KR20010064028A - Safety of turbo compressor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 터보 압축기에 관한 것으로, 특히 압축기의 이상 운전 발생시 초기에 감지하여 시스템을 정지시킴에 의해 시스템의 파손을 방지할 수 있도록 한 터보 압축기의 안전장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a turbocompressor, and more particularly, to a safety device of a turbocompressor, which is capable of preventing damage to the system by stopping the system by detecting the initial state when an abnormal operation of the compressor occurs.
회전축의 무게를 최소화할 수 있도록 한 터보 압축기의 회전축 조립체에 관한 것이다.A rotary shaft assembly of a turbo compressor is provided so that the weight of the rotary shaft can be minimized.
일반적으로 압축기는 공기나 냉매 가스 등의 유체를 압축하는 기계이다. 상기 압축기는 구동력을 발생시키는 전동기구부와 그 전동기구부에서 전달된 구동력에 의해 기체를 흡입하여 압축하는 압축기구부로 구성되며, 상기 압축기의 일예로 터보 압축기는 전동기구부에서 발생되는 운동에너지를 정압으로 변환시키면서 가스를 고압 상태로 토출시키게 된다.Generally, a compressor is a machine that compresses a fluid such as air or refrigerant gas. The compressor is composed of a power mechanism for generating a driving force and a compressor mechanism for sucking and compressing gas by the driving force transmitted from the power mechanism, the turbo compressor is an example of the compressor converts the kinetic energy generated by the power mechanism to a constant pressure While discharging the gas under high pressure.
도 1은 상기 터보 압축기의 일례를 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 터보 압축기는 모터실(M)이 형성된 모터케이싱(1)의 모터실(M)에 모터(2)가 장착되며 상기 모터(2)에 소정의 길이를 갖는 회전축(3)이 결합되고 상기 모터케이싱(1)의 양측에 제1,2 베어링 플레이트(4)(5)가 각각 결합됨과 아울러 그 제1,2 베어링 플레이트(4)(5)에 회전축(3)을 지지하는 저어널 베어링(Journal Bearing)(R)이 각각 장착되며 상기 모터실(M)의 양측에 제1,2 압축실(P1)(P2)이 각각 형성된다.FIG. 1 illustrates an example of the turbo compressor. As shown in the drawing, the turbo compressor includes a motor 2 mounted in the motor chamber M of the motor casing 1 in which the motor chamber M is formed. Rotating shaft 3 having a predetermined length is coupled to (2), and the first and second bearing plates 4 and 5 are coupled to both sides of the motor casing 1, respectively, and the first and second bearing plates ( 4) (5) are each equipped with a journal bearing (R) for supporting the rotating shaft (3), the first and second compression chamber (P1) (P2) on each side of the motor chamber (M), respectively Is formed.
상기 제1 압축실(P1)은 제1 베어링 플레이트(4)에 결합되는 쉬라우드 부재(6) 및 디퓨져 케이싱(7)에 의해 형성되고 상기 제2 압축실(P2)은 제2 베어링 플레이트(5)에 결합되는 볼류트 케이싱(8) 및 그 볼류트 케이싱(8)에 결합되는 대퓨져커버(9)에 의해 형성된다.The first compression chamber P1 is formed by the shroud member 6 and the diffuser casing 7 which are coupled to the first bearing plate 4 and the second compression chamber P2 is the second bearing plate 5. It is formed by a volute casing 8 coupled to) and a large fuser cover 9 coupled to the volute casing 8.
그리고 상기 회전축(3)의 양단부에 제1,2 임펠러(10)(11)가 각각 결합되어 상기 제1,2 압축실(P1)(P2)에 회전 가능하도록 각각 위치하게 된다.The first and second impellers 10 and 11 are respectively coupled to both ends of the rotation shaft 3 to be rotatable in the first and second compression chambers P1 and P2.
미설명 부호 T는 회전축을 축 방향으로 지지하는 스러스트 베어링(Thrust Bearing)이며, 12는 상기 스러스트 베어링을 지지하는 베어링 커버이다.Reference numeral T denotes a thrust bearing for supporting the axis of rotation in the axial direction, and 12 denotes a bearing cover for supporting the thrust bearing.
