KR100304562B1 - 터보압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터보 압축기에 관한 것으로, 종래에는 각 레이디얼 베어링의 동심도가 일치되도록 다수개의 부품을 정밀가공하여야 하므로 생산성이 저하될 뿐만 아니라, 각 레이디얼 베어링의 조립시 누적공차에 의해 구동축과의 간극을 유지하지 못하여 압축기의 안정성 및 신뢰성을 저하시킬 우려가 있었던 바, 본 발명에서는 제1,제2 임펠러가 회전가능하게 장착되는 제1,제2 압축실이 형성되고 흡입구를 갖는 모터실이 형성되며 상기 제2 압축실에는 토출구가 형성되는 밀폐용기와, 상기 모터실과 제1 압축실을 연통시켜 냉매가스를 제1 압축실로 유도하는 제1 냉매유동관과, 상기 제1 압축실과 제2 압축실을 연통시켜 냉매가스를 제2 압축실로 유도하는 제2 냉매유동관과, 상기 모터실에 장착되어 구동력을 발생시키는 구동모터와, 그 구동모터의 회전자와 일체로 결합됨과 아울러 양단에는 상기 제1,제2 임펠러가 각각 결합되어 각 임펠러를 회전시키는 회전축과, 그 회전축에 간극을 두고 삽입됨과 아울러 양단이 고정되어 상기 간극으로 유입되는 냉매가스에 의해 그 회전축을 반경방향으로 지지하는 고정축과, 상기 회전축의 축방향 하중을 지지하기 위한 스러스트 베어링을 포함하여 구성함으로써, 상기 회전축과 고정축만을 정밀가공하더라도 반경방향의 하중을 지지할 수 있게 되는 것은 물론, 상기 회전축과 고정축의 조립시에도 동심도를 일치시키기가 용이하여 압축기의 안정성 및 신뢰성이 향상된다.

Description

터보 압축기{TURBO COMPRESSOR}

본 발명은 터보 압축기에 관한 것으로, 특히 반경방향 지지수단의 가공 및 조립이 용이한 터보 압축기에 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 이루어진다.

이러한, 압축기는 동력발생부와 압축기구부의 배치형태에 따라 밀폐형 또는 분리형으로 구분되는데, 그 중에서 동력발생부 및 압축기구부가 하나의 밀폐용기내에 함께 설치되는 밀폐형 압축기는 기체를 압축하는 구조에 따라 다시 회전식, 왕복동식, 리니어 그리고 스크롤 압축기 등으로 구분된다.

이 중에서 최근 소개되고 있는 터보 압축기는 모터의 구동력으로 임펠러를 회전시키고, 그 임펠러의 회전시 발생되는 원심력을 이용하여 기체를 흡입,압축시키는 것으로, 도 1은 종래 터보 압축기의 일례를 보인 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 종래의 2단 터보 압축기는, 밀폐용기(10)의 양측에 제1,제2 압축실(11,12)이 각각 형성되어 있고, 그 제1,제2 압축실(11,12)에는 냉매가스를 압축하기 위한 제1,제2 임펠러(20,30)가 각각 개재되어 있으며, 그 제1,제2 임펠러(20,30)는 상기 밀폐용기(10)의 양벽을 횡방향으로 관통 삽입되어 회전하는구동축(40)의 양단에 각각 체결되어 있고, 그 구동축(40)은 상기 밀폐용기(10)에 장착된 엑시얼타입의 비엘디시 모터인 구동모터(50)에 압입되어 있으며, 그 구동모터(50)의 양측에는 구동축(40)의 반경방향 하중을 지지하는 레이디얼 베어링(60)이 각각 설치되어 있고, 상기 레이디얼 베어링(60)중에서 제2 압축실쪽 레이디얼 베어링의 일측에는 구동축(40)의 축방향 하중을 지지하는 스러스트 베어링(70)이 설치되어 있다.

