KR100273374B1 - 터보압축기의 스러스트 베어링 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터보압축기의 스러스트 베어링 구조에 관한 것으로, 선출원에서는 내,외측지지판 및 그 내,외측지지판이 대향되는 고정판의 대향면이 모두 밋밋하게 형성되어 각 판간의 면틈새로 충분한 양의 냉매가스가 유입되지 못하게 되므로, 결국 구동축의 축방향을 원활하게 지지하지 못하는 문제점이 있었던 바, 본 발명에서는 구동모터에 일체되는 구동축의 축방향을 지지하도록 구동축의 일측 외주면에 소정간격을 두고 내,외측지지판이 각각 결합되고, 그 내,외측지지판의 사이에는 양측면에 가스유입용 가스그루브가 형성되는 고정판이 밀폐용기의 내주면에 일체시킴으로써, 상기 내,외측지지판 및 고정판간의 베어링면으로 냉매가스가 원활하게 유입되어 상기 구동축의 축방향 변동을 지지해주므로 압축기의 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

Description

터보압축기의 스러스트 베어링 구조

본 발명은 터보압축기의 스러스트 베어링에 관한 것으로, 특히 가스의 유입이 원활한 터보압축기의 스러스트 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, 최근 들어서는 모터의 구동력으로 임펠러를 회전시키고, 그 임펠러의 회전시 발생되는 원심력을 이용하여 기체를 흡입,압축시키는 터보압축기(혹은, 원심압축기)가 새롭게 소개되고 있다.

제1도는 본 발명자가 특허번호 제97-64568호로 선출원한 바 있는 2단 압축식 터보압축기의 구성을 개략적으로 보인 종단면도로서 이에 도시된 바와 같이, 선출원의 2단 압축식 터보압축기는 통상 어큐뮬레이터(미도시)와 연통되는 제1압축실(11) 및 통상 응축기(미도시)와 연통되는 제2압축실(12)이 밀폐용기(10)의 양측에 각각 형성되고, 그 밀폐용기(10)의 내측 중앙에는 엑시얼타입의 비엘디시모터(Brushless DC MOTOR)(20)가 장착되는 모터실(13)이 형성되며, 상기 제1, 제2압축실(11,12) 및 모터실(13)은 제1, 제2가스유로(14,15)에 의해 서로 연통되고, 상기 모터(20)에 결합되어 회전하는 구동축(30)의 양단은 각각 제1, 제2압축실(11,12)에 삽입되어 그 단부에는 각각 제1, 제2압축실(11,12)에서 회전하면서 흡입되는 가스를 2단으로 압축하기 위한 제1, 제2임펠러(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 양측(보다 정확하게는, 모터의 양측)에 배치되는 것으로, 그 구동축(30)의 외주면에 압입되는 부시(61)가 베어링 하우징(62)의 내주면과 베어링면을 이루도록 결합되어 있고 그 베어링 하우징(62)은 밀폐용기(10)의 내주면에 유연성있는 지지부재(63)로 고정되어 있다.

상기 스러스트 베어링(70)은 레이디얼 베어링(60)의 어느 일측(통상, 제2압축실측)에 설치되는 것으로, 상기 구동축(30)의 일측 외주면에 내 외측지지판(71A,7lB)이 소정간격을 두고 압입되어 있으며, 그 내,외측지지판(71A,7lB)의 사이에는 상기 밀폐공기(보다 정확하게는, 모터실)(10)의 내주면에 체결되는 고정판(72)이 내,외측지지판(71A,7lB)의 대향면과 각각 베어링면을 이루도록 결합되어 있다.

상기 내,외측지지판(71A,7lB) 및 고정판(72)의 접촉면은 정밀가공되어 그 접촉면에 통상 산화알루미늄으로 코팅되어 있다.

도면중 미설명 부호인 10a는 흡입구, l0b는 토출구, 11a,12a는 제1,제2디퓨져 11b,12b는 제1, 제2볼류트, 21은 고정자, 22는 회전자이다.

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

즉, 인가된 전원에 의해 모터부(20)에 유도자기가 발생되면, 그 유도자기에 의해 구동축(30)이 고속으로 회전을 개시하게 되어 그 구동축(30)의 양단에 고정된 제1, 제2임펠러(40,50)가 회전을 하게 되고, 그 각 임펠러(40,50)의 회전에 의해 냉매가스가 순차적으로 각 압축실(11,12)로 흡입되었다가 각 임펠러(40,50)의 원심력에 의해 스크류형태로 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.

