KR0146704B1 - 윤활능력이 개선된 스크롤 압축기 - Google Patents

윤활능력이 개선된 스크롤 압축기

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KR0146704B1
KR0146704B1 KR1019890011594A KR890011594A KR0146704B1 KR 0146704 B1 KR0146704 B1 KR 0146704B1 KR 1019890011594 A KR1019890011594 A KR 1019890011594A KR 890011594 A KR890011594 A KR 890011594A KR 0146704 B1 KR0146704 B1 KR 0146704B1
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마크 사이벨 스티븐
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어얼 버어넬 무어
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Abstract

내용 없음

Description

윤활능력이 개선된 스크롤 압축기
제1도는 본 발명의 원리에 따른 스크롤 압축기의 부분 수직 단면도.
제2도는 제1도의 선2-2을 따라 취한 확대 부분 단면도.
제3도는 제2도에 도시된 유체동압 저어널 베어링에 회전 하중이 작용할 때의 오일 압력 곡선을 나타내는 개략도.
제4도는 제1도의 양호한 실시예의 크랭크핀의 확대 사시도.
제5도는 제4도의 5-5선을 따라 취한 확대 부분 단면도로서, 결합 종동면을 나타내는 도면.
제6,7,8 및 9도는 본 발명의 다른 실시예들을 나타내는, 제4도와 유사한 도면.
제10도는 본 발명의 또 다른 실시예의 사시도.
제11도는 본 발명이 원리에 따른 다른 형태의 선회 스크롤 구동기의 확대 부분도.
제12도는 제11도의 12-12 단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 셀 12 : 베어링 하우징
16 : 베어링 조립체 18 : 크랭크축
24 : 회전자 28 : 균형추
30 : 크랭크핀 32, 104 : 구동면
42, 100 : 허브 44, 46 : 스크롤 부재
70, 74, 80, 84 : 요흠부 72 : 저장소
86 : 끼움쇠 112 : 구동핀
118 : 컵 부재
본 발명은 스크롤 장치에 관한 것으로서, 특히 개선된 윤활 능력을 갖는 반경방향으로 순응하는 선회 스크롤 장치에 관한 것이다.
통상 형태의 스크롤 부재는 맞물린 나선형 날개들을 갖는 선회 및 비선회 부재들을 포함하며, 부재상에서 날개의 플랭크(flank)는 다른 부재상의 날개의 플랭크와 밀봉접촉된다. 이러한 날개는 하나의 스크롤 부재가 다른 스크롤 부재에 대해 선회할 때 체적이 변하는, 이동하는 유체수용 포켓을 형성한다.
일반적으로, 선회 운동은 압축기의 각각의 베어링에서 회전하기 위해 양단부근처에서 저어널된 신장된 축방향 크랭크축에 의해 제공된다. 통상적으로, 한쪽 단부는 선회 스크롤 부재상의 허브에 장착된 구동 베어링에 배치되는 편심 크랭크핀을 포함함으로써, 크랭크가 회전하면 선회 스크롤 부재는 비선회 스크롤 부재에 대해 선회하게 된다. 반경방향으로의 순응성 구동기구에서는 크랭크 핀과 허브 베어링 사이에 하중제거 부시(unloader bushing)가 제공될 수도 있으며, 크랭핀은 부시상의 평탄면과 구동가능하게 결합하는 평탄면을 포함하며, 이에 따라 제한된 미끄럼이 발생되어 기계의 하중을 제거할 수 있다. 하중이 증가함에 따라, 가스의압축력으로 인해 평탄한 구동면상의 힘들이 커지게 되며, 이에 따라 적절한 반경방향 하중제거 및 마모 방지를 보장하도록 충분한 윤활을 제공하기가 어렵게 된다.
따라서, 본 발명의 주목적은 고하중 상태하에서 발생할 수 있는 상술한 바와 같은 문제점을 제거함으로써, 하중제거 신뢰성과 전체 성능을 증가시키는 윤활 수단을 갖는 구동 장치를 제공하는 것이다.
