KR100895667B1 - 터보 블로어 및 이에 사용되는 고속회전체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터보 블로어에 관한 것으로, 1)모터; 2) 상기 모터의 축과 체결된 불기어와 상기 불기어와 맞물리는 피니언 기어를 내장하는 기어하우징; 3) 상기 불기어와 맞물리는 피니언기어가 형성된 회전축과 상기 회전축의 일단에 결합되는 임펠러 그리고 적어도 하나 이상의 복합베어링이 내장되고 상기 피니언 기어가 노출되도록 일부가 절개되며 상기 회전축을 내장하고 있는 베어링하우징을 포함하고, 상기 기어하우징에 일부분이 내장되어 결합되는 고속회전체; 및 4) 상기 임펠러를 감싸면서 압축된 공기를 배출하는 스크롤부; 를 포함하는 터보 블로어를 제공한다.

이러한 본 발명은 축 방향의 부하와 반경 방향의 부하를 최소화하고 고속 회전체의 부품 수를 최소화하면서 동시에 조립성을 간편하게 하고 사용 수명을 연장시킬 수 있다.

터보 블로어, 복합베어링, 고속회전체, 축부하, 반경방향부하, 윤활유 공급시스템, 임펠러

Description

터보 블로어 및 이에 사용되는 고속회전체{TURBO BLOWER AND HIGH SPEED ROTATION BODY USING FOR THEREOF}

본 발명은 터보 블로어에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 축 방향 부하와 반경 방향 부하를 최소화하고 회전체의 부품 수를 최소화하면서 동시에 조립성을 간편하게 하고 사용 수명을 연장시킬 수 있는 터보 블로어에 관한 것이다.

터보 블로어(turbo blower)나 터보 압축기(turbo compressor) 등과 같이 임펠러(날개)를 돌리는데 사용되는 터보 기계는 적은 부피로 고출력을 얻기 위하여 고속 회전체를 사용한다.

이러한 고속 회전체는 구동 방식에 따라 고속 모터 및 터빈에 직결되는 직접 구동방식과 일반 모터 등에 기어 증속기를 이용하여 회전속도를 증가시키는 간접 구동방식이 있다.

직접 구동방식을 사용하는 고속회전체의 경우 통상 공기 베어링(Air bearing)을 사용하고 있으나 이러한 공기 베어링의 경우 부품의 내구성에 문제가 있어 장기간 사용할 경우(예를 들어 3년 이상) 많은 문제점을 발생시키게 된다.

간접 구동방식을 사용하는 고속회전체의 경우 터보 기계를 구동하기 위한 원동기로서 전동기를 사용되고 있으나 일반 전동기의 경우 최고 회전수가 3,600 rpm 을 넘기 어렵기 때문에 일반 전동기를 사용하는 터보 기계는 고속 구동을 위해 기어 증속기를 사용한다.

기어 증속기를 사용하여 터보 기계를 제작할 경우 불기어(bull gear)와 피니언 기어(pinion gear)를 내장하는 기어 박스(gear box)를 사용하게 되고 이 기어 박스를 터보 기계에 조립하기 위해서는 기어박스 자체를 수평으로 분할하여야 할 뿐만이 아니라 이들 기어들의 축을 지지하는 베어링 또한 수평으로 분할하여 제작하여야 한다.

그러나 이들 기어 박스를 분할하여 제작할 경우 제작상의 정밀도가 문제되고 아울러 터보 기계를 조립한 다음 고속 회전을 위하여 기어 축들을 조심(centering)할 경우 그 조립의 정밀도가 어려워 지는 문제점과 아울러 부품 수가 늘어나 제작 비용이 증가한다는 문제점이 있다.

본 발명의 제1 목적은 터보 블로어에 사용되는 고속회전체의 베어링을 미끄럼 베어링과 볼 베어링이 함께 형성된 복합구조를 구현하여 고속회전체에 작용하는 축 방향의 부하와 반경 방향의 부하를 모두 해소 할 수 있는 터보 블로어를 제공하는 것이다.

본 발명의 제2 목적은 상기 터보 블로어 내에 오일 순환 구조를 형성하여 윤활유 공급을 위한 오일 펌프를 설치하지 않고도 고속 회전체에 윤활유를 순환시켜 공급할 수 있는 터보 블로어를 제공하는 것이다.

본 발명의 제3 목적은 기어 증속기내의 불기어의 축을 별도로 사용하지 않고 모터 축에 직결시키며 아울러 베어링 하우징을 일체로 제작하여 고속 회전체를 베어링 하우징내에 일체로 조립하는 것이 가능한 터보 블로어를 제공하는 것이다.

