KR20000003085A - 터보 압축기의 간극누설 저감구조 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 터보 압축기의 간극누설 저감구조에 관한 것으로, 종래에는 각 임펠러의 흡입시 인듀서쪽의 압력이 디퓨져쪽의 압력에 비해 상대적으로 저압이 되고, 각 임펠러의 날개차와 압축실의 슈라우드 사이에는 일정한 공차가 유지되므로, 이 공차를 통해 냉매가스가 고압부인 디퓨져쪽에서 저압부인 인듀서쪽으로 역류하게 되는 압축냉매의 간극누설이 발생되어 압축기 효율이 저하되는 문제점이 있었던 바, 본 발명에서는 냉매가스를 흡입하여 토출하는 임펠러의 날개차 바깥쪽에 슈라우드가 날개차와 일정한 간극을 두고 감싸지며, 그 슈라우드의 내주면에 수개의 압축가스 누설방지홈을 형성하여 구성함으로써, 상기 슈라우드와 각 날개차간의 일정 공차를 유지하면서도 압축되어진 냉매가스가 디퓨져쪽에서 인듀서쪽으로 역류하는 것을 최소한으로 줄여 압축냉매의 간극누설을 감소시키므로 압축기 효율을 상승시킬 수 있다.

Description

터보 압축기의 간극누설 저감구조

본 발명은 터보 압축기의 간극누설 저감구조에 관한 것으로, 특히 슈라우드의 내주면에 압축가스의 역류를 방지하기 위한 홈을 형성한 터보 압축기의 간극누설 저감구조에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 날개차나 로터의 회전운동 또는 피스톤의 왕복운동으로 공기나 냉매가스등의 기체를 압축하는 기계로서, 날개차나 로터 및 피스톤을 구동시키기 위한 동력발생부 및 그 동력발생부에서 전달된 구동력에 의해 기체를 흡입하여 압축하는 압축기구부로 이루어진다.

이러한, 압축기는 동력발생부와 압축기구부의 배치형태에 따라 밀폐형 또는 분리형으로 구분되는데, 그 중에서 동력발생부 및 압축기구부가 하나의 밀폐용기내에 함께 설치되는 밀폐형 압축기는 기체를 압축하는 구조에 따라 다시 회전식, 왕복동식, 리니어 그리고 스크롤 압축기 등으로 구분된다.

이 중에서 최근 소개되고 있는 터보 압축기는 모터의 구동력으로 임펠러를 회전시키고, 그 임펠러의 회전시 발생되는 원심력을 이용하여 기체를 흡입,압축시키는 것으로, 도 1은 종래 터보 압축기의 일례를 보인 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 종래의 2단 압축식 터보 압축기는, 통상 어큐뮬레이터(1)와 연통되는 제1 압축실(11) 및 통상 응축기(미도시)와 연통되는 제2 압축실(12)이 밀폐용기(10)의 양측에 각각 형성되어 있고, 그 밀폐용기(10)의 내측 중앙에는 비엘디시모터(Brushless DC MOTOR)(20)가 장착되는 모터실(13)이 형성되어 있으며, 상기 제1,제2 압축실(11,12) 및 모터실(13)은 제1,제2 가스유로(14,15)에 의해 서로 연통되어 있고, 상기 모터(20)에 결합되어 회전하는 구동축(30)의 양단은 각각 제1,제2 압축실(11,12)에 삽입되어 그 단부에는 각각 제1,제2 압축실(11,12)에서 회전하면서 흡입되는 가스를 2단으로 압축하기 위한 제1,제2 임펠러(40,50)가 결합되어 구성되어 있다.

또한, 상기 구동축(30)의 양측, 즉 모터(20)의 양측에는 그 구동축(30)의 반경방향을 지지하기 위한 레이디얼 베어링(60)이 각각 결합되어 있고, 그 레이디얼 베어링(60)의 외곽측에는 구동축(30)의 축방향을 지지하기 위한 스러스트 베어링(70)이 모터실(13)의 내주벽에 각각 결합되어 있다.

여기서, 상기 각 임펠러(40,50)는 냉매가스의 흡입형태에 따라 구동축(30)을 중심으로 역원뿔의 형태로 결합될 수도 있거니와, 그 반대로 원뿔의 형태로 결합될 수도 있으나, 상기의 두 가지 형태 모두 각 임펠러(40,50)가 대칭되게 결합되는 것은 동일하다.

이러한 각 임펠러(40,50)는 도 2에 도시된 바와 같이, 그 소구경측에서 대구경측으로 냉매가스를 흡입하여 토출시키는 다수개의 날개차(41,51)가 등간격으로 뒤틀려 각각 돌출 형성되어 있고, 상기 소구경측에는 냉매가스의 흡입을 유도하는 제1,제2 인듀서(42,52)가 각각 일체로 형성되어 있다.

