KR100530692B1 - Turbo machine - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고속으로 회전하는 터보기계(터보 압축기, 터보 블로워)의 발열부 냉각구조에 관한 것으로서, 특히 본 발명에 의한 터보 기계는 구동축과, 상기 구동축에 일체로 압입된 회전자와, 상기 회전자 외주면과 일정한 간격인 에어 갭을 두고 이격된 내주면을 구비한 고정자로 구성된 구동부와; 케이싱과, 상기 구동부를 지지하기 위한 구동부 지지대와, 베어링과, 베어링 하우징으로 구성된 지지부와; 상기 구동축에 연결된 임펠러와, 상기 임펠러의 전면 흡입 측으로 공기를 순환시키는 공기순환통로와, 상기 임펠러의 후면 외주면에 설치된 디퓨저와, 상기 디퓨저와 연통된 슈라우드와, 볼루트 케이싱으로 구성된 압축부; 및 상기 케이싱의 일측에 형성된 공기 흡입구와, 상기 회전자의 측단부에 인접하여 설치된 공기 배출링과, 상기 고정자의 외주면으로부터 상기 회전자의 외주면을 향하여 공기가 유입되도록, 상기 고정자의 내부에 형성된 공기 유입공과, 상기 고정자의 외측에 형성된 방열 핀으로 구성된 냉각부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a cooling structure of the heating portion of a turbomachine (turbo compressor, turbo blower) that rotates at high speed. In particular, the turbomachine according to the present invention includes a drive shaft, a rotor integrally press-fitted with the drive shaft, and the rotor. A drive unit including a stator having an inner circumferential surface spaced apart from the outer circumferential surface by an air gap; A support comprising a casing, a drive support for supporting the drive, a bearing, and a bearing housing; A compression unit comprising an impeller connected to the drive shaft, an air circulation passage for circulating air to the front suction side of the impeller, a diffuser installed on a rear outer circumferential surface of the impeller, a shroud communicating with the diffuser, and a volute casing; And an air inlet formed at one side of the casing, an air discharge ring provided adjacent to the side end of the rotor, and air formed inside the stator such that air flows from the outer circumferential surface of the stator toward the outer circumferential surface of the rotor. A cooling unit including an inlet hole and a heat dissipation fin formed on an outer side of the stator; Characterized in that it comprises a.

Description

터보 기계{Turbo machine}Turbo machine

본 발명은 고속으로 회전하는 터보 압축기(Turbo compressor) 및 터보 블로워(Turbo blower)와 같은 터보기계(Turbo Machine)에 관한 것으로서, 특히 터보기계의 발열부 냉각구조에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 모터의 회전자(Rotor)에서 발생되는 열을 상기 회전자와 고정자(Stator) 사이의 에어 갭(Air Gap)을 통하여 강제 대류에 의해 배출하도록 하기 위하여, 상기 회전자의 원통형 단부, 즉 엔드링의 일측에 팬을 설치하고, 상기 에어 갭으로 공기가 공급되어 순환할 수 있도록, 터보 기계를 구성하는 것에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a turbo machine, such as a turbo compressor and a turbo blower, which rotates at high speed, and more particularly, to a cooling structure of a heating part of a turbo machine. In order to discharge heat generated from the rotor by forced convection through an air gap between the rotor and the stator, at the cylindrical end of the rotor, that is, on one side of the end ring A turbo machine is provided for installing a fan and allowing air to be supplied to and circulated in the air gap.

일반적으로 효율이 높고 경박 단소한 것이 특징인 터보 압축기나 터보 블로워 등의 터보기계는 정속 회전하는 모터에 증속기어를 이용하여 고속회전을 구현하는 방식이었으나 최근 고속 베어링과 고속 인버터(Invertor) 기술 등의 발전으로 직접 모터를 고속 회전시키는 기술의 상업화가 가능해지고 있다.In general, turbomachines such as turbo compressors and turbo blowers, which are characterized by high efficiency and light weight, have been used to realize high-speed rotation by using a gearbox for a constant speed motor, but recently high speed bearing and high speed inverter (Invertor) technology, etc. Power generation has made it possible to commercialize the technology of directly rotating the motor at high speed.