또한, 상기 밀폐용기(10)의 일측에는 통상 증발기(미도시)에 연통되는 흡입구(13)가 형성되어 있고, 그 흡입구(13)의 맞은편에는 흡입된 냉매가스를 제1 압축실(11)로 유도하기 위한 제1 냉매유동관(80)이 연통되어 있으며, 상기 제1 압축실(11)의 토출측에는 1단 압축된 냉매가스를 제2 압축실(12)로 유도하기 위한 제2 냉매유동관(90)이 연통되어 있고, 상기 제2 압축실(12)의 토출측에는 2단 압축된 냉매가스를 통상 냉동사이클장치의 응축기로 내보내기 위한 토출구(14)가 형성되어 있다.

상기 제1 압축실(11)은 제1 임펠러(20)가 회전가능하게 개재되는 제1 임펠러실(11a)과, 상기 제1 임펠러(20)로부터 뿌려지는 냉매가스의 운동에너지를 정압의 압력에너지로 변환시켜 제2 냉매유동관(90)으로 유도하는 제1 디퓨져(11b) 및 제1 볼류트(11c)로 이루어져 있다.

상기 제1 임펠러실(11a)은 제1 냉매유동관(80)의 출구측에 연통되어 냉매가스가 유입되는 외측직경이 제2 냉매유동관(90)의 입구측에 연통되어 냉매가스가 유출되는 내측직경보다 작게 소정의 내부체적을 갖도록 구동축(40)을 기준으로 하여 원뿔형으로 형성되어 있다.

반면, 상기 제2 압축실(12)은 제2 임펠러(30)가 회전가능하게 개재되는 제2 임펠러실(12a)과, 상기 제2 임펠러(12a)로부터 뿌려지는 냉매가스의 운동에너지를 정압의 압력에너지로 변환시켜 토출구로 유도하는 제2 디퓨져(12b) 및 제2 볼류트(12c)로 이루어져 있다.

상기 제2 임펠러실(12a)은 제2 냉매유동관(90)의 출구측에 연통되어 냉매가스가 유입되는 외측직경이 토출구(14)의 입구측에 연통되어 냉매가스가 유출되는 내측직경보다 작게 소정의 내부체적을 갖도록 구동축(40)을 기준으로 하여 원뿔형으로 형성되어 있다.

상기 구동축(40)은 하나의 봉형으로 형성되는 것으로, 전술한 바와 같이 그 양단에 제1,제2 임펠러(20,30)가 각각 장착되어 있고, 상기 구동모터(50)의 회전자(51)가 열박음 등으로 압입되어 있으며, 그 구동모터(50)의 양측에는 각각 가스베어링인 레이디얼 베어링(60)이 장착되어 있고, 그 레이디얼 베어링(60)의 제2 압축실(12)측에도 역시 가스베어링인 스러스트 베어링(70)이 장착되어 있다.

상기 레이디얼 베어링(60)은 도 2에 도시된 바와 같이, 구동축(40)의 외주면에 외삽되는 부시(61)와, 그 부시(61)의 외주면과 약 5μm의 간극을 두고 베어링면을 이루도록 외삽되는 베어링하우징(62)과, 그 베어링하우징(62)을 고정 지지하기 위하여 밀폐용기(10)의 내주면에 고정되는 지지부재(63)로 이루어지는데, 상기 부시(61)와 베어링하우징(62)은 구동축(40)의 고속회전시 냉매가스에 의한 가스베어링을 이룰 수 있도록 정밀가공되어 있고, 상기 지지부재(63)는 구동축(40)의 회전시 발생되는 미소진동을 흡수할 수 있도록 판스프링 또는 유연성재질로 형성되어있다.

상기 스러스트 베어링(70)은 통상 제2 압축실(12)측에 하나만 설치되는 것으로, 상기 구동축(40)에 소정 간격을 두고 압입되는 내,외측지지판(71,72)과, 그 내,외측지지판(71,72)의 각 내측면에 양측면이 각각 윤활면을 이루도록 소정 간극을 두고 삽입되어 밀폐용기(10)의 내주면에 고정되는 고정판(73)으로 이루어져 있다.