또한, 상기 각 압축실(11,12)은 각 임펠러(40,50)로부터 토출되는 냉매가스의 운동에너지를 압력에너지로 변환시키기 위하여 단면적이 점진적으로 넓어지는 제1,제2 디퓨져(11a,12a) 및 제1,제2 볼류트(11b,12b)가 각 임펠러(40,50)의 대구경측에 인접되도록 연이어 형성되어 있고, 상기 각 임펠러(40,50)의 바깥쪽에는 통상적인 제1,제2 슈라우드(11c,12c)가 각각 설치되어 이루어져 있다.

도면중 미설명 부호인 10a는 토출구, 13a 및 13b는 냉매유통공이다.

상기와 같이 구성된 선출원의 2단 압축식 터보압축기는 다음과 같이 동작된다.

즉, 인가된 전원에 의해 모터부(20)에 유도자기가 발생되면, 그 유도자기에 의해 구동축(30)이 고속으로 회전을 개시함과 아울러 그 구동축(30)의 양단에 고정된 제1,제2 임펠러(40,50)가 회전을 하게 되고, 그 각 임펠러(40,50)의 회전에 의해 냉매가스가 순차적으로 각 압축실(11,12)로 흡입되었다가 각 임펠러(40,50)의 원심력에 의해 스크류형태로 뿌려져 각 디퓨져(11a,12a)를 거쳐 각 볼류트(11b,12b)로 유입되는데, 이때 제1 디퓨져(11a) 및 제1 볼류트(11b)를 거치면서 가압축되었다가 제2 디퓨져(12a) 및 제2 볼류트(12b)로 유입되는 과정에서 냉매가스는 압력수두의 상승으로 완전 압축되어 토출구(10a)를 통해 응축기(미도시)로 토출되는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래의 터보 압축기에 있어서는, 냉매가스가 인듀서(42,52)쪽에서 흡입되어 디퓨져(11a,12a)로 압축 토출되는 것으로, 이는 인듀서(42,52)쪽의 압력이 디퓨져(11a,12a)쪽의 압력에 비해 상대적으로 저압이 되고, 각 날개차(41,51)와 슈라우드(11c,12c)의 사이에는 일정한 공차가 유지되므로, 이 공차를 통해 냉매가스가 고압부인 디퓨져(11a,12a)쪽에서 저압부인 인듀서(42,52)쪽으로 역류하게 되는 압축냉매의 간극누설이 발생되어 압축기 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 터보 압축기가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 상기 슈라우드와 각 날개차간의 일정 공차를 유지하면서도 압축되어진 냉매가스가 디퓨져쪽에서 인듀서쪽으로 역류하는 것을 최소한으로 줄여 압축냉매의 간극누설을 감소시키므로 압축기 효율을 상승시킬 수 있는 터보 압축기의 간극누설 저감구조를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

도 1은 종래 터보 압축기의 일례를 보인 종단면도.

도 2는 도 1의 "A"부를 상세히 보인 종단면도.

도 3은 본 발명에 의한 터보 압축기에서 압축실을 상세히 보인 종단면도.

도 4는 본 발명에 의한 슈라우드를 보인 종단면도 및 측면에서 보인 정면도.

도 5는 본 발명에 의한 터보 압축기에서 압축실의 냉매흐름을 보인 부분 종단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 밀폐용기 110 : 압축실

111 : 디퓨져 112 : 슈라우드

112a : 압축가스 누설방지홈 200 : 임펠러

210 : 날개차 220 : 인듀서

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 냉매가스를 흡입하여 토출하는 임펠러의 날개차 바깥쪽에 슈라우드가 날개차와 일정한 간극을 두고 감싸지며, 그 슈라우드의 내주면에 수개의 압축가스 누설방지홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 간극누설 저감구조가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 터보 압축기의 간극누설 저감구조를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 의한 터보 압축기에서 압축실을 상세히 보인 종단면도이고, 도 4는 본 발명에 의한 슈라우드를 보인 종단면도 및 측면에서 보인 정면도이며, 도 5는 본 발명에 의한 터보 압축기에서 압축실의 냉매흐름을 보인 부분 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명의 터보 압축기는, 밀폐용기(100)의 내부 양측에 각각 압축실(이하, 편의상 제1 압축실을 기준으로 설명함)(110)이 형성되고, 그 각각의 압축실(110)에는 냉매가스를 순차적으로 흡입하여 토출시키는 임펠러(200)가 구동모터(미도시)에 일체된 구동축(300)에 각각 결합되어 회전가능하게 각각 삽입되는 것을 포함하여 구성된다.

