KR20220159795A - Turbo Compressor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 터보 압축기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 3단 임펠러의 구조를 적용하면서도, 소형화할 수 있는 터보 압축기에 관한 것이다.The present invention relates to a turbo compressor, and more particularly, to a turbo compressor that can be miniaturized while applying a structure of a three-stage impeller.
일반적으로 압축기는 냉장고나 에어콘과 같은 증기압축식 냉동사이클(이하, 냉동사이클로 약칭함)에 적용되고 있다. 압축기는 냉매를 압축하는 방식에 따라 왕복동식, 로터리식, 스크롤식 등으로 구분될 수 있다.In general, compressors are applied to vapor compression type refrigerating cycles (hereinafter, abbreviated as refrigerating cycles) such as refrigerators or air conditioners. The compressor may be classified into a reciprocating type, a rotary type, a scroll type, and the like according to a method of compressing refrigerant.
왕복동식 압축기는 실린더 내 피스톤이 왕복운동으로 가스를 압축하는 압축기이고, 이 중 스크롤 압축기는 밀폐용기의 내부공간에 고정된 고정 스크롤에 선회 스크롤이 맞물려 선회운동을 함으로써 고정 스크롤의 고정랩과 선회 스크롤의 선회랩 사이에 압축실이 형성되는 압축기이다.A reciprocating compressor is a compressor in which a piston in a cylinder compresses gas by reciprocating motion. Among them, a scroll compressor engages a fixed scroll fixed in the inner space of an airtight container to perform a orbital motion, thereby performing a orbital movement with a fixed wrap of the fixed scroll and an orbiting scroll. It is a compressor in which a compression chamber is formed between the orbiting wraps of the
터보 압축기는 원심 압축기의 일종으로, 케이싱 내에 후곡 날개의 날개 바퀴를 회전해서 그 원심력으로 기체의 압축을 실행하는 것이다. 터보 압축기는 왕복동식, 스크류식 보다 대용량, 저소음, 낮은 유지 보수 등의 장점을 가진다. 뿐만 아니라 오일이 함유되지 않은 깨끗한 압축기체를 생산할 수 있다. A turbo compressor is a type of centrifugal compressor, which compresses gas with centrifugal force by rotating the impeller wheels of the curved blades in the casing. Turbo compressors have advantages over reciprocating and screw-type compressors such as large capacity, low noise, and low maintenance. In addition, it is possible to produce clean compressed gas that does not contain oil.
터보 압축기는, 일반적으로 냉동사이클 장치에 적용되는 스크롤식 압축기 등과 같은 용적식 압축기에 비해, 상대적으로 압축비가 낮으며 높은 유량을 가지며, 터보 압축기의 낮은 압축비를 보완하기 위한 다단 터보 압축기가 알려져 있다.A turbo compressor has a relatively low compression ratio and a high flow rate compared to a positive displacement compressor such as a scroll compressor generally applied to a refrigerating cycle device, and a multi-stage turbo compressor to compensate for the low compression ratio of the turbo compressor is known.
원심형 터보 압축기는 기체를 압축하기 위해 임펠러와 가속된 기체 흐름을 감속시켜 압력으로 전환시키는 디퓨져로 구성된다. 모터가 임펠러를 고속 회전시키면 외부 기체가 임펠러의 축방향을 따라 흡입되고 흡입된 기체는 임펠러의 원심방향으로 토출된다. 임펠러의 원심방향으로 토출된 유체는 터보 압축기 내부에 형성된 유로를 따라 이동하면서 압축된다.A centrifugal turbocompressor consists of an impeller to compress the gas and a diffuser to decelerate the accelerated gas flow and convert it to pressure. When the motor rotates the impeller at high speed, external gas is sucked in along the axial direction of the impeller, and the sucked gas is discharged in the centrifugal direction of the impeller. The fluid discharged in the centrifugal direction of the impeller is compressed while moving along a flow path formed inside the turbo compressor.
도 1은 종래의 특허문헌 1의 대항형의 터보 압축기(2)를 도시하는 단면도이다. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a
특허문헌 1의 도 1에는 터보 압축기(2)가 개시되는데, 회전축(4,7)의 좌측 단에 임펠러가 설치되며, 케이싱(3)의 우측에는 구동 유닛(38)이 또한 구비되는 예의 터보 압축기가 도시되어 있다. 1 of Patent Document 1 discloses a
또한, 특허문헌 1에는 2단 터보 압축기 중 대항형의 터보 압축기가 개시되어 있는데, 대항형의 터보 압축기는 모터를 중심으로 하여 1,2단의 임펠러가 모터의 양쪽에 대립하여 배치한다. 이러한 구조는 축에 하중을 가하는 임펠러와 저널베어링이 모두 대칭으로 배치되서 기구적으로 안정적인 구조를 취하고 있다. In addition, Patent Document 1 discloses a counter-type turbo compressor among two-stage turbo compressors. In the counter-type turbo compressor, first and second-stage impellers are arranged to face each other on both sides of the motor with the motor as the center. In this structure, both the impeller and the journal bearing that apply the load to the shaft are symmetrically arranged to take a mechanically stable structure.
이러한 대항형 터보 압축기의 모터를 냉각하기 위한 방법으로써, 차가운 온도의 액냉매를 모터부에 인젝션하는 것이 있다. 빠르고 확실하게 모터의 온도를 낮춰줄 수 있다는 것이 장점이다. 하지만 냉동싸이클의 냉매를 일부 바이패스하여 모터냉각에 사용함으로써, 전체 냉동싸이클의 냉동성능을 일부 저감시킬 수 있다는 단점이 있다. As a method for cooling the motor of the counter-type turbo compressor, liquid refrigerant at a cold temperature is injected into the motor unit. Its advantage is that it can quickly and reliably lower the temperature of the motor. However, there is a disadvantage in that the refrigerant performance of the entire refrigeration cycle may be partially reduced by partially bypassing the refrigerant of the refrigeration cycle and using it for motor cooling.
한편, 터보 압축기를 더 높은 압축비를 내기 위해서는 3단으로 설계해야 할 것이다. 2단 터보 압축기는 2개의 임펠러를 서로 반대방향을 향하도록 배치하여 각각에 적용되는 추력이 서로 상쇄되도록 설계되어야 하지만, 3단 임펠러는 2개와 1개로 나누어 배치해야 하므로, 2개와 1개로 나누어 배치하는 경우는, 추력이 상쇄되지 않는다는 문제점이 있다.On the other hand, in order to achieve a higher compression ratio, the turbo compressor should be designed with three stages. The two-stage turbo compressor should be designed so that the thrust applied to each is offset by arranging two impellers facing in opposite directions, but the three-stage impeller must be divided into two and one, so In this case, there is a problem that the thrust is not offset.
특히, 3단 터보 압축기의 경우, 2단 터보 압축기 보다 임펠러가 한 개 더 배치되는 만큼 축의 길이가 길어지게 되고, 임펠러가 축의 한쪽 끝에 배치되어야 하기에, 임펠러의 간극으로 인한 신뢰성 문제나 공력효율저하 문제가 발생할 수 있다.In particular, in the case of a three-stage turbo compressor, the length of the shaft becomes longer as more than one impeller is disposed compared to the two-stage turbo compressor, and the impeller must be disposed at one end of the shaft, resulting in reliability problems or aerodynamic efficiency degradation due to impeller gaps. Problems can arise.
따라서, 3단의 임펠러를 적용하면서도, 임펠러의 간극으로 인한 신뢰성의 문제나 공력 효율이 저하되는 문제를 방지할 수 있는 터보 압축기의 개발이 요구된다.Therefore, it is required to develop a turbo compressor capable of preventing a problem of reliability or a problem of deterioration in aerodynamic efficiency due to a gap between impellers while applying a three-stage impeller.
본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 일 목적은, 냉동사이클의 냉동성능의 저감을 방지하면서 모터를 냉각 가능하게 하는 구조의 터보 압축기를 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, and one object of the present invention is to provide a turbo compressor having a structure capable of cooling a motor while preventing a decrease in refrigerating performance of a refrigerating cycle.
본 발명의 다른 일 목적은, 3단의 임펠러를 적용하면서도, 임펠러의 간극으로 인한 신뢰성의 문제나 공력 효율이 저하되는 문제를 방지할 수 있는 터보 압축기를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a turbo compressor capable of preventing a reliability problem or a decrease in aerodynamic efficiency due to an impeller gap while applying a three-stage impeller.
본 발명의 또 다른 일 목적은, 3단의 임펠러를 적용하면서도, 고압축비를 내는 동시에 소형화할 수 있는 구조의 터보 압축기를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a turbo compressor having a structure that can be miniaturized while providing a high compression ratio while applying a three-stage impeller.
상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 터보 압축기는, 냉매의 압축을 위한 회전 동력을 발생 가능하게 하는 구동 유닛; 일 방향으로 연장되며, 일 측에서 상기 구동 유닛에 회전 가능하도록 결합되어 상기 구동 유닛으로부터 발생된 동력에 의해 회전되는 축; 및 상기 축에 의해 회전력을 전달받도록 상기 축에 설치되는 제1 내지 제3임펠러를 각각 포함하는 제1 내지 제3 압축유닛을 포함하고, 상기 제1 내지 제3임펠러는 상기 구동 유닛과 반대 측에 구비되도록 상기 축의 다른 일 측에서 회전 가능하도록 설치된다.In order to solve the above problems, the turbo compressor of the present invention, a driving unit capable of generating rotational power for compression of the refrigerant; a shaft extending in one direction and rotatably coupled to the drive unit at one side and rotated by power generated from the drive unit; and first to third compression units including first to third impellers installed on the shaft to receive rotational force by the shaft, wherein the first to third impellers are on opposite sides of the drive unit. It is installed to be rotatable on the other side of the shaft so as to be provided.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 제1임펠러는, 일 측이 상기 구동 유닛을 향하도록 배치되고, 상기 제2임펠러는, 상기 제1임펠러와 같은 방향을 향하도록 배치되며, 상기 제3임펠러는 상기 제1임펠러와 다른 방향을 향하도록 배치된다. According to an example related to the present invention, the first impeller is disposed so that one side faces the drive unit, the second impeller is disposed to face the same direction as the first impeller, and the third impeller Is arranged to face a different direction from the first impeller.