참고로, 상기 모터실(미부호)의 양측벽에는 각 임펠러(20,30)의 배면측으로 유입되는 냉매가스가 구동축(40) 외주면과의 미세틈새를 통해 모터실(미부호)로 누설되는 것을 방지하기 위한 라비린스 실(Labyrinth seal)(미부호)이 형성되어 있다.

도면중 미설명 부호인 52는 고정자이다.

상기와 같은 종래 터보 압축기는 다음과 같이 동작된다.

즉, 상기 구동모터(50)에 전원이 인가되면, 그 구동모터(50)가 작동함과 아울러 구동모터(50)의 구동력이 구동축(40)으로 전달되어 구동축(40)을 회전시키게 되고, 상기 구동축(40)의 회전에 의해 제1,제2 임펠러(20,30)가 회전을 하면서 냉매가스를 순차적으로 흡입 토출하여 1단,2단으로 압축을 하게 되는 것이었다.

이러한, 냉매가스의 압축과정을 보다 상세히 살펴보면, 통상 증발기(미도시)를 거친 저온 저압의 냉매가스가 흡입구(13)를 통해 밀폐용기(10)의 내부로 유입되고, 그 밀폐용기(10)로 유입된 냉매가스는 구동모터(50)를 냉각시킨 다음에 제1 냉매유동관(80)을 통해 제1 임펠러(20)로 유입되었다가 그 제1 임펠러(20)의 회전시 발생되는 원심력에 의해 제1 디퓨져(11b) 및 볼류트(11c)로 토출되면서 냉매가스의 운동에너지가 압력에너지로 변환되어 1단 압축이 이루어지게 되며, 이렇게 1단 압축이 이루어진 냉매가스는 제2 냉매유동관(90)을 통해 제2 임펠러(30)로 유입되었다가 토출되면서 제2 디퓨져(12b) 및 볼류트(12c)에서 다시 운동에너지가 압력에너지로 변환되어 2단 압축이 이루어진 이후에, 통상 응축기(미도시)로 토출된다.

이때, 상기 구동축(40)은 레이디얼 베어링(60)에 얹혀져 있다가 구동모터(50)의 구동과 함께 자전을 하면서 레이디얼 베어링(60)의 간극내에서 일정시간동안 공전을 하다가 약간 편심된 채로 고속회전을 하게 되는데, 이때의 구동축(40)과 레이디얼 베어링(60)(보다 정확하게는, 부시와 베어링하우징)간의 최소간극은 약 2μm정도가 된다.

한편, 상기와 같이 고속회전을 하게 되는 구동축(40)은 제1,제2 임펠러(20,30) 및 구동모터(50)의 회전자(51) 그리고 레이디어 베어링(60)의 내,외측지지판(71,72) 등이 결합되어 반경방향으로의 하중을 받게 됨과 아울러 상기 제1 압축실(11) 및 제2 압축실(12)간의 압력차에 의해 축방향으로도 하중을 받게 되나, 이는 모두 레이디얼 베어링(60) 및 스러스트 베어링(70)에 의해 지지 상쇄되어 구동축(40)이 어느 한쪽으로 치우치지 아니하면서 안정적으로 회전을 하게 되는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래의 터보 압축기에 있어서는, 상기 구동축(40)의 반경방향 하중을 지지하기 위한 레이디얼 베어링(60)과 그 레이디얼 베어링(60)에 내삽되는 구동축(40) 사이의 산술적인 간극이 불과 5μm정도이고, 특히 구동축(40)의 편심회전시는 그 최소간극이 2μm정도를 유지하게 되는데, 상기 구동축(40)과 양측 레이디얼 베어링(60)이 상기한 간극을 갖도록 조립하기 위하여는 구동축(40)과 각 레이디얼 베어링(60)의 동심도가 최소한 1μm를 유지하여야 하나, 상기 구동축(40) 및 부시(61) 및 베어링하우징(62) 그리고 지지부재(63) 등의 동심도를 1μm범위내에서 가공하기가 난해하여 생산성이 저하될 뿐만 아니라, 설사 가공을 하였다하더라도 각 부품의 조립시 발생되는 누적공차에 의해 상기한 간극을 유지하지 못하여 압축기의 안정성 및 신뢰성을 저하시킬 우려가 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 터보 압축기가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 정밀가공하여야 하는 부품수를 감축하는 것은 물론 조립시 동심도를 일치시키기가 용이하여 압축기의 생산성과 아울러 안정성 및 신뢰성을 제고시킬 수 있는 터보 압축기를 제공하려는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 터보 압축기의 일례를 정면에서 보인 종단면도.

