KR102634155B1 - 회전 기기 - Google Patents

회전 기기 Download PDF

Info

Publication number
KR102634155B1
KR102634155B1 KR1020190061244A KR20190061244A KR102634155B1 KR 102634155 B1 KR102634155 B1 KR 102634155B1 KR 1020190061244 A KR1020190061244 A KR 1020190061244A KR 20190061244 A KR20190061244 A KR 20190061244A KR 102634155 B1 KR102634155 B1 KR 102634155B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
flow path
scroll
bearing
rotor
impeller
Prior art date
Application number
KR1020190061244A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20200134966A (ko
Inventor
임강수
이태욱
김진태
최종원
Original Assignee
한화파워시스템 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한화파워시스템 주식회사 filed Critical 한화파워시스템 주식회사
Priority to KR1020190061244A priority Critical patent/KR102634155B1/ko
Publication of KR20200134966A publication Critical patent/KR20200134966A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102634155B1 publication Critical patent/KR102634155B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/02—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine
    • H02K9/04—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium
    • H02K9/06—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium with fans or impellers driven by the machine shaft
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/08—Structural association with bearings
    • H02K7/083—Structural association with bearings radially supporting the rotary shaft at both ends of the rotor

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기는 하우징, 하우징에 구비되는 임펠러, 하우징의 전면으로 상기 임펠러의 주변에 구비되는 스크롤, 하우징 내에 구비되되 임펠러의 후면에 배치되어 회전 가능하게 구비되는 로터 및 하우징 내에 배치되며, 로터를 둘러싸도록 배치되는 스테이터, 로터의 회전축의 수직한 방향으로 배치되는 제1 베어링과, 로터의 회전축 방향으로 배치되는 제2 베어링을 구비하는 베어링 부재를 포함하고, 스크롤에는 임펠러의 회전 방향에 따라 냉각유체가 유동되는 스크롤 유로와, 스크롤 유로에서 수직한 방향으로 유로를 형성하며, 스크롤 유로에서 분기되어 상기 냉각 공기를 베어링 부재와 스테이터 측으로 유동시키는 스크롤 분기유로가 형성될 수 있다.
또한, 상기와 같은 회전 기기는 실시예에 따라 다양하게 구현될 수 있다.