종래의 일반적인 터보기계는 도 1에 도시된 바와 같이, 회전자(Rotor; 112)와 베어링(Bearing; 126a, 126b, 127)과 일체를 이루는 축(Shaft; 111)의 일측에 임펠러(Impeller; 131)가 설치되어 있으며, 상기 축에 연결된 회전자의 회전에 의해 회전력을 얻는 상기 임펠러가 고속(보통 수만 RPM 이상)으로 회전하며 그 원심력에 의해 디퓨저(Diffuser; 132)를 통과하여 압축되어진 가스(Gas)를 볼루트 케이싱(Volute Casing; 134)에 모아 외부로 토출하게 된다.Conventional turbomachines, as shown in FIG. 1, have an impeller 131 on one side of a shaft 111 integral with a rotor 112 and bearings 126a, 126b, and 127. Is installed, and the impeller, which obtains the rotational force by the rotation of the rotor connected to the shaft, rotates at a high speed (usually tens of thousands of RPM or more) and is compressed by passing through a diffuser (132) by the centrifugal force (Gas). ) Is collected in a volute casing 134 and discharged to the outside.

상기 축(111), 회전자(112), 베어링(126a, 126b, 127) 및 임펠러(131)는 케이싱(Casing; 121)에 고정되어 있는 베어링 하우징(Bearing Housing; 124a, 124b)에 의해 지지되며 궤도를 이탈하지 않고 회전하게 된다.The shaft 111, the rotor 112, the bearings 126a, 126b, 127, and the impeller 131 are supported by bearing housings 124a and 124b fixed to the casing 121. Rotate without leaving the track.

그러나 모터의 용량(Power)은 회전수와 토오크(Torque)의 곱이며 모터의 크기는 토오크에 비례하므로 결국 고속 모터는 동일한 용량의 일반 정속 모터에 비해 그 크기가 매우 작아 모터 방열 면적이 부족하게 되며, 따라서 모터에서 발생되는 열을 냉각하는 것이 중요한 문제가 된다.However, since the power of the motor is the product of rotational speed and torque, and the size of the motor is proportional to the torque, the high speed motor is much smaller than the regular constant speed motor of the same capacity, resulting in insufficient motor heat dissipation area. Therefore, it is important to cool the heat generated by the motor.

전술한 바와 같은 모터의 발열에 의한 효율저하 및 신뢰성 문제를 해결하기 위하여 종래에는 도 1과 같이 고정자(113)의 외주 면에 케이싱(121)을 설치하고, 상기 케이싱(121)에 모터 방열 핀(Fin; 123)을 설치하고, 팬(Fan; 142)을 이용한 강제대류에 의하여 냉각을 하거나, 도 2와 같이 케이싱(121)과 고정자(Stator: 113) 외주 면 사이에 쿨링 자켓(Cooling Jacket; 150)을 설치하여 물을 순환시켜 냉각을 하는 방법이 시도된 바 있다.In order to solve the problem of efficiency degradation and reliability caused by heat generation of the motor as described above, conventionally, a casing 121 is installed on the outer circumferential surface of the stator 113 as shown in FIG. 1, and a motor heat dissipation fin ( Fin; 123 is installed and cooled by forced convection using a fan (142), or a cooling jacket (150) between the casing 121 and the outer peripheral surface of the stator (Stator 113) as shown in FIG. Has been attempted to circulate water for cooling.

그러나 도 1에 도시된 냉각구조는 간단하기는 하나 열이 발생하는 모터의 고정자(113)와 회전자(112), 코일(Coil; 114), 베어링부(126a, 126b, 127)를 직접 냉각하는 것이 아니라, 발생되는 모든 열은 오직 케이싱(121)에 설치된 핀(123)을 통해서만 냉각하게 되므로 충분한 냉각이 어렵다.However, the cooling structure shown in FIG. 1 is simple but directly cools the stator 113, the rotor 112, the coil 114, and the bearing portions 126a, 126b, and 127 of the motor, which generate heat. Instead, all of the heat generated is cooled only through the pins 123 installed in the casing 121, so that sufficient cooling is difficult.