상기 구동 유닛에는 증발기로부터 배출되어 압축기로 유입된 냉매를 상기 제1임펠러로 흡입 가능하게 하도록 형성되는 냉매 흡입 유로가 구비되고, 상기 제1압축유닛은, 상기 제1임펠러를 수용하며, 상기 제1임펠러의 일 측에 냉매가 유입되는 제1입구를 구비하는 제1 임펠러 하우징을 더 포함하며, 상기 냉매 흡입 유로와 제1입구가 연통 가능하도록 상기 제1임펠러의 일 측은 상기 구동 유닛을 향하도록 배치될 수 있다. The driving unit is provided with a refrigerant suction passage formed to allow the first impeller to suck the refrigerant discharged from the evaporator and introduced into the compressor, and the first compression unit accommodates the first impeller, and the first compression unit accommodates the first impeller. It further includes a first impeller housing having a first inlet through which refrigerant flows into one side of the impeller, and one side of the first impeller is disposed toward the drive unit so that the refrigerant suction passage and the first inlet communicate with each other. It can be.
바람직하게는, 상기 제2압축유닛은, 상기 제2임펠러를 수용하며, 상기 제2임펠러의 일 측에 냉매가 유입되는 제2입구를 구비하는 제2 임펠러 하우징을 더 포함하며, 상기 제2임펠러는, 상기 제2입구가 상기 제1임펠러로부터 토출된 냉매를 유입 가능하게 하도록 제1임펠러와 같은 방향으로 배치될 수 있다. Preferably, the second compression unit further includes a second impeller housing accommodating the second impeller and having a second inlet through which refrigerant flows into one side of the second impeller, wherein the second impeller , The second inlet may be disposed in the same direction as the first impeller so that the refrigerant discharged from the first impeller can be introduced.
또한, 상기 제3압축유닛은, 상기 제3임펠러를 수용하며, 상기 제3임펠러의 일 측에 냉매가 유입되는 제3입구를 구비하는 제3 임펠러 하우징을 더 포함할 수 있다. The third compression unit may further include a third impeller housing accommodating the third impeller and having a third inlet through which refrigerant flows into one side of the third impeller.
본 발명과 관련된 다른 일 예에 따르면, 상기 구동 유닛은, 케이싱의 내주면에 고정 결합되는 스테이터; 및 상기 스테이터의 내측에 위치되고, 내주에 상기 축이 결합되어 상기 스테이터와의 상호 작용에 의해 발생되는 회전력에 의해 상기 축을 회전 가능하게 하는 로터를 포함하고, 상기 냉매 유입 유로는 상기 스테이터에서 발생되는 열을 냉각 가능하도록 상기 스테이터에서 적어도 일 방향을 따라서 구비될 수 있다. According to another example related to the present invention, the drive unit includes a stator fixedly coupled to an inner circumferential surface of the casing; And a rotor located inside the stator and coupled to the shaft to an inner circumference to enable rotation of the shaft by a rotational force generated by interaction with the stator, wherein the refrigerant inlet passage is generated in the stator It may be provided along at least one direction in the stator so as to be able to cool the heat.
제3임펠러에 가해지는 추력은, 제1 또는 제2임펠러에 가해지는 추력에 비해 1.3 내지 1.5 배 높도록 이루어질 수 있다. The thrust applied to the third impeller may be 1.3 to 1.5 times higher than the thrust applied to the first or second impeller.
또한, 제1임펠러의 추력은, [수학식 1] 로 정의될 수 있다.In addition, the thrust of the first impeller is, [Equation 1] can be defined as
[수학식 1][Equation 1]
F1 = (P2 - P1) * Ai1 + (P2 - P1.5) * Ao1 F 1 = (P 2 - P 1 ) * A i1 + (P 2 - P 1.5 ) * A o1
[수학식 1]에서, F1은 제1임펠러의 추력, P1은 제1임펠러의 흡입측에서의 압력, P1.5는 제1임펠러의 날개부측에서의 압력, P2는 제1임펠러의 후면에 가해지는 압력, Ai1는 흡입측에서의 제1임펠러의 면적, Ao1는 토출구에서의 제1임펠러의 날개부측에서의 반경방향으로의 단면적이다.In [Equation 1], F 1 is the thrust of the first impeller, P 1 is the pressure on the suction side of the first impeller, P 1.5 is the pressure on the wing side of the first impeller, and P 2 is the pressure applied to the rear surface of the first impeller The pressure, A i1 , is the area of the first impeller at the suction side, and A o1 is the cross-sectional area in the radial direction at the wing side of the first impeller at the discharge port.
제2임펠러의 추력은, [수학식 2]으로 정의될 수 있다.The thrust of the second impeller may be defined by [Equation 2].
[수학식 2][Equation 2]
F2 = [(P3.5 - P2) * Ai2 + (P3.5 - P2.5) * Ao2]F 2 = [(P 3.5 - P 2 ) * A i2 + (P 3.5 - P 2.5 ) * A o2 ]
[수학식 2]에서, F2는 제2임펠러의 추력, P2는 제2임펠러의 흡입측에서의 압력, P2.5는 제2임펠러의 날개부측에서의 압력, P3은 제2임펠러의 흡입측에서의 압력, P3.5는 제2임펠러의 후면에 가해지는 압력, Ai2는 흡입측에서의 제2임펠러의 면적, Ao2는 제2임펠러의 날개부측에서의 반경방향으로의 단면적이다.In [Equation 2], F 2 is the thrust of the second impeller, P 2 is the pressure on the suction side of the second impeller, P 2.5 is the pressure on the wing side of the second impeller, P 3 is the pressure on the suction side of the second impeller, P 3.5 is the pressure applied to the rear surface of the second impeller, A i2 is the area of the second impeller on the suction side, and A o2 is the cross-sectional area in the radial direction from the wing side of the second impeller.
제3임펠러의 추력은, [수학식 3]으로 정의될 수 있다.The thrust of the third impeller can be defined as [Equation 3].
[수학식 3][Equation 3]
F3 = -(P4 - P3.5) * Ao3 - (P4 - P3) * Ai3 + P3 * As]F 3 = -(P 4 - P 3.5 ) * A o3 - (P 4 - P 3 ) * A i3 + P 3 * A s ]
[수학식 3]에서, F3은 제3임펠러의 추력, P3은 제2임펠러의 흡입측에서의 압력, P3.5는 제2임펠러의 후면에 가해지는 압력, P4는 제3임펠러의 후면에서의 압력, Ai3은 흡입측에서의 제3임펠러의 면적, Ao3는 토출구에서의 제3임펠러의 날개부측에서의 반경방향으로의 단면적, As는 축의 단면적이다.In [Equation 3], F 3 is the thrust of the third impeller, P 3 is the pressure at the suction side of the second impeller, P 3.5 is the pressure applied to the rear surface of the second impeller, and P 4 is the pressure at the rear surface of the third impeller. The pressure, A i3 is the area of the third impeller at the suction side, A o3 is the cross-sectional area in the radial direction from the wing side of the third impeller at the discharge port, and As is the cross-sectional area of the shaft.
본 발명과 관련된 다른 일 예에 따르면, 본 발명의 터보 압축기는, 상기 축에 설치되어 상기 축에 가해지는 하중을 지지하는 베어링부를 더 포함하고, 상기 베어링부는, 상기 축의 외주를 감싸도록 설치되어 상기 축의 반경 방향으로의 하중을 지지하는 저널 베어링; 및 상기 일 방향과 교차하는 방향으로 배치되도록 상기 축에 연결되어 상기 일 방향으로의 하중을 지지하는 스러스트 베어링을 포함한다. According to another example related to the present invention, the turbo compressor of the present invention further includes a bearing part installed on the shaft to support a load applied to the shaft, and the bearing part is installed to surround an outer circumference of the shaft to Journal bearings supporting loads in the radial direction of the shaft; and a thrust bearing connected to the shaft to support a load in the one direction so as to be disposed in a direction crossing the one direction.
또한, 상기 저널 베어링의 양단 사이의 거리 및 상기 제1 내지 제3임펠러가 배치되는 위치는 [수학식 5]에 의해 도출 가능하다. In addition, the distance between both ends of the journal bearing and the positions where the first to third impellers are disposed can be derived by [Equation 5].
[수학식 5][Equation 5]
εseal = ls * tan(2ε/lb)ε seal = ls * tan(2ε/lb)
[수학식 5]에서, εseal 은 저널 베어링의 내주와 축의 외주 사이의 간극, ls은 서로 인접한 임펠러와 저널 베어링 간에서의 축 방향으로의 최대 거리, ε은 임펠러의 내주와 축의 외주 사이의 간극, lb은 두 개의 저널 베어링 사이의 축방향 거리이다.In [Equation 5], ε seal is the gap between the inner circumference of the journal bearing and the outer circumference of the shaft, ls is the maximum distance in the axial direction between the adjacent impeller and the journal bearing, and ε is the gap between the inner circumference of the impeller and the outer circumference of the shaft. , lb is the axial distance between the two journal bearings.
