KR20000009471A

KR20000009471A - Radial bearing structure of turbo compressor

Info

Publication number: KR20000009471A
Application number: KR1019980029920A
Authority: KR
Inventors: 이승표
Original assignee: 구자홍; 엘지전자 주식회사
Priority date: 1998-07-24
Filing date: 1998-07-24
Publication date: 2000-02-15
Also published as: KR100304564B1

Abstract

PURPOSE: A radial bearing structure of a turbo compressor is provided to prevent the bump of a rotary shaft and a static shaft. CONSTITUTION: The turbo compressor is installed by:forming a motor chamber(13) having a first and a second compressing chambers(11, 12) having a first and a second impellers(20, 30) to compress the coolant gas installed to be able to rotate on both sides, and having an inlet(13a) in the center; an airtight container(10) having an outlet(14) formed in the second compressing chamber; a first coolant flowing pipe(80) to communicate the motor chamber with the first compressing chamber, and to guide the coolant gas passing through while cooling the motor chamber(13) to the first compressing chamber.

Description

Radial bearing structure of turbo compressor

본 발명은 터보 압축기의 레이디얼 베어링에 관한 것으로, 특히 회전축과 고정축이 부딪히지 않도록 하는 터보 압축기의 레이디얼 베어링 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a radial bearing of a turbocompressor, and more particularly, to a radial bearing structure of a turbocompressor such that a rotating shaft and a fixed shaft do not collide with each other.

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.In general, a compressor is a machine that compresses gas such as air or refrigerant gas by a rotary motion of a vane or a rotor or a reciprocating motion of a piston, and is a power generator for driving a vane, a rotor, and a piston, and a driving force transmitted from the power generator. It consists of a compressor mechanism for sucking and compressing gas.

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.Such a compressor is classified into a hermetic type or a separable type according to the arrangement of the power generating portion and the compression mechanism. Among them, the hermetic compressor in which the power generating portion and the compression mechanism are installed together in one hermetically sealed container is recomposed according to the structure for compressing the gas. It is divided into rotary, reciprocating, linear and scroll compressor.

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.Among these, a turbo compressor recently introduced by the present invention rotates an impeller with a driving force of a motor, and sucks and compresses gas by using a centrifugal force generated when the impeller is rotated. FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an example of a conventional turbo compressor. .

이에 도시된 바와 같이 종래의 2단 터보 압축기는, 원심력에 의해 냉매가스를 압축시키는 제1,제2 임펠러(20,30)가 회전가능하게 각각 내장되는 제1,제2 압축실(11,12)이 밀폐용기(10)의 양측에 각각 형성되고, 그 밀폐용기(10)의 중앙에는 냉동사이클장치의 증발기(미도시)와 연통되는 흡입구(13a)를 갖는 모터실(13)이 형성되는 반면 상기 제2 압축실(12)에는 냉동사이클장치의 응축기(미도시)와 연통되는 토출구(14)가 형성되며, 상기 모터실(13)의 일측, 즉 흡입구(13a)의 맞은편에는 그 모터실(13)과 제1 압축실(11)의 입구측을 연통시켜 모터실(13)을 냉각시키면서 통과한 냉매가스를 제1 압축실(11)로 유도하기 위한 제1 냉매유동관(80)이 설치되고, 상기 제1 압축실(11)의 출구측에는 그 제1 압축실(11)과 제2 압축실(12)의 입구측을 연통시켜 제1 압축실(11)에서 1단 압축된 냉매가스를 2단 압축시키는 제2 압축실(12)로 유도하기 위한 제2 냉매유동관(90)이 설치되며, 상기 모터실(13)의 내부에는 구동력을 발생시키기 위한 구동모터(50)가 장착되고, 그 구동모터(50)의 회전자(51)에는 양단에 상기 제1,제2 임펠러(20,30)가 각각 고정 결합되어 각 임펠러(20,30)를 회전시키는 회전축(41)이 일체로 결합되며, 그 회전축(41)의 내부에는 양단이 밀폐용기(10)에 고정되어 상기 회전축(41)과의 간극으로 유입되는 냉매가스에 의해 그 회전축(41)의 반경방향 하중을 지지하기 위한 고정축(42)이 일정 간극을 둔 채로 삽입되고, 상기 회전축(41)의 일측, 정확하게는 제2 압축실(12)쪽에 그 회전축(41)의 축방향 하중을 지지하기 위한 스러스트 베어링(70)이 장착되어 구성되어 있다.As shown in the drawing, the conventional two-stage turbo compressor includes first and second compression chambers 11 and 12 rotatably embedded with first and second impellers 20 and 30 for compressing refrigerant gas by centrifugal force. Are respectively formed on both sides of the sealed container 10, the motor chamber 13 having a suction port (13a) in communication with the evaporator (not shown) of the refrigeration cycle apparatus is formed in the center of the sealed container (10) The second compression chamber 12 is formed with a discharge port 14 communicating with a condenser (not shown) of the refrigeration cycle apparatus, one side of the motor chamber 13, that is, the opposite side of the suction port (13a) A first refrigerant flow pipe (80) for guiding the refrigerant gas passing through the first compression chamber (11) to the first compression chamber (11) while communicating with the inlet side of the first compression chamber (11) is cooled. The first compression chamber 11 is connected to the inlet side of the first compression chamber 11 and the second compression chamber 12 at the outlet side of the first compression chamber 11 to be compressed in the first compression chamber 11 in one stage. A second refrigerant flow pipe (90) for guiding the second gas into the second compression chamber (12) for compressing the gas is installed, and a driving motor (50) for generating a driving force is mounted in the motor chamber (13). The first and second impellers 20 and 30 are fixedly coupled to both ends of the rotor 51 of the driving motor 50 so that the rotary shafts 41 for rotating the respective impellers 20 and 30 are integrated. Is coupled to the inside of the rotary shaft 41, both ends are fixed to the sealed container 10 for supporting the radial load of the rotary shaft 41 by the refrigerant gas flowing into the gap with the rotary shaft 41 The thrust bearing 70 for supporting the axial load of the rotating shaft 41 is inserted into the fixed shaft 42 with a predetermined gap, and on one side of the rotating shaft 41, to be precise, the second compression chamber 12. It is mounted and configured.

