KR20020067468A

KR20020067468A - Turbo machine

Info

Publication number: KR20020067468A
Application number: KR1020020043724A
Authority: KR
Inventors: 최문창; 김영관; 뻬뜨로샹바르딴
Original assignee: 최문창
Priority date: 2002-07-24
Filing date: 2002-07-24
Publication date: 2002-08-22
Also published as: KR100481600B1

Abstract

PURPOSE: A turbo machine is provided to achieve improved reliability for a high speed turbo machine by maintaining the bearing part at a low temperature, while cooling the motor and bearing in a simple way. CONSTITUTION: A turbo machine comprises a driving unit including a motor constituted by a rotor(1-2) installed to a shaft(1-1) and a stator(1-3) fixed to a casing(2-1) through a motor support(2-2), wherein the stator includes a heat radiation fin(2-3); a support unit including a bearing and a bearing housing(2-4), wherein the bearing housing is equipped with a heat radiation fin(2-5); a compression unit including an impeller(3-1) connected to the shaft, a diffuser(3-2) installed to the outer periphery of the impeller, a volute casing(3-4) communicated to the diffuser and a seal(3-5) arranged at the rear surface of the impeller; and a cooling unit including an air circulation path(4-1) arranged at the outer surface of the casing, and an air fan(4-2) installed in the air circulation path.

Description

Turbo machine {Turbo machine}

본 발명은 터보기계에 관한 것으로서, 특히 상기 터보기계의 발열부 냉각구조에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 모터의 고정자(Stator)에 냉각핀을 설치하고 공기 공급을 위한 팬(Fan)을 갖는 냉각방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a turbomachine, and more particularly, to a cooling structure of a heating part of a turbomachinery, and more particularly to a cooling method having a fan for installing air and a cooling fin installed on a stator of a motor. It is about.

본 발명은 고속 터보기계에 관한 것으로서 상기 터보 기계에는 일반적으로 터보 압축기(Turbo compressor), 터보 브로워(Turbo blower), 터보 팬(Turbo fan)이 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high speed turbomachine, which generally includes a turbo compressor, a turbo blower, and a turbo fan.

일반적으로 효율이 높고 경박단소한 것이 특징인 터보 압축기나 터보 브로워 등의 고속 터보 기계는 일반적으로 정속 회전하는 모터에 증속기어를 이용하여 고속회전을 구현하는 방식이나 최근 고속 베어링과 고속 인버터(Invertor) 기술 등의 발전으로 직접 모터를 고속 회전시키는 기술의 상업화가 가능해지고 있다.In general, high speed turbomachines such as turbo compressors and turbo blowers, which are characterized by high efficiency and light weight, are generally designed to realize high speed rotation by using gears in a constant speed motor, but recently high speed bearings and high speed inverters (Invertors). Advances in technology have made it possible to commercialize technologies that directly rotate motors at high speeds.

기본 구성은 도 1에 도시된 바와 같이, 회전자(회전자; 1-2)와 베어링 (Bearing; 2-6, 2-7)과 일체를 이루는 축(1-1)의 한쪽 또는 양쪽에 임펠러 (Impeller; 3-1)가 설치되어 있으며 모터로부터 회전력을 얻는 상기 임펠러가 고속(보통 수만 RPM 이상)으로 회전하며 그 원심력에 의해 디퓨저(Diffuser; 3-2)를 통과하며 압축되어진 가스(Gas)는 볼류트 케이싱(Volute Casing; 3-4)에 모아지며 외부로 토출된다.The basic configuration is an impeller on one or both sides of the shaft 1-1, which is integral with the rotor (rotor; 1-2) and the bearings (2-6, 2-7), as shown in FIG. (Impeller; 3-1) is installed and the impeller that obtains the rotational force from the motor rotates at high speed (usually tens of thousands of RPM or more) and the gas compressed through the diffuser (3-2) by the centrifugal force (Gas) Is collected in a volute casing (3-4) and discharged to the outside.