Description

회전 기기{Rotating device}
본 발명은 회전 기기에 관한 것으로서, 예컨대 스크롤에서 유동되는 공기의 일부를 상기 스크롤에서 유동되는 공기의 주 유로 방향과 수직한 방향으로 회전 기기의 내측으로 냉각 공기를 유입시키는 유로를 형성하여 회전 기기의 내부 구조물들에서 발생되는 열을 냉각시킬 수 있도록 하는 회전 기기에 관한 것이다.
고성능, 고출력 전기기기의 개발요구에 따라 발전기, 전동기 등과 같은 회전기기가 제공된다. 이러한 회전 기기는 로터-베어링 구조를 가지는 산업용 압축기, 펌프나 차량용 공기 공급 장치를 포함할 수 있다. 이러한 회전 기기에 구동을 제공하기 위해 영구 자석을 내장하는 회전체가 모터에 의해 회전되게 구비될 수 있다. 또한, 상기의 회전 기기가 구동되는 경우, 상기 회전 기기에는 회전 기기의 구조에 의해 모터 및 상기 모터의 회전과 관련된 구성물, 예를 들어 에어 포일 베어링, 베어링 디스크 등에서 발생되는 마찰열 등을 냉각하기 위한 냉각 유로가 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 냉각 유로는 상기 회전 기기의 임펠러 후단을 통해 냉각유체가 유입되어 다단의 래비린스 씰을 통과하여 상기 베어링 및 상기 모터 등의 주변부의 유로를 유동하면서 로터의 전방에 회전 축에 수직한 방향으로 위치한 에어 포일 베어링(예: 트러스트 에어 포일 베어링)과, 회전 축 방향으로 배치된 에어 포일 베어링(예: 레디얼 에어 포일 베어링)의 전방 영역 및 로터를 냉각하도록 구비될 수 있다.
그러나, 회전기기의 모터나 베어링 등에는 많은 양의 열이 발생되는데, 일정한 온도 이하로 냉각하기 위해 많은 냉각용 공기(이하 '냉각 공기'라 통칭함.)가 필요하나, 상기 임펠러의 후단을 통해 소정 유입되는 냉각 공기로는 충분한 냉각을 할 수 없으며, 이에 따른 압축기 성능이 저하되는 문제점이 발생될 수 있다.
따라서, 회전 기기에서 스크롤을 통해 유동되는 냉각 공기의 일부를 회전 기기의 내부로 누술되도록 유로를 형성하여 베어링이나 모터(예: 로터 및/또는 스테이터)의 충분한 냉각은 물론 압축기 성능 저하를 방지할 수 있는 회전기기의 필요성이 요구되고 있다.
한국 공개특허공보 10-2017-0061507호 (2017.06.05)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 회전 기기의 스크롤의 내측 유로를 통해 유동되는 냉각 공기의 일부를 상기 회전 기기의 내부의 모터(예: 로터 및/또는 스테이터)와 베어링 부재 측으로 유입되도록 하여 베어링, 예컨대 에어 포일 베어링(트러스트 에어 포일 베어링 및 라디얼 에어 포일 베어링)과 로터 및 스테이터 사이에서 발생되는 고온의 마찰열을 냉각할 수 있도록 하는 회전 기기를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 스크롤의 내측 유로에서 유동되는 냉각 공기의 일부가 회전 기기의 내측으로 유입될 때, 스크롤에서 유출되는 냉각 공기에 의한 스크롤 손실을 증가시키지 않으면서 스크롤 내측의 냉각 공기의 유동 시 발생되는 스크롤 유로의 폐색(blockage)의 양을 줄여 손실량을 줄이면서 임펠러의 후면에서 냉각 공기가 유입될 때 임펠러 후류에서 유동 불안정성을 발생시키는 회전 실속(rotating stall)을 지연시킬 수 있는 회전 기기를 제공하고자 한다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 회전 기기의 냉각 유로를순환하는 냉각 공기의 유량 손실을 방지할 수 있는 회전 기기를 제공하고자 한다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기는,
하우징;
상기 하우징에 구비되는 임펠러;
상기 하우징의 전면으로 상기 임펠러의 주변에 구비되는 스크롤;
상기 하우징 내에 구비되되 상기 임펠러의 후면에 배치되어 회전 가능하게 구비되는 로터; 및
상기 하우징 내에 배치되며, 상기 로터를 둘러싸도록 배치되는 스테이터;
상기 로터의 회전축의 수직한 방향으로 배치되는 제1 베어링과, 상기 로터의 회전축 방향으로 배치되는 제2 베어링을 구비하는 베어링 부재를 포함하고,
상기 스크롤에는 상기 임펠러의 회전 방향에 따라 냉각유체가 유동되는 스크롤 유로와, 상기 스크롤 유로에서 수직한 방향으로 유로를 형성하며, 상기 스크롤 유로에서 분기되어 상기 냉각 공기를 상기 베어링 부재와 상기 스테이터 측으로 유동시키는 스크롤 분기유로가 형성될 수 있다.
상기 스크롤 분기유로에는 상기 스크롤의 후면에서 상기 하우징의 내측으로 회전축 방향과 동일 방향으로 형성되어 상기 냉각 공기가 유입되는 유입 유로가 형성될 수 있다.
상기 유입 유로는 상기 스크롤 유로에서 상대적으로 압력이 높은 위치에 형성될 수 있다.
상기 스크롤 분기유로는,
상기 유입 유로에서 상기 회전축의 수직한 방향으로 형성되는 메인 유로; 및
상기 메인 유로의 단부에서 상기 스테이터 및 상기 베어링 부재 측으로 분기되어 상기 스테이터 및 상기 베어링으로 각각 냉각 유로를 형성하는 순환 유로를 포함할 수 있다.
상기 순환 유로는,