상기 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 모터; 상기 모터의 축과 체결된 불기어와 상기 불기어와 맞물리는 피니언 기어를 내장하는 기어하우징; 상기 불기어와 맞물리는 피니언기어가 형성된 회전축과 상기 회전축의 일단에 결합되는 임펠러 그리고 상기 피니언 기어의 양 쪽 편에 복합베어링이 각각 내장되고 상기 피니언 기어가 노출되도록 일부가 절개되며 상기 회전축을 내장하고 있는 베어링하우징을 포함하고, 상기 기어하우징에 일부분이 내장되어 결합되는 고속회전체; 및 상기 임펠러를 감싸면서 압축된 공기를 배출하는 스크 롤부; 를 포함하는 터보 블로어를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 고속회전체의 복합베어링은 베어링 하우징내부에 하나의 복합베어링블록이 내장되고, 이러한 복합베어링블록 내부에 미끄럼베어링과 볼 베어링이 함께 형성되어 있다. 본 발명의 일 실시예에서 미끄럼 베어링은 회전축상에 미끄럼베어링축이 형성되고 복합베어링 블록의 내부 일측면에 미끄럼베어링 블록이 형성되며, 볼 베어링은 복합베어링 블록의 내부 타측면에 볼과 이 볼을 둘러싸는 내륜 및 외륜에 의하여 형성된다.

그리고 상기 복합베어링은 미끄럼베어링의 자체 설정갭이 볼베어링의 자체 설정갭보다 크게 형성하는 것이 바람직하다.

또한 이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 복합베어링은 반경방향의 부하를 해소하기 위하여 미끄럼베어링블록내면에 불기어에 의한 측압이 미치는 반대 방향으로 측압완충홈을 형성하는 것이 바람직하다.

상기 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 축 방향 부하를 해소하기 위하여 고속회전체에서 베어링하우징의 임펠러 쪽에 벤트홀을 형성하고, 이와 함께 회전축에 형성된 피니언기어의 헬리컬 기어 방향을 임펠러 방향의 반대 방향 쪽으로 잡아 당기는 방향으로 형성된 터보 블로어를 제공한다.

상기 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 윤활유를 순환공급시키기 위하여 기어하우징의 내벽면에 불기어를 둘러싸는 지역을 따라 다수개의 하우징 오일홈을 형성하고, 기어하우징의 내측 상부에는 하우징 오일홈이 끝나는 부분에 오일박스가 형성된 터보 블로어를 제공한다.

상기 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 윤활유를 순환공급시키기 위하여 기어하우징 내부에는 오일박스에 수집된 윤활유를 중력에 의하여 오일배출구로부터 상기 고속회전체의 복합베어링에 형성된 오일공급구로 공급하기 위한 유관이 형성된 터보 블로어를 제공한다.

상기 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 윤활유를 순환공급시키기 위하여 복합베어링에서 발생한 유증기를 증기배출구를 통하여 배출된 다음 응축시켜 상기 오일박스에 공급하기 위한 유증기 냉각기를 더욱 포함하는 터보 블로어를 제공한다.

상기 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 윤활유를 순환공급시키기 위하여 기어하우징의 오일저장조 측벽에 상하로 구멍이 형성되어 있고 상기 구멍들을 연통시킨 연통관에는 비산오일제어밸브가 설치된 터보 블로어를 제공한다.

상기 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 유압펌프를 사용하지 않고도 윤활유를 가압하기 위하여 복합베어링에서 미끄럼 베어링의 경우 미끄럼베어링축의 표면에는 유막형성을 위하여 다수개의 오일홈과 테이퍼홈을 경사지게 형성한 터보 블로어를 제공한다.

상기 제3 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면 기어하우징의 내면에 내장되는 불 기어가 모터의 축과 직접 체결되며, 이러한 불기어를 내장하기 위하여 기어하우징의 형상을 모터와 결합되는 방향으로 불기어의 직경보다 크게 오픈되게 형성한 터보 블로어가 제공된다.

본 발명에 따르면 혼합 베어링을 채용하여 축방향 부하와 반경 방향 부하를 모두 흡수하면서 동시에 일체형 베어링 블록을 사용하여 고 정밀도의 조립을 제공하게 되어 터보 블로어 분야에서 폭넓은 응용이 가능하다.

또한 본 발명에 의한 터보 블로어는 효율적인 윤활유 제공 시스템을 제공하여 오일 펌프를 사용하지 않고도 장기적으로 안정한 운전을 할 수 있는 터보 블로어를 제공할 수 있다.