상기한 바와 같은 터보 압축기는 전원이 인가되어 모터(2)가 구동하게 되면 그 구동력이 회전축(3)을 통해 제1,2 임펠러(10)(11)에 각각 전달되어 제1,2 임펠러(10)(11)가 고속으로 회전하게 된다. 상기 제1,2 임펠러(10)(11)의 회전력에 의해 냉매 가스가 상기 모터케이싱(1)의 일측에 형성된 흡입구(1a)를 통해 모터실(M)내로 흡입되어 모터실(M)을 거치면서 제1 베어링 플레이트(4)에 형성된 제1 가스통로(F1)를 통해 제1 압축실(P1)로 흡입된다. 상기 제1 압축실(P1)에서 1단 압축된 냉매 가스는 상기 제2 압축실(P2)과 연통된 제2 가스통로(F2)를 통해 제2 압축실(P2)로 흡입되어 제2 압축실(P2)에서 2단 압축된 다음 제2 압축실(P2)과 연통되도록 결합된 토출관(13)을 통해 토출된다.In the turbo compressor as described above, when power is applied and the motor 2 is driven, the driving force is transmitted to the first and second impellers 10 and 11 through the rotating shaft 3, respectively, so that the first and second impellers 10 11 rotates at high speed. The refrigerant gas is sucked into the motor chamber M through the suction port 1a formed at one side of the motor casing 1 by the rotational force of the first and second impellers 10 and 11 to pass through the motor chamber M. While being sucked into the first compression chamber P1 through the first gas passage F1 formed in the first bearing plate 4. The refrigerant gas compressed by the first stage in the first compression chamber P1 is sucked into the second compression chamber P2 through the second gas passage F2 communicating with the second compression chamber P2, and thus the second compression chamber P2 is compressed. It is compressed in two stages at P2 and then discharged through the discharge pipe 13 coupled to communicate with the second compression chamber P2.
상기 과정에서 제1,2 임펠러(10)(11)가 각각 삽입되어 회전하는 제1,2 압축실(P1)(P2)의 압력차에 의해 회전축(3)에 축 방향으로 힘이 작용하게 되며 그 축 방향으로 작용하는 힘은 스러스트 베어링(T)에 의해 지지되고 또한 회전축(3) 및 그 회전축(3)에 결합되는 부품 등에 의한 자중에 의해 회전축에 반경 방향으로 힘이가해지게 되며 그 반경 방향 힘은 저어널 베어링(R)에 의해 지지된다.In the above process, the first and second impellers 10 and 11 are respectively inserted and rotated in the axial direction by the pressure difference between the first and second compression chambers P1 and P2 that rotate. The force acting in the axial direction is supported by the thrust bearing T, and the force is radially applied to the rotating shaft by self-weight by the rotating shaft 3 and the components coupled to the rotating shaft 3 and the radius thereof. Directional force is supported by journal bearing (R).
상기 터보 압축기는 임펠러(10)(11)가 고속으로 회전하면서 냉매 가스를 압축하게 되므로 보통 윤활유를 사용하지 않고 기체의 가스층을 이용한 가스 베어링이 사용되며 그 일례로 그루브 형태의 베어링, 틴틀 패드 형태의 베어링, 포일 형태의 베어링 등이 사용된다.In the turbo compressor, since the impeller 10 and 11 rotate at a high speed to compress the refrigerant gas, a gas bearing using a gas layer of gas is usually used without using lubricating oil. For example, a groove bearing and a tin pad type are used. Bearings, foil-shaped bearings and the like are used.
그러나 상기한 바와 같은 터보 압축기에서 모터의 고속 회전이 회전축(3)을 통해 임펠러(10)(11)에 전달되어 임펠러(10)(11)가 고속 회전하면서 냉매 가스를 압축시키게 되므로 모터(2) 및 회전축(3) 그리고 임펠러(10)(11) 등으로 구성되는 회전체 및 그와 연결되는 부품들 중 문제가 발생되어 비정상적인 운전이 이루어질 경우 회전체의 운동에너지에 의해 시스템이 파손될 뿐만 아니라 안전사고를 유발시키게 되는 문제점이 있었다.However, in the turbo compressor as described above, the high speed rotation of the motor is transmitted to the impellers 10 and 11 through the rotation shaft 3 so that the impellers 10 and 11 compress the refrigerant gas while rotating at a high speed. And a problem occurs among the rotating body composed of the rotating shaft 3 and the impeller 10 and 11 and the parts connected thereto, and the system is damaged by the kinetic energy of the rotating body as well as a safety accident. There was a problem that caused.
상기한 바와 같은 점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 압축기의 이상 운전 발생시 초기에 감지하여 시스템을 정지시킴에 의해 시스템의 파손을 방지할 수 있도록 한 터보 압축기의 안전장치를 제공함에 있다.An object of the present invention devised in view of the above point is to provide a safety device of a turbo compressor to prevent damage to the system by stopping the system by initially detecting when an abnormal operation of the compressor occurs.