도 2는 종래 터보 압축기에서 구동축과 레이디얼 베어링의 결합상태를 설명하기 위해 정면에서 보인 종단면도.

도 3은 종래 터보 압축기에서 구동시 구동축과 레이디얼 베어링의 상관관계를 측면에서 보인 종단면도.

도 4는 본 발명 터보 압축기의 일례를 정면에서 보인 종단면도.

도 5는 본 발명 터보 압축기에서 회전축과 고정축으로 이루어진 구동축을 정면에서 보인 종단면도.

도 6은 본 발명 터보 압축기의 고정축의 고정부재를 측면에서 보인 종단면도.

도 7a 및 도 7b는 본 발명 터보 압축기에서 레이디얼 베어링의 변형예를 보인 종단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

110 : 밀폐용기 111,112 : 제1,제2 압축실

111a,112a : 제1,제2 임펠러실 111b112b : 제1,제2 디퓨져

111c,112c : 제1,제2 볼류트 113 : 모터실

113a : 흡입구 114 : 토출구

115 : 고정부재 120,130 : 제1,제2 임펠러

141 : 회전축 142 : 고정축

142a : 베어링부 150 : 구동모터

151 : 회전자 152 : 고정자

170 : 스러스트 베어링 171,172 : 내,외측지지판

173 : 고정판 180,190 : 제1,제2 냉매유동관

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 냉매가스를 압축시키는 제1,제2 임펠러가 회전가능하게 장착되는 제1,제2 압축실이 양측에 각각 형성되고 중앙에 흡입구를 갖는 모터실이 형성되며 상기 제2 압축실에는 토출구가 형성되어 이루어지는 밀폐용기와 ; 상기 모터실과 제1 압축실의 입구측을 연통시켜 모터실을 냉각시키면서 통과한 냉매가스를 제1 압축실로 유도하는 제1 냉매유동관과 ; 상기 제1 압축실의 출구측과 제2 압축실의 입구측을 연통시켜 제1 압축실에서 1단 압축된 냉매가스를 2단 압축시키기 위하여 제2 압축실로 유도하는 제2 냉매유동관과 ; 상기 모터실의 내부에 장착되어 구동력을 발생시키는 구동모터와 ; 그 구동모터의 회전자와 일체로 결합되어 회전함과 아울러 양단에는 상기 제1,제2 임펠러가 각각 고정 결합되어 각 임펠러를 회전시키는 회전축과 ; 그 회전축의 내부에 일정 간극을 두고 삽입됨과 아울러 양단이 고정되어 상기 회전축과의 간극으로 유입되는 냉매가스에 의해 그 회전축을 반경방향으로 지지하는 고정축과 ; 상기 회전축의 축방향 하중을 지지하기 위한 스러스트 베어링을 포함하여 구성한 터보 압축기가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 터보 압축기를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명 터보 압축기의 일례를 정면에서 보인 종단면도이고, 도 5는 본 발명 터보 압축기에서 회전축과 고정축으로 이루어진 구동축을 정면에서 보인 종단면도이며, 도 6은 본 발명 터보 압축기의 고정축의 지지부재를 측면에서 보인 