KR20020062031A

KR20020062031A - 터보 압축기

Info

Publication number: KR20020062031A
Application number: KR1020010003239A
Authority: KR
Inventors: 최문창; 서광하; 김영관; 지유철; 왕대성
Original assignee: 엘지전자주식회사
Priority date: 2001-01-19
Filing date: 2001-01-19
Publication date: 2002-07-25
Also published as: JP2002285994A; US20020097929A1; CN1183331C; CN1366144A; US6698929B2

Abstract

본 발명은 구조가 간단하고, 작동효율이 향상되는 터보 압축기에 관한 것으로, 본 발명에 따른 터보 압축기는 스테이터(MS), 상기 스테이터(MS) 내에서 회전하는 로터(MR) 및 상기 로터(MR)에 압입되어 로터(MR)와 함께 회전하는 회전축(7)으로 구성된 모터(M)와, 상기 모터(M)의 회전축(7)을 지지하는 베어링 수단과, 상기 모터(M)의 회전축(7)에 부착되어 회전작동하는 임펠러(8A)(8B)를 포함하며; 상기 베어링 수단이 다수개의 요홈이 형성된 스테이터(MS) 내주면에 끼움장착되어 로터(MR)의 외주면과 접하는 다수개의 포일(20)로 구성된 포일 베어링(9C)으로 이루어진다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 터보 압축기는 회전축의 지지구조가 단순하기 때문에 마찰 및 풍손이 감소되고, 조립성이 향상되기 때문에 작동효율 및 생산성이 높다는 이점을 가지고 있다.

Description

터보 압축기{Turbo compressor}

본 발명은 압축기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 구조가 간단하고, 작동효율이 향상되는 터보 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 기계적인 에너지를 압축성 유체의 압축에너지로 변환시키는 것으로, 공기 조화기 등에서 사용되며 왕복동식, 스크롤식, 터보식(원심식), 베인식(회전식) 등으로 구분된다.

터보 압축기는 임펠러의 회전력을 이용하여 유체를 축방향으로 흡입한 다음, 원심방향으로 토출시키면서 압축하는 것으로, 임펠러 및 압축실의 개수에 따라 1단 내지는 2단식으로 구분되며, 임펠러의 배열 형태에 따라 백 투 백(back to back) 타입 및 페이스 투 페이스(face to face) 타입으로 구분된다.

이와 같은 압축기 중에서 2단식 터보 압축기는 도 1에 나타난 것과 같이 모터 하우징(1)과, 상기 모터 하우징(1)의 양측에 구비되는 제1베어링 플레이트(2A)및 제2베어링 플레이트(2B)와, 상기 제1베어링 플레이트(2A)의 외측면에 장착되는 슈라우드 플레이트(3)와, 상기 슈라우드 플레이트(3)의 외측면에 장착되는 제1디퓨저 케이싱(4A)과, 상기 제2베어링 플레이트(2B)의 측면에 장착되는 베어링 커버(5)와, 상기 베어링 커버(5)를 감싸는 볼류트 케이싱(6)과, 상기 볼류트 케이싱(6)의 외면에 장착되는 제2디퓨저 케이싱(4B)과, 모터 하우징(1)의 내부에 장착된 모터(M)를 포함하여 이루어져 있다.

여기서, 모터 하우징(1)의 일측에는 흡입관(SP)이 구성되어 있으며, 볼류트 케이싱(6)의 일측에는 토출관(DP)이 구성되어 있다.

상기 슈라우드 플레이트(3)와 제1디퓨저 케이싱(4A)은 제1압축실(Sc1)을 구성하고, 볼류트 케이싱(6)과 제2디퓨저 케이싱(4B)은 제2압축실(Sc2)을 구성하게 된다.

모터(M)는 스테이터(MS)와, 상기 스테이터(MS) 내에 장착된 로터(MR) 및 로터(MR)에 압입된 회전축(7)으로 이루어져 있는데, 상기 모터(M)의 회전축(7)은 양선단이 각각 제1베어링 플레이트(2A) 및 제2베어링 플레이트(2B)를 관통하는 구조로서, 상기 각 플레이트(2A)(2B) 안쪽의 레이디얼 포일 베어링(9A)(9B)에 의해 지지된다.