또한 도 2에 도시된 냉각구조는 수냉식이므로 냉각에는 효과적이나 냉각수를 순환시켜야 하는 관계로 물 순환 장치가 부가적으로 필요하게 되는 불편함과, 물 순환을 위한 별도의 동력원이 필요하게 되어 운전비용 상승이라는 문제점이 있다.In addition, since the cooling structure shown in FIG. 2 is water-cooled, it is effective for cooling, but the inconvenience of additionally requiring a water circulation device due to the need to circulate the cooling water, and requires a separate power source for water circulation, increases operating costs. There is a problem.

전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 도 3과 같은 구성이 제안되었다.In order to solve the problems as described above, the configuration as shown in Figure 3 has been proposed.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 터보기계는 구동부/지지부와 압축부가 각각 별개의 구성으로 되어 이들이 열차단 틈새(260a, 260b)에 의해 결합되는 전체 구성을 나타내고 있다.As shown in Fig. 3, the turbomachine according to the present invention shows the overall configuration in which the drive / support and the compression section are each configured separately and are coupled by thermal cutoff gaps 260a and 260b.

이 때 상기 구동부는 구동축(211)과 회전자(212) 및 고정자(213)로 구성된 모터로 구성되며, 이들의 지지 및 보호를 위하여 지지부가 형성되어 있다.At this time, the drive unit is composed of a motor consisting of a drive shaft 211 and the rotor 212 and the stator 213, the support is formed for their support and protection.

상기 지지부의 한 요소인 외부를 둘러싸는 케이싱(221)의 일측에 공기가 흡입될 수 있도록 공기 흡입구(241)를 설치하고 그 타측에는 상기 흡입된 공기가 내부를 냉각하고 난 후 공기순환통로(236a, 236b)를 통해 배출되도록 한다.An air inlet 241 is installed on one side of the casing 221 surrounding the outside, which is one element of the support, and an air circulation passage 236a is provided on the other side after the sucked air cools the inside. 236b).

상기 터보기계 내부의 고정자(213) 외주면과 베어링 하우징(224a, 224b)의 외주면에는 열교환을 용이하게 하기 위해 제1 방열핀(214) 및 제2 방열핀(225a, 225b)을 각각 설치함으로써, 상기 흡입구를 통해 흡입되는 공기가 상기 방열핀(214, 225a, 225b)과 상기 고정자(213)의 코일을 직접 냉각하게 된다.The suction port is provided on the outer circumferential surface of the stator 213 and the bearing housings 224a and 224b in the turbomachine by installing the first heat dissipation fin 214 and the second heat dissipation fin 225a and 225b to facilitate heat exchange. Air sucked in through the cooling fins (214, 225a, 225b) and the coil of the stator 213 directly cools.

또한 상기 임펠러들(231a, 231b), 디퓨저들(232a, 232b), 슈라우드들(233a, 233b) 및 볼루트 케이싱들(234a, 234b)로 구성된 압축부는 상기 구동축의 양측단에 각각 대칭으로 형성되어, 상기 공기순환통로들(236a, 236b)을 통해 배출되는 공기를 흡입하여 일정 압력만큼 상승 또는 압축시킨 다음 이를 토출하게 된다.In addition, the compression unit consisting of the impellers (231a, 231b), diffusers (232a, 232b), shrouds (233a, 233b) and the volute casings (234a, 234b) are formed symmetrically on both sides of the drive shaft, respectively In addition, the air discharged through the air circulation passages 236a and 236b is sucked up, compressed or compressed by a predetermined pressure, and then discharged.

