전원차단 감지장치(50)를 설치하여 상기 감지장치(50)의 제어에 의해 상기 바이패스밸브(54)가 개폐되면서 상기 토출구(DP)의 고온 고압상태 냉매가 상기 흡입구(SP)로 유동되어 상기 흡입구(SP)와 토출구(DP)의 압력이 평형상태를 이루도록 구성되어 있다.

이하, 본 발명의 원심형 압축기 역회전 방지구조에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 원심형 압축기 역회전 방지구조는, 종래 정상적으로 작동되고 있는 압축기에 정전으로 공급되는 전원이 차단되거나, 또는 압축기의 이상작동에 의해 전원이 차단되어 압축기가 갑작스럽게 정지하게 되었을 때, 상기 압축기의 토출구(DP)에서 흡입구(SP)쪽으로 발생되는 냉매의 역류를 차단하기 위하여, 도 3 에도시한 바와 같이, 상기 압축기의 흡입구(SP)에 연결된 흡입관(51)과 상기 토출구(DP)에 연결된 토출관(52) 사이에 바이패스밸브(54)가 장착된 유로관(53)을 설치하여 상기 흡입관(51)과 토출관(52)이 상호 연결되도록 하고, 전원공급선(13)에 전원차단 감지장치(50)를 설치하여 상기 감지장치(50)의 제어에 의해 상기 바이패스밸브(54)가 개폐되도록 구성하므로서, 상기와 같은 정전시나 또는 압축기의 이상작동에 의해 전원이 차단될 경우, 상기 전원공급선(13)에 설치된 전원차단 감지장치(50)가 이를 감지함과 동시에 상기 바이패스밸브(54)가 개방되도록 제어하여 상기 개방된 바이패스밸브(54)를 통해 토출관(52) 및 토출구(DP)쪽의 냉매가스를 흡입관(51)쪽으로 유동되게 하여 상기 흡입구(SP)와 토출구(DP)의 압력이 평형상태가 이루어지도록 구성된 것이다.

또한, 상기 유로관(53) 내에 장착된 바이패스밸브(54) 대신, 상기 전원차단 감지장치(50)의 신호에 의해 밸브가 개방되면서 일방향으로는 냉매가 유동할 수 있고, 역방향으로는 밸브가 닫혀져 냉매가 역류할 수 없도록 형성된 체크밸브를 사용하여도 무방하다.

도 3 은 본 발명인 원심형 압축기의 역회전 방지구조의 또 다른 실시예를 나타낸 것으로서, 이는 도 2 에 도시된 원심형 압축기의 역회전 방지구조 중 압축기의 급정지시 상기 전원차단 감지장치(50)의 신호에 의해 바이패스밸브(54)가 개방된 유로관(53)을 통해 흡입관(51)으로 유동되고 남은 토출관(52)쪽의 잔량 냉매가스가 상기 토출구(DP)를 통해 흡입구(SP)쪽으로 역류되는 것을 방지하기 위하여 상기 토출관(52)과 상기 유로관(53) 사이의 일정위치에 체크밸브(55)가 장착된 구성이다.

이하, 본 발명의 원심형 압축기 역회전 방지구조에 대한 작용을 상세히 설명한다.

도 4a 및 도 4b 는 본 발명이 적용된 원심형 압축기의 작용상태도를 나타낸 것이다.

압축기가 정상적으로 작동될 경우, 압축기의 흡입구(SP)에 연결된 흡입관(51)과 토출구(DP)에 연결된 토출관(52)을 연결하고 있는 유로관(53) 내의 바이패스밸브(54)가 닫힌 상태에서 흡입구(SP)를 통해 유입된 저온 저압상태의 냉매를 2단 압축시켜 고온 고압상태로 형성하여 도 4a 에 도시한 바와 같이, 토출구(DP)를 통해 토출시키는 작용이 이루어지지만, 상기 압축기가 정전이나 또는 압축기의 이상작동에 의해 전원이 차단되어 압축기가 급정지하게 되면, 도 2 또는 도 4 에 도시한 바와 같이, 전원공급선(13)에 설치되어 있는 전원차단 감지장치(50)가 상기 압축기에 전원이 차단된 것을 감지하게 되고, 상기와 같이 전원이 차단된 상태를 감지한 전원차단 감지장치(50)는, 압축기의 냉매 유동 통로(12)를 통해 토출구(DP)쪽에서 흡입구(SP)쪽으로 급격히 역류되는 냉매를 차단하기 위하여, 상기 흡입관(51)과 토출관(52)을 연결하고 있는 유로관(53)의 바이패스밸브(54)에 신호를 보내 닫혀있던 바이패스밸브(54)가 개방되게 된다.