도 1은 터보 압축기의 단면도,1 is a cross-sectional view of a turbo compressor,
도 2는 본 발명의 터보 압축기 안전장치가 구비된 터보 압축기의 단면도,2 is a cross-sectional view of a turbo compressor equipped with a turbo compressor safety device of the present invention;
도 3,4는 본 발명의 터보 압축기 안전장치의 주요부분을 각각 확대 도시한 정면도,3 and 4 are enlarged front views of main parts of the turbo compressor safety device of the present invention, respectively;
도 5는 본 발명의 터보 압축기 안전장치의 제어 계통도.5 is a control system diagram of a turbo compressor safety device of the present invention.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)(Explanation of symbols on the main parts of drawing
2 ; 모터 3 ; 회전축2 ; Motor 3; Axis of rotation
10,11 ; 임펠러 20 ; 제1 온도 센서10,11; Impeller 20; First temperature sensor
30 ; 제2 온도 센서 40 ; 컨트롤러30; Second temperature sensor 40; controller
P1,P2 ; 압축실 R ; 저어널 베어링P1, P2; Compression chamber R; Journal bearing
T ; 스러스트 베어링T; Thrust bearing
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 모터에 결합되어 모터의 회전력을 전달하는 회전축과, 상기 회전축의 양단부에 결합됨과 아울러 압축실에 각각 위치하는 임펠러와, 상기 회전축을 반경 방향으로 지지하는 저어널 베어링과 상기 회전축을 축 방향으로 지지하는 스러스트 베어링을 포함하여 구성된 터보 압축기에있어서, 상기 저어널 베어링측과 스러스트 베어링측에 각각 설치되어 온도를 감지하는 제1,2 온도 센서와, 상기 제1,2 온도 센서에 연결되어 그 제1,2 온도 센서에서 감지되는 온도 중 하나의 온도 센서가 설정 온도 이상만 되어도 전원 공급을 차단시키는 컨트롤러를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 터보 압축기의 안전장치가 제공된다.In order to achieve the object of the present invention as described above, the rotary shaft coupled to the motor to transmit the rotational force of the motor, coupled to both ends of the rotary shaft and the impeller respectively located in the compression chamber, and to support the rotary shaft in the radial direction A turbo compressor comprising a journal bearing and a thrust bearing for supporting an axis of rotation in an axial direction, each of the first and second temperature sensors installed on the journal bearing side and the thrust bearing side to sense a temperature; Safety device of a turbo compressor characterized in that it comprises a controller that is connected to the first and second temperature sensors, one of the temperatures detected by the first and second temperature sensors to cut off the power supply even if the temperature sensor exceeds the set temperature. Is provided.
이하, 본 발명의 터보 압축기 안전장치를 첨부도면에 도시한 실시례에 따라 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the turbo compressor safety device of the present invention will be described according to the embodiment shown in the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 안전장치 일례가 구비된 터보 압축기의 일례를 도시한 것으로, 이를 참조하여 설명하면, 먼저 터보 압축기는 내부에 모터가 장착되는 모터 삽입공간(S) 및 그 모터 삽입공간(S)과 연통되도록 흡입구(1a)가 형성된 모터케이싱(1)의 모터 삽입공간(S)에 모터(2)가 장착되고 그 모터(2)에 회전축(3)이 결합된다.2 illustrates an example of a turbo compressor equipped with an example of a safety device according to the present invention. Referring to this, first, a turbo compressor includes a motor insertion space S in which a motor is mounted therein and a motor insertion space S thereof. ), The motor 2 is mounted in the motor insertion space S of the motor casing 1 in which the suction port 1a is formed, and the rotation shaft 3 is coupled to the motor 2.
그리고 상기 모터케이싱(1)의 양측에 제1,2 베어링 플레이트(4)(5)가 모터 삽입공간(S)을 복개하도록 각각 결합되며 그 제1,2 베어링 플레이트(4)(5)에 회전축(3)을 반경 방향으로 지지하는 저어널 베어링(R)이 각각 결합되어 회전축(3)을 지지하게 된다.The first and second bearing plates 4 and 5 are coupled to both sides of the motor casing 1 so as to cover the motor insertion space S, respectively, and the rotation shafts are connected to the first and second bearing plates 4 and 5. The journal bearings R supporting 3 in the radial direction are coupled to each other to support the rotation shaft 3.
