KR20010073552A - 터보 압축기의 흡입유동 안정구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터보 압축기의 흡입유동 안정구조에 관한 것으로, 본 발명은 소정 형상으로 형성된 압축실의 내부에 임펠러가 회전 가능하도록 삽입되며 상기 임펠러에 회전력을 전달하는 회전축이 압축실의 가스 유입구에 관통 삽입됨과 아울러 상기 임펠러와 결합되고 상기 압축실의 유입구측에 위치하는 회전축 부분에 압축실의 유입구로 유입되는 가스 유동이 임펠러 날개의 유입각에 상응하는 각으로 유입되도록 가스의 유동을 안내하는 유동안내수단이 구비되도록 구성하여 임펠러의 회전력에 의해 압축실의 유입구로 유입되는 냉매 가스가 유동안내수단에 의해 임펠러 날개의 입사각과 일치하게 유입되도록 함으로써 압축실의 유입구로 유입되는 냉매 가스의 흡입 유동을 안정화시킬 수 있도록 한 것이다.

Description

터보 압축기의 흡입유동 안정구조{STRUCTURE FOR STABILIZING SUCTION FLOW IN TURBO COMPRESSOR}

본 발명은 터보 압축기에 관한 것으로, 특히 임펠러의 회전력에 의해 압축실로 유입되는 가스의 유입 유동을 안정화할 수 있도록 한 터보 압축기의 흡입유동 안정구조에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 공기나 냉매 가스 등의 유체를 압축하는 기계이다. 상기 압축기는 구동력을 발생시키는 전동기구부와 그 전동기구부에서 전달된 구동력에 의해 기체를 흡입하여 압축하는 압축기구부로 구성된다.

상기 압축기의 일예로 터보 압축기는 전동기구부에서 발생되는 운동에너지를 정압으로 변환시키면서 가스를 고압 상태로 토출시키게 된다. 터보 압축기는 보통 1개 또는 1개 이상의 임펠러를 회전시켜 가스를 압축하게 되는데, 보통 2개의 임펠러가 장착된 경우 모터가 장착되는 모터실의 양측에 임펠러가 삽입되는 제1,2 압축실이 각각 형성되어 모터의 구동력이 회전축을 통해 제1,2 압축실에 각각 위치하는 임펠러에 전달되면 임펠러가 고속으로 회전함에 의해 냉매 가스가 제1 압축실 및 제2 압축실을 순차적으로 거치면서 2단으로 압축되어 토출된다.

도 1은 상기 터보 압축기의 일례를 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 터보 압축기는 모터실(M)이 형성된 모터케이싱(1)의 모터실(M)에 모터(2)가 장착되고 상기 모터(2)에 회전축(3)이 결합되며 상기 모터케이싱(1)의 양측에 제1,2 베어링 플레이트(4)(5)가 각각 결합됨과 아울러 그 제1,2 베어링 플레이트(4)(5)에회전축(3)을 지지하는 저어널 베어링(JOURNAL)(R)이 각각 장착되며 상기 모터실(M)의 양측에 제1,2 압축실(P1)(P2)이 각각 형성된다. 상기 제1 압축실(P1)은 제1 베어링 플레이트(4)에 결합되는 쉬라우드 부재(6) 및 디퓨져 케이싱(7)에 의해 형성되며 상기 제2 압축실(P2)은 제2 베어링 플레이트(5)에 결합되는 볼류트 케이싱(8) 및 그 볼류트 케이싱(8)에 결합되는 대퓨져커버(9)에 의해 형성된다.

그리고 상기 제1,2 압축실에(P1)(P2)는 회전축(3)의 양단부에 각각 결합되는 제1,2 임펠러(W1)(W2)가 회전 가능하도록 위치하게 된다.

미설명 부호 T는 회전축을 축 방향으로 지지하는 스러스트 베어링(THRUST BEARING)이며, 12는 상기 스러스트 베어링을 지지하는 베어링 커버이다.

