KR101113831B1

KR101113831B1 - 터보 기기

Info

Publication number: KR101113831B1
Application number: KR1020040058786A
Authority: KR
Inventors: 허제열
Original assignee: 삼성테크윈 주식회사
Priority date: 2004-07-27
Filing date: 2004-07-27
Publication date: 2012-02-29
Also published as: KR20060010175A

Abstract

본 발명은 터보 기기를 개시한다. 본 발명에 따르면, 하우징과; 하우징 내부에 배치된 모터와; 모터와 결합되어 회전하며 적어도 일측으로 인출된 구동축;을 구비하는 터보 기기에 있어서, 구동축의 직경보다 큰 직경을 가지고, 구동축과 동일 축상으로 구동축의 일단부에 일체로 형성된 디스크와; 디스크의 내측면에 대응되게 배치되어 구동축의 축방향 하중을 지지하는 내측 트러스트 베어링과, 구동축의 외주면에 대응되게 배치되어 구동축의 반경방향 하중을 지지하는 레이디얼 베어링이 각각 장착되며, 적어도 2분할되도록 형성된 내측 베어링 케이스;를 구비한다.

Description

터보 기기{Turbo machine}

도 1은 종래의 일 예에 따른 터보 기기를 도시한 부분 단면도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 기기를 도시한 부분 단면도.

도 3은 도 2에 있어서, 베어링 케이스를 도시한 사시도.

도 4는 도 3의 베어링 케이스에 레이디얼 에어포일 베어링이 장착된 상태를 도시한 단면도.

도 5는 도 3의 베어링 케이스에 트러스트 에어포일 베어링이 장착된 상태를 도시한 사시도.

〈도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명〉

110..하우징 121..스테이터

122..로터 123..회전축

124..디스크 130..내측 베어링 케이스

140..레이디얼 베어링 150..내측 트러스트 베어링

160..외측 베어링 케이스 170..외측 트러스트 베어링

본 발명은 터보 기기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 베어링의 조립 및 분해를 용이하게 하여 베어링 교체의 편리성을 확보할 수 있도록 구조가 개선된 터보 기기에 관한 것이다.

통상적으로, 터보 기기의 일종으로, 터보 압축기는 회전차(回轉差)의 회전력을 이용하여 유체를 축방향으로 흡입한 다음, 원심방향으로 토출시키면서 압축하는 장치이다. 상기 터보 압축기는 상기 회전차 및 압축실의 개수에 따라 1단식과 2단식 등으로 구분되며, 회전차의 배열 형태에 따라 백 투 백(back to back) 타입과 페이스 투 페이스(face to face) 타입으로 구분된다.

도 1에는 종래의 일 예에 따른 터보 기기를 일부 발췌하여 도시하였다.

도시된 터보 기기(10)에는 하우징(11)과, 상기 하우징(11) 내에 배치되는 모터(12)가 구비되어 있다. 그리고, 상기 모터(12)에는 스테이터(stator, 13)와, 상기 스테이터(13)의 내부에 회전 가능하게 설치된 로터(rotor, 14)가 구비되어 있는데, 상기 로터(14)에는 구동축(15)이 압입되어 결합되어 있으며, 상기 구동축(15)은 로터(14)로부터 소정 길이로 인출되어 있다. 상기 구동축(15)의 단부에는 임펠러 또는 터빈과 같은 미도시된 회전차가 결합되어진다.

상기 구동축(15)에는 이의 직경보다 큰 직경을 갖는 원반 형상의 디스크(16)가 일체로 형성되어 있으며, 상기 구동축(15)은 디스크(16)로부터 소정 길이로 돌출된 구조로 이루어져 있다.

상기 디스크(16)의 양측면에는 외측 트러스트 베어링(22) 및 내측 트러스트 베어링(32)이 각각 배치되어 있으며, 상기 구동축(15)에 있어 디스크(16)로부터 돌 출된 외주면에는 레이디얼 베어링(23)이 배치되어 있다. 이에 따라, 상기 외측 및 내측 트러스트 베어링들(22)(33)은 구동축(15)의 축방향으로 발생한 하중을 지지하게 되고, 상기 레이디얼 베어링(23)은 구동축(15)의 반경방향으로 발생한 하중을 지지하게 된다. 상기와 같은 역할을 하는 외측 트러스트 베어링(22)과 레이디얼 베어링(23)은 외측 베어링 케이스(21)에 장착되어 있으며, 상기 내측 트러스트 베어링(32)은 외측 베어링 케이스(21)와 결합되는 내측 베어링 케이스(31)에 장착되어 있다.