그리고 상기 저어널 베어링(R)에 온도를 감지하는 제1 온도 센서(20)를 부착하게 된다. 상기 저어널 베어링(R)은 그 형태가 다양하며 그 일례로, 도 3에 도시한 바와 같이, 다수개의 포일(B)이 베어링 플레이트(4)(5)의 내주면에 결합되어 회전축(3)을 지지하는 포일 형태가 적용된다. 상기 제1 온도 센서(20)는 베어링 플레이트(4)(5)에 압입되는 포일(B)의 절곡부(e)에 장착됨이 바람직하다.The first temperature sensor 20 for sensing a temperature is attached to the journal bearing R. The journal bearing (R) has a variety of forms, for example, as shown in Figure 3, a plurality of foils (B) is coupled to the inner peripheral surface of the bearing plate (4) (5) to rotate the rotating shaft (3) Supporting foil forms are applied. The first temperature sensor 20 is preferably mounted to the bent portion e of the foil B pressed into the bearing plates 4 and 5.
상기 모터 삽입공간(S)과 제1,2 베어링 플레이트(4)(5)의 내측면(4a)(5a)들에 의해 모터실(M)이 형성되며 상기 제1 베어링 플레이트(4)의 측부에 형성되는 제1 압축실(P1)과 연통되도록 제1 베어링 플레이트(4)에 제1 가스통로(f1)가 형성된다.The motor chamber M is formed by the motor insertion space S and the inner surfaces 4a and 5a of the first and second bearing plates 4 and 5, and the side of the first bearing plate 4 is formed. A first gas passage f1 is formed in the first bearing plate 4 so as to communicate with the first compression chamber P1 formed in the first bearing plate 4.
상기 제1 베어링 플레이트(4)의 측면에 소정 형상으로 형성되는 쉬라우드 부재(6) 및 디퓨져 케이싱(7)에 의해 제1 압축실(P1) 및 가스가 유동하는 제2 가스통로(f2)가 형성되며 그 제1 압축실(P1)에 상기 회전축(3)의 단부에 결합되는 제1 임펠러(10)가 위치하게 된다.A second gas passage f2 through which the first compression chamber P1 and the gas flow is formed by the shroud member 6 and the diffuser casing 7 formed in a predetermined shape on the side of the first bearing plate 4. The first impeller 10 is formed in the first compression chamber (P1) coupled to the end of the rotary shaft (3).
상기 제2 베어링 플레이트(5)의 측면에 회전축(3)을 축 방향으로 지지하는 스러스트 베어링(T) 및 그 스러스트 베어링(T)을 복개하는 베어링 커버(12)가 결합된다.A thrust bearing T for supporting the rotation shaft 3 in the axial direction and a bearing cover 12 for covering the thrust bearing T are coupled to the side surface of the second bearing plate 5.
그리고 상기 스러스트 베어링(T)에 제2 온도 센서(30)가 부착된다. 상기 스러스트 베어링(T)은 그 형태가 다양하며 그 일례로, 도 4에 도시한 바와 같이, 다수개의 포일이 겹쳐지도록 결합되어 이루어진 포일 다층형 포일 형태가 적용된다. 그리고 상기 제2 온도 센서(30)가 상기 다층형 포일의 베이스 포일(g)에 부착됨이 바람직하다.And the second temperature sensor 30 is attached to the thrust bearing (T). The thrust bearing (T) has a variety of forms, for example, as shown in Figure 4, a multi-layer foil form is formed by combining a plurality of foils overlapping. In addition, the second temperature sensor 30 may be attached to the base foil g of the multilayer foil.
소정의 형상으로 형성된 볼류트 케이싱(8) 및 디퓨져커버(9)가 상기 베어링커버(12)를 복개하도록 제2 베어링 플레이트(5)에 결합되어 제2 압축실(P2) 및 그 제2 압축실(P2)로 가스가 유입되는 제3 가스통로(f3)가 형성되며 그 제2 압축실(P2)에 회전축(3)의 단부에 결합되는 제2 임펠러(11)가 위치하게 된다. 그리고 상기 제2 압축실(P2)과 연통되도록 토출관(13)이 결합되고, 상기 제2,3가스통로(f2)(f3)는 제4 가스통로(f4)에 의해 연통된다.A volute casing 8 and a diffuser cover 9 formed in a predetermined shape are coupled to the second bearing plate 5 so as to cover the bearing cover 12 so that the second compression chamber P2 and the second compression chamber are formed. A third gas passage f3 through which gas flows into P2 is formed, and a second impeller 11 coupled to an end of the rotation shaft 3 is positioned in the second compression chamber P2. The discharge tube 13 is coupled to communicate with the second compression chamber P2, and the second and third gas passages f2 and f3 communicate with each other by the fourth gas passage f4.