여기서, 상기 구동축(30)의 회전시 또는 그 구동축(30) 및 임펠러(40,50)에 의한 냉매가스의 압축시에는 구동축(30)이 반경방향 및 축방향으로 힘을 받게 되나, 이러한 반경방향 및 축방향은 레이디얼 베어링(60) 및 스러스트 베어링(70)에 의해 지지되는데, 그 중에서 스러스트 베어링(70)은 구동축(30)에 결합된 내,외측지지판(71A,71B)이 밀폐용기(10)에 체결된 고정판(72)과 소정의 면틈새를 두고 고정되어 있으므로, 그 면틈새로 일정량의 냉매가스가 충진되어 일정한 반력을 발생시키면서 구동축(30)의 축방향을 지지하게 되는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 선출원의 터보압축기에 있어서는, 상기 스러스트 베어링(70)의 내,외측지지판(71A,7lB) 및 그 내,외측지지판(71A,71B)의 각 내측면 접촉되는 고정판(72)이 상호간 접촉면에 산화알루미늄 등으로 코팅되어 원활하게 윤활되도록 하는 것이었으나, 이는 상기 내,외측지지판(71A, 7lB) 및 그 내,외측지지판(71A,71B)이 대향되는 고정판(72)의 대향면이 모두 밋밋하게 형성되어 각 판간의 면틈새로 층분한 양의 냉매가스가 유입되지 못하게 되므로, 결국 구동축(30)의 축방향 진동을 원활하게 지지하지 못하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 선출원된 터보압축기의 스러스트 베어링이 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 상기 구동축의 축방향 지지능력을 배가시킬 수 있는 터보압축기의 스러스트 베어링 구조를 제공하려는데 그 목적이 있다.

제1도는 선출원된 터보압축기의 일례를 보인 종단면도.

제2도는 선출원된 터보압축기에 있어서, 스러스트 베어링을 상세히 보인 종단면도.

제3도는 본 발명에 의한 터보압축기의 스러스트 베어링을 보인 종단면도.

제4도는 본 발명에 의한 터보압축기의 스러스트 베어링에 있어서, 고정판을 보인 정면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 밀폐용기 30 : 구동축

111,112 : 내,외측지지판 120 : 고정판

120a : 가스그루브

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 구동모터의 회전자에 일체됨과 아울러 그 양단부에 냉매가스를 2단으로 원심 압축하는 임펠러가 결합되는 구동축의 축방향을 지지하기 위하여, 상기 구동축의 일측 외주면에 소정간격을 두고 각각 결합되는 내,외측지지판과, 그 내,외측지지판의 사이에 베어링면을 이루도록 개재되어 밀폐용기의 내주면에 일체되는 고정판으로 구성되는 터보압축기의 스러스트 베어링에 있어서 ; 상기. 내,외측지지판 및 고정판간의 베어링면에 가스의 유입을 원활하하게 하도록 상기한 고정판의 양측면에 가스그루브가 형성됨과 아울러 그 고정판의 양측면에 대향되는 내,외측지지판의 대향면에는 상기한 고정판과의 접촉시 마찰손실을 최소화하도록 코팅면이 각각 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보압축기의 스러스트 베어링 구조가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 터보압축기의 스러스트 베어링을 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

제3도는 본 발명에 의한 터보압축기의 스러스트 베어링을 보인 종단면도이고, 제4도는 본 발명에 의한 터보압축기의 스러스트 베어링에 있어서, 고정판을 보인 정면도이다.

본 발명에 의한 터보압축기를 먼저 제1도를 재인용하여 살펴보면 다음과 같다.

통상적으로 밀폐용기(10)의 내부에 고정자(21) 및 회전자(22)가 모두 원판형인 엑시얼타입의 비엘디시모터(20)가 중앙에 장착되는 모터실(13) 및 그 모터실(13)의 외곽 양측에는 선출원에서와 같은 제1, 제2압축실(11,12)이 형성되고, 상기 모터(20)의 회전자(21) 중앙에 압입되는 구동축(30)의 양단부는 제1, 제2압축실(11,12)까지 연장 삽입되며, 그 구동축(30)의 양단에는 상기 제1, 제2압축실(11,12)내에서 냉매의 운동에너지를 증가시키는 제1, 제2임펠러(40,50)가 구동축(30)을 기준으로 볼때 역원뿔형으로 고정되고, 상기 모터실(13)의 내부에는 구동축(30)의 반경방향 및 축방향을 지지하기 위한 레이디얼 베어링(60) 및 스러스트 베어링(100)이 설치된다.

여기서, 상기 스러스트 베어링(100)은 구동축(30)의 일측(보다 정확하게는, 모터를 증심으로 제2 압축실측)에 배치되는 것으로, 그 구동축(30)의 일측 외주면에 내,외측지지판(111,112)이 소정간격을 두고 압입되며, 그 내,외측지지판(111,112)의 사이에는 상기 밀폐용기(보다 정확하게는, 모터실)(10)의 내주면에 체결되는 고정판(120)이 내,외측지지판(111,112)의 대향면과 각각 베어링면을 이루도록 개재된다.

상기 내,외측지지판(111,112) 및 그 내,외측지지판(111,112)의 각 내측면에 대향되는 고정판(120)의 사이로 가스가 원활하게 유입되어 가스베어링을 이루도록 하기 위하여, 상기 고정판(120)의 양측면에는 다수개의 스파이럴형 가스그루브(120a)가 동일한 방향으로 만곡지게 형성된다.

또한, 상기 고정판(120)의 양면에 각각 대향되는 내,외측지지판(111, 112)의 내측면에는 마모손실을 최소화하기 위하여 산화알루미늄으로 코팅처리하는 것이 바람직하다.

