KR20030028649A

KR20030028649A - 터보 압축기의 베어링 냉각구조

Info

Publication number: KR20030028649A
Application number: KR1020010059339A
Authority: KR
Inventors: 지유철; 최문창; 서광하; 김영관; 왕대성; 김회선
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2001-09-25
Filing date: 2001-09-25
Publication date: 2003-04-10
Also published as: CN1410680A; US6729858B2; JP3825372B2; JP2003120597A; CN1219982C; US20030059315A1; KR100414110B1

Abstract

본 발명은 터보 압축기의 베어링 냉각구조에 관한 것으로, 본 발명은 터보 압축기에서, 구동모터가 장착되는 모터실 측부에 구비되며 가스가 1단 압축되는 제1 압축실측에 위치하도록 격벽인 제1 축 지지부재에 결합되어 그 제1 축 지지부재와 함께 베어링 챔버를 형성함과 아울러 제1 압축실과 모터실사이를 실링하는 실링부재와, 상기 베어링 챔버에 장착되어 상기 구동축을 축방향으로 지지하는 스러스트 베어링과, 상기 모터실과 제1 압축실을 연통시키도록 상기 제1 축 지지부재에 관통 형성되는 연통유로와, 상기 연통유로에 장착되어 상기 베어링 챔버내의 온도에 따라 그 연통유로를 개폐시켜 상기 베어링 챔버를 냉각시키는 개폐수단을 포함하도록 구성하여 상기 구동모터의 회전력이 구동축을 통해 제1,2 임펠러에 전달되어 그 제1,2 임펠러가 회전하면서 그 제1,2 임펠러가 각각 위치하는 제1,2 압축실에서 가스를 2단 압축하는 과정에서 상기 구동축을 지지하는 베어링부에서 발생되는 열을 상기 모터실로 흡입되는 차가운 상태의 냉매 가스로 냉각시킴으로써 상기 베어링이 과열되어 손상되는 것을 방지하여 부품의 수명을 연장시킬 뿐만 아니라 신뢰성을 높일 수 있도록 한 것이다.

Description

터보 압축기의 베어링 냉각구조{STRUCTURE FOR COOLING BEARING IN TURBO COMPRESSOR}

본 발명은 터보 압축기의 베어링 냉각구조에 관한 것으로, 특히 구동모터의 회전력이 구동축을 통해 제1,2 임펠러에 전달되어 그 제1,2 임펠러가 회전하면서 그 제1,2 임펠러가 각각 위치하는 제1,2 압축실에서 가스를 2단 압축하는 과정에서 상기 구동축을 지지하는 베어링부에서 발생되는 열을 냉각시켜 베어링의 손상을 방지할 수 있도록 한 터보 압축기의 베어링 냉각구조에 관한 것이다.

도 1은 상기 터보 압축기의 일예를 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 상기 터보 압축기는 소정의 내부 공간을 갖도록 형성된 케이싱(10)과, 상기 케이싱(10)의 양측에 각각 복개 결합되는 그 케이싱(10)과 함께 모터실(M)을 형성하는 제1 축 지지부재(20) 및 제2 축 지지부재(30)와, 상기 케이싱(10)의 내부 공간, 즉 모터실(M)에 장착되어 회전력을 발생시키는 구동모터(40)와, 그 구동모터(40)에 결합됨과 아울러 상기 제1,2 축 지지부재(20)(30)에 관통 삽입되는 구동축(50)과, 상기 제1 축 지지부재(20) 외측에 고정 결합되어 그 제1 축 지지부재(20)와 함께 그 내부에 제1 압축실(A)을 형성하는 제1 압축실 커버(60)와, 상기 제2 축 지지부재(30) 외측에 고정 결합되어 그 제2 축 지지부재(30)와 함께 제2 압축실(B)을 형성하는 제2 압축실 커버(70)와, 상기 제1 압축실(A)에 회전 가능하게 위치하여 상기 구동축(50)의 일측단과 결합되는 제1 임펠러(80)와, 상기 제2 압축실(B)에 회전 가능하게 위치하여 상기 구동축(50)의 타측단과 결합되는 제2임펠러(90)와, 상기 제1,2 축 지지부재(20)(30)에 각각 장착되어 상기 구동축(50)을 반경 방향으로 지지하는 레이디얼 베어링(R)과, 상기 제1 축 지지부재(20) 측에 장착되어 그 제1 축 지지부재(20)와 함께 베어링 챔버(C)를 형성함과 아울러 상기 제1 압축실(A)과 모터실(M)사이를 실링하는 실링부재(100)와, 상기 베어링 챔버(C)에 위치하도록 장착되어 제1,2 압축실(A)(B)의 압력 차에 의해 상기 구동축(50)에 작용하는 축방향 힘을 지지하는 스러스트 베어링(T)을 포함하여 구성된다.