상기 회전축(41)은 중공형으로 형성되어 그 양단에 제1,제2 임펠러(20,30)가 일체로 압입되고, 그 중간부에는 전술한 바와 같이 구동모터(50)의 회전자(51)가 일체로 성형되거나 또는 열박음 등으로 압입되며, 그 구동모터(50)의 회전자(51)와 상기 제2 임펠러(30)의 사이에는 스러스트 베어링(70)이 장착되어 있다.The rotating shaft 41 is formed in a hollow shape, and the first and second impellers 20 and 30 are integrally press-fitted at both ends thereof, and the rotor 51 of the driving motor 50 is formed at the middle thereof as described above. Is integrally molded or press-fitted in shrinkage or the like, and a thrust bearing 70 is mounted between the rotor 51 of the drive motor 50 and the second impeller 30.

상기 고정축(42)은 봉형으로 형성되어 회전축(41)의 내부에 소정 간극을 두고 삽입되어 그 간극으로 유입되는 냉매가스에 의해 가스베어링의 역할을 하면서 회전축(41)의 반경방향 하중을 지지하는 것으로, 그 양단이 제1,제2 임펠러(20,30)를 회전가능하게 관통하여 밀폐용기(10)의 제1,제2 압축실(11,12)에 구비된 별도의 고정부재(15)에 의해 고정되어 있다.The fixed shaft 42 is formed in a rod shape to support a radial load of the rotating shaft 41 while acting as a gas bearing by the refrigerant gas flowing into the gap inserted into a predetermined gap in the rotating shaft 41. The two fixing members 15 are provided in the first and second compression chambers 11 and 12 of the sealed container 10 by rotatably penetrating the first and second impellers 20 and 30. It is fixed by.

여기서, 상기 회전축(41)의 내주면과 고정축(42)의 외주면이 형성하는 베어링면의 면적을 최소로 하기 위해 고정축(42)의 양측에 직경이 확대되는 베어링부(42a)가 단차지게 각각 형성되는데, 그 베어링부(42a)의 최대간극은 각각 5μm정도이고, 최소간극은 2μm정도를 유지하게 되는데, 이러한 간극을 갖도록 하기 위하여는 각 베어링부의 동심도를 1μm 범위내에서 가공하여야 한다.Here, in order to minimize the area of the bearing surface formed by the inner circumferential surface of the rotating shaft 41 and the outer circumferential surface of the fixed shaft 42, the bearing portions 42a whose diameters are enlarged on both sides of the fixed shaft 42 are stepped, respectively. The maximum gap of the bearing part 42a is about 5 μm, and the minimum gap is about 2 μm. In order to have such a gap, the concentricity of each bearing part must be processed within the range of 1 μm.

