KR102383011B1

KR102383011B1 - Magnetic damper system applied to dry gas seal

Info

Publication number: KR102383011B1
Application number: KR1020170121238A
Authority: KR
Inventors: 전한욱
Original assignee: 한화파워시스템 주식회사
Priority date: 2017-09-20
Filing date: 2017-09-20
Publication date: 2022-04-04
Also published as: KR20190032867A

Abstract

본 발명은 압축기에 적용되는 자기 감쇠기 시스템에 관한 것으로, 기어 유닛과 연결되어 구동력을 전달받아 회전축을 중심으로 회전하고, 회전체와 연결되어 상기 구동력을 상기 회전체로 전달하는 샤프트; 상기 샤프트로부터 상기 샤프트의 반경 방향으로 이격됨과 동시에 상기 샤프트를 둘러싸도록 형성되며, 각각 상기 회전축과 나란한 방향으로 이격되어 배치되는 2개의 실링 블록을 포함하되, 상기 회전체와 상기 회전체에 인접하게 배치된 상기 실링 블록의 사이 공간에는 프로세스 가스가 인입되고, 상기 회전체로부터 멀리 배치된 상기 실링 블록과 상기 샤프트의 사이 공간에는 실 가스가 인입되며, 상기 프로세스 가스 및 상기 실 가스는 상기 2개의 실링 블록 사이 공간으로 배출됨으로써 드라이 가스 실을 구성하고, 상기 샤프트가 기 설정된 위치에 위치하도록, 상기 2개의 실링 블록이 상기 샤프트에 자기력을 작용하는 전자석을 각각 포함한다.The present invention relates to a magnetic damper system applied to a compressor, comprising: a shaft connected to a gear unit to receive driving force to rotate about a rotating shaft, and connected to a rotating body to transmit the driving force to the rotating body; It is spaced apart from the shaft in the radial direction of the shaft and is formed to surround the shaft, and includes two sealing blocks spaced apart from each other in a direction parallel to the rotation axis, and disposed adjacent to the rotation body and the rotation body. A process gas is introduced into a space between the sealing blocks, and a seal gas is introduced into a space between the shaft and the sealing block disposed far from the rotating body, and the process gas and the seal gas are the two sealing blocks. The two sealing blocks each include an electromagnet that applies a magnetic force to the shaft so that the dry gas seal is formed by being discharged into the interspace, and the shaft is positioned at a preset position.

Description

Magnetic damper system applied to dry gas seal

본 발명은 자기 감쇠기 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 압축기 또는 팽창기에 구비된 자기 감쇠기 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a magnetic damper system, and more particularly, to a magnetic damper system provided in a compressor or expander.

원심 압축기는 회전 운동을 하는 임펠러를 이용하여 유체에 원심력을 부여함으로써, 유체가 압축되도록 하는 장치이다. 도 1을 참조하면 원심 압축기 또는 팽창기에도 적용될 수 있는 전반적인 구성을 확인할 수 있다.A centrifugal compressor is a device that compresses a fluid by applying a centrifugal force to the fluid using an impeller that rotates. Referring to FIG. 1 , an overall configuration that can be applied to a centrifugal compressor or an expander can be confirmed.

원심 압축기는 일반적으로 구동력을 생산하는 구동부와, 구동부와 연결되는 기어 유닛과, 기어 유닛과 연결되어 구동력을 전달받아 회전하는 샤프트와, 회전축에 연결되어 회전하는 임펠러(102, impeller)와, 임펠러(102)를 둘러싸는 스크롤 및 기타 터빈 케이싱(101) 등을 포함할 수 있다.A centrifugal compressor generally includes a driving unit that produces a driving force, a gear unit connected to the driving unit, a shaft connected to the gear unit to receive driving force and rotated, an impeller 102 connected to a rotating shaft to rotate, and an impeller ( scrolls surrounding 102 and other turbine casings 101 and the like.

이 중 임펠러(102)는 회전 운동에너지를 유체에 전달시켜 유체의 압력을 상승시키는 기능을 한다. 임펠러(102)는 허브, 유체의 이동을 돕고 에너지를 유체에 전달하는 다수 개의 블레이드(blade) 등을 구비하며, 블레이드는 허브의 외주면에 형성될 수 있다. 이때, 임펠러(102)는 허브를 회전시킴으로써 블레이드를 회전시켜 유체를 흡입하여 외부로 토출시킬 수 있다.Among them, the impeller 102 functions to increase the pressure of the fluid by transferring rotational kinetic energy to the fluid. The impeller 102 includes a hub and a plurality of blades that help the fluid move and transfer energy to the fluid, and the blades may be formed on the outer circumferential surface of the hub. At this time, the impeller 102 may rotate the blade by rotating the hub to suck the fluid and discharge it to the outside.

임펠러(102)의 후면에는 임펠러(102)에 의해 압축된 유체가 기어박스 영역으로 새어나가지 않도록 하는 밀봉 기술이 적용되었고, 최근 회전하는 임펠러(102)의 회전축을 냉각시키고 축하중을 감소시킬 수 있는 장치인 드라이 가스 실(103, DGS, Dry Gas Seal)이 사용되고 있다. 윤활유를 사용하는 오일 실과 달리, 실 가스를 유로로 인입시켜 임펠러 후면을 밀봉하는 기술이다.A sealing technology is applied to the rear surface of the impeller 102 to prevent the fluid compressed by the impeller 102 from leaking into the gearbox area, cooling the rotating shaft of the recently rotating impeller 102 and reducing the axial load. A dry gas seal (103, DGS, Dry Gas Seal) is used. Unlike the oil seal that uses lubricating oil, it is a technology that seals the rear surface of the impeller by introducing the seal gas into the flow path.

이러한 DGS(103)에 최근 초임계 이산화탄소(sCO2, supercritical carbon dioxide)를 사용하는 방법이 제안되었다. 도 2를 참조하면, 초임계 이산화탄소를 이용한 DGS의 구조를 확인할 수 있다. 이러한 sCO2 DGS에선 실 쪽에서 인입되는 저온의 실 가스(107)와 임펠러 쪽에서 인입되는 고온의 프로세스 가스(106)가 중심에서 만나 중심 유로로 토출된다. 따라서 실 가스(107)와 프로세스 가스(106)가 각각 인입되는 인입 유로와, 섞인 가스(108)가 토출되는 중심 유로를 형성하기 위해 두 개의 실링 블록(104, sealing block)이 필요하다.Recently, a method using supercritical carbon dioxide (sCO2) has been proposed for the DGS 103 . Referring to FIG. 2 , the structure of DGS using supercritical carbon dioxide can be confirmed. In this sCO2 DGS, the low-temperature seal gas 107 introduced from the seal side and the high-temperature process gas 106 introduced from the impeller side meet at the center and are discharged to the central flow path. Accordingly, two sealing blocks 104 are required to form an inlet flow path through which the seal gas 107 and the process gas 106 are introduced, and a central flow path through which the mixed gas 108 is discharged.

고온의 프로세스 가스(106)는 약 705℃의 가스가 사용될 수 있다. 임펠러(102)는 고온의 프로세스 가스(106)가 인입되는 유로를 형성하고 샤프트(31)는 임펠러(102)와 맞닿아 있으므로, 고온의 프로세스 가스(106)로부터 임펠러(102)를 따라 샤프트(31)로 열이 전달될 수 있다. 그런데 기존의 sCO2 DGS에는 고온의 프로세스 가스(106)로 인해 임펠러(102)로부터 샤프트(31)로 전도되는 열을 냉각시키는 수단이 별도로 존재하지 않는다.The high temperature process gas 106 may be a gas of about 705°C. Since the impeller 102 forms a flow path through which the high-temperature process gas 106 is introduced, and the shaft 31 is in contact with the impeller 102 , the shaft 31 follows the impeller 102 from the high-temperature process gas 106 . ) can transfer heat. However, there is no separate means for cooling the heat conducted from the impeller 102 to the shaft 31 due to the high-temperature process gas 106 in the conventional sCO2 DGS.

