KR20010001174A - 터보 압축기의 가스베어링 냉각구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터보 압축기의 가스베어링 냉각구조에 관한 것으로, 종래에는 압축기의 고속 운전중에 레이디얼 베어링면은 물론 스러스트 베어링면에서 각 부재가 접촉을 하지 않더라도 가스의 접촉에 의한 마찰열이 발생하게 되는데, 이 마찰열이 원활하게 냉각되지 않을 경우에는 베어링부재 및 코팅면이 연화되어 베어링부가 손상될 우려가 있었던 바, 본 발명에서는 구동축에 결합되어 베어링부재와 함께 스러스트 베어링면을 이루는 스러스트용 베어링부시의 배면측에 저온의 유체와 접촉되는 면적을 넓혀 냉각효율을 향상시키는 냉각홈 또는 냉각핀의 방열부를 형성함으로써, 상기 구동축의 반경방향 및 축방향 하중을 지지하는 각 베어링면이 과열되어 열변형을 일으키는 것을 미연에 방지하여 압축기의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Description

터보 압축기의 가스베어링 냉각구조{STRUCTURE FOR COOLING GASBEARING OF TURBO COMPRESSOR}

본 발명은 터보 압축기의 가스베어링에 관한 것으로, 특히 각 베어링면이 과열되는 것을 미연에 방지할 수 있는 터보 압축기의 가스베어링 냉각구조에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 날개차나 로터의 회전운동 또는 피스톤의 왕복운동으로 공기나 냉매가스 등의 기체를 압축하는 것으로, 날개차나 로터 또는 피스톤을 구동시키는 동력발생부와 그 동력발생부에서 전달되는 구동력으로 기체를 흡입하여 압축시키는 압축기구부로 이루어진다.

이러한 압축기는 기체를 압축시키는 구조에 따라 회전식, 왕복동식, 리니어식, 스크롤식, 터보식의 압축기로 구분되는데, 이 중에서 상기 터보 압축기는 공기 압축기의 일종으로서 취급이 용이하고 구조가 간단하며 공기의 흐름이 일정하다는 장점이 있다.

상기 터보 압축기는 크게 원심식 압축기와 터빈형의 축류식 압축기로 나뉘어 지는데, 본 발명은 원심식 터보 압축기(이하, 터보 압축기로 통칭함)에 관한 것이다.

도 1은 종래 2단 압축식 터보 압축기의 일례를 보인 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 종래의 2단 압축식 터보 압축기는, 증발기(미도시)와 연통되는 제1 압축실(11) 및 응축기(미도시)와 연통되는 제2 압축실(12)이 밀폐용기(10)의 양측에 각각 형성되고, 그 밀폐용기(10)의 내측 중앙에는 엑시얼타입의 비엘디시모터(Brushless DC MOTOR)(20)가 장착되는 모터실(13)이 형성되며, 상기 제1,제2 압축실(11,12) 및 모터실(13)은 제1,제2 가스유로(미도시)에 의해 연통되고, 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 냉매가스를 2단으로 압축하기 위한 제1,제2 임펠러(40,50)가 결합되어 있다.

또한, 상기 구동축(30)의 양측에는 그 구동축(30)의 반경방향 및 축방향을 지지하는 가스베어링의 베어링부가 구비되어 있는데, 이 베어링부는 모터실(13)의 양측에 베어링부재(60)가 각각 고정되어 그 내주면이 구동축(30)의 외주면과 함께 레이디얼 베어링면(61)을 이루고, 상기 각 베어링부재(60)의 내측면이 구동축(30)의 양측에 형성된 베어링부시(31)의 외측면과 함께 스러스트 베어링면(62)을 이루도록 결합되며, 상기 레이디얼 베어링면(61)은 스러스트 베어링면(62) 보다 모터실(13)의 바깥쪽에 양측에 각각 구비되어 이루어져 있다.

도면중 미설명 부호인 10a는 흡입구이고, 10b는 토출구이며, 11a,12a는 제1,제2 디퓨져이고, 11b,12b는 제1,제2 볼류트이며, 14는 실링부재, 21은 고정자이며, 22는 회전자이다.

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

즉, 인가된 전원에 의해 모터(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 흡입되어 각 임펠러(40,50)의 원심력에 의해 스크류형태로 뿌려지면서 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(10b)를 통해 응축기(미도시)로 토출된다.

여기서, 상기 구동축(30)은 압축기의 정지시 베어링부재(60)의 내주면에 안착되어 있다가 압축기의 재시동시 그 구동축(30)의 외주면과 베어링부재(60)의 내주면이 레이디얼 베어링면(61)을 이루면서 모터실(13)내의 가스를 흡입하여 구동축(30)의 반경방향 하중을 지지하게 된다.