첨부 도면을 첨조하여 본 발명의 양호한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 선회 스크롤 구동 조립체는 다른 형태의 스크를 장치에도 적용될 수 있지만, 예시적인 목적으로 스크롤 압축기, 특히 밀봉 냉동 압측기에 실시되었다. 장치의 기본적인 필수 부품들이 도시된 제1도에는 밀봉 셀(shell)(10)과, 다수의 용착부(14)에 의해 셀(10)에 용접된 주 베어링 하우징(12)과, 상기 주 베어링 하우징(12)에 의해 지지되며 내부에 크랭크축(18)을 갖는 베어링 조립체(18)가 도시되어 있으며, 상기 크랭크축(18)은 크랭크축의 상단부에서 개방되어 있는 약간상방으로 경사진 축방향으로 연장되는 오일공급통로(20)와, 윤활유를 베어링 조립체(16)에 공급하기 위한 반경방향 오일공급통로(22)를 포함한다. 크랭크축(18)의 하부는 통상의 모터 고정자에의해 여기되는 모토의 회전자(24)에 부착되어 있으며, 모터 고정자의 상부권선(26)이 제1도에 도시되어 있다. 균형추(28)는 회전자 위에서 크랭크축에 부착될 수 있다. 또한 필요에 따라, 크랭크축의 하부는 통상의 방식으로 베어링에 저어널될 수 있다.
크랭크축(18)의 상단부는 하나의 평탄한 구동면(32)이 있는 편심 크랭크핀(30)을 포함하여, 상기 구동면(32)은 하중제거 구동 부시(38)안의 보어(36)의 벽에 형성된 평탄한 종동면(34)과 결합되며, 상기 구동 부시(38)는 나선형 랩(wrap)(45)을 갖는 선회 스크롤 부재(44)에 고정된 허브(42)안의 보어(39)안에 회전가능하게 저어널 된다. 부시(38)의 외측면과 보어(39)는 통상의 저어널 베어링(40)을 형성한다. 나선형 랩(47)과 배출 통로(49)가 있는 비선회 스크롤 부재(46)가 선회 스크롤 부재(44)와 통상의방식으로 맞물려 있다. 선회 스크롤 부재와 비선회 스크롤 부재 사이의 상대 회전 운동은 선회 스크롤 부재(44)와 베어링 하우징(120사이의 배치된 올드햄 커플링(Oldham coupling)(48)에 의해 방지된다.
선회 구동 기구는 밀봉 셀의 하부에 배치된 통상의 기름통(도시 않음)의 크랭크축 하단부(도시 않음)에 위치된 통상의 오일 펌프에 의해 윤활된다. 오일은 상기 펌프에 의해 통로(20)를 따라 윤활이 필요한 모든 지점으로 압송되며, 과잉의 오일은 오일공급통로(20)의 개방된 상단부 밖으로 압송되어 크랭크핀(30)의 상단부와 구동 부시(38)를 가로지르는 통로(49)를 따라 상기 구동 부시(38)의 상면에 형성된 요흠부 또는 슬롯(50)안으로 압송되며, 상기 슬롯은 저어널 베어링(40)에 전달되는 오일을 위한 통로를 형성하는 부시(38)의 외측면상에서 평탄면(52)과 연결된다. 상기 평탄면(52)은 저어널 베어링(40)의 무하중 부분이다. 상술한 바와 같은 압축기(도시 않은 부분을 포함하는)는 1986년 8월 22일자로 출원한 본 출원인의 계류중인 미국 특허출원 제899.003호에 기재되어 있는 것과 동일하며, 그 내용은 본 발명에 참조인용되었다.