본 발명의 터보 압축기는, 모터의 한쪽면에 제1 내지 제3임펠러를 모두 배치하여 임펠러로 흡입되는 냉매가 모터를 거치면서 모터를 냉각하고 임펠러로 흡입될 수 있다. In the turbocompressor of the present invention, the first to third impellers are disposed on one side of the motor so that the refrigerant sucked into the impeller cools the motor while passing through the motor and can be sucked into the impeller.
또한, 본 발명의 터보 압축기는, 대항형의 터보 압축기와는 다르게, 추가적인 인젝션 라인이 필요치 않으므로, 인젝션이 냉각될 수 있는 단점이 없어진다. In addition, since the turbocompressor of the present invention does not require an additional injection line, unlike the counter-type turbocompressor, the disadvantage that the injection can be cooled is eliminated.
또한, 본 발명의 터보 압축기는, 차가운 액냉매 대신의 기체 상태의 흡입냉매를 사용하기 때문에 액냉매 유입에 의한 공력부의 효율저하나 신뢰성의 문제를 방지할 수 있다.In addition, since the turbocompressor of the present invention uses a gaseous suction refrigerant instead of a cold liquid refrigerant, it is possible to prevent a decrease in efficiency or a reliability problem of the aerodynamic unit due to the inflow of liquid refrigerant.
도 1은 종래의 대항형의 터보 압축기를 도시하는 단면도.
도 2는 본 발명의 터보 압축기를 도시하는 단면도.
도 3은 본 발명의 터보 압축기 냉매 흡입 경로를 도시하는 개념도.
도 4는 임펠러에 가해지는 추력을 도시하는 개념도.
도 5는 각각의 제1 내지 제3임펠러에서 위치별 압력을 표시하고, 축과 임펠러의 단면적을 표시한 개념도.1 is a cross-sectional view showing a conventional counter-type turbo compressor.
2 is a cross-sectional view showing a turbo compressor of the present invention.
3 is a conceptual diagram showing a refrigerant intake path of a turbo compressor according to the present invention;
Figure 4 is a conceptual diagram showing the thrust applied to the impeller.
5 is a conceptual diagram showing the pressure for each position in each of the first to third impellers and showing the cross-sectional area of the shaft and the impeller.
본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.In this specification, the same or similar reference numerals are given to the same or similar components even in different embodiments, and overlapping descriptions thereof will be omitted.
또한, 서로 다른 실시예라도 구조적, 기능적으로 모순이 되지 않는 한 어느 하나의 실시예에 적용되는 구조는 다른 하나의 실시예에도 동일하게 적용될 수 있다.In addition, a structure applied to one embodiment may be equally applied to another embodiment as long as there is no structural or functional contradiction between different embodiments.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In describing the embodiments disclosed in this specification, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the gist of the embodiments disclosed in this specification, the detailed descriptions thereof will be omitted.
첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The accompanying drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in this specification, and the technical idea disclosed in this specification is not limited by the accompanying drawings, and all changes and equivalents included in the spirit and technical scope of the present invention are included. It should be understood to include water or substitutes.
본 발명의 터보 압축기(100)는 구동 유닛(120)과, 축(125)과, 제1 내지 제3압축유닛(130, 140, 180)을 포함한다.The
구동 유닛(120)은, 냉매의 압축을 위한 회전 동력을 발생 가능하게 한다. The
축(125)은, 일 방향으로 연장되는데, 일 측에서 구동 유닛(120)에 회전 가능하도록 결합되어 구동 유닛(120)으로부터 발생된 동력에 의해 회전된다. 축(125)은, 후술하는 제1 내지 제3임펠러(131, 141, 181)를 회전 가능하게 하는 회전축일 수 있다. The
제1 내지 제3압축유닛(130, 140, 180)은, 축(125)에 의해 회전력을 전달받도록 축(125)에 설치되는 제1 내지 제3임펠러(131, 141, 181)를 각각 포함한다. The first to
또한, 제1 내지 제3임펠러(131, 141, 181)는 구동 유닛(120)과 반대 측에 구비되도록 축(125)의 다른 일 측에서 회전 가능하도록 설치된다. In addition, the first to
본 발명의 터보 압축기(100)는 제1 내지 제3임펠러(131, 141, 181)에 의해 다단 압축을 진행할 수 있게 된다. The
도 2에는 본 발명의 터보 압축기(100)의 단면도가 도시된다. 또한, 도 3은 본 발명의 터보 압축기(100)의 냉매 흡입 경로를 도시한다. 2 is a cross-sectional view of the
우선, 본 발명에 따른 터보 압축기(100)의 구조에 대하여, 도 2 및 도 3을 참조하여, 상세하게 설명한다.First, the structure of the
도 2에 도시되는 바와 같이, 본 발명에 따른 터보 압축기(100)는, 케이싱(110)의 내부공간에 구동유닛(120)이 설치되고, 케이싱(110)의 외부에는 제1압축유닛(130), 제2압축유닛(140)과 제3압축유닛(180)이 설치되며, 구동유닛(120)과 압축유닛(130, 140, 180)의 사이에는 축(125)으로 연결된다.As shown in FIG. 2, in the
케이싱(110)은 양단이 개구되어 원통모양으로 형성되는 쉘(111)과, 쉘(111)의 양쪽 개구단을 각각 복개하는 전방측 프레임(112)과 후방측 프레임(113)으로 이루어질 수 있다.The
쉘(111)의 내주면에는 후술할 구동유닛(120)의 스테이터(121)가 고정 결합되고, 전방측 프레임(112)과 후방측 프레임(113)의 중앙부에는 후술할 축(125)이 관통되도록 축구멍(112a, 113a)이 각각 형성되며, 전방측 프레임(112)의 축구멍(112a)과 후방측 프레임(113)의 축구멍(113a)에는 축(125)을 반경방향으로 지지하는 저널 베어링(journal bearing, 151, 152)이 각각 설치될 수 있다.A
저널 베어링(151, 152)은 레이디얼 베어링(radial bearing)일 수도 있다. The
그리고, 전방측 프레임(112)의 내측면에는 제1 스러스트 베어링(thrust bearing, 153), 후방측 프레임(113)의 내측면에는 제2 스러스트 베어링(154)이 각각 결합되고, 후술할 축(125)에는 제1 스러스트 베어링(153)과 제2 스러스트 베어링(154)에 각각 대향하도록 제1 축방향 지지판(스러스트 러너, 161)과 제2 축방향 지지판(스러스트 러너, 162)이 각각 고정 결합될 수 있다. 즉, 제1 스러스트 베어링(153)은 제1 축방향 지지판(161)과 함께 제1 방향 추력제한부를 형성하고, 제2 스러스트 베어링(154)은 제2 축방향 지지판(스러스트 러너, 162)과 함께 제2 방향 추력제한부를 형성하게 된다. 이로써, 제1 방향 추력제한부와 제2 방향 추력제한부는 서로 반대방향으로 스러스트 베어링을 형성하면서 축(125)을 포함한 회전요소에 대한 추력을 상쇄시키게 된다.In addition, a first thrust bearing 153 is coupled to the inner surface of the
한편, 구동유닛(120)은 냉매의 압축을 위한 회전 동력을 발생시키는 역할을 한다. 구동유닛(120)은 스테이터(121) 및 로터(122)를 포함할 수 있고, 로터(122)의 중심에는 로터(122)의 회전력을 후술할 제1임펠러(131)와, 제2임펠러(141)와, 제3임펠러(181)로 전달하기 위한 축(125)이 결합된다.Meanwhile, the driving
스테이터(121)는 케이싱(110)의 내주면에 압입되어 고정되거나 케이싱(110)에 용접되어 고정될 수 있다. 일례로, 스테이터(121)의 외주면은 D자형으로 디컷지게 형성되어, 케이싱(110)의 내주면과의 사이에 유체가 이동할 수 있는 통로가 형성될 수 있다.The
스테이터(121)에는 냉매 유입 유로(121a)가 구비될 수 있는데, 냉매 유입 유로(121a)는 스테이터(121)에서 적어도 일 방향을 따라서 형성될 수 있다. 냉매 유입 유로(121a)는 스테이터(121)의 내부에 형성되거나, 스테이터(121)의 외주에 냉매가 유동하도록 구비될 수도 있다. The
도 2에는 스테이터(121)에 냉매 유입 유로(121a)가 좌하 방향으로 구비되어 있는 예가 도시되나 반드시 이러한 구조에 한정되는 것은 아니다. 2 shows an example in which the
로터(122)는 스테이터(121)의 내측에 위치되며 스테이터(121)와 이격 배치된다. 로터(122)의 축방향 양단에는 후술할 제1임펠러(131)와 제2임펠러(141)에 의해 발생되는 편심하중을 상쇄시키기 위한 밸런스 웨이트가 결합될 수 있다. 하지만, 밸런스 웨이트는 로터(122)에 설치되지 않고 축(125)에 결합될 수도 있다.The
밸런스 웨이트가 축(125)에 결합되는 경우에는 앞서 제1 축방향 지지판(161)과 제2 축방향 지지판(스러스트 러너)(162)을 이용하여 밸런스 웨이트로 활용할 수 있다.When the balance weight is coupled to the
축(125)은 로터(122)의 중심을 관통하여 압입 결합된다. The
따라서, 축(125)은 스테이터(121)와 로터(122)의 상호작용에 의해 발생하는 회전력을 전달받아 로터(122)와 함께 회전하고, 이 회전력은 후술할 제1임펠러(131)와, 제2임펠러(141)와, 제3임펠러(181)에 전달되어 냉매를 흡입, 압축하여 토출하게 된다.Therefore, the