상기 스테이터로 유입되어 유로를 형성하는 제1 순환 유로; 및
상기 베어링 부재 측으로 유입되어 유로를 형성하는 제2 순환 유로를 포함할 수 있다.
상기 제2 순환 유로는 상기 제1 베어링에서 재분기되어 상기 제1 베어링을 기준으로 서로 다른 방향으로 유로를 형성할 수 있다.
상기 제2 순환 유로는,
상기 제1 베어링의 후면으로 유입되어 상기 제2 베어링 및 상기 로터의 둘레를 따라 유로를 형성하는 제1 분기 유로; 및
상기 제1 베어링의 전면으로 유입되어 상기 임펠러의 후면을 통해 상기 스크롤로 재 유입되는 제2 분기 유로를 포함할 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 일 실시예들에 따른 회전 기기는, 스크롤의 내측의 스크롤 유로에서 유동되는 냉각 공기의 일부를 상기 하우징의 내측으로 유입시키되, 상기 스크롤 유로에서 가장 높은 압력을 형성한 부분에서 상기 스크롤 유로에서 공기의 유동 방향과 수직한 방향으로 구성하여 스크롤 유로의 내부 유동으로 인한 공기의 폐색(blockage)의 양을 줄여 손실량을 줄일 수 있으며, 임펠러의 후면에서 냉각 공기가 유입될 때 임펠러 후류에서 유동 불안정성을 발생시키는 회전 실속(rotating stall)을 지연시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기는, 회전 기기의 스크롤의 내측 유로를 통해 유동되는 공기의 일부를 상기 회전 기기의 내부의 모터(예: 로터 및/또는 스테이터)와 베어링 부재 측으로 유입되도록 하여 임펠러에서 유입되는 냉각 공기를 통한 냉각과 더불어 베어링, 예컨대 에어 포일 베어링(트러스트 에어 포일 베어링 및 라디얼 에어 포일 베어링)과 로터 및 스테이터 사이에서 발생되는 고온의 마찰열을 냉각할 수 있는 충분한 냉각 공기를 제공할 수 있고, 발생되는 열을 충분히 냉각할 수 있어 냉각 공기의 유출로 인한 압축기 성능 저하를 방지하는 이점이 있다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기의 개략적인 분리 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기에서 스크롤을 통한 회전 기기 내측의 냉각 공기의 유로를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기에서, 스크롤을 통한 회전 기기 내측의 냉각 공기의 유로를 개략적으로 나타내는 부분 단면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 일부 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예의 구성을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기(100)의 개략적인 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기(100)의 개략적인 분리 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기(100)는 하우징(110)과, 스크롤(120), 임펠러(130), 로터(140), 스테이터(150), 베어링 부재(160) (예: 제1 베어링(162) 및 제2 베어링(161))를 포함할 수 있으며, 이와 함께 지지 디스크(170) 및 래비린스 씰(161)등을 더 포함하여 구비될 수 있다.
상기 하우징(110)의 내부 공간에는 상기 로터(140)와 상기 스테이터(150)가 수용될 수 있다. 예를 들어 상기 내부 공간은 상기 로터(140)를 수용하는 제1 공간(111a)과 상기 스테이터(150)를 수용하는 제2 공간(111b)(110b)을 형성할 수 있다.
상기 제1 공간(111a)은 상기 하우징(110)의 축 방향을 관통하여 형성될 수 있고, 상기 제1 공간(111a)에는 로터(140)가 회전 가능하게 수용될 수 있다. 상기 제2 공간(111b)(110b)은 상기 제1 공간(111a)의 주변 둘레에 위치되면서 상기 스테이터(150)가 수용될 수 있다. 상기 제1 공간(111a)과 상기 제2 공간(111b)(110b)과 이웃하여 별도의 공간으로 로터(140) 등에서 발생되는 열을 발열시킬 수 있는 작동 유체가 수용되는 수용 공간('냉각 챔버'라고도 함.)이 더 형성될 수 있다.
상기 임펠러(130)는 상기 하우징(110)에 구비되되, 상기 하우징(110)의 전면에 구비될 수 있고, 작동 유체의 압축 작용을 위해 고속으로 회전 가능하게 구비될 수 있다. 예컨대, 상기 임펠러(130)는 후술하는 로터(140)에서 회전력을 전달받아 회전하면서 가스를 가압하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 임펠러(130)는 상기 로터(140)의 전면에 돌출되는 상기 결합 로드에 결합되어 상기 로터(140)와 연결될 수 있고, 상기 로터(140)의 회전력을 전달받도록 구비될 수 있다. 상기 임펠러(130)는 체결 부재에 의해 상기 결합 로드에 회전 가능하게 고정 결합될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 스크롤(120)('나선 케이스'라고도 함.)은 상기 하우징(110)의 일단, 구체적으로 전면으로 상기 임펠러(130)의 주변에 구비될 수 있다. 상기 스크롤(120)은 상기 하우징(110)의 일면에 결합되어 냉각 유체, 예를 들어 냉각 공기의 이동 경로를 제공하도록 구비될 수 있다. 상기 스크롤(120)은 냉각 공기를 유입하는 유입구와, 배출하는 토출구(122) 및 이동 경로를 이송관(123)을 포함할 수 있다. 상기 하우징(110)과 상기 스크롤(120)은 축을 중심으로 대칭적인 형상으로 형성될 수 있다.
