KR0132408B1 - 유체 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체압축기에 관한 것으로서, 축방향의 양단부를 폐쇄된 실린더 (1)와, 상기 실린더내에 회전이 자유롭게 삽입되고 외주변에 따라서 소정의 나선홈 (3)을 갖고 상기 실린더의 축에 대해 소정의 거리 (θ)만큼 기울어 배치되어 회전하는 회전체 (2)와 , 소정의 나선상을 이루고 상기 회전체의 상기 나선홈의 깊이방향으로 출입이 자유롭게 말려있는 압축요소로서의 브레이드(4)를 구비하고 압축하는 대상으로서의 작동유체를 상기 실린더의 일단에 형성된 흡입구(7)측에서 흡입하고 타단에 형성된 토출구(8)측에 회전운동에 의해 서서히 그 유체를 이송하면서 압축동작을 하는 유체압축기(콘프레서)이고, 상기 나선홈은 상기 회전체의 원주방향의 좌표(θ)와 축방향의 좌표 (Z)와의 관계를 표시한 소정의 관계식의 그 축방향 좌표를 그 원주 방향좌표에 관해 「 2차미분」하여 얻은 결과가 비슷하게 연속적인 분포를 갖는 (소정의 나선)형상으로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

유체 압축기

제1도는 본 발명에 관한 유체압축기의 전체구성을 개략적으로 도시한 단면도.

제2도는 본 발명에 관한 유체압축기의 주요부를 도시한 부분단면도.

제3도는 본 발명에 관한 유체압축기의 회전체와 홈의 요부를 도시한 부분 단면도.

제4도는 제 1의 실시예에 관한 홈 형상을 도시한 관계도.

제5도는 제1의 실시예에서 블레이드에 일어나는 굴곡을 도시한 분포도.

제6도는 제2의 실시예에 관한 홈형상 및 홈형상의 2차 미분한 값을 도시한 관계도.

제7도는 비교예로서의 홈형상 및 홈형상의 2차 미분한 값을 도시한 관계도,

제8도는 제2의 실시예에 관한 블레이드에 일어나는 굴곡의 분포를 도시한 분포도.

제9도는 제 2의 실시예에 관한 홈형상 2차 미분치와 블레이드 굴곡치와의 관계를 도시한 관계도.

제10도는 제3의 실시예에 관한 홈형상을 도시한 관계도.

제11도는 제3의 실시예에서 블레이드에 일어나는 굴곡을 도시한 분포도.

제12도는 제4의 실시예에 관한 블레이드의 형상을 도시한 사시도.

제13도는 제4의 실시예에 관한 블레이드 형상을 도시한 단면도.

제14도 a 및 제14도 b는 제4의 실시예에 관한 블레이드와 그 블레이드에 생기는 굴곡을 도시한 분포도.

제15도는 제4의 실시예에 관한 다른 블레이드의 형상을 도시한 단면도.

제16도는 종래예의 압축기 주요부를 도시한 부분 단면도.

제17도는 종래예의 홈형상을 도시한 관계도.

제18도는 종래예의 블레이드에 생기는 굴곡을 도시한 분포도.

제 19도는 종래예의 블레이드에 생기는 굴곡을 도시한 분포도이고,

제20도는 종래예의 블레이드에 생기는 굴곡을 도시한 분포도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 본체 2 : 회전체

3 : 홈 4 : 블레이드

4C : 모따기면 5,6 : 축베어링

7 : 흡입구 8 : 토출구

11 : 압축기본체 12 : 밀폐케이스

본 발명은, 예를 들면 냉동사이클장치등에 이용되고 작동유체인 냉매가스의 압축을 행하는 유체압축기에 관한 것으로, 특히 나선(헤리컬)형상의 블레이드 (blade)를 구비한 유체압축기에 관한 것이다.

종래의 압축기로는 『왕복』『로터리식』등의 각종 방식의 압축기가 알려져 있다. 그러나 이들 압축기에 있어선, 회전력을 압축기홈부에 전달하기 위한 크랭크샤프트 등의 구동부와 압축부등의 구조자체가 복잡하게 구성되어있기 때문에 구성부품의 수도 많고, 그결과 제작비용이 높아졌다.

또 회전부의 언배런스에 기인하는 진동의 발생에 의해 소음이 크다는 문제도 있었다. 그래서 근래 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 나선형상의 블레이드를 구비한 유체압축기가 제안되었다.

제16도는 종래의 헤리컬(나선)블레이드 방식의 유체압축기의 주요부이다. 이 방식의 압축기는 실린더(101)와 이 실린더 내측에 조금 편심되어 배채되어있다. 또 이 실린더(101)에 대해서 상대적으로 선회운동하는 회전체(102)와 이 회전체의 외주면에 나선형상으로 형성된 홈(103)에 그 홈의 깊이방향으로 미끄럼 운동이 자유롭게 삽입된 나선형상의 블레이드(104)를 구비하고 있다.