한편, 로터(122)의 양측에는, 제1 축방향 지지판(161)과 제2 축방향 지지판(스러스트 러너, 162)이 각각 고정 결합되는데, 제1 축방향 지지판(161)과 제2 축방향 지지판(162)은 케이싱(110)에 구비된 제1 및 제2 스러스트 베어링(153, 154)에 의해 축방향으로 지지된다.On the other hand, on both sides of the
이에 따라, 축(125)은 앞서 설명한 바와 같이 그 축(125)에 구비된 제1 축방향 지지판(161)과 제2 축방향 지지판(162)이 케이싱(110)에 구비된 제1 스러스트 베어링(153)과 제2 스러스트 베어링(154)에 의해 서로 반대방향으로 지지되면서, 제1압축유닛(130)과 제2압축유닛(140)에 의해 발생되는 추력을 효과적으로 상쇄시킬 수 있다.Accordingly, as described above, the
제1 축방향 지지판(161)과 제2 축방향 지지판(162)은 로터(122)의 양단에 일체로 구비될 수도 있지만, 이 경우, 제1 축방향 지지판(161)과 제2 축방향 지지판(162)이 축(125)을 축방향으로 지지하는 과정에서 발생되는 마찰열이 로터(122)에게로 전달될 수도 있고, 각 지지판(161, 162)이 축방향으로 하중을 받아 변형될 경우 로터(122)가 변형될 수 있다. 이에, 제1 축방향 지지판(161)과 제2 축방향 지지판(162)은 로터(122)의 양단으로부터 각각 이격되는 것이 바람직할 것이다.The first
또한, 축(125)에 제1 축방향 지지판(161)과 제2 축방향 지지판(162)을 고정 결합할 경우, 앞서 설명한 바와 같이 제1 축방향 지지판(161)과 제2 축방향 지지판(162)의 무게나 고정위치를 조절하여 밸런스 웨이트로 이용할 수도 있을 것이다. 이 경우, 로터(122)에 별도의 밸런스 웨이트를 설치하지 않아도 되므로, 그만큼 회전요소의 무게를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 터보 압축기(100)의 축방향 길이를 줄일 수 있어 터보 압축기(100)를 소형화할 수 있다.In addition, when the first
여기서, 제1 스러스트 베어링(153)과 제2 스러스트 베어링(154)은 전방측 프레임(112)과 후방측 프레임(113)에 설치되지 않고 케이싱의 보다 내측에 배치된 제1 축방향 지지판(161)과 제2 축방향 지지판(162)에 설치될 수도 있을 것이다.Here, the
또한, 케이싱(110)의 내부, 즉 전방측 프레임(112)과 로터(122)의 사이 또는 후방측 프레임(113)과 로터(122)의 사이에는 그 케이싱(110)에 각각 고정되는 별도의 전방측 고정판(미도시)과 후방측 고정판(미도시)을 더 구비하고, 그 전방측 고정판과 후방측 고정판에 각각 제1 스러스트 베어링(153)과 제2 스러스트 베어링(154)이 설치될 수도 있다. In addition, the inside of the
이 경우에는 터보 압축기(100)의 축방향 길이가 길어지고 조립공수가 증가할 수 있으나, 케이싱(10)에 직접 스러스트 베어링을 설치하는 것에 비해 신뢰성을 높일 수 있다.In this case, although the axial length of the
여기서, 도면으로 도시하지는 않았으나, 제1 스러스트 베어링(153)과 제2 스러스트 베어링(154)이 구동유닛(120)의 일측, 즉 스테이터(121)를 기준으로 전방측이나 후방측 중에서 어느 한 쪽에 모아 구비될 수도 있다.Here, although not shown in the drawings, the
한편, 전술한 바와 같이, 본 발명에서 압축유닛(130, 140, 180)은 다단 압축을 진행하도록 3 개의 압축유닛(130, 140, 180)으로 형성될 수 있다. 또한, 본 발명에서 압축유닛(130, 140, 180)이 구동유닛(120)의 반대편에 모두 배치되게 되며, 고효율 및 소형화 측면에서 바람직할 수 있다. Meanwhile, as described above, in the present invention, the
이하에서는 3 개의 압축유닛(130, 140, 180)이 구비되어 다단으로 냉매를 압축하는 경우에, 냉매를 압축하는 순서에 따라 제1 내지 제3압축유닛(130, 140, 180)으로 각각 구분하여 설명하기로 한다. Hereinafter, when three
제1압축유닛(130)과, 제2압축유닛(140)과, 제3압축유닛(180)은 케이싱(110)의 일 측에서 축방향을 따라 연이어 설치된다. The
또한, 제1압축유닛(130)과, 제2압축유닛(140)과, 제3압축유닛(180)의 각각의 임펠러(131, 141, 181)는 각각의 임펠러 하우징(132, 142, 182)에 수용되어 결합될 수 있다. In addition, each of the impellers (131, 141, 181) of the
즉, 제1압축유닛(130)은 제1임펠러(131)가 제1 임펠러 하우징(132)에 수용되어 축(125)에 결합되고, 제2압축유닛(140)은 제2임펠러(141)가 제 2임펠러 하우징(142)에 수용되어 축(125)에 결합되며, 제3압축유닛(180)은 제3임펠러(181)가 제3 임펠러 하우징(182)에 수용되어 축(125)에 결합될 수 있다. That is, in the
하지만, 경우에 따라서는 제1임펠러(131)와, 제2임펠러(141)와, 제3임펠러(181)가 한 개의 임펠러 하우징에 연속으로 배치되어 축(125)에 결합될 수도 있다. 다만, 한 개의 임펠러 하우징에 복수 개의 임펠러가 설치되면 임펠러 하우징의 형상이 상당히 복잡하게 될 수 있다.However, in some cases, the
제1압축유닛(130)은, 상기 증발기로부터 배출된 냉매가 흡입 가능한 제1입구(132b)를 구비한다. 또한, 제1압축유닛(130)은, 제1임펠러(131)를 수용 가능하게 하는 제1 임펠러 하우징(132)을 구비할 수 있는데, 제1입구(132b)는 일례로, 제1 임펠러 하우징(132)의 일 측에 형성될 수 있다. 도 1에는 터보 압축기(100)의 가운데 부근의 제1 임펠러 하우징(132)에서 축(125)과 나란한 방향으로 제1입구(132b)가 형성되어 있는 예가 도시된다.The
제1 임펠러 하우징(132)의 내부에는 제1임펠러(131)가 수용되는 제1 임펠러 수용공간(132a)이 형성되며, 제1 임펠러 하우징(132)의 일단에는 흡입관(115)이 연결되어 냉동사이클의 증발기로부터 냉매가 흡입되는 제1 입구(132b)가 형성되고, 제1 임펠러 하우징(132)의 타단에는 1단 압축된 냉매를 후술할 제2 임펠러 하우징(142)으로 안내하는 제1출구(132c)가 형성된다.A first
제1 임펠러 수용공간(132a)은 제1임펠러(131)를 완전히 수용할 수 있도록 제1입구(132b)와 제1출구(132c)를 제외한 밀폐형상으로 형성될 수도 있지만, 제1임펠러(131)의 배면측이 개방되고 그 개방된 면이 후술할 제2 임펠러 하우징(142)의 전방측면에 밀폐되는 반 밀폐형상으로 형성될 수도 있다.The first
제1입구(132b)와 제1출구(132c)의 사이에는 제1임펠러(131)의 날개부(131b) 외주면과 일정 간격만큼 이격되어 제1디퓨져(133)가 형성되고, 제1디퓨져(133)의 후류측에는 제1볼류트(134)가 형성된다. 그리고 제1디퓨져(133)의 축방향 일단의 중심에 제1입구(132b)가, 제1볼류트(134)의 후류측에 제1출구(132c)가 각각 형성된다.Between the
제1임펠러(131)는 축(125)에 결합되는 제1원판부(131a)와, 제1원판부(131a)의 전방면에 형성되는 복수 개의 제1날개부(131b)로 이루어진다. 제1원판부(131a)는 그 전방면에는 복수 개의 제1날개부(131b)가 원추 형상으로 형성되지만, 그 후방면은 배압을 받도록 평판모양으로 형성될 수 있다.The
여기서, 도면에서 도시되지는 않았지만, 제1원판부(131a)의 후방에는 축(125)에 결합된 제1배압플레이트(미도시)가 소정이 간격만큼 이격되어 구비되고, 그 제1배압플레이트에는 환형으로 된 제1실링부재(미도시)가 구비될 수 있다. 이로써, 제1원판부의 후방에는 후술할 제2 임펠러 하우징(142)의 전방면과 제1배압플레이트의 사이에 소정의 냉매가 채워지는 제1배압공간(미도시)이 형성될 수 있다. 하지만, 제1입구(132b)를 통해 흡입되는 냉매의 압력은 그리 높지 않아 축(125)에 대한 추력이 크지 않을 수 있으므로 제1배압공간은 배제될 수 있다.Here, although not shown in the drawing, a first back pressure plate (not shown) coupled to the
제2압축유닛(140)은 제2임펠러(141)로부터 토출된 냉매를 상기 제3압축유닛(180)으로 제공 가능하게 하는 제2출구(142d)를 구비할 수 있다. 일례로, 후술하는 바와 같이, 제2출구(142d)는, 제2 임펠러 하우징(142)에 구비될 수 있다. 또한, 제3압축유닛(180)은, 제2출구(142d)와 연통되는 유입 유로(182f)를 구비할 수 있다. 유입 유로(182f)는, 제2출구(142d)와 연통 가능하며, 제2임펠러(141)로부터 토출된 냉매를 제3임펠러(181)로 유입 가능하게 한다.The
한편, 제2 임펠러 하우징(142)의 내부에는 제2 임펠러(141)가 수용되는 제2 임펠러 수용공간(142a)이 형성되며, 제2 임펠러 하우징(142)의 일단에는 제1 임펠러 하우징(132)의 제1출구(132c)에 연결되어 1단 압축된 냉매가 흡입되는 제2 입구(142b)가 형성되고, 제2 임펠러 하우징(142)의 타단에는 토출관(116)이 연결되어 2단 압축된 냉매를 냉동사이클의 응축이기로 안내하는 제2토출구(142c)가 형성된다.Meanwhile, a second
제2입구(142b)와 제2토출구(142c)의 사이에는 제2임펠러(141)의 날개부(141b) 외주면과 일정 간격만큼 이격되어 제2디퓨져(143)가 형성되고, 제2디퓨져(143)의 후류측에는 제2볼류트(144)가 형성된다. 그리고, 제2 디퓨져(143)의 축방향 일단의 중심에 제2 입구(142b)가, 제2볼류트(144)의 후류측에 제2토출구(142c)가 각각 형성된다.A
제2임펠러(141)는 축(125)에 결합되는 제2원판부(141a)와, 제2원판부(141a)의 전방면에 형성되는 복수 개의 제2날개부(141b)로 이루어진다. 제2원판부(141a)는 그 전방면에는 복수 개의 제2날개부(141b)가 원추 형상으로 형성되지만, 그 후방면은 배압을 받도록 평판모양으로 형성될 수 있다.The
여기서, 제2원판부(141a)의 후방에는 축(125)에 결합된 제2배압플레이트(미도시)가 소정이 간격만큼 이격되어 구비되고, 그 제2배압플레이트에는 환형으로 된 제2 실링홈(미도시)이 형성되어 그 제2실링홈에 제2실링부재(미도시)가 삽입될 수 있다. 이로써, 제2원판부(141a)의 후방에는 제2배압플레이트와 케이싱(110)의 전방면 사이에 소정의 냉매가 채워지는 제2배압공간(미도시)이 형성될 수 있다. 그리고, 제2배압공간으로 유입되는 냉매의 일부가 제2실링홈으로 유입되어 제2실링부재를 밀어 올림에 따라, 제2실링부재는 전방측 프레임(112)의 전방면에 밀착되어 제2배압공간을 밀봉하게 된다.Here, a second back pressure plate (not shown) coupled to the
제2배압공간은 후술할 배압유로가 연결되고, 배압유로에는 제2배압공간의 압력이 압축기의 운전속도(즉, 압축비)에 따라 제2배압공간의 압력을 가변시킬 수 있도록 배압유로를 선택적으로 개폐하는 배압 조절밸브가 설치될 수도 있다.The second back pressure space is connected to a back pressure passage to be described later, and the back pressure passage is selectively connected to the back pressure passage so that the pressure in the second back pressure space can be varied according to the operating speed of the compressor (ie, compression ratio). A back pressure regulating valve that opens and closes may be installed.