한편, 안정적인 압축기 또는 팽창기의 운전을 위해 압축기의 회전축은 안정적으로 위치를 유지하고 있어야 한다. 이를 유지하기 위해 샤프트에는 스러스트 칼라(thrust collar), 저널 베어링(journal bearing) 등이 사용되어 샤프트를 지지한다. 그러나 스러스트 칼라와 저널 베널링을 사용하더라도 회전축의 회전에 의한 진동을 완전히 상쇄할 수는 없다. On the other hand, for stable operation of the compressor or expander, the rotation shaft of the compressor must be stably maintained. To maintain this, a thrust collar, a journal bearing, etc. are used on the shaft to support the shaft. However, even if thrust collar and journal beveling are used, the vibration caused by the rotation of the rotating shaft cannot be completely canceled.

이에 본 발명에서는 샤프트로 전도되는 열을 냉각시키는 수단을 포함하고, 샤프트의 회전에 따른 진동을 추가적으로 억제할 수 있는 자기 감쇠기 시스템을 제안하고자 한다. Accordingly, the present invention intends to propose a magnetic damper system that includes a means for cooling the heat conducted to the shaft and can additionally suppress vibration caused by the rotation of the shaft.

일본 등록특허 제3879414호Japanese Patent No. 3879414

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 압축기 또는 팽창기에 드라이 가스 실과 함께 자기 감쇠기 시스템을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The problem to be solved by the present invention is to provide a magnetic damper system with a dry gas seal in a compressor or expander.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems of the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 자기 감쇠기 시스템은, 구동력을 전달받아 회전축을 중심으로 회전하는 샤프트; 상기 샤프트로부터 상기 샤프트의 반경 방향으로 이격됨과 동시에 상기 샤프트를 둘러싸도록 형성되며, 각각 상기 회전축과 나란한 방향으로 이격되어 배치되는 2개의 실링 블록을 포함하되, 상기 회전체와 상기 회전체에 인접하게 배치된 상기 실링 블록의 사이 공간에는 프로세스 가스가 인입되고, 상기 회전체로부터 멀리 배치된 상기 실링 블록과 상기 샤프트의 사이 공간에는 실 가스가 인입되며, 상기 프로세스 가스 및 상기 실 가스는 상기 2개의 실링 블록 사이 공간으로 배출됨으로써 드라이 가스 실을 구성하고, 상기 샤프트가 기 설정된 위치에 위치하도록, 상기 2개의 실링 블록이 상기 샤프트에 자기력을 작용하는 전자석을 각각 포함할 수 있다.A magnetic damper system according to an embodiment of the present invention for solving the above problems includes a shaft that receives a driving force and rotates about a rotating shaft; It is spaced apart from the shaft in the radial direction of the shaft and is formed to surround the shaft, and includes two sealing blocks spaced apart from each other in a direction parallel to the rotation axis, and disposed adjacent to the rotation body and the rotation body. A process gas is introduced into a space between the sealing blocks, and a seal gas is introduced into a space between the shaft and the sealing block disposed far from the rotating body, and the process gas and the seal gas are the two sealing blocks. The two sealing blocks may each include an electromagnet for applying a magnetic force to the shaft so that the dry gas seal is formed by being discharged into the interspace, and the shaft is positioned at a preset position.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. Other specific details of the invention are included in the detailed description and drawings.

본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.According to the embodiments of the present invention, there are at least the following effects.

공간의 낭비 없이 초임계 이산화탄소 DGS와 자기 감쇠기를 구현할 수 있다.Supercritical carbon dioxide DGS and magnetic attenuator can be implemented without wasting space.

자기 감쇠기를 이용해 샤프트의 회전과 진동을 안정화시킬 수 있다.A magnetic damper can be used to stabilize the rotation and vibration of the shaft.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다. 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effect according to the present invention is not limited by the contents exemplified above, and more various effects are included in the present specification. Other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.

도 1은 기존의 압축기의 전체적인 모습을 도시한 사시도이다.
도 2는 기존의 초임계 이산화탄소를 사용한 DGS의 구조를 나타낸 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초임계 이산화탄소를 사용한 DGS의 구조를 나타낸 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 감쇠기 시스템이 압축기에 설치된상황을 개념적으로 나타낸 측단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 감쇠기 시스템의 스러스트 전자석의 구조를 나타낸 측단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 감쇠기 시스템의 스러스트 전자석의 구조를 일부 단면과 함께 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 감쇠기 시스템의 레이디얼 전자석의 구조를 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 감쇠기 시스템의 레이디얼 전자석의 구조를 나타낸 단면도이다.1 is a perspective view showing an overall appearance of a conventional compressor.
2 is a side cross-sectional view showing the structure of DGS using conventional supercritical carbon dioxide.
3 is a side cross-sectional view showing the structure of DGS using supercritical carbon dioxide according to an embodiment of the present invention.
4 is a side cross-sectional view conceptually illustrating a situation in which a magnetic attenuator system according to an embodiment of the present invention is installed in a compressor.
5 is a side cross-sectional view showing a structure of a thrust electromagnet of a magnetic attenuator system according to an embodiment of the present invention.
6 is a perspective view showing a structure of a thrust electromagnet of a magnetic attenuator system according to an embodiment of the present invention along with a partial cross section.
7 is a perspective view illustrating a structure of a radial electromagnet of a magnetic attenuator system according to an embodiment of the present invention.
8 is a cross-sectional view showing the structure of a radial electromagnet of a magnetic attenuator system according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the art to which the present invention pertains It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used with the meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In addition, terms defined in a commonly used dictionary are not to be interpreted ideally or excessively unless clearly defined in particular.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of describing the embodiments and is not intended to limit the present invention. In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, “comprises” and/or “comprising” does not exclude the presence or addition of one or more other components in addition to the stated components.

또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 개략도들을 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 또한 본 발명에 도시된 각 도면에 있어서 각 구성 요소들은 설명의 편의를 고려하여 다소 확대 또는 축소되어 도시된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.Further, the embodiments described herein will be described with reference to cross-sectional and/or schematic diagrams that are ideal illustrative views of the present invention. Accordingly, the shape of the illustrative drawing may be modified due to manufacturing technology and/or tolerance. In addition, in each of the drawings shown in the present invention, each component may be enlarged or reduced to some extent in consideration of convenience of description. Like reference numerals refer to like elements throughout, and "and/or" includes each and every combination of one or more of the recited items.

공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다Spatially relative terms should be understood as terms including different directions of components during use or operation in addition to the directions shown in the drawings. Components may also be oriented in other orientations, and thus spatially relative terms may be interpreted according to orientation.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예의 구성을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the configuration of a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초임계 이산화탄소를 사용한 DGS의 구조를 나타낸 측단면도이다. 앞서 도 2를 참조한 설명에서 기존의 sCOS DRS는 고온의 프로세스 가스(106)에 의해 임펠러(102)를 따라 고온의 열이 샤프트(31)로 전달되는 문제점을 살펴 보았다. 도 3은 이를 개선하기 위한 구성을 나타낸다.3 is a side cross-sectional view showing the structure of DGS using supercritical carbon dioxide according to an embodiment of the present invention. In the description with reference to FIG. 2 above, in the conventional sCOS DRS, a problem in which high-temperature heat is transferred to the shaft 31 along the impeller 102 by the high-temperature process gas 106 was examined. 3 shows a configuration for improving this.

샤프트(31)는 샤프트(31)를 관통하는 실 가스 유입홀(110)을 포함하고, 임펠러(102)는 임펠러(102)를 관통하는 실 가스 유출홀(111)을 포함할 수 있다. 실 쪽에서 인입된 저온의 실 가스(107)는 실 가스 유입홀(110)을 따라 임펠러(102)와 임펠러 체결샤프트(113) 사이의 공간으로 분기될 수 있다. 분기된 저온의 실 가스(107)는 실 가스 유출홀(111)을 따라 외부로 방출될 수 있다.The shaft 31 may include a real gas inlet hole 110 penetrating the shaft 31 , and the impeller 102 may include a real gas outlet hole 111 penetrating the impeller 102 . The low-temperature seal gas 107 introduced from the seal side may be branched into a space between the impeller 102 and the impeller fastening shaft 113 along the seal gas inlet hole 110 . The branched low-temperature real gas 107 may be discharged to the outside along the real gas outlet hole 111 .

