KR20010017179A

KR20010017179A - 터보 압축기의 축방향 실링구조

Info

Publication number: KR20010017179A
Application number: KR1019990032558A
Authority: KR
Inventors: 류호선
Original assignee: 구자홍; 엘지전자 주식회사
Priority date: 1999-08-09
Filing date: 1999-08-09
Publication date: 2001-03-05

Abstract

본 발명에 의한 터보 압축기의 축방향 실링구조에 관한 것으로, 본 발명의 축방향 실링구조는 구동축의 양단에 각각 결합되는 임펠러의 배면과 이에 대향되어 각 압축실과 모터실을 차단하는 실링부재의 외측면에 각각 요철 모양의 환상돌기와 환상홈을 형성하여 압축가스가 압축실로부터 모터실로 누설되는 것을 방지하도록 구성함으로써, 상기 실링부재의 내주면에 별도의 래버린스 실을 형성할 필요가 없게 되는 것은 물론 그 실링부재와 구동축 사이의 공차유지에 여유가 생겨 가공 및 조립이 용이할 뿐만 아니라, 상기 구동축의 반경방향을 지지하는 레이디얼 베어링을 공차에 구애받지 않고 다양하게 적용할 수 있는 이점이 있다.

Description

터보 압축기의 축방향 실링구조{AXIAL SEALING STRUCTURE FOR TURBO COMPRESSOR}

본 발명은 터보 압축기의 실링구조에 관한 것으로, 특히 압축실에서 분출되는 압축가스의 일부가 임펠러의 배면측을 통해 모터실로 역류하는 것을 방지하는데 적합한 터보 압축기의 축방향 실링구조에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 날개차나 로터의 회전운동 또는 피스톤의 왕복운동으로 공기나 냉매가스와 같은 기체를 압축시키는 것으로, 특히 터보 압축기는 공기 압축기의 일종으로 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 같은 종래 터보 압축기의 실링구조에 있어서는, 구동축(30)의 외주면과 래버린스 실(71)이 형성된 실링부재(70A,70B)의 내주면 사이의 적정 공차를 유지하기 위한 실링부재(70A,70B)의 가공이 난해할 뿐만 아니라, 상기 구동축(30)의 반경방향 변위가 많은 레이디얼 베어링을 사용하는 경우에는 상기한 실링부재(70A,70B)와 구동축(30) 사이의 공차가 더욱 커져야 하므로 압축가스의 누설을 저지하는데 한계가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 터보 압축기의 실링구조가 가지는 한계를 감안하여 안출한 것으로, 임펠러의 배면을 통해 모터실로 누설되는 압축가스를 용이하게 차단할 수 있는 터보 압축기의 축방향 실링구조를 제공하려는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 터보 압축기의 일례를 보인 종단면도.

도 2a는 도 1의 "A"부를 상세히 보인 종단면도.

도 2b는 종래 임펠러의 배면을 보인 도 2a의 "B - B" 단면도.

도 3은 본 발명 터보 압축기의 일례를 보인 종단면도.

도 4는 도 3의 "C"부를 상세히 보인 종단면도.

도 5는 본 발명 임펠러의 배면을 보인 4의 "D - D" 단면도.

도 6은 본 발명 터보 압축기의 실링구조에 대한 변형예를 보인 종단면도.

도 7은 본 발명 임펠러의 변형에서 그 배면을 보인 도 6의 "E - E"단면도.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

12 : 모터실 13,14 : 압축실

30 : 구동축 60A,60B : 베어링부재

110,120,310,320 : 임펠러 200A,200B,400A,400B : 실링부재

111,121,311,321,420A,420B : 환상돌기

112,122,312,322,410A,410B : 환상홈

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 흡입구에 모터실이 연통되고 그 모터실 출구에 제1 압축실이 연통되며 그 제1 압축실 출구에 제2 압축실이 연통되고 그 제2 압축실 출구에 토출구가 연통되도록 케이싱이 형성되고, 상기 각 압축실에는 구동축에 결합되어 회전하면서 냉매가스를 단계별로 원심 압축시키는 임펠러가 장착되며, 상기 임펠러의 배면측에는 모터실과 각 압축실 사이를 실링하는 실링부재가 고정 설치되되, 상기 각 임펠러의 배면과 이에 대향되는 실링부재의 외측면에 적어도 하나 이상의 환상돌기와 이 환상돌기가 각각 소정의 공차를 두고 삽입되는 적어도 하나 이상의 환상홈이 형성되어 상기한 각 임펠러의 배면쪽으로 누설되는 압축가스의 압력을 강하시켜 누설가스를 차단하도록 이루어지는 터보 압축기의 축방향 실링구조가 제공된다.

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

도 3은 본 발명 터보 압축기의 일례를 보인 종단면도이고, 도 4는 도 3의 "C"부를 상세히 보인 종단면도이며, 도 5는 본 발명 임펠러의 배면을 보인 4의 "D - D" 단면도이다.

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(110) 및 제2 임펠러(120)와, 상기 구동축(30)의 양측에 외삽되어 그 구동축(30)을 레이디얼 방향 및 스러스트 방향으로 지지하도록 케이싱(10)에 고정되는 제1 베어링부재(60A) 및 제2 베어링부재(60B)와, 상기 각 압축실(13,14)과 모터실(12)의 사이에 설치되어 각 압축실(13,14)로부터 토출되는 압축가스가 모터실(12)로 누설되는 것을 방지하는 환상의 실링부재(200A,200B)를 포함하여 구성된다.