이 블레이드(104)는 실린더(101)에 대한 회전체(102)의 선회운동과 함께 홈(103)을 미끄럼운동하고 그홈의 길이방향으로 출입한다. 이 실린더(101) 및 회전체(102)의 양단은, 축베어링(105) 및 (106)에 회전이 자유롭게 지지되어 있다. 각 축베어링에는 각각 작동유체의 흡입구(107) 및 토출구(108)가 설치되어 있다. 또 상기 회전체 (102)에 설치된 홈(103)은 흡입구(107)에서 토출구(108)를 향하여 서서히 그 나선의 피치가 좁게 형성되어 있다. 따라서 상기의 실린더(101), 회전체(102) 및 블레이드(104)로 나누어진 공간의 각각의 용적은 흡입구(107)에서 토출구(108)를 향하여 순서대로 작아진다. 따라서 흡입구(107)에서 흡입된 작동유체는 회전체(102)가 선회운동함에 따라 토출측의 공간으로 이송되는 동시에 서서히 압축되어 토출구(108)에서 토출된다.

이와같은 유체압축기에 있어서 작동유체의 압축특성은 상기 회전체(102)의 외주에 설치된 홈(103)의 배치 및 형상에 의해 결정된다. 즉 유체의 압축율은 실린더(101), 회전체(102) 및 블레이드(104)에 의해 나누어진 공간중, 흡입측단의 공간의 용적과 토출측단의 공간의 용적과의 비에 의해 결정된다. 따라서 이 압축율을 크게 하기 위해서는 토출측단의 공간의 용적에 대해 흡입측단의 공간의 용적을 될 수 있는대로 크게 할 필요가 있다.

이와같은 필요에 따라 종래의 압축기에 있어서는 블레이드험(103)의 형상이 제17도의 그래프곡선에 표시한 바와같은 회전체의 축방향 거리와 둘레방향각도와의 관계를 표시한 형상으로 구성되어 있다. 즉 도면중의 횡축은 회전체(102)의 둘레 방향각도 θ를 표시하고, 종축은 흡입단측에서의 축방향거리 Z를 표시한다. 이 블레이드홈의 형상은 2개의 곡선(f)와 곡선(g)으로 구성되어 있다 상세하게는 흡입단측의 곡선(f)은 흡입단측을 향하여 블록하고, 토출단측의 곡선(g)은 토출단측을 향하여 볼록해있고, 이들 2개의 다른 곡선이 접속위치 (h)에서 연결되어 있다. 그 결과 흡입단측의 곡선(f)이 흡입단측을 향하여 볼록해짐에 따라 가장 흡입단측에 위치한 실린더(101), 회전체(102), 및 블레이드(104)에 의해 나누어진 공간의 용적을 크게 형성할 수 있다. 따라서 압축율을 비교적 크게하는 것이 가능했다.

그런데 블레이드(104)는 회전체(102)의 홈(103)에 대해서 그 홈의 깊이방향에 미끄럼운동이 자유롭게 움직이는 출입동작에 수반해, 강제적인 변형을 받기 때문에 그 홈의 내부 및 블레이드 자체에 굴곡 및 응력을 일으킨다. 이 굴곡 및 응력은 블레이드 둘레 방향으로 분포한다. 예를 들면 제17도가 표시한 홈형상을 특징으로하는 종래의 압축기에 있어서는 변형에 의해 생기는 블레이드 굴곡의 둘레방향의 분포는 제18도에 표시한 그래프가 표시한 것과 같다.

또한 동도면에 있어서 굴곡의 피크를 일으키는 위치는 동계산에 의해 제1도에 표시한 2곡선의 접속위치 (h)인 것이 명백하다. 따라서 회전체의 회전에 수반하여 블레이드 2곡선 접속위치(h)에는 주기적으로 매우 큰 굴곡이 발생하기 때문에 2곡선의 접속위치 (h)에 있어서는 때때로 블레이드의 파단에 발생하는 일이 있었다.

또 블레이드(104)의 강제적인 변형에 의해 그 내부에 생기는 굴곡 및 응력은 블레이드(104)의 둘레방향 뿐만 아니라, 반지름방향 및 두께방향에 분포를 갖고 발명자 등의 계산에 의하면 제17도에 표시한 홈 형상으로 갖는 종래의 압축기에 있어서는 변형에 의해 생기는 블레이드 굴곡의 둘레방향의 분포, 반지름방향의 분포 및 두께방향의 분포는 각각 제18도 제29도 및 제20도에 표시된 그래프가 된다.