예를 들어, 배압유로는 제2 임펠러 하우징(142)과 케이싱(110)의 내부를 관통하여 형성될 수 있다. 즉, 제2 임펠러 하우징(142)의 벽체를 이루는 하우징의 내부에 제1배압유로가 형성되고, 케이싱(110)의 전방측 프레임(112)의 내부에는 제1배압유로와 연통되는 제2배압유로가 형성될 수 있다. 물론, 배압유로는 토출관의 중간에서 분관되는 파이프 형태로 이루어질 수도 있으나, 배압유로가 임펠러 하우징과 전방측 프레임의 내부에 형성되는 것이 부품수를 줄여 제조비용을 절감할 수 있어 바람직할 수 있다.For example, the back pressure passage may be formed through the inside of the
하지만, 경우에 따라서는 배압유로는 그 배압유로가 구비된 별도의 밸브프레임을 케이싱의 전방면에 조립하여 형성할 수도 있다.However, in some cases, the back pressure passage may be formed by assembling a separate valve frame equipped with the back pressure passage on the front surface of the casing.
전술한 바와 같이, 제1 내지 제3임펠러(131, 141, 181)는, 축(125)의 일 측에서 서로 기 결정된 거리만큼 이격되도록 배치되도록 상기 축(125)에 설치되어 회전된다. As described above, the first to
제1 내지 제3임펠러(131, 141, 181)들은, 회전하게 되면 각각의 임펠러의 주변에 압력이 형성되게 되며, 각각의 임펠러에 작용하는 압력은 원주 방향으로 평형을 이루게 되고 이들의 합력은 축방향을 향하게 된다. When the first to
전술한 바와 같이, 제1 내지 제3임펠러(131, 141, 181)는, 축(125)의 일 측에 배치될 수 있다. 도 2에는, 구동 유닛(120)이 위치한 우측의 반대편인 좌측에 제1 내지 제3임펠러(131, 141, 181)가 배치되어 있는 예가 도시된다. As described above, the first to
이와 같이, 본 발명에서, 축(125)의 일 측에 배치되는 제1 내지 제3임펠러(131, 141, 181)는, 두 개의 임펠러가 각각 축(125)의 양 측에 배치되는 종래의 구조와는 차이가 있다. As such, in the present invention, the first to
또한, 도 2에 도시되는 바와 같이, 제1임펠러(131)와 제2임펠러(141)는 서로 같은 방향을 향하도록 배치되고, 제3임펠러(181)는 제1 및 제2임펠러(131, 141)와는 반대를 향하는 방향으로 배치될 수 있다. In addition, as shown in FIG. 2, the
도 2에서 도시되는 바와 같이, 제1임펠러(131)와 제2임펠러(141)는 우측 방향으로부터 냉매가 유입되는 방향으로 배치되고, 제3임펠러(181)는 제1 및 제2임펠러(131, 141)와는 반대를 향하는 방향으로 배치되어 제1 및 제2임펠러(131, 141)로부터 토출된 냉매를 좌측 방향으로부터 유입되도록 배치된다. As shown in FIG. 2, the
이로 인해, 도 2의 우측에서 유입되는 냉매를 1, 2단 압축한 후에, 1, 2단 압축된 냉매는 좌측에서 유입되어 3단 압축되게 된다. For this reason, after the refrigerant introduced from the right side of FIG. 2 is compressed in the first and second stages, the refrigerant compressed in the first and second stages flows in from the left side and is compressed in the third stage.
전술한 바와 같이, 본 발명의 터보 압축기(100)는, 구동 유닛(120)의 반대편에 제1 내지 제3임펠러(131, 141, 181)가 모두 배치되는데, 이렇게 제1 내지 제3임펠러(131, 141, 181) 구동 유닛(120)의 반대편에 배치할 경우 임펠러로 흡입되는 냉매가 모터를 거치면서 모터를 냉각하고 임펠러로 흡입되게 된다. As described above, in the
따라서, 추가적인 인젝션 유로가 필요치 않으므로, 대항형의 인젝션 냉각의 단점이 없어진다. 또한 차가운 액냉매 대신의 기체 상태의 흡입냉매를 사용하기 때문에 액냉매 유입에 의한 공력부 효율저하나 신뢰성의 문제가 생기지 않게 된다. Therefore, since an additional injection passage is not required, the disadvantage of counter-type injection cooling is eliminated. In addition, since a gaseous suction refrigerant is used instead of a cold liquid refrigerant, a decrease in efficiency of the aerodynamic part or a reliability problem due to the inflow of liquid refrigerant does not occur.
