KR101164588B1

KR101164588B1 - 터어보압축기

Info

Publication number: KR101164588B1
Application number: KR1020040058839A
Authority: KR
Inventors: 허제열
Original assignee: 삼성테크윈 주식회사
Priority date: 2004-07-27
Filing date: 2004-07-27
Publication date: 2012-07-11
Also published as: KR20060010213A

Abstract

본 발명은 터어보압축기에 관한 것이다. 이는 내부공간을 제공하는 케이싱, 상기 케이싱의 내부에 고정 설치되는 고정자, 상기 케이싱을 관통하며 그 외주면에는 상기 고정자에 대응하는 회전자가 구비된 구동축을 갖는 모터와; 상기 구동축에 연결되며 모터의 구동시 회전하여 흡입구를 통해 외부의 공기를 받아들이며 압축하는 압축기를 포함하는 터어보압축기에 있어서, 상기 압축기의 흡입구는 상기 모터 케이싱의 내부공간에 연통하고, 상기 케이싱에는 외부의 공기를 케이싱의 내부로 받아들이는 유입관통구가 마련된 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명의 터어보압축기는, 압축기의 흡입구로 유입하는 공기가 모터의 케이싱 내부를 관통하게 하여 공기가 케이싱 내부를 흐르면서 냉각을 수행하여 모터의 과열을 방지할 수 있고, 특히 모터내의 고정자를 압축기측으로 최대한 근접 위치시켜도 와전류에 의한 발열이 거의 발생하지 않아 근접거리만큼 구동축의 길이를 줄일 수 있으므로 모터의 최대 회전속도를 증가시켜 압축능력을 상승시킬 수 있다.

Description

터어보압축기{Turbo compressor}

도 1은 종래 터어보압축기의 일 예를 도시한 단면도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터어보압축기의 내부 구성을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

도 3은 상기 도 2에 도시한 터어보압축기의 부분 절제 사시도이다.

도 4는 상기 도 2에 도시한 터어보압축기의 유출관통구 형상을 보다 구체적으로 도시한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11,41:터어보압축기 13,43:모터

15,45:케이싱 15a:전면부

15b:후면부 15c:측벽부

17:구동축 21:회전자

23:고정자 23a:엔드와인딩(end winding)

25,67:압축기 27,69:디퓨저케이싱

29,53:임펠러 31,63:흡입구

33:배출구 45a:유입관통구

45b:유출관통구 45c:스트럿

46a:전면부 46b:후면부

46c:측벽부 51:냉각핀

55:커버케이싱 57:고정원판

57a:관통구 59:베어링

61:가이드블록 61a:가이드면

65:공기유로

본 발명은 터어보압축기에 관한 것이다.

터어보압축기는 고속으로 회전하는 임펠러로 기체에 압력과 속도에너지를 부여하고 그에 따라 얻어진 고압의 공기를 부하에 공급하는 장치로서 보통 100kPa 이상의 압력을 제공한다. 이러한 터어보압축기가 적용되는 일 예로서 가스터어빈이 있다. 상기 가스터어빈은 압축기로 압축한 공기를 연소실로 보내고 연소실 내부에 공급된 고압의 공기에 연료를 공급함과 동시에 점화시켜 고온고압의 연소가스를 만들고 이 고온고압의 가스로 터어빈을 구동하는 기본 메카니즘을 갖는 것이다.

도 1은 종래의 터어보압축기의 일 예를 도시한 단면도이다.

도면을 참조하면, 종래의 터어보압축기(11)는, 외부의 전력을 공급받아 회전토오크를 발생하는 모터(13)와, 상기 모터(13)의 구동축(17)에 연결 설치되고 외부의 공기를 빨아들여 압축하는 압축기(25)를 포함하여 구성된다.

상기 모터(13)는, 내부공간을 제공하는 케이싱(15)과, 상기 케이싱(15)의 내부를 관통하며 그 외주에 회전자(21)가 고정되어 있는 구동축(17)과, 상기 케이싱(15)의 내벽면에 고정되며 상기 회전자(21)에 대응하는 고정자(23)를 포함하여 구성된다. 상기 고정자(23)는 그 양측에 엔드와인딩(23a)을 갖는다.