이 때 상기 터보기계가 동작되는 과정을 살펴보면, 상기 구동부의 회전자(212) 및 고정자(213)의 유도 전류에 의해 발생된 동력이 구동축(211)을 통해 상기 임펠러들(231a, 231b)로 전달되면서, 임펠러들이 회전하게 되고 이로 인해 흡입된 공기는 임펠러 내부에서 정압이 상승하며 동시에 원심력을 가지고 디퓨져들(232a, 232b)을 통과하면서 상기 원심력에 의해 운동에너지가 압력수두의 상승으로 이어지고 압축된 고온고압의 공기는 볼루트 케이싱들(234a, 234b)에서 모아져 토출되는 것이다.At this time, when the turbo machine is operated, power generated by the induced current of the rotor 212 and the stator 213 of the driving unit is transmitted to the impellers 231a and 231b through the driving shaft 211. As the impeller rotates, the air sucked by the air rises the static pressure inside the impeller and at the same time passes through the diffusers 232a and 232b with centrifugal force, which causes the kinetic energy to rise in the pressure head and the compressed high temperature. The high pressure air is collected and discharged from the volute casings 234a and 234b.

따라서, 도 3에 개시된 구성에서는 상기 압축되어 토출되는 고온고압의 공기로 인해 고온이 되는 상기 압축부의 열이 상기 시일면들(235a, 235b)과 상기 지지부 사이에 설치된 열차단 틈새들(260a, 260b)로 인해 차단됨으로써, 베어링 하우징(224a, 224b)을 통해 케이싱(221) 내부로 열이 전달되는 것을 방지되며, 상기 케이싱을 이중 구조로 함으로써, 각 발열부인 고정자 및 베어링을 흡입되는 공기로 직접 냉각하는 효율적이며 편리한 냉각구조를 제공할 수 있게 되었다.Therefore, in the configuration disclosed in FIG. 3, heat-compression gaps 260a and 260b installed between the seal surfaces 235a and 235b and the support are formed by the heat of the compression unit that is hot due to the compressed and discharged high-temperature high-pressure air. By being blocked by), heat is prevented from being transferred into the casing 221 through the bearing housings 224a and 224b, and the casing has a double structure, thereby directly cooling the stator and the bearings, which are heat generating parts, with the air sucked in. It is possible to provide an efficient and convenient cooling structure.

그러나, 전술한 도 3에 나타난 실시예의 경우, 고정자 외주면의 방열에는 효율적이나, 상기 고정자 내주면과 상기 회전자 외주면 사이의 에어 갭에서는 원활한 방열을 해주지 못하는 문제점이 발생하여, 결국 온도가 상승된 회전자 단부의 엔드링이 녹게 된다든지, 아니면 상기 회전자에 일체로 압입된 회전축 및 베어링부로 전도에 의한 열전달이 발생하여 베어링부가 눌어붙게 되는 문제점이 발생하게 된다.However, in the embodiment shown in FIG. 3, the heat dissipation of the stator outer circumferential surface is efficient, but the air gap between the stator inner circumferential surface and the rotor outer circumferential surface does not provide smooth heat dissipation. The end ring of the end is melted, or the heat transfer by conduction occurs to the rotating shaft and the bearing portion that is integrally pushed into the rotor, and the bearing portion is pressed.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 케이싱을 이중 구조로 하여 각 발열부인 고정자 및 베어링을 흡입되는 공기로 직접 냉각하는 효율적이며 편리한 냉각구조를 제공함은 물론, 모터의 회전자(Rotor)에서 발생되는 열을 상기 회전자와 고정자(Stator) 사이의 에어 갭(Air Gap)을 통하여 강제 대류 시킬 수 있도록 함으로써, 터보 기계의 신뢰성 및 열손실에 의한 효율저하를 방지하는 것을 목적으로 한다. The present invention provides an efficient and convenient cooling structure that directly cools the stator and bearings, which are heat generating parts, to the intake air by using a casing in a double structure to solve the problems as described above, as well as in the rotor of the motor. The object of the present invention is to prevent the deterioration of efficiency due to heat loss and reliability of the turbomachinery by allowing the generated heat to be forced to convection through an air gap between the rotor and the stator.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 터보 기계는 구동축과, 상기 구동축에 일체로 압입된 회전자와, 상기 회전자 외주면과 일정한 간격인 에어 갭을 두고 이격된 내주면을 구비한 고정자로 구성된 구동부와; 케이싱과, 상기 구동부를 지지하기 위한 구동부 지지대와, 베어링과, 베어링 하우징으로 구성된 지지부와; 상기 구동축에 연결된 임펠러와, 상기 임펠러의 전면 흡입 측으로 공기를 순환시키는 공기순환통로와, 상기 임펠러의 후면 외주면에 설치된 디퓨저와, 상기 디퓨저와 연통된 슈라우드와, 볼루트 케이싱으로 구성된 압축부; 및 상기 케이싱의 일측에 형성된 공기 흡입구와, 상기 회전자의 측단부에 인접하여 설치된 공기 배출링과, 상기 고정자의 외주면으로부터 상기 회전자의 외주면을 향하여 공기가 유입되도록, 상기 고정자의 내부에 형성된 공기 유입공과, 상기 고정자의 외측에 형성된 방열 핀으로 구성된 냉각부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a turbo machine according to the present invention includes a drive unit including a drive shaft, a rotor integrally pressurized with the drive shaft, and a stator having an inner circumferential surface spaced apart from the rotor outer circumferential surface by an air gap. Wow; A support comprising a casing, a drive support for supporting the drive, a bearing, and a bearing housing; A compression unit comprising an impeller connected to the drive shaft, an air circulation passage for circulating air to the front suction side of the impeller, a diffuser installed on a rear outer circumferential surface of the impeller, a shroud communicating with the diffuser, and a volute casing; And an air inlet formed at one side of the casing, an air discharge ring provided adjacent to the side end of the rotor, and air formed inside the stator such that air flows from the outer circumferential surface of the stator toward the outer circumferential surface of the rotor. And a cooling unit including an inlet hole and a heat dissipation fin formed on an outer side of the stator.