상기 회전부(1-1, 1-2, 2-6, 3-1)는 케이싱(Casing; 2-1)에 고정되어 있는 베어링 하우징(Bearing Housing; 2-4)에 의해 지지되며 궤도를 이탈하지 않고 회전하는 것이다.The rotating parts 1-1, 1-2, 2-6, and 3-1 are supported by a bearing housing 2-4 fixed to the casing 2-1 and do not deviate from the track. Without rotating.

그러나 모터의 용량(Power)은 회전수와 토오크(Torque)의 곱이며 모터의 크기는 토오크에 비례하므로 결국 고속 모터는 동일한 용량의 일반 정속 모터에 비해 그 크기가 매우 작아 모터 방열 면적이 부족하게 되며, 따라서 모터에서 발생되는 열의 냉각이 문제가 된다.However, since the power of the motor is the product of rotational speed and torque, and the size of the motor is proportional to the torque, the high speed motor is much smaller than the regular constant speed motor of the same capacity, resulting in insufficient motor heat dissipation area. Therefore, cooling of the heat generated by the motor becomes a problem.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 일반적으로 도 1과 같이 고정자(1-3)의 외주 면에 케이싱(2-1)을 설치하고, 상기 케이싱(2-1)에 모터 방열 핀(Fin; 2-3)을 설치하여 팬(Fan; 4-2)을 이용한 강제대류에 의해 냉각을 하거나 도 2와같이 케이싱(2-1)과 고정자(1-3) 외주 면 사이에 쿨링 자켓(Cooling Jacket; 5)을 설치하여 물을 순환시켜 냉각을 하는 것이다.In order to solve this problem, a casing 2-1 is generally installed on the outer circumferential surface of the stator 1-3, as shown in FIG. 1, and a motor heat dissipation fin (Fin) 2-3 is provided on the casing 2-1. Cooling by forced convection using a fan (Fan 4-2) or a cooling jacket (5) between the casing (2-1) and the outer peripheral surface of the stator (1-3) as shown in FIG. It is installed to circulate water for cooling.

그러나 도 1에 도시된 냉각구조는 간단하기는 하나 열이 발생하는 모터의 고정자(1-3)와 회전자(1-2), 코일(Coil; 1-4), 베어링(Bearing)부(2-7, 2-6, 2-4)를 직접 냉각하는 것이 아니라, 발생되는 모든 열은 오직 케이싱(2-1)에 설치된 핀(2-3)을 통해서만 냉각되므로 충분한 냉각이 어렵다.However, although the cooling structure shown in FIG. 1 is simple, the stator (1-3), the rotor (1-2), the coil (1-4), and the bearing (2) of the motor that generate heat are generated. Rather than directly cooling -7, 2-6 and 2-4, all the heat generated is only cooled through the pins 2-3 installed in the casing 2-1, so that sufficient cooling is difficult.

또한 도 2에 도시된 냉각구조는 수냉식이므로 냉각에는 효과적이나 냉각수를 순환시켜야 하는 관계로 물 순환 장치가 부가적으로 필요하게 되는 불편함이 따른다.In addition, since the cooling structure shown in FIG. 2 is water-cooled, it is effective for cooling, but since the cooling water must be circulated, the inconvenience of additionally requiring a water circulation device follows.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 케이싱(2-1)을 2중 구조로 하여 각 발열부인 고정자(1-3), 베어링부(2-7, 2-6, 2-4), 코일(1-4)을 팬(4-2)에 의해 직접 냉각하는 효율적이며 편리한 냉각구조를 목적으로 한다.In order to solve the above problems, the present invention has a casing (2-1) having a double structure, each of the stator (1-3), bearing parts (2-7, 2-6, 2-4), coils, which are heating parts It aims at an efficient and convenient cooling structure which cools (1-4) directly with the fan 4-2.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 발열부 냉각을 위한 공기순환통로(4-1)를 갖는 케이싱(2-1)내부에 모터 지지부(2-2)로 고정자(1-3)를 고정하고 그 고정자(1-3)의 외주면에는 모터 방열핀(2-3)을 설치하고 베어링 하우징(2-4)에 베어링 방열핀(2-5)을 설치하고 공기순환 팬(4-2)으로 공기를 강제로 순환시키도록 한것과, 고온부인 압축부로부터 케이싱 내부로 열이 전달되는 것을 막기 위한 열차단 틈새(6)가 있는 것에 그 특징이 있다.According to the present invention for achieving the above object, the stator (1-3) is fixed by the motor support (2-2) inside the casing (2-1) having the air circulation passage (4-1) for cooling the heat generating portion. The motor heat dissipation fins (2-3) are installed on the outer circumferential surface of the stator (1-3), and the bearing heat dissipation fins (2-5) are installed on the bearing housing (2-4), and air is supplied to the air circulation fan (4-2). It is characterized by being forced to circulate, and having a thermal cutoff gap 6 for preventing heat from being transferred from the compression portion, which is a hot portion, into the casing.