따라서 제19도와 제20도의 결과에서도 블레이드 전체에 있는 최대굴곡은 둘레방향에서는 2곡선 접속위치 (h), 반지름 방향의 내주 및 두께방향의 표면에서 발생하는 것이 판독된다.

전술한 바와 같이 종래의 압축기에 있어서는 그 압축율을 높이기 위해서 블레이드 홈의 형상이 2곡선에 의해 구성되어 있었다. 이 때문에 회전체의 회전에 수반하여 블레이드의 2곡선 접속위치에는 주기적으로 매우 큰 굴곡이 발생하기 때문에 이들 2곡선의 접속위치에 있어서 작동시에 파단이 생기는 등의 결점이 이었다.

본 발명의 목적은 압축기로서의 높은 압축율을 유지하면서 블레이드의 파단을 방지하는 것이 가능한 구성의 압축기를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 다음의 4가지 실시예를 제공한다.

제1의 실시예는 축방향 양단부가 폐쇄된 실린더내에, 외주면을 따라서 나선홈을 갖는 회전체를 소저의 편심을 갖고 배치하고 이 회전체의 상기홈에 나선형사의 블레이드가 홈이 깊이 방향에 출입이 자유롭게 감겨 장착된 압축요소를 구비하고, 작동유체를 상기 실린더의 흡입측에서 흡입하여 토출측으로 서서히 이송하면서 압축을 하는 유체압축기에 있어서, 상기 나선홈은 상기 회전체의 원주 방향죄표와 축방향좌표와의 관계를 나타내는 단 하나의 관계식을 만족하기 위한 형상으로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

제2의 실시예는 상기의 유체압축기의 상기 나선홈은, 상기 회전체의 원주방향좌표와 축방향좌표와의 관계를 나타내는 관계식을, 축방향좌표를 원주방향좌표에 관하여 2차 미분한 결과가 거의 연속적인 분포를 갖는 형상으로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

제3의 실시예는 상기 유체압축기의 상기 나선홈은, 상기 회전체의 원주방향좌표 θ와 축방향좌표 Z와의 관계를 도시한 복수의 관계식을 연결한 형상으로 구성되고, 이관계식중 1종이 θ와 Z와의 선형식이고, 또 이 선형식부분을 사이에 둔 나선 홈부분이 선형부분과의 접속부에 있어서 기울기가 같은 관계식으로 이루어진 것을 특징으로 하고 있다

제4의 실시예는 상기 유체압축기의 상기 블레이드의 내주측 각부에 모따기를 실시한 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 실시예의 유체압축기는 블레이드홈을 단 하나의 관계식에 의해 구성함에 따라 블레이드에 발생하는 굴곡의 피크를 감소시킬 수 있다. 본 발명의 다른 실시예의 압축기에서는 블레이드홈을 구성하는 관계식이 적어도 일부에 있어서는 축방향좌표와 원주방향좌표에 관해 이차 미분한 결과가 거의 연속적인 분포를 갖도록 구성함에 의해 블레이드에 발생하는 굴곡을 감소시킬수 있다. 또다른 본 발명의 실시예의 유체압축기에서는 블레이드홈을 복수의 곡선과, 선형부에 의해 구성함에 따라 곡선과 선형부와의 접속위치에 있어서 블레이드에 발생하는 굴곡을 줄일 수 있다. 또 다른 본 발명의 실시예의 유체압축기에서는 블레이드의내주측 각부의 모따기를 실시한 것에 의해 곡선의 접속위치 내주표면에 있어서 블레이드에 발생하는 굴곡을 감소시킬수 있다.

상기 각 작용의 결과 본 발명의 유체압축기는 높은 압축율을 유지하면서 블레이드의 파단의 발생이 일어나기 어렵다.

먼저 본 발명의 유체 압축기의 전체의 개략구성에 대해서 제1도에 기초해 간단히 설명한다.

이 유체압축기는 예를 들면 냉동사이클장치에 이용되고 냉동가스를 압축하여 토출하는 밀폐형의 압축기이다. 유체압축기(11)는 밀폐케이스(12)내에 수용되는 전동요소(13) 및 압축요소(14)로 구성되어 있다. 상기 전동요소(13)는 밀폐케이스(12)의 내면에 고정된 고리모양의 스테이터(15)와 이스테이터(15)의 내측에 설치된 고리모양의 로터르(16)를 갖고 있다. 상기 압축요소(14)는 실린더(1)를 갖고 있고 이 실린더(1)의 외주면에 상기 로터(16)가 동일한 축을 갖게 장착되어 있다. 상기 실린더(1)의 양단은 밀폐케이스(12)의 내면에 용접등의 수단으로 고정된 흡입측 축베어링 부재인 주축베어링(5) 및 토출측 축베어링부재인 부축베어링(6)에 회전이 자유롭게 지지도고, 이들주, 부축베어링(5)(6)에서 실린더(1)의 양단은 기밀적으로 폐쇄돼어있다. 상기 실린더(1)의 중공부에는 원주형상의 피스톤인 회전체(2)가 축방향으로 수용되어 있다. 이 회전체(2)의 중심축(A)은 상기 실린더의 중심축(B)에 대해 소정거리 e만큼 편심 배치되어 있다. 회전체(2)둘레면 일부는 축방향으로 실린더(1)의 내주면에 접촉하고 있다.