본 발명의 바람직한 실시를 위하여, 상기 터보 기계의 냉각부를 형성하는 것 중의 하나인 공기 배출링은 상기 회전자 엔드링의 외주면을 감싸는 형태로 설치되며, 전체적인 구성은 상기 공기 배출링의 외주면에 다수개의 나선형 돌기가 설치되는 팬으로 제작하거나, 상기 공기 배출링의 원주방향으로 다수개의 관통 홀을 형성하여 공기를 배출시키도록 한다.According to a preferred embodiment of the present invention, one of forming the cooling unit of the turbo machine is an air discharge ring is installed in the form surrounding the outer circumferential surface of the rotor end ring, the overall configuration is a plurality of outer circumferential surface of the air discharge ring It is manufactured by a fan provided with a spiral protrusion, or by forming a plurality of through holes in the circumferential direction of the air discharge ring to discharge the air.

이하 본 발명에 의한 터보기계의 구성 및 동작에 관하여 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the configuration and operation of the turbomachine according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명에 의한 터보기계의 실시예를 나타내기 위한 도면으로서, 구동부/지지부와 압축부가 각각 별개의 구성으로 결합되는 전체 구성을 나타내고 있으며, 상기 구동부는 구동축(11)과 회전자(12) 및 고정자(13)로 구성된 모터로 구성되며, 이들의 지지 및 보호를 위하여 지지부가 형성되어 있다.FIG. 4 is a view showing an embodiment of a turbomachine according to the present invention, and shows an overall configuration in which a drive unit / support unit and a compression unit are combined in separate configurations, and the drive unit 11 and the rotor 12 are shown in FIG. ) And a motor composed of a stator 13 and a support part is formed for their support and protection.

상기 지지부의 한 요소인 외부를 둘러싸는 케이싱(21)의 일측에 공기가 흡입될 수 있도록 공기 흡입구(41)를 설치하고 그 타측에는 상기 흡입된 공기가 내부를 냉각하고 난 후 공기순환통로(36a, 36b)를 통해 배출되도록 한다.An air intake port 41 is installed on one side of the casing 21 surrounding the outside, which is an element of the support, and an air circulation passage 36a is provided on the other side after the intake air cools the inside. Through 36b).

상기 터보기계 내부의 고정자(13) 외주면에는 열교환을 용이하게 하기 위해 방열핀(14)을 설치함으로써, 상기 공기흡입구(41)를 통해 흡입되는 공기가 상기 방열핀(14)과 상기 고정자(13)의 코일을 직접 냉각하게 된다.By installing a heat dissipation fin 14 on the outer circumferential surface of the stator 13 in the turbomachine to facilitate heat exchange, the air sucked through the air inlet 41 is coiled by the heat dissipation fin 14 and the stator 13. Will be cooled directly.