실 가스 유입홀(110)을 따라 분기된 저온의 실 가스(112)는 실 가스 유출홀(111)을 따라 방출되기 까지 임펠러(102)의 외주면을 따라 흐르며, 고온의 프로세스 가스(106)에 의해 임펠러(102)로 전달된 열을 냉각시키는 기능을 수행한다. 따라서 고온의 프로세스 가스(106)에 의해 임펠러(102)로부터 샤프트(31)로 전도되는 열을 냉각시켜 필요 이상으로 샤프트(31)의 온도가 높아지는 것을 방지할 수 있다. The low-temperature real gas 112 branched along the real gas inlet hole 110 flows along the outer peripheral surface of the impeller 102 until it is discharged along the real gas outlet hole 111, and is It performs a function of cooling the heat transferred to the impeller (102). Accordingly, heat conducted from the impeller 102 to the shaft 31 by the high-temperature process gas 106 is cooled to prevent the temperature of the shaft 31 from becoming higher than necessary.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 감쇠기 시스템이 압축기에 설치된상황을 개념적으로 나타낸 측단면도이다. 4 is a side cross-sectional view conceptually illustrating a situation in which a magnetic attenuator system according to an embodiment of the present invention is installed in a compressor.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 감쇠기 시스템은 복수의 실링 블록(10, 20), 스러스트 칼라(32), 복수의 축 변위 센서(41) 및 복수의 반경 변위 센서(40)를 포함하고 있음을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 4 , a magnetic attenuator system according to an embodiment of the present invention includes a plurality of sealing blocks 10 and 20 , a thrust collar 32 , a plurality of axial displacement sensors 41 , and a plurality of radial displacement sensors 40 . ), it can be seen that

기어 유닛(35)은 다양한 기어가 맞물려 구성되는 동력 전달부로, 구동력을 발생시키는 구동부와 연결되어 기어들의 회전으로 샤프트(31)에 구동력을 전달한다. 기어 유닛(35)이 샤프트(31)와 연결되는 방향은 회전축(A)과 나란한 방향이므로, 스러스트 리미트(33)가 더 형성되어 기어 유닛(35)과 샤프트(31)가 회전축(A) 방향으로 이동할 수 있는 범위를 제한할 수 있다.The gear unit 35 is a power transmission unit configured by interlocking various gears, and is connected to a driving unit generating a driving force to transmit a driving force to the shaft 31 by rotation of the gears. Since the direction in which the gear unit 35 is connected to the shaft 31 is parallel to the axis of rotation A, the thrust limit 33 is further formed so that the gear unit 35 and the shaft 31 move in the direction of the axis of rotation (A). You can limit the range you can move.

샤프트(31)는 기어 유닛(35)과 연결되어 구동력을 전달받아 회전하는 구성요소이다. 샤프트(31)는 회전축(A)을 중심으로 회전하고, 일단에서 기어 유닛(35)과 연결됨과 동시에 타단에서는 회전체(30)와 연결된다. 따라서 회전체(30)는 샤프트(31)의 회전에 따라 동일한 회전축(A)을 중심으로 회전하게 된다. The shaft 31 is a component that is connected to the gear unit 35 and rotates by receiving a driving force. The shaft 31 rotates about the rotational shaft A, and is connected to the gear unit 35 at one end and at the same time connected to the rotating body 30 at the other end. Accordingly, the rotating body 30 rotates around the same rotating shaft A according to the rotation of the shaft 31 .

회전체(30)는 샤프트(31)와 연결되어 회전하는 구성요소로, 임펠러 또는 휠이 될 수 있다. 따라서 인입되는 유체에 대해 운동에너지를 전달하여 압축하는 압축기의 주 기능을 수행한다. 본 발명의 명세서에서는 회전체(30)를 임펠러로 가정하고, 임펠러가 유체를 압축시키는 압축기에 사용되는 것으로 가정하여 설명하기로 한다. 그러나 본 발명의 자기 감쇠기 시스템은 회전력을 이용한 팽창기에도 사용될 수 있다.The rotating body 30 is a rotating component connected to the shaft 31, and may be an impeller or a wheel. Therefore, the compressor performs the main function of compressing the incoming fluid by transferring kinetic energy. In the specification of the present invention, it is assumed that the rotating body 30 is an impeller, and it is assumed that the impeller is used in a compressor for compressing a fluid. However, the magnetic damper system of the present invention can also be used in an expander using rotational force.

실링 블록(10, 20)은 샤프트(31)를 둘러싸도록 형성되는 구성요소로, 복수로 구성되어 초임계 이산화탄소 드라이 가스 실에 필요한 유로를 구성한다. 따라서 회전체(30)의 바로 후방에 2개가 위치한다. 본 발명의 일 실시예에서는 실링 블록(10, 20)이 샤프트(31) 양 단에 위치한 회전체(30)의 후방에 각각 2개씩 위치하여 총 4개가 배치된 것으로 자기 감쇠기 시스템을 구성하였다.The sealing blocks 10 and 20 are components formed to surround the shaft 31, and are configured in plurality to constitute a flow path required for the supercritical carbon dioxide dry gas seal. Accordingly, two are located immediately behind the rotating body 30 . In one embodiment of the present invention, two sealing blocks 10 and 20 are positioned at the rear of the rotating body 30 located at both ends of the shaft 31, respectively, and a total of four are arranged to constitute a magnetic attenuator system.

실링 블록(10, 20)은 샤프트(31)의 외주면을 따라 샤프트(31)를 감싸되 샤프트(31)와 접촉하지 않는다. 따라서 샤프트(31)로부터 반경방향으로 일정 간격만큼 이격되어 배치된다. 샤프트(31)는 회전하는 구성요소이나 실링 블록(10, 20)은 회전하지 않으며, 접촉으로 인해 마찰이 일어나지 않는다.The sealing blocks 10 and 20 surround the shaft 31 along the outer circumferential surface of the shaft 31 , but do not contact the shaft 31 . Accordingly, it is disposed to be spaced apart from the shaft 31 by a predetermined interval in the radial direction. The shaft 31 is a rotating component, but the sealing blocks 10 and 20 do not rotate, and friction does not occur due to contact.

실링 블록(10, 20)은 2개씩 배치되는데, 회전축(A)과 나란한 방향으로 배치된다. 또한 실링 블록(10, 20) 간에도 접촉하지 않도록 배치된다. 따라서 2개의 실링 블록(10, 20)은 회전축(A)과 나란한 방향으로 일정 간격만큼 서로 이격되어 배치된다. The sealing blocks 10 and 20 are arranged two by one, and are arranged in a direction parallel to the axis of rotation (A). Also, the sealing blocks 10 and 20 are disposed so as not to contact each other. Accordingly, the two sealing blocks 10 and 20 are disposed to be spaced apart from each other by a predetermined interval in a direction parallel to the rotation axis A.

실링 블록(10, 20)은 코일이 감겨 형성된 전자석을 포함한다. 실링 블록(10, 20)이 포함할 수 있는 전자석에는 스러스트 전자석(12)과 레이디얼 전자석(22)의 두 종류가 있으며, 본 발명의 일 실시예를 표현한 도 4에서는 좌측에 위치한 2개의 실링 블록(10)이 스러스트 전자석(12)을, 우측에 위치한 2개의 실링 블록(20)이 레이디얼 전자석(22)을 포함하는 것으로 도시하였으나 배치는 이에 제한되지 않는다. 다만 2개의 스러스트 전자석(12)끼리 하나의 쌍을 이루어야 하고, 레이디얼 전자석(22) 역시 그러하므로 인접한 2개의 실링 블록(10, 20)간에는 동일한 종류의 전자석을 포함해야 한다. The sealing blocks 10 and 20 include an electromagnet in which a coil is wound. There are two types of electromagnets that the sealing blocks 10 and 20 can include, a thrust electromagnet 12 and a radial electromagnet 22, and in FIG. 4 representing an embodiment of the present invention, two sealing blocks located on the left side (10) shows the thrust electromagnet 12, and the two sealing blocks 20 located on the right side include the radial electromagnet 22, but the arrangement is not limited thereto. However, since the two thrust electromagnets 12 must form a pair, and the radial electromagnet 22 is also the same, the same type of electromagnet must be included between the two adjacent sealing blocks 10 and 20 .