상기 각 임펠러(110,120)의 배면에는 적어도 하나 이상의 환상돌기(111,121)가 형성되고, 상기 각 임펠러(110,120)의 배면에 대향되는 실링부재(200A,200B)의 외측면에는 상기한 환상돌기(111,121)가 소정의 공차를 두고 삽입되도록 적어도 하나 이상의 환상홈(210A,210B)이 형성된다.

한편, 본 발명을 실시함에 있어서는 전술한 일례에서와 같이 임펠러(110,120)의 배면과 이에 대향되는 실링부재(200A,200B)의 외측면에 각각 환상돌기(111,121)와 환상홈(210A,210B)을 구분지어 형성할 수도 있으나, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 각 임펠러(310,320)의 배면과 실링부재(400A,400B)의 외측면에 환상돌기(311,321)(420A,420B)와 환상홈(312,322)(410A,410B)을 서로 교번되게 혼재시켜 형성할 수도 있다.

상기와 같은 본 발명의 축방향 실링구조가 구비된 터보 압축기의 일반적인 동작은 종래와 동일하다.

즉, 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 냉매가스는 흡입구(11)를 통해 모터실(12)로 먼저 유입되었다가 제1 압축실(13)에서 1단 압축되고, 그 제1 압축실(13)에서 1단 압축된 가압축가스는 제2 압축실(14)로 흡입되어 다시 2단 압축되면서 완전압축가스로 분출되므로, 상기 모터실(12)의 압력이 제1,제2 압축실(13,14)의 압력에 비해 상대적으로 저압이 되면서 각 압축실(13,14)로부터 토출되는 압축가스가 임펠러(110,120)(310,320)의 배면을 통해 모터실(12)로 누설되려고 하나, 이와 같이 누설되려는 압축가스는 각 임펠러(110,120)(310,320)의 배면과 상기한 실링부재(200A,200B)(400A,400B)의 외측면 사이에 각각 형성되는 환상돌기(111,121)((311,321),(420A,420B))와 환상홈(200A,200B)((312,322),(410A,410B)) 사이의 공차를 수회 통과하면서 압력강하가 일어나게 되어 압축가스의 누설이 방지되는 것이다.

이렇게, 상기 각 임펠러(110,120)(310,320)의 배면과 이에 대향되는 실링부재(200A,200B) (400A,400B)의 외측면에 각각 요철모양의 환상돌기(111,121) ((311,321),(420A,420B))와 환상홈(200A,200B)((312,322),(410A,410B))을 형성하여 누설가스를 실링하게 되면, 종래 실링부재(70A,70B)의 내주면에 별도의 래버린스 실(71,71)을 형성할 필요가 없게 되는 것은 물론 실링부재(200A,200B) (400A,400B)와 구동축(30) 사이의 공차유지에 여유가 생겨 가공 및 조립이 용이할 뿐만 아니라, 상기 구동축(30)의 반경방향을 지지하는 레이디얼 베어링을 공차가 큰 포일 베어링(미도시) 또는 틸팅 베어링(미도시) 등도 다양하게 적용할 수 있게 된다.

본 발명에 의한 터보 압축기의 축방향 실링구조는, 구동축의 양단에 각각 결합되는 임펠러의 배면과 이에 대향되어 각 압축실과 모터실을 차단하는 실링부재의 외측면에 각각 요철 모양의 환상돌기와 환상홈을 형성하여 압축가스가 압축실로부터 모터실로 누설되는 것을 방지하도록 구성함으로써, 상기 실링부재의 내주면에 별도의 래버린스 실을 형성할 필요가 없게 되는 것은 물론 그 실링부재와 구동축 사이의 공차유지에 여유가 생겨 가공 및 조립이 용이할 뿐만 아니라, 상기 구동축의 반경방향을 지지하는 레이디얼 베어링을 공차에 구애받지 않고 다양하게 적용할 수 있는 이점이 있다.

Claims

흡입구에 모터실이 연통되고 그 모터실 출구에 제1 압축실이 연통되며 그 제1 압축실 출구에 제2 압축실이 연통되고 그 제2 압축실 출구에 토출구가 연통되도록 케이싱이 형성되고, 상기 각 압축실에는 구동축에 결합되어 회전하면서 냉매가스를 단계별로 원심 압축시키는 임펠러가 장착되며, 상기 임펠러의 배면측에는 모터실과 각 압축실 사이를 실링하는 실링부재가 고정 설치되되,

상기 각 임펠러의 배면과 이에 대향되는 실링부재의 외측면에 적어도 하나 이상의 환상돌기와 이 환상돌기가 각각 소정의 공차를 두고 삽입되는 적어도 하나 이상의 환상홈이 형성되어 상기한 각 임펠러의 배면쪽으로 누설되는 압축가스의 압력을 강하시켜 누설가스를 차단하도록 이루어지는 터보 압축기의 축방향 실링구조.
제1항에 있어서, 상기 환상돌기와 환상홈이 각 임페럴의 배면과 이에 대향되는 각 실링부재의 외측면에 교번되게 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 축방향 실링구조.