그런데, 상기와 같이 로터(14)에 압입된 구동축(15)의 외주면에 레이디얼 베어링(23)을 배치시키기 위해서는, 상기 구동축(15)과 디스크(16)가 일체로 형성되어 있으므로, 상기 디스크(16)로부터 구동축(15)을 소정 길이만큼 돌출시킨 구조로 이루어져야만 한다. 이러한 구조는 구동축(15)의 전체 길이가 길어지게 되고, 이에 따른 무게가 증가하게 되며, 로터(14)의 동적인 측면에서 취약점을 가지는 문제가 있게 된다.

이와 같은 문제를 해결하기 위한 일 방안으로, 디스크를 별개로 제조하여 구동축에 결합시킬 수 있는데, 이 경우에는 디스크와 구동축 사이의 결합을 위한 별도의 수단이 요구되므로 작업 공정수가 늘어나게 되고 공정비가 많이 소요된다. 게다가, 베어링의 손상이나 마모로 인한 교체 작업도 용이하지 않은 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 베어링의 조립 및 분해를 용이하게 하며, 이에 따른 베어링 교체를 편리하게 할 수 있는 터보 기기를 제 공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면,

하우징과; 상기 하우징 내부에 배치된 모터와; 상기 모터와 결합되어 회전하며 적어도 일측으로 인출된 구동축;을 구비하는 터보 기기에 있어서,

상기 구동축의 직경보다 큰 직경을 가지고, 상기 구동축과 동일 축상으로 상기 구동축의 일단부에 일체로 형성된 디스크와;

상기 디스크의 내측면에 대응되게 배치되어 상기 구동축의 축방향 하중을 지지하는 내측 트러스트 베어링과, 상기 구동축의 외주면에 대응되게 배치되어 상기 구동축의 반경방향 하중을 지지하는 레이디얼 베어링이 각각 장착되며, 적어도 2분할되도록 형성된 내측 베어링 케이스;를 구비하여 된 것을 특징으로 한다.

상기 트러스트 베어링은 트러스트 에어포일 베어링이며, 상기 레이디얼 베어링은 레이디얼 에어포일 베어링인 것이 바람직하다.

상기 내측 베어링 케이스는 상기 디스크의 내측면에 대향되도록 형성된 트러스트용 장착부와, 상기 트러스트용 장착부의 중앙으로부터 상기 구동축의 축방향으로 연장되어 상기 구동축의 외주면에 대향되도록 형성된 레이디얼용 장착부를 구비하여 된 것이 바람직하다.

상기 디스크의 외측면에 배치되는 외측 트러스트 베어링을 수용하며, 상기 내측 베어링 케이스와 결합되는 외측 베어링 케이스가 더 구비된 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 기기가 도시되어 있는데, 도시된 것은 터보 기기에 있어 본 발명의 일 특징에 따른 주요부가 포함된 일부 구조를 발췌한 것이다.

도시된 터보 기기(100)에는, 하우징(110)과, 상기 하우징(110) 내에 배치되는 모터(120)가 구비되어 있다.

상기 모터(120)에는 하우징(110)의 내측에 결합되는 스테이터(121)와, 상기 스테이터(121)의 내부에 회전 가능하게 설치된 로터(122)가 구비되어 있다. 여기서, 상기 모터(120)에 전류가 공급되면 스테이터(121)에는 자기력이 발생되며, 상기 스테이터(121)에서 발생된 자기력에 의해 로터(122)가 회전하는 구조로 이루어질 수 있는데, 이를 위해, 상기 로터(122)에는 영구자석 등이 포함될 수 있다.