도 1은 종래의 일반적인 터보 기계 냉각구조의 제1 실시 예를 나타내는 도면이며,1 is a view showing a first embodiment of a conventional general turbo mechanical cooling structure,

도 2는 종래의 일반적인 터보 기계 냉각구조의 제2 실시예를 나타내는 도면이며,2 is a view showing a second embodiment of a conventional general turbomachine cooling structure,

도 3은 본 발명에 의한 터보 기계 냉각구조의 제1 실시예를 나타내는 도면이며.3 is a view showing a first embodiment of the turbomachine cooling structure according to the present invention.

도 4는 본 발명에 의한 터보 기계 냉각구조의 제2 실시예를 나타내는 도면이 며.4 is a view showing a second embodiment of the turbomachine cooling structure according to the present invention.

도 5는 본 발명에 의한 터보 기계 냉각구조의 제3 실시예를 나타내는 도면이며.5 is a view showing a third embodiment of the turbomachine cooling structure according to the present invention.

도 6은 본 발명에 의한 터보 기계 냉각구조의 제4 실시예를 나타내는 도면이다.6 is a view showing a fourth embodiment of the turbomachine cooling structure according to the present invention.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>

1: 구동부 1-1: 축1: drive unit 1-1: shaft

1-2: 회전자 1-3: 고정자1-2: Rotor 1-3: Stator

1-4: 모터권선 2: 지지부1-4: Motor winding 2: Support part

2-1: 케이싱 2-2: 모터 지지대2-1: Casing 2-2: Motor Support

2-3: 모터 방열핀 2-4: 베어링 하우징2-3: motor heat sink fins 2-4: bearing housing

2-5: 베어링 방열핀 2-6: 레이디얼 베아링2-5: Bearing Heatsink Fin 2-6: Radial Bearing

2-7: 스러스트 베아링 3: 압축부2-7: thrust bearing 3: compression

3-1: 임펠러 3-2: 디퓨져3-1: Impeller 3-2: Diffuser

3-3: 슈라우드 3-4: 볼류트 케이싱3-3: Shroud 3-4: Volute Casing

3-5: 시일 4: 공기 순환부3-5: seal 4: air circulation

4-1: 공기 순환통로 4-2: 공기 순환팬4-1: Air circulation path 4-2: Air circulation fan

5: 쿨링 자켓 6: 열차단 틈새5: cooling jacket 6: thermal barrier

본 발명에 의한 고속 터보 기계는 축에 게재된 회전자와, 모터 지지대에 의해 케이싱에 고정된 고정자로 구성된 모터 및 축으로 구성되며, 상기 고정자에는모터 방열핀이 장착된 구동부와; 베어링 및 베어링 하우징으로 구성되며, 상기 베어링 하우징에는 베어링 방열핀과 열차단 틈새가 설치된 지지부와; 축에 연결된 임펠러와, 상기 임펠러 외주면에 설치된 디퓨저와, 상기 디퓨저와 연통된 볼류트 케이싱 및 상기 임펠러 후면에 설치된 시일로 구성된 압축부; 및 케이싱의 외면에 설치된 공기순환통로 및 상기 공기순환통로 중의 한 곳에 설치된 공기 순환팬으로 구성된 냉각부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The high-speed turbo machine according to the present invention comprises a motor and a shaft consisting of a rotor placed on the shaft, a stator fixed to the casing by a motor support, and the stator includes a drive unit equipped with a motor heat radiation fin; Comprising a bearing and a bearing housing, the bearing housing includes a support portion provided with a bearing radiating fin and a heat shield clearance; A compression unit comprising an impeller connected to the shaft, a diffuser installed on the outer circumferential surface of the impeller, a volute casing in communication with the diffuser, and a seal provided on a rear surface of the impeller; And a cooling unit comprising an air circulation path installed at an outer surface of the casing and an air circulation fan installed at one of the air circulation paths.