상기 스크롤(120)의 이송관(123) 및 이송관(123)에서 유동되는 냉각 공기, 상기 이송관(123)에서 유동되는 냉각 공기의 일부가 상기 하우징(110)으로 유입되는 유로의 구체적인 구조는 후술할 수 있다.
상기 로터(140)는 상기 제1 공간(111a)에 축 방향으로 실장되며, 축 방향을 중심으로 회전되도록 구비될 수 있다. 상기 결합 로드는 축 방향으로 형성될 수 있다. 상기 로터(140)는 상기 축 방향으로 형성된 상기 결합 로드를 통해 상기 임펠러(130)에 결합될 수 있고, 상기 하우징(110)의 내부에서 발생되는 회전 동력을 상기 임펠러(130)로 전달할 수 있다.
상기 로터(140)는 상기 하우징(110) 내에 마련된 후술하는 스테이터(150)와의 전자기적인 상호 작용을 통해 입력된 전기적 에너지로부터 소정의 회전력을 발생시킨다.
상기 로터(140)는 상기 스테이터(150)와의 구동을 통해 로터(140)와 스테이터(150) 사이, 또는 로터(140)와 베어링 부재(160)사이에서 고온의 열이 발생될 수 있는데, 상기 회전 기기(100)에는 상기 회전 기기(100)의 구동으로 발생되는 고온의 열을 냉각하기 위한 냉각 공기의 냉각 유로가 형성될 수 있다. 상기 냉각 유로에 대한 구체적인 경로나 구조는 후술할 수 있다.
상기 결합 로드는 상기 로터(140)와 상기 임펠러(130)를 결합하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 결합 로드에는 상기 베어링 부재(160)에서 후술하는 제2 베어링(161)이 회전 가능하게 결합될 수 있다. 상기 결합 로드의 단부에는 나사산이 형성될 수 있다. 상기 결합 로드의 단부에는 상기 임펠러(130)를 상기 결합 로드에 결합시키는 너트와 같은 체결 부재가 결합될 수 있는데, 상기 나사산을 통해 상기 체결 부재가 상기 결합 로드의 단부에 결합될 수 있다.
상기 스테이터(150)에 입력된 구동 전류에 따라 상기 스테이터(150)가 변화하는 자력을 형성함에 따라 상기 로터(140)가 고속으로 회전될 수 있다. 이러한 로터(140)의 고속 회전은 로터(140)를 수용하는 상기 하우징(110)의 양 단부에 설치되어 있는 전방측 라디얼 베어링(161a) 및 후방측 라디얼 베어링(161b)과, 하우징(110)의 일단부에 인접하게 설치되어 있는 제2 베어링(162, '쓰러스트 베어링'에 해당됨)에 의해 지지될 수 있다.
상기 스테이터(150)는 도시되진 않았으나, 권선부와 코어부를 포함할 수 있다. 상기 스테이터(150)에는 가동 신호로서 상기 스테이터(150)에 구동 전류가 입력될 수 있고, 상기 스테이터(150)는 상기 로터(140), 구체적으로 상기 영구 자석(133) 간의 전자기적인 상호 작용할 수 있다. 이로 인해 상기 결합 로드는 회전하게 되고, 이와 동축으로 연결된 상기 임펠러(130)가 입력 전류에 따라 정해진 회전 속도로 구동될 수 있다.
상기 베어링 부재(160)는 상기 로터(140)와 상기 하우징(110) 간의 마찰을 완화시키는 기능을 수행하면서, 상기 로터(140)의 회전을 시 상기 로터(140)를 지지하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 베어링 부재(160)는 제1 베어링(162)과 제2 베어링(161)을 포함할 수 있다.
상기 제1 베어링(162)은 상기 로터(140)의 회전축(Ax)의 수직한 방향으로 배치될 수 있고, 상기 제2 베어링(161)은 상기 로터(140)의 회전축(Ax)의 방향으로 배치될 수 있다.
상기 제1 베어링(152)은 쓰러스트 베어링으로서, 에어 포일 베어링을 포함하여 구비될 수 있다. 상술하였듯이 상기 제1 베어링(162)은 상기 로터(140)의 회전축(Ax)과 수직한 방향으로 배치될 수 있다. 상기 제1 베어링(162)은 상기 임펠러(130)의 축 방향 하중을 흡수하도록 구비될 수 있다. 또한, 상기 제2 베어링(161)은 축 방향 하중에 대항할 수 있는 유체 압력을 제공받을 수 있도록 충분한 면적을 가지도록 형성되는 것이 바람직할 것이다.
상기 제2 베어링(161)은 라디얼 베어링으로서, 에어 포일 베어링을 포함하여 구비될 수 있다. 상술하였듯이 상기 제2 베어링(161)은 상기 로터(140)의 회전축(Ax) 방향으로 배치될 수 있다. 상기 제2 베어링(161)은 상기 로터(140)와 사이에 소정의 베어링 간극을 유지하면서 상기 로터(140)의 반경 방향 하중을 지지하도록 구비될 수 있다. 상기 제2 베어링(161)은 상기 로터(140)를 수용하는 제1 공간(111a)의 전방 및 후방에 각각 설치될 수 있다. 예컨대, 상기 제1 공간(111a)의 전방에는 전방측 라디얼 베어링(151a)이 구비될 수 있고, 상기 제1 공간(111a)의 후방에는 후방측 라디얼 베어링(151b)이 구비될 수 있다.
