KR101113832B1

KR101113832B1 - 터어보압축기

Info

Publication number: KR101113832B1
Application number: KR1020040058848A
Authority: KR
Inventors: 최재호
Original assignee: 삼성테크윈 주식회사
Priority date: 2004-07-27
Filing date: 2004-07-27
Publication date: 2012-02-29
Also published as: KR20060010221A

Abstract

본 발명은 터어보압축기에 관한 것이다. 내부공간을 제공하는 케이싱, 상기 케이싱 내부에 고정 설치되는 고정자, 상기 케이싱을 관통하며 그 외주에 상기 고정자에 대응하는 회전자를 갖는 구동축을 포함하는 모터와; 상기 케이싱 외부에서 모터의 구동축에 연결되며 모터의 구동시 동작하여 흡입구를 통해 외부의 공기를 흡입하여 압축하는 압축기를 포함하는 터어보압축기에 있어서, 상기 모터의 케이싱에는; 모터 외부의 공기를 케이싱 내부로 받아들이는 공기유입구와, 케이싱의 내부공간을 상기 압축기의 흡입구 측으로 개방하여 상기 공기유입구를 통해 케이싱 내부로 유입된 공기를 흡입구측으로 내보내는 공기유출구가 마련되고, 상기 케이싱의 내벽면에는 케이싱의 내부공간을 거쳐 공기유출구로 이동하는 공기의 흐름을 공기유출구측으로 유도하는 제 1가이드면이 형성된 구성을 갖는다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명의 터어보압축기는, 압축기로 흡입되는 공기가 모터 케이싱의 내부를 통과하도록 함으로써 모터의 냉각성능이 높고 특히 케이싱을 거쳐 압축기의 흡입구로 흐르는 공기의 스트림라인이 유선형으로 유지되므로 흡입구 주위의 공기 밀도가 균일하고 유입 흐름이 안정화되어 압축기의 성능도 좋다.

Description

터어보압축기{Turbo compressor}

도 1 및 도 2는 종래의 터어보압축기를 예를 들어 도시한 단면도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터어보압축기의 내부 구성을 설명하기 위하여 도시한 단면도이다.

도 4는 상기 도 3에 도시한 터어보압축기를 사시도로 나타내 보인 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11,25,51:터어보압축기 13,29,53:모터

15:하우징 17:전력선

19,35:공기통로 21,31,55:압축기

23,37,65:임펠러 27:에어필터

57:구동축 59:고정자

59a:냉각핀 61:회전자

63:케이싱 71:공기유입구

73:공기유출구 75:흡입구

77:제 1가이드면 79:가이드블록

81:제 2가이드면 83:제 3가이드면

본 발명은 터어보압축기에 관한 것이다.

터어보압축기는 고속으로 회전하는 임펠러로 하여금 기체에 압력과 속도에너지를 부여하게 하고 그에 따라 얻어진 고압의 공기를 부하에 공급하는 장치로서 보통 100kPa 이상의 압력을 출력한다. 이러한 터어보압축기가 적용되는 일 예로서 가스터어빈이 있다.

상기 가스터어빈은 압축기로 압축한 고압의 공기를 연소실로 보내고 연소실 내부에서 연료와 혼합되도록 함과 동시에 점화시켜 고온고압의 연소가스를 만들고 이 고온고압의 가스로 터어빈을 회전시키는 기본 메카니즘을 갖는 것이다.

한편 근래 들어 몇 만 알피엠은 기본적으로 구현할 수 있는 고성능 모터가 상용화되고 있다. 이러한 고성능 모터는 터어보압축기에도 적용되어 임펠러를 초고속으로 회전시켜 높은 압축성능을 제공한다.

그러나 상기한 고속모터는 회전속도가 매우 높기 때문에 별도의 냉각장치를 설치하지 않을 경우 쉽게 과열된다는 문제가 있다.

도 1 및 도 2는 미국특허공보 US 6,305,169 및 US 6,307,278에 각각 개시된 냉각장치가 구비된 터어보압축기를 도시한 단면도이다.

도 1에 도시한 터어보압축기(11)는, 전력선(17)을 통해 공급된 전기에 의해 동작하며 하우징(15) 내부에 수용되는 모터(13)와, 상기 모터(13)의 구동축에 고정된 임펠러(23)를 갖는 압축기(21)로 구성된다.