한편 상기 회전체(2)의 일단부에는 그 둘레면에서 축방향을 향하여 끼워맞춤홈(도시하지 않음)이 설치되어 있고, 이 끼워맞춤홈에는 실린더(1)의 내주면에서 돌출한 구동핀(21)이 실린더(1)의 지름방향에 따라 진퇴가 자유롭게 삽입되어 있다.이들 끼워맞춤 홈과 구동핀(21)으로 회전력전달기구가 구성된다.

[제1의 실시예]

제2도는 본 발명의 제1의 실시예의 압축기의 주요부를 표시하는 것으로, 실린더(1)와 이실린더(1)의 내측에 편심배치되어 실린더(1)에 대해 상대적으로 선회운동하는 회전체(2)와 이회전체(2)의 외주면에 나선형상으로 형성된 홈(3)에 삽입된 나선형상의 블레이드(4)를 표시하고 있다. 이 블레이드(4)는 실린더(1)에 대한 회전체(2)의 선회운동에 수반해 홈(3)을 미끄럼 운동하여 그 깊이방향으로 출입한다. 실린더(1) 및 회전체(2)의 양단은 상기한 베어링(5) 및 (6)에 회전이 자유롭게 지지되고, 각 축베어링 (5)(6)에는 각각 작동유체의 흡입구(7) 및 토출구(8)가 설치되어 있어 흡입구(7)에서 흡입된 작동유체는 회전체(2)의 선회운동에 수반해 토출측의 공간으로 이송되는 동시에 서서히 압축되어 토출 (8)에서 토출된다.

본 실시예의 제1의 특징은 홈(3)의 형상에 있고, 제3도에 홈(3)에 형성된 회전체(2)를 빼내어 표시하는 동시에 상기 회전체(2)에 설치된 홈(3)의 형상을 제 4도에 표시한다. 또 제3도에 표시한 바와 같이 흡입단의 홈(3)의 위치를 0으로 규정하고 이 0에서 회전체(2)의 둘레방향으로 360도 회전한 위치를 A로 규정하고 또 720도 회전한 위치를 B로 규정하고 있다.

또 제4도의 곡선은 횡축에 회전체(2)의 둘레방향의 각도 θ,종축에 흡입단으로부터 축방향 거리 Z를 놓고 홈(3)의 형상을 전개한 결과를 나타내고 있다. 홈(3)의 형상은 흡입단측에서는 흡입측에 볼록으로, 토출단측에는 토출측에 볼록한 곡선(a)으로 이루어지고 곡선 a는 다음에 표시한 식(1-1)과 같이 표시한다.

Z= Aθ^D/(Bθ^E+C) .......(1-1)

여기서 A,B,C,D,E는 모두 정수.

본 발명자등에 계산에 의하면 상기의 곡선을 이루는 홈형상을 갖는 제1실시예의 압축기에 있어서는 회전체(2)의 회전에 따른 강제적인 변형에 의해 생기는 블레이드(4)의 휘어짐굴곡의 둘레방향의 분포는 제5도에 표시한 곡선이 된다. 여기서 종축은 종래예의 제18도에 표시한 결과와 동일한 스케일로 표시되어 있다.

제5도에서 알수 있는 바와 같이 회전체(2)의 회전에 따라서 블레이드(4)에 발생하는 주기적인 굴곡은 종래예의 제18도에 표시된 종래의 압축기의 블레이드에 발생하는 굴곡에 비해서 대폭적으로 감소되고 있다. 그결과 본 실시예의 구성에 의해 종래부터의 문제였던 이 굴곡에 기인하는 블레이드의 파단의 발생을 없애는 일이 실현된다.

제4도에 도시한 곡선이 표시한 홈형상은 흡입단측에서 흡입측을 향해 볼록한 부분(b)을 포함하기 때문에 가장 흡입단측에 위치하는 공간의 용적을 크게 형성하는 것이 가능하고 압축율을 종래보다 크게 할수 있다.

또 본 실시예에 있어서는 곡선의 함수로서 상기식 (1-1)을 이용한 경우에 대해서 설명했지만 예를 들면 다음에 표시한 식 (1-2), 식 (1-3)에 표시된 함수는 다음과 같이 나타낸다.