일 실시예에 따른 제1 베어링(162) 및 제2 베어링(161)은 에어 포일 베어링을 포함하여 구비되는 것은 예를 들어 설명하나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 상기 제1 베어링(162)은 상기 로터(140)의 진동을 억제하기 위해 적정 규격을 가지면서 상기 로터(140)의 반경 반향 하중을 지지할 수 있는 구성이라면 얼마든지 변경이나 변형이 가능할 것이다.
상기 지지 디스크(170)는 상기 하우징(110)에 고정 결합되어 상기 로터(140)의 일단을 지지하는 기능을 수행할 수 있다. 즉, 상기 로터(140)는 상기 지지 디스크(170)에 의해 지지되어 상기 하우징(110)에 대하여 회전하도록 구비될 수 있다. 상기 지지 디스크(170)의 중앙부로 상기 로터(140)와 결합되는 부분에는 실링 부재가 더 포함될 수 있다. 상기 실링 부재는 상기 로터(140)와 상기 임펠러(130) 사이에서 상기 임펠러(130)에서 가압된 가스가 상기 하우징(110)의 내부, 예컨대 공간 등으로 유입되는 것을 제한하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 실링 부재는 래비린스 씰(171)과 차폐 링(172)을 포함할 수 있다. 상기 래비린스 씰(171)은 상기 지지 디스크(170)의 일면에 부착될 수 있고, 상기 로터(140)는 상기 래비린스 씰(171)을 관통하여 상기 지지 디스크(170)에 지지될 수 있다.
상기의 구조를 가지는 회전 기기(100)에는 회전 기기(100)의 구동 중에 발생되는 열을 냉각시키기 위한 냉각 유체('냉각 공기'로 통일함.)의 유로가 형성될 수 있다.
특히, 본원 발명의 일 실시예에서는 다양한 냉각 유로와 더불어 스크롤(120)의 이송관(123)에서 이송되는 고압의 냉각 공기를 상기 회전 기기(100)의 내측, 구체적으로 로터(140)와 베어링 부재(160) 측으로 유입시켜 냉각시킬 수 있는 냉각 유로를 형성할 수 있다. 상기 스크롤(120)의 냉각 공기 유입을 통한 냉각 유로는 이하의 도 3 내지 도 5를 참조하여 구체적으로 설명할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기(100)의 개략적인 단면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기(100)에서 스크롤(120)을 통한 회전 기기(100) 내측의 냉각 공기의 유로를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기기(100)에서, 스크롤(120)을 통한 회전 기기(100) 내측의 냉각 공기의 유로를 개략적으로 나타내는 부분 단면도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 상술한 바와 같이 상기 회전 기기(100)의 다양한 냉각 유로 중 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 회전 기기(100)에는 상기 회전 기기(100)의 구동 중에 발생되는 열을 냉각시키기 위해 상기 스크롤(120)의 이송관(123)에서 유동되는 고압의 냉각 공기 중 일부를 상기 회전 기기(100) 내측으로 유입시켜 냉각 유체('냉각 공기'로 통일함.)의 유로가 형성될 수 있다.
구체적으로 상기 스크롤(120)의 유입구와 토출구(122) 사이에는 냉각 공기가 유동되는 이송관(123)이 형성될 수 있다. 상기 이송관(123)에는 스크롤 유로(SP) 및 스크롤 분기유로(AP)가 형성될 수 있다.
상기 스크롤 유로(SP)는 상기 이송관(123)을 따라 유입구와 토출구(122) 사이의 냉각 공기의 유로이다.
상기 스크롤 분기유로(AP)는 상기 스크롤 유로(SP)의 소정위치에서 분기되어, 상기 스크롤 유로(SP)에서 유동되는 상기 냉각 공기의 일부가 유입되어 상기 베어링 부재(160)와 상기 스테이터(150) 측으로 유동되는 유로이다.
상기 스크롤 분기유로(AP)는 유입 유로(AP1), 메인 유로(AP2), 순환 유로(AP3)를 포함할 수 있다.
상기 유입 유로(AP1)는 상기 스크롤 유로(SP)에서 유동되는 냉각 공기의 유동 방향과 수직한 방향으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 유입 유로(AP1)는 상기 스크롤(120)의 후면에서 상기 하우징(110)의 내측으로 상기 회전축(Ax) 방향과 동일 방향으로 형성되어 상기 냉각 공기가 유입되도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 유입 유로(AP1)의 위치는 상기 스크롤 유로(SP)에서 상대적으로 압력이 높게 형성되는 지점에 위치될 수 있다.
상기 유입 유로(AP1)가 상기 스크롤 유로(SP)에서 상기 냉각 공기의 유동 방향과 수직한 방향으로 형성됨은 물론 상기 스크롤 유로(SP)에서 상대적으로 압력이 높은 지점에 위치됨에 따라 상기 유입 유로(AP1)로 누설되는 상기 냉각 공기의 양은 상기 로터(140) 및 상기 베어링 부재(160) 측을 냉각시킬 수 있는 충분한 양이 유입될 수 있다.