한편, 상기 스러스트 베어링(70)은 회전축(41)에 일정 간격를 두고 압입되는 내,외측지지판(71,72)과, 그 내,외측지지판(71,72)의 사이에 양면이 각각 소정 간극을 두고 개재되어 밀폐용기(10)의 모터실(13)에 장착되는 고정판(73)으로 이루어진다.On the other hand, the thrust bearing 70 has a predetermined gap on both sides between the inner and outer support plates 71 and 72 which are press-fitted to the rotation shaft 41 at predetermined intervals, and the inner and outer support plates 71 and 72, respectively. It consists of a fixed plate 73 is interposed and mounted to the motor chamber 13 of the sealed container (10).

상기와 같이 구성된 종래 터보 압축기는 다음과 같이 동작된다.The conventional turbo compressor configured as described above operates as follows.

상기 구동모터(50)에 전원이 인가되면, 그 구동모터(50)가 작동함과 아울러 그 구동모터(50)의 구동력이 회전축(41)으로 전달되어 회전축(41)을 회전시키게 되고, 상기 회전축(41)의 회전에 의해 제1,제2 임펠러(20,30)가 회전을 하면서 냉매가스를 순차적으로 흡입 토출하여 1단,2단으로 압축을 하게 되는 것이다.When power is applied to the drive motor 50, the drive motor 50 is operated and the driving force of the drive motor 50 is transmitted to the rotation shaft 41 to rotate the rotation shaft 41, and the rotation shaft As the first and second impellers 20 and 30 rotate by the rotation of 41, suction and discharge of refrigerant gas are sequentially performed to compress the first and second stages.

여기서, 상기 흡입구(13a)를 통해 모터실(13)로 유입된 저온저압의 냉매가스는 구동모터(50)에서 발생되는 열을 냉각시키면서 완전가스 상태로 증발되어 제1 냉매유동관(80)으로 유입되고, 그 제1 냉매유동관(80)으로 유입된 냉매가스는 제1 임펠러(20)로 흡입되어 제1 디퓨져(11b) 및 제1 볼류트(11c)로 토출되면서 원심력에 의해 1단 압축되며, 그 1단 압축된 냉매가스는 다시 제2 냉매유동관(90)을 거쳐 제2 임펠러(30)로 흡입되고, 그 제2 임펠러(30)에서 제2 디퓨져(12b) 및 제2 볼류트(12c)로 토출되면서 2단 압축되어 토출구(14)를 통해 냉동사이클장치의 응축기(미도시)로 토출되는 것이다.Here, the low temperature low pressure refrigerant gas introduced into the motor chamber 13 through the suction port 13a is evaporated to a complete gas state while cooling the heat generated from the driving motor 50 and flows into the first refrigerant flow pipe 80. The refrigerant gas introduced into the first refrigerant flow pipe 80 is sucked into the first impeller 20 and discharged to the first diffuser 11b and the first volute 11c, and is compressed by one step by centrifugal force. The refrigerant gas compressed in the first stage is again sucked into the second impeller 30 via the second refrigerant flow tube 90, and the second diffuser 12b and the second volute 12c in the second impeller 30. While being discharged to the second stage is compressed is discharged to the condenser (not shown) of the refrigeration cycle apparatus through the discharge port (14).

이때, 상기 흡입구(13a)를 통해 모터실(13)로 유입된 냉매가스는 모터실(13)을 순환하는 과정에서 일부가 회전축(41)과 고정축(42) 사이의 간극으로 스며들게 되고, 이 냉매가스는 회전축(41)의 내주면과 고정축(42)의 베어링부(42a)의 외주면 사이로 유입되어 회전축(41)과 고정축(42)이 일정 간극을 유지하도록 함으로써, 상기 회전축(41)의 고속회전시 그 내주면이 고정축(42)의 외주면에 부딪히지 않도록 회전축(41)의 반경방향 하중을 양쪽에서 지지하게 된다.At this time, the refrigerant gas introduced into the motor chamber 13 through the suction port 13a is partially introduced into the gap between the rotating shaft 41 and the fixed shaft 42 in the process of circulating the motor chamber 13. The refrigerant gas flows between the inner circumferential surface of the rotating shaft 41 and the outer circumferential surface of the bearing portion 42a of the fixed shaft 42 so that the rotating shaft 41 and the fixed shaft 42 maintain a constant gap, The radial load of the rotary shaft 41 is supported on both sides so that the inner circumferential surface thereof does not hit the outer circumferential surface of the fixed shaft 42 during the high speed rotation.