상기한 바와 같은 터보 압축기는 전원이 인가되어 모터(2)가 구동하게 되면 그 구동력이 회전축(3)을 통해 제1,2 임펠러(W1)(W2)에 각각 전달되어 제1,2 임펠러(W1)(W2)가 고속으로 회전하게 된다. 상기 제1,2 임펠러(W1)(W2)의 회전력에 의해 냉매 가스가 상기 모터케이싱(1)의 일측에 형성된 흡입구(1a)를 통해 모터실(M)내로 흡입되어 모터실(M)을 거치면서 모터(2)를 냉각시키게 되고 그 모터(2)를 냉각시킨 냉매 가스는 제1 베어링 플레이트(4)에 형성된 제1 가스통로(F1)를 통해 제1 압축실(P1)로 흡입된다. 상기 제1 압축실(P1)에서 1단 압축된 냉매 가스는 상기 제2 압축실(P2)과 연통된 제2 가스통로(F2)를 통해 제2 압축실(P2)로 흡입되어 제2 압축실(P2)에서 2단 압축된 다음 제2 압축실(P2)과 연통되도록 결합된 토출관(13)을 통해 토출된다.

상기 과정에서 냉매 가스가 압축되는 제1,2 압축실(이하 통칭하여 압축실이라함)및 그 압축실내에서 회전하는 제1,2 임펠러(이하 통칭하여 임펠러라함)의 구조를 보다 상세하게 설명하면, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 압축실(P)은 쉬라우드 부재(6) 또는 볼류트 케이싱(8)에 의해 형성되는 유입구(40) 및 그 유입구(40)에 이어 형성되는 쉬라우드부(41)와 상기 쉬라우드 부재(6)와 디퓨져 케이싱(7) 또는 상기 볼류트 케이싱(8)과 대퓨져커버(9)에 의해 형성되는 디퓨져부(42)를 구비하여 이루어지며 상기 임펠러(W)는 허브(50)와 그 허브(50)의 외면에 형성된 다수개의 날개(51)로 이루어진다.

상기 임펠러(W)는 상기 압축실(P)에 회전 가능하도록 삽입됨과 아울러 모터(20)와 연결되는 회전축(3)과 결합되며 그 회전축(3)은 압축실(P)의 유입구(40)에 관통 삽입된 상태로 결합된다.

이와 같은 구조는 모터(20)의 회전력이 회전축(3)을 통해 임펠러(W)에 전달되어 임펠러(W)가 회전하게 되면 냉매 가스가 회전축(3)의 외주면과 유입구(40)의 내면사이의 틈새를 통해 유입되어 쉬라우드부(41)와 임펠러(W)의 날개(51)를 통해 운동에너지가 증가되면서 디퓨져부(42)로 유동하게 되며 그 냉매 가스가 디퓨져부(42)를 거치면서 냉매 가스의 운동에너지가 정압으로 변환되면서 가스통로(미도시)를 통해 유동하게 된다.

그러나 상기한 바와 같은 구조는, 도 3, 4에 도시한 바와 같이, 임펠러(W)의 회전력에 의해 압축실(P)의 유입구(40) 내면과 회전축(3)의 외주면사이로 흡입되는 냉매 가스의 유입 유동 각과 임펠러(W)의 날개 유입각이 일치하지 않게 되어 냉매 가스의 유입 유동이 불안정하게 되는 단점이 있다. 즉, 상기 압축실(P)의 유입구(40)에 삽입되어 회전하는 회전축(3)의 외주면이 매끄러운 면이므로 유입구(40)를 통해 유입되는 냉매 가스의 유입 유동이 거의 직선 상태로 유입되고 상기 임펠러(W) 날개의 유입각이 경사지게 형성되므로 압축실(P)의 유입구(40)측의 유동이 불안정하게 된다.

상기한 바와 같은 점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 임펠러의 회전력에 의해 압축실로 유입되는 가스의 유입 유동을 안정화할 수 있도록 한 터보 압축기의 흡입유동 안정구조를 제공함에 있다.