한편, 상기 제1 압축실(11)과 제2 압축실(12)에는 상호간 압력차가 발생되어 이 압력차가 구동축(30)을 제2 압축실(12)에서 제1 압축실(11)쪽으로 밀어내려고 하나, 상기 압축기의 재기동시 베어링부재(60)의 내측면과 베어링부시(31)의 외측면이 스러스트 베어링면(62)을 이루면서 역시 레이디얼 베어링면(62)을 거친 가스를 흡입하여 구동축(30)의 축방향 하중을 지지하게 되는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 터보 압축기의 가스베어링에 있어서는, 압축기의 고속 운전중에 레이디얼 베어링면(61)은 물론 스러스트 베어링면(62)에서 각 부재(30,60)(31,60)가 접촉을 하지 않더라도 가스의 접촉에 의한 마찰열이 발생하게 되는데, 이 마찰열이 원활하게 냉각되지 않을 경우에는 베어링부재(60) 및 코팅면(미부호)이 연화되어 베어링부가 손상될 우려가 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 터보 압축기의 가스베어링이 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 상기 레이디얼 베어링면이나 스러스트 베어링면이 과열되는 것을 방지하여 베어링부재 및 코팅면이 파손되는 것을 방지할 수 있는 터보 압축기의 가스베어링 냉각구조를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

도 1은 종래 터보 압축기의 일례를 보인 종단면도.

도 2는 도 1의 "A"부를 보인 종단면도.

도 3은 도 2의 "B - B"를 보인 것으로, 베어링부시의 배면을 보인 정면도.

도 4는 본 발명 터보 압축기의 일례를 보인 종단면도.

도 5는 도 4의 "C"부에 대한 일례를 보인 종단면도.

도 6은 도 5의 "D - D"를 보인 것으로, 베어링부시의 배면을 보인 정면도.

도 7는 도 4의 "C"부에 대한 변형예를 보인 종단면도.

도 8은 도 7의 "E - E"를 보인 것으로, 베어링부시의 배면을 보인 정면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

10 : 밀폐용기 20 : 구동모터

40,50 : 임펠러 60 : 베어링부재

61 : 레이디얼 베어링면 62 : 스러스트 베어링면

100 : 구동축 110 : 스러스트용 베어링부시

111 : 냉각홈 112 : 냉각핀

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 양쪽에 압축실이 연통 형성되고 그 사이에 구동모터가 장착되는 모터실이 형성되는 밀폐용기와, 상기 구동모터의 가동자에 결합되어 구동력을 전달하는 구동축과, 그 구동축의 양단에 장착되어 유체를 원심 압축시키도록 각 압축실에 구비되는 임펠러와, 상기 밀폐용기의 내부에 장착되어 구동축의 반경방향 및 축방향 진동을 지지하는 베어링부재와, 그 베어링부재와 함께 스러스트 베어링면을 이루도록 구동축에 결합되고 상기 베어링면의 배면측에 저온의 유체와 접촉되는 면적을 넓혀 냉각효율을 향상시키는 방열부가 형성되는 스러스트용 베어링부시를 포함한 터보 압축기의 가스베어링 냉각구조가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 터보 압축기의 가스베어링 냉각구조를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명 터보 압축기의 일례를 보인 종단면도이고, 도 5는 도 4의 "C"부에 대한 일례를 보인 종단면도이며, 도 6은 도 5의 "D - D"를 보인 것으로, 베어링부시의 배면을 보인 정면도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 가스베어링의 냉각구조가 구비된 2단 압축식 터보 압축기는, 밀폐용기(10)의 양측 내부에 제1 압축실(11)과 제2 압축실(12)이 형성되고, 그 사이에 구동모터(20)가 장착되는 모터실(13)이 형성되며, 상기 구동모터(20)에 일체된 구동축(100)의 양단에는 상기한 각 압축실(11,12)에서 회전하면서 냉매가스를 흡입하여 압축시키는 제1 임펠러(40) 및 제2 임펠러(50)가 각각 결합되고, 상기 구동모터(20)의 양측과 각 임펠러(40,50) 사이에는 베어링부가 구비되어 상기한 구동축(100)을 반경방향 및 축방향으로 지지하도록 구성된다.

상기 베어링부는 모터실(13)의 양측에 환상의 베어링부재(60)가 각각 고정되어 그 내주면이 구동축(100)의 외주면과 함께 레이디얼 베어링면(61)을 이루고, 상기 각 베어링부재(60)의 내측면이 구동축(30)의 양측에 결합되는 스러스트용 베어링부시(110)의 외측면과 함께 스러스트 베어링면(62)을 이루도록 구성된다.