또한, 상기 제1,제2 임펠러(20,30)에서 각각의 디퓨져(11b,12b) 및 볼류트(11c,12c)로 토출되는 압축가스의 일부도 각 임펠러(20,30)의 배면쪽 결합틈새를 통해 회전축(41)과 고정축(42) 사이의 간극으로 스며들어 전술한 가스베어링의 역할을 하게 된다.In addition, a portion of the compressed gas discharged from the first and second impellers 20 and 30 to the diffusers 11b and 12b and the volutes 11c and 12c is also coupled to the rear side of each impeller 20 and 30. It penetrates into the gap between the rotating shaft 41 and the fixed shaft 42 through the gap to serve as the above-described gas bearing.

한편, 상기 제1 압축실(11)과 제2 압축실(12)의 사이에는 일정한 압력차가 발생되어 회전축(41)을 제2 임펠러(30)쪽에서 제1 임펠러(20)쪽으로 밀어내게 되나, 이는 상기 내,외측지지판(71,72)과 고정판(73)의 사이로 유입되는 냉매가스가 축방향 지지용 가스베어링의 역할을 하게 되어, 상기 회전축(41)이 안정적으로 고속회전을 할 수 있게 된다.Meanwhile, a constant pressure difference is generated between the first compression chamber 11 and the second compression chamber 12 to push the rotating shaft 41 from the second impeller 30 toward the first impeller 20. The refrigerant gas flowing between the inner and outer support plates 71 and 72 and the fixed plate 73 serves as an axial support gas bearing, so that the rotating shaft 41 can stably rotate at high speed.

그러나, 상기와 같은 종래 터보 압축기에 있어서는, 중앙에 구동모터(50)의 회전자(51)가 일체되고 양단에 제1,제2 임펠러(20,30)가 일체되며 그 제2 임펠러(30)와 회전자(51)의 사이에 스러스트 베어링(70)의 내,외측지지판(71,72)이 일체된 회전축(41)의 내부에 복수개의 베어링부(42a)가 단차지게 형성된 고정축(42)이 소정 간극을 두고 삽입되어 그 간극으로 유입되는 냉매가스에 의해 회전축(41)의 반경방향 하중을 지지하는 레이디얼 베어링의 역할을 하도록 하고 있으나, 상기 회전축(41)의 고속회전시에는 구동모터(50)의 회전자(51) 및 각 임펠러(20,30) 그리고 스러스트 베어링의 내,외측지지판(71,72)이 가지는 자중에 의해 서로 다른 원심력이 동시에 발생하게 되고, 그 서로 다른 원심력에 의해 회전축(41)이 위치에 따라 서로 다른 반경방향으로의 변형량을 갖게 되므로, 상기 베어링부(42a)의 위치가 적절하지 못할 경우에는 회전축(41)과 고정축(42)이 부딪히게 되어 압축기의 안정성 및 신뢰성을 저하시키게 되는 문제점이 있었다.However, in the conventional turbo compressor as described above, the rotor 51 of the driving motor 50 is integrated at the center, and the first and second impellers 20 and 30 are integrated at both ends thereof, and the second impeller 30 is integrated. A fixed shaft 42 in which a plurality of bearing portions 42a are stepped inside the rotating shaft 41 in which the inner and outer supporting plates 71 and 72 of the thrust bearing 70 are integrated between the rotor and the rotor 51. A radial bearing supporting the radial load of the rotating shaft 41 by the refrigerant gas introduced into the predetermined gap and inserted into the predetermined gap is provided. However, the driving motor may be operated at a high speed of rotation of the rotating shaft 41. Different centrifugal forces are generated simultaneously by the weights of the rotor 51 and the impellers 20 and 30 of the rotor 50 and the inner and outer support plates 71 and 72 of the thrust bearings. (41) have different amounts of deformation in different radial directions Therefore, when the position of the bearing part 42a is not appropriate, the rotating shaft 41 and the fixed shaft 42 hit each other, thereby degrading the stability and reliability of the compressor.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 터보 압축기의 레이디얼 베어링이 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 상기 회전축의 고속회전시 그 회전축이 고정축에 부딪히지 않으면서 안정적으로 회전할 수 있도록 베어링부를 적절한 위치에 형성한 터보 압축기의 레이디얼 베어링 구조를 제공하는데 본 발명의 목적이 있다.Therefore, the present invention has been made in view of the problems of the radial bearing of the conventional turbo compressor as described above, the appropriate position so that the bearing can rotate stably without hitting the fixed shaft during the high speed rotation of the rotary shaft SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a radial bearing structure of a turbo compressor formed in the present invention.