또한, 상기 스크롤 유로(SP)는 소용돌이 튜브(vortex tube) 형상으로 형성되어 상기 냉각 공기가 스크롤 유로(SP)를 유동하면서 스크롤(120) 내부 벽면과의 충돌 등으로 인한 상기 냉각 공기의 폐색(blockage)이 발생되는데, 상기 유입 유로(AP1)의 형성에 의해 상기 냉각 공기의 폐색 양이 줄어 상기 냉각 공기의 손실량을 줄일 수 있게 된다.
상기 메인 유로(AP2)는 상기 유입 유로(AP1)에서 상기 회전축(Ax)의 수직한 방향으로 형성되어 상기 유입 유로(AP1)를 통해 유입된 상기 냉각 공기가 상기 스테이터(150) 및 상기 베어링 부재(160) 측으로 유동되기 위한 유로이다.
상기 순환 유로(AP3)는 상기 메인 유로(AP2)의 단부에서 상기 스테이터(150) 및 상기 베어링 부재(160) 측으로 분기되어 상기 스테이터(150) 및 상기 베어링으로 각각 냉각 유로를 형성할 수 있다.
상기 순환 유로(AP3)는 제1 순환 유로(AP31)와 제2 순환 유로(AP32)로 분기될 수 있다.
구체적으로 상기 제1 순환 유로(AP31)는 상기 스테이터(150)로 유입되도록 상기 메인 유로(AP2)에서 분기되는 유로로서, 상기 스테이터(150)의 주변 둘레를 유동하는 유로를 형성할 수 있다. 상기 유입 유로(AP1)에서 상기 메인 유로(AP2)로 유동되는 상기 냉각 공기는 상기 제1 순환 유로(AP31)로 유입 및 순환되면서 상기 스테이터(150)의 구동에 따른 열을 냉각시킬 수 있다.
상기 제2 순환 유로(AP32)는 상기 베어링 부재(160) 측으로 형성되는 유로로서, 상기 메인 유로(AP2)에서 분기된 후, 상기 베어링 부재(160)의 주변둘레 및 상기 로터(140)의 주변 둘레에 형성되어, 상기 냉각 공기가 상기 제2 순환 유로(AP32)로 유동되면서 상기 베어링 부재(160) 및 상기 로터(140)에서 발생되는 열을 냉각시키도록 구비될 수 있다.
상기 제2 순환 유로(AP32)는 상기 베어링 부재(160) 측으로 유입되되, 구체적으로 상기 제1 베어링 측으로 유동되는 유로를 형성할 수 있다. 상기 제2 순환 유로(AP32)는 상기 제1 베어링 측으로 유입되는 유로를 형성한 후, 상기 제1 베어링을 중심으로 서로 다른 방향으로 다시 분기되는 유로를 형성할 수 있다.
상기 제2 순환 유로(AP32)는 제1 분기 유로(AP321)와 상기 제2 분기 유로(AP322)를 포함할 수 있다.
상기 제1 분기 유로(AP321)는 상기 제1 베어링에서 상기 제1 베어링의 후면으로 형성되어, 상기 제2 베어링(161) 및 상기 로터(140)의 둘레를 따라 유로를 형성하는 유로이다. 상기 제1 분기 유로(AP321)로 유입된 상기 냉각 공기는 상기 제1 베어링의 후면, 제2 베어링(161) 및 상기 로터(140)의 주변 둘레를 따라 유동되면서 상기 제1 베어링, 상기 제2 베어링(161) 및 상기 로터(140)에서 발생되는 열을 냉각시킬 수 있다.
상기 제2 분기 유로(AP322)는 상기 제1 베어링(162)에서 상기 제1 베어링(162)의 전면으로 형성되어, 상기 제1 베어링(162) 및 상기 임펠러(130) 후면 측으로 유로를 형성하는 유로이다. 상기 제2 분기 유로(AP321)로 유입된 냉각 공기는 상기 제1 베어링(162)의 전면 및 상기 임펠러(130) 후면을 따라 유동되면서 상기 제1 베어링(162) 및 상기 임펠러(130)에서 발생되는 열을 냉각시키고, 상기 스크롤(120)로 재 유입되도록 구비될 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 스크롤(120)의 이송관(123)을 따라 유동되는 냉각 공기의 일부를 회전 기기(100)의 내측으로 누설되게 유동로를 형성함으로써, 베어링 부재(160)나 로터(140) 및 스테이터(150)에서 발생되는 고온의 열을 냉각시키기에 충분한 냉각 공기를 제공할 수 있다. 또한, 스크롤(120)의 내부 이송관(123)에서 유동되는 냉각 공기의 일부가 상기 스크롤 분기유로(AP)로 유입되어도 스크롤(120) 내측에서 상대적으로 높은 압력을 가지는 부분에 상기 스크롤 분기유로(AP)가 형성됨은 물론 상기 스크롤 분기유로(AP)가 이송관(123)에서 냉각 공기가 유동되는 방향과 수직한 방향으로 형성됨에 따라 누설에 따른 손실은 증가되는 것을 방지할 수 있다.
이상, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.
100: 회전 기기 110: 하우징
120: 스크롤 130: 임펠러
140: 로터 150: 스테이터
160: 베어링 부재 161: 제2 베어링
161a; 전방측 라디얼 베어링 161b: 후방측 라디얼 베어링
162: 제1 베어링 170: 지지 디스크
171: 래비린스 씰 172: 차폐 링
SP: 스크롤 유로 AP: 스크롤 분기유로
AP1: 유입 유로 AP2: 메인 유로
AP3: 순환 유로 AP31: 제1 순환 유로
AP32: 제2 순환 유로 AP321: 제1 분기 유로
AP322: 제2 분기 유로