상기와 같이 하우징(110) 내에 회전 가능하게 설치된 로터(122)에는 구동축(123)이 결합되어 있으며, 상기 구동축(123)은 로터(122)로부터 소정 길이로 인출되어 있다. 상기 구동축(123)과 로터(122) 사이의 결합은 압입 방식 등에 의해 고정됨으로써, 로터(122)가 회전하게 되면 구동축(123)도 함께 회전 가능하게 된다. 상기 구동축(123)의 단부에는 임펠러 또는 터빈과 같은 미도시된 회전차가 결합되어진다.

상기와 같이 모터(120)에 결합된 구동축(123)은 축방향으로 하중을 받게 되는데, 상기 축방향 하중을 지지할 수 있도록, 상기 구동축(123)의 일단부에는 디스 크(124)가 일체로 형성되어 있다. 상기 디스크(124)는 구동축(123)의 외경보다 큰 외경을 갖는 원반 형상으로 형성되되, 상기 구동축(123)과 동일 축상에 형성되어 있다. 상기와 같이 구동축(123)의 일단부에 디스크(124)가 형성됨에 따라 구동축(123)의 전체적인 길이가 도 1에 도시된 종래에 따른 구동축(15)에 비해 상대적으로 짧아질 수 있어 무게가 감소될 수 있으며, 로터(122)의 동적 특성을 향상시킬 수 있다. 그리고, 구동축(123)에 디스크(124)가 일체로 형성됨에 따라, 별도의 결합수단이 필요하지 않게 되므로, 조립 공수가 줄어들 수 있게 된다.

상기와 같이 형성된 디스크(124)에 있어 하우징(110)을 향한 내측면에는 내측 트러스트 베어링(150)이, 디스크(124)의 외측면에는 외측 트러스트 베어링(170)이 각각 대응되어 배치되어진다. 상기 내측 및 외측 트러스트 베어링들(150)(170)은 구동축(123)의 축방향으로 발생한 하중을 지지하는 역할을 하게 된다. 한편, 상기 구동축(123)의 반경방향으로 발생한 하중을 지지하기 위해서는 구동축(123)의 단부측, 즉 디스크(124)에 인접한 외주면에 레이디얼 베어링(140)이 대응되어 배치되어진다.

상기와 같은 역할을 하는 레이디얼 베어링(140)과, 내측 트러스트 베어링(150)은 본 발명의 일 특징에 따른 내측 베어링 케이스(130)에 장착되어있으며, 상기 외측 트러스트 베어링(170)은 내측 베어링 케이스(130)와 외측 가장자리에서 결합되는 외측 베어링 케이스(160)에 장착되어있다.

상기 본 발명의 일 특징에 따른 내측 베어링 케이스(130)는 도 3에 상세히 도시되어 있다.

도시된 바에 따르면, 내측 베어링 케이스(130)는 2분할된 구조로 이루어져 있는데, 이에 한정되지 않고, 내측 베어링 케이스는 3분할 이상으로 이루어질 수도 있다.

상기와 같이 2분할된 내측 베어링 케이스(130)에는 트러스트용 장착부(131)와 레이디얼용 장착부(132)가 구비되어 있다. 상기 트러스트용 장착부(131)는 디스크(124)의 내측면에 대향되도록 원반 형상으로 형성되어 내측 트러스트 베어링(150)이 설치된다. 그리고, 상기 레이디얼용 장착부(132)는 상기 트러스트용 장착부(131)의 중앙으로부터 내부 공간을 갖으며 상기 구동축(123)의 축방향으로 연장됨으로써 내측면이 구동축(123)의 외주면에 대향되도록 형성되어 있다. 상기 레이디얼용 장착부(132)의 내측면에는 레이디얼 베어링(140)이 설치된다. 한편, 상기 트러스트용 장착부(131)의 외측 가장자리에는 통공 형상의 공기 유로(133)들이 더 형성될 수도 있다.

상기 내측 베어링 케이스(130)에 구비된 레이디얼용 장착부(132)에 설치되는 레이디얼 베어링(140)은 여러 형태의 레이디얼 베어링들 중에서 어느 하나가 될 수 있는데, 일 예로서 도 4에 도시된 바와 같은 구조를 갖는 레이디얼 에어포일 베어링로 이루어질 수 있다.