도 1은 종래 터보 압축기의 일례를 보인 종단면도.1 is a longitudinal sectional view showing an example of a conventional turbo compressor.

도 2는 본 발명 터보 압축기의 레이디얼 베어링에 대한 그 설치위치를 설명하기 위해 요부를 보인 종단면도.Figure 2 is a longitudinal sectional view showing the main part to explain the installation position of the radial bearing of the present invention turbo compressor.

도 3은 본 발명 터보 압축기의 회전축에 대한 반경방향 변형량을 보인 그래프.Figure 3 is a graph showing the radial deformation amount with respect to the rotation axis of the turbocompressor of the present invention.

도 4a 및 도 4b는 본 발명 터보 압축기에서 레이디얼 베어링의 각 설치위치에 대한 회전축의 변형상태를 보인 개략도.Figures 4a and 4b is a schematic view showing a deformation state of the rotating shaft for each installation position of the radial bearing in the turbo compressor of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

20,30 ; 제1,제2 임펠러 41 : 회전축20,30; 1st and 2nd impeller 41: rotating shaft

42 : 고정축 42a : 베어링부42: fixed shaft 42a: bearing

51 : 회전자 51a : 마그네트51: rotor 51a: magnet

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 구동모터의 회전자가 중앙부에 일체되고 제1,제2 임펠러가 양단부에 일체되어 회전하는 회전축의 내부에 양단이 고정된 고정축이 일정 간극을 두고 삽입되며, 상기 회전자의 양쪽 외곽에서 회전축의 내주면과 가스베어링면을 이루도록 고정축의 양측에 직경이 확대된 베어링부가 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 레이디얼 베어링 구조가 제공된다.In order to achieve the object of the present invention, a fixed shaft having both ends fixed inside the rotating shaft in which the rotor of the drive motor is integrated at the center portion and the first and second impellers are integrally rotated at both ends is inserted with a predetermined gap. The radial bearing structure of the turbocompressor is provided, wherein bearing portions each having an enlarged diameter are formed on both sides of the fixed shaft so as to form an inner circumferential surface of the rotating shaft and a gas bearing surface at both outer sides of the rotor.

이하, 본 발명에 의한 터보 압축기의 레이디얼 베어링 구조를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a radial bearing structure of a turbo compressor according to the present invention will be described in detail with reference to the embodiment shown in the accompanying drawings.