본 발명의 바람직한 실시를 위하여, 상기 모터 지지대와 상기 모터 방열핀은 일체형 또는 분리형으로 형성할 수 있으며, 상기 열차단 틈새는 시일면에 설치된 것을 특징으로 한다.For the preferred embodiment of the present invention, the motor support and the motor heat dissipation fins may be formed integrally or separately, and the thermal cutoff gap is installed on the seal surface.

또한 본 발명의 더욱 바람직스러운 실시를 위하여, 상기 모터 지지대는 상기 베어링 하우징에 고정된 것을 특징으로 한다.In addition, for a more preferred embodiment of the present invention, the motor support is characterized in that fixed to the bearing housing.

이하 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, described in detail by the accompanying drawings as follows.

도 3에 도시된 바와 같이, 케이싱(2-1)의 양 쪽에 공기가 쉽게 통과될 수 있도록 공기순환통로(4-1)를 설치하고 그 한 쪽에 공기순환팬 (4-2)을 달아 내부와 외부의 공기가 항상 원활히 교환되도록 한다.As shown in FIG. 3, an air circulation passage 4-1 is installed on both sides of the casing 2-1 so that air can easily pass therethrough, and an air circulation fan 4-2 is attached to one side of the casing 2-1 so that the air can easily pass therethrough. Ensure that the outside air is always replaced smoothly.

그 내부에 있는 고정자(1-3)외주면과 베어링 하우징(2-4)에 열교환을 용이하게 하는 방열핀(2-3, 2-5)을 각각 설치한다. 즉 팬(4-2)에 의해 순환되는 공기는 상기 두개의 방열핀(2-3, 2-5)과 코일(8)을 직접 냉각하게 되며 고온의 압축부로 부터 케이싱(2-1) 내부로 전달되는 열을 차단하기 위하여 상기 베어링 하우징(2-4) 또는 시일(3-5)면에 열차단 틈새(6)를 구성한다.On the outer circumferential surface of the stator (1-3) and the bearing housing (2-4) therein, heat dissipation fins (2-3, 2-5) for facilitating heat exchange are respectively provided. In other words, the air circulated by the fan 4-2 directly cools the two heat dissipation fins 2-3 and 2-5 and the coil 8 and is transferred from the high temperature compression part into the casing 2-1. The heat shield gap 6 is formed on the bearing housing 2-4 or the seal 3-5 to block the heat.

터보압축기가 동작되는 과정을 살펴보면, 모터로부터 회전력을 받은 임펠라 (3-1)가 고속 회전하면서 흡입가스는 임펠라 내부에서 정압이 상승하며 동시에 원심력을 가지고 디퓨져(3-2)를 통과하면서 이 원심력에 의해 운동에너지가 압력수두의 상승으로 이어지고 압축된 고온고압의 가스는 볼류트케이싱(3-4)에서 모아져 토출되어진다.Looking at the operation of the turbo compressor, the impeller (3-1) is rotated at a high speed from the motor, while the suction gas rises the static pressure inside the impeller and at the same time passes through the diffuser (3-2) with a centrifugal force to the centrifugal force As a result, the kinetic energy leads to an increase in the pressure head, and the compressed high temperature and high pressure gas is collected and discharged from the volute casing 3-4.