Claims (7)

  1. 하우징;
    상기 하우징에 구비되는 임펠러;
    상기 하우징의 전면으로 상기 임펠러의 주변에 구비되는 스크롤;
    상기 하우징 내에 구비되되 상기 임펠러의 후면에 배치되어 회전 가능하게 구비되는 로터; 및
    상기 하우징 내에 배치되며, 상기 로터를 둘러싸도록 배치되는 스테이터;
    상기 로터의 회전축의 수직한 방향으로 배치되는 제1 베어링과, 상기 로터의 회전축 방향으로 배치되는 제2 베어링을 구비하는 베어링 부재를 포함하고,
    상기 스크롤에는 상기 임펠러의 회전 방향에 따라 냉각유체가 유동되는 스크롤 유로와, 상기 스크롤 유로에서 수직한 방향으로 유로를 형성하며, 상기 스크롤 유로에서 분기되어 상기 냉각유체를 상기 베어링 부재와 상기 스테이터 측으로 유동시키는 스크롤 분기유로가 형성되며,
    상기 스크롤 분기유로는,
    상기 스크롤의 후면에서 상기 하우징의 내측으로 회전축 방향과 동일 방향으로 형성되어 상기 냉각유체가 유입되는 유입 유로;
    상기 유입 유로에서 상기 회전축의 수직한 방향으로 형성되는 메인 유로; 및
    상기 메인 유로의 단부에서 상기 스테이터 및 상기 베어링 부재 측으로 분기되어 상기 스테이터 및 상기 베어링으로 각각 냉각 유로를 형성하는 순환 유로를 포함하는 회전 기기.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 유입 유로는 상기 스크롤 유로에서 상대적으로 압력이 높은 위치에 형성되는 회전 기기.
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서, 상기 순환 유로는,
    상기 스테이터로 유입되어 유로를 형성하는 제1 순환 유로; 및
    상기 베어링 부재 측으로 유입되어 유로를 형성하는 제2 순환 유로를 포함하는 회전 기기.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 순환 유로는 상기 제1 베어링에서 재분기되어 상기 제1 베어링을 기준으로 서로 다른 방향으로 유로를 형성하는 회전 기기.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 제2 순환 유로는,
    상기 제1 베어링의 후면으로 유입되어 상기 제2 베어링 및 상기 로터의 둘레를 따라 유로를 형성하는 제1 분기 유로; 및
    상기 제1 베어링의 전면으로 유입되어 상기 임펠러의 후면을 통해 상기 스크롤로 재 유입되는 제2 분기 유로를 포함하는 회전 기기.
KR1020190061244A 2019-05-24 2019-05-24 회전 기기 KR102634155B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190061244A KR102634155B1 (ko) 2019-05-24 2019-05-24 회전 기기

