KR20010001170A - 터보 압축기의 마모 방지구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터보 압축기의 마모 방지구조에 관한 것으로, 종래에는 동력발생수단의 구동력에 의해 회전하는 구동축의 초기 회전시 구동축 및 그 구동축과 가스베어링을 이루는 베어링면에 마모가 생기게 되며 그 마모에 의해 발생된 마모 입자로 인하여 2차적인 마모를 유발시켜 부품을 파손시킬 뿐만 아니라 신뢰성을 저하시키게 되고 아울러 압축기내에 유입된 이물질이 베어링면사이로 유입될 경우 부품의 파손 및 신뢰성 저하를 가중시키게 되는 문제점이 있었는 바, 본 발명은 구동축과 가스베어링을 유지하는 베어링면에 미세물질을 채집하는 미세물질 채집홈을 형성하여 구동축의 초기 기동시 발생된 미세 마모 물질이나 압축기내에 유입된 이물질이 베어링면사이로 유입될 경우 미세물질 채집홈에 의해 채집되도록 하여 베어링면사이의 마찰을 방지함으로써 베어링면 및 구동축의 마모를 억제하여 부품의 파손을 방지할 뿐만 아니라 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

Description

터보 압축기의 마모 방지구조{STRUCTURE FOR PREVENTING FRICTION OF TURBO COMPRESSOR}

본 발명은 터보 압축기의 마모 방지구조에 관한 것으로, 특히 압축기내에 발생되는 마모 물질 및 이물질을 채집하여 부품의 마모 및 파손을 방지할 수 있도록 한 터보 압축기의 마모 방지구조에 관한 것이다.

일반적으로 터보 압축기는 동력을 발생시키는 동력발생수단에서 발생되는 운동에너지를 정압으로 변환시키면서 가스를 고압 상태로 압축하여 토출시키게 된다.

도 1은 상기 터보 압축기의 일예를 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 터보 압축기는 소정 형상을 갖는 케이스(10)에 동력을 발생시키는 동력발생실(M)이 형성되고 상기 동력발생실(M)의 양측에 제1,2 압축실(P1)(P2)이 형성되어 있다. 그리고 상기 동력발생실(M)에 회전력을 발생시키는 동력발생수단(20)이 장착되며, 상기 제1,2 압축실(P1)(P2)에 동력발생수단(20)과 연결된 구동축(30)의 양단에 각각 결합되어 구동축(30)과 함께 회전하면서 가스를 흡입하여 압축하는 제1,2 임펠러(31)(32)가 각각 장착되어 있다.

그리고 상기 제1 압축실(P1)의 일측에 가스가 제1 압축실(P1)로 유입되도록 안내하는 가스유입유로(F1)가 형성되고 상기 제1 압축실(P1)과 제2 압축실(P2)사이에 제1 압축실(P1)에서 1단 압축된 가스를 제2 압축실(P2)로 유입되도록 안내하는 연통유로(F2)가 형성되며 상기 제2 압축실(P2)에서 2단 압축된 가스가 외부로 토출되는 가스토출유로(미도시)가 형성되어 있다.

그리고 상기 구동축(30)의 양측에 구동축(30)을 반경방향으로 지지하는 반경방향 지지수단(Journal bearing)(J)이 각각 설치되고, 또한 구동축(30)을 축방향으로 지지하는 축방향 지지수단(Thrust bearing)(T)이 구동축(30)을 지지하도록 결합되어 있다.

상기한 바와 같은 터보 압축기의 작동은 먼저 동력발생수단(20)에서 동력이 발생되어 구동축(30)을 고속 회전시키게 된다. 상기 구동축(30)의 회전에 의해 구동축(30)의 양단에 결합된 제1,2 임펠러(31)(32)가 제1,2 압축실(P1)(P2)내에서 각각 회전하게 되며 그 제1,2 임펠러(31)(32)의 회전에 의한 흡입력으로 가스유입유로(F1)를 통해 제1 압축실(P1)로 가스가 흡입되어 1단 압축되고 그 1단 압축된 가스는 연통유로(F2)를 통해 제2 압축실(P2)로 유입되어 제2 압축실(P2)에서 2단 압축되며 그 2단 압축된 가스는 가스토출유로를 통해 토출된다.