도 1은 일반적인 터보 압축기의 일예를 도시한 단면도,

도 2는 상기 터보 압축기의 압축실 및 임펠러 부분을 도시한 단면도,

도 3은 상기 터보 압축기의 임펠러 작동상태를 도시한 사시도,

도 4는 상기 터보 압축기의 임펠러 회전에 의해 가스의 유입각을 도시한 자유도,

도 5는 본 발명의 터보 압축기 흡입유동 안정구조를 도시한 단면도,

도 6,7은 본 발명의 터보 압축기 흡입유동 안정구조를 구성하는 유동안내수단의 변형례를 각각 도시한 정면도,

도 8은 본 발명의 터보 압축기 흡입유동 안정구조의 작동상태를 도시한 사시도,

도 9는 본 발명의 터보 압축기 흡입유동 안정구조의 가스 유동에 대한 자유도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

40 ; 유입구 51 ; 임펠러 날개

60 ; 회전축 80 ; 유동안내수단

P ; 압축실 W ; 임펠러

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 소정 형상으로 형성된 압축실의 내부에 임펠러가 회전 가능하도록 삽입되며 상기 임펠러에 회전력을 전달하는 회전축이 압축실의 가스 유입구에 관통 삽입됨과 아울러 상기 임펠러와 결합되고 상기 압축실의 유입구측에 위치하는 회전축 부분에 압축실의 유입구로 유입되는 가스 유동이 임펠러 날개의 유입각에 상응하는 각으로 유입되도록 가스의 유동을 안내하는 유동안내수단이 구비된 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 흡입유동 안정구조가 제공된다.

이하, 본 발명의 터보 압축기 흡입유동 안정구조를 첨부도면에 도시한 실시례에 따라 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명의 터보 압축기 흡입유동 안정구조의 일례를 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 먼저 압축실(P)은 소정의 내경을 갖도록 형성되는 유입구(40)와상기 유입구(40)에 이어 원뿔 형상을 이루도록 형성되는 쉬라우드부(41)와 상기 쉬라우드부(41)에 이어 형성되는 디퓨져부(42)를 구비하여 이루어진다.

그리고 상기 임펠러(W)는 원뿔 형상으로 형성되는 허브(50)와 그 허브(50)의 외주면에 소정의 간격을 두고 형성되는 다수개의 날개(51)를 구비하여 이루어진다. 상기 날개(51)는 임펠러(W)의 회전시 가스의 유입을 원활하게 하도록 소정의 각으로 경사지게 유입각(α)을 갖도록 형성되며 상기 허브(50)의 중심에 회전축(60)과 결합되는 결합구멍(52)이 형성된다.

상기 임펠러(W)는 그 날개(51)가 압축실(P)의 쉬라우드부(41)와 대면되고 그 허브의 단경측이 유입구(40)측에 위치하도록 압축실(P)내에 삽입된다.

상기 회전축(60)은 소정의 길이를 갖도록 형성되며 그 일측이 압축실(P)의 유입구(40)를 관통하여 임펠러(W)의 결합구멍(52)에 삽입되고 그 회전축(60)과 임펠러(W)는 체결수단(70)에 의해 체결된다. 그리고 상기 압축실(P)의 유입구(40)측에 위치하는 회전축(60) 부분에 압축실(P)의 유입구(40)로 유입되는 가스 유동이 임펠러(W) 날개(51)의 유입각(α)에 상응하는 각으로 유입되도록 가스의 유동을 안내하는 유동안내수단(80)이 구비된다. 상기 회전축(60)은 구동력을 발생시키는 모터(20)와 결합된다.

상기 유동안내수단(80)은, 도 6에 도시한 바와 같이, 압축실(P)의 유입구(40)측에 위치하는 회전축(60)의 외주면에 임펠러 날개(51)의 유입각(α)과 상응하는 각으로 다수개의 안내 날개가 결합되어 이루어진다. 상기 다수개의 안내 날개는 일정 간격을 두고 형성됨이 바람직하고 그 안내 날개는 직선 형태 또는 곡선 형태로 형성될수 있다.

