KR100246435B1 - 터보압축기의 레이디얼 베어링 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터보압축기의 레이디얼 베어링 구조에 관한 것으로, 선출원 발명에서는 구동축의 반경방향을 지지하기 위한 레이디얼 베어링 구조에서는 지지부재이 반드시 필요하게 되어 생산비용이 과다하게 소모되는 것은 물론, 상기 구동축이 정적평형상태에서 회전을 시작하게 되어 구동축계의 불안정성을 야기시킬 수 있으므로, 베어링의 정확한 설계가 난해하여 생산성이 저하되는 문제점이 있었던 바, 본 발명에서는 상기 구동축의 반경방향을 지지하기 위하여 그 구동축의 양측 외주면에서 부시용 플랜지부를 각각 연장 형섭하고, 그 각 부시용 플랜지부의 가장자리가 모터실의 양측 내주벽면에 삽입되어 상기 플랜지부의 내,외측면이 모터실의 내주벽면과 함께 베어링면을 이루도록 모터실의 각 내주벽면에 하우징용 홈조를 형성하여 구성함으로써, 구동축의 반경방향을 지지하기 위한 레이디얼 베어링의 구조가 단순화되어 생산단가가 절감되는 것은 물론, 설계 및 제작이 용이하여 생산성이 향상되는 효과가 있다.

Description

터보압축기의 레이디얼 베어링 구조

본 발명은 임펠러의 회전시 발생되는 원심력을 이용하여 냉매를 흡입 압축하는 터보압축기에 관한 것으로, 특히 별도의 지지구조가 필요없는 터보압축기의 레이디얼 베어링 구조에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 날개차나 로터의 회전운동 또는 피스톤의 왕복운동으로 공기나 냉매가스등의 기체를 압축하는 기계로서, 날개차나 로터 및 피스톤을 구동시키기 위한 동력발생부 및 그 동력발생부에서 전달된 구동력에 의해 기체를 흡입하여 압축하는 압축기구부로 구성된다.

이러한, 압축기는 동력발생부와 압축기구부의 배치형태에 따라 밀폐형 또는 분리형으로 구분되는데, 그 중에서 밀폐형은 소정의 밀폐용기 내에 동력발생부 및 압축기구부가 함께 설치되는 형태이고, 분리형은 밀폐용기의 외부에 동력발생부가 설치되어 그 동력발생부에서 발생되는 구동력이 밀폐용기 내의 압축기구부로 전달되는 형태이다.

상기 밀폐형 압축기는 기체를 압축하는 구조에 따라 회전식, 왕복동식, 리니어 그리고 스크롤 압축기 등이 있는데, 최근들어서는 모터의 구동력으로 임펠러를 회전시키고, 그 임펠러의 회전시 발생되는 원심력을 이용하여 기체를 흡입,압축시키는 터보압축기(혹은, 원심압축기)가 새롭게 소개되고 있다.

도 1은 본 발명자가 특허번호 제97-64567호로 선출원한 바 있는 2단 압축식 터보압축기의 구성을 개략적으로 보인 종단면도로서 이에 도시된 바와 같이, 선출원의 2단 압축식 터보압축기는 통상 어큐뮬레이션(A)와 연통되는 제1 압축실(11) 및 통상 응축기(미도시)와 연통되는 제2 압축실(12)이 밀폐용기(10)의 양측에 각각 형성되고, 그 밀폐용기(10)의 내측 중앙에는 엑시얼타입의 비엘디시모터(Brushless DCMOTOR)(20)가 장착되는 모터실(13)이 형성되며, 상기 제1,제2 압축실(11,12) 및 모터실(13)은 가스유로(14)에 의해 서로 연통되고, 상기 모터(20)에 결합되어 회전하는 구동축(30)의 양단은 각각 제1,제2 압축실(11,12)에 삽입되어 그 단부에는 각각 제1,제2 압축실(11,12)에서 회전하면서 흡입되는 가스를 2단으로 압축하기 위한 제1,제2 임펠러(40,50)가 결합되어 있다.

또한, 상기 구동축(30)의 양측, 즉 모터(20)의 양측에는 그 구동축(30)의 반경방향을 지지하기 위한 레이디얼 베어링(60)이 결합되어 있고, 그 레이디얼 베어링(60)의 양측 외곽에는 구동축(30)의 축방향을 지지하기 위한 스러스트 베어링(70)이 결합되어 있다.

여기서, 상기 레이디얼 베어링(60)은 구동축(30)의 외주면 양측에 부시(미부호)가 압입되어 있고, 그 부시(미부호)의 외주면과 함께 베어링면을 이루도록 베어링하우징(미부호)이 결합되어 있으며, 그 베어링하우징(미부호)은 밀폐용기(10)의 내주면에 결합된 유연성있는 원판형의 지지부재(61)로 고정되어 있다.

도면중 미설명 부호인 10a는 흡입구, 10b는 토출구, 11a,12a는 디퓨져, 11b,12b는 볼텍스, 13a는 유입통공, 13b는 유출통공, 14는 가스유로이다.

상기와 같이 구성된 선출원의 2단 압축식 터보압축기는 다음과 같이 동작된다.