상기 특허출원서에 상세히 기술된 바와 같이, 크랭크핀(30)의 회전 구동력은 평탄면(32, 34)의 맞물림에 의해 구동부시(38)에 전달된다. 도시된 바와 같이, 고체 또는 액체 물질이 압축기 내로 유입될 때, 상기 부분들은 스크롤 랩의 플랭크의분리를 수용하기 위해 주하중력의 횡방향으로 크랭크핀(30)과 부시(38) 사이의 상대 미끄럼 운동이 가능하게 되는 형상을 취한다. 따라서, 부시(38)는 평탄면(32, 34)사이에 발생하는 미끄럼과 더불어 구동 및 하중제거 기능을 제공한다. 이러한 표면상에서는 단위 하중이 비교적 높기 때문에 충분한 윤활이 제공되어야 하는 것이 매우 중요하다. 이에 대해, 본 발명의 출원인은 이러한 윤활을 제공하는 독특한 유체정압 베어링 개념을 고안하였다. 본 발명의 독특한 특징 중 하나는 유체정압 베어링 작용을 만드는데 요구되는 고압 윤활유가 그 자체의 별도 윤활 펌프로부터 공급되는 것이 아니라, 오일을 저어널 둘레에 순환시키는 작용을 하는 유체동압 저어널 베어링(40)의 고압오일막 부분으로부터 공급된다.
제3도는 과대한 저어널 간극을 이용하였을 때, 회전 하중을 갖는 통상의 유체동압 저어널 베어링에 대한 전형적인 오일막 압력 곡선을 나타낸다. 부시(38)는 저어널 베어링(40)에서 시계방향으로 회전하며, 크랭크핀에 가해지는 구동력 때문에, 그리고 도시된 바와 같이 베어링은 하중이 하방으로 가해지기 때문에 부시(38)와 보어(39)사이에 최소 간극이 있는 곳에서 오일막은 축선(54)을 따라 최소 두께로 압착되며, 그 결과 저어널 베어링 180˚지점에서 최대 간극이 발생된다. 부시(38)가 저어널 베어링(40)에서 시계방향으로 회전하기 때문에, 저어널 베어링에 공급된 윤활유는 최대 하중 지점에 대한 베어링의 간극을 통해 반시계 방향으로 흐른다. 제3도에서 빗금친 부분(56)은 오일막 정압 분포를 나타내며, 빗금친 부분(58)은 오일막 부압 분포를 도시한다. 오일막 압력은 대기압 지점(64)으로부터 최대압력 지점(62)에 도달할 때까지 증가하며, 그후 대기압 지점(60)까지 감소하며, 이 지점에서부터대기압 지점(66)으로 복귀되기 전에 대기압 이하로 약간 감압된다. 따라서, 저어널 베어링(40)은 윤활유를 저압에서 고압으로(최대압력 지점은 62로 지시됨)압송하기 위한 펌프로서 작용한다. 본 발명에서는 윤활유를 평탄면(32, 34)사이에 배치된 유체정압 베어링에 공급하기 위해 이러한 고압 오일이 사용된다.
고압 오일을 저어널 베어링(40)으로부터 유체정압 베어링으로 공급하기위한 통로는 도면부호 68로 도시되어 있다. 제3도에 상세히 도시된 바와같이, 통로(68)로의 유입구는 최대 오일막 압력 지점의 약간 앞에 위치되어 있다. 이 지점이 선택된 이유는 유체정압 베어링에 오일을 공급할 뿐만 아니라, 최대압력 지점에서 오일의 제거에 따른 유체동압 베어링의 고갈 가능성을 피하기 위해 충분한 압력을 보장할 필요가 있기 때문이다. 생산시 부품들이 미세하게 오정렬될 경우, 유체정압 베어링에 오일 고갈을 초래할 수 있는 매우 신속한 압력 강하 때문에, 통로(60)는 최대압력 지점의 하류에 위치하지 않는다.
