KR100736747B1

KR100736747B1 - 터보 압축기

Info

Publication number: KR100736747B1
Application number: KR1020050001800A
Authority: KR
Inventors: 김상욱
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-01-07
Filing date: 2005-01-07
Publication date: 2007-07-09
Also published as: KR20060081472A

Abstract

본 발명은 회전축 지지구조를 개선한 터보 압축기에 관한 것으로서, 임펠러(14,24)가 구비된 제1,2압축부(10,20)와; 임펠러(14,24)를 회전시키는 회전축(34)과; 회전축(34)에 형성된 디스크(35)와; 디스크(35)의 양측에 위치하며, 디스크(35)의 회전에 의해 유막(40)을 형성할 수 있도록 포일(72)이 구비되어 있는 한 쌍의 스러스트베어링(70a,70b)와; 유막(40)이 형성되지 않는 디스크(35)의 외측부를 따라 원형의 띠 형태로 고압의 냉매를 분사할 수 있는 냉매분사부(50)를 포함하여 구성된다. 이에 따라, 압축기 운전 중에 과도한 부하변동이 발생되더라도 회전축의 축방향 유동을 효율적으로 방지할 수 있다.

임펠러, 압축부, 디스크, 유막, 스러스트베어링, 포일

Description

터보 압축기 {TURBO COMPRESSOR}

도 1은 본 발명에 따른 터보 압축기를 개략적으로 도시한 구성도이고,

도 2는 본 발명에 따른 터보 압축기의 회전축 디스크 지지구조를 도시한 개략도이고,

도 3a, 도 3b 및 도 3c는 본 발명에 따른 터보 압축기의 작동에 따른 디스크 지지과정을 도시한 상태도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 제1압축부 20 : 제2압축부

30 : 구동부 32 : 모터

34 : 회전축 35 : 디스크

40 : 유막 50 : 냉매분사부

52 : 리저버 54 : 제1분사관

55 : 제1조절밸브 56 : 제2분사관

57 : 제2조절밸브 60 : 연결관

본 발명은 터보 압축기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 회전축 지지구조를 개선한 터보 압축기에 관한 것이다.

일반적으로, 압축기는 기체를 압축시켜 그 압력을 높이는 기계적 장치로서 에어컨이나 냉장고 등과 같은 냉각장치에 구비되어 냉매를 압축시키는 역할을 수행한다.

압축기는 동력발생부와 압축기구부의 배치형태에 따라 밀폐형 또는 분리형으로 구분된다. 밀폐형은 밀폐용기 내에 동력발생부 및 압축기구부가 함께 구비되는 형태이고, 분리형은 밀폐용기의 외부에 동력발생부가 구비되어 밀폐용기의 내의 압축기구부로 구동력을 전달되는 형태이다.

밀폐형 압축기는 냉매의 압축구조에 따라 회전식, 왕복동식, 스크롤 및 터보 압축기 등이 있으며, 특히 터보 압축기는 모터와 같은 구동수단의 구동력에 의한 임펠러의 회전시 발생되는 원심력을 이용하여 냉매를 흡입·압축시키는 구조를 가지고 있다.

종래의 2단 압축식 터보 압축기는 임펠러가 구비된 제1,2압축부와; 임펠러를 회전시키는 회전축과; 회전축에 형성된 디스크와; 디스크의 양측에 위치하며, 상기 디스크의 회전에 의해 유막을 형성할 수 있도록 내측면에 포일이 각각 구비되어 있는 한 쌍의 스러스트베어링 포함하여 구성된다.

특히, 디스크의 회전시 발생되는 회전축의 축방향 유동은 유막 및 포일의 강성에 의해 방지된다.

그러나 상기와 같은 구조의 터보 압축기는 운전시 과도한 부하변동이 발생될 경우, 축방향으로의 하중이 스러스트베어링의 하중지지능력을 초과하여 회전축이 유동되는 문제점이 발생된다. 이는, 디스크 및 스러스트베어링의 마찰을 발생시켜 스러스트베어링의 수명을 단축시키는 문제점이 있다.

또한, 하중이 스러스트베어링의 하중지지능력 내에 있어 디스크가 스러스트베어링과 직접 마찰되지 않더라도 임펠러 외측부의 슈라우드 면과 임펠러 사이의 팁 간극이 불안정하게 되어, 압축기의 압축효율을 상대적으로 저하시키는 결과를 초래한다.