상기와 같이 개방된 바이패스밸브(54)에 의해 상기 흡입관(51)과 토출관(52)이 상호 연통되면서 상기 토출관(51) 및 토출구(DP)에서 역류되는 고온 고압의 냉매가스가 상호 연통되어진 유로관(53)을 통해 도 4b 에 도시한 바와 같이, 흡입관(51)쪽으로 유동되면서 상기 흡입구(SP)와 토출구(DP)의 압력이 평형상태가 이루어지게 된다.

본 발명의 원심형 압축기 역회전 방지구조는, 압축기의 흡입구에 연결된 흡입관과 토출구에 연결된 토출관 사이에 바이패스밸브(By-Pass Valve)가 장착된 유로관을 설치하여 상호 연결되도록 하고, 전원공급선에 비정상적 전원차단 감지장치를 설치하여 상기 감지장치의 제어에 의해 상기 바이패스밸브가 개폐되도록 구성하므로서, 정전시나 압축기의 이상작동에 의한 전원이 차단되어 압축기가 급정지되었을 때, 흡입구와 토출구의 압력차에 의해 역류되는 냉매를 통해 발생되었던 회전축의 역회전과 압축기내 냉매가스의 이상유동을 감소시켜, 단기적으로 압축기의 비상정지시의 이상소음과 압축기 부품들에 결함을 발생시킬 소지가 있는 스트레스를 방지하는 탁월한 효과가 있다.

Claims

흡입구를 통해 유입된 저온 저압상태의 냉매를 1단측 및 2단측 임펠러의 2단 압축작용을 통해 고온 고압상태로 압축하여 토출구를 통해 토출시키는 원심형 압축기에 있어서;

상기 압축기의 흡입구에 연결된 흡입관과 상기 토출구에 연결된 토출관 사이를 상호 연결시켜 주는 바이패스밸브(By-Pass Valve)가 장착된 유로관과,

상기 압축기의 전원 차단 여부를 감지하여 상기 바이패스밸브의 개폐를 제어하는 전원공급선에 설치된 전원차단 감지장치를 구비하여, 상기 전원차단 감지장치가 상기 압축기의 전원 차단을 감지하여 상기 바이패스 밸브를 개방시켜 주어, 상기 개방된 바이패스밸브를 통해 상기 토출구의 고온 고압상태 냉매가 상기 흡입구로 유동되어 상기 흡입구와 토출구의 압력이 평형상태를 이루도록 제어하며,

상기 압축기의 급정지시, 상기 전원차단 감지장치의 신호에 의해 바이패스밸브가 개방된 유로관을 통해 흡입관으로 유동되고 남은 토출관쪽의 잔량 냉매가스가 상기 토출구를 통해 흡입구쪽으로 역류되는 것을 방지하기 위하여, 상기 토출관과 상기 유로관 사이의 일정위치에 장착된 체크밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 원심형 압축기의 역회전 방지구조.
흡입구를 통해 유입된 저온 저압상태의 냉매를 1단측 및 2단측 임펠러의 2단 압축작용을 통해 고온 고압상태로 압축하여 토출구를 통해 토출시키는 원심형 압축기에 있어서;

상기 압축기의 흡입구에 연결된 흡입관과 토출구에 연결된 토출관 사이의 유로관 내에 장착되어, 일방향으로 냉매를 유동시키고 역방향으로 냉매의 역류가 없도록 하는 제 1체크밸브와,

상기 압축기의 전원 차단 여부를 감지하여 상기 제 1체크밸브의 개방을 제어하며 전원공급선에 설치된 전원차단 감지장치를 구비하여, 상기 전원차단 감지장치가 상기 압축기의 전원 차단을 감지하여 상기 제 1체크밸브를 개방시켜 주어, 상기 토출구의 고온 고압상태 냉매가 상기 흡입구로 유동되어 상기 흡입구와 토출구의 압력이 평형상태를 이루도록 제어하며,

상기 압축기의 급정지시, 상기 전원차단 감지장치의 신호에 의해 제 1체크밸브가 개방된 유로관을 통해 흡입관으로 유동되고 남은 토출관쪽의 잔량 냉매가스가 상기 토출구를 통해 흡입구쪽으로 역류되는 것을 방지하기 위하여, 상기 토출관과 상기 유로관 사이의 일정위치에 장착된 제 2체크밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 원심형 압축기의 역회전 방지구조.
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