유체정압 베어링은 크랭크핀(30)상의 완전한 평탄면(32)을 이용하여 적절히 작용할 것이다. 그러나, 제4도 및 제5도에는 베어링 작용을 향상시키기 위해 평탄면(32)이 특별한 형상을 갖는 유체정압 베어링의 양호한 실시예가 예시되어 있다. 이러한 실시예에 있어서, 평탄면(32)은 동일한 형상이 동일하게 분포된 비교적 얇은 4개의 요홈부(70)와, 중앙에 배치된 오일 저장소(72)를 포함한다. 상기 오일 저장소(72)는 중앙에 배치된 얕은 요흠부(74)에 의해 상기 요홈부(70)와 제한적으로 유체연결된다. 평상시, 통로(68)는 저장소(72)와 정렬되고, 공급된 수천 psi의 고압 오일은 저장소(72)로 직접 공급되며, 상기 저장소로부터 요홈부(70)에 충분한 오일 공급이 유지되므로써 유체정압 베어링의 작동에 필요한 부품들의 분리가 유지된다. 오일 압력이 클수록 분리력도 크지만, 평탄한 베어링면 사이의 간극이 증가될 수록 노출 면적이 증가되며, 이에 의해 베어링이 안정한 작동 지점을 취할 때까지 단위 압력을 감소시킨다. 평탄면(32)의 대부분을 차지하는 다수의 요홈부(70)를 사용하게 되면 베어링에 안정성을 제공하게 된다. 과잉의 오일은 베어링 경계면의 하부로부터 배출되어 베어링 조립체(16)위의 베어링 하우징(12)의 웰(well)내로 흐른 후 배출 통로(76)를 거쳐 기름통으로 복귀된다(제1도). 상기 요호부(70, 74)는 매우 얕기 때문에 평탄면(32)내로 간단히 압인가공될 수 있으며, 필요에 따라서는 기계가공될 수도 있다.
제6도 내지10도에는 본 발명의 유체정압 베어링의 다른 실시예가 도시되어 있다. 제6도에 도시된 장치는 오일의 요홈부(70)로의 제한된 흐름을 제공하기 위해 얕은 요홈부(74)를 갖는 대신에 4개의작은 오일공급통로(76)가 제공되어 있는 것을 제외하고는 제4도에 도시된 장치와 동일하다. 제7도의 장치는 저장소(72)와 요홈부(74)가 제거된 것을 제외하고는 제4도의 장치와 유사하다. 가상선으로 도시된 원(78)은 고압의 오일이 통로(68)에 의해 베어링 경계면에 전달되는 곳을 나타낸다. 이러한 실시예에서, 오일은 베어링을 형성하는 간극을 통해 요홈부(70)로 공급된다. 제8도의 실시예는, 고하중을 받는 평탄면(32)의 절반 이상을 덮는 단일의 요홈부(80)가 제공되며, 이러한 요홈부(80)는 상기 통로(68)로부터 나오는 고압 오일의 전달 지점과 중첩되는 방식으로 위치된다는 점을 제외하고는 상술한 실시예와 유사하다. 제9도의 실시예는 4개의 이격된 요홈부(84)가 장방향이 아니라 원형이라는 점에서 제7도의 실시예와 상이하다. 이러한 모든 실시예에 있어서, 평탄한 구동면 및 종동면들은 요홈부(별도의 저장소는 제외)가 크랭크핀에 형성되는 것이 아니라 부시상에 형성되거나 또는 양쪽의 평탄한 면 모두에 형성되는 식으로 전환될 수 있다. 또한, 이러한 요홈부들은 다른 형상을 취할 수도 있으며, 언제나 대칭일 필요는 없다.
제10도의 실시예는 크랭크핀의 평탄면(32)상에 요홈부 및 저장소를 형성하는 것이 아니라, 그 전체 형상이 평탄면(32)에 대응하고 대응의 저장소 및 요홈부를 통하여 그 안에 압인가공이나 천공되는 끼움쇠(shim)(86)가 제공된다는 사실을 제외하고는, 제4도에 도시된 양호한 실시예와 기능 및 전체형상에 있어서 동일하다. 상기 끼움괴(86)는 기계의 조립중 적절한 간극이 제공된 평탄면(32, 34)사이에 간단히 삽입된 후, 제4도에 도시된 실시예와 완전히 동일하게 작용한다.