또한 상기 임펠러(31a, 31b), 디퓨저(32a, 32b), 슈라우드(33a, 33b) 및 볼루트 케이싱(34a, 34b)으로 구성된 압축부는 상기 구동축의 양측단에 각각 대칭으로 형성되어, 상기 공기순환통로들(36a, 36b)을 통해 배출되는 공기를 흡입하여 일정 압력만큼 상승 또는 압축시킨 다음 이를 토출하게 된다.In addition, the compression unit consisting of the impeller (31a, 31b), diffusers (32a, 32b), shrouds (33a, 33b) and the volute casings (34a, 34b) are formed symmetrically at both ends of the drive shaft, respectively, the air circulation The air discharged through the passages 36a and 36b is sucked up and then increased or compressed by a predetermined pressure and then discharged.

이 때 상기 터보기계가 동작되는 과정을 살펴보면, 상기 구동부의 회전자(12) 및 고정자(13)의 유도 전류에 의해 발생된 동력이 구동축(11)을 통해 상기 임펠러(31a, 31b)로 전달되면서, 임펠러가 회전하게 되고 이로 인해 흡입된 공기는 임펠러 내부에서 정압이 상승하며 동시에 원심력을 가지고 디퓨져(32a, 32b)를 통과하면서 상기 원심력에 의해 운동에너지가 압력수두의 상승으로 이어지고 압축된 고온고압의 공기는 볼루트 케이싱(34a, 34b)에서 모아져 토출되는 것이다.At this time, when the turbo machine is operated, power generated by the induced current of the rotor 12 and the stator 13 of the driving unit is transmitted to the impellers 31a and 31b through the drive shaft 11. As the impeller rotates, the sucked air increases the static pressure inside the impeller and at the same time passes through the diffusers 32a and 32b with the centrifugal force, the kinetic energy is led to the rise of the pressure head by the centrifugal force. Air is collected and discharged from the volute casings 34a and 34b.

또한 상기 압축되어 토출되는 고온고압의 공기로 인해 고온이 되는 상기 압축부의 열이 상기 시일면들(35a, 35b)로 인해 차단됨으로써, 베어링 하우징(24a, 24b)을 통해 케이싱(21) 내부로 열이 전달되는 것을 방지하게 된다.In addition, the heat of the compression unit, which is high temperature due to the compressed and discharged high-temperature air, is blocked by the seal surfaces 35a and 35b, so that the heat is introduced into the casing 21 through the bearing housings 24a and 24b. This will prevent it from being delivered.

이 때 상기 구동축은 상기 회전자에 열 박음에 의하여 압입된 상태이며, 상기 회전자 외주면과 상기 고정자 내주면은 일정한 간격의 에어 갭(15)이 존재하게 된다.At this time, the drive shaft is press-fitted into the rotor by heat shrinkage, the air gap 15 of the rotor outer peripheral surface and the stator inner peripheral surface is a predetermined interval exists.

따라서, 상기 케이싱(21)의 일측에 설치된 공기 흡입구(41)를 통하여 흡입된 공기는 상기 고정자 외부의 방열핀(14)에서 열교환을 수행하여 상기 고정자(13)를 냉각하게 되며, 상기 터보 기계의 내부 역시 순환공기에 의해 냉각하게 된다. 이 때 상기 터보 기계 내부를 순환하는 공기 중의 일부가 상기 고정자 외주면의 공기 유입공(42) 입구를 통하여 상기 회전자 외주면과 상기 고정자 내주면 사이의 에어 갭(15)으로 유입되며, 유입된 공기는 상기 에어 갭을 냉각한 후 상기 회전자(12)의 양단부를 거쳐 배출되어 방열이 이루어지게 된다.Therefore, the air sucked through the air inlet 41 installed on one side of the casing 21 performs heat exchange on the heat dissipation fin 14 outside the stator to cool the stator 13, and inside the turbomachine. It is also cooled by circulating air. At this time, a part of the air circulating inside the turbo machine is introduced into the air gap 15 between the rotor outer peripheral surface and the stator inner peripheral surface through an air inlet hole 42 inlet of the stator outer peripheral surface. After cooling the air gap is discharged through both ends of the rotor 12 is a heat radiation is made.