그리고 상기 케이싱(10)의 일측에 냉동사이클을 구성하는 증발기를 거친 냉매 가스가 유입되는 흡입구(11)가 형성되고 상기 케이싱(10)의 타측에 그 케이싱(10)으로 유입된 냉매 가스가 상기 제1 압축실(A)로 유입되도록 상기 제1 압축실(A)과 연결되는 제1 유로(미도시)가 구비된다. 그리고 상기 제1 압축실(A)에서 1단 압축된 냉매 가스가 상기 제2 압축실(B)로 유입되도록 상기 제1 압축실(A)과 제2 압축실(B)을 연결하는 제2 유로(미도시)가 구비되고 상기 제2 압축실(B)의 일측에 그 제2 압축실(B)에서 2단 압축된 냉매 가스가 토출되는 토출구(미도시)가 구비된다.

상기 레이디얼 베어링(R)과 상기 스러스트 베어링(T)은 고속 회전에 적합한 포일 베어링 또는 틸팅 베어링이 사용된다.

미설명 부호 110은 제2 압축실(B)과 모터실(M)사이를 실링하는 실링부재이고, 120은 디퓨져이다.

상기한 바와 같은 터보 압축기의 작용은 다음과 같다.

먼저, 전원이 인가되어 상기 구동모터(40)가 작동하게 되면 그 구동모터(40)의 회전력이 상기 구동축(50)을 통해 상기 제1,2 임펠러(80)(90)에 전달되어 제1,2 임펠러(80)(90)가 제1,2 압축실(A)(B)에서 각각 회전하게 된다.

상기 제1,2 임펠러(80)(90)가 회전하게 되면 증발기를 거친 냉매 가스가 상기 케이싱(10)의 흡입구(11)를 통해 그 케이싱(10)의 모터실(M)로 흡입되고 그 모터실(M)로 흡입된 냉매 가스가 그 모터실(M)에 위치하는 구동모터(40)를 냉각시킨 다음 제1 유로를 통해 제1 압축실(A)로 유입된다. 상기 제1 압축실(A)로 유입된 냉매 가스는 상기 제1 임펠러(80)의 운동에너지를 전달받아 정압으로 변환되면서 그 제1 압축실(A)에서 1단 압축된 다음 상기 제2 유로를 통해 제2 압축실(B)로 유입되며 그 제2 압축실(B)로 유입된 냉매 가스는 상기 제2 임펠러(90)의 운동에너지를 전달받아 정압으로 변환되면서 그 제2 압축실(B)에서 2단 압축되어 토출구를 통해 토출된다.

상기 과정에서 제1 압축실(A)의 압력이 제2 압축실(B)과 모터실(M)보다 작게 되므로 구동축(50)에 축방향 힘이 작용하게 되며 이와 같은 축방향 힘은 상기 스러스트 베어링(T)에 의해 지지되고, 상기 구동축(50)의 반경방향으로 작용하는 힘은 레이디얼 베어링(R)에 의해 지지된다.

그러나 상기한 바와 같은 종래 구조는 고속으로 운전될 경우 상기 제1 압축실(A)과 제2 압축실(B)의 압력 차의 증가로 상기 스러스트 베어링(T)에서 발생되는 손실 열이 증가하게 되어 상기 베어링 챔버(C)가 고온으로 유지됨으로써 상기 스러스트 베어링(T)을 구성하는 구성 부품을 손상시키게 되어 스러스트 베어링(T)의 수명을 단축시킬 뿐만 아니라 신뢰성을 저하시키게 되는 문제점이 있었다.

상기한 바와 같은 점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 구동모터의 회전력이 구동축을 통해 제1,2 임펠러에 전달되어 그 제1,2 임펠러가 회전하면서 그 제1,2 임펠러가 각각 위치하는 제1,2 압축실에서 가스를 2단 압축하는 과정에서 상기 구동축을 지지하는 베어링부에서 발생되는 열을 냉각시켜 베어링의 손상을 방지할 수 있도록 한 터보 압축기의 베어링 냉각구조를 제공함에 있다.