실링 블록(10, 20)이 포함하는 전자석은 외부로부터 전력을 공급받아 자기력을 샤프트 작용부(34) 또는 후술할 스러스트 칼라(32)에 대해서 작용해 샤프트(31)가 올바른 위치에 배치되도록 한다. 실링 블록(10, 20)이 포함하는 전자석의 작용 및 구체적 구성에 대해서는 도 5 내지 도 8에 대한 설명에서 후술한다.The electromagnets included in the sealing blocks 10 and 20 receive electric power from the outside and apply magnetic force to the shaft acting part 34 or the thrust collar 32 to be described later so that the shaft 31 is placed in the correct position. The action and specific configuration of the electromagnet included in the sealing blocks 10 and 20 will be described later in the description of FIGS. 5 to 8 .

도 4에 도시된 실링 블록 중 좌측에 위치한 실링 블록(10)이 구성하는 드라이 가스 실에 대해서 예시적으로 설명한다. 다만 우측에 위치한 실링 블록(20)에 대해서도 마찬가지의 내용이 적용되며, 가스의 흐름을 좌상단에 위치한 유로에 대해서만 표현하였으나 좌하단, 우상단 및 우하단에 위치한 유로에 대해서도 동일한 가스 흐름이 있다 할 것이다.A dry gas seal included in the sealing block 10 located on the left of the sealing blocks shown in FIG. 4 will be described as an example. However, the same content applies to the sealing block 20 located on the right side, and the flow of gas is expressed only for the flow path located at the upper left, but the same gas flow exists for the flow paths located at the lower left, upper right and lower right.

회전체(30)와 회전체(30)에 인접하게 배치된 실링 블록(10)의 사이 공간으로는 고온의 프로세스 가스(71)가 인입된다. 본 발명의 일 실시예에서는 프로세스 가스(71)로 초임계 이산화탄소를 사용한다. 인입된 유체가 이어진 유로를 따라서 진행할 것이므로, 프로세스 가스(71)는 회전체(30)와 실링 블록(10) 사이의 공간(14)을 지나, 회전체(30)에 인접하게 배치된 실링 블록(10)과 샤프트(31) 사이 공간(11)으로 진입한다. A high-temperature process gas 71 is introduced into the space between the rotating body 30 and the sealing block 10 disposed adjacent to the rotating body 30 . In one embodiment of the present invention, supercritical carbon dioxide is used as the process gas 71 . Since the introduced fluid will proceed along the continuous flow path, the process gas 71 passes through the space 14 between the rotating body 30 and the sealing block 10, and the sealing block disposed adjacent to the rotating body 30 ( 10) and the shaft 31 enters the space 11.

2개의 실링 블록(10) 중 회전체(30)로부터 멀리 배치된 실링 블록(10)과 샤프트(31) 사이 공간(11)으로는 저온의 실 가스(72)가 인입된다. 본 발명의 일 실시예에서는 실 가스(72)로 저온의 초임계 이산화탄소를 사용한다.Of the two sealing blocks 10 , a low-temperature seal gas 72 is introduced into the space 11 between the sealing block 10 and the shaft 31 disposed far from the rotating body 30 . In an embodiment of the present invention, low-temperature supercritical carbon dioxide is used as the real gas 72 .

프로세스 가스(71)와 실 가스(72)는 각각 실링 블록(10, 20)과 샤프트(31) 사이 공간(11)을 진행해 두 실링 블록(10) 사이의 공간(13)에서 만나게 된다. 따라서 2개의 실링 블록(10) 사이 공간(13)으로 섞여서 배출된다. 이로 인해 2개의 실링 블록(10, 20)과 초임계 이산화탄소를 이용한 드라이 가스 실이 구성된다. 기타 드라이 가스 실을 구성하기 위한 라비린스 실(109, labyrinth seal) 등의 구성요소는 일반적인 드라이 가스 실의 구조를 따른다. The process gas 71 and the seal gas 72 travel through the space 11 between the sealing blocks 10 and 20 and the shaft 31 , respectively, and meet in the space 13 between the two sealing blocks 10 . Therefore, it is mixed and discharged into the space 13 between the two sealing blocks 10 . Due to this, two sealing blocks 10 and 20 and a dry gas seal using supercritical carbon dioxide are constituted. Other components, such as a labyrinth seal (109, labyrinth seal) for constituting the dry gas seal, follow the structure of a general dry gas seal.

본 발명의 일 실시예에 따른 자기 감쇠기 시스템은 기어 유닛(35)을 중심으로 샤프트(31)의 양 단에 회전체(30)가 연결된 압축기에 대해서, 회전체(30) 근처에 실링 블록(10, 20)이 위치하도록 하여 설치될 수 있다. 그러나 샤프트(31)의 일단에만 회전체(30)가 연결된 형태로 압축기가 구성될 수도 있으며, 이 경우 실링 블록(10, 20)은 기어 유닛(35)을 중심으로 양 방향이 아닌 일방에만 배치될 수 있다. The magnetic damper system according to an embodiment of the present invention has a sealing block 10 near the rotating body 30 with respect to the compressor in which the rotating body 30 is connected to both ends of the shaft 31 with the gear unit 35 as the center. , 20) can be installed so that it is located. However, the compressor may be configured in a form in which the rotating body 30 is connected only to one end of the shaft 31 , and in this case, the sealing blocks 10 and 20 are arranged only in one side, not in both directions, based on the gear unit 35 . can

스러스트 칼라(32)(thrust collar)는 샤프트(31)의 외주면에 형성되는 구성요소로, 샤프트(31)의 외주면에서 샤프트(31)의 반경 방향으로 돌출된 원환체로 형성되며, 샤프트(31)의 회전에 따라 같이 회전한다.The thrust collar 32 is a component formed on the outer circumferential surface of the shaft 31 , and is formed as a torus protruding from the outer circumferential surface of the shaft 31 in the radial direction of the shaft 31 . It rotates along with the rotation.

스러스트 칼라(32)는 2개의 인접한 실링 블록(10)의 사이 공간에서 돌출된다. 따라서 2개의 인접한 실링 블록(10)을 스러스트 칼라(32)가 구분짓고 있는 형상이 된다. 회전축(A)과 나란한 방향에서 스러스트 칼라(32)의 전후에 실링 블록(10)이 하나씩 각각 배치되는 것이다.The thrust collar 32 protrudes from the space between two adjacent sealing blocks 10 . Accordingly, the thrust collar 32 separates two adjacent sealing blocks 10 . The sealing blocks 10 are arranged one by one before and after the thrust collar 32 in the direction parallel to the rotation axis A.

스러스트 칼라(32)는 인접한 실링 블록(10)들이 포함한 전자석의 종류가 스러스트 전자석(12)인 경우 반드시 실링 블록(10) 사이에 위치해야 하나, 인접한 실링 블록(20)들이 포함한 전자석의 종류가 레이디얼 전자석(22)인 경우 배치되지 않아도 무관하다. 스러스트 칼라(32)는 전자석에 의한 회전축(A)과 나란한 방향의 자기력을 전달받아 샤프트(31)의 축 방향 움직임을 제어하기 위한 구성요소이기 때문이다. 스러스트 칼라(32)에 전자석에 의한 자기력이 작용하는 과정에 대해서는 도 5 및 도 6에 대한 설명에서 후술한다.The thrust collar 32 must be located between the sealing blocks 10 when the type of electromagnet included in the adjacent sealing blocks 10 is the thrust electromagnet 12 , but the type of electromagnet included in the adjacent sealing blocks 20 is lady In the case of the Earl electromagnet 22, it does not matter if it is not disposed. This is because the thrust collar 32 is a component for controlling the axial movement of the shaft 31 by receiving a magnetic force parallel to the rotation axis A by the electromagnet. A process in which the magnetic force by the electromagnet acts on the thrust collar 32 will be described later with reference to FIGS. 5 and 6 .