도 4에는 또한 전술한 바와 같은 에어 갭을 통한 방열을 나타내는 개념이 나타나 있으며, 상기 고정자를 관통하여 설치된 공기 유입공(42) 및 공기의 흐름이 나타나 있다.Figure 4 also shows the concept of heat dissipation through the air gap as described above, showing the air inlet 42 and the flow of air installed through the stator.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 고정자의 공기 유입공(42)은 상기 고정자의 외주면으로부터 상기 회전자의 외주면을 향하여 공기가 유입되도록, 상기 고정자의 내부에 형성되어, 상기 공기 흡입구(41)를 통하여 흡입된 공기 중의 일부를 직접 회전자 외주면으로 공급하여 주는 역할을 하게 된다.As shown in FIG. 4, the air inlet hole 42 of the stator is formed inside the stator so that air flows from the outer circumferential surface of the stator toward the outer circumferential surface of the rotor, thereby forming the air inlet 41. Part of the air sucked through it serves to directly supply to the outer peripheral surface of the rotor.

전술한 바와 같이, 상기 고정자의 공기 유입공(42) 및 공기배출 용 링(43a, 43b)에 의한 모터 냉각 방식은 종래의 모터 외부만을 냉각시킬 수 있는 냉각핀에 비하여 모터 내부의 방열을 위해 중요한 역할을 하며, 특히 상기 공기 배출링(43a, 43b)의 외주면에 다수개의 나선형 돌기를 설치하거나, 상기 공기 배출링의 원주방향을 따라 다수개의 관통 홀을 형성함으로써, 열교환을 마친 공기를 배출하도록 하면 더욱 큰 효과를 얻을 수 있다.As described above, the motor cooling method by the air inlet 42 and the air discharge ring 43a, 43b of the stator is important for heat dissipation inside the motor as compared to the cooling fin that can only cool the outside of the conventional motor In particular, by installing a plurality of spiral projections on the outer circumferential surface of the air discharge ring (43a, 43b), or by forming a plurality of through holes in the circumferential direction of the air discharge ring, to discharge the air after heat exchange A greater effect can be obtained.

이는 일반적으로 알려진 바와 같이, 물체의 시간당 열전달율(ΔQ/Δt)은 시간당 온도변화(ΔT)와 질량 유동률(Δm/Δt)에 비례하므로 동일한 발열을 하는 모터의 경우, 상기 에어 갭을 통과하는 공기의 질량 유동률이 증가할 경우 온도변화는 감소하게 되기 때문에 결국 모터 내부의 온도 상승을 막을 수 있게 된다. 즉 에어 갭을 증가시키지 않고도 원하는 냉각효과를 얻을 수 있는 것이다.This is generally known, since the hourly heat transfer rate (ΔQ / Δt) of the object is proportional to the temperature change per hour (ΔT) and the mass flow rate (Δm / Δt), so for a motor having the same heat generation, the air passing through the air gap As the mass flow rate increases, the temperature change decreases, which eventually prevents the temperature rise inside the motor. That is, the desired cooling effect can be obtained without increasing the air gap.

전술한 실시 예들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 적용 범위는 이와 같은 것에 한정되는 것이 아니며 동일 사상의 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.The above-described embodiments are merely illustrative of the preferred embodiments of the present invention, and the scope of application of the present invention is not limited thereto, and may be appropriately changed within the scope of the same idea.

이상에서 전술한 바와 같이 본 발명은, 간단한 공냉식 냉각방식이면서도 충분한 냉각이 이루어지며 특히 베어링도 직접 냉각에 의해 낮은 온도를 유지할 수 있어 특히 가스 베어링을 적용하는 고속 터보기계의 신뢰성 향상에 효과가 있으며, 기계적인 마찰손실과 열손실을 최소화 할 수 있는 구성을 이루게 됨으로써, 효율 향상을 이룰 수 있게 된다.As described above, the present invention is a simple air-cooled cooling method, but sufficient cooling is achieved, and in particular, the bearings can be kept at a low temperature by direct cooling, which is particularly effective in improving the reliability of a high-speed turbomachine applying a gas bearing. The mechanical friction and heat loss can be minimized, resulting in improved efficiency.