도 1은 종래 터보 압축기를 도시한 단면도,

도 2는 본 발명의 터보 압축기 베어링 냉각구조가 구비된 터보 압축기의 단면도,

도 3은 본 발명의 터보 압축기 베어링 냉각구조를 도시한 단면도,

도 4는 본 발명의 터보 압축기 베어링 냉각구조의 작동상태를 도시한 단면도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

10 ; 케이싱 20 ; 제1 축 지지부재

21 ; 연통유로 30 ; 제2 축 지지부재

50 ; 구동축 60 ; 제1 압축실 커버

70 ; 제2 압축실 커버 80 ; 제1 임펠러

90 ; 제2 임펠러 100 ; 실링부재

130 ; 고정 박판 131 ; 고정 박판 관통공

140 ; 열감응부재 A ; 제1 압축실

B ; 제2 압축실 C ; 베어링 챔버

M ; 모터실 T ; 스러스트 베어링

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 케이싱의 양측에 제1,2 축 지지부재가 각각 결합되어 상기 케이싱과 함께 모터실이 형성되고 그 제1,2 축 지지부재의 양측에 제1,2 압축실 커버가 각각 결합되어 제1,2 압축실이 형성되고 상기 모터실에 장착된 구동모터의 구동력이 구동축을 통해 상기 제1,2 압축실에 위치한 제1,2 임펠러에 전달되어 그 제1,2 임펠러가 회전하면서 상기 모터실로 흡입된 가스가 제1,2 압축실을 순차적으로 거치면서 2단 압축되어 토출되는 터보 압축기에 있어서, 상기 제1 압축실측에 위치하도록 상기 제1 축 지지부재에 결합되어 그 제1 축 지지부재와 함께 베어링 챔버를 형성함과 아울러 제1 압축실과 모터실사이를 실링하는 실링부재와, 상기 베어링 챔버에 장착되어 상기 구동축을 축방향으로 지지하는 스러스트 베어링과, 상기 모터실과 제1 압축실을 연통시키도록 상기 제1 축 지지부재에 관통 형성되는 연통유로와, 상기 연통유로에 장착되어 상기 베어링 챔버내의 온도에 따라 그 연통유로를 개폐시켜 상기 베어링 챔버를 냉각시키는 개폐수단을 포함하여 구성함을 특징으로 하는 터보 압축기의 베어링 냉각구조가제공된다.

이하, 본 발명의 터보 압축기 베어링 냉각구조를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 터보 압축기 베어링 냉각구조의 일예가 구비된 터보 압축기를 도시한 것으로, 이를 참조하여 설명하면, 먼저 터보 압축기는 소정의 내부 공간을 갖도록 형성된 케이싱(10)의 양측에 제1 축 지지부재(20) 및 제2 축 지지부재(30)가 각각 복개 결합되어 그 케이싱(10)과 함께 모터실(M)이 형성되고 상기 케이싱(10)의 내부 공간, 즉 모터실(M)에 회전력을 발생시키는 구동모터(40)가 장착된다.

그리고 상기 제1 축 지지부재(20) 외측에 고정 결합되어 그 제1 축 지지부재(20)와 함께 그 내부에 제1 압축실(A)을 형성하는 제1 압축실 커버(60)와 상기 제2 축 지지부재(30) 외측에 고정 결합되어 그 제2 축 지지부재(30)와 함께 제2 압축실(B)을 형성하는 제2 압축실 커버(70)가 구비된다.

상기 구동모터(40)에 구동축(50)이 결합됨과 아울러 그 구동축(50)의 양단부가 상기 제1,2 축 지지부재(20)(30)에 관통 삽입되어 상기 제1,2 압축실(A)(B)에 각각 위치하게 되고 상기 제1,2 압축실(A)(B)에 각각 회전 가능하게 위치하도록 상기 구동축(50)의 양단부에 제1,2 임펠러(80)(90)가 각각 고정 결합된다.

그리고 상기 구동축(50)을 반경 방향으로 지지하는 레이디얼 베어링(R)이 상기 제1,2 축 지지부재(20)(30)에 각각 장착되며 상기 제1 축 지지부재(20)와 함께 베어링 챔버(C)를 형성하도록 소정의 형상을 갖는 실링부재(100)가 상기 제1 축 지지부재(20)에 결합되고 상기 베어링 챔버(C)내에 상기 구동축(50)을 축방향으로 지지하는 스러스트 베어링(T)이 장착된다.

그리고 상기 제1 축 지지부재(20)에, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 모터실(M)과 제1 압축실(A)을 연통시키도록 관통된 연통유로가 형성되고 상기 연통유로에 상기 베어링 챔버(C)내의 온도에 따라 그 연통유로를 개폐시켜 상기 베어링 챔버(C)를 냉각시키는 개폐수단이 장착된다.