그리고 본 발명에 따르면 종래와 같이 불기어에 동력을 전달하기 위한 불기어 회전축을 사용하지 않고도 동력을 전달할 수 있고, 아울러 베어링 하우징을 일체로 제작하여 고속 회전체를 베어링 하우징내에 일체로 조립하는 것이 가능하게 하여 상대적으로 소량의 부품을 사용하고도 경제적이고도 수명이 긴 터보 블로어를 제공할 수 있는 장점이 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 터보 블로어에 대한 실시예들을 상세하게 설명하겠지만 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니다. 따라서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 블로어에 대해서 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 블로어를 나타내는 것으로 고속 회전체 부분을 부분 절단한 전체 정면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터 보 블어어의 좌측면도이다.

도 1과 도2에서와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 블로어(100)는 지지대(10)와 모터(20)와 기어 하우징(30) 그리고 스크롤부(50)를 포함한다.

지지대(10) 상에 모터(20)와 기어 하우징(30)이 고정되고 기어 하우징(30) 내부에는 후술하는 고속회전체(200)의 일부분이 내장된다.

도1과 도 2에서와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 블로어(100)는 모터의 축(21)과 고속회전체의 회전축(201)은 직결되는 것이 아니라 편심되어 위치하며 모터 축(21)에는 불기어(23)가 직접 체결되고 고속회전체의 회전축(201)에는 피니언기어(223)가 형성되어 있어서 이들 불기어(23)와 피니언 기어(223)가 맞물려 모터(20)의 동력을 증속하여 고속회전체(200)를 구동하게 된다.

본 발명의 일 실시예는 이와 같이 동력 전달 구조를 채택함으로써 종래의 증속용 기어 박스에서 불기어(23)를 지지하는 불기어축을 제거할 수 있고 모터와 기어 박스 사이를 실링하여야 하는 실링문제도 동시에 해결함과 아울러 부품 수를 줄일 수 있어서 제조 원가를 낮출 수 있다.

이와 같이 불기어(23)를 모터축(21)에 직접 체결하기 위해 기어하우징(30)을 도3a와 도3b에서와 같이 일체로 제작하고, 모터(20)측과 체결되는 쪽을 적어도 불기어(23)의 직경보다 크게 오픈 시킨 형태로 제작한다. 아울러 모터(20)에는 기어하우징(20)을 체결하기 위한 브라켓(39)이 체결되어 있다.

여기서 도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 블로어의 기어하우징을 나타내는 것으로 기어하우징을 임펠러 쪽에서 바라본 사시도 이고, 도 3b는 기어하우 징을 모터 쪽에서 바라본 사시도 이다.

도3a에서 도면부호 31은 고속회전체(200) 및 스크롤부(50)를 기어하우징(30)에 체결하기 위한 결합면이고, 도3b에서 도면부호 32는 기어하우징(30) 자체를 모터의 브라켓(39)에 체결하기 위한 결합면이다. 여기서 이들 기어하우징의 결합면(31, 32)에 모터의 브라켓(39)이나 고속회전체(200)를 체결하는 방법은 볼트와 너트 등 일반적인 기계적 결합방법을 사용할 수 있고 이들 결합면(31, 32)에는 기어하우징의 외부와 내부를 차단하여 내부를 밀폐시키기 위한 고무 패드 등과 같은 일반적인 실링 장치가 제공되며 이들 결합방법과 실링장치는 통상적인 것이므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.

이와 같은 기어하우징(30)을 제공함으로써 조립시 모터축(21)에 직경이 큰 불기어(23)를 먼저 조립한 다음 기어하우징(30)의 결합면(32)을 모터(20)측에 조립하고 그 다음 기어하우징의(30)의 고속회전체 결합면(31) 상에 고속회전체(200)와 스크롤부(50)를 순차적으로 조립할 수 있게 된다.

이하에서는 도4를 참조하여 고속회전체(200)에 대하여 상세히 설명한다. 여기서 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 블로어의 고속회전체를 나타내는 단면도로서 점선 부분은 복합베어링만을 추가로 함께 나타낸 분해도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터보 블로어의 고속회전체(200)는 회전축(201)과 회전축을 내장하는 베어링하우징(210)과 미끄럼베어링과 볼베어링이 일체로 형성된 한 쌍의 복합베어링(230) 그리고 회전축의 한쪽 끝에 체결되는 임펠러(220)를 포함한다.