여기서, 상기 레이디얼 베어링면(61)을 이루는 베어링부재(60)의 내주면과 구동축(100)의 외주면 사이는 물론 상기 스러스트 베어링면(62)을 이루는 베어링부재(60)의 안쪽면과 스러스트용 베어링부시(110)의 바깥쪽면은 서로 미세간극을 두고 배치되어 유체가 구동축(100)의 회전시 그 미세간극으로 유입되면서 가스베어링의 역할을 하게 되는데, 상기 스러스트용 베어링부시(110)의 배면측에는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 가스와 베어링면의 접촉에 의한 발생열을 냉각시키기 위한 다수개의 냉각홈(111)이 구동축(100)의 회전방향에 대하여 순방향으로 만곡져 음각 형성되거나, 또는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 상기 스러스트용 베어링부시(110)의 배면측에 다수개의 냉각핀(112)이 구동축(100)의 회전방향에 대하여 역시 순방향으로 만곡져 양각 형성된다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

도면중 미설명 부호인 10a는 흡입구이고, 10b는 토출구이며, 11a,12a는 제1,제2 디퓨져이고, 11b,12b는 제1,제2 볼류트이며, 14는 실링부재, 21은 고정자이며, 22는 회전자이다.

상기와 같은 본 발명에 의한 가스베어링 냉각구조가 구비된 터보 압축기의 일반적인 동작은 종래와 동일하다.

즉, 상기 밀폐용기(10)의 제1 압축실(11)로 흡입된 냉매가스는 제1 임펠러(40)에 의해 1단 원심 압축되고, 이 1단 압축된 가압축가스는 제2 압축실(12)로 유도되어 제2 임펠러(50)에 의해 2단 원심 압축되면서 냉동사이클장치 등으로 토출되는데, 상기 구동축(100)은 자체하중 및 그 구동축(100)에 결합된 각 부품들의 하중을 합한 반경방향 하중을 베어링부재(60)의 레이디얼 베어링면(61)에 전달함과 아울러 냉매가스가 제1 임펠러(40)에서 1단 압축되어 제2 임펠러(50)로 흡입되므로 제1 압축실(11)과 제2 압축실(12) 사이에 압력차가 발생되어 이 압력차에 의한 축방향 하중을 베어링부재(60)의 스러스트 베어링면(62)에 전달하게 되나, 이 반경방향 하중과 축방향 하중은 상기한 레이디얼 베어링면(61)과 스러스트 베어링면(62)으로 유입되는 유체에 의해 지지되어 구동축이 안정적으로 구동된다.

이때, 상기 레이디얼 베어링면(61)과 스러스트 베어링면(62)으로 유입되는 유체는 구동축(100)의 회전시 각 베어링면(61,62)에 마찰되면서 가스베어링의 역할을 하게 되어 마찰열이 발생하게 되나, 이 마찰열은 상기 스러스트용 베어링부시(110)의 배면측에 냉각홈(111) 또는 냉각핀(112)이 형성되어 모터실(13) 내부의 저온 유체와 접촉되는 면적을 확대하도록 구비되므로, 결국 이 냉각홈(61) 또는 냉각핀(62)을 통해 마찰열이 빠르게 방열되어 각 베어링면(61,62) 또는 더 나아가서 구동축(100)이 열변형되는 것이 방지된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 터보 압축기의 가스베어링 냉각구조는, 상기 구동축에 결합되어 베어링부재와 함께 스러스트 베어링면을 이루는 스러스트용 베어링부시의 배면측에 저온의 유체와 접촉되는 면적을 넓혀 냉각효율을 향상시키는 냉각홈 또는 냉각핀의 방열부를 형성함으로써, 상기 구동축의 반경방향 및 축방향 하중을 지지하는 각 베어링면이 과열되어 열변형을 일으키는 것을 미연에 방지하여 압축기의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 양쪽에 압축실이 연통 형성되고 그 사이에 구동모터가 장착되는 모터실이 형성되는 밀폐용기와, 상기 구동모터의 가동자에 결합되어 구동력을 전달하는 구동축과, 그 구동축의 양단에 장착되어 유체를 원심 압축시키도록 각 압축실에 구비되는 임펠러와, 상기 밀폐용기의 내부에 장착되어 구동축의 반경방향 및 축방향 진동을 지지하는 베어링부재와, 그 베어링부재와 함께 스러스트 베어링면을 이루도록 구동축에 결합되고 상기 베어링면의 배면측에 저온의 유체와 접촉되는 면적을 넓혀 냉각효율을 향상시키는 방열부가 형성되는 스러스트용 베어링부시를 포함한 터보 압축기의 가스베어링 냉각구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 방열부는 베어링부시의 회전방향에 대하여 순방향으로 만곡지게 다수개의 냉각홈이 음각지게 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 가스베어링 냉각구조.
3. 제1항에 있어서, 상기 방열부는 베어링부시의 회전방향에 대하여 순방향으로 만곡지게 다수개의 냉각핀이 양각지게 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 가스베어링 냉각구조.