또한, 상기 케이싱(15)은, 상기 구동축(17)을 그 중심으로 통과시키며 베어링 지지하고 상기 압축기(25)에 접하는 전면부(15a)와, 상기 구동축(17)의 후단부를 회전 가능하게 지지하며 상기 전면부(15a)로부터 이격되는 후면부(15b)와, 상기 전면부(15a) 및 후면부(15b)에 그 양단이 고정되며 내부공간을 이루는 측벽부(15c)로 이루어진다.

또한 상기 압축기(25)는 상기 구동축(17)에 축이음되어 구동축(17)의 축회전에 의해 회전하는 임펠러(29)와, 상기 임펠러(29)를 수용하며 흡입구(31)와 배출구(33)를 갖는 디퓨져케이싱(27)으로 구성된다.

따라서 상기 모터(13)에 전력을 공급하여 모터(13)를 구동하면 상기 임펠러(29)가 회전하며 상기 흡입구(31)를 통해 외부의 공기를 흡입한 후 압축하고 압축된 상태의 공기를 배출구(33)를 통해 외부로 공급할 수 있게 된다.

그러나 상기한 종래의 터어보압축기(11)는, 모터(13)의 케이싱(15) 내에서 냉각공기가 원활히 순환하지 못하여 모터(13)가 쉽게 과열된다는 문제가 있다. 특히 전류가 흐르는 엔드와인딩(23a)이 전면부(15a) 및 후면부(15b)의 대향면에 근접할 경우 와전류를 발생하고 상기 와전류는 전면부(15a) 및 후면부(15b)에 발열을 야기하여 모터의 과열을 더욱 가속화하므로 상기 전면부(15) 및 후면부(15b)를 엔 드와인딩(23a)으로부터 최대한 이격시켜야 한다.

상기 엔드와인딩(23a)으로부터 전면부(15a) 및 후면부(15b)를 보다 멀리 이격시키는 것은 전면부(15a)와 후면부(15b)의 상대 이격 거리가 멀어지는 것이고 그만큼 구동축(17)의 길이가 길어져야 한다는 의미이다. 기본적인 동력학적 이론에 근거하면 구동축(17)의 길이가 길어지면 길어질수록 고속 회전시 구동축의 진동과 공진점에서의 문제들이 쉽게 발생하게 된다.

결국 상기한 종래의 터어보압축기(11)는 케이싱(15) 내부의 공기순환이 원활하게 이루어지지 않고 또한 상기 엔드와인딩(23a)과 전후면부(15a,15b)와의 간격을 어느 정도 이상 유지해야 하므로 구동축(17)의 회전속도를 고속으로 올리기 불안하며 그에 따라 압축효율이 그리 높지 못하다는 문제가 있는 것이다.

본 발명은 상기 문제점을 해소하고자 창출한 것으로서, 압축기의 흡입구로 유입하는 공기가 모터의 케이싱 내부를 관통하게 하여 공기가 케이싱 내부를 흐르면서 냉각을 수행하여 모터의 과열을 방지할 수 있고, 특히 모터내의 고정자를 압축기측으로 최대한 근접 위치시켜도 와전류에 의한 발열이 거의 발생하지 않아 근접거리만큼 구동축의 길이를 줄일 수 있으므로 모터의 최대 회전속도를 증가시켜 압축능력을 상승시킬 수 있는 터어보압축기를 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 내부공간을 제공하는 케이싱, 상기 케이싱의 내부에 고정 설치되는 고정자, 상기 케이싱을 관통하며 그 외주면에는 상 기 고정자에 대응하는 회전자가 구비된 구동축을 갖는 모터와; 상기 구동축에 연결되며 모터의 구동시 회전하여 흡입구를 통해 외부의 공기를 받아들이며 압축하는 압축기를 포함하는 터어보압축기에 있어서, 상기 압축기의 흡입구는 상기 모터 케이싱의 내부공간에 연통하고, 상기 케이싱에는 외부의 공기를 케이싱의 내부로 받아들이는 유입관통구가 마련된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 고정자의 외측부에는 상기 유입관통구를 통해 유입되어 압축기로 흐르는 공기에 의해 냉각되는 다수의 냉각핀이 구비된 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 케이싱은; 상기 구동축을 그 중앙부로 통과시키며 상기 압축기에 대향하는 전면부와, 상기 전면부의 후방에 위치하며 중앙부로 상기 구동축을 통과시키는 후면부와, 상기 전면부와 후면부의 테두리부에 양단이 이어져 상기 내부공간을 이루는 측벽부로 이루어지고, 상기 전면부에는 상기 유입관통구를 통해 내부공간으로 유입된 공기를 흡입구측으로 내보내는 유출관통구가 형성되되, 상기 유입관통구와 유출관통구는 상기 냉각핀을 사이에 두고 반대측에 위치하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전면부에 형성된 유출관통구는 상기 구동축을 중심으로 하는 두 개 이상의 부채꼴형 구멍인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전면부와 압축기의 사이에는 유출관통구를 통과한 공기를 압축기의 흡입구측으로 유도하는 가이드면을 갖는 가이드블록이 더 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유입관통구는 후면부에 하나 이상 형성되고, 상기 후면부에는 상 기 유입관통구를 그 내부에 포함하며 케이싱의 후방으로 연장된 커버케이싱이 더 구비된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터어보압축기의 내부 구성을 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 도면이다.