고속회전체의 베어링하우징(210)은 전체적으로 원통형으로 이루어지고, 통상의 고속회전체에 사용되는 분할식과는 다르게 일체식으로 제작되며, 회전축(201)에 형성된 피니언기어(223)가 위치하는 부분에서 부분절개되어 피니언기어(223)가 베어링하우징(210)의 외부로 노출이 되며, 이렇게 노출된 피니언기어(223)가 기어하우징(30)내의 불기어(23)와 맞물리게 되는 것이다. 또한 베어링하우징(210)의 중간부분에 플랜지(211)가 형성되어 있고 이 플랜지(211)에는 다수개의 체결공(213,215)이 형성되어 있어서 베어링하우징(210)을 기어하우징의(30)의 고속회전체 결합면(31) 상에 조립할 수 있게 된다. 또한 베어링 하우징(210)은 후술하는 복합베어링(230)에 윤활유를 공급하고 배출하기 위한 다수의 윤활구가 제공된다. 이러한 윤활구에 대해서는 후술한다.

그리고 고속회전체(200)는 회전축에 형성된 피니언기어(223)을 중심으로 양쪽에 복합베어링(230)이 각각 결합된다. 이러한 복합베어링(230)은 하나의 복합베어링블록(231)내부에 미끄럼베어링(240)과 볼베어링(250)이 함께 설치되어진다.

도4의 점선부분 내부에 추가로 나타나 있는 바와 같이 복합베어링(230)은 복합베어링블록(231)내부에 미끄럼베어링(240)과 볼베어링(250)이 설치될 공간이 형성된다. 미끄럼베어링(240)은 회전축(201)의 피니언기어(223)을 중심으로 그 양쪽에 형성된 미끄럼베어링축(241)과 복합베어링블록(231) 내면에 형성된 미끄럼베어링블록(243)에 의하여 그 작용을 하게 된다. 그리고 볼베어링(250)은 저속운전시 부하를 직접 지지하는 볼(251)과 이 볼을 둘러싸는 외륜(253) 및 내륜(255)로 이루어진다. 도4의 점선부분에서 도면부호 233은 복합베어링블록(231)과 베어링하우 징(210) 사이에 체결되는 링을 나타내고, 도면부호 257은 볼베어링(250)을 복합베어링블록(231)에 체결하기 위한 체결링을 나타내는 것이며, 도면부호 259는 복합베어링블록(231)을 회전축(201)에 고정하기 위한 너트를 나타낸다.

본 발명의 일 실시예에 따른 고속회전체(200)에서 복합베어링(230)을 사용하는 이유는 다음과 같다.

만약 고속회전체에 미끄럼베어링만 사용할 경우 고속회전에 의해 형성되는 오일의 압력으로 높은 부하를 지지할 수 있지만, 고속회전이 아닌 기동이나 정지 또는 저속 운전시에는 베어링하우징과 회전축이 직접 접촉을 하게되어 기동이 어려울 뿐만이 아니라 마찰로 인한 발열과 마모 문제를 해결하기 위해서는 오일펌프를 사용하여 강제로 윤활을 시켜야만 한다. 이와는 반대로 만약 고속회전체에 볼베어링만 사용할 경우 기동이나 정지 또는 저속운전시 마찰 문제를 해결할 수 있고 오일 가압장치 없이 가압되지 않은 윤활유만 공급해도 된다는 장점이 있으나, 고속회전시에는 볼베어링이 높은 부하를 담당하게 되어 내구성에 문제가 있다는 단점이 있다.

따라서 본 발명에 의한 실시예는 고속회전체(200)내에 미끄럼베어링(240)과 볼베어링(250)이 함께 일체로 형성된 복합베어링(230)을 적용함으로써 이러한 문제를 모두 해결하게 된다.

이와 같이 고속회전체(200)내에 복합베어링(230)을 적용함으로써 구조적으로 볼베어링(250)로 인하여 회전축(201)과 복합베어링블록(231)은 직접 접촉하지 않게 되고, 따라서 터보 블로어가 초기 저속 구동시에는 볼베어링(250)에 의하여 구동을 지지하게 되고 고속 구동시에는 미끄럼베어링(240)에 의하여 구동을 지지하게 된다.

이와 같은 복합베어링(230)의 구조에 따라 고속회전체(200)가 구동을 할 경우 운전영역(회전속도)에 따라 부하 지지 작용이 자동으로 변경되게 된다.

이를 위해 복합베어링(230)내의 미끄럼베어링(240)의 자체 설정갭은 볼베어링(250)의 자체 설정갭보다 크게 형성된다.