따라서, 구동 유닛(120)의 반대 편에 제1 내지 제3임펠러(131, 141, 181)를 모두 배치하는 방식은 종래의 구동 유닛(120)의 양 측에 임펠러를 배치하는 구조에 비해 구동 유닛(120)의 냉각에 있어서 유리하다. Therefore, the method of arranging all of the first to
또한, 본 발명의 터보 압축기(100)는 후술하는 구조에 의해 신뢰성을 확보하며 기존대비 더 높은 압축비를 낼 수 있게 된다.In addition, the
본 발명에서 터보 압축기(100)가 더 높은 압축비를 내기 위해 3단 구조의 임펠러가 적용되게 된다.In the present invention, a three-stage impeller is applied to the
기존의 2단 구조의 임펠러를 구비하는 터보 압축기(100)의 경우는, 임펠러를 축(125)의 양측에서 서로 반대 방향을 향하도록 배치됨으로써 각각의 임펠러에 적용되는 추력이 서로 상쇄되게 한다. In the case of the
하지만, 본 발명의 터보 압축기(100)는 제1 내지 제3임펠러(131, 141, 181)를 포함하는, 3단 구조인 터보 압축기(100)로서, 도 2에서와 같이, 구동 유닛(120)의 반대편에 제1 내지 제3임펠러(131, 141, 181)가 배치된다. However, the
본 발명의 터보 압축기(100)는 터보 압축기(100)를 제1 내지 제3 압축유닛을 포함하도록 설계하여, 3단압축을 통해 고압축비를 내는 동시에 터보 압축기(100)를 소형화시킬 수 있다.In the
도 4는 임펠러(131, 141,181)에 가해지는 추력을 도시하는 개념도이다. 4 is a conceptual diagram showing the thrust applied to the
도 4를 참조하면, 임펠러(131, 141,181)에 작용되는 힘들이 도시되어 있는데, 임펠러(131, 141,181)에서 압축되어 토출되는 냉매에 의해 임펠러(131, 141,181)의 축방향의 외측으로 미는 추력(Fback)이 도면 상에서 화살표로 도시되는 바와 같이 좌측 방향을 향해 작용하게 된다. Referring to FIG. 4, the forces acting on the
또한, 임펠러(131, 141,181)에는 냉매의 유입에 의해 발생되는 힘(Finlet)과, 임펠러의 날개부 측에 가해지는 슈라우드 힘(Fshroud)이 작용하게 된다. In addition, the force (F inlet ) generated by the inflow of the refrigerant and the shroud force ( F shroud ) applied to the wings of the impeller act on the
종래의 1단 터보 압축기(100)에서는, 1단의 임펠러 후면의 압력이 1단 토출 압력과 같기 때문에 비접촉 방식의 실링부재가 적용되지 않는다. 반면, 2단 터보 압축기(100)에서는 임펠러의 후면의 압력의 크기가, 3단 터보 압축기(100)의 토출압력의 크기에 근접하게 된다. 따라서, 2단 터보 압축기(100)에서는, 임펠러의에 비접촉 방식의 실링부재가 설치되어 2단 임펠러의 압력의 상승을 막음으로써 추력을 감쇠하도록 한다. 일례로, 2단 터보 압축기(100)에서는 각각의 임펠러의 후면에 비접촉 방식의 실링부재가 설치되게 된다. In the conventional first-
반면, 본 발명의 터보 압축기(100)에서는, 제1 내지 제3임펠러(131, 141, 181) 각각의 후면에 작용하는 추력이 클수록 전체의 추력이 작아지기에, 실링부재가 적용되지 않는 것이 바람직하다. On the other hand, in the
제1 내지 제3임펠러(131, 141, 181)에 가해지는 추력은 임펠러의 흡입 압력, 토출 압력, 흡입구 직경 및 토출구 직경에 근거하여 산출될 수 있다.The thrust applied to the first to
전술한 바와 같이, 제1임펠러(131)와 제2임펠러(141)는 서로 같은 방향을 향하도록 배치되고, 제3임펠러(181)는 제1 및 제2임펠러(131, 141)와는 반대를 향하는 방향으로 배치될 수 있는 예가 도 3 및 도 4에 도시된다. As described above, the
도 3 및 도4에 도시되는 바와 같이, 제1 및 제2임펠러(131, 141)가 서로 같은 방향을 향하고, 제3임펠러(181)는 제1 및 제2임펠러(131, 141)와는 반대를 향하는 방향으로 배치되는 경우, 제1 내지 제3임펠러(131, 141, 181)에 각각 가해지는 추력은 [수학식 1] 내지 [수학식 3]에 의해 각각 정의될 수 있다. As shown in FIGS. 3 and 4, the first and
제1임펠러(131)의 추력은, [수학식 1] 로 나타낼 수 있다. The thrust of the
[수학식 1][Equation 1]
F1 = (P2 - P1) * Ai1 + (P2 - P1.5) * Ao1 F 1 = (P 2 - P 1 ) * A i1 + (P 2 - P 1.5 ) * A o1
[수학식 1]에서, F1은 제1임펠러(131)의 추력, P1은 제1임펠러(131)의 흡입측에서의 압력, P1.5는 제1임펠러(131)의 날개부측에서의 압력, P2는 제1임펠러(131)의 후면에 가해지는 압력이면서 제2임펠러(141)의 흡입측에서의 압력, Ai1는 흡입측에서의 제1임펠러(131)의 면적(도 5에서 Ai), Ao1는 제1임펠러(131)의 날개부측에서의 반경방향으로의 단면적(도 5에서 Ao)이다.In [Equation 1], F 1 is the thrust of the
또한, 제2임펠러(141)의 추력은, [수학식 2]으로 나타낼 수 있다.In addition, the thrust of the
[수학식 2][Equation 2]
F2 = [(P3.5 - P2) * Ai2 + (P3.5 - P2.5) * Ao2]F 2 = [(P 3.5 - P 2 ) * A i2 + (P 3.5 - P 2.5 ) * A o2 ]
[수학식 2]에서, F2는 제2임펠러(141)의 추력, P2는 제2임펠러(141)의 흡입측에서의 압력, P2.5는 제2임펠러(141)의 날개부측에서의 압력, P3은 제2임펠러(141)의 측부에서의 압력, P3.5는 제2임펠러(141)의 후면에 가해지는 압력, Ai2는 흡입측에서의 제2임펠러(141)의 면적(도 5에서 Ai), Ao2는 제2임펠러(141)의 날개부측에서의 반경방향으로의 단면적(도 5에서 Ao)이다.In [Equation 2], F 2 is the thrust of the
또한, 제3임펠러(181)의 추력은, [수학식 3]으로 나타낼 수 있다.In addition, the thrust of the
[수학식 3][Equation 3]
F3 = -(P4 - P3.5) * Ao3 - (P4 - P3) * Ai3 + P3 * As]F 3 = -(P 4 - P 3.5 ) * A o3 - (P 4 - P 3 ) * A i3 + P 3 * A s ]
[수학식 3]에서, F3은 제3임펠러(181)의 추력, P3은 제2임펠러(141)의 흡입측에서의 압력, P3.5는 제3임펠러(181)의 날개부측에서의 압력, P4는 제3임펠러(181)의 후면에서의 압력, Ai3은 흡입측에서의 제3임펠러(181)의 면적(도 5에서 Ai), Ao3는 토출구에서의 제3임펠러(181)의 날개부측에서의 반경방향으로의 단면적(도 5에서 Ao), As는 축(125)의 단면적이다.In [Equation 3], F 3 is the thrust of the
[수학식 1] 내지 [수학식 3]에 근거하여, 제1 내지 제3임펠러(131, 141, 181)에 가해지는 추력의 합을 최소화하면서 신뢰성을 확보하기 위해서는, 제3임펠러(181)에 가해지는 추력은, 제1임펠러(131) 또는 제2임펠러(141)에 가해지는 추력에 비해 1.3 내지 1.5 배 높게 설계되어야 한다.Based on [Equation 1] to [Equation 3], in order to secure reliability while minimizing the sum of the thrust applied to the first to
일례로, 제3임펠러(181)에 가해지는 추력은, 제1임펠러(131) 또는 제2임펠러(141)에 가해지는 추력에 비해 1.4 배 높게 설계되는 것이 바람직하다.For example, the thrust applied to the
본 발명에서, 제1 내지 제3임펠러(131, 141, 181)는 같은 회전 속도로 회전하게 되며, 따라서, 각각의 임펠러의 압력의 비는 토출구 직경의 제곱에 비례하게 되며, 제3임펠러(181)의 토출구 직경은 제1 및 제2임펠러(131, 141)의 토출구 직경에 비해 17% 내지 19% 만큼 크게 설계되어야 한다.In the present invention, the first to
일례로, 제3임펠러(181)의 토출구 직경은 제1 및 제2임펠러(131, 141)의 토출구 직경에 비해 18% 만큼 크게 설계되는 것이 바람직하다.For example, it is preferable that the discharge port diameter of the
도 5에 도시되는 바와 같이, 제1 및 제2임펠러(131, 141)가 서로 같은 방향을 향하고, 제3임펠러(181)는 제1 및 제2임펠러(131, 141)와는 반대를 향하는 방향으로 배치되는 경우, 제1 내지 제3임펠러(131, 141, 181)에 가해지는 추력의 합은 [수학식 4]에 의해 도출될 수 있다.As shown in FIG. 5, the first and
[수학식 4][Equation 4]
Fthrust = [(P2 - P1) * Ai1 + (P2 - P1.5) * Ao1] + [(P3.5 - P2) * Ai2 + (P3.5 - P2.5) * Ao2] + [-(P4 - P3.5) * Ao3 - (P4 - P3) * Ai3 + P3 * As]F thrust = [(P 2 - P 1 ) * A i1 + (P 2 - P 1.5 ) * A o1 ] + [(P 3.5 - P 2 ) * A i2 + (P 3.5 - P 2.5 ) * A o2 ] + [-(P 4 - P 3.5 ) * A o3 - (P 4 - P 3 ) * A i3 + P 3 * A s ]
[수학식 4]에서, Fthrust 는 제1 내지 제3임펠러(131, 141, 181)에 가해지는 추력의 합이고, P1은 제1임펠러(131)의 흡입측에서의 압력, P1.5는 제1임펠러(131)의 날개부측에서의 압력, P2는 제1임펠러(131)의 후면에 가해지는 압력이면서 제2임펠러(141)의 흡입측에서의 압력, Ai1는 흡입측에서의 제1임펠러(131)의 면적(도 5에서 Ai), Ao1는 제1임펠러(131)의 날개부측에서의 반경방향으로의 단면적(도 5에서 Ao), P2.5는 제2임펠러(141)의 날개부측에서의 압력, P3은 제2임펠러(141)의 흡입측에서의 압력, P3.5는 제2임펠러(141)의 후면에 가해지는 압력, Ai2는 흡입측에서의 제2임펠러(141)의 면적(도 5에서 Ai), Ao2는 제2임펠러(141)의 날개부측에서의 반경방향으로의 단면적(도 5에서 Ao), P4는 제3임펠러(181)의 후면에서의 압력, P3은 제3임펠러(181)의 흡입측에서의 압력, P3.5는 제3임펠러(181)의 날개부측에서의 압력이며, Ai3은 흡입측에서의 제3임펠러(181)의 면적(도 5에서 Ai), Ao3는 토출구에서의 제3임펠러(181)의 날개부측에서의 반경방향으로의 단면적(도 5에서 Ao), As는 축(125)의 단면적이다.In [Equation 4], F thrust is the sum of the thrusts applied to the first to third impellers 131, 141, and 181, P 1 is the pressure at the suction side of the first impeller 131, P 1.5 is the first The pressure at the wing side of the impeller 131, P 2 is the pressure applied to the rear surface of the first impeller 131 and the pressure at the suction side of the second impeller 141, A i1 is the area of the first impeller 131 at the suction side (A i in FIG. 5 ), A o1 is the cross-sectional area in the radial direction from the wing side of the first impeller 131 (A o in FIG. 5 ), P 2.5 is the pressure on the wing side of the second impeller 141, P 3 is the pressure on the suction side of the second impeller 141, P 3.5 is the pressure applied to the rear surface of the second impeller 141, A i2 is the area of the second impeller 141 on the suction side (A i in FIG. 5), A o2 is the cross-sectional area in the radial direction from the wing side of the second impeller 141 (A o in FIG. 5 ), P 4 is the pressure at the back of the third impeller 181, P 3 is the third impeller 181 The pressure at the suction side of , P 3.5 is the pressure at the wing side of the third impeller 181, A i3 is the area of the third impeller 181 on the suction side (A i in FIG. 5 ), A o3 is the third at the discharge port The cross-sectional area of the impeller 181 in the radial direction from the blade side (A o in FIG. 5 ), As is the cross-sectional area of the shaft 125 .