Z= F exp( Gθ^H)......(1-2)

Z= I /( J+ exp(kθ^L))....(1-3)

여기서 상기 F,G,H,I,J,K,L은 모두 정수.

또 전술한 제1실시예에 있어서는 이상에 표시된 3개의 식을 예를 들어 설명했지만 본 발명은 이 제1실시예에 한정되지 않고 그 외의 함수를 이용해도 같은 작용효과를 얻을 수 있다.

[제2의 실시예]

본 발명의 제2의 실시예의 압축기의 주요부는 제2도에 표시된 것과 같고 또 회전체(2)와 홈(3)이 제3도에 도시된 것과 같기 때문에 동일부호를 붙이고 그의 설명은 생략한다.

이 제2실시예도 홈 (3)의 형상에 특징이 있다. 즉 이 홈(3)의 형상은 제6도에 표시한 곡선이 표현하는 형상을 이루고 있다. 이 제6도에 있어서는 홈 (3)의 형상을 나타내기 위해 횡축에 회전체(2)의 둘레방향의 각도 θ,종축에 흡입단으로부터의 축방향거리 Z를 갖는 좌표에 있어서, 홈형상을 전개한 결과를 표시한 곡선(i)과 이 홈형상의 축방향 거리 Z를 둘레방향 각도 θ에 대해서 『 2차미분』한 결과를 나타낸 곡선 (j)가 동시에 도시되어 있다. 즉 이 제 2 실시예의 특징은 홈형상이 2차미분한 결과 얻어진 곡선 (j)의 분포에 제7도의 곡선 (k)의U와 같이 불연속인 분포가 없는 것이다.

비교를 위해 종래 2곡선을 접속함에 따라 구성된 홈형상을 표시한 그래프곡선 (f)(g)과, 그 2차미분한 결과를 표시한 곡선(k)에 대해서는 제7도의 그래프와 비교해 도시되어있다. 이예에서는 홈형상의 2곡선의 접속위치(h)에 있어서 홈형상의 2차미분치를 표시한 분포곡선 (k)에 불연속소(u)가 있다.

이 제 2실시예에 관한 유체 압축기에 있어서는 회전체(2)의 회전에 따른 강제적인 변형에 의해 생기는 블레이드(4)의 구부러진 굴곡의 둘레방향분포는 제8도에 표시되어 있다.

또 제7도에 비교예로서 표시되어 있는 홈형상을 갖는 압축기의 블레이드에 발생하는 굴곡은 이미 설명한 것과 같이 제18도에 표시되어 있다. 즉 홈형상 2차미분의 결과에 불연속부분을 일으키는 2곡선접속위치에 있어서 블레이드에 매우 큰 굴곡을 일으킨다. 여기에서 제8도의 종측은 제18도와 동일한 스케일로 표시되어 있다.

제8도 및 제18도의 양자의 비교결과에서 알 수 있듯이 본 제2실시예의 블레이드에 발생하는 굴곡은 종래의 압축기의 블레이드에 발생하는 굴곡과 비교하여 매우 감소되고 있다. 이 결과 종래부터 문제였던 블레이드의 파단이 발생하지 않게 된다.

또 마찬가지로 본 발명자 등의 계산에 의하면 전술한 바와 같은 홈형상의 2차미분치와 블레이드에 발생하는 굴곡치와의 사이에는 명확한 상관관계가 있다. 이 홈형상 2차미분치와 블레이드굴곡치에 관한 계산결과는 제9도에 정리되어 표시되어 있다.

즉 제9도는 여러 가지 블레이드 홈형상에 대해서 홈형상의 2차미분의 값 및 발생하는 블레이드 굴곡치를 조사하여 플롯하여 그들의 회귀직선을 실선으로 표시한 그래프이고 횡축에 홈형상의 2차 미분의 극치 (피크치), 종축에 그위치에 대응한 블레이드 휘어짐의 굴곡치를 갖고 있다. 이 그래프에서 알 수 있듯이 홈형상의 2차미분치와 블레이드 굴곡치와의 사이에는 정비례의 상관관계가 있다. 또 홈형상의 2차미분치에 불연속부분이 생기는 경우와 불연속 부분이 생기지 않는 경우와는 그 경향이 다른 것을 알 수 있다. 홈형상의 2차 미분치에 불연속부분이 일어나지 않는 경우에는 불연속부분이 생기는 경우와 비교해 홈형상의 2차미분의 변화에 대한 휘어진 굴곡변화의 감도가 낮아 (즉, 변화율이 적다 )지는 동시에 휘어짐의 굴곡값도 대폭으로 낮아진다.