상기 하우징(15)은 압축기(21)의 케이싱과 일체를 이루며 그 반대측이 개방되어 있다. 또한 상기 하우징(15)과 모터(13)의 사이에는 공기통로(19)가 마련되어 있다. 따라서 모터(13)의 구동에 따라 임펠러(23)가 회전하면 하우징(15)의 내부로 흡입된 외부의 공기가 공기통로(19)를 통과하며 모터의 외부면을 식히면서 임펠러(23)로 이동하게 된다.

또한 도 2에 도시한 터어보압축기(25)는, 그 외측부에 에어필터(27)를 갖는 모터(29)와, 상기 모터(29)에 연결되며 모터(29)의 구동에 의해 작동하여 상기 에어필터(27)를 통과한 공기를 흡입 압축하는 압축기(31)로 이루어진다.

상기 모터(29)의 구동시 임펠러(37)로 흡입되는 외부의 공기는 상기 에어필터(27)를 통과한 후 공기통로(35)를 내부 유동하며 모터(29)의 외측면을 냉각한다.

결국 상기한 도 1 및 도 2에 도시한 터어보압축기(11,25)는 압축기(31)로 흡입되는 공기를 모터의 냉각에 사용하고는 있지만 기껏해야 모터의 외부면을 냉각하는 것에 불과하므로 냉각효율이 극히 낮아 고속회전시 모터가 쉽게 과열될 수 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해소하고자 창출한 것으로서, 압축기로 흡입되는 공기가 모터 케이싱의 내부를 통과하도록 함으로써 모터의 냉각성능이 높고 특히 케이싱을 거쳐 압축기의 흡입구로 흐르는 공기의 스트림라인이 유선형으로 유지되므로 흡입구 주위의 공기 밀도가 균일하고 유입 흐름이 안정화되어 압축기의 성능도 좋은 터어보압축기를 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 내부공간을 제공하는 케이싱, 상기 케이싱 내부에 고정 설치되는 고정자, 상기 케이싱을 관통하며 그 외주에 상기 고정자에 대응하는 회전자를 갖는 구동축을 포함하는 모터와; 상기 모터의 구동축에 연결되며 상기 모터의 구동시 동작하여 흡입구를 통해 외부의 공기를 흡입하여 압축하는 압축기를 포함하는 터어보압축기에 있어서, 상기 압축기의 흡입구는 상기 케이싱의 내부공간에 연통하고, 상기 케이싱의 일측에는 상기 모터의 외부의 공기를 상기 케이싱 내부로 받아들이는 공기유입구가 설치되어 있고, 상기 케이싱의 타측에는 상기 공기유입구를 통해 상기 케이싱의 내부로 유입된 공기를 상기 압축기의 흡입구 측으로 내보내는 공기유출구가 설치되며, 상기 케이싱의 내부공간에는 제1 공기유로와 제2 공기유로가 마련되되, 상기 제1 공기유로는 상기 회전자와 상기 고정자 사이에 배치되고, 상기 제2 공기유로는 상기 케이싱과 상기 고정자 사이에 배치되며, 상기 케이싱의 내벽면에는 상기 제2 공기유로를 통해 이동하는 공기의 흐름을 상기 공기유출구측으로 유도하는 제 1가이드면이 형성된 터어보압축기를 제공한다.
여기서, 상기 고정자와 상기 케이싱의 내벽면 사이에는 상기 고정자를 냉각하기 위한 것으로 상기 공기유입구로부터 상기 공기유출구로 이동하는 공기가 그 사이를 통과하는 다수의 냉각핀이 구비될 수 있다.
여기서, 상기 케이싱과 상기 압축기 사이에는 상기 공기유출구를 통과한 공기를 상기 압축기의 흡입구 측으로 유도하는 제 2가이드면을 갖는 가이드블록이 설치될 수 있다.
여기서, 상기 구동축의 단부에는 상기 제 2가이드면에 의해 가이드된 공기의 스트림라인을 상기 압축기의 흡입구측으로 가이드하는 제 3가이드면이 형성될 수 있다.

삭제

이하, 본 발명에 따른 하나의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 터어보압축기(51)는, 그 내부로 냉각용 공기가 통과하는 모터(53)와, 상기 모터(53)의 구동축(57)에 연결되며 모터(53)의 구동시 동작하여 상기 모터(53)를 통과한 공기를 흡입 압축하는 압축기(55)를 포함하여 구성된다.

상기 모터(53)는 내부공간을 제공하는 케이싱(63)과, 상기 케이싱(63)의 내부에 고정 설치되며 그 외측부에 다수의 냉각핀(59a)을 갖는 고정자(59)와, 상기 케이싱(63)을 관통하며 축회전 가능하고 그 외주에 상기 고정자(59)에 대향하는 회전자(61)가 구비되어 있는 구동축(57)을 포함하여 이루어진다.