한편, 스러스트베어링의 지지능력은 포일의 면적이 클수록 지지하중이 증가하게 되지만, 포일의 면적이 커질수록 유동마찰손실(windage loss)과 접촉마찰에 의한 기계적 손실이 커진다. 따라서, 포일의 크기를 이용하여 스러스트베어링의 지지능력을 높이는 데에는 한계가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 과도한 부하변동시 회전축의 유동을 효율적으로 방지할 수 있는 터보 압축기를 제공하고자 하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 임펠러가 구비된 제1,2압축부와; 상기 임펠러를 회전시키는 회전축과; 상기 회전축에 형성된 디스크와; 상기 디스크의 양측에 위치하며, 상기 디스크의 회전에 의해 유막을 형성할 수 있도록 포일이 구비되어 있는 한 쌍의 스러스트베어링을 갖는 터보 압축기에 있어서, 상기 포일과 접촉되지 않는 상기 디스크의 외측부를 따라 원형의 띠 형태로 고압의 냉매를 분사할 수 있는 냉매분사부를 포함하여 구성되는 데 그 특징이 있다.

상기 냉매분사부는 냉매가 저장되는 리저버와; 상기 리저버 내의 냉매를 상기 디스크의 외측부를 향해 분사하는 제1,2분사관을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 리저버는 상기 제2압축부로부터 배출되는 고압의 냉매를 연결관을 통해 유입, 저장하는 것이 바람직하다.

상기 연결관에는 개폐밸브가 마련되고, 상기 제1,2분사관에는 냉매의 분사량을 조절할 수 있는 제1,2조절밸브가 마련되어 있는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 터보 압축기는 하우징(80)과; 하우징(80) 내부에 마련되는 구동부(30)와; 구동부(30)의 양측에 연결 설치되며, 구동부(30)의 회전시 발생되는 원심력에 의해 냉매를 2단으로 압축시키는 제1,2압축부(10,20)를 포함하여 구성된다.

구동부(30)는 회전력을 제공하는 모터(32)와; 모터(32)와 연결 설치되어, 모터(32)의 회전력에 의해 회전되는 회전축(34)을 포함한다. 모터(32)는 전자기적 상호작용에 의해 작동되는 브러시리스 모터를 비롯하여 공지된 다양한 형태의 것을 선택적으로 적용할 수 있으며, 회전축(34)의 양측에는 원형의 디스크(35)가 형성되어 있다.

제1압축부(10)는 증발기(미도시)로부터 유입되는 냉매를 1단으로 압축시키는 역할을 수행한다. 제1압축부(10)는 증발기(미도시)와 연통 설치되며, 냉매가 흡입되는 흡입관(12)과; 회전축(34)의 회전력에 의해 회전되며, 회전시 발생되는 원심력을 이용하여 냉매를 흡입하여 1단 압축시키는 임펠러(14)와; 임펠러(14)를 통해 1단 압축된 냉매가 토출되는 토출관(16)을 포함한다.

제2압축부(20)는 제1압축부(10)를 통해 1단 압축된 냉매를 2단으로 압축시켜 응축기(미도시)로 전달하는 역할을 수행한다. 제2압축부(20)는 제1압축부(10)의 토출관(16)과 연통 설치되며, 1단 압축된 냉매가 흡입되는 흡입관(22)과; 회전축(34)의 회전력에 의해 회전되며, 회전시 발생되는 원심력을 이용하여 냉매를 2단 압축시키는 임펠러(24)와; 임펠러(24)를 통해 2단 압축된 냉매가 토출되는 토출관(26)을 포함한다.

이와 같은 구성에 의해 외부로부터 전원이 인가되면 모터(32)에 자기력이 발생하여 모터(32)에 구속되어 있는 회전축(34)이 회전하게 됨과 아울러 회전축(34)의 양단에 장착되어 있는 임펠러(14,24)가 회전되면서 제1압축부(10)의 흡입관(12)을 통해 유입된 냉매가 1단 압축되어 배출관(16)을 통해 토출된다. 토출된 냉매는 다시 제2압축부(20)의 흡입관(22)으로 유입, 2단 압축되어 배출관(26)을 통해 토출된다. 이러한 2단 압축을 통해 요구되는 압축비를 달성하게 된다.

구동부(30)에는 회전축(34)을 반경방향으로 지지하기 위한 레이디얼베어링(60) 및 회전축(34)을 축방향으로 지지하기 위한 한 쌍의 스러스트베어링(70a,70b)이 각각 결합되어 있다.