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명의 터보 압축기는, 원심력에 의해 냉매가스를 압축시키는 제1,제2 임펠러(120,130)가 회전가능하게 각각 내장되는 제1,제2 압축실(111,112)이 밀폐용기(110)의 양측에 각각 형성되고, 그 밀폐용기(110)의 중앙에는 냉동사이클장치의 증발기(미도시)와 연통되는 흡입구(113a)를 갖는 모터실(113)이 형성되는 반면 상기 제2 압축실(112)에는 냉동사이클장치의 응축기(미도시)와 연통되는 토출구(114)가 형성되며, 상기 모터실(113)의 일측, 즉 흡입구(113a)의 맞은편에는 그 모터실(113)과 제1 압축실(111)의 입구측을 연통시켜 모터실(113)을 냉각시키면서 통과한 냉매가스를 제1 압축실(111)로 유도하기 위한 제1 냉매유동관(180)이 설치되고, 상기 제1 압축실(111)의 출구측에는 그 제1 압축실(111)과 제2 압축실(112)의 입구측을 연통시켜 제1 압축실(111)에서 1단 압축된 냉매가스를 2단 압축시키는 제2 압축실(112)로 유도하기 위한 제2냉매유동관(190)이 설치되며, 상기 모터실(113)의 내부에는 구동력을 발생시키기 위한 구동모터(150)가 장착되고, 그 구동모터(150)의 회전자(151)에는 양단에 상기 제1,제2 임펠러(120,130)가 각각 고정 결합되어 각 임펠러(120,130)를 회전시키는 회전축(141)이 일체로 결합되며, 그 회전축(141)의 내부에는 양단이 밀폐용기(110)에 고정되어 상기 회전축(141)과의 간극으로 유입되는 냉매가스에 의해 그 회전축(141)의 반경방향 하중을 지지하기 위한 고정축(142)이 일정 간극을 둔 채로 삽입되고, 상기 회전축(141)의 일측, 정확하게는 제2 압축실(112)쪽에 그 회전축(141)의 축방향 하중을 지지하기 위한 스러스트 베어링(170)이 장착되는 것을 포함하여 구성된다.

상기 제1,제2 임펠러(120,130)는 냉매가스의 흡입을 유도하는 인듀서(미부호)가 일체로 형성된 것으로, 그 인듀서의 후방쪽에 다수개의 날개차(미부호)가 등간격을 두고 뒤틀려 돌출 형성되어 흡입측 직경이 토출측의 직경보다 작은 원뿔형으로 회전축(141)의 양단에 각각 고정된다.

상기 제1,제2 압축실(111,112)은 모두 흡입측 직경이 토출측 직경보다 작게 형성되고, 그 중에서 흡입측이 양쪽 외측에 배치되어 원뿔형으로 장착되며, 상기 제1,제2 냉매유동관(180,190)의 출구측에 각각 연통되어 유입되는 냉매가스를 1단,2단으로 압축하는 것으로, 상기 제,제2 임펠러(120,130)가 각각 회전가능하게 개재되는 제1,제2 임펠러실(111a,112a) 및 각 임펠러(120,130)로부터 토출되는 냉매가스의 운동에너지를 압력에너지로 변환시키기 위하여 점차 단면적이 넓게 뒤틀려 형성되는 제1,제2 디퓨져(111b,111c) 그리고 환형의 제1,제2 볼류트(112b,112c)로 이루어지는데, 상기 제1 볼류트(111c)는 제2 냉매유동관(190)의 입구측에 연통되는 반면, 상기 제2 볼류트(112c)는 토출구(113a)에 연통된다.