상기 냉각핀(59a)은 고정자(59)로부터 발생하는 열을 보다 효과적으로 제거하기 위한 것으로서 고정자(59)의 외측에 고정된 상태로 케이싱(63)의 내벽면에 접한다. 이러한 냉각핀(59a)은 도 4에 도시한 바와같이 구동축(57)의 길이방향으로 연장되며 상호 이격되어 그 사이로 냉각공기가 통과할 수 있다.

또한 상기 회전자(61)와 고정자(59)의 대향면은 모터의 구동시 공지의 에어포일베어링(미도시)에 의해 이격된다. 따라서 상기 회전자(61)와 고정자(59) 사이의 틈새에도 상기 냉각용 공기가 통과하며 회전자(61)와 고정자(59)의 공기와 접하는 부위가 냉각된다.

한편, 상기 케이싱(63)에 있어서 도면상 상기 고정자(59)의 좌측에는 공기유입구(71)가 마련되어 있고 우측에는 공기유출구(73)가 형성되어 있다. 상기 공기유입구(71)와 공기유출구(73)는 상기 고정자(59)를 사이에 두고 반대측에 위치한다.

상기 공기유입구(71)는 압축기(55)의 구동시 모터(53) 외부의 공기를 모터 케이싱(63) 내부로 받아들이는 관통 구멍이다. 상기 공기유입구(71)의 구멍형상 및 넓이는 경우에 따라 얼마든지 변경 가능함은 물론이며, 예컨대 도 4에 도시한 바와같이 부분원호형으로 형성할 수 도 있다.

또한 상기 공기유출구(73)는 공기유입구(71)를 통해 케이싱(63) 내부로 유입된 공기가 상기 압축기(55) 측으로 빠져나가는 통로 구멍이다. 상기 공기유출구(73)의 형상도 공기유입구(71)와 마찬가지로 다양하게 변형할 수 있으나 그 넓이는 최대한 넓게 형성함이 좋다. 특히 후술할 제 1가이드면(77)을 따라 미끄러져 이동하는 공기의 흐름에 방해되지 않도록 제 1가이드면(77)으로부터 돌출되지 않도록 하여야 한다.

상기 제 1가이드면(77)은 공기유출구(73)와 냉각핀(59a) 사이에 해당하는 케이싱(63)의 내벽면을 안쪽으로 오므린 부위이다. 즉 상기 제 1가이드면(77)은 고정자(59)를 통과함으로써 난류의 흐름을 갖는 공기를 가이드하며 유동단면적을 좁혀 공기가 상기 공기유출구(73)를 원활히 빠져나가도록 가이드하는 면이다. 특히 상기한 바와같이 상기 공기유출구(73)의 테두리부가 상기 제 1가이드면(77)으로부터 돌출되지 않으므로 상기 제 1가이드면(77)에 의해 가이드되는 공기는 별다른 저항없이 공기유출구(73)를 빠져나갈 수 있다.

한편, 상기 공기유출구(73)와 압축기(55)의 사이에는 가이드블록(79)이 구비된다. 상기 가이드블록(79)은 상기 공기유출구(73)를 빠져나온 공기를 유선형으로 가이드하여 구동축(57)이 위치한 중앙부로 유도하는 제 2가이드면(81)을 갖는다. 공기를 중앙으로 모으는 이유는 압축기의 흡입구(75)가 구동축(57)의 단부에 위치하기 때문이다.

상기 제 2가이드면(81)을 거친 공기는 제 3가이드면(83)에 의해 다시 한번 가이드되어 그 유동방향이 변경된다. 상기 제 3가이드면(83)은 구동축(57)의 임펠러(65)가 연결되는 단부에 형성된 만곡부위로서 상기 제 2가이드면(81)을 거치고 공기를 가이드하여 화살표 a방향으로 유도한다. 화살표 a방향은 압축기(55)의 공기 흡입방향이다.

결국 상기 제 2가이드면(81) 및 제 3가이드면(83)은 공기유출구(73)를 통과하여 흡입구(75)측으로 이동하는 공기가 이동중 부딪힐 대향벽에 형성해 놓은 가이드면으로서 제 1가이드면(77)과 더불어 공기가 유선형의 스트림라인을 유지한 상태로 흡입구(75)에 흡입되도록 한다.