그리고 상기 저어널 베어링(R)측에 부착되는 제1 온도 센서(20)와 스러스트 베어링(T)측에 부착되는 제2 온도 센서(30)는 컨트롤러(Controller)(미도시)와 연결된다.The first temperature sensor 20 attached to the journal bearing R side and the second temperature sensor 30 attached to the thrust bearing T side are connected to a controller (not shown).
상기 온도 센서는 열이 가장 많이 발생되는 부분에 부착됨이 바람직하다.The temperature sensor is preferably attached to the portion that generates the most heat.
이하, 본 발명의 터보 압축기의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the operational effects of the turbo compressor of the present invention will be described.
먼저 전원이 인가되어 모터(2)가 고속으로 회전하게 되면 그 회전력이 회전축(3)을 통해 제1,2 임펠러(10)(11)에 전달되어 제1,2 임펠러(10)(11)가 고속 회전하게 된다. 상기 제1,2 임펠러(10)(11)가 제1,2 압축실(P1)(P2)에서 회전함에 따라 흡입구(1a)로 흡입된 냉매 가스가 모터실(M) 및 제1 가스통로(f1)를 통해 제1 압축실(P1)로 흡입된다. 상기 제1 압축실(P1)에서 1단 압축된 냉매 가스는 1단 압축되어 제2 가스통로(f2)와 제4 가스통로(f4) 그리고 제3 가스통로(f3)를 통해 제2 압축실(P2)로 흡입되고 그 제2 압축실(P2)에서 냉매 가스가 2단 압축되어 토출관(13)을 통해 토출된다.First, when power is applied and the motor 2 rotates at a high speed, the rotational force is transmitted to the first and second impellers 10 and 11 through the rotation shaft 3 so that the first and second impellers 10 and 11 are It will rotate at high speed. As the first and second impellers 10 and 11 rotate in the first and second compression chambers P1 and P2, the refrigerant gas sucked into the intake port 1a is connected to the motor chamber M and the first gas passage. It is suctioned into the 1st compression chamber P1 through f1). The refrigerant gas compressed in the first stage in the first compression chamber P1 is compressed in the first stage, and thus the second compression chamber (the second gas passage f2, the fourth gas passage f4, and the third gas passage f3) is compressed. It is sucked into P2) and the refrigerant gas is compressed in two stages in the second compression chamber P2 and discharged through the discharge pipe 13.
상기 과정에서, 설계상으로 오류나 기타 원인으로 설계 영역을 벗어난 비정상적인 운전이 이루어지게 되면 가장 먼저 회전축(3)을 지지하는 베어링(R)(T)의 표면 온도가 상승하게 되어 베어링 기능이 저하되며 그 베어링의 기능 저하로 인하여 상대적으로 마찰열이 증가하게 되어 온도를 상승시키게 된다. 이때, 저어널 베어링(R)측에 부착된 제1 온도 센서(20)나 스러스트 베어링(T)측에 부착된 제2 온도 센서(30) 중 하나의 온도 센서라도 설정된 온도 이상의 온도가 감지되면 컨트롤러(40)에서 이를인식하여 전원을 차단하게 된다. 도 5는 본 발명의 안전장치를 제어하는 계통도이다.In the above process, if an abnormal operation out of the design area is made due to an error or other cause by design, the surface temperature of the bearing (R) (T) supporting the rotating shaft 3 firstly rises and the bearing function is deteriorated. Due to the deterioration of the bearings, the frictional heat increases and the temperature rises. At this time, even if a temperature sensor of one of the first temperature sensor 20 attached to the journal bearing R side or the second temperature sensor 30 attached to the thrust bearing T side is detected, the controller At 40 it is recognized to cut off the power. 5 is a system diagram for controlling the safety device of the present invention.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 터보 압축기의 안전장치는 터보 압축기의 운전 중 비정상적인 운전이 이루어질 경우 그 비정상적인 운전에 의해 발생되는 열을 감지하여 시스템의 전원을 차단하게 됨으로써 시스템의 파손을 방지하게 될 뿐만 아니라 안전 사고를 예방할 수 있는 효과가 있다.As described above, the safety device of the turbo compressor according to the present invention, when abnormal operation is made during the operation of the turbo compressor to detect the heat generated by the abnormal operation to cut off the power of the system to prevent damage to the system In addition, it has the effect of preventing a safety accident.
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