모터(M)의 회전축(7) 양선단에는 각각 제1압축실(Sc1)에 배치되는 1단 임펠러(8A)와 제2압축실(Sc2)에 배치되는 2단 임펠러(8B)가 부착되어 있으며, 제2베어링 플레이트(2B)의 일측면에는 회전축(7)의 선단을 지지하는 트러스트 포일 베어링(10)이 부착되어 있다.

이와 같은 종래 압축기의 작동방식은 다음과 같다.

먼저, 모터(M)의 구동으로 회전축(7)이 회전할 경우 상기 회전축(7) 양단에 부착된 양 임펠러(8A)(8B) 역시 회전하게 되고, 흡입관(SP)으로 흡입된 유체는 제1가스통로(11) 및 제1흡입공간(Ss1)을 통해 제1압축실(Sc1)로 유입되어 1단 임펠러(8A)에 의해 1단 압축된다.

1단 압축된 이른바 가압축 유체는 제2가스통로(12) 및 제2흡입공간(Ss2)을 통해 제2압축실(Sc2)로 흡입되어 2단 임펠러(8B)에 의해 2단 압축된다. 2단 압축된 유체는 볼류트 케이싱(6)에 의해 모아져 토출관(DP)을 통해 토출된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 종래의 2단식 터보 압축기에 의하면 유체가 단계적으로 가압됨으로써 압축율이 향상된다는 특징이 있다.

종래 2단식 터보 압축기에서는 고속회전하는 모터(M)의 작동특성상 회전축(7)을 지지하기 위해 상술한 바와 같이 마찰이 적은 포일 베어링(foil bearing)이 사용되는데, 레이디얼 포일 베어링(9A)은 도 2에 나타난 것과 같이 각 베어링 플레이트(2A) 내에 장착된 다수개의 포일(20)로 이루어진다.

상기 포일(20)은 도 3에 나타난 것과 같이 만곡된 장방형의 박판으로서, 일측 선단이 둥글게 말려서 걸림부(201)를 형성하는 구조로 이루어져 있으며, 상기 걸림부(201)가 베어링 플레이트(2A)의 내주면에 형성된 요홈(2a)에 끼워짐으로써 조리개 형상으로 조합된다.

이와 같은 종래의 터보 압축기에 의하면 회전축(7)에 수직방향으로 가해지는 압력이 양 레이디얼 포일 베어링(9A)(9B)에 의해 두 곳에서 지지되기 때문에 상기양 베어링(9A)(9B)과 회전축(7)의 넓은 마찰면적으로 인해 모터(M)의 구동효율이 떨어지고, 구조가 복잡해짐으로써 풍손(windage loss)이 발생하여 압축효율이 저하된다는 문제점이 발생한다. 양 포일 베어링(9A)(9B)과 회전축(7)의 마찰에 의해 발생하는 구동효율 저하현상은 일종의 기계손에 의한 것이다.

이러한 종래의 터보 압축기는 양 레이디얼 포일 베어링(9A)(9B)을 지지하기 위한 베어링 플레이트(2A)(2B)와 같은 구성요소를 필요로 하기 때문에 생산성이 낮다는 문제점도 가지고 있다.

참고로, 압축기의 작동 시 발생하는 동력손실에 대해 설명하자면 다음과 같다.

압축기의 동력손실은 크게 기계손과 모터손, 누설손 및 공력손으로 나뉘어 지는데, 기계손은 로터(MR)와 스테이터(MS)간의 마찰 및 트러스트 포일 베어링(10)과 회전축(7)간의 마찰, 각 임펠러(8A)(8B)의 배면에서 발생하는 마찰, 그리고 앞에서 말한 양 포일 베어링(9A)(9B)과 회전축(7)의 마찰에 의해 발생하게 되며, 총동력손실의 약 44%를 차지하게 된다. 기계손 중에서 양 레이디얼 포일 베어링(9A)(9B)과 회전축(7)의 마찰에 의해 발생하는 손실은 대략 총동력손실의 7.3% 이고, 로터(MR)와 스테이터(MS)간의 마찰에 의해 발생하는 손실은 총동력손실의 약 25%를 차지하게 된다.