즉, 인가된 전원에 의해 모터(20)에 유도자기가 발생되면, 그 유도자기에 의해 구동축(30)이 고속으로 회전을 개시하게 되어 그 구동축(30)의 양단에 고정된 제1,제2 임펠러(40,50)가 회전을 하게 되고, 그 각 임펠러(40,50)의 회전에 의해 냉매가스가 각 압축실(11,12)로 흡입되었다가 각 임펠러(40,50)의 원심력에 의해 스크류 형태로 뿌려져 각 디퓨져(11a,12a)를 거쳐 각 볼류트(11b,12b)로 유입되는데, 이때 각 디퓨져(11a,12a)를 거쳐 각 볼류트(11b,12b)로 유입되는 과정에서 냉매가스는 압력수두의 상승으로 압축가스로 변환되어 토출구(10b)를 통해 응축기(미도시)로 토출되는 것이었다.

이때, 상기 구동축(30)에는 비엘디시모터(20)의 회전자를 비롯하여 양쪽 임펠러(40,50) 및 스러스트 베어링(70)이 결합되어 있어, 그 각 부재가 갖는 하중을 레이디얼 베어링(60)이 집중적으로 받게 되는데, 그 반경방향으로의 하중은 레이디얼 베어링(60)의 부시(미부호)와 베어링하우징(미부호)이 가스베어링을 유지하게되어 구동축(30)의 고속회전에 대한 안정성을 부여하게 되는 것이며, 이러한 구동축(30)의 고속회전시 발생될 수 있는 미소진동은 신축성있는 지지부재에 의해 흡수 감쇄되는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 선출원의 터보압축기 압축기에 있어서는, 구동축(30)의 반경방향을 지지하기 위한 레이디얼 베어링 구조에서는 지지부재(61)이 반드시 필요하게 되어 생산비용이 과다하게 소모되는 것은 물론, 상기 구동축(30)이 정적평형상태에서 회전을 시작하게 되어 구동축계의 불안정성을 야기시킬 수 있으므로, 베어링의 정확한 설계가 난해하여 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 선출원된 터보압축기의 레이디얼 베어링이 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 구동축의 반경방향을 지지하기 위한 레이디얼 베어링의 구조를 단순화하여 생산단가를 절감하는 것은 물론, 베어링의 설계가 용이하여 생산성을 향상시킬 수 있는 터보압축기의 레이디얼 베어링 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

제1도는 선출원된 터보압축기의 일례를 보인 종단면도.

제2도는 선출원된 터보압축기의 레이디얼 베어링을 설명하기 위해 보인 반단면도.

제3도는 본 발명에 의한 터보압축기의 레이디얼 베어링을 설명하기 위해 보인 반단면도.

제4도는 제3도의 'A'부를 보인 상세도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 구동축 110 : 부시용 플랜지부

111 : 코팅면 200 : 가스실

210 : 하우징용 홈조 211 : 가스흡입용 홈조

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 모터가 장착되는 모터실이 내부 중앙에 형성되는 반면 양측에는 각각 제1,제2 압축실이 상기 모터실과 서로 연통되도록 형성되는 밀폐용기와, 그 밀폐용기의 각 압축실에 삽입되도록 상기 모터에 결합되어 회전하는 구동축과, 그 구동축의 양단에 일체로 고정되어 각 압축실에서 회전하면서 흡입되는 가스를 2단으로 원심 압축하는 제1,제2 임펠러를 포함하여 구성되는 터보압축기에 있어서 ; 상기 구동축의 반경방향을 지지하기 위하여 그 구동축의 양측 외주면에서 부시용 플랜지부가 각각 연장 형성되고, 그 각 부시용 플랜지부의 가장자리가 모터실의 양측 내주벽면에 걸리도록 삽입되어 상기 플랜지부의 내,외측면이 모터실의 내주벽면과 함께 베어링면을 이루도록 모터실의 각 내주벽면에 하우징용 홈조가 형성되는 것을 특징으로 하는 터보압축기의 레이디얼 베어링 구조가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 터보압축기의 레이디얼 베어링 구조를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 의한 터보압축기의 레이디얼 베어링을 설명하기 위해 보인 반단면도이고, 도 4는 도 3의 'A'부를 보인 상세도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 터보압축기는 밀폐용기(10)의 내부 중앙에 엑시얼타입의 비엘디시모터(20)가 장착되고, 그 밀폐용기(10)의 양측에는 제1,제2 압축실(11,12)이 서로 연통되도록 형성되며, 그 제1,제2 압축실(11,12)에는 상기 모터(20)에 결합되어 회전하는 구동축(100)의 양단이 각각 삽입되고, 그 구동축(100)의 각 단에는 내측 직경이 외측 직경보다 큰 원뿔형의 제1,제2 임펠러(40,50)가 회전가능하게 결합되어 구성된다.

여기서, 상기 구동축(100)의 반경방향을 지지하기 위하여 그 구동축(100)의 양측외주면에 부시용 플랜지부(110)가 각각 연장 형성되고, 그 각 부시용 플랜지부(110)의 가장자리가 모터실(200)의 양측 내주벽면에 걸리도록 삽입되어 상기 플랜지부(110)의 가장자리 내,외측면이 모터실(200)의 내주벽면과 함께 베어링면을이루도록 모터실(200)의 각 내주벽면에 하우징용 홈조(210)가 형성된다.