도시된 레이디얼 베어링(140)은 복수개의 레이디얼 에어포일(141)들을 구비하고 있다. 상기 레이디얼 에어포일(141)들은 각각 유선형의 날개 형상으로 형성되고 탄성력을 가지며, 상호 중첩되도록 구동축(123)의 원주 방향을 따라 배열되어 있다. 즉, 상기 레이디얼 에어포일(141)의 일단부는 레이디얼용 장착부(132)의 내 측면에 고정되어 있으며, 타단부는 인접한 레이디얼 에어포일(141)의 내측면에 접촉되어 있다. 이때, 상기 레이디얼용 장착부(132)와 레이디얼 에어포일(141) 사이의 고정은, 일 예로서 레이디얼 에어포일(141)의 일단부가 레이디얼용 장착부(132)의 내측면에 구동축(123)의 축방향과 상응하는 길이 방향으로 형성된 슬롯(142)에 끼워진 상태에서 상기 슬롯(142)에 고정 부재(143)가 압입됨으로써 이루어질 수 있다. 한편, 상기 레이디얼 베어링(140)은 상기 분할된 내측 베어링 케이스(130)에 각각 대응되도록 분할되어 장착될 수 있다.

상기와 같은 구조를 갖는 레이디얼 베어링(140)은, 레이디얼용 장착부(132)의 내부 공간에서 구동축(123)이 서서히 회전하게 되면, 상기 구동축(123)과 레이디얼 에어포일(141)들 사이에 고압의 공기층이 형성되고, 이러한 공기의 압력에 의해 구동축(123)이 부상(浮上)하게 됨으로써, 상기 구동축(123)이 레이디얼 에어포일(141)과 일정한 간격을 유지한 상태로 회전 가능하게 된다. 이때, 상기 레이디얼 에어포일(141)들은 구동축(123)을 지지하는 댐핑 역할을 하게 된다.

한편, 상기 내측 베어링 케이스(130)에 구비된 트러스트용 장착부(131)에 설치된 내측 트러스트 베어링(150)은 여러 형태의 트러스트 베어링들 중에서 어느 하나가 될 수 있는데, 일 예로서 도 5에 도시된 바와 같은 구조를 갖는 트러스트 에어포일 베어링로 이루어질 수 있다.

도시된 내측 트러스트 베어링(150)은 트러스트 에어포일(151)들을 구비하는데, 상기 트러스트 에어포일(151)들은 각각 탄성력을 가지며 부채꼴 형상으로 형성되어 있다. 상기 트러스트 에어포일(151)들은 트러스트용 장착부(131)의 평활면으 로부터 소정 간격으로 이격되며 대향되도록 배치되어 있으며, 상기 트러스트 에어포일(151)들은 방사형으로 배열되어 있다. 상기 트러스트 에어포일(151)에 있어 디스크(124)의 반경 방향에 대응되는 양단부 중에서 일단부는 고정 블록(152)에 의해 트러스트용 장착부(131)에 고정된 상태에 놓여 있으며, 타단부는 자유로운 상태에 놓여져 있다. 한편, 상기 내측 트러스트 베어링(150)은 상기 분할된 내측 베어링 케이스(130)에 각각 대응되도록 분할되어 장착될 수 있다.

상기와 같은 구조를 갖는 내측 트러스트 베어링(150)은 외측 트러스트 베어링(170)과 함께, 디스크(124)의 양측면을 댐핑 지지함으로써, 구동축(123)의 축방향 하중을 지지하게 된다. 한편, 상기 내측 트러스트 베어링(150)과 디스크(124)를 사이에 두고 배치된 외측 트러스트 베어링(170)은 내측 트러스트 베어링(150)과 동일한 구조로 이루어질 수 있으나, 이에 반드시 한정되지는 않는다.

상기한 바와 같은 레이디얼 베어링(140)과 내측 트러스트 베어링(150)이 장착되는 내측 베어링 케이스(130)는 전술한 바와 같이, 적어도 2분할된 구성으로 이루어짐으로써, 일단부에 디스크(124)가 형성된 구동축(123)에 대한 레이디얼 베어링(140) 및 내측 트러스트 베어링(150)의 설치가 용이해질 수 있다. 즉, 구동축(123)이 로터(122)에 먼저 압입되어 결합된 상태에서, 2분할된 내측 베어링 케이스(130)가 디스크(124)에 의한 간섭을 받지 않고, 구동축(123)과 디스크(124)에 조립될 수 있게 됨으로써, 구동축(123)의 외주면에 레이디얼 베어링(140)이, 디스크(124)의 내측면에 내측 트러스트 베어링(150)의 설치가 각각 이루어질 수 있게 된다.