따라서 이 제2실시예와 같이 홈(3)을 홈형상의 2차 미분값의 분포에 불연속부분이 일어나지 않는 홈으로 형성하면 블레이드(4)에 발생하는 굴곡을 대폭감소시키는 것이 가능해지고 그 결과로서 블레이드(4)의 파단 발생을 방지하는 것이 가능하다.

또 전술한 제2실시예에 있어 구체적인 홈형상의 일례로서는 상기 식 (1-1)-식 (1-3)에 표시된 관계를 만족하는 형상이다. 즉 제1실시예와 제2실시예에서는 구체적인 홈형상은 동등해지는 일이 있을 수 있다. 또 제6도의 그래프에 표시된 홈형상 (i)은 흡입측에서 흡입측에 향하여 볼록한 부분을 포함하기 때문에 가장 흡입단측의 용적을 크게할 수 있으며 압축율을 크게하는 것이 가능하다.

[제 3의 실시예]

본 발명의 제3의 실시예의 압축기의 주요부는 제2도에 도시한 예와 동등하고 또한 회전체(2)와 홈(3) 제3도에 도시된 예와 동등하기 때문에 동일부호를 붙인 부분의 설명은 생략한다.

본 제3실시예도 홈(3)의 형상에 특징이 있고 이 홈(3)의 형상은 제1실시예 또는 제2실시예와는 약간 다른 형상으로 구성되어 있다. 즉 이 제3실시예에 관한 상기 회전체(2)에 설치된 홈(3)은 제10도에 표시한 곡선의 표시형상을 이룬다,

이 제 10도는 전술한 제1실시예의 제4도에 대응하는 그래프이고 제3도에 표시된 홈(3)의 형상을 표시하기 위해 횡축에는 회전체(2)의 둘레방향의 각도θ,종축에는 흡입단에서의 축방향거리 Z를 갖고, 그 홈형상이 전개된 결과를 표시하고 있다. 즉 홈(3)의 형상은 흡입단측에서 순서대로 흡입단측으로 볼록해진 곡선(a),선형부(b) 및 토출측으로 볼록해진 곡선(c)로 이루어지고 곡선(a) 및 (c)와 선형부(b)와의 및 접속위치(d)및(e)에 있어서 곡선과 선형부(c)의 기울기는 일치하고 있다. 또 양곡선(a)(c)은 선형부에 대해 상호 회전대칭이고,흡입측에 볼록한 곡선(a),선형부(b),토출측에 볼록한 곡선(c)은 각각 이하에 표시한 식 (2-1)-(2-3)과 같이 나타내어진다.

Z= -A(B-θ)^C+D .....(2-1)

Z=E(B-θ)+F .....(2-2)

Z=A(θ-B)^C+G ......(2-3)

여기서 A,B,C,D,E,F,G는 모두 정수.

본 발명자 등의 계산에 의하면 이와같은 홈형상을 갖는 이 제3실시예의 압축기에 있어서는 회전체(2)의 회전에 따른 강제적인 변형에 의해 생기는 블레이드(4)의 휘어짐의 굴곡이 둘레방향의 분포는 제11도의 그래프가 된다.

종축은 종래의 관계를 표시한 제1도 및 제1실시예에 관한 제5도에 표시한 결과와 동일한 스케일로 표시되어 있다. 또 굴곡의 피크를 일으키는 위치는 동계산에 의해 제10도에 표시된 곡선과 선형부의 접속위치 (d) 및 (e)인 것이 명확하다.

따라서 회전체(2)의 회전에 수반해 블레이드(4)의 곡선과 선형부와의 접속위치 (d)및(e)에 발생하는 주기적인 굴곡은 종래예의 제18도에 표시된 종래의 압축기에 있어서 2곡선의 접속위치 (h)에 발생하는 굴곡에 비해 대폭적으로 감소된다.그결과 종래부터 문제였던 2곡선 접속위치에 있어서 블레이드(4)의 파단이 발생하는 일이 없어진다. 또 블레이드 굴곡의 피크는 2개부분에서 발생하지만 양곡선 (a) 및 (c)을 선형부 (b)에 대해 상호 회전대칭이 되도록 같은 형상으로 성형함에 의해, 양 접속위치 (d) 및 (e)에 굴곡피크치는 동일해지기 때문에 양 굴곡피크를 사호 동시에 감소시키는 것이 가능하다,

제10도에 표시한 홈형상은 흡입단측에서 흡입측을 향하여 볼록해진 곡선 (a)을 포함하기 때문에 흡입단측의 공간의 용적을 크게 형성할 수 있어서 그 압축율을 보다 크게 하는 것이 가능하다, 또 제3실시예에 있어서는 곡선의 함수로서 상기식 (2-1)-식 (2-3)과 같은 지수함수를 이용한 경우에 대해서 설명되어 있지만, 그외의 짓함수, 삼각함수, 역삼각함수, 쌍곡선함수, 역쌍곡선함수, 또는 원통함수 등의 그외의 함수를 이용해도 제3실시예와 마찬가지의 작용효과를 얻는 것이 가능하다. 또 흡입측에 볼록한 곡선 (a)의 토출측에 하나 또는 복수의 선형부 또는 곡선을 접속해도 좋다.