상기 구동모터(150)는 회전자(151)와 고정자(152)가 모두 원판형으로 형성된 엑시얼타입의 비엘디시 모터로 이루어지는데, 이 중에서 고정자(152)는 상기 모터실(113)의 내주면에 소정 간격을 두고 고정되는 반면, 상기 회전자(151)는 각 고정자(152)의 사이사이에 교번되게 개재되어 회전축(141)에 열박음 등으로 압입되거나 또는 회전축(141)과 일체로 성형된다. 이러한 구동모터(150)는 모터실(113)의 가운데 위치하도록 설치되는 것이 바람직하다.

상기 회전축(141)은 중공형으로 형성되어 그 양단에는 제1,제2 임펠러(120,130)가 일체로 압입되고, 그 중간부에는 전술한 바와 같이 구동모터(150)의 회전자(151)가 일체로 성형되거나 또는 열박음 등으로 압입되며, 그 구동모터(150)의 회전자(151)와 상기 제2 임펠러(130)의 사이에는 스러스트 베어링(170)이 장착된다.

상기 고정축(142)은 봉형으로 형성되어 회전축(141)의 내부에 소정 간극을 두고 삽입되어 그 간극으로 유입되는 냉매가스에 의해 가스베어링의 역할을 하면서 회전축(141)의 반경방향 하중을 지지하는 것으로, 그 양단이 제1,제2 임펠러(120,130)를 회전가능하게 관통하여 밀폐용기(110)의 제1,제2 압축실(111,112)에 구비된 별도의 고정부재(115)에 의해 고정된다.

여기서, 상기 회전축(141)의 내주면과 고정축(142)의 외주면이 베어링면을 형성하는 점을 고려하여, 그 베어링면의 면적을 최소로 하기 위해 상기 고정축(142)의 양측에 직경이 확대되는 베어링부(142a)가 단차지게 형성되는데, 상기베어링부(142a)는 그 표면이 매끄러운 진원형으로 형성되거나, 또는 냉매가스의 유입을 원활히 하기 위하여 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이 상기 베어링부(142a)의 표면에 "나선"형 또는 "헤링본(Herringbone)"형의 가스흡입용 그루브(142b,142c)가 형성된다.

한편, 상기 스러스트 베어링(170)은 회전축(141)에 일정 간격를 두고 압입되는 내,외측지지판(171,172)과, 그 내,외측지지판(171,172)의 사이에 양면이 각각 소정 간극을 두고 개재되어 밀폐용기(110)의 모터실(113)에 장착되는 고정판(173)으로 이루어진다.

참고로, 상기 모터실(113)의 양측벽에는 각 임펠러(120,130)의 배면측으로 유입되는 냉매가스가 회전축(141) 외주면과의 미세틈새를 통해 모터실(113)로 누설되는 것을 방지하기 위한 라비린스 실(미부호)이 형성된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 터보 압축기의 개략적인 조립순서는 다음과 같다.

먼저, 상기 회전축(141)에 구동모터(150)의 회전자(151)를 일체로 압입시키거나 또는 제작시 미리 일체로 성형시킨 다음에, 그 회전축(141)을 밀폐용기(110)에 회전가능하게 장착한다. 이후, 상기 회전축(141)의 양단에 제1,제2 임펠러(120,130)를 일체로 고정시키고 나서 상기 회전축(141) 및 각 임펠러(120,130)를 관통하도록 고정축(142)을 삽입시킨 다음에, 그 고정축(142)의 양단을 별도의 고정부재(115)를 이용하여 밀폐용기(110)의 각 압축실(111,112)의 입구측에 고정시킨다.

여기서, 상기 회전축(141)의 내주면과 고정축(142)의 외주면, 보다 정확하게는 베어링부(142a)의 외주면 사이에는 최소 1μm의 동심도를 유지하여야 하므로, 상기 회전축(141)은 물론 고정축(142)의 베어링부(142a)의 외주면이 상기한 동심도를 갖도록 정밀 가공되어야 함과 아울러, 상기 고정부재(115)를 이용하여 고정축(142)을 고정시킬 때에도 상기한 동심도를 갖도록 조립하여야 한다.

한편, 상기와 같은 본 발명에 의한 터보 압축기의 일반적인 동작은 다음과 같다.