그리고, 상기와 같이 구동축(123)의 외주면과 디스크(124)의 내측면에 내측 베어링 케이스(130)가 조립된 상태에서, 외측 트러스트 베어링(170)이 장착된 외측 베어링 케이스(160)를 디스크(124)의 외측면에 대향시킨 후, 외측 가장자리에서 상기 내측 베어링 케이스(130)와 결합시켜 조립하게 되면, 상기 디스크(124)의 양측면에 내측 및 외측 트러스트 베어링들(150)(170)이 각각 배치될 수 있게 된다.

상기한 바와 같이 구동축(123) 및 디스크(124)에 대한 베어링들(140)(150)(170)이 조립되는 과정이 용이해지는 것과 마찬가지로, 조립 과정과 반대 과정으로 이루어지는 분해 과정도 용이해질 수 있게 된다. 따라서, 베어링들(140)(150)(170)의 손상이나 마모로 인한 교체 작업이 편리하게 이루어질 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 베어링 케이스가 적어도 2분할된 구조로 이루어짐에 따라, 베어링의 조립 및 분해가 용이하게 되며, 이에 따른 베어링 교체가 편리하게 될 수 있다. 그리고, 구동축의 일단부에 디스크가 일체로 형성됨에 따라, 구동축에 디스크를 결합시키는 작업 공수가 줄어들 수 있으며, 구동축의 전체 길이를 줄일 수 있어 경량화가 될 수 있으며, 구동축이 결합되는 로터의 동적 특성이 향상되는 효과를 얻을 수 있게 된다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라 서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims

하우징과; 상기 하우징 내부에 배치된 모터와; 상기 모터와 결합되어 회전하며 적어도 일측으로 인출된 구동축;을 구비하는 터보 기기에 있어서,

상기 구동축의 직경보다 큰 직경을 가지고, 상기 구동축과 동일 축상으로 상기 구동축의 일단부에 일체로 형성된 디스크와;

상기 디스크의 내측면에 대응되게 배치되어 상기 구동축의 축방향 하중을 지지하는 내측 트러스트 베어링과, 상기 구동축의 외주면에 대응되게 배치되어 상기 구동축의 반경방향 하중을 지지하는 레이디얼 베어링이 각각 장착되며, 적어도 2분할되도록 형성된 내측 베어링 케이스을 구비하며,

상기 내측 베어링 케이스는,

상기 디스크의 내측면에 대향되도록 형성된 트러스트용 장착부와,

상기 트러스트용 장착부의 중앙으로부터 상기 구동축의 축방향으로 연장되어 상기 구동축의 외주면에 대향되도록 형성되는 레디얼용 장착부를 구비하며,

상기 내측 트러스트 베어링은,

상기 내측 베어링 케이스의 상기 트러스트용 장착부에 배치되며, 상기 분할된 내측 베어링 케이스에 각각 대응되도록 분할되어 장착되며,

상기 레이디얼 베어링은,

상기 내측 베어링 케이스의 상기 레디얼용 장착부에 배치되며, 상기 분할된 내측 베어링 케이스에 각각 대응되도록 분할되어 장착된 것을 특징으로 하는 터보 기기.
제1항에 있어서,

상기 트러스트 베어링은 트러스트 에어포일 베어링이며, 상기 레이디얼 베어링은 레이디얼 에어포일 베어링인 것을 특징으로 하는 터보 기기.
삭제
제1항에 있어서,

상기 트러스트용 장착부의 외측 가장자리에는 통공 형상의 공기 유로들이 형성된 것을 특징으로 하는 터보 기기.
삭제
제1항에 있어서,

상기 디스크의 외측면에 배치되는 외측 트러스트 베어링을 수용하며, 상기 내측 베어링 케이스와 결합되는 외측 베어링 케이스가 더 구비된 것을 특징으로 하는 터보 기기.