도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 터어보압축기(41)는, 내부에 공기가 통과하는 공기유로(65)를 갖는 모터(43)와, 상기 모터(43)에 고정되며 모터(43)의 구동에 의해 종동하여 상기 공기유로(65)를 통해 공급된 공기를 압축하는 압축기(67)로 구성된다.

상기 모터(43)는 케이싱(45)과, 상기 케이싱(45)의 내부에 설치되는 것으로서 외부로 토오크를 전달하는 구동축(17)과, 상기 구동축(17)의 외주에 고정되는 회전자(21)와, 상기 케이싱(45)의 내벽면에 고정되는 고정자(23)를 포함한다.

또한 상기 케이싱(45)은, 상기 압축기(67)를 향하며 그 중앙부로 상기 구동축(17)을 통과시키고 다수의 유출관통구(45b)를 갖는 전면부(46a)와, 상기 구동축(17)의 후단부를 회전 가능하게 지지하고 외부의 공기를 케이싱(45) 내부로 받아들이는 다수의 유입관통구(45a)를 갖는 후면부(46b)와, 상기 전면부(46a)와 후면부(46b)의 테두리부를 연결하며 케이싱(45)의 내부에 공간을 이루는 대략 원통형태의 측벽부(46c)로 구성된다.

상기 전면부(46a) 및 후면부(46b)는 그 중심부로 통과한 구동축(17)을 베어 링(59)으로 지지하여 구동축(17)에 대한 케이싱(45)의 위치를 유지하는 것으로서 본 실시예에서 상기 전면부(46a)는 측벽부(46c)에 일체로 형성되어 있고 후면부(46b)는 측벽부(46c)에 볼팅 결합되어 있다.

상기 후면부(46b)의 외측에는 고정원판(57)이 구비되고, 상기 고정원판(57)의 테두리부에는 커버케이싱(55)이 고정된다. 상기 고정원판(57)은 디스크형 부재로서 구동축(17)의 축방향 이동을 막는다. 또한 상기 고정원판(57)에는 상기 유입관통구(45a)와 대응하는 동일한 사이즈의 관통구(57a)가 형성되어 있다.

상기 유입관통구(45a) 및 관통구(57a)의 형상은 도 3에 도시한 바와같이 고정원판(57)의 원주방향으로 연장된 장공의 형태를 취한다. 하지만 외부의 공기를 케이싱(45) 내부로 받아들이게 할 수 있는 한 그 형태는 얼마든지 변경할 수 있다.

상기 커버케이싱(55)은 상기 측벽부(46c)와 마찬가지로 속이 빈 원통 형태의 부재로서 모터(43)의 후방으로 연장되며 그 단부는 개방되고 예컨대 빗물이 상기 유입관통구(45a)의 내부로 들이치지 않도록 한다. 경우에 따라 상기 커버케이싱(55)의 개방 단부에 이물질 유입 방지용 스크린을 씌울 수 도 있다.