도 2는 본 발명 터보 압축기의 레이디얼 베어링에 대한 그 설치위치를 설명하기 위해 요부를 보인 종단면도이고, 도 3은 본 발명 터보 압축기의 회전축에 대한 반경방향 변형량을 보인 그래프이며, 도 4a 및 도 4b는 본 발명 터보 압축기에서 레이디얼 베어링의 각 설치위치에 대한 회전축의 변형상태를 보인 개략도이다.Figure 2 is a longitudinal sectional view showing the main part for explaining the installation position of the radial bearing of the present invention turbo compressor, Figure 3 is a graph showing the radial deformation amount with respect to the rotation axis of the turbo compressor of the present invention, Figures 4a and Figure 4b is a schematic view showing a deformation state of the rotational shaft with respect to each installation position of the radial bearing in the turbo compressor of the present invention.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 터보 압축기는, 냉매가스를 압축시키는 제1,제2 임펠러(20,30)가 회전가능하게 장착되는 제1,제2 압축실(11,12)이 양측에 각각 형성되고 중앙에 흡입구(13a)를 갖는 모터실(13)이 형성되며 상기 제2 압축실(12)에는 토출구(14)가 형성되어 이루어지는 밀폐용기(10)와, 상기 모터실(13)과 제1 압축실(11)의 입구측을 연통시켜 모터실(13)을 냉각시키면서 통과한 냉매가스를 제1 압축실(11)로 유도하는 제1 냉매유동관(80)과, 상기 제1 압축실(11)의 출구측과 제2 압축실(12)의 입구측을 연통시켜 제1 압축실(11)에서 1단 압축된 냉매가스를 2단 압축시키기 위하여 제2 압축실(12)로 유도하는 제2 냉매유동관(90)과, 상기 모터실(13)의 내부에 장착되어 구동력을 발생시키는 구동모터(50)와, 그 구동모터(50)의 회전자(51)와 일체로 결합되어 회전함과 아울러 양단에는 상기 제1,제2 임펠러(20,30)가 각각 고정 결합되어 각 임펠러(20,30)를 회전시키는 회전축(41)과, 그 회전축(41)의 내부에 일정 간극을 두고 삽입됨과 아울러 양단이 고정되어 상기 회전축(41)과의 간극으로 유입되는 냉매가스에 의해 그 회전축(41)을 반경방향으로 지지하는 고정축(42)과, 상기 회전축(41)의 축방향 하중을 지지하기 위한 스러스트 베어링(70)을 포함하여 구성된다.First, as shown in FIG. 1, the turbo compressor of the present invention includes first and second compression chambers 11 and 12 rotatably mounted with first and second impellers 20 and 30 for compressing a refrigerant gas. A motor chamber 13 is formed on each side thereof and has a suction port 13a in the center thereof, and a sealed container 10 in which a discharge port 14 is formed in the second compression chamber 12, and the motor chamber ( 13 and the first refrigerant flow pipe (80) for communicating the inlet side of the first compression chamber (11) to guide the refrigerant gas passed while cooling the motor chamber (13) to the first compression chamber (11); The second compression chamber 12 is configured to communicate the outlet side of the first compression chamber 11 with the inlet side of the second compression chamber 12 so as to compress the refrigerant gas compressed in the first stage in the first compression chamber 11 in two stages. A second refrigerant flow tube (90) for directing to the drive motor (50) mounted inside the motor chamber (13) to generate a driving force, and integrally coupled with the rotor (51) of the drive motor (50). Been rotated In addition, the first and second impellers 20 and 30 are fixedly coupled to both ends thereof, respectively, so as to rotate the impellers 20 and 30 so as to rotate the impellers 20 and 30, and a predetermined gap inside the rotation shaft 41. A fixed shaft 42 which radially supports the rotating shaft 41 by the refrigerant gas introduced into the gap and fixed at both ends and introduced into a gap with the rotating shaft 41 and an axial load of the rotating shaft 41 And a thrust bearing 70 for supporting.

상기 회전축(41)은 중공형으로 형성되어 그 양단에 제1,제2 임펠러(20,30)가 일체로 압입되고, 그 중간부에는 전술한 바와 같이 구동모터(50)의 회전자(51)가 일체로 성형되거나 또는 열박음 등으로 압입되며, 그 구동모터(50)의 회전자(51)와 상기 제2 임펠러(30)의 사이에는 스러스트 베어링(70)의 내,외측지지판(71,72)이 장착된다.The rotating shaft 41 is formed in a hollow shape, and the first and second impellers 20 and 30 are integrally press-fitted at both ends thereof, and the rotor 51 of the driving motor 50 is formed at the middle thereof as described above. Is integrally molded or press-fitted by shrinkage, etc., between the rotor 51 of the drive motor 50 and the second impeller 30, the inner and outer support plates 71 and 72 of the thrust bearing 70. ) Is mounted.

상기 고정축(42)은 봉형으로 형성되어 회전축(41)의 내부에 소정 간극을 두고 삽입되어 그 간극으로 유입되는 냉매가스에 의해 가스베어링의 역할을 하면서 회전축(41)의 반경방향 하중을 지지하는 것으로, 그 양단이 제1,제2 임펠러(20,30)를 회전가능하게 관통하여 밀폐용기(10)의 제1,제2 압축실(11,12)에 구비된 별도의 고정부재(15)에 의해 고정된다.The fixed shaft 42 is formed in a rod shape to support a radial load of the rotating shaft 41 while acting as a gas bearing by the refrigerant gas flowing into the gap inserted into a predetermined gap in the rotating shaft 41. The two fixing members 15 are provided in the first and second compression chambers 11 and 12 of the sealed container 10 by rotatably penetrating the first and second impellers 20 and 30. Is fixed by.

여기서, 상기 회전축(41)의 내주면과 고정축(42)의 외주면이 형성하는 베어링면의 면적을 최소로 하기 위해 고정축(42)의 양측, 즉 구동모터(50)의 회전자(51)의 양쪽 외곽에 직경이 확대된 베어링부(142a)가 단차지게 각각 형성된다.Here, in order to minimize the area of the bearing surface formed between the inner circumferential surface of the rotary shaft 41 and the outer circumferential surface of the fixed shaft 42, the rotor 51 of both sides of the fixed shaft 42, that is, the driving motor 50, is formed. Bearing portions 142a of which diameters are enlarged on both outer sides thereof are formed stepped.