샤프트 작용면(34)은 샤프트(31)의 외주면을 따라 형성되는 얇은 금속 판으로, 바람직하게는 규소강판을 적층하여 형성될 수 있다. 인접한 실링 블록(20)들이 포함한 전자석의 종류가 레이디얼 전자석(22)인 경우 샤프트 작용부(34)가 샤프트(31)의 외주면에 형성되어야 하나, 인접한 실링 블록(10, 20)들이 포함한 전자석의 종류가 스러스트 전자석(12)인 경우 형성되지 않는다. 샤프트 작용부(34)는, 전자석에 의한 샤프트(31) 반경 방향의 자기력을 전달받아 샤프트(31)의 반경 방향 움직임을 제어하기 위한 구성요소이기 때문이다. 샤프트 작용부(34)에 전자석에 의한 자기력이 작용하는 과정에 대해서는 도 7 및 도 8에 대한 설명에서 후술한다.The shaft working surface 34 is a thin metal plate formed along the outer circumferential surface of the shaft 31 , and may preferably be formed by laminating silicon steel plates. When the type of electromagnet included in the adjacent sealing blocks 20 is the radial electromagnet 22, the shaft acting part 34 should be formed on the outer circumferential surface of the shaft 31, but If the type is the thrust electromagnet 12, it is not formed. This is because the shaft acting part 34 is a component for controlling the radial movement of the shaft 31 by receiving the magnetic force in the radial direction of the shaft 31 by the electromagnet. A process in which the magnetic force by the electromagnet acts on the shaft acting part 34 will be described later with reference to FIGS. 7 and 8 .

축 변위 센서(41)는 샤프트(31)의 회전축(A) 방향 변위를 감지한다. 축 변위 센서(41)가 회전축(A) 방향 변위를 감지하는 방법은 광의 발신 및 수신에 의한 방법, 와전류 센서를 이용하는 방법 등이 있으나 그 방법은 이에 제한되지 않는다.The axial displacement sensor 41 detects a displacement of the shaft 31 in the direction of the rotation axis A. A method for the shaft displacement sensor 41 to detect the displacement in the direction of the rotation axis A includes a method by transmitting and receiving light, a method using an eddy current sensor, and the like, but the method is not limited thereto.

축 변위 센서(41)는 샤프트(31)의 회전축(A) 방향 변위를 감지하기 위해 회전축(A)과 나란한 방향에서 회전체(30)의 정면에 위치할 수 있으나 배치되는 위치는 이에 제한되지 않는다. The shaft displacement sensor 41 may be located in front of the rotational body 30 in a direction parallel to the rotational shaft A in order to detect a displacement in the rotational axis A direction of the shaft 31, but the arrangement position is not limited thereto .

축 변위 센서(41)가 감지한 샤프트(31)의 회전축(A) 방향 변위는 실링 블록(10, 20)이 포함하는 전자석 중 스러스트 전자석(12)에 전달되어 샤프트(31)의 회전축(A) 방향 변위를 자기력의 작용으로 제어하도록 한다. 축 변위 센서(41)의 측정값을 이용하여 스러스트 전자석(12)에 흘려줄 전력의 양을 제어하기 위한 제어부가 중간에 경유될 수 있다. 따라서 샤프트(31)가 회전축(A) 방향으로 올바른 위치에서 벗어나 있는 경우, 이를 축 변위 센서(41)가 감지하고 스러스트 전자석(12)에 측정값을 전달함으로써 샤프트(31)에 회전축(A) 방향으로 자기력을 작용해 샤프트의 회전축(A) 방향으로 진동을 억제하고 샤프트(31)를 올바른 위치로 돌아가도록 한다.The displacement in the direction of the axis of rotation (A) of the shaft (31) sensed by the axial displacement sensor (41) is transmitted to the thrust electromagnet (12) among the electromagnets included in the sealing blocks (10, 20), and the axis of rotation (A) of the shaft (31) The directional displacement is controlled by the action of magnetic force. A control unit for controlling the amount of power to be supplied to the thrust electromagnet 12 by using the measured value of the axial displacement sensor 41 may pass through the middle. Therefore, when the shaft 31 is deviated from the correct position in the direction of the axis of rotation (A), the axis displacement sensor 41 detects it and transmits the measured value to the thrust electromagnet 12 to the shaft 31 in the direction of the axis of rotation (A) to suppress the vibration in the direction of the shaft's rotation axis (A) by applying magnetic force and return the shaft (31) to the correct position.

반경 변위 센서(40)는 샤프트(31)의 반경 방향 변위를 감지한다. 반경 변위 센서(40)가 반경 방향 변위를 감지하는 방법은 광의 발신 및 수신에 의한 방법, 자기 홀 센서를 이용하는 방법 등이 있으나 그 방법은 이에 제한되지 않는다.The radial displacement sensor 40 senses the radial displacement of the shaft 31 . Methods for the radial displacement sensor 40 to detect the radial displacement include a method by transmitting and receiving light, a method using a magnetic Hall sensor, and the like, but the method is not limited thereto.

반경 변위 센서(40)는 샤프트(31)의 반경 방향 변위를 감지하기 위해 회전축(A)에 직교하는 방향으로 샤프트(31)를 바라보며 배치될 수 있으나 배치되는 위치는 이에 제한되지 않는다. The radial displacement sensor 40 may be disposed to face the shaft 31 in a direction orthogonal to the rotation axis A in order to detect the radial displacement of the shaft 31 , but the disposed position is not limited thereto.

반경 변위 센서(40)가 감지한 샤프트(31)의 반경 방향 변위는 실링 블록(10, 20)이 포함하는 전자석 중 레이디얼 전자석(22)에 전달되어 샤프트(31)의 반경 방향 변위를 자기력의 작용으로 제어하도록 한다. 반경 변위 센서(40)의 측정값을 이용하여 레이디얼 전자석(22)에 흘려줄 전력의 양을 제어하기 위한 제어부가 중간에 경유될 수 있다. 따라서 샤프트(31)가 반경 방향으로 올바른 위치에서 벗어나 있는 경우, 이를 반경 변위 센서(40)가 감지하고 레이디얼 전자석(22)에 측정값을 전달함으로써 샤프트(31)에 반경 방향으로 자기력을 작용해 샤프트의 반경 방향 진동을 억제하고 샤프트(31)를 올바른 위치로 돌아가도록 한다.The radial displacement of the shaft 31 sensed by the radial displacement sensor 40 is transmitted to the radial electromagnet 22 among the electromagnets included in the sealing blocks 10 and 20 to convert the radial displacement of the shaft 31 of the magnetic force. to be controlled by action. A control unit for controlling the amount of power to be supplied to the radial electromagnet 22 by using the measured value of the radial displacement sensor 40 may pass through the middle. Therefore, when the shaft 31 is out of the correct position in the radial direction, the radial displacement sensor 40 detects it and transmits the measured value to the radial electromagnet 22 to apply a magnetic force to the shaft 31 in the radial direction. Suppresses the radial vibration of the shaft and returns the shaft 31 to the correct position.

베어링(50)은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 감쇠기 시스템이 자기력을 작용하는 샤프트(31)를 지지하기 위해 배치된다. 따라서 샤프트(31)를 둘러싸도록 형성되어 샤프트(31)를 지지한다. 본 발명의 일 실시예에서는 베어링(50)이 기어 유닛(35)의 양 옆에 총 2개 배치되는 것으로 표현하였으나, 베어링(50)의 개수 및 배치되는 위치는 이에 제한되지 않는다. 베어링(50)으로는 저널 베어링이 사용될 수 있으나, 베어링(50)의 종류 역시 이에 제한되지 않는다.The bearing 50 is disposed to support the shaft 31 on which a magnetic force is applied by the magnetic damper system according to an embodiment of the present invention. Accordingly, it is formed to surround the shaft 31 to support the shaft 31 . In one embodiment of the present invention, it is expressed that two bearings 50 are disposed on both sides of the gear unit 35 , but the number and arrangement positions of the bearings 50 are not limited thereto. A journal bearing may be used as the bearing 50 , but the type of the bearing 50 is also not limited thereto.