한편, 상기 케이싱(45) 내에 설치되는 고정자(23)의 외측부에는 다수의 냉각핀(51)이 구비되어 있다. 상기 냉각핀(51)은 도 3에 도시한 바와같이 구동축(17)과 평행한 방향으로 연장되며 측벽부(46c)의 내주면에 접한다. 상기 냉각핀(51)이 측벽부(46c)에 접하므로 공기유로(65)를 흐르는 공기와 열교환을 함과 동시에 측벽부(46c)를 통해서도 케이싱(45) 외부와 열교환한다.

아울러 도시한 바와같이 고정자(23)가 전체적으로 전방측으로 이동 설치되어 일측 엔드와인딩(23a)이 전면부(46a)에 최대한 근접하고 있다. 상기한 바와같이 엔드와인딩(23a)에 도체가 근접할 때 도체에 와전류가 유도되어 발열됨에도 불구하고 본 실시예에 따른 터어보압축기의 경우 일측 엔드와인딩(23a)을 전면부(46a)에 최대한 근접시켰다.

이는 도 4에 도시한 바와같이 전면부(46a)에 유출관통구(45b)를 넓게 형성하였기 때문에 가능한 것이다. 즉 와전류가 유도될 전면부(46a)의 엔드와인딩(23a)에 대응하는 대응면적을 최대한 줄임으로써 와전류가 유도될 면적을 줄여 그에 따른 부작용을 없앨 수 있는 것이다.

상기와 같이 유출관통구(45b)를 최대한 넓게 형성하여 엔드와인딩(23a)이 전면부(46a)에 최대한 근접할 수 있도록 하는 근본 목적은 구동축(17)의 길이를 상기 근접걸이 만큼 줄이기 위한 것임은 물론이다. 구동축(17)의 길이가 짧아질수록 구동축(17)을 보다 고속으로 회전시킬 수 있게 됨은 상기한 바와같다.

한편, 상기 압축기(67)는 통상의 원심식 압축기로서, 상기 구동축(17)의 단부에 고정되어 구동축(17)의 축회전에 의해 회전하는 임펠러(53)와, 상기 임펠러(53)를 수용하며 케이싱(45)의 전면부(46a)에 결합하는 디퓨저케이싱(69)을 포함한다. 특히 상기 압축기(67)의 흡입구(63)는 상기 전면부(46a)를 향하여 유출관통구(45b)를 통과한 공기를 받아들인다. 상기 압축기(67)가 압축한 공기는 배출구(33)를 통해 수요처로 공급된다.

상기 전면부(46a)와 디퓨저케이싱(69)의 사이에는 가이드블록(61)이 설치된다. 상기 가이드블록(61)은 전면부(46a)와 대향하는 면에 가이드면(61a)을 갖는 부 재로서 상기 유출관통구(45b)를 통과한 공기를 유선형으로 유도하여 흡입구(63)측으로 원활히 유도한다.

도시한 바와같이, 후면부(46b)와 상기 후면부(46b)를 커버하는 고정원판(57)에 유입관통구(45a) 및 관통구(57a)가 각각 형성되어 있다. 상기 유입관통구(45a) 및 관통구(57a)는 원주방향으로 연장된 장공으로서 케이싱(45) 외부의 공기를 케이싱 내부로 받아들인다.

또한 상기 고정원판(57)의 외측에 구비되어 있는 커버케이싱(55)은 모터(43)의 후방으로 연장되어 외부의 이물질이 상기 유입관통구(45a)로 들어가지 못하도록 한다. 상기 커버케이싱(55)의 연장길이는 경우에 따라 달라질 수 있다.

상기 고정자(23)의 외측부에는 다수의 냉각핀(51)이 구비되어 있음을 알 수 있다. 상기 냉각핀(51)은 고정자(23)의 외부에 소정간격으로 이격되어 그 사이로 공기가 통과하도록 한다. 따라서 고정자(23)로부터 발생하는 열은 공기유로(65)를 흐르는 공기에 의해 효과적으로 제거된다.

아울러 상기 전면부(46a)에 유출관통구(45b)가 넓게 형성되어 있음을 볼 수 있다. 상기 유출관통구(45b)는 도 4에 도시한 바와같이 구동축(17)을 중심으로하는 부채꼴 형태의 관통구멍이다. 상기 유출관통구(45b)와 유출관통구(45b) 사이의 전면부(46a)는 스트럿(strut)으로서 케이싱(45)에 대해 구동축(17)을 회전 가능하게 지지한다.