도 1은 종래의 일반적인 터보 기계 냉각구조의 제1 실시예를 나타내는 도면이며,1 is a view showing a first embodiment of a conventional general turbo mechanical cooling structure,

도 2는 종래의 일반적인 터보 기계 냉각구조의 제2 실시예를 나타내는 도면이며,2 is a view showing a second embodiment of a conventional general turbomachine cooling structure,

도 3은 종래의 일반적인 터보 기계 냉각구조의 제3 실시예를 나타내는 도면이며.3 is a view showing a third embodiment of a conventional general turbomachine cooling structure.

도 4는 본 발명에 의한 터보 기계 냉각구조의 실시예를 나타내는 도면이다.4 is a view showing an embodiment of a turbo mechanical cooling structure according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the code | symbol about the principal part of drawing>

11: 구동축 12: 회전자11: drive shaft 12: rotor

13: 고정자 14: 방열핀13: stator 14: heat sink fin

15: 에어 갭 21: 케이싱15: air gap 21: casing

22: 구동부 지지대 24a, 24b: 베어링 하우징22: drive support 24a, 24b: bearing housing

26a, 26b: 레이디얼 베어링 27: 스러스트 베어링26a, 26b: radial bearing 27: thrust bearing

31a, 31b: 임펠러 32a, 32b: 디퓨져31a, 31b: impeller 32a, 32b: diffuser

33a, 33b: 슈라우드 34a, 34b: 볼루트 케이싱33a, 33b: shroud 34a, 34b: volute casing

35a, 35b: 시일면 36a, 36b: 공기 순환통로35a, 35b: seal side 36a, 36b: air circulation passage

41: 공기 흡입구 42: 공기 유입공41: air inlet 42: air inlet

43a, 43b: 공기 배출링43a, 43b: air outlet ring

Claims (1)

구동축과, 상기 구동축에 일체로 압입된 회전자와, 상기 회전자 외주면과 일정한 간격인 에어 갭을 두고 이격된 내주면을 구비한 고정자로 구성된 구동부와;A drive unit comprising a drive shaft, a stator having a rotor integrally pushed into the drive shaft, and an inner circumferential surface spaced apart from the rotor outer circumferential surface by an air gap; 케이싱과, 상기 구동부를 지지하기 위한 구동부 지지대와, 베어링과, 베어링 하우징으로 구성된 지지부와;A support comprising a casing, a drive support for supporting the drive, a bearing, and a bearing housing; 상기 구동축에 연결된 임펠러와, 상기 임펠러의 전면 흡입 측으로 공기를 순환시키는 공기순환통로와, 상기 임펠러의 후면 외주면에 설치된 디퓨저와, 상기 디퓨저와 연통된 슈라우드와, 볼루트 케이싱으로 구성된 압축부; 및A compression unit comprising an impeller connected to the drive shaft, an air circulation passage for circulating air to the front suction side of the impeller, a diffuser installed on a rear outer circumferential surface of the impeller, a shroud communicating with the diffuser, and a volute casing; And 상기 케이싱의 일측에 형성된 공기 흡입구와, 상기 회전자의 측단부에 인접하여 설치된 공기 배출링과, 상기 고정자의 외주면으로부터 상기 회전자의 외주면을 향하여 공기가 유입되도록, 상기 고정자의 내부에 형성된 공기 유입공과, 상기 고정자의 외측에 형성된 방열 핀으로 구성된 냉각부;를An air inlet formed on one side of the casing, an air discharge ring provided adjacent to the side end of the rotor, and an air inlet formed in the stator so that air flows from the outer peripheral surface of the stator toward the outer peripheral surface of the rotor Cooling unit consisting of a ball, a heat radiation fin formed on the outside of the stator; 포함하는 것을 특징으로 하는 터보 기계.Turbo machine comprising a.
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