상기 각 임펠러(200)는 구동축(300)을 중심으로 원뿔형으로 장착되는데, 이러한 각 임펠러(200)는 그 소구경측에서 대구경측으로 냉매가스를 흡입하여 토출시키는 다수개의 날개차(210)가 등간격으로 뒤틀려 각각 돌출 형성되고, 상기 소구경측에는 냉매가스의 흡입을 유도하는 인듀서(220)가 각각 일체로 형성된다.

또한, 상기 각 압축실(110)은 각 임펠러(200)로부터 토출되는 냉매가스의 운동에너지를 압력에너지로 변환시키기 위하여 단면적이 점진적으로 넓어지는 디퓨져(111) 및 제 볼류트(미도시)가 각 임펠러(200)의 대구경측에 인접되도록 연이어 각각 형성되고, 상기 각 임펠러(200)의 바깥쪽에는 통상적인 슈라우드(112)가 각각 형성된다.

여기서, 상기 각 슈라우드(112)의 내주면에는 임펠러(200)에서 디퓨져(111)쪽으로 토출되면서 원심력에 의해 압축되는 냉매가스가 상대적으로 저압부인 인듀서(220)쪽으로 역류하는 것을 방지하기 위한 수개의 압축가스 누설방지홈(112a)이 형성된다.

상기 압축가스 누설방지홈(112a)은 축중심으로부터 동심(同心)상에 서로 다른 직경의 환형홈으로 형성되고, 그 폭길이가 깊이보다 크게 형성되는 것이 바람직하다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

상기와 같은 본 발명의 간극누설 저감구조가 구비된 터보 압축기의 일반적인 동작은 종래와 동일하다.

즉, 밀폐용기(100)의 가스유로(미도시)를 통해 제1 임펠러(200)로 흡입된 냉매가스는 그 제1 임펠러(200)에 의해 제1 디퓨져(111) 및 제1 볼류트(미도시)로 토출되면서 원심력에 의해 1단 압축되고, 그 1단 압축된 가압축가스는 제2 가스유로(미도시)를 통해 제2 임펠러(미도시)로 흡입되어 다시 제2 디퓨져(미도시) 및 제2 볼류트(미도시)로 토출되면서 역시 원심력에 의해 2단 압축되었다가 냉동사이클장치의 응축기(미도시) 등으로 토출되는 것이다.

이때, 상기 각 임펠러(200)의 흡입측, 즉 인듀서(220)쪽의 냉매압은 각 임펠러(200)의 토출측, 즉 디퓨져(111) 및 볼류트(미도시)쪽의 냉매압에 비해 상대적으로 저압이 되어, 각 임펠러(200)에 의해 디퓨져(111) 및 볼류트(미도시)쪽으로 뿌려지듯이 토출되는 냉매가스의 일부가 고압부에서 저압부로 흐르는 유체의 특성상 슈라우드(112)와 날개차(210) 사이의 간극을 통해 인듀서(220)쪽으로 역류하게 되나, 그 역류되는 압축가스는 상기 슈라우드(112)에 형성된 압축가스 누설방지홈(112a)을 여러번 거치면서 점차로 압력이 낮아져 각 누설방지홈(112a)에 잔류하게 되므로, 실제로 인듀서(220)까지 역류되는 압축가스의 양은 현저하게 감소되는 것이다.

이렇게, 상기 각 인듀서(220)를 통해 임펠러(200)로 흡입되었다가 디퓨져(111)로 토출되는 냉매가스가 다시 인듀서(220)로 역유입되는 양이 최소한으로 줄어들게 되므로, 압축가스의 간극누설이 현저하게 감소하는 것은 물론, 상기 냉매가스가 고압부인 디퓨져(111)로부터 저압부인 인듀서(220)쪽으로 역류하지 않게 되므로, 가스유로로부터 임펠러(200)로 흡입되는 가스의 실제량이 증가하여 압축기 효율이 향상되게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 터보 압축기의 간극누설 저감구조는, 냉매가스를 흡입하여 토출하는 임펠러의 날개차 바깥쪽에 슈라우드가 날개차와 일정한 간극을 두고 감싸지며, 그 슈라우드의 내주면에 수개의 압축가스 누설방지홈을 형성하여 구성함으로써, 상기 슈라우드와 각 날개차간의 일정 공차를 유지하면서도 압축되어진 냉매가스가 디퓨져쪽에서 인듀서쪽으로 역류하는 것을 최소한으로 줄여 압축냉매의 간극누설을 감소시키므로 압축기 효율을 상승시킬 수 있다.

Claims (1)

1. 냉매가스를 흡입하여 토출하는 임펠러의 날개차 바깥쪽에 슈라우드가 날개차와 일정한 간극을 두고 감싸지며, 그 슈라우드의 내주면에 수개의 압축가스 누설방지홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 간극누설 저감구조.