이하, 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 감쇠기 시스템의 스러스트 전자석(12)의 구조 및 작용을 살펴본다.Hereinafter, the structure and operation of the thrust electromagnet 12 of the magnetic attenuator system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 and 6 .

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 감쇠기 시스템의 스러스트 전자석(12)의 구조를 나타낸 측단면도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 감쇠기 시스템의 스러스트 전자석(12)의 구조를 일부 단면과 함께 나타낸 사시도이다.5 is a side cross-sectional view showing the structure of the thrust electromagnet 12 of the magnetic attenuator system according to an embodiment of the present invention. 6 is a perspective view showing the structure of the thrust electromagnet 12 of the magnetic attenuator system according to an embodiment of the present invention together with a partial cross section.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 감쇠기 시스템의 실링 블록(10, 20)은 스러스트 전자석(12)을 포함할 수 있고, 2개의 실링 블록(10, 20) 사이에는 스러스트 칼라(32)가 배치될 수 있다. 5 and 6, the sealing block 10, 20 of the magnetic attenuator system according to an embodiment of the present invention may include a thrust electromagnet 12, between the two sealing blocks (10, 20) A thrust collar 32 may be disposed there.

도전성의 코일이 샤프트(31)를 둘러싸도록 감겨서 스러스트 전자석(12)을 구성한다. 실링 블록(10, 20)이 회전축(A) 방향으로 스러스트 칼라(32)의 전후에 하나씩 배치되어 2개가 인접하게 배치되어 있으므로, 각 실링 블록(10, 20)의 내부에 샤프트(31)를 둘러싸도록 감긴 코일이 수용된다. 총 2개의 스러스트 전자석(12)이 배치되는 것이다.A conductive coil is wound around the shaft 31 to configure the thrust electromagnet 12 . Since the sealing blocks 10 and 20 are disposed one by one before and after the thrust collar 32 in the direction of the axis of rotation (A) and the two are disposed adjacently, the shaft 31 is enclosed in the inside of each sealing block 10 and 20 . A coil wound in such a way is accommodated. A total of two thrust electromagnets 12 are disposed.

스러스트 전자석(12)을 구성하는 코일은 샤프트(31)를 둘러싼 원환체로 형성된다. 따라서 코일의 원주 방향을 따라서 전류가 흐르게 되고, 이에 따라 코일이 형성하는 원의 중심에서는 원에 직교하는 방향으로 향하는, 회전축(A) 방향과 나란한 자기력선(60)이 형성되고, 원의 반경 방향 바깥에서는 원의 중심에서 형성된 자기력선(60)의 방향과 반대되는 방향으로 자기력선(60)이 형성된다.The coil constituting the thrust electromagnet 12 is formed as a torus surrounding the shaft 31 . Therefore, current flows along the circumferential direction of the coil, and accordingly, at the center of the circle formed by the coil, a magnetic force line 60 parallel to the axis of rotation (A) is formed, which is directed in a direction orthogonal to the circle, and out of the radial direction of the circle. In , the magnetic force line 60 is formed in a direction opposite to the direction of the magnetic force line 60 formed at the center of the circle.

회전축(A) 방향과 나란한 방향에서 코일의 전후방에 형성되는 자기력선(60)은 샤프트(31)의 반경 방향으로 형성되며, 코일의 전방에 형성된 자기력선(60)의 방향과 코일의 후방에 형성된 자기력선(60)의 방향이 서로 반대가 된다. 따라서 코일을 둘러싼 자기력선(60)의 폐루프가 형성된다.The magnetic force lines 60 formed in the front and rear of the coil in a direction parallel to the rotation axis A are formed in the radial direction of the shaft 31, the magnetic force lines 60 formed in the front of the coil and the magnetic force lines formed in the rear of the coil ( 60) are opposite to each other. Accordingly, a closed loop of the magnetic force lines 60 surrounding the coil is formed.

실링 블록(10, 20)은 자속이 흐를 수 있는 금속으로 형성될 수 있고, 스러스트 칼라(32) 역시 마찬가지로 금속으로 형성될 수 있다. 따라서 스러스트 전자석(12)에 의해서 형성된 자속이 실링 블록(10) 및 스러스트 칼라(32)를 통해서 흐를 수 있다. 절연체나 에어 갭을 통해 자속이 흐르도록 하지 않고, 투자율이 높은 금속을 배치함으로써 전자석의 효율을 높이는 것이다.The sealing blocks 10 and 20 may be formed of a metal through which magnetic flux may flow, and the thrust collar 32 may also be formed of a metal. Accordingly, the magnetic flux formed by the thrust electromagnet 12 may flow through the sealing block 10 and the thrust collar 32 . It is to increase the efficiency of the electromagnet by arranging a metal with high magnetic permeability without allowing magnetic flux to flow through the insulator or air gap.

도 5에서는 하방에 위치한 스러스트 전자석(12)의 단면 주변에만 자기력선(60)을 도시하였다. 그러나 상방에 위치한 스러스트 전자석(12)의 단면 주변에는 도시되지 않았으나 하방에 위치한 스러스트 전자석(12)의 단면 주변에 형성된 자기력선(60)과 회전축(A)을 중심으로 대칭되게 자기력선(60)이 형성된다. 좌하방에 위치한 스러스트 전자석(12)의 단면 주변에서 형성되는 자기력선(60)의 폐루프가 시계방향으로 순환하도록 형성된다면, 좌상방에 위치한 스러스트 전자석(12)의 단면 주변에서는 반시계방향으로 순환하는 자기력선(60)의 폐루프가 형성되는 것이다. 이러한 자기력선(60)의 흐름 방향은 예시적인 것으로, 반대 방향도 가능하다. In FIG. 5, the magnetic force line 60 is shown only around the cross-section of the thrust electromagnet 12 located below. However, although not shown around the cross section of the thrust electromagnet 12 located above, the lines of magnetic force 60 formed around the end surface of the thrust electromagnet 12 located below and the lines of magnetic force 60 are formed symmetrically about the axis of rotation A. . If the closed loop of the magnetic force line 60 formed around the cross section of the thrust electromagnet 12 located at the lower left side is formed to circulate in the clockwise direction, it circulates in the counterclockwise direction around the cross section of the thrust electromagnet 12 located at the upper left side. A closed loop of the magnetic force lines 60 is formed. The flow direction of the magnetic force lines 60 is exemplary, and the opposite direction is also possible.

도 5에서 좌측에 위치한 스러스트 전자석(12)과 우측에 위치한 스러스트 전자석(12)은 서로 반대 방향의 자기력선(60) 폐루프를 형성하므로, 중심에 위치한 스러스트 칼라(32)에 대해 각각 인력을 작용하게 된다. 따라서 스러스트 칼라(32)는 회전축(A)과 나란한 양 방향으로 각각의 스러스트 전자석(12)에 의해 인력을 받는 상태가 되고, 그 균형이 이루어지는 곳에 위치한다.In Fig. 5, the thrust electromagnet 12 located on the left and the thrust electromagnet 12 located on the right form a closed loop with lines of magnetic force 60 in opposite directions, so that attractive forces are applied to the thrust collar 32 located at the center, respectively. do. Accordingly, the thrust collar 32 is in a state of receiving attractive force by the respective thrust electromagnets 12 in both directions parallel to the rotation axis A, and is positioned where the balance is achieved.