상기와 같은 본 발명에 의한 레이디얼 베어링이 구비된 터보 압축기의 일반적인 동작은 종래와 동일하다.The general operation of the turbo compressor provided with the radial bearing according to the present invention as described above is the same as in the prior art.

이때, 상기 흡입구(13a)를 통해 모터실(13)로 유입된 냉매가스의 일부 및 각 압축실로 유입된 냉매가스의 일부가 회전축(41)과 고정축(42) 사이의 간극으로 스며들게 되고, 이 간극으로 스며든 냉매가스는 회전축(41)의 내주면과 고정축(42)의 베어링부(42a)의 외주면 사이로 유입되어 회전축(41)과 고정축(42)이 일정 간극을 유지하도록 하여, 상기 회전축(41)의 고속회전시 그 내주면이 고정축(42)의 외주면에 부딪히지 않게 된다.At this time, a part of the refrigerant gas introduced into the motor chamber 13 through the suction port 13a and a part of the refrigerant gas introduced into each compression chamber are permeated into the gap between the rotating shaft 41 and the fixed shaft 42. The refrigerant gas soaked into the gap flows between the inner circumferential surface of the rotating shaft 41 and the outer circumferential surface of the bearing portion 42a of the fixed shaft 42 so that the rotating shaft 41 and the fixed shaft 42 maintain a predetermined gap. In the high speed rotation of 41, the inner circumferential surface thereof does not hit the outer circumferential surface of the fixed shaft 42.

여기서, 상기 베어링부(42a)는 회전축이 각 부위에 따라 서로 다른 변형량을 갖는 점을 고려하여 적절한 위치에 형성되어져야 회전축(41)과 고정축(42)이 부딪히는 것을 방지할 수 있다.Here, the bearing part 42a should be formed at an appropriate position in consideration of the fact that the rotating shaft has different deformation amounts in accordance with each part, so that the rotating shaft 41 and the fixed shaft 42 can be prevented from hitting each other.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 회전축(41)에는 제1,제2 임펠러(20,30) 및 구동모터(50)의 회전자(51) 그리고 스러스트 베어링(미도시)의 내,외측지지판(미도시)이 일체로 결합되나, 그 중에서 회전자(51)에 압입되어 있는 마그네트(51a)로 인해 상기 회전자(51)가 가장 큰 원심력을 발생시키게 되어 회전축(41)을 변형시키게 되는 반면 각 임펠러(20,30)나 내,외측지지판(미도시)은 회전축(41)의 변형에 크게 작용하지는 않게 되므로, 상기 베어링부(42a)는 회전자(51)의 양측 외곽, 정확하게는 회전자(51)의 축방향 중심을 기준으로 하여 회전축(41)의 일단까지 길이(L1)의 2/5를 초과하는 길이(L2)에 형성되는 것이 바람직하다.That is, as shown in Figure 2, the rotating shaft 41, the inner and outer of the rotor 51 and the thrust bearing (not shown) of the first and second impellers (20, 30) and the drive motor 50 The support plate (not shown) is integrally coupled, but the rotor 51 causes the largest centrifugal force to deform the rotating shaft 41 due to the magnet 51a being pressed into the rotor 51. On the other hand, since the impellers 20 and 30 or the inner and outer support plates (not shown) do not greatly affect the deformation of the rotational shaft 41, the bearing portions 42a are formed on both outer sides of the rotor 51, precisely the rotation. It is preferable that it is formed in the length L2 exceeding 2/5 of the length L1 to one end of the rotating shaft 41 with respect to the axial center of the electron 51 to the one end.

이를 보다 상세히 살펴보기 위하여 도 3이 제시되는데, 이는 스러스트 베어링의 내,외측지지판을 고려하지 않고 회전축의 좌우측이 대칭이라는 가정을 토대로 한 그래프이다.To illustrate this in more detail, FIG. 3 is presented, which is a graph based on the assumption that the left and right sides of the rotating shaft are symmetric without considering the inner and outer support plates of the thrust bearing.