상기 베어링면(110,210)중에서 구동축(100) 플랜지부(110)의 베어링면에는 산화알루미늄으로 코팅면(111)이 형성되고, 그 플랜지부와 대향되는 하우징용 홈조(210)의 내,외측면에는 헤링본(Herring Bone)형의 가스흡입용 그루브(211)가 형성되는 것이 바람직하다.

도면중 선출원에서와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

도면중 미설명 부호인 10a는 흡입구, 11은 제1 압축실이다.

상기와 같은 본 발명에 의한 터보압축기의 일반적인 동작은 선출원에서와 동일하다.

즉, 인가된 전원에 의해 구동축(100) 및 각 임펠러(40,50)가 회전하면서 흡입구(10a)를 통해 냉매가스가 제1 임펠러(40)로 유입되고, 그 제 1 임펠러(40)에서 냉매가스를 제1 압축실(11)로 흩뿌려 1단 원심 압축하게 되며, 그 1단 압축된 냉매가스는 가스유로(미도시)의 유입통공(미도시)을 통해 모터실(200)로 유입되고, 그 모터실(200)로 유입된 가(假)압축가스는 모터실(200) 내부를 순환하면서 모터(20)를 냉각시킨 후에 다시 유출통공(미도시)을 통해 가스유로(미도시)로 유입되며, 그 가스유로로 유입된 가스압축가스는 제2 임펠러(미도시)로 유입되어 제2 압축실(미도시)에서 2단 원심 압축되면서 토출구(미도시)를 통해 냉동사이클장치로 토출된다.

여기서, 상기 모터실(200)로 유입되는 냉매가스는 그 내부에 장착된 모터(20)를 냉각시키는 과정에서 모터실(200) 내부를 순회하게 되고, 그 모터실(200)을 순회하는 냉매가스의 일부가 구동축(100)의 부시용 플랜지부(110)로 이동하게 되며, 그 플랜지부(110)로 이동하는 냉매가스는 구동축(100)의 고속회전시 모터실(200)의 양측 내주벽면에 형성된 하우징용 홈조(210)로 흡입되고, 그 하우징용 홈조(210)로 흡입되는 냉매가스는 부시용 플랜지부(110)와의 사이에서 그 플랜지부(110)를 반경방향으로 밀어 지지하려는 가스베어링의 역활을 하게 되는 것이다.

이때, 상기 하우징용 홈조(210)의 베어링면에는 헤리본형의 가스흡입용 그루브(211)가 각각 형성되어 있으므로, 구동축(100)의 고속회전시 그 회전력에 의해 모터실(200) 내부의 냉매가스가 하우징용 홈조(210)로 원활하게 흡입되어 베어링 효율이 향상된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 터보압축기의 레이디얼 베어링 구조는, 상기 구동축의 반경방향을 지지하기 위하여 그 구동축의 양측 외주면에서 부시용 플랜지부를 각각 연장 형성하고, 그 각 부시용 플랜지부의 가장자리가 모터실의 양측 내주벽면에 삽입되어 상기 플랜지부의 내,외측면이 모터실의 내주벽면과 함께 베어링면을 이루도록 모터실의 각 내주벽면에 하우징용 홈조를 형성하여 구성함으로써, 구동축의 반경방향을 지지하기 위한 레이디얼 베어링의 구조가 단순화되어 생산단가가 절감되는 것은 물론, 설계 및 제작이 용이하여 생산성이 향상되는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 모터가 장착되는 모터실의 내부 중앙에 형성되는 반면 양측에는 각각 제1,제2 압축실이 상기 모터실과 서로 연통되도록 형성되는 밀폐용기와, 그 밀폐용기의 각 압축실에 삽입되도록 상기 모터에 결합되어 회전하는 구동축과, 그 구동축의 양단에 일체로 고정되어 각 압축실에서 회전하면서 흡입되는 가스를 2단으로 원심 압축하는 제1,제2 임펠러를 포함하여 구성되는 터보압축기에 있어서 ; 상기 구동축의 반경방향을 지지하기 위하여 그 구동축의 양측 외주면에서 부시용 플랜지부가 각각 연장 형성되고, 그 각 부시용 플랜지부의 가장자리가 모터실의 양측 내주벽면에 삽입되어 상기 플랜지부의 내,외측면이 모터실의 내주벽면과 함께 베어링면을 이루도록 모터실의 각 내주벽면에 하우징용 홈조가 형성되는 것을 특징으로 하는 터보압축기의 레이디얼 베어링 구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 구동축의 부시용 플랜지부가 밀폐용기의 하우징용 홈조와 함께 이루는 베어링면중에서 어느 한 쪽의 베어링면에는 산화알루미늄 코팅면이 형성되고, 다른 한 쪽의 베어링면에는 가스흡입용 그루브가 형성되는 것을 특징으로 하는 터보압축기의 레이디얼 베어링 구조.

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