즉, 상기 구동모터(150)에 전원이 인가되면, 그 구동모터(150)가 작동함과 아울러 그 구동모터(150)의 구동력이 회전축(141)으로 전달되어 회전축(141)을 회전시키게 되고, 상기 회전축(141)의 회전에 의해 제1,제2 임펠러(120,130)가 회전을 하면서 냉매가스를 순차적으로 흡입 토출하여 1단,2단으로 압축을 하게 되는 것이다.

여기서, 상기 흡입구(113a)를 통해 모터실(113)로 유입된 저온저압의 냉매가스는 구동모터(150)에서 발생되는 열을 냉각시키면서 완전가스 상태로 증발되어 제1 냉매유동관(180)으로 유입되고, 그 제1 냉매유동관(180)으로 유입된 냉매가스는 제1 임펠러(120)로 흡입되어 제1 디퓨져(111b) 및 제1 볼류트(111c)로 토출되면서 원심력에 의해 1단 압축되며, 그 1단 압축된 냉매가스는 다시 제2 냉매유동관(190)을 거쳐 제2 임펠러(130)로 흡입되고, 그 제2 임펠러(130)에서 제2 디퓨져(112b) 및 제2 볼류트(112c)로 토출되면서 2단 압축되어 토출구(114)를 통해 냉동사이클장치의 응축기(미도시)로 토출되는 것이다.

이때, 상기 흡입구(113a)를 통해 모터실(113)로 유입된 냉매가스는 모터실(113)을 순환하는 과정에서 일부가 회전축(141)과 고정축(142) 사이의 간극으로 스며들게 되고, 이 냉매가스는 회전축(141)의 내주면과 고정축(142)의 베어링부(142a)의 외주면 사이로 유입되어 회전축(141)과 고정축(142)이 일정 간극을 유지하도록 함으로써, 상기 회전축(141)의 고속회전시 그 내주면이 고정축(142)의 외주면에 부딪히지 않도록 회전축(141)의 반경방향 하중을 양쪽에서 지지하게 된다.

또한, 상기 제1,제2 임펠러(120,130)에서 각각의 디퓨져(111b,112b) 및 볼류트(111c,112c)로 토출되는 압축가스의 일부도 각 임펠러(120,130)의 배면쪽 결합틈새를 통해 회전축(141)과 고정축(142) 사이의 간극으로 스며들어 전술한 가스베어링의 역할을 하게 된다.

한편, 상기 제1 압축실(111)과 제2 압축실(112)의 사이에는 일정한 압력차가 발생되어 회전축(141)을 제2 임펠러(130)쪽에서 제1 임펠러(120)쪽으로 밀어내게 되나, 이는 상기 내,외측지지판(171,172)과 고정판(173)의 사이로 유입되는 냉매가스가 축방향 지지용 가스베어링의 역할을 하게 되어, 상기 회전축(141)이 안정적으로 고속회전을 할 수 있게 된다.