이 때 이 고온고압의 가스로 인해 압축부(3)는 고온이 되며 이 열은 실(3-5)과 베아링하우징(2-4)를 통해 케이싱(2-1) 내부로 전달되어진다. 이 열이 전달되는 것을 차단하가 위해 열차단틈새(6)를 설치한다.At this time, due to the gas of the high temperature and high pressure, the compression unit 3 becomes a high temperature, and the heat is transferred into the casing 2-1 through the seal 3-5 and the bearing housing 2-4. Install a thermal insulation gap (6) to block this heat transfer.

또 모터부(1-2, 1-3, 1-4)의 전기적 손실은 모두 열로 변환되며, 게다가 베아링부(2-6, 2-7, 2-4)의 마찰손실도 모두 열로 변하므로 외부로의 열 방출이 필요한 것인데 이를 위해 모터방열핀(2-3)과 베아링방열핀(2-5)와 모터권선(1-4)에 공기순환팬(4-2)을 이용하여 강제로 공기를 불어 넣어 냉각이 용이하게 되는 것이다.In addition, the electrical losses of the motor parts (1-2, 1-3, 1-4) are all converted to heat, and the frictional losses of the bearing parts (2-6, 2-7, 2-4) are all converted to heat. The heat dissipation of the furnace is required. For this purpose, air is forced into the motor radiating fins (2-3), the bearing radiating fins (2-5), and the motor windings (1-4) using an air circulation fan (4-2). Cooling will be easy.

또한 도 4에 도시된 바와 같이, 모터 지지대와 모터 방열핀이 일체형이 아닌 분리형으로 구성할 수 있다.In addition, as shown in Figure 4, the motor support and the motor heat dissipation fin may be configured as a separate type rather than an integral type.

또한 도 5에 도시된 바와 같이, 모터 지지대가 케이싱이 아닌 베아링하우징에 고정되도록 구성할 수 있다.In addition, as shown in Figure 5, the motor support can be configured to be fixed to the bearing housing, not the casing.

또한 도 6에 도시된 바와 같이, 열차단틈새를 베아링하우징 면에 설치하지 않고 실 면에 설치할 수 있다.In addition, as shown in Figure 6, the thermal insulation gap can be installed on the actual surface without installing the bearing housing surface.

전술한 실시 예들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 적용 범위는 이와 같은 것에 한정되는 것이 아니며 동일 사상의 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.The above-described embodiments are merely illustrative of the preferred embodiments of the present invention, and the scope of application of the present invention is not limited thereto, and may be appropriately changed within the scope of the same idea.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은, 간단한 공냉식 냉각방식이면서도 충분한 냉각이 이루어지며 특히 베어링(2-6, 2-7)부도 직접 냉각에 의해 낮은 온도를 유지할 수 있어 특히 가스 베어링을 적용하는 고속 터보기계의 신뢰성 향상의 효과가 있다.As described above, the present invention is a simple air-cooled cooling method, but sufficient cooling is achieved, and in particular, the bearings 2-6 and 2-7 can maintain a low temperature by direct cooling, so that a high-speed turbo is particularly applicable. There is an effect of improving the reliability of the machine.

Claims

A motor and a shaft consisting of a rotor placed on the shaft and a stator fixed to the casing by a motor support, the stator including a drive unit to which a motor heat dissipation fin is mounted;

Comprising a bearing and a bearing housing, the bearing housing includes a support portion provided with a bearing radiating fin and a heat shield clearance;

A compression unit comprising an impeller connected to the shaft, a diffuser installed on the outer circumferential surface of the impeller, a volute casing in communication with the diffuser, and a seal provided on a rear surface of the impeller; And

A cooling unit including an air circulation path installed at an outer surface of the casing and an air circulation fan installed at one of the air circulation paths; To

Turbo machine comprising a.

The turbomachine of claim 1, wherein the motor support and the motor heat dissipation fin are integrally formed.

The turbomachine of claim 1, wherein the motor support and the motor heat dissipation fin are separated.

4. The turbomachine of claim 1, wherein the motor support is fixed to the bearing housing.

The turbomachine of claim 1, wherein the thermal barrier clearance is provided at a seal surface.

The turbomachine according to any one of claims 1 to 5, wherein a heat insulating material is filled in the thermal barrier gap.