여기서 미끄럼베어링(240)의 설정갭은 미끄럼베어링블록(243) 내면의 직경과 미끄럼베어링축(241) 직경의 차이를 말하고, 볼베어링(250)의 설정갭은 볼베어링 외륜(253)의 내경과 내륜(255)의 외경의 차에서 볼(251)의 직경을 제한 값을 말한다.

설정갭에 대한 차이를 예를 들어 설명하면 미끄럼베어링(240)의 설정갭을 0.2mm로 할 경우 볼베어링(250)의 설정갭은 0.1mm로 형성할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 복합베어링(230)의 구조에 따라 고속회전체(200)가 구동을 할 경우 운전영역(회전속도)에 따라 부하 지지 작용이 자동으로 변경되게 되는 원리는 본 출원인의 등록특허 10-0723040에서 설명한 베어링 조립체의 그것과 동일하므로 그 상세한 설명은 생략한다.

한편 본 발명의 일 실시예에 따른 복합베어링(230)의 미끄럼베어링(240)은 별도의 오일펌프를 설치하지 않고도 미끄럼베어링에 유막을 형성시킬 수 있다. 이하에서는 도 5를 참조하여 이점에 대하여 설명한다.

도5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 블로어의 회전축을 나타내는 정면 도로서 회전축의 좌측면도와 우측면도를 함께 나타내고 있다.

도5에서 나타난 바와 같이 회전축(201)의 미끄럼베어링축(241)의 표면에는 오일공급을 위한 오일홈(243)과 테이퍼홈(245)이 다수 개 형성되어 있다. 이러한 오일홈(243)과 테이퍼홈(245)는 회전축 방향에 경사지게 형성되며 이 들의 경사 방향은 피니언기어(223)를 중심으로 양쪽에 있는 미끄럼베어링축(241) 상에 각각 반대 방향으로 형성이 된다. 또한 각 테이퍼홈(245)는 오일홈(243)과 맞닿는 부분이 깊고 이와 멀어지는 방향으로 깊이가 얇아 지도록 테이퍼져 있다.

이와 같이 미끄럼베어링축(241)의 표면에 형성된 오일홈(243)은 오일을 공급하는 역할을 하며, 테이퍼홈(245)은 오일홈(243)으로 공급된 오일에 압력을 생성시켜 유막을 형성시키는 역할을 하게 되어 이들 오일홈(243)과 테이퍼홈(245)는 결국 회전시 오일펌프와 같은 역할을 하게 된다.

즉, 회전축(201)을 고속으로 회전시키게 되면 회전방향으로 쐐기효과가 유발되게 되고 원심력에 의해 일부 오일이 미끄럼베어링(240)에 고압을 형성하게 되어 결국 회전축(201)을 부상시키게 되면서 회전축(201)은 미끄럼베어링블록(243)으로부터 접촉이 분리되어 회전축(201)은 부상한 상태에서 고속회전이 가능하게 된다. 이러한 상태에서 고속회전을 하게 되면 볼베어링(250)은 베어링으로서 역할을 하지 않게 되어(즉 회전축과의 접촉을 하지 않게 되어) 결국 고속회전체(200)의 수명을 연장시키게 된다.

따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 복합베어링(230)은 윤활유만 공급하게 되면 오일펌프를 설치하지 않고서도 고속회전에 따른 마찰과 윤활유 가압문제를 모 두 해결하게 된다.

여기서 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 블로어(100)는 불기어(23)와 피니언기어(223)에 의하여 회전축(201)의 회전 속도를 증속시키는 구조이므로 필연적으로 기어 구동에 따른 측압이 발생하게 된다. 이러한 측압은 통상 구동원이 큰 불기어(23) 쪽에서 구동원이 작은 피이언기어(223)쪽으로 작용을 하게 되고 측압이 작용하는 실질적인 방향은 회전축(201) 중심의 수직선에 직각방향인 3시 방향이 아니라 그 보다 아래 쪽인 약 5시 방향으로 작용하게 된다.

따라서 회전축(201)의 피니언기어(223)에 작용하는 측압을 완충시킬 수 있는 수단을 적용하여야 한다.

이를 위해 본 발명의 일 실시예에서는 복합베어링(230)의 미끄럼베어링블록(243)의 내면에 측압완충홈(247) (도4의 점선부분내 참조)을 형성한다. 이러한 측압완충홈(247)은 미끄럼베어링블록(243)의 불기어(23) 방향으로 형성하고 홈의 길이와 깊이는 고속회전체의 사양에 따라 부하계산에 따라 정해지며, 대략 원호에 180도 이하로 형성하는 것이 바람직하다. 또한 이러한 측압완충홈(247)은 측압이 미치는 반대방향에 형성한다.