그리고 상기 축방향 지지수단(T)은 제1 압축실(P1)과 제2 압축실(P2)과의 압력차에 의해 구동축(30)에 작용하는 축방향의 힘을 지지하게 되며, 상기 반경방향 지지수단(J)은 구동축(30)과의 정밀 공차를 유지하여 구동축(30)의 고속 회전시 가스 베어링(Gas Bearing)에 의해 구동축(30)에 작용하는 반경 방향의 힘을 지지하여 구동축(30)이 반경방향 지지수단(J)과 마찰이 최소화된 상태에서 고속 회전하게 된다.

한편, 상기 터보 압축기의 구동축(30)을 지지하는 종래 구조의 일예로, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 반경방향 지지수단(J)은 일정 두께를 갖는 원판 형태로 형성되며 그 가운데 구동축(30)이 삽입되는 베어링홀(41)이 형성되며 그 원판의 일측면에 베어링면(42)이 형성된 반경방향 지지부재(40)로 이루어지며, 그 반경방향 지지부재(40)는 케이스(10)의 내부에 삽입되어 결합된다.

그리고 소정의 면적을 갖는 원판 형태로 그 가운데 축삽입공(51)이 형성되어 이루어진 복개부재(50)가 케이스(10)를 복개하도록 케이스(10)의 일측에 결합되며 그 측부에 압축실(P)이 형성되어 있다.

상기 동력발생수단(20)과 결합되는 구동축(30)은 상기 반경방향 지지부재(40)의 베어링홀(41) 및 복개부재(50)의 축삽입공(51)에 삽입되어 결합되며 그 단부에 임펠러(제1,2 임펠러를 통칭함)(31)가 고정 결합되어 압축실(P)내에 위치하게 된다. 그리고 상기 구동축(30)의 일측에 일정 두께와 높이를 갖도록 베어링부(33)가 형성되며 그 베어링부(33)의 일측면이 반경방향 지지부재(40)의 베어링면(42)과 접면되는 베어링면(33a)을 이루게 된다.

상기 반경방향 지지부재의 베어링홀(41)과 구동축(30)은 정밀 공차로 가공 조립되어 베어링홀(41)의 내주면과 구동축(30)의 외주면사이에서 가스 베어링 상태가 유지되어 구동축(30)의 고속 회전시 구동축(30)을 반경 방향으로 지지하게 된다. 그리고 상기 구동축 베어링부(33)의 일측면을 이루는 베어링면(42)과 그와 접면되는 반경방향 지지부재의 베어링면(33a)은 압축실(P1)과 압축실(P2) 그리고 압축실(P1)(P2)과 동력발생실간(M)의 압력차에 의해 발생되는 축방향 힘을 지지하는 축방향 지지수단(T),즉 스러스트 베어링 역할을 하게 된다.

그리고 상기 압축실(P)과 동력발생실(M)간의 압력차에 의해 축삽입공(51) 및 그에 삽입되는 구동축(30)사이로 압력누설이 발생되며 그 압력누설을 방지하기 위하여 상기 복개부재의 축삽입공(51)의 내주면에 복수개의 홈(C)이 형성되어 이루어지는 레버린스 실링 구조가 형성되어 축삽입공(51)과 구동축(30)사이의 실링 역할을 하게 된다.

그러나 상기한 바와 같은 종래의 구조는 동력발생수단(20)의 구동력에 의해 회전하는 구동축(30)의 초기 회전시 구동축(30) 및 그 구동축(30)과 가스베어링을 이루는 반경방향 지지부재의 베어링홀(41)사이에 마찰이 발생하여 마모가 생기게 되며 그 마모로 인해 발생된 마모 입자로 인하여 2차적인 마모를 유발시켜 부품을 파손시킬 뿐만 아니라 신뢰성을 저하시키게 되고 아울러 압축기의 설치시 오염물질이 압축기내로 유입되거나 또는 압축기가 장착되는 사이클내의 오염 물질이 압축기내로 유입될 경우 그 유입된 오염물질로 인한 마모로 부품의 파손 및 신뢰성 저하를 가중시키게 되는 문제점이 있었다.