여하튼 상기 유출관통구(45b)를 통과한 공기는 가이드면(61a)에 의해 가이드 되며 임펠러(53)측으로 이동한다.

도 4는 상기 도 2에 도시한 터어보압축기의 유출관통구 형상을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

도면을 참조하면, 전면부(46a)에 세 개의 유출관통구(45b)가 형성되어 있음을 알 수 있다. 상기한 바와같이 각 유출관통구(45b)는 구동축(17)을 중심으로하는 부채꼴형태의 관통구멍이다. 또한 상기 유출관통구(45b) 사이에 위치하는 스트럿(45c)은 세 개가 등각으로 위치한다.

이와 같이 일측 엔드와인딩(23a)에 대응하는 전면부(46a)의 대응면을 관통시킴으로써 상기한 와전류 유도에 의한 발열이 거의 없다. 와전류가 상기 스트럿(45c)에 유도될 것이지만 스트럿(45c)의 엔드와인딩(23a)을 향하는 면적은 공기의 유동량을 감안할 때 무시할 수 있는 것이므로 결국 와전류유도에 의한 현실적 부작용은 없다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정하지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명의 터어보압축기는, 압축기의 흡입구로 유입하는 공기가 모터의 케이싱 내부를 관통하게 하여 공기가 케이싱 내부를 흐르면서 냉각을 수행하여 모터의 과열을 방지할 수 있고, 특히 모터내의 고정자를 압축기측으로 최대한 근접 위치시켜도 와전류에 의한 발열이 거의 발생하지 않아 근접거리 만큼 구동축의 길이를 줄일 수 있으므로 모터의 최대 회전속도를 증가시켜 압축능력을 상승시킬 수 있다.

Claims

내부공간을 제공하는 케이싱, 상기 케이싱의 내부에 고정 설치되는 고정자, 상기 케이싱을 관통하며 그 외주면에는 상기 고정자에 대응하는 회전자가 구비된 구동축을 갖는 모터와; 상기 구동축에 연결되며 상기 모터의 구동시 상기 케이싱의 내부공간에 연통된 흡입구로부터 공기를 받아들여 압축하는 압축기를 포함하는 터어보압축기에 있어서,

상기 케이싱에는 외부의 공기를 상기 케이싱의 내부공간으로 받아들이는 유입관통구가 마련되며,

상기 유입관통구로 유입된 외부의 공기는 상기 고정자의 외측부를 경유하면서 열교환을 수행한 후 상기 압축기의 흡입구를 통해 상기 압축기의 내부로 흐르도록 상기 터어보압축기의 내부에 공기유로가 형성되는 터어보압축기.
제 1항에 있어서,

상기 고정자의 외측부에는 상기 유입관통구를 통해 유입되어 상기 압축기로 흐르는 공기에 의해 냉각되는 다수의 냉각핀이 구비된 터어보압축기.
제 2항에 있어서,

상기 케이싱은;

상기 구동축을 그 중앙부로 통과시키며 상기 압축기에 대향하는 전면부와, 상기 전면부의 후방에 위치하며 중앙부로 상기 구동축을 통과시키는 후면부와, 상기 전면부와 상기 후면부의 테두리부에 양단이 이어져 상기 내부공간을 이루는 측벽부로 이루어지고,

상기 전면부에는 상기 유입관통구를 통해 상기 케이싱의 내부공간으로 유입된 공기를 내보내는 유출관통구가 형성되되, 상기 유입관통구와 상기 유출관통구는 상기 냉각핀을 사이에 두고 서로 반대측에 위치하는 터어보압축기.
제 3항에 있어서,

상기 유출관통구는 상기 구동축을 중심으로 하는 두 개 이상의 부채꼴형 구멍인 터어보압축기.
제 3항에 있어서,

상기 전면부와 상기 압축기의 사이에는 상기 유출관통구를 통과한 공기를 상기 압축기의 흡입구측으로 유도하는 가이드면을 갖는 가이드블록이 더 구비된 터어보압축기.
제 3항에 있어서,

상기 유입관통구는 상기 후면부에 적어도 하나의 개수로 형성되고,

상기 후면부에는 상기 유입관통구를 그 내부에 포함하며 상기 케이싱의 후방으로 연장된 커버케이싱이 설치되는 터어보압축기.