이와 같이 본 발명의 일 실시예에서는 불기어(23)에 의한 측압을 흡수하기 위해 복합베이링의 미끄럼베어링블록(243)내면에 측압이 미치는 반대 방향에 측압완충홈(247)을 형성함으로써 측압완충홈(247)이 형성된 지역에는 유막이 형성되지 않게 하고 그 반대 쪽 즉, 측압이 미치는 쪽에만 유막이 형성되도록 함으로써 불기어에 의한 측압을 해소하여 원활한 고속회전이 가능하게 한다.

이상은 본 발명의 일 실시예에 따른 고속회전체의 반경방향 부하를 해소하는 방법에 대하여 설명하였다. 그러나 터보 블로어의 경우 고속으로 회전할 경우 임펠러 입구와 출구에 작용하는 압력차에 의해 고속회전체에는 축방향 부하가 작용하게 된다. 따라서 이하에서는 고속회전체에 미치는 축방향 부하를 해소하는 방법에 대하여 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터보 블로어의 고속회전체(200)는 회전축의 일면에(도1의 기준으로 좌측) 임펠러(220)가 설치된다. 이 경우 임펠러의 입구측에 부압(-)이 형성되고 임펠러의 배면측에 양압(+)이 작용하게 되어 결국 회전축(201)을 기준으로 임펠러가 설치된 방향(도1의 좌측)으로 축방향 부하가 작용하게 된다.

이와 같이 작용하는 축방향 부하를 해소하기 위하여 본 발명의 일 실시예에서는 1) 베어링하우징(210)의 임펠러 쪽에 벤트홀(217)을 형성하고, 2) 회전축의 피니언기어(223)의 헬리컬 기어의 방향을 조절하며, 3) 복합베어링블록에 볼베어링(250)을 설치한다.

베어링하우징의 벤트홀(217)에 의하여 임펠러(220) 뒤쪽에 형성된 양압(+)을 제거하며, 피니언기어(223)의 헬리컬 기어의 방향을 회전축(201)이 회전시 임펠러(220)가 설치된 방향의 반대 방향 쪽으로 잡아 당기는 방향(도1, 도2 참조)으로 형성하여 축방향 부하를 해소하고, 필요할 경우 볼 베어링(250)의 기본적인 축방향 부하지지력으로 축방향 부하를 완화시키게 된다.

다음은 본 발명의 일 실시예 따른 터보 블로어(100)의 윤활유 순환 시스템에 대하여 도6을 참조하여 설명한다.

도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 블로어에 대하여 기어하우징의 정단면도와 측단면 개념도 그리고 고속회전체의 단면도를 이용하여 윤활유 순환시스템을 나타낸 개념도이다.

오일펌프를 사용하지 않고도 고속회전체(200)에 윤활유를 순환 공급시키기 위하여 기어하우징(30) 의 내벽면에는 불기어(23)를 둘러싸는 지역을 따라 하우징 오일홈(31)이 다수개 형성되어 있다. 또한 기어하우징의 내측 상부에는 하우징 오일홈(31)이 끝나는 부분에 오일박스(40)가 형성되어 있다.

따라서 불기어(23)가 회전하게 되면 기어하우징(30) 하부의 오일저장조(60)에 담겨져 있는 윤활유가 불기어의 기어이에 의하여 비산되면서 하우징 오일홈(31)을 가이드 삼아 오일홈을 따라 가다가 중력에 의해 오일박스(40)로 낙하되어 오일박스(40)에 수집된다.

이때 불기어(23)의 표면에 남아 있는 윤활유는 불기어(23)와 피니언기어(223)가 접촉하는 순간 접촉하는 기어를 윤활시키는 작용을 하게 된다.

오일박스(40)에 수집된 윤활유는 중력에 의하여 오일배출구(41)로 일부가 배출되어 유관을 따라 고속회전체의 복합베어링(230)에 형성된 오일공급구(235)로 공급된다.

복합베어링의 오일공급구(235)에 공급된 윤활유는 두 방향으로 나누어져 소량은 볼베어링(250)으로 공급되고 대부분은 미끄럼베어링(240)으로 공급된다. 미끄럼베어링(240)으로 공급된 오일은 회전축(201)이 고속으로 회전하게 되면 미끄럼베어링축(241)에 형성된 테어퍼홈(245)에 의하여 가압된 오일유막을 형성하게 되어 회전축(201) 자체를 지지하게 된다. 미끄럼베어링(240)에 공급되어 유막을 형성한 다음의 윤활유는 공급된 방향과 반대방향으로 유출되면서 베어링하우징(210)에 피니언기어(223)가 노출되기 위해 형성된 부분절개부분으로 배출되어 기어하우징(30) 하부의 오일저장조(60)로 낙하하게 된다.