상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 압축기내에 발생되는 마모 물질 및 이물질을 채집하여 부품의 마모 및 파손을 방지할 수 있도록 한 터보 압축기의 마모 방지구조를 제공함에 있다.

도 1은 일반적인 터보 압축기의 일예를 도시한 단면도,

도 2는 상기 터보 압축기의 축 지지 부분을 확대 도시한 단면도,

도 3는 본 발명의 마모 방지구조가 구비된 터보 압축기의 단면도,

도 4는 본 발명의 터보 압축기 마모 방지구조의 일실시예를 도시한 단면도,

도 5는 본 발명의 터보 압축기 마모 방지구조의 다른 실시예를 도시한 단면도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

20 ; 동력발생수단 30 ; 구동축

G ; 미세물질 채집홈

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 동력발생수단에서 발생되는 구동력을 전달받아 회전하는 구동축을 지지하는 베어링면에 이물질이 채집되도록 소정의 면적과 깊이를 갖는 복수개의 미세물질 채집홈을 형성한 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 마모 방지구조가 제공된다.

이하, 본 발명의 터보 압축기의 마모 방지구조를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.

먼저 터보 압축기는, 도 3에 도시한 바와 같이, 케이스(10)의 내부에 동력발생실(M)이 형성되고 상기 동력발생실(M)의 양측에 가스가 압축되는 압축실(P)이 각각 형성된다. 상기 동력발생실(M)에 동력을 발생시키는 동력발생수단(20)이 장착되고 상기 압축실(P)에 임펠러(60)가 각각 회전 가능하도록 삽입된다. 그리고 상기 동력발생수단(20)에 동력을 전달하는 구동축(30)이 결합되고 상기 구동축(30)의 양단은 압축실(P)에 각각 삽입된 임펠러(31)와 각각 결합된다.

상기 케이스(10)의 양측에 복개부재(50)가 각각 삽입됨에 의해 그 내부에 동력발생실(M)이 형성되고 그 양측에 압축실(P)이 각각 형성된다. 상기 복개부재(50)에 구동축(30)이 삽입되는 축삽입구멍(51)이 관통 형성된다. 그리고 상기 복개부재(50)의 내측으로 구동축(30)을 반경방향으로 지지하는 반경방향 지지부재(40)가 소정의 간격을 두고 각각 결합되고 상기 반경방향 지지부재(40)는 소정의 두께와 면적을 갖도록 형성되며 그 가운데 구동축(30)이 삽입되어 구동축(30)과 가스베어링 상태를 이루도록 베어링홀(41)이 형성된다.

상기 구동축(30)은 소정의 길이로 형성되며 그 양측에 일정 폭과 높이를 갖도록 돌출된 베어링부(33)가 형성되며 그베어링부(33)의 일측면은 베어링면(33a)을 이루게 된다. 상기 구동축 베어링부의 베어링면(33a)은 반경방향 지지부재(40)의 베어링면(42)과 접면되어 압축실(P)과 동력발생실(M)의 압력차에 의해 구동축(30)에 작용하는 축방향 힘을 지지하는 스러스트 베어링 역할을 하게 된다.

그리고 상기 동력발생수단(20)에서 발생되는 구동력을 전달받아 회전하는 구동축(30)을 지지하는 베어링면에, 도 4에 도시한 바와 같이, 이물질이 채집되도록 소정의 면적과 깊이를 갖는 복수개의 미세물질 채집홈(G)이 형성된다. 상기 미세물질 채집홈(G)은 구동축(30)을 반경방향으로 지지하는 반경방향 베어링면(Journal bearing face),즉 반경방향 지지부재(40)의 베어링홀(41) 내주면에 형성된다.