만일 샤프트(31)가 도 5 내에서 올바른 위치보다 우측으로 치우쳐 있다면, 축 변위 센서(41)가 이러한 샤프트(31)의 회전축(A) 방향 변위를 감지하게 된다. 축 변위 센서(41)는 스러스트 전자석(12)에 제어 신호를 전달한다. 좌측에 위치한 스러스트 전자석(12)이 더 강하게 스러스트 칼라(32)를 잡아당기는 자기력을 발생시키도록 하는 것이다. 따라서 변화된 자기력에 의해 스러스트 칼라(32)는 좌측으로 이동하여 스러스트 칼라(32)와 결합된 샤프트(31)를 올바른 위치에 배치시킨다. If the shaft 31 is deviated to the right rather than the correct position in FIG. 5 , the axial displacement sensor 41 detects a displacement of the shaft 31 in the direction of the rotation axis A. The axial displacement sensor 41 transmits a control signal to the thrust electromagnet 12 . The thrust electromagnet 12 located on the left generates a magnetic force that pulls the thrust collar 32 more strongly. Accordingly, the thrust collar 32 is moved to the left by the changed magnetic force to place the shaft 31 coupled to the thrust collar 32 in the correct position.

또한 샤프트(31)에 대해 회전축(A) 방향으로 충격 또는 진동이 발생하는 경우, 이에 대해서도 지속적으로 스러스트 전자석(12)이 자기력을 작용하고 있으므로, 움직임을 감쇠시키고 올바른 위치로 돌아올 수 있도록 한다.In addition, when an impact or vibration occurs with respect to the shaft 31 in the direction of the axis of rotation (A), the thrust electromagnet 12 continuously applies a magnetic force even against this, so that the movement is damped and returned to the correct position.

이하, 도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 감쇠기 시스템의 레이디얼 전자석(22)의 구조 및 작용을 살펴본다.Hereinafter, the structure and operation of the radial electromagnet 22 of the magnetic attenuator system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 and 8 .

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 감쇠기 시스템의 레이디얼 전자석(22)의 구조를 일부 개방시켜 나타낸 사시도이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 감쇠기 시스템의 레이디얼 전자석(22)의 구조를 나타낸 단면도이다. 7 is a perspective view showing a partially opened structure of the radial electromagnet 22 of the magnetic attenuator system according to an embodiment of the present invention. 8 is a cross-sectional view showing the structure of the radial electromagnet 22 of the magnetic attenuator system according to an embodiment of the present invention.

도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 감쇠기 시스템의 실링 블록(20)은 레이디얼 전자석(22)을 포함할 수 있다. 7 and 8 , the sealing block 20 of the magnetic attenuator system according to an embodiment of the present invention may include a radial electromagnet 22 .

실링 블록(20)에는 샤프트(31)의 반향 방향으로 연장되는 돌출부(23)가 실링 블록(20)의 원주를 따라 복수개로 일정 간격마다 배치된다. 본 발명의 일 실시예에서는 실링 블록(20)의 내주면으로부터 돌출부(23)가 샤프트(31)를 향해 샤프트(31)의 반경 방향을 따라 돌출되도록 하였다. 도전성의 코일이 상기 돌출부(23)를 둘러싸도록 감겨서 복수의 레이디얼 전자석(22)을 구성한다. A plurality of protrusions 23 extending in a direction opposite to the direction of the shaft 31 are disposed in the sealing block 20 at regular intervals along the circumference of the sealing block 20 . In one embodiment of the present invention, the protrusion 23 from the inner circumferential surface of the sealing block 20 is made to protrude along the radial direction of the shaft 31 toward the shaft (31). A conductive coil is wound around the protrusion 23 to form a plurality of radial electromagnets 22 .

레이디얼 전자석(22)을 구성하는 코일은 돌출부(23)를 둘러싼 환형으로 형성된다. 따라서 코일이 감긴 방향을 따라서 전류가 흐르게 되고, 이에 따라 코일이 형성하는 고리의 중심에서는 상기 고리에 직교하는 방향으로 향하는, 돌출부(23) 방향과 나란한 자기력선(61)이 형성된다. The coil constituting the radial electromagnet 22 is formed in an annular shape surrounding the protrusion 23 . Accordingly, current flows along the direction in which the coil is wound, and accordingly, at the center of the ring formed by the coil, the magnetic force line 61 is formed in the direction orthogonal to the ring, parallel to the direction of the protrusion 23 .

서로 인접한 레이디얼 전자석(22)에 전류를 반대 방향으로 흘려주어, 각각의 레이디얼 전자석(22)의 코일이 형성하는 고리의 중심에 서로 반대되는 방향의 자기력선(61)이 형성된다. 따라서 서로 인접한 레이디얼 전자석(22)에 의해 자기력선(61)의 폐루프가 형성된다. By flowing a current in opposite directions to the radial electromagnets 22 adjacent to each other, lines of magnetic force 61 in opposite directions are formed at the center of the rings formed by the coils of each radial electromagnet 22 . Accordingly, a closed loop of the magnetic force lines 61 is formed by the radial electromagnets 22 adjacent to each other.

실링 블록(20)은 자속이 흐를 수 있는 금속으로 형성될 수 있고, 실링 블록(20)의 일부인 돌출부(23) 역시 마찬가지로 금속으로 형성될 수 있다. 따라서 레이디얼 전자석(22)에 의해서 형성된 자속이 실링 블록(20)을 통해서 흐를 수 있다. 절연체나 에어 갭을 통해 자속이 흐르도록 하지 않고, 투자율이 높은 금속을 배치함으로써 전자석의 효율을 높이는 것이다.The sealing block 20 may be formed of a metal through which magnetic flux can flow, and the protrusion 23 that is a part of the sealing block 20 may also be formed of metal. Accordingly, the magnetic flux formed by the radial electromagnet 22 may flow through the sealing block 20 . It is to increase the efficiency of the electromagnet by arranging a metal with high magnetic permeability without allowing magnetic flux to flow through the insulator or air gap.

돌출부(23)가 실링 블록(20)의 내주면을 따라 일정 간격으로 이격되어 복수개 배치되므로, 레이디얼 전자석(22) 역시 상응하는 개수로 형성된다. 샤프트(31)를 둘러싸며 레이디얼 전자석(22)이 배치되게 되므로, 샤프트(31)를 중심으로 서로 반대편에 위치한 레이디얼 전자석(22)은 서로 반대 방향으로 샤프트 작용부(34)에 자기력을 가한다.Since a plurality of protrusions 23 are spaced apart from each other at regular intervals along the inner circumferential surface of the sealing block 20 , the radial electromagnets 22 are also formed in a corresponding number. Since the radial electromagnet 22 is disposed around the shaft 31, the radial electromagnets 22 located on opposite sides of the shaft 31 apply magnetic force to the shaft acting part 34 in opposite directions. do.

도 8에서는 일측 영역에 위치한 레이디얼 전자석(22)의 단면 주변에만 자기력선(61)을 도시하였다. 그러나 나머지 영역에 위치한 레이디얼 전자석(22)의 단면 주변에는 도시되지 않았으나 도시된 자기력선(61)과 동일한 방식으로 자기력선(61)이 형성된다. In FIG. 8 , the magnetic force lines 61 are shown only around the cross-section of the radial electromagnet 22 located in one region. However, the magnetic force lines 61 are formed around the cross-section of the radial electromagnet 22 located in the remaining area in the same manner as the illustrated magnetic force lines 61, although not shown.

샤프트(31)를 둘러싸고 배치되는 복수의 레이디얼 전자석(22)은 중심에 위치한 샤프트(31)의 외주면에 형성되는 샤프트 작용부(34)에 대해 각각 인력을 작용하게 된다. 샤프트(31)에 대해 반경 방향으로 복수의 레이디얼 전자석(22)이 자기력을 작용하므로, 샤프트(31)의 반경 방향 움직임을 제어하고 반경 방향 진동을 억제할 수 있다. 샤프트(31)는 복수의 레이디얼 전자석(22)이 가하는 자기력의 균형이 이루어지는 곳에 위치한다.The plurality of radial electromagnets 22 disposed to surround the shaft 31 act as attractive forces respectively to the shaft acting portion 34 formed on the outer circumferential surface of the shaft 31 located at the center. Since the plurality of radial electromagnets 22 act with a magnetic force in the radial direction with respect to the shaft 31 , it is possible to control the radial movement of the shaft 31 and suppress the radial vibration. The shaft 31 is positioned where the magnetic force applied by the plurality of radial electromagnets 22 is balanced.