한편 고속회전체(200)가 고속으로 회전하게 되면 복합베어링(230)에 공급된 윤활유는 증발하면서 유증기를 생성할 수 있다.

고속회전체(200)의 구동에 따라 발생한 유증기는 베어링하우징의 플랜지(211)를 중심으로 기어하우징(30)내부와 기어하우징(30) 외부로 배출된다. 기어하우징(30) 내부로 배출되는 유증기는 윤활유의 순환 구조에 의해 복합베어링(230)으로 재 공급되므로 별 다른 문제가 없으나, 기어하우징(30) 외부로 배출되는 유증기의 경우 그 후속 처리가 필요하게 된다.

복합베어링(230)내부에서 임펠러(220) 쪽을 향하여 기어하우징(30) 외부로 배출되는 유증기는 일부는 응축되고 일부는 증기상태를 유지하게 된다. 그러면 응축된 윤활유는 회수구(218)를 통하여 오일저장조(60)의 오일회수구(61)로 회수되고, 증기상태의 유증기는 증기배출구(219)를 통하여 배출된 다음 유증기 냉각기(44)에서 응축되어 오일박스(40)의 응축유공급구(45)를 통하여 오일박스(40)에 재공급된다.

이와 같이 응축유공급구(45)를 통하여 오일박스(40)에 공급된 윤활유는 유관(43)을 통하여 오일저장조(60)로 회수되고 오일박스(40)에 잔존하는 미량의 유증기는 오일박스(40)의 배기구(47)를 통하여 외부로 배출된다. 여기서 오일박 스(40)는 상부가 개방되고 내부에는 통공이 형성된 격벽(49)이 설치되어 하우징 오일홈(31)을 통하여 수집된 윤활유와 유증기 냉각기(44)에서 응축된 윤활유를 개략적으로 분리하여 임시로 저장한다.

한편, 기어하우징(30)을 밀폐하여 형성된 오일저장조(60)에는 윤활유가 저장되어 있고 오일저장조(60)의 측벽에는 상하로 구멍이 형성되어 있으며 이 구멍들을 연통시킨 연통관에는 비산오일제어밸브(63)가 설치된다. 따라서 비산오일제어밸브(63)를 조절하여 오일저장조(60)에 고속회전체의 구동에 필요한 적정량의 윤활유를 유지할 수 있게 된다. 이를 보다 자세히 설명하면 오일저장조(60)에 저장된 윤활유는 고속회전체(200)가 최초 구동시의 경우 비산을 위하여 많은 윤활유가 필요하게 되지만 만약 이 경우에 비산오일제어밸브(63)를 잠그게 되면 오일저장조(60)의 윤활유는 고갈되게 된다. 따라서 비산오일제어밸브(63)로 공급되는 윤활유의 양을 적절히 제어하게 되면 고속회전체가 구동에 필요한 양 만큼의 윤활유를 유지할 수 있게 된다.

도6에서 도면부호 221은 벤트홀(217)과 연통되어 임펠러(220) 전후에 미치는 압력차이를 조절하기 위한 압력조정밸브를 지칭하는 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 터보 블로어에 대해서 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 블로어를 나타내는 것으로 고속 회전체 부분 위주로 부분 절단한 전체 정면도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 블어어를 부분 절단한 우측면도이다.

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 블로어의 기어하우징을 나타내는 것으로 기어하우징을 임펠러 쪽에서 바라본 사시도 이다.

도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 블로어의 기어하우징을 나타내는 것으로 기어하우징을 모터 쪽에서 바라본 사시도 이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 블로어의 고속회전체를 나타내는 단면도로서 오른쪽의 점선 부분은 복합베어링만을 추가로 함께 나타낸 분해도이다.

도5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 블로어의 회전축을 나타내는 정면도로서 회전축의 좌측면도와 우측면도를 함께 나타내고 있다.

도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 블로어에 대하여 기어하우징의 정단면도와 측 단면 개념도 그리고 고속회전체의 단면도를 이용하여 윤활유 순환시스템을 나타낸 개념도이다.