도면중 선출원에서와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

상기와 같은 본 발명에 의한 터보압축기의 일반적인 동작은 선출원에서와 동일하다.

즉, 인가된 전원에 의해 구동축(30) 및 각 임펠러(40,50)가 회전하게 됨과 함께 냉동사이클장치의 증발기(미도시) 또는 어큐뮬레이터(미도시)로부터 냉매가 냉매흡입관(미도시) 및 유입통공(13a)을 통해 모터실(13)의 내부로 유입되고, 그 유입된 냉매는 모터(20)를 냉각한 다음 다시 유출통공(13b)을 통해 제1가스유로(14)로 유출되며, 그 제1가스유로(14)로 유입된 냉매가스는 제1임펠러(40)에 의해 제1압축실(11)로 흩뿌려지면서 가(假)압축되고, 그 가압축된 냉매가스는 다시 제2가스유로(15)를 통해 제2임펠러(50)로 흡입되어 제2압축실(12)에서 2단으로 완전 압축되어 냉동사이클장치(정확하게는, 응축기)로 토출된다.

이때, 상기 구동축(30)은 자체하중에 의한 반경방향으로의 힘을 발생시키게 되나, 이는 모터(20)의 양측에 각각 설치되는 레이디얼 베어링(60)에 의해 지지됨은 물론, 상기 구동축(30)은 제1, 제2압축실(11,12)간의 압력차로 인하여 한쪽 축방향 또는 양쪽 축방향으로도 힘을 받게 되나, 이러한 축방향의 힘은 구동축(30)의 일측에 결합된 스러스트 베어링(100)에 의해 지지되어 어느 한쪽으로의 치우침없이 안정적으로 회전하게 되는 것이다.

즉, 상기 구동축(30)이 고속으로 회전을 하게 되면, 그 구동축(30)에 결합된 내,외측지지판(111,112)이 구동축(30)과 함께 고속으로 회전을 하게 되고, 그 내,외측지지판(111,112)의 고속회전에 의해 모터실 내부의 냉매가스가 고정판(120)의 가스그루브(120a)를 따라 빨려들면서 흡입되어 상기 고정판(120)과 내,외측지지판(111,112) 사이의 접촉면을 서로 반대방향으로 밀어내게 되는 것이다.

이때, 상기 고정판(120)의 양측면에 각각 대향되는 내,외측지지판(111,112)의 측면에는 산화알루미늄이 코팅되어 냉매가스의 마찰손실이 최소화된다.

이렇게, 상기 내,외측지지판(111,112)은 구동축(30)에 일체되고, 그 내,외측지지판(111,112)의 사이에서 양측면이 베어링면을 이루는 고정판(120)이 밀폐용기(30)에 일체되며, 상기 내,외측지지판(111,112)의 고속회전시 고정판(120)과의 면틈새로 흡입되는 냉매가스가 각 지지판(111,112)의 베어링면을 양방향으로 밀어내게 되어 그 미는 힘으로 구동축(30)의 축방향을 지지하게 되는 것은 물론, 상기 고정판(120)의 양측면에 스파이럴형 가스그루브(120a)가 형성되어 가스가 충분하게 유입되므로, 가스 베어링의 효과가 더욱 향상되는 것이다.

상기의 가스그루브 및 코팅면은 각각 대향되는 반대면에 형성되어도 무방하다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 터보압축기의 스러스트 베어링 구조는, 구동모터에 일체되는 구동축의 축방향을 지지하도록 구동축의 일측 외주면에 소정간격을 두고 내,외측지지판이 각각 결합되고, 그 내,외측지지판의 사이에는 양측면에 가스유입용 가스그루브가 형성되는 고정판이 밀폐용기의 내주면에 일체시킴으로써, 상기 내,외측지지판 및 고정판간의 베어링면으로 냉매가스가 원활하게 유입되어 상기 구동축의 축방향 변동을 지지해주므로 압축기의 신뢰성이 현저하게 향상되는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 구동모터의 회전자에 일체됨과 아울러 그 양단부에 냉매가스를 2단으로 원심 압축하는 임펠러가 결합되는 구동축의 축방향을 지지하기 위하여, 상기 구동축의 일측 외주면에 소정간격을 두고 각각 결합되는 내,외측지지판과 그 내 외측지지판의 사이에 베어링면을 이루도록 개재되어 밀폐용기의 내주면에 일체되는 고정판으로 구성되는 터보압축기의 스러스트 베어링에 있어서 ; 상기 내,외측지지판 및 고정판간의 베어링면에 가스의 유입을 원활하게 하도록 상기한 고정판의 양측면에 가스그루브가 형성됨과 아울러 그 고정판의 양측면에 대향되는 내,외측지지판의 대향면에는 상기한 고정판과의 접촉시 마찰손실을 최소화하도록 코팅면이 각각 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보압축기의 스러스트 베어링 구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 코팅면은 산화알루미늄 피막을 주성분으로 하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보압축기의 스러스트 베어링 구조.

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