만일 샤프트(31)가 도 8 내에서 올바른 위치보다 좌하방으로 치우쳐 있다면, 샤프트(31)와 이격되게 위치한 반경 변위 센서(40)가 이러한 샤프트(31)의 반경 방향 변위를 감지하게 된다. 반경 변위 센서(40)는 레이디얼 전자석(22)에 제어 신호를 전달한다. 우상방에 위치한 레이디얼 전자석(22)이 더 강하게 샤프트 작용부(34)를 잡아당기는 자기력을 발생시키도록 하고, 나머지 레이디얼 전자석(22)에 대해서도 샤프트(31)를 우상방으로 보낼 수 있도록 자기력을 발생시키는 제어 신호를 전달하는 것이다. 따라서 변화된 자기력이 샤프트 작용부(34)에 작용하여 샤프트(31)는 우상방으로 이동한다. 이에 따라 샤프트(31)는 올바른 위치에 배치된다.If the shaft 31 is deviated to the lower left than the correct position in FIG. 8 , the radial displacement sensor 40 spaced apart from the shaft 31 detects the radial displacement of the shaft 31 . The radial displacement sensor 40 transmits a control signal to the radial electromagnet 22 . Magnetic force so that the radial electromagnet 22 located at the upper right generates a magnetic force that pulls the shaft acting part 34 more strongly, and to send the shaft 31 to the upper right for the rest of the radial electromagnet 22 as well. It transmits a control signal that generates Accordingly, the changed magnetic force acts on the shaft acting portion 34, and the shaft 31 moves to the upper right. The shaft 31 is thus placed in the correct position.

또한 샤프트(31)에 대해 반경 방향으로 충격 또는 진동이 발생하는 경우, 이에 대해서도 지속적으로 복수의 레이디얼 전자석(22)이 자기력을 작용하고 있으므로, 움직임을 감쇠시키고 올바른 위치로 돌아올 수 있도록 한다.In addition, when a shock or vibration occurs in the radial direction with respect to the shaft 31, since the magnetic force is continuously applied to the plurality of radial electromagnets 22, the movement is damped and returned to the correct position.

도 7 에서는 실링 블록(20)의 회전축(A) 방향 양 면이 개방된 것으로 도시되었으나, 별도의 측벽을 더 포함하여 폐쇄되도록 구성할 수 있다. 또한 도 7에서는 실링 블록(20)이 완전한 원형을 이루지 않고 일부 영역을 개방시켜, 불완전한 원형으로 도시되었으나, 이는 이해를 돕기 위한 것일 뿐 실제 실링 블록(20)은 원형을 이룬다. Although both surfaces of the sealing block 20 in the direction of the rotation axis (A) are shown to be open in FIG. 7 , it may be configured to be closed by further including a separate side wall. In addition, in FIG. 7 , the sealing block 20 does not form a perfect circle, but opens some regions, and is shown as an incomplete circle, but this is only for the sake of understanding. The actual sealing block 20 forms a circle.

이와 같이 반경 변위 센서(40)에 연결된 레이디얼 전자석(22)과 축 변위 센서(41)에 연결된 스러스트 전자석(12)의 작용에 의해 회전하는 샤프트(31)의 반경 방향 및 회전축(A) 방향 움직임을 제어하여 급격한 샤프트(31)의 움직임에 대해 감쇠기로 작용하고 올바른 위치에 샤프트(31)가 위치하도록 할 수 있다. 동시에 전자석을 포함하는 실링 블록(10, 20)이 초임계 이산화탄소 드라이 가스 실이 되므로, 실의 역할을 공간의 낭비 없이 수행할 수 있다.In this way, the radial electromagnet 22 connected to the radial displacement sensor 40 and the thrust electromagnet 12 connected to the axial displacement sensor 41 move in the radial direction and the rotation axis (A) direction of the rotating shaft 31 by the action. to act as an attenuator for the sudden movement of the shaft 31 by controlling the shaft 31 to be positioned in the correct position. At the same time, since the sealing blocks 10 and 20 including the electromagnet become a supercritical carbon dioxide dry gas seal, the seal can perform the role of the seal without wasting space.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention may be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be interpreted as being included in the scope of the present invention. do.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the above-mentioned preferred embodiments, various modifications and variations are possible without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, it is intended that the appended claims cover such modifications and variations as long as they fall within the gist of the present invention.

10, 20, 104: 실링 블록 11: 실링 블록과 샤프트 사이 공간
12: 스러스트 전자석 13: 실링 블록 사이 공간
14: 실링 블록과 회전체 사이 공간
21: 실링 블록 내주면 22: 레이디얼 전자석
23: 돌출부 24: 실링 블록과 샤프트 사이 공간
30: 회전체 31: 샤프트
32: 스러스트 칼라 33: 스러스트 리미트
34: 샤프트 작용부 35: 기어 유닛
40: 반경 변위 센서 41: 축 변위 센서
50, 105: 베어링 60, 61: 자기력선
71, 106: 프로세스 가스 72, 107, 112: 실 가스
101: 케이싱 102: 임펠러
103: 드라이 가스 실 109: 라비린스 실
110: 실 가스 유입홀 111: 실 가스 유출홀
113: 임펠러 체결샤프트 A: 회전축10, 20, 104: sealing block 11: space between sealing block and shaft
12: thrust electromagnet 13: space between sealing blocks
14: space between sealing block and rotating body
21: sealing block inner circumferential surface 22: radial electromagnet
23: protrusion 24: space between sealing block and shaft
30: rotating body 31: shaft
32: thrust collar 33: thrust limit
34: shaft acting portion 35: gear unit
40: radial displacement sensor 41: axial displacement sensor
50, 105: bearing 60, 61: magnetic force line
71, 106: process gas 72, 107, 112: real gas
101: casing 102: impeller
103: dry gas seal 109: labyrinth seal
110: real gas inlet hole 111: real gas outlet hole
113: impeller fastening shaft A: rotating shaft

Claims

a shaft that receives a driving force and rotates about a rotating shaft;
It is spaced apart from the shaft in the radial direction of the shaft, is provided at at least one end of both ends of the shaft, is formed to surround the shaft, and includes two sealing blocks that are spaced apart from each other in a direction parallel to the axis of rotation,
A dry gas seal is formed between the shaft, the two sealing blocks, and a rotating body positioned at an end of the shaft, and the dry gas seal is a high-temperature process gas introduced between the sealing blocks disposed adjacent to the rotating body. and a space in which low-temperature real gas is introduced and flows between the sealing block and the shaft disposed far from the rotating body, and a space in which the process gas and the seal gas are discharged between the two sealing blocks. and,
The magnetic attenuator system comprising an electromagnet in which the two sealing blocks apply a magnetic force to the shafts, respectively, so that the shafts are located at preset positions inside the two sealing blocks.

The method of claim 1,
The shaft is
and a thrust collar protruding from an outer circumferential surface of the shaft in a radial direction of the shaft and disposed in a space between the two sealing blocks.

3. The method of claim 2,
The two electromagnets each include a coil wound around the shaft,
A magnetic attenuator system in which a current flows in a coil included in each of the two electromagnets.

The method of claim 1,
The two sealing blocks include a plurality of protrusions extending in a radial direction of the shaft and disposed to surround the shaft,
The electromagnet includes a plurality of coils each wound on the plurality of protrusions.

The method of claim 1,
Further comprising an impeller fastened to be fixed to the shaft,
The shaft includes a real gas inlet hole through which the real gas is branched and introduced, and the impeller includes a real gas outlet hole through which the branched real gas flows,
A magnetic damper system in which heat conducted to the shaft by the branched seal gas is cooled.

The method of claim 1,
an axial displacement sensor for detecting a movement in the rotational axis direction of the shaft; and
Further comprising a radial displacement sensor for detecting the radial movement of the shaft,
The axial displacement sensor and the radial displacement sensor transmit the sensed rotational axis direction movement of the shaft and the sensed radial movement of the shaft to the electromagnet so that the electromagnet applies a magnetic force to the shaft.