Claims (14)

1. 기어하우징을 체결하기 위한 브라켓이 체결된 모터;

   상기 모터의 축과 체결된 불기어와 상기 불기어와 맞물리는 피니언 기어를 내장하며, 상기 모터측으로 상기 브라켓과 체결되는 쪽을 적어도 상기 불기어의 직경보다 크게 오픈시킨 형태로 제작된 기어하우징;

   상기 불기어와 맞물리는 피니언기어가 형성된 회전축과 상기 회전축의 일단에 결합되는 임펠러 그리고 적어도 하나 이상의 복합베어링이 내장되고 상기 피니언 기어가 노출되도록 일부가 절개되며 상기 회전축을 내장하고 있는 베어링하우징을 포함하고, 상기 기어하우징에 일부분이 내장되어 결합되는 고속회전체; 및

   상기 임펠러를 감싸면서 압축된 공기를 배출하는 스크롤부;

   를 포함하는 터보 블로어.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 복합베어링은 하나의 복합베어링블록내부에

   상기 회전축상에 형성된 미끄럼베어링축과 상기 복합베어링블록의 일측 내면에 형성된 미끄럼베어링블록으로 형성된 미끄럼베어링;과

   상기 복합베어링 블록의 타측 내면에 볼과 이 볼을 둘러싸는 외륜 및 내륜으로 이루어진 볼 베어링이 함께 형성되어진 것을 특징으로 하는 터보 블로어.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 복합베어링은 미끄럼베어링의 자체 설정갭이 볼베어링의 자체 설정갭보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 터보 블로어.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 미끄럼 베어링은 미끄럼베어링축의 표면에는 유막형성을 위하여 다수개의 오일홈과 테이퍼홈이 경사지게 형성되어 있고, 상기 미끄럼베어링블록 내면에 불기어에 의한 측압을 흡수하기 위하여 상기 측압이 미치는 반대 방향으로 측압완충홈이 형성된 것을 특징으로 하는 터보 블로어.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 고속회전체는 상기 베어링하우징의 임펠러 쪽에 벤트홀이 형성되어 있고, 상기 회전축에 형성된 피니언기어의 헬리컬 기어의 방향은 상기 회전축이 회전시 상기 임펠러 방향의 반대 방향 쪽으로 잡아 당기는 방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 터보 블로어.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기어하우징의 내벽면에 상기 불기어를 둘러싸는 지역을 따라 다수개의 하우징 오일홈이 형성되어 있고, 상기 기어하우징의 내측 상부에는 상기 하우징 오일홈이 끝나는 부분에 오일박스가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 터보 블로어.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 상기 기어하우징 내부에는 상기 오일박스에 수집된 윤활유를 중력에 의하여 오일배출구로부터 상기 고속회전체의 복합베어링에 형성된 오일공급구로 공급하기 위한 유관이 형성된 것을 특징으로 하는 터보 블로어.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 복합베어링에서 발생한 유증기를 증기배출구를 통하여 배출된 다음 응축시켜 상기 오일박스에 공급하기 위한 유증기 냉각기를 더욱 포함하는 터보 블로어.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 기어하우징의 오일저장조 측벽에 상하로 구멍이 형성되어 있고 상기 구멍들을 연통시킨 연통관에는 비산오일제어밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 터보 블로어.
10. 삭제
11. 삭제
12. 불기어와 맞물리는 피니언기어가 형성된 회전축;과

    상기 회전축의 일단에 결합되는 임펠러; 및

    상기 피니언기어의 양 쪽 편에 복합베어링이 각각 내장되고 상기 피니언 기어가 노출되도록 일부가 절개되며 상기 회전축을 내장하고 있는 베어링하우징;

    을 포함하며,

    상기 복합베어링은 하나의 복합베어링블록내부에

    상기 회전축상에 형성된 미끄럼베어링축과 상기 복합베어링블록의 일측 내면에 형성된 미끄럼베어링블록으로 형성된 미끄럼베어링;과

    상기 복합베어링 블록의 타측 내면에 볼과 이 볼을 둘러싸는 외륜 및 내륜으로 이루어진 볼 베어링이 함께 형성되어진 것을 특징으로 하는 고속회전체.
13. 삭제
14. 제 12 항에 있어서, 상기 복합베어링은 미끄럼베어링의 자체 설정갭이 볼베어링의 자체 설정갭보다 크게 형성되고, 상기 미끄럼베어링축의 표면에는 유막형성을 위하여 다수개의 오일홈과 테이퍼홈이 경사지게 형성되어 있고, 상기 미끄럼베어링블록내면에 불기어에 의한 측압을 흡수하기 위하여 상기 측압이 미치는 반대 방향으로 측압완충홈이 형성된 것을 특징으로 하는 고속회전체.

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