상기 개폐수단은 내부에 관통공(131)이 구비되어 상기 연통유로에 결합되는 고정 박판(130)과, 소정 형상으로 가장자리에 관통공(141)이 구비되며 상기 고정 박판(130)에 접촉되도록 위치하여 온도에 따라 자체 변형되면서 상기 고정 박판의 관통공(131)을 개폐하는 열감응부재(140)를 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명의 터보 압축기의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

상기 제1,2 임펠러(80)(90)가 회전하게 되면 증발기를 거친 냉매 가스가 상기 케이싱(10)의 흡입구(11)를 통해 그 케이싱(10)의 모터실(M)로 흡입되고 그 모터실(M)로 흡입된 냉매 가스가 상기 구동모터(40)를 냉각시킨 다음 제1 유로를 통해 제1 압축실(A)로 유입된다. 상기 제1 압축실(A)로 유입된 냉매 가스는 상기 제1 임펠러(80)의 운동에너지를 전달받아 정압으로 변환되면서 그 제1 압축실(A)에서 1단 압축된 다음 상기 제2 유로를 통해 제2 압축실(B)로 유입되며 그 제2 압축실(B)로 유입된 냉매 가스는 상기 제2 임펠러의 운동에너지를 전달받아 정압으로 변환되면서 그 제2 압축실(B)에서 2단 압축되어 토출구를 통해 토출된다.

그리고 상기 스러스트 베어링(T)이 상기 구동축(50)을 축방향으로 지지하는 과정에서 열이 발생되며 이때 발생되는 열에 의해 상기 베어링 챔버(C) 내부의 온도가 설정된 온도 영역일 경우 상기 개폐수단이 작용하지 않게 되어 상기 제1 축 지지부재(20)에 형성된 연통유로(21)가 차단된 상태가 된다. 그리고 고속회전이나과부하로 인하여 상기 스러스트 베어링(T)에서 고온의 열이 발생되어 상기 베어링 챔버(C)가 설정된 온도 이상이 되면, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 개폐수단을 구성하는 열감응부재(140)가 변형되면서 그 연감응부재의 관통공(141)과 상기 고정 박판의 관통공(131)이 열리면서 상기 연통유로(21)가 오픈되고 상기 연통유로(21)가 오픈됨에 의해 상기 모터실(M)로 흡입되는 차가운 상태의 냉매 가스가 상기 베어링 챔버(C)의 내부로 유동하면서 열교환되어 상기 베어링 챔버(C)를 냉각시키게 된다.

상기 베어링 챔버(C)의 내부가 열교환에 의해 냉각되어 설정된 온도 이하가 되면 상기 개폐부재를 구성하는 열감응부재(140)가 복원되면서 상기 고정 박판(130)의 관통공(131)을 막게 되어 상기 모터실(M)로 유입되는 냉매 가스가 상기 베어링 챔버(C)로 유입되는 것을 차단시키게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 터보 압축기의 베어링 냉각구조는 구동모터의 회전력이 구동축을 통해 제1,2 임펠러에 전달되어 그 제1,2 임펠러가 회전하면서 그 제1,2 임펠러가 각각 위치하는 제1,2 압축실에서 가스를 2단 압축하는 과정에서 상기 구동축을 지지하는 베어링부에서 발생되는 열을 상기 모터실로 흡입되는 차가운 상태의 냉매 가스로 냉각시키게 됨으로써 상기 베어링이 과열되어 손상되는 것을 방지하게 되어 부품의 수명을 연장시킬 뿐만 아니라 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims

케이싱의 양측에 제1,2 축 지지부재가 각각 결합되어 상기 케이싱과 함께 모터실이 형성되고 그 제1,2 축 지지부재의 양측에 제1,2 압축실 커버가 각각 결합되어 제1,2 압축실이 형성되고 상기 모터실에 장착된 구동모터의 구동력이 구동축을 통해 상기 제1,2 압축실에 위치한 제1,2 임펠러에 전달되어 그 제1,2 임펠러가 회전하면서 상기 모터실로 흡입된 가스가 제1,2 압축실을 순차적으로 거치면서 2단 압축되어 토출되는 터보 압축기에 있어서; 상기 제1 압축실측에 위치하도록 상기 제1 축 지지부재에 결합되어 그 제1 축 지지부재와 함께 베어링 챔버를 형성함과 아울러 제1 압축실과 모터실사이를 실링하는 실링부재와, 상기 베어링 챔버에 장착되어 상기 구동축을 축방향으로 지지하는 스러스트 베어링과, 상기 모터실과 제1 압축실을 연통시키도록 상기 제1 축 지지부재에 관통 형성되는 연통유로와, 상기 연통유로에 장착되어 상기 베어링 챔버내의 온도에 따라 그 연통유로를 개폐시켜 상기 베어링 챔버를 냉각시키는 개폐수단을 포함하여 구성함을 특징으로 하는 터보 압축기의 베어링 냉각구조.
제1항에 있어서, 상기 개폐수단은 내부에 관통공이 구비되어 상기 연통유로에 결합되는 고정 박판과, 상기 고정 박판에 접촉되도록 위치하여 온도에 따라 자체 변형되면서 상기 고정 박판의 관통공을 개폐하는 열감응부재를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 터보 압축기의 베어링 냉각구조.