이에 도시된 바와 같이, 회전축(41)의 길이를 40mm로 하고 분당회전수(rpm)를 47000으로 하여 회전시키게 되면, 그 회전축(41)의 중심에서 마그네트(51a)가 개재된 회전자(51)까지는 회전축(41)의 반경방향 변형량이 크게 증가하여 거의 8.00E-03에 다다르게 되나, 그 이후로는 급격하게 감소하여 약 15 ~ 17mm 사이에서 통상 가스베어링이 갖춰야 하는 동심도의 범위인 1.00E-03에 진입하게 되고, 이후 약 20mm 지점에서 상기 회전축(41)의 반경방향 변형량이 최소가 되었다가 그 후로는 거의 변화가 없이 미세하게 증가하게 됨을 알 수 있다.As shown in the drawing, when the length of the rotating shaft 41 is 40mm and the revolutions per minute (rpm) is 47000, the rotor 51 having the magnet 51a interposed at the center of the rotating shaft 41 is rotated. The radial deformation of the rotary shaft 41 greatly increases to reach almost 8.00E-03, but thereafter, it decreases sharply to be 1.00E-03, which is the range of concentricity that a gas bearing should have between about 15 and 17 mm. It can be seen that the radial deformation amount of the rotational shaft 41 is minimized at about 20 mm and then increases finely thereafter with little change.

이때, 상기 베어링부(42a)가 0 ~ 15mm 이내에 형성되면 도 4a에 도시된 바와 같이, 회전축(41)과 베어링부(42a)와의 간극이 지나치게 크게 되어 가스베어링의 역할을 하지 못하게 되면서 회전축(41)의 양단이 처져 고정축(42)과 부딪히게 되는 반면, 상기 베어링부(42a)가 약 20mm 지점을 훨씬 지나 거의 고정축(42) 양단부에 형성되면 도 4b에 도시된 바와 같이, 회전축(41)의 중앙부가 처지면서 고정축(42)과 부딪히게 된다.At this time, when the bearing portion 42a is formed within 0 to 15mm, as shown in FIG. 4A, the gap between the rotating shaft 41 and the bearing portion 42a becomes too large to prevent the role of the gas bearing and thus the rotating shaft 41. ) Both ends of the deflection and hit the fixed shaft 42, while the bearing portion (42a) is formed at both ends of the fixed shaft 42 almost beyond the point about 20mm, as shown in Figure 4b, the rotary shaft 41 As the center of the sag sag and hit the fixed shaft (42).

따라서, 상기 베어링부(42a)는 회전자(51)의 축방향 중심을 기준으로 하여 양쪽으로 약 20mm 정도되는 지점에 형성되는 것이 바람직하다.Accordingly, the bearing portion 42a is preferably formed at a point about 20 mm on both sides of the axial center of the rotor 51.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 터보 압축기의 레이디얼 베어링 구조는, 구동모터의 회전자가 중앙부에 일체되고 제1,제2 임펠러가 양단부에 일체되어 회전하는 회전축의 내부에 양단이 고정된 고정축이 일정 간극을 두고 삽입되며, 상기 회전자의 양쪽 외곽에서 회전축의 내주면과 가스베어링면을 이루도록 고정축의 양측에 직경이 확대된 베어링부가 각각 형성됨으로써, 상기 회전축의 고속회전시 그 회전축이 고정축에 부딪히지 않으면서 안정적으로 회전할 수 있게 되는 효과가 있다.As described above, the radial bearing structure of the turbocompressor according to the present invention includes a fixed shaft having both ends fixed inside the rotating shaft in which the rotor of the drive motor is integrated at the center and the first and second impellers are integrated at both ends. It is inserted with a predetermined gap, and bearing parts each having an enlarged diameter are formed on both sides of the fixed shaft so as to form the inner circumferential surface of the rotating shaft and the gas bearing surface at both outer sides of the rotor, so that the rotating shaft is fixed to the fixed shaft at a high speed of rotation. There is an effect that can be rotated stably without hitting.

Claims

The rotor of the drive motor is integrated in the center portion, and the fixed shaft, which is fixed at both ends, is inserted with a predetermined gap inside the rotating shaft in which the first and second impellers are integrated at both ends. The inner circumferential surface of the rotating shaft is formed at both outer sides of the rotor. Radial bearing structure of the turbocompressor, characterized in that the bearing parts each having an enlarged diameter are formed on both sides of the fixed shaft so as to form a gas bearing surface.

The radial bearing structure of a turbocompressor according to claim 1, wherein the bearing portion is formed at a position exceeding 2/5 of a length to one end of the rotating shaft with respect to the axial center of the rotor.