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190061244A KR102634155B1 (ko) 2019-05-24 2019-05-24 회전 기기

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200134966A KR20200134966A (ko) 2020-12-02
KR102634155B1 true KR102634155B1 (ko) 2024-02-05

Family

ID=73792007

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190061244A KR102634155B1 (ko) 2019-05-24 2019-05-24 회전 기기

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102634155B1 (ko)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101324226B1 (ko) * 2008-09-22 2013-11-20 삼성테크윈 주식회사 유체 과급 장치
KR20160097884A (ko) * 2015-02-10 2016-08-18 한온시스템 주식회사 연료전지 차량용 공기 블로어
KR102286835B1 (ko) 2015-11-26 2021-08-05 현대자동차주식회사 차량용 공기 압축기

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200134966A (ko) 2020-12-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11242858B2 (en) Rotary device
KR101847165B1 (ko) 에어포일 베어링을 장착한 터보블로워의 냉각 유로 구조
US10001139B2 (en) Electric coolant pump
KR101965248B1 (ko) 연료 전지용 공기 공급 장치
JP2018526571A (ja) 直結駆動型のデュアルターボブロワー冷却構造
KR101324226B1 (ko) 유체 과급 장치
US20150008771A1 (en) Motor having cooling means
US10036404B2 (en) Turbo machine system
JPH04231607A (ja) 一体の動力ユニット装置
KR20200140063A (ko) 회전 기기
KR101372320B1 (ko) 터보기계
JP2000303986A (ja) 一体型モータポンプ
JP3918432B2 (ja) 電動機で直接駆動する２段遠心圧縮機
JP7399279B2 (ja) 一体型でモジュール式のモータまたは発電機、並びに同軸の流体流れを備える小型でモジュール式のポンプまたはタービン
KR102634155B1 (ko) 회전 기기
KR101246337B1 (ko) 축 냉각장치
KR101705784B1 (ko) 축하중 저감 구조를 갖는 터보블로어
CN108779800B (zh) 用于涡轮机械的磁性轴承
KR101327266B1 (ko) 대칭형 증기 터빈 기반 발전 장치 및 방법
KR102634106B1 (ko) 회전 기기
CN113556016A (zh) 电机与离心压缩机集成装置
KR101372322B1 (ko) 터보기계
JP3749353B2 (ja) 回転圧縮機システム
KR102634114B1 (ko) 회전 기기
JP2019173615A (ja) 回転機械

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant