KR20010010869A

KR20010010869A - 터보 압축기의 실링장치

Info

Publication number: KR20010010869A
Application number: KR1019990029984A
Authority: KR
Inventors: 김동한
Original assignee: 구자홍; 엘지전자 주식회사
Priority date: 1999-07-23
Filing date: 1999-07-23
Publication date: 2001-02-15

Abstract

본 발명은 터보 압축기의 실링장치에 관한 것으로, 본 발명 터보 압축기의 실링장치는 케이싱에 고정부재를 고정 설치하고, 그 고정부재의 내주면에 구동축과 함께 움직이되 그 구동축과의 허용공차를 유지하는 실링부재를 삽입시키며, 상기 고정부재와 실링부재와의 사이에서 공극을 유지하도록 팁실부재를 개재시켜 구성함으로써, 상기 구동축이 여러 요인에 의해 이상동작을 하더라도 그 구동축과 실링부재와의 충돌 및 마모를 미연에 방지하여 압축기 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 구동축을 지지하는 베어링부재도 그 구동축과 실링부재의 허용공차에 구애되지 않고 다양하게 적용할 수 있다.

Description

터보 압축기의 실링장치{SEALING DEVICE FOR TURBO COMPRESSOR}

본 발명은 터보 압축기의 실링장치에 관한 것으로, 특히 구동축의 반경방향 허용공차를 늘려 압축기의 이상동작시 마모를 방지할 수 있는 터보 압축기의 실링장치에 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 와류펌프와 같은 구조의 원심 압축기 및 터빈형의 축류 압축기로 구분된다.

본 발명은 원심식 터보 압축기(이하, 터보 압축기로 통칭함)에 관한 것으로, 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 외주면에 일정공극(C)을 두고 결합되어 반경방향 및 축방향을 지지하는 제1,제2 베어링부재(60A,60B)가 장착되어 이루어져 있다.

또한, 상기 각 압축실(13,14)과 모터실(12)의 사이에는 각 압축실(13,14)로부터 토출되는 압축가스가 모터실(12)로 누설되는 것을 방지하는 환상의 실링부재(70A,70B)가 고정 설치되는데, 이 실링부재(70A,70B)는 통상 구동축(30)이 삽입 대향되는 내주면에 누설가스의 압력강하를 발생시키는 다단의 래버린스 실(Labyrinth Seal)(71,71)이 구비되어 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 냉매가스는 케이싱(10)의 모터실(12)로 먼저 유입되었다가 제1 압축실(13)로 흡입되고, 그 제1 압축실(13)에서 1단 압축된 냉매가스는 다시 제2 압축실(14)로 흡입되어 2단 압축된 다음에 응축기(미도시)로 토출되므로, 상기 모터실(12)의 압력이 제1 압축실(13)이나 제2 압축실(14)의 압력에 비해 상대적으로 저압이 되어 각 압축실(13,14)에서 토출되는 압축가스의 일부가 임펠러(40,50)의 배면쪽을 통해 모터실(12)로 누설되려고 하나, 이 각 압축실(13,14)로부터 모터실(12)로 누설되려는 압축가스는 실링부재(70A,70B)의 래버린스 실(71,71)을 거치면서 압력이 떨어져 모터실(12)로의 누설이 억제되는 것이었다.

그러나, 상기와 같이 실링부재(70A,70B)가 케이싱(10)에 고정 체결되는 종래의 실링장치에서는 그 실링부재(70A,70B)의 내주면과 구동축(30)의 외주면 사이의 허용공차가 매우 좁게 고정 형성되어 구동축(30)의 이상동작시 그 구동축(30)이 실링부재(70A,70B)의 내주면, 즉 래버린스 실(71)의 선단면에 접촉되면서 그 래버린스 실(71)을 마모시켜 실링효과를 현저하게 저하시키게 되고, 이로 인해 압축가스의 누설량이 증가하여 압축기 성능이 저하될 우려가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 실링장치가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 상기 구동축과의 허용공차는 최소한으로 유지하면서도 구동축의 요동시 그 변위만큼 유기적으로 동조되어 실링부재의 마모를 방지할 수 있는 터보 압축기의 실링장치를 제공하려는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 터보 압축기의 일례를 보인 종단면도.

도 2는 도 1의 "A"부를 보인 상세도.

도 3은 본 발명의 실링장치가 구비된 터보 압축기의 일례를 보인 종단면도.

도 4는 도 3의 "B"부를 보인 상세도로서, 본 발명 실링장치의 일례를 보인 종단면도.

도 5는 본 발명 실링장치의 동작을 보인 종단면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

30 : 구동축 40,50 : 임펠러

60A,60B : 베어링부재 100 : 실링수단

110 : 고정부재 111 : 실링부재 삽입홈

120 : 실링부재 121 : 팁실부재 삽입홈

122 : 래버린스 실 130 : 팁실부재

δ : 실링부재의 변위

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 흡입구가 모터실 입구에 연통되고 그 모터실 출구는 제1 압축실 입구에 연통되며 그 제1 압축실 출구는 제2 압축실 입구에 연통되고 그 제2 압축실 출구는 토출구에 연통되는 케이싱이 형성되고, 상기 모터실에 장착된 구동모터의 가동자에는 각 압축실에 삽입되는 구동축이 베어링부재에 의해 반경방향 및 축방향으로 지지되어 결합되며, 상기 구동축의 양단에는 각 압축실에서 냉매가스를 단계별로 원심 압축하는 임펠러가 결합되고, 상기 각 압축실과 모터실의 사이에는 압축실에서 토출되는 고압의 압축가스 일부가 임펠러의 배면쪽을 통해 상대적으로 저압인 모터실로 누설되는 것을 방지하는 실링수단이 장착되되, 그 실링수단은 상기 구동축이 삽입되어 케이싱에 고정되는 고정부재와, 그 고정부재의 내주면에 삽입되고 그 내주면에 래버린스 실이 구비되어 구동축의 반경방향 요동시 허용공차를 유지한 상태에서 함께 움직이는 실링부재와, 그 실링부재의 외주면에 삽입되어 고정부재와의 공극을 유지시키는 팁실부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 실링장치가 제공된다.

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

도 3은 본 발명의 실링장치가 구비된 터보 압축기의 일례를 보인 종단면도이고, 도 4는 도 3의 "B"부를 보인 상세도로서, 본 발명 실링장치의 일례를 보인 종단면도이며, 도 5는 본 발명 실링장치의 동작을 보인 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 실링장치가 구비된 터보 압축기는 흡입구(11)가 모터실(12) 입구에 연통되고 그 모터실(12) 출구는 제1 압축실(13) 입구에 연통되며 그 제1 압축실(13) 출구는 제2 압축실(14) 입구에 연통되고 그 제2 압축실(14) 출구는 토출구(15)에 연통되도록 형성되는 케이싱(10)과, 그 케이싱(10)의 모터실(12)에 장착되어 구동력을 발생하는 엑시얼 타입의 비엘디시 구동모터(20)와, 그 구동모터(20)의 가동자에 결합되어 각 압축실(13,14)에 삽입되는 구동축(30)과, 그 구동축(30)의 양단에 결합되어 각 압축실(13,14)에서 냉매가스를 단계별로 원심 압축하는 임펠러(40,50)와, 상기 구동축(30)이 소정공극(C')을 두고 삽입되도록 구동모터(20)의 양측에 고정 설치되어 상기한 구동축(30)을 반경방향 및 축방향으로 지지하는 베어링부재(60A,60B)와, 상기 각 압축실(13,14)과 모터실(12)의 사이에 장착되어 압축실(13,14)에서 토출되는 고압의 압축가스 일부가 임펠러(40,50)의 배면쪽을 통해 상대적으로 저압인 모터실(12)로 누설되는 것을 방지하는 실링수단(100)으로 구성된다.

상기 실링수단(100)은 구동축(30)이 삽입되어 케이싱(10)에 고정되는 고정부재(110)와, 그 고정부재(110)의 내주면 중앙에 자유상태로 삽입되어 구동축(30)의 반경방향 요동시 허용공차를 유지한 상태에서 함께 움직이는 실링부재(120)와, 그 실링부재(120)의 외주면에 삽입되어 고정부재(110)와의 공극을 유지시키는 팁실부재(130)로 이루어진다.

상기 고정부재(110)는 환형으로 형성되어 그 외주연이 케이싱(10)의 양측면에 각각 체결 고정되고, 그 내주면 중앙에는 실링부재(120)가 요동가능하게 삽입되는 실링부재 삽입홈(111)이 음각지게 형성된다.

상기 실링부재(120) 역시 환형으로 형성되어 그 외주면에는 고정부재(110)의 내주면 사이에서 팁실부재(130)가 미끄러지게 삽입되는 팁실부재 삽입홈(121)이 음각지게 형성되는 반면, 그 내주면에는 압축실(13,14)로부터 누설되는 압축가스의 압력을 저하시키기 위한 래버린스 실(122)이 형성된다.

상기 팁실부재(130)는 테프론 재질로 이루어져 환형으로 형성되고, 그 외주면이 고정부재(110)의 실링부재 삽입홈(111) 주면에 근착되며, 그 내주면은 실링부재(120)의 팁실부재 삽입홈(121) 주면에 근착된다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

도면중 미설명 부호인 13a 및 14a는 디퓨져이고, 13b 및 14b는 볼류트이며, δ는 구동축의 반경방향 요동에 대한 실링부재의 변위이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 실링장치가 구비된 터보 압축기의 일반적인 동작은 종래와 대동소이하다.

즉, 상기 구동모터(20)에 전원이 인가되어 구동축(30)이 고속으로 회전하게 되면, 그 구동축(30)의 양단에 고정된 제1,제2 임펠러(40,50)가 각 압축실(11,12) 내에서 구동축(30)과 함께 회전하면서 냉매가스를 단계적으로 원심 압축하여 응축기(미도시)로 토출시키게 된다.

이때, 상기 압축실(13,14)의 토출측 압력이 전술한 바와 같이 모터실(12)의 내부압력 보다 상대적으로 고압이 되면서 각 압축실(13,14)에서 토출되는 압축가스의 일부가 모터실(12)로 누설되려고 하나, 이 압축실(13,14)로부터 모터실(12)로 누설되려는 압축가스는 실링부재(120)의 래버린스 실(122)을 거치면서 압력이 떨어져 모터실(12)로의 누설이 억제된다.

한편, 상기 구동축(30)이 외부의 충격이나 조건변화로 인해 횡방향 요동과 같은 이상동작을 일으키게 되면, 그 구동축(30)의 외주면에 허용공차를 두고 외삽되어 있던 실링부재(120)가 고정부재(110)의 내부에서 구동축(30)의 횡방향 변위(δ)만큼 함께 움직이게 되어 구동축(30)과 실링부재(120)의 충돌 및 마모를 미연에 방지하게 되는 것이다.

또한, 상기 실링부재(120)가 구동축(30)과 함께 움직이게 되더라도 그 실링부재(120)와 고정부재(110)의 대응면 사이에는 팁실부재(130)가 개재되어 있어 이 실링부재(130)와 고정부재(110) 사이로의 가스누설이 방지된다.

이렇게, 상기 구동축의 횡방향 요동시 그 변위만큼 실링부재가 동일한 방향으로 움직이면서도 구동축과 실링부재와의 허용공차를 유지할 수 있게 되어 결국 구동축을 지지하는 베어링부재를 포일 베어링이나 틸팅 베어링과 같이 허용공차가 큰 베어링에도 다양하게 적용할 수 있는 효과도 있다.

본 발명에 의한 터보 압축기의 실링장치는, 케이싱에 고정부재를 고정 설치하고, 그 고정부재의 내주면에 구동축과 함께 움직이되 그 구동축과의 허용공차를 유지하는 실링부재를 삽입시키며, 상기 고정부재와 실링부재와의 사이에서 공극을 유지하도록 팁실부재를 개재시켜 구성함으로써, 상기 구동축이 여러 요인에 의해 이상동작을 하더라도 그 구동축과 실링부재와의 충돌 및 마모를 미연에 방지하여 압축기 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 구동축을 지지하는 베어링부재도 그 구동축과 실링부재의 허용공차에 구애되지 않고 다양하게 적용할 수 있다.

Claims

흡입구가 모터실 입구에 연통되고 그 모터실 출구는 제1 압축실 입구에 연통되며 그 제1 압축실 출구는 제2 압축실 입구에 연통되고 그 제2 압축실 출구는 토출구에 연통되는 케이싱이 형성되고, 상기 모터실에 장착된 구동모터의 가동자에는 각 압축실에 삽입되는 구동축이 베어링부재에 의해 반경방향 및 축방향으로 지지되어 결합되며, 상기 구동축의 양단에는 각 압축실에서 냉매가스를 단계별로 원심 압축하는 임펠러가 결합되고, 상기 각 압축실과 모터실의 사이에는 압축실에서 토출되는 고압의 압축가스 일부가 임펠러의 배면쪽을 통해 상대적으로 저압인 모터실로 누설되는 것을 방지하는 실링수단이 장착되되,

그 실링수단은 상기 구동축이 삽입되어 케이싱에 고정되는 고정부재와, 그 고정부재의 내주면에 삽입되고 그 내주면에 래버린스 실이 구비되어 구동축의 반경방향 요동시 허용공차를 유지한 상태에서 함께 움직이는 실링부재와, 그 실링부재의 외주면에 삽입되어 고정부재와의 공극을 유지시키는 팁실부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 실링장치.