한 쌍의 스러스트베어링(70a,70b)은 디스크(35)의 양측에 인접하게 위치하며, 디스크(35)의 회전에 의해 유막(40,도 3b참조)을 형성할 수 있도록 내측면에 디스크(35)와 접촉되는 포일(72)이 각각 구비되어 있다. 그리고 유막(40)이 형성되지 않는 디스크(35)의 외측부, 즉 포일(72)이 구비되어 있지 않은 디스크(35)의 외측부를 지지하기 위해서 디스크(35)의 외측부로 고압의 냉매를 분사할 수 있는 냉매분사부(50)가 마련되어 있다.

냉매분사부(50)는 냉매가 저장되는 리저버(52)와; 리저버(52) 내의 냉매를 디스크(35)의 외측부를 향해 분사하는 제1,2분사관(54,56)을 포함한다. 제1,2분사관(54,56)은 스러스트베어링(70a,70b)의 외측부에 관통 설치된다. 제1,2분사관(54, 56)은 스러스트베어링(70a, 70b)의 외주면을 따라 상호 이격되게 복수로 형성된다. 그러나, 제1,2분사관(54,56)의 배치구조는 이에 한정되지 않으며, 리저버(52) 내의 냉매를 디스크(35)의 외측부를 향해 분사할 수 있는 범위 내에서 다양하게 변경 가능하다.

이에 따라, 디스크(35)의 지지능력을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라 포일(72)의 크기를 상대적으로 줄일 수 있다는 장점이 있다.

리저버(52)는 제2압축부(20)로부터 배출되는 고압의 냉매를 연결관(60)을 통해 유입 저장하는 것이 바람직하나, 필요에 따라 별도의 냉매공급원을 사용할 수 있을 뿐 아니라 리저버(52) 없이 연결관(60)을 통해 고압의 냉매를 직접 공급할 수도 있다.

연결관(60)에는 제2압축부(20)로부터의 냉매공급을 온/오프하는 개폐밸브(62)가 마련되고, 제1,2분사관(54,56)에는 냉매의 분사량을 조절할 수 있는 제1,2조절밸브(55,57)가 마련되어 있다.

상기에서 설명한 터보 압축기의 동작과정에 따른 디스크 지지상태를 도 3a, 도 3b, 도 3c를 참조하여 간단히 설명하면 하기와 같다.

디스크(35)의 부상 전에는 도 3a에서와 같이 한 쌍의 스러스트베어링(70a,70b)에 구비되어 있는 포일(72) 및 디스크(35)가 서로 접촉되어 있는 상태를 유지하며, 디스크(35)가 부상되기 시작하는 운전 초기에는 도 3b에서와 같이 디스크(35)가 회전됨에 따라 형성되는 유막(40)에 의해 포일(72)과 접촉되어 있던 디스크(35)가 부상하게 된다.

이 때, 고압의 냉매가 저장되는 리저버(52)와 연결되어 있는 제1,2분사관(54,56)은 제1,2조절밸브(55,57)에 의해 폐쇄된 상태를 유지한다.

그리고 디스크(35)가 부상한 후 일정시간이 경과하여 운전속도에 이르게 되면, 도 3c에서와 같이 제1,2조절밸브(55,57)를 통해 제1,2분사관(54,56)을 개방하여 고압의 냉매를 유막(40)이 형성되지 않는 디스크(35)의 외측부로 분사시킨다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 한 쌍의 스러스트베어링 및 디스크의 외측부에 분사되는 고압의 냉매를 통해 회전축의 축방향 유동을 이중으로 방지할 수 있다.

그로 인해, 압축기 운전 중에 과도한 부하변동이 발생되더라도 압축효율을 안정적으로 유지할 수 있다.

Claims

임펠러가 구비된 제1,2압축부와; 상기 임펠러를 회전시키는 회전축과; 상기 회전축에 형성된 디스크와; 상기 디스크의 양측에 위치하며, 상기 디스크의 회전에 의해 유막을 형성할 수 있도록 포일이 구비되어 있는 한 쌍의 스러스트베어링을 갖는 터보 압축기에 있어서,

상기 한 쌍의 스러스트베어링에 설치되어 상기 유막이 형성되지 않는 상기 디스크의 외측부로 고압의 냉매를 분사하는 냉매분사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
제1항에 있어서,

상기 냉매분사부는 냉매가 저장되는 리저버와; 상기 리저버 내의 냉매를 상기 디스크의 외측부를 향해 분사하는 제1,2분사관을 포함하는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
제2항에 있어서,

상기 리저버는 상기 제2압축부로부터 배출되는 고압의 냉매를 연결관을 통해 유입, 저장하는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
제3항에 있어서,

상기 연결관에는 개폐밸브가 구비되고, 상기 제1,2분사관에는 냉매의 분사량을 조절할 수 있는 제1,2조절밸브가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.