본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 회전축의 지지구조가 단순화 됨으로써 작동효율 및 생산성이 향상되는 터보 압축기의 제공을목적으로 한다.

도 1은 종래 터보 압축기의 구조를 나타낸 단면도이다.

도 2는 종래 터보 압축기의 포일 베어링 장착구조를 나타낸 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도이다.

도 3은 종래 터보 압축기에 적용되는 포일 베어링을 나타낸 사시도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터보 압축기의 베어링 구조를 나타낸 종단면도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 터보 압축기의 베어링 구조를 나타낸 횡단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 모터 하우징 2A: 제1베어링 플레이트

2B: 제2베어링 플레이트 3: 슈라우드 플레이트

4A: 제1디퓨저 케이싱 4B: 제2디퓨저 케이싱

5: 베어링 커버 6: 볼류트 케이싱

7: 회전축 8A: 1단 임펠러

8B: 2단 임펠러 9A, 9B, 9C: 레이디얼 포일 베어링

10: 트러스트 포일 베어링 11: 제1가스통로

12: 제2가스통로 20: 포일

201: 걸림부 M: 모터

SP: 흡입관 DP: 토출관

Sc1: 제1압축실 Sc2: 제2압축실

Ss1: 제1흡입공간 Ss2: 제2흡입공간

MS: 스테이터 MR: 로터

상기 목적을 달성하기 위하여 제공되는 터보 압축기는 스테이터와 상기 스테이터 내에서 회전하는 로터 및 상기 로터에 압입되어 로터와 함께 회전하는 회전축으로 구성된 모터와, 상기 모터의 회전축을 지지하는 베어링 수단과, 상기 모터의 회전축에 부착되어 회전작동하는 임펠러를 포함하며; 상기 베어링 수단이 다수개의 요홈이 형성된 스테이터 내주면에 끼움장착되어 로터의 외주면과 접하는 다수개의 포일로 구성된 포일 베어링으로 이루어진다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도 4부터 도 5까지 참조로 하여 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 터보 압축기는 모터의 회전축을 지지하는 베어링 수단을 포함하여 이루어지는데, 상기 베어링 수단은 도 4 및 도 5에 나타난 것과 같이 다수개의 요홈이 형성된 스테이터(MS) 내주면에 끼움장착되어 로터(MR)의 외주면과 접하는 다수개의 포일(20)로 구성된 포일 베어링(9C)으로 이루어진다.

본 발명의 실시예에 의하면 회전축(7)이 모터(M) 내에서 상기 포일 베어링(9C)에 의해 지지되기 때문에 베어링 플레이트(2A)(2B)(도 1 참조)와 같은 부품이 필요치 않으며, 압축기의 조립이 용이하게 될 뿐만 아니라, 부품 감소로 인해 풍손이 줄어들게 된다.

더불어, 압축기의 동력손실 중 큰 비율을 차지하던 양 레이디얼 포일 베어링(9A)(9B)과 회전축(7)간의 마찰이 발생하지 않으며, 로터(MR)와스테이터(MS) 간의 마찰 또한 스테이터(MS)에 장착된 포일 베어링(9C)에 의해 감소되기 때문에 결과적으로 기계적인 마찰에 의한 동력손실이 감소된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 터보 압축기는 회전축의 지지구조가 단순하기 때문에 마찰 및 풍손이 감소되고, 조립성이 향상되기 때문에 작동효율 및 생산성이 높다는 이점을 가지고 있다.

Claims

스테이터와 상기 스테이터 내에서 회전하는 로터 및 상기 로터에 압입되어 로터와 함께 회전하는 회전축으로 구성된 모터와,

상기 모터의 회전축을 지지하는 베어링 수단과,

상기 모터의 회전축에 부착되어 회전작동하는 임펠러

를 포함하는 터보 압축기에 있어서;

상기 베어링 수단은 다수개의 요홈이 형성된 스테이터 내주면에 끼움장착되어 로터의 외주면과 접하는 다수개의 포일로 구성된 포일 베어링

으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.