또한, 다른 실시예로서, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 미세물질 채집홈(G)은 구동축(30)을 축방향으로 지지하는 축방향 베어링면(Thrust bearing face)에 형성된다. 즉 미세물질 채집홈(G)은 구동축 베어링부의 베어링면(33a) 또는 그 베어링면(33a)에 접면되는 반경방향 지지부재의 베어링면(42)에 형성된다.

또다른 실시예로서, 상기 미세물질 채집홈(G)은 구동축(30)을 반경방향으로 지지하는 반경방향 베어링면과 구동축(30)을 축방향으로 지지하는 축방향 베어링면에 모두 형성된다.

상기 가스베어링을 이루는 베어링면에 그루브가 형성된 경우 그 그루브와 그루브사이에 미세물질 채집홈(G)이 형성된다.

이하, 본 발명의 터보 압축기 마모 방지구조의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저 상기 동력발생수단(20)의 구동력에 의해 구동축(30)이 회전하게 되면 구동축(30)의 양단에 결합된 임펠러(31)가 압축실(P)에서 각각 회전하게 되며 상기 임펠러(31)의 회전에 의한 흡입력에 의해 가스가 압축실(P)을 연이어 통과하면서 2단 압축되어 고압의 상태로 토출된다. 이때, 두 개의 압축실(P) 및 동력발생실(M)에서 발생되는 압력차에 의해 축방향으로 작용하는 힘은 구동축 베어링부의 베어링면(33a)과 반경방향 지지부재의 베어링면(42)에 의해 지지되고, 구동축(30)에 결합된 부품 및 자중에 의해 구동축(30)의 반경방향으로 작용하는 힘은 반경방향 지지부재의 베어링홀(41)과 구동축(30)에 의한 가스 베어링에 의해 지지된다.

한편, 상기 터보 압축기의 동작이 멈춘 후 재작동 될 경우 그 과정을 보면, 먼저 정지된 상태에서 구동축(30)이 구동축(30)을 반경방향 지지부재의 베어링홀(41)의 저면에 접촉된 상태가 되며 이어 동력발생수단(20)에서 구동력이 발생되면 구동축(30)의 회전 속도가 점점 증가되면서 고속 상태로 회전하게 된다. 이때 구동축(30)의 초기 회전시 구동축(30)이 베어링홀(41)의 내주면과 접촉되어 마찰에 의한 미세한 마모 물질이 발생하게 되면 그 발생된 미세한 마모 물질이 베어링홀(41)의 내주면에 형성된 미세물질 채집홈(G)으로 유입되어 채집되므로 그 마모 물질에 의한 2차 마모를 방지하게 된다.

또한 터보 압축기내에 이물질이 유입되어 그 이물질이 구동축(30)을 반경 방향으로 지지하는 베어링홀(41)과 구동축(30)사이 및 구동축(30)을 축 방향으로 지지하는 구동축 베어링부의 베어링면(33a)과 반경방향 지지부재의 베어링면(42)사이로 유입될 경우 베어링면에 형성된 미세물질 채집홈(G)으로 유입되어 베어링면의 마모를 방지하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 터보 압축기의 마모 방지구조는 구동축의 초기 기동시 발생된 미세 마모 물질이나 압축기내에 유입된 이물질이 베어링면사이로 유입될 경우 미세물질 채집홈에 의해 채집되어 베어링면사이의 마찰을 방지하게 됨으로써 베어링면 및 구동축의 마모를 억제하여 부품의 파손을 방지할 뿐만 아니라 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 동력발생수단에서 발생되는 구동력을 전달받아 회전하는 구동축을 지지하는 베어링면에 이물질을 채집하도록 소정의 면적과 깊이를 갖는 복수개의 미세물질 채집홈을 형성한 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 마모 방지구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 미세물질 채집홈은 구동축을 반경방향으로 지지하는 반경방향 베어링면에 형성됨을 특징으로 하는 터보 압축기의 마모 방지구조.
3. 제1항에 있어서, 상기 미세물질 채집홈은 구동축을 축방향으로 지지하는 축방향 베어링면에 형성됨을 특징으로 하는 터보 압축기의 마모 방지구조.