[제4의 실시예]

본 발명의 제4의 실시예의 압축기의 주요부는 제2도에 표시된 것과 동등하기 때문에 동일부호를 붙여 그들의 설명은 생략한다.

이 제4실시예는 블레이드의 단면형상을 나타낸 제13도에 표시된 것처럼 블레이드(4)의 내경측의 2개의 각부에 모따기면(4C)이설치되어 있다. 그 결과 최내주부에 있어서 두게길이를 종래에 비해서 감소시키고 있다. 이 모따기면(4C)은 블레이드(4)의 제작공정에 있어서, 사출성형용의 금형에 미리 모따기면(4C)이 형성된 것을 이용하는 것으로 간단히 만들 수 있다.

다음에 제13도에 표시된 모따기가 실시된 횡단면을 갖는 형상의 블레이드(4)에 있어서, 두께방향 및 반지름 방향에 있어서 굴곡분포가 블레이드(4)와 관련하여 제14도(B)에 표시되어 있다. 또 제14도(a) 및 제14도 (b)에 있어서는 두께방향 및 반지름방향의 굴곡에 대해서 종래의 굴곡분포는 파선 (b)으로 표시되고 본 실시예의 굴곡분포는 실선 (a)으로 표시되어 있다.

따라서 최내주부의 두께방향의 굴곡분포는 제14도(b)의 실선 (a)으로 나타내고, 종래예의 압축기와 같이 모따기를 실시하지 않는 경우는 파선 (b)으로 표시되어 있다. 양자를 비교하면 본 실시예와 같은 모따기를 실시한 경우에 발생하는 굴곡(a)은 모따기가 실시되지 않는 종래의 블레이드에 생기는 굴곡보다도 크게 감소되고 있는 것이 명확하다, 마찬가지고 반지름 방향의 표면굴곡(a)에 대해서도 본 실시예와 같이 모따기를 실시한 경우의 굴곡(a)은 크게 감소하고 있는 것이 명확하다.

또 『 모따기』를 실시한 블레이드에 있어서 위치는 종래의 제18도의 둘레방향 굴곡분포에서 피크를 일으키는 2곡선이 접속되는 위치를 포함하는 범위에 설정함에 따라 피크굴곡의 값을 감소하는 것이 가능하다. 그결과 이2곡선이 접속하는 위치에 있어서 블레이드파단의 발생을 방지하는 것이 가능해진다. 또 본 실시예에서는 제13도에 표시한 횡단면과 같이 직선적인 모따기를 실시한 경우에 대해서 설명되어 있지만 제15도에 도시한 바 처럼 곡선형상의 모따기를 실시해도 전술한 바와 같은 효과를 얻을 수 있다. 또 모따기를 실시한 위치는 그곡선 접속위치를 포함한 범위에 한정되지 않고 블레이드(4)전체의 내주부에 모따기를 실시함에 의해서 같은 효과를 얻을 수 있다. 또 본 실시예에 의해 얻어지는 효과는 본 실시예의 설명과 같은 2곡선을 접속한 홈형상을 갖는 압축기에 한정되지 않고 다른 홈형상을 갖는 압축기에 있어서도 마찬가지로 얻는 것이 가능하다.

이상의 각 실시예의 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 유체압축기는 높은 압축율을 실현하는 동시에 가동시에 블레이드에 발생하는 피크굴곡의 값을 대폭으로 감소시키는 것이 가능하기 때문에, 그 굴곡에 기인한 블레이드의 파단을 방지할 수 있다 그 결과 압축기의 고성능을 유지하면서 압축기로서의 신뢰성을 동시에 향상할 수 있는 유체압축기를 제공할 수 있다.

또종래의 블레이드 제작에는 NC공작기계등에 대해 복수의 곡선식과 그들식의 조합에 다른 많은 변수의 설정과 조정이 필요했지만, 본 발명의 블레이드형상은 단 하나의 식에 의해 나타내지기 때문에 제작시에 있어서 설정 및 조정이 필요한 관계색 및 파라메터의 수도 적어서 사용자에게 있어 운용이 간단하게 되는 동시에 제작공정도 단순화되어 효율적인 운용에 기여한다.