또한, 상기 유동안내수단(80)의 다른 변형례로, 도 7에 도시한 바와 같이, 압축실(P)의 유입구(40)측에 위치하는 회전축(60)의 외주면에 임펠러 날개(51)의 유입각(α)과 상응하는 각으로 다수개의 안내 그루브(Groove)가 형성되어 이루어진다. 상기 다수개의 안내 그루브는 일정 간격을 갖도록 형성됨이 바람직하고 그 안내 그루브는 직선 형태 또는 곡선 형태로 형성될 수 있다.

상기 회전축(60)은 임펠러(W)의 결합구멍(52)과 결합되는 부분이 다른 부분, 즉 모터(20)와 결합되는 부분보다 외경이 작게 형성됨이 바람직하고 그 임펠러(W)의 결합구멍(52)에 결합되는 부분과 모터(20)에 결합되는 부분은 테이퍼지게 형성되며 그 테이퍼진 부분이 압축실(P)의 유입구(40)측에 위치하게 되고 그 테이터진 부분에 유동안내수단(80)이 형성된다.

이하, 본 발명의 터보 압축기 흡입유동 안정구조의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저 모터의 작동에 의해 모터에서 발생되는 구동력이 회전축(60)에 전달되어 회전축(60)이 회전하게 되며 그 회전축(60)의 회전이 임펠러(W)에 전달되어 임펠러(W)가 회전하게 된다. 상기 임펠러(W)의 회전력에 의해 회전축(60)의 외주면과 압축실(P)의 유입구(40)내면사이의 틈새를 통해 냉매 가스가 유입되어 쉬라우드부(41)와 임펠러(W)의 날개(51)를 통해 운동에너지가 증가되면서 디퓨져부(42)로 유동하게 되며 그 냉매 가스가 디퓨져부(42)를 거치면서 냉매 가스의 운동에너지가 정압으로 변환되면서 압축되어 상기 디퓨져부(42)와 연통되는 가스통로를 통해 유동하게 된다.

상기 과정에서 압축실(P)의 유입구(40)로 유입되는 냉매 가스, 즉 유입구(40)의 내면과 그 유입구(40)에 관통 삽입된 회전축(60)의 외주면사이로 유입되는 냉매 가스가, 도 8에 도시한 바와 같이, 회전축(60)에 형성된 유동안내수단(80), 즉 다수개의 안내 그루브 또는 다수개의 안내 날개에 의해 안내되어 일정 각으로 휘어지면서 유입구(40)로 유입됨과 동시에 임펠러 날개(51)와 날개(51)사이로 유입되므로 압축실(P)의 유입구(40)로 유입되는 유동이 안정된다. 즉, 도 9에 도시한 바와 같이, 상기 유동안내수단(80)에 의해 안내되어 압축실(P)의 유입구(40)로 유입되는 유입 유동의 각이 임펠러 날개(51)의 유입각(α)과 동일한 상태가 되므로 압축실(P)내로 유입되는 유입 유동이 안정된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 터보 압축기의 흡입유동 안정구조는 임펠러의 회전력에 의해 압축실의 유입구로 유입되는 냉매 가스가 유동안내수단에 의해 임펠러 날개의 입사각과 일치하게 유입됨으로써 압축실의 유입구로 유입되는 냉매 가스의 유동이 안정되어 압축 성능을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 소정 형상으로 형성된 압축실의 내부에 임펠러가 회전 가능하도록 삽입되며 상기 임펠러에 회전력을 전달하는 회전축이 압축실의 가스 유입구에 관통 삽입됨과 아울러 상기 임펠러와 결합되고 상기 압축실의 유입구측에 위치하는 회전축 부분에 압축실의 유입구로 유입되는 가스 유동이 임펠러 날개의 유입각에 상응하는 각으로 유입되도록 가스의 유동을 안내하는 유동안내수단이 구비된 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 흡입유동 안정구조.