이와 같이, 상기 회전축(141)은 구동모터(150)의 구동력을 전달받아 각 임펠러(120,130)를 회전시키면서 냉매가스를 압축하는 과정에서 일정량의 반경방향 및 축방향 하중을 받게 되는데, 이 중에서 반경방향의 하중을 지지하기 위하여 종래에는 단봉인 구동축(40)의 양측에 부시(61)를 압입시키고, 그 양측 부시(61)와 소정 간극을 두고 베어링하우징(62)을 각각 결합시키며, 그 각각의 베어링하우징(62)을 별도의 지지부재(63)로 밀폐용기(10)에 각각 결합하는 것이었으나, 본 발명은 상기 구동축을 회전축(141)과 그 회전축(141)에 삽입되는 고정축(142)으로 구분하고, 그 중에서 회전축(141)에는 각 임펠러(120,130) 및 구동모터(150)의 회전자(151)를 일체시키는 반면 상기 고정축(142)은 밀폐용기(110)에 고정시키며, 상기 회전축(141)과 고정축(142)의 간극으로 유입되는 냉매가스를 이용하여 가스베어링의 역할을 하도록 함으로써, 상기 회전축(141)과 고정축(142)만을 정밀가공하더라도 반경방향의 하중을 원활하게 지지할 수 있게 됨과 아울러 상기 회전축(141)과 고정축(142)의 조립시에도 동심도를 일치시키기가 용이하여, 터보 압축기의 생산성은 물론 안정성 및 신뢰성이 향상된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 터보 압축기는, 제1,제2임펠러가 회전가능하게 장착되는 제1,제2압축실이 양측에 형성되고 중앙에 흡입구를 갖는 모터실이 형성되며 제2압축실에는 토출구가 형성된 밀폐용기와, 상기 모터실과 제1압축실을 연통시켜 냉매가스를 제1압축실로 유도하는 제1 냉매유동관과, 상기 제1압축실과 제2압축실을 연통시켜 제1압축실에서 1단 압축된 냉매가스를 제2압축실로 유도하는 제2냉매유동관과, 상기 모터실의 내부에 장착되어 구동력을 발생시키는 구동모터와, 그 구동모터의 회전자와 일체로 결합되어 회전함과 아울러 양단에는 상기 제1,제2임펠러가 각각 고정 결합되어 각 임펠러를 회전시키는 회전축과, 그 회전축의 내부에 일정 간극을 두고 삽입됨과 아울러 양단이 고정되어 상기 회전축과의 간극으로 유입되는 냉매가스가스에 의해 그 회전축을 반경방향으로 지지하는 고정축과, 상기 회전축의 축방향 하중을 지지하는 스러스트 베어링으로 구성함으로써, 상기 회전축과 고정축만을 정밀가공하더라도 반경방향의 하중을 원활하게 지지할 수 있게 됨과 아울러 상기 회전축과 고정축의 조립시에도 동심도를 일치시키기가 용이하여, 터보 압축기의 생산성은 물론 안정성 및 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 냉매가스를 압축시키는 제1,제2 임펠러가 회전가능하게 장착되는 제1,제2 압축실이 양측에 각각 형성되고 중앙에 흡입구를 갖는 모터실이 형성되며 상기 제2 압축실에는 토출구가 형성되어 이루어지는 밀폐용기와 ; 상기 모터실과 제1 압축실의 입구측을 연통시켜 모터실을 냉각시키면서 통과한 냉매가스를 제1 압축실로 유도하는 제1 냉매유동관과 ; 상기 제1 압축실의 출구측과 제2 압축실의 입구측을 연통시켜 제1 압축실에서 1단 압축된 냉매가스를 2단 압축시키기 위하여 제2 압축실로 유도하는 제2 냉매유동관과 ; 상기 모터실의 내부에 장착되어 구동력을 발생시키는 구동모터와 ; 그 구동모터의 회전자와 일체로 결합되어 회전함과 아울러 양단에는 상기 제1,제2 임펠러가 각각 고정 결합되어 각 임펠러를 회전시키는 회전축과 ; 그 회전축의 내부에 일정 간극을 두고 삽입됨과 아울러 양단이 고정되어 상기 회전축과의 간극으로 유입되는 냉매가스에 의해 그 회전축을 반경방향으로 지지하는 고정축과 ; 상기 회전축의 축방향 하중을 지지하기 위한 스러스트 베어링을 포함하여 구성한 터보 압축기.
2. 제1항에 있어서, 상기 고정축은 그 외주면 일부가 회전축의 내주면과 함께 베어링면을 이루도록 직경이 확대되는 베어링부가 일정간격을 두고 두 개 이상 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
3. 제2항에 있어서, 상기 베어링부는 진원형 단면 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
4. 제2항에 있어서, 상기 베어링부는 그 외주면에 가스의 유입을 원활하게 하기 위한 가스흡입용 그루브가 형성되는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.