Claims (10)

1. 축방향의 한단측에 흡입구(7)가 타단측에 배출구(8)가 각각 형성된 실린더(1)와, 상기 실린더내에 회전 자유롭게 설치되고 외부 둘레면을 따라서 나선형상을 갖는 홈(3)이 형성되며, 상기 실린더의 축에 대해서 편심 배치되어 회전하는 회전체(2)와, 상기 회전체의 상기 홈의 깊이 방향으로 출입 자유롭게 감겨 장착되어 있는 나선형상 블레이드(4)를 구비하고, 상기 실린더의 상기 흡입구측으로부터 압축하는 대상인 작동유체를 흡입하여 상기 배출구측으로부터 압축하는 대상인 작동유체를 흡입하여 상기 배출구측으로 상기 회전체의 회전운동에 의해 서서히 이송하면서 압축동작을 실시하는 압축기에 있어서 ,상기 홈의 상기 나선형상은 상기 회전체의 원주 방향의 좌표(θ)와 축방향의 좌표(Z)에 기초해서 전개하였을 때 하기 관계식중 어느하나로 나타내어지고,

   Z=Aθ^D/(Bθ^E+C)

   Z=Fexp(Gθ^H)

   Z=I(J+exp(kθ^L))

   (여기서 상기 A,B,C,D,E,F,G,H,I,J,K,L은 모두 정수.)

   상기 관계식을, 상기 축방향 좌표를 상기 원주 방향 좌표에 관하여 2차 미분하여 얻어진 결과가 연속적인 분포를 갖는 나선 형상으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 유체압축기.
2. 제1항에 있어서, 상기 관계식은, 상기 2차 미분하여 얻어진 결과에 0이 되는 점이 전재하는 것을 특징으로 하는 유체 압축기.
3. 제1항에 있어서,상기 관계식은, 1차 이상 미분하여 얻어진 결과가, 연속적인 분포를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 유체 압축기.
4. 제1항에 있어서, 상기관계식은, 3차 이상 미분하여 얻어진 결과가, 연속적인 분포를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 유체압축기.
5. 제1항에 있어서,상기 관계식은,좌표의 횡측에 상기 원주방향 좌표를 잡고 좌표의 종축에 상기 흡입구(7)측으로부터 상기 축방향 좌표를 잡으면, 상기 흡입구측에서는 상기 흡입구측에 볼록한 형상으로, 상기 배출구측에서는 상기 배출구측에 볼록하게 되는 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유체압축기.
6. 제1항에 있어서, 상기 블레이드의 내부 둘레측의 각부분은 모따기가 실시되어 있는 것을 특징으로 하는 유체압축기.
7. 축방향의 한단측에 흡입구(7)가 타단측에 배출구(8)가 각각 형성된 실린더(1)와, 상기 실린더내에 회전 자유롭게 설치되고 외부 둘레면을 따라서 나선형상을 갖는 홈(3)이 형성되며, 상기 실린더의 축에 대해서 편심 배치되어 회전하는 회전체(2)와, 상기 회전체의 상기 홈의 깊이 방향으로 출입 자유롭게 감겨 장착되어 있는 나선형상 블레이드(4)를 구비하고,상기 실린더의 상기 흡입구측으로부터 압축하는 대상인 작동유체를 흡입하여 상기 배출구측으로 상기 회전체의 회전운동에 이해 서서히 이송하면서 압축동작을 실시하는 압축기에 있어서, 상기 홈의 상기 나선형상은, 상기 회전체의 원주방향의 좌표 (θ)와 축방향의 좌표(Z) 에 기초하여, 상기 나선형상을 전개하였을 때 상기 흡입구측으로부터 차례로 하기의 관계식을 연결하는 형상으로 구성되고,

   Z= -A(B-θ)^C+D

   Z=E(B-θ)+F

   Z=A(θ-B)^C+G

   (여기서 A,B,C,D,E,F,G는 모두 정수 )

   상기 관계식은 그 접속부에서 기울기가 서로 같은 관계식을 이루도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 유체압축기
8. 제7항에 있어서, 상기 흡입구측에 볼록한 곡선식 및 상기 배출구측에 볼록한 곡선식은, 상기 관계식에 대해서 서로 회전대칭인 식으로 구성되어 있는 것을 특징으로하는 유체압축기.
9. 제7항에 있어서, 상기 관계식은, 상기 회원체의 원주방향의 좌표(θ)와 축방향의 좌표(Z)의 관계를 나타내는 소정의 관계식을, 상기 축방향 좌표를 상기 원주방향좌표에 관해서 2차 미분하여 얻어진 결과가, 연속적인 분포를 갖는 나선형상으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 유체압축기.
10. 제7항에 있어서, 상기 블레이드의 내부 둘레측의 각부분은 모따기가 실시되어 있는 것을 특징으로 하는 유체압축기.