또한, [수학식 4]은, 3개의 대괄호를 포함하는데, 첫번째 대괄호는 제1임펠러(131)의 추력이고, 두번째 대괄호는 제2임펠러(141)의 추력이고, 세번째 대괄호는 제3임펠러(181)의 추력이며, 이들에 대하여는 [수학식 1] 내지 [수학식 3]에서 전술하였다.In addition, [Equation 4] includes three square brackets, the first square bracket is the thrust of the
제1임펠러(131)의 추력은 양(+)의 값이며, 도면 상에서 오른쪽을 향하는 방향으로 작용하는 힘이고, 제2임펠러(141)의 추력은 양(+)의 값이며, 도면 상에서 오른쪽을 향하는 방향으로 작용하는 힘이고, 제3임펠러(181)의 추력은 음(-)의 값이며, 도면 상에서 왼쪽을 향하는 방향으로 작용하는 힘이다. The thrust of the
제1임펠러(131) 및 제2임펠러(141)의 추력의 합력은, 제3임펠러(181)의 추력과 균형을 맞추는 것이 바람직하다. The resultant thrust of the
임펠러의 후면으로의 누설을 방지하기 위해, 실링부재가 설치될 수 있다. In order to prevent leakage to the rear surface of the impeller, a sealing member may be installed.
본 발명의 터보 압축기(100)는 베어링부를 더 포함할 수 있다. The
베어링부는, 축(125)에 설치되어 축(125)에 가해지는 하중을 지지하도록 이루어진다. The bearing part is installed on the
베어링부는 저널 베어링(151, 152) 및 스러스트 베어링(153, 154)을 포함할 수 있다. 저널 베어링(151, 152) 및 스러스트 베어링(153, 154)의 세부 구조에 대해서는 전술하였다. The bearing unit may include
저널 베어링(151, 152)은, 축(125)을 감싸도록 설치되어 상기 축(125)의 반경 방향으로의 하중을 지지하게 한다. The
스러스트 베어링(153, 154)은, 일 방향과 교차하는 방향으로 배치되도록 상기 축(125)에 설치되어 상기 일 방향으로의 하중을 지지하게 한다. The
본 발명의 터보 압축기(100)는, 비접촉 방식의 실링부재의 효율을 높이기 위하여, 전술한 임펠러 배치와, 저널 베어링(151, 152) 및 스러스트 베어링(153, 154)의 배치도 고려될 수 있다.In the
본 발명에서, 제1 내지 제3임펠러(131, 141, 181)는 축(125)의 일 측에 배치되기에, 저널 베어링(151, 152)의 양단 또한 축(125)의 일 측에 배치되게 된다. In the present invention, since the first to
저널 베어링(151, 152) 각각과 축(125) 사이의 간극과, 저널 베어링(151, 152)의 양단 간의 거리가 축(125)의 기울어지는 처짐량을 결정하게 된다.A gap between each of the
또한, 제1 내지 제3임펠러(131, 141, 181)와 축(125) 사이의 간극을 안전하게 최소화하기 위해서는 저널 베어링(151, 152) 양단 사이의 거리와 제1 내지 제3임펠러(131, 141, 181)가 배치되는 위치의 설계가 필요하다. In addition, in order to safely minimize the gap between the first to
저널 베어링(151, 152) 양단 사이의 거리는 도 3에서 가운데 부근의 저널 베어링(151, 제1저널 베어링)과 우측 부근의 저널 베어링(152, 제2저널 베어링)과의 축(125)의 연장 방향으로의 거리일 수 있다. The distance between both ends of the
이를 위해, 저널 베어링(151, 152) 양단 사이의 거리와 제1 내지 제3임펠러(131, 141, 181)가 배치되는 위치와 관련하여 [수학식 5]가 적용될 수 있다. To this end, [Equation 5] may be applied in relation to the distance between both ends of the
[수학식 5][Equation 5]
εseal = ls * tan(2ε/lb)ε seal = ls * tan(2ε/lb)
[수학식 5]에서, εseal 은 저널 베어링 간극, ls은 임펠러와 저널 베어링의 최대 거리, ε은 임펠러의 팁 간극, lb은 저널 베어링 양단간의 거리이다.In [Equation 5], ε seal is the journal bearing gap, ls is the maximum distance between the impeller and the journal bearing, ε is the impeller tip gap, and lb is the distance between both ends of the journal bearing.
일례로, 제1 내지 제3임펠러(131, 141, 181) 중 하나와 저널 베어링 간의 최대 거리가 200 mm, 저널 베어링의 간극이 120 μm인 경우에, 임펠러의 팁 간극을 200 μm으로 설계하고자 한다면, 저널 베어링(151, 152) 양단간의 거리는 115 mm 이상으로 배치되어야 할 것이며, 제1 내지 제3임펠러(131, 141, 181) 및 저널 베어링(151, 152) 최대 거리의 약 175%가 될 수 있다. For example, if the maximum distance between one of the first to
저널 베어링(151, 152) 간극은, 저널 베어링의 내주와 축(125)의 외주 사이의 간극, 임펠러(131, 141, 181)와 저널 베어링(151, 152)의 최대 거리는 서로 인접한 임펠러(131, 141, 181)와 저널 베어링 간에서의 축(125) 방향으로의 최대 거리, 임펠러(131, 141, 181)의 팁 간극은, 임펠러(131, 141, 181)의 내주와 축(125)의 외주 사이의 간극일 수 있다. 또한, 저널 베어링(151, 152) 양단 간의 거리는 두 개의 저널 베어링(151, 152) 사이의 축방향 거리일 수 있다. The gap between the
본 발명의 터보 압축기(100)는 전술한 바와 같이, 제1 내지 제3압축유닛(130, 140, 180)을 포함하고, 제1 내지 제3임펠러(131, 141, 181)의 배치와, 비접촉씰의 배치, 각 임펠러의 압력비 분할 설계를 통해 신뢰성을 확보할 수 있다. As described above, the
이처럼, 본 발명에서와 같이, 제1 내지 제3임펠러(131, 141, 181)가, 축(125)의 일 측에 배치되는 구조에 의해, 종래의 터보 압축기(100)에 비해, 더 높은 압축비를 가능하게 하고, 구동 유닛(120)의 냉각에 있어서도 유리하다. As such, as in the present invention, the first to
이상에서 설명한 터보 압축기(100)는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.The
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 통상의 기술자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.It is apparent to those skilled in the art that the present invention can be embodied in other specific forms without departing from the spirit and essential characteristics of the present invention. Accordingly, the above detailed description should not be construed as limiting in all respects and should be considered illustrative. The scope of the present invention should be determined by reasonable interpretation of the appended claims, and all changes within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention.
100:터보 압축기
110:케이싱
111:쉘
112:전방측 프레임
113:후방측 프레임
120:구동 유닛
121a:냉매 유입 유로
121:스테이터
122:로터
125:축
130:제1압축유닛
131:제1임펠러
132:제1 임펠러 하우징 132b :제1입구
132c:제1출구
140:제2압축유닛
141:제2임펠러
142:제2 임펠러 하우징 142b :제2입구
142d: 제2출구
180:제3압축유닛
181: 제3임펠러
182:제3 임펠러 하우징
182b :제3입구
182g: 제3출구 182f: 유입 유로100: turbo compressor
110: casing 111: shell
112: front frame 113: rear frame
120: driving
121: stator 122: rotor
125 axis
130: first compression unit 131: first impeller
132:
132c: first exit
140: second compression unit 141: second impeller
142:
142d: second outlet 180: third compression unit
181: third impeller 182: third impeller housing
182b: third entrance 182g:
Claims (12)
일 방향으로 연장되며, 일 측에서 상기 구동 유닛에 회전 가능하도록 결합되어 상기 구동 유닛으로부터 발생된 동력에 의해 회전되는 축; 및
상기 축에 의해 회전력을 전달받도록 상기 축에 설치되는 제1 내지 제3임펠러를 각각 포함하는 제1 내지 제3 압축유닛을 포함하고,
상기 제1 내지 제3임펠러는 상기 구동 유닛과 반대 측에 구비되도록 상기 축의 다른 일 측에서 회전 가능하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.a driving unit capable of generating rotational power for compression of the refrigerant;
a shaft extending in one direction and rotatably coupled to the drive unit at one side and rotated by power generated from the drive unit; and
And first to third compression units each including first to third impellers installed on the shaft to receive rotational force by the shaft,
The first to third impellers are installed to be rotatable on the other side of the shaft so as to be provided on a side opposite to the driving unit.
상기 제1임펠러는, 일 측이 상기 구동 유닛을 향하도록 배치되고, 상기 제2임펠러는, 상기 제1임펠러와 같은 방향을 향하도록 배치되며, 상기 제3임펠러는 상기 제1임펠러와 다른 방향을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.According to claim 1,
The first impeller is disposed such that one side faces the drive unit, the second impeller is disposed to face the same direction as the first impeller, and the third impeller faces a direction different from that of the first impeller. Turbocompressor, characterized in that arranged to face.
