KR20010009410A - 터보 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터보 압축기에 관한 것으로, 본 발명의 터보 압축기는 구동축의 양측에 각각 설치되어 그 구동축의 축방향 및 반경방향을 지지하는 복수개의 베어링부재에서 축방향 고압이 걸리는 쪽의 베어링부재가 저압이 걸리는 쪽의 베어링부재에 비해 상대적으로 변형률이 적도록 직경이 작거나 또는 두께가 두껍다거나 또는 강질로 구비함으로써, 고압측 베어링부재의 변형률이 작아지게 되어 제1 압축실과 제2 압축실 사이의 압력차가 발생되더라도 구동축이 이상동작을 일으키지 않으면서 압축기가 안정적으로 작동하게 되는 효과가 있다.

Description

터보 압축기{TURBO COMPRESSOR}

본 발명은 터보 압축기에 관한 것으로, 특히 다단식 터보 압축기에서 고압측 임펠러로 흡입되는 냉매가스에 의한 베어링부재의 변형을 최소화할 수 있는 터보 압축기에 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, 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, 흡입구(11)와 연통되는 모터실(12) 그 모터실(12)의 출구와 연통되는 제1 압축실(13) 그 제1 압축실(13)의 출구와 연통되는 제2 압축실(14) 그리고 그 제2 압축실(14)의 토출측에 연통되는 토출구(15)가 케이싱(10)의 양측에 각각 형성되고, 그 케이싱(10)의 내측 중앙에는 엑시얼타입의 비엘디시모터(Brushless DC MOTOR)(20)가 장착되는 모터실(12)이 형성되며, 상기 제1,제2 압축실(13,14) 및 모터실(12)은 제1,제2 가스유로(미도시)에 의해 연통되고, 상기 모터(20)에 결합되어 회전하는 구동축(30)의 양단은 각각 제1,제2 압축실(13,14)에 삽입되어 그 단부에는 각각 제1,제2 압축실(13,14)에서 회전하면서 흡입되는 냉매가스를 2단으로 압축하기 위한 제1,제2 임펠러(40,50)가 결합되며, 상기 구동축(30)의 양측에는 그 구동축(30)의 반경방향 및 축방향을 지지하는 가스베어링의 제1,제2 베어링부재(60A,60B)가 장착되어 이루어져 있다.

상기 제1,제2 베어링부재(60A,60B)는 동일한 직경(L1=L2) 및 두께(T1=T2)를 갖는 원판형으로 형성되어 케이싱(10)의 양측에 각각 체결되는 것으로, 그 각 베어링부재(60A,60B)의 내주면이 구동축(30)의 외주면과 함께 레이디얼 베어링면을 이루고, 상기 각 베어링부재(60A,60B)의 내측면이 구동축(30)의 양측에 형성된 베어링부시(31)의 외측면과 함께 스러스트 베어링면을 이루도록 결합되어 있다.

도면중 미설명 부호인 13a 및 14a는 디퓨져이고, 13b 및 14b는 볼류트이다.

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(13,14)로 흡입되어 각 임펠러(40,50)의 원심력에 의해 뿌려지면서 각 디퓨져(13a,14a)를 거쳐 각 볼류트(13b,14b)로 유입되며, 이 과정에서 냉매가스는 압력수두의 상승으로 완전 압축되어 토출구(15)를 통해 응축기(미도시)로 토출된다.

이때, 상기 제1 압축실(13)과 제2 압축실(14)에는 상호간 압력차가 발생되어 이 압력차가 구동축(30)을 제2 압축실(14)에서 제1 압축실(13)쪽으로 밀어내려고 하나, 이러한 힘은 압축기의 재기동시 베어링부재(60A,60B)의 스러스트 베어링면과 베어링부시(31)의 스러스트 베어링면에 의해 구동축(30)이 안정적으로 지지되는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 터보 압축기에서 냉매가스는 저압의 상태로 모터실로 흡입되었다가 제1 압축실(13)로 유입되어 1단 압축되고, 그 제1 압축실(13)에서 1단 압축된 가압축가스는 제2 압축실(14)로 유입되어 2단 압축되면서 토출되므로, 결국 냉매가스의 압력은 모터실(12)에서 가장 낮고 그 다음으로 제1 압축실(13)의 압력이 높았다가 제2 압축실(14)의 압력이 가장 높게됨에도 불구하고 상기 모터실(12)과 제1 압축실(13) 및 제2 압축실(14)을 각각 구획하는 제1, 제2 베어링부재(60A,60B)가 동일한 직경(L1=L2)과 두께(T1=T2)로 이루어져 제1 압축실(13) 측의 제1 베어링부재(60A)보다 제2 압축실(14)측의 제2 베어링부재(60B)가 상대적으로 더욱 큰 변형을 일으키게 되고, 이러한 제2 베어링부재(60B)의 변형은 구동축(30)의 이상동작을 유발시켜 압축기의 신뢰성을 저하시킬 우려가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 터보 압축기가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 고압측 베어링부재가 저압측 베어링부재에 비해 상대적으로 크게 변형되는 것을 방지하여 구동축의 동작을 안정화시킬 수 있는 터보 압축기를 제공하려는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 터보 압축기의 일례를 보인 종단면도.

도 2는 종래 터보 압축기에서 베어링부재의 규격을 설명하기 위해 보인 개략도.

도 3은 본 발명 터보 압축기의 일례를 보인 종단면도.

도 4는 본 발명 터보 압축기에서 베어링부재의 규격을 설명하기 위해 보인 개략도.

도 5a 및 도 5b는 본 발명 터보 압축기에서 베어링부재의 변형예에 대한 그 규격을 설명하기 위해 보인 각각의 개략도.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

10 : 케이싱 12 : 모터실

13 : 제1 압축실 14 : 제2 압축실

110,210,310 : 제1 베어링부재 120,220,320 : 제2 베어링부재

L1',L1",L1"' : 제1 베어링부재의 직경

L2',L2",L2"' : 제2 베어링부재의 직경

T1',T1",T1"' : 제1 베어링부재의 두께

T2',T2",T2"' : 제2 베어링부재의 두께

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 흡입구와 연통되는 제1 압축실 및 토출구와 연통되는 제2 압축실이 서로 연통되게 케이싱에 형성되고, 그 케이싱의 내부에는 구동력을 발생하는 구동모터가 장착되며, 그 구동모터의 가동자에는 함께 회전하는 구동축이 결합되고, 그 구동축의 양단에는 함께 회전하면서 냉매가스를 단계별로 압축하도록 제1 임펠러 및 제2 임펠러가 각 압축실에 장착되며, 상기 구동축의 양측에는 그 구동축을 반경방향 및 축방향으로 지지하는 제1 베어링부재 및 제2 베어링부재가 삽입되어 케이싱에 고정되고 상기한 제1 임펠러 및 제2 임펠러에서 분출되는 두 냉매가스의 축방향 압력차를 감안하여 상대적으로 고압이 걸리는 제2 베어링부재가 저압이 걸리는 제1 베어링부재 보다 상대적으로 작은 변형율을 갖도록 구비되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보 압축기가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 터보 압축기를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명 터보 압축기의 일례를 보인 종단면도이고, 도 4는 본 발명 터보 압축기에서 베어링부재의 규격을 설명하기 위해 보인 개략도이며, 도 5a 및 도 5b는 본 발명 터보 압축기에서 베어링부재의 변형예에 대한 그 규격을 설명하기 위해 보인 각각의 개략도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 터보 압축기는 모터실(12)을 거쳐 흡입구(11)와 연통되는 제1 압축실(13) 및 토출구(15)와 연통되는 제2 압축실(14)이 서로 연통되게 형성되는 케이싱(10)과, 그 케이싱(10)의 내부에 장착되어 구동력을 발생하는 엑시얼 타입의 구동모터(20)와, 그 구동모터(20)의 가동자(미부호)에 결합되어 함께 회전하면서 구동력을 전달하는 구동축(30)과, 그 구동축(30)의 양단에 장착되어 함께 각 압축실(13,14) 내에서 회전하면서 냉매가스를 단계별로 압축하도록 제1 임펠러(40) 및 제2 임펠러(50)와, 상기 구동축(30)의 양측에 외삽되어 그 구동축(30)을 레이디얼 방향 및 스러스트 방향으로 지지하도록 케이싱(10)에 고정되는 제1 베어링부재(110) 및 제2 베어링부재(120)로 구성된다.

상기 제1 베어링부재(110)와 제2 베어링부재(120)는 구동모터(20)의 양측에 각각 설치되는 것으로, 상기 제1 베어링부재(110)는 제1 압축실(13)과 모터실(12)을 구획하는 반면 상기 제2 베어링부재(120)는 제2 압축실(14)과 모터실(12)을 구획하도록 결합된다.

또한, 상기 제1 베어링부재(110)와 제2 베어링부재(120)의 각 중심에는 구동축(30)이 레이디얼 베어링면을 이루도록 미세공극을 두고 삽입되며, 각 베어링부재(110,120)의 내측면에는 상기한 구동축(30)에 압입된 베어링부시(31)의 외측면과 스러스트 베어링면을 이루도록 미세공극을 두고 밀착된다.

여기서, 상기 제2 베어링부재(120)가 제1 베어링부재(110)에 비해 상대적으로 고압이 걸리는 것을 감안하여 도 4에서는 제1 베어링부재(110)와 제2 베어링부재(120)가 동일재질 및 동일두께(T1'=T2') 일 경우에 제2 베어링부재(120)의 직경을 제1 베어링부재(110)의 직경에 비해 상대적으로 작게 구비한 것이고, 도 5a에서는 제1 베어링부재(210)와 제2 베어링부재(220)가 동일재질 및 동일직경(L1"=L2") 일 경우에 제2 베어링부재(220)의 두께를 제1 베어링부재(210)의 두께에 비해 상대적으로 두껍게 구비한 것이며, 도 5b에서는 제1 베어링부재(310)와 제2 베어링부재(320)가 동일직경(L1"'=L2"') 및 동일두께(T1"'=T2"') 일 경우에 제2 베어링부재(320)의 재질을 제1 베어링부재(310)의 재질에 비해 상대적으로 강질의 재질로 구비한 것이다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 터보 압축기는 다음과 같은 작용효과를 갖는다.

즉, 상기 케이싱(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 토출된다.

이때, 상기 냉매가스가 제1 압축실(13)에서 1단 압축되어 제2 압축실(14)로 흡입되고, 그 제2 압축실(14)에서 다시 2단 압축되어 분출되므로, 상기 제1 압축실(13)과 제2 압축실(14) 사이에 스러스트 방향으로의 압력차가 발생되나, 이 압력차는 상기 제2 압축실(14)과 모터실(12) 사이에 장착되는 제2 베어링부재(120)의 직경(L2')이 제1 압축실(13)과 모터실(12) 사이에 장착되는 제1 베어링부재(110)의 직경(L1')에 비해 동일 두께(T1'=T2') 및 재질에 대비하여 상대적으로 작기 때문에 제2 베어링부재(120)의 변형률이 작아지게 되므로, 결국 제1 압축실(13)과 제2 압축실(140) 사이의 압력차가 발생되더라도 구동축(30)이 뒤틀리지 않게 되어 압축기가 안정적으로 작동하게 된다.

한편, 상기 제2 베어링부재(220)의 두께(T2")를 제1 베어링부재(210)의 두께(T1")에 비해 동일 직경(L1"=L2") 및 재질에 대비하여 상대적으로 두껍게 하거나, 또는 상기 제2 베어링부재(320)의 재질을 제1 베어링부재(310)의 재질에 비해 동일 직경(L1"'=L2"') 및 두께(T1"'=T2"')에 대비하여 상대적으로 강질로 형성하게 되면 전술한 바와 같이 상기 제2 베어링부재(220,320)의 변형률이 작아지게 되어 결국 제1 압축실(13)과 제2 압축실(14) 사이의 압력차가 발생되더라도 구동축(30)의 이상동작을 최대한 억제할 수 있다.

본 발명에 의한 터보 압축기는 구동축의 양측에 각각 설치되어 그 구동축의 축방향 및 반경방향을 지지하는 복수개의 베어링부재에서 축방향으로 고압이 걸리는 쪽의 베어링부재가 저압이 걸리는 쪽의 베어링부재에 비해 상대적으로 변형률이 적도록 직경이 작거나 또는 두께가 두껍다거나 또는 강질로 구비함으로써, 고압측 베어링부재의 변형률이 작아지게 되어 제1 압축실과 제2 압축실 사이의 압력차가 발생되더라도 구동축이 이상동작을 일으키지 않으면서 압축기가 안정적으로 작동하게 되는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 흡입구와 연통되는 제1 압축실 및 토출구와 연통되는 제2 압축실이 서로 연통되게 케이싱에 형성되고, 그 케이싱의 내부에는 구동력을 발생하는 구동모터가 장착되며, 그 구동모터의 가동자에는 함께 회전하는 구동축이 결합되고, 그 구동축의 양단에는 함께 회전하면서 냉매가스를 단계별로 압축하도록 제1 임펠러 및 제2 임펠러가 각 압축실에 장착되며,

   상기 구동축의 양측에는 그 구동축을 반경방향 및 축방향으로 지지하는 제1 베어링부재 및 제2 베어링부재가 삽입되어 케이싱에 고정되고 상기한 제1 임펠러 및 제2 임펠러에서 분출되는 두 냉매가스의 축방향 압력차를 감안하여 상대적으로 고압이 걸리는 제2 베어링부재가 저압이 걸리는 제1 베어링부재 보다 상대적으로 작은 변형율을 갖도록 구비되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2 베어링부재의 직경이 동일 재질 및 두께 대비 제1 베어링부재의 직경 보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
3. 제1항에 있어서, 상기 제2 베어링부재의 두께가 동일 재질 및 직경 대비 제1 베어링부재의 두께 보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.