도시한 바와같이, 모터(53)의 일측에 압축기(55)가 설치되어 있고, 상기 압축기(55)의 흡입구(75)가 공기유출구(73)를 통해 모터 케이싱(63) 내부공간에 연통되어 있다. 또한 상기 공기유출구(73)의 반대측에는 다수의 공기유입구(71)가 형성되어 있음을 알 수 있다.

아울러 도 3을 통해 설명한 바와같이 케이싱(63)의 공기유출구(73)의 근접부 위 내벽면에는 제 1가이드면(77)이 형성되어 있고, 케이싱(63)과 압축기(55) 사이에 제 2가이드면(81)을 갖는 가이드블록(79)이 구비되어 있으며, 또한 구동축(57)의 단부에 제 3가이드면(83)이 형성되어 있다.

결국 상기 구성을 갖는 본 실시예의 터어보압축기(51)에 있어서의 공기의 흐름은 다음과 같이 이루어진다.

상기 모터(53)를 구동하여 압축기(55)를 작동시키면 압축기(55)의 흡입력에 의해 모터(53) 외부의 공기가 상기 공기유입구(71)를 통해 케이싱(63)의 내부로 유입된다.

상기 케이싱(63) 내부로 유입된 공기는 냉각핀(59a)의 사이를 통과하고 더러는 고정자(59)와 회전자(61)의 사이의 틈새를 통과하며 통과부위를 냉각한다.

상기 케이싱(63)의 내부공간을 통과하며 열교환된 공기의 대부분은 제 1가이드면(77)에 의해 가이드 되며 공기유출구(73)를 빠져나간다. 상기 공기유출구(73)를 빠져나간 공기는 제 2가이드면(81)에 의해 유선형으로 가이드되어 중앙으로 모이고 기다리고 있던 제 3가이드면(83)에 도달하여 방향이 전환된 후 압축기(55)로 유입되어 압축된다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정하지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명의 터어보압축기는, 압축기로 흡입되는 공기 가 모터 케이싱의 내부를 통과하도록 함으로써 모터의 냉각성능이 높고 특히 케이싱을 거쳐 압축기의 흡입구로 흐르는 공기의 스트림라인이 유선형으로 유지되므로 흡입구 주위의 공기 밀도가 균일하고 유입 흐름이 안정화되어 압축기의 성능도 좋다.

Claims

내부공간을 제공하는 케이싱, 상기 케이싱 내부에 고정 설치되는 고정자, 상기 케이싱을 관통하며 그 외주에 상기 고정자에 대응하는 회전자를 갖는 구동축을 포함하는 모터와; 상기 모터의 구동축에 연결되며 상기 모터의 구동시 동작하여 흡입구를 통해 외부의 공기를 흡입하여 압축하는 압축기를 포함하는 터어보압축기에 있어서,

상기 압축기의 흡입구는 상기 케이싱의 내부공간에 연통하고,

상기 케이싱의 일측에는 상기 모터의 외부의 공기를 상기 케이싱 내부로 받아들이는 공기유입구가 설치되어 있고, 상기 케이싱의 타측에는 상기 공기유입구를 통해 상기 케이싱의 내부로 유입된 공기를 상기 압축기의 흡입구 측으로 내보내는 공기유출구가 설치되며,

상기 케이싱의 내부공간에는 제1 공기유로와 제2 공기유로가 마련되되, 상기 제1 공기유로는 상기 회전자와 상기 고정자 사이에 배치되고, 상기 제2 공기유로는 상기 케이싱과 상기 고정자 사이에 배치되며,

상기 케이싱의 내벽면에는 상기 제2 공기유로를 통해 이동하는 공기의 흐름을 상기 공기유출구측으로 유도하는 제 1가이드면이 형성된 터어보압축기.
제 1항에 있어서,

상기 고정자와 상기 케이싱의 내벽면 사이에는 상기 고정자를 냉각하기 위한 것으로 상기 공기유입구로부터 상기 공기유출구로 이동하는 공기가 그 사이를 통과하는 다수의 냉각핀이 구비된 터어보압축기.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 케이싱과 상기 압축기 사이에는 상기 공기유출구를 통과한 공기를 상기 압축기의 흡입구 측으로 유도하는 제 2가이드면을 갖는 가이드블록이 설치된 터어보압축기.
제 3항에 있어서,

상기 구동축의 단부에는 상기 제 2가이드면에 의해 가이드된 공기의 스트림라인을 상기 압축기의 흡입구측으로 가이드하는 제 3가이드면이 형성된 터어보압축기.