상기 구동 유닛에는 증발기로부터 배출되어 압축기로 유입된 냉매를 상기 제1임펠러로 흡입 가능하게 하도록 형성되는 냉매 흡입 유로가 구비되고,
상기 제1압축유닛은, 상기 제1임펠러를 수용하며, 상기 제1임펠러의 일 측에 냉매가 유입되는 제1입구를 구비하는 제1 임펠러 하우징을 더 포함하며,
상기 냉매 흡입 유로와 제1입구가 연통 가능하도록 상기 제1임펠러의 일 측은 상기 구동 유닛을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.According to claim 2,
The driving unit is provided with a refrigerant suction passage formed to allow the first impeller to suck the refrigerant discharged from the evaporator and introduced into the compressor,
The first compression unit further includes a first impeller housing accommodating the first impeller and having a first inlet through which refrigerant flows into one side of the first impeller,
A turbocompressor, characterized in that one side of the first impeller is disposed to face the drive unit so that the refrigerant suction passage and the first inlet communicate with each other.
상기 제2압축유닛은, 상기 제2임펠러를 수용하며, 상기 제2임펠러의 일 측에 냉매가 유입되는 제2입구를 구비하는 제2 임펠러 하우징을 더 포함하며,
상기 제2임펠러는, 상기 제2입구가 상기 제1임펠러로부터 토출된 냉매를 유입 가능하게 하도록 제1임펠러와 같은 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.According to claim 2 or 3,
The second compression unit further includes a second impeller housing accommodating the second impeller and having a second inlet through which refrigerant flows into one side of the second impeller,
The turbocompressor, characterized in that the second impeller is disposed in the same direction as the first impeller so that the second inlet allows the introduction of the refrigerant discharged from the first impeller.
상기 제3압축유닛은, 상기 제3임펠러를 수용하며, 상기 제3임펠러의 일 측에 냉매가 유입되는 제3입구를 구비하는 제3 임펠러 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.According to claim 2,
The turbo compressor of claim 1 , wherein the third compression unit further includes a third impeller housing accommodating the third impeller and having a third inlet through which refrigerant flows into one side of the third impeller.
상기 구동 유닛은,
케이싱의 내주면에 고정 결합되는 스테이터; 및
상기 스테이터의 내측에 위치되고, 내주에 상기 축이 결합되어 상기 스테이터와의 상호 작용에 의해 발생되는 회전력에 의해 상기 축을 회전 가능하게 하는 로터를 포함하고,
상기 냉매 유입 유로는 상기 스테이터에서 발생되는 열을 냉각 가능하도록 상기 스테이터에서 적어도 일 방향을 따라서 구비되는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.According to claim 3,
The driving unit is
A stator fixedly coupled to an inner circumferential surface of the casing; and
A rotor located inside the stator and coupled to the shaft to an inner circumference to enable rotation of the shaft by a rotational force generated by interaction with the stator,
The turbocompressor, characterized in that the refrigerant inlet passage is provided along at least one direction in the stator to be able to cool the heat generated in the stator.
제3임펠러에 가해지는 추력은, 제1 또는 제2임펠러에 가해지는 추력에 비해 1.3 내지 1.5 배 높도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.According to claim 2,
The thrust applied to the third impeller is 1.3 to 1.5 times higher than the thrust applied to the first or second impeller.
제1임펠러의 추력은, [수학식 1] 로 정의되는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
[수학식 1]
F1 = (P2 - P1) * Ai1 + (P2 - P1.5) * Ao1
[수학식 1]에서, F1은 제1임펠러의 추력, P1은 제1임펠러의 흡입측에서의 압력, P1.5는 제1임펠러의 날개부측에서의 압력, P2는 제1임펠러의 후면에 가해지는 압력, Ai1는 흡입측에서의 제1임펠러의 면적, Ao1는 토출구에서의 제1임펠러의 날개부측에서의 반경방향으로의 단면적이다.According to claim 7,
The thrust of the first impeller is, [Equation 1] Turbocompressor, characterized in that defined as.
[Equation 1]
F 1 = (P 2 - P 1 ) * A i1 + (P 2 - P 1.5 ) * A o1
In [Equation 1], F 1 is the thrust of the first impeller, P 1 is the pressure on the suction side of the first impeller, P 1.5 is the pressure on the wing side of the first impeller, and P 2 is the pressure applied to the rear surface of the first impeller The pressure, A i1 , is the area of the first impeller at the suction side, and A o1 is the cross-sectional area in the radial direction at the wing side of the first impeller at the discharge port.
제2임펠러의 추력은, [수학식 2]으로 정의되는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
[수학식 2]
F2 = [(P3.5 - P2) * Ai2 + (P3.5 - P2.5) * Ao2]
[수학식 2]에서, F2는 제2임펠러의 추력, P2는 제2임펠러의 흡입측에서의 압력, P2.5는 제2임펠러의 날개부측에서의 압력, P3은 제2임펠러의 흡입측에서의 압력, P3.5는 제2임펠러의 후면에 가해지는 압력, Ai2는 흡입측에서의 제2임펠러의 면적, Ao2는 제2임펠러의 날개부측에서의 반경방향으로의 단면적이다.According to claim 7,
A turbocompressor, characterized in that the thrust of the second impeller is defined by [Equation 2].
[Equation 2]
F 2 = [(P 3.5 - P 2 ) * A i2 + (P 3.5 - P 2.5 ) * A o2 ]
In [Equation 2], F 2 is the thrust of the second impeller, P 2 is the pressure on the suction side of the second impeller, P 2.5 is the pressure on the wing side of the second impeller, P 3 is the pressure on the suction side of the second impeller, P 3.5 is the pressure applied to the rear surface of the second impeller, A i2 is the area of the second impeller on the suction side, and A o2 is the cross-sectional area in the radial direction from the wing side of the second impeller.
제3임펠러의 추력은, [수학식 3]으로 정의되는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
[수학식 3]
F3 = -(P4 - P3.5) * Ao3 - (P4 - P3) * Ai3 + P3 * As]
[수학식 3]에서, F3은 제3임펠러의 추력, P3은 제2임펠러의 흡입측에서의 압력, P3.5는 제2임펠러의 후면에 가해지는 압력, P4는 제3임펠러의 후면에서의 압력, Ai3은 흡입측에서의 제3임펠러의 면적, Ao3는 토출구에서의 제3임펠러의 날개부측에서의 반경방향으로의 단면적, As는 축의 단면적이다.According to claim 7,
The thrust of the third impeller is defined by [Equation 3].
[Equation 3]
F 3 = -(P 4 - P 3.5 ) * A o3 - (P 4 - P 3 ) * A i3 + P 3 * A s ]
In [Equation 3], F 3 is the thrust of the third impeller, P 3 is the pressure at the suction side of the second impeller, P 3.5 is the pressure applied to the rear surface of the second impeller, and P 4 is the pressure at the rear surface of the third impeller. The pressure, A i3 is the area of the third impeller at the suction side, A o3 is the cross-sectional area in the radial direction from the wing side of the third impeller at the discharge port, and As is the cross-sectional area of the shaft.
상기 축에 설치되어 상기 축에 가해지는 하중을 지지하는 베어링을 더 포함하고,
상기 베어링은,
상기 축의 외주를 감싸도록 설치되어 상기 축의 반경 방향으로의 하중을 지지하는 저널 베어링; 및
상기 일 방향과 교차하는 방향으로 배치되도록 상기 축에 연결되어 상기 일 방향으로의 하중을 지지하는 스러스트 베어링을 포함하는 것을 특징으로 하는 터보 압축기. According to claim 1,
Further comprising a bearing installed on the shaft to support a load applied to the shaft,
the bearing,
a journal bearing installed to surround an outer circumference of the shaft and supporting a load in a radial direction of the shaft; and
and a thrust bearing connected to the shaft to support a load in the one direction so as to be disposed in a direction crossing the one direction.
상기 저널 베어링의 양단 사이의 거리 및 상기 제1 내지 제3임펠러가 배치되는 위치는 [수학식 5]에 의해 도출 가능한 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
[수학식 5]
εseal = ls * tan(2ε/lb)
[수학식 5]에서, εseal 은 저널 베어링의 내주와 축의 외주 사이의 간극, ls은 서로 인접한 임펠러와 저널 베어링 간에서의 축 방향으로의 최대 거리, ε은 임펠러의 내주와 축의 외주 사이의 간극, lb은 두 개의 저널 베어링 사이의 축방향 거리이다.
According to claim 11,
The turbocompressor, characterized in that the distance between both ends of the journal bearing and the positions where the first to third impellers are disposed can be derived by [Equation 5].
[Equation 5]
ε seal = ls * tan(2ε/lb)
In [Equation 5], ε seal is the gap between the inner circumference of the journal bearing and the outer circumference of the shaft, ls is the maximum distance in the axial direction between the adjacent impeller and the journal bearing, and ε is the gap between the inner circumference of the impeller and the outer circumference of the shaft. , lb is the axial distance between the two journal bearings.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020210067838A KR20220159795A (en) | 2021-05-26 | 2021-05-26 | Turbo Compressor |
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Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018162660A1 (en) | 2017-03-08 | 2018-09-13 | Robert Bosch Gmbh | A double-stage impeller arrangement for a double-stage centrifugal turbo-compressor |
-
2021
- 2021-05-26 KR KR1020210067838A patent/KR20220159795A/en unknown
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WO2018162660A1 (en) | 2017-03-08 | 2018-09-13 | Robert Bosch Gmbh | A double-stage impeller arrangement for a double-stage centrifugal turbo-compressor |
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