본 발명의 원리는 선회스크롤 구동 기구가 제1도에도시된 것과 반대인 즉, 종동 요소가 조립체의중앙에 위치되고 구동 요소가 그 외측에 위치된 스크롤 장치에도 적용될 수 있다. 제11도 및 12도에 상세하게 도시된 바와같이, 이러한 실시예에서, 크랭크축(18)의 상단부는 축방향 보어(102)가 설치된 확대 허브(100)를 포함하여, 상기 허브의 한쪽 부분은 평탄한 구동면(104)으로 형성되어 있다. 상기 보어(102)안에는 구동면(104)과 결합하는 평탄한 종동면(108)을 갖는 하중제거 구동 부시(106)가 배치된다. 상술한 실시예에서는 기계내에서의 반경방향 순응능력을 제공하기 위해 이러한 2개의 평탄면 사이에서 상대적인 미끄럼 운동이 가능하다. 부시(106)의 중앙에는 축방향으로 연장되는 원통형 보어(110)가 형성되어 있으며, 이러한 보어 내에는 선회 스크롤 부재(44)의하면으로부터 하방으로 연장되는 원통형 구동핀(112)이 저어널되어 있다. 구동핀(112)의 외측면과 보어(110)는 제1실시예의 저어널 베어링(40)과 동일한 유체동압 저어널 베어링(114)을 형성한다. 상술한 바와 같이, 오일은 오일막의 최대압력 바로 앞의 지점에서 저어널 베어링(114)으로부터 취해져서 통로(116)를 거쳐 면(104, 108)에 의해 형성된 유체정압 베어링이 중앙 지역으로 공급된다.
오일은 컵 부재(118)에 의해 형성된 저장소 안으로 오일을 압송하는 주 오일 공급통로(20)를 거쳐 상술한 실시예의 구동 조립체로 공급되며, 상기 컵 부재(118)는 구동핀(112)의 단부 아래에 이격되어 있는 부시(106)의 하단부에 가압끼워맞춤된다. 통로(20)의 단부내로 가압끼워맞춤되는 짧은 연장 튜브(120)와 구동핀(112) 하단부의 요홈부(112)는, 구도 조립체로의 충분한 오일 흐름을 보장하기 위해 제공된다. 저어널 베어링의 무하중 부분상의 보어(110)면에 형성된 오일 공급 홈(124)에 의해, 오일은 컵 부재(118)로 형성된 작은 임의 저장소로부터 유체동압 저어널 베어링(114)으로 공급된다. 제11도 및 제12도의 선회 스크롤 구동 윤활 장치는 제1도 내지 제5도에 도시된 양호한 실시예와 완전히 동일하게 작용하며, 상기면(104, 108)은 상술한 실시예와 동일한 형상을 취할 수 있다.
본 발명은 양호한 실시예를 참조로 서술되었기에 이에 한정되지 않으며, 본 기술분야의 숙련자라면 첨부된 청구범위로부터의 일탈없이 본 발명에 다양한 변형과 수정이 가해질 수 있음을 인식해야 한다.

Claims (12)

  1. 상호결합된 상태로 서로에 대해 선회운동하도록 장착된 제1스크롤 부재 및 제2스크롤 부재와, 상기 선회운동을 재공하기 위해 평탄한 구동면을 갖는 동력 구동 수단과, 상기 스크롤 부재중 하나와 연결되며, 상기 구동면이 종동면을 구동시켜 스크롤 부재가 다른 스크롤 부재에 대해 선회되게 하는 평탄한 종동면과, 미끄럼 마찰을 최소화하기 위해 상기 구동면과 종동면 사이의 경계면을 윤활하는 유체종압 베어링 수단을 포함하며, 상기 구동 결합은 상기 면들 사이의 제한된 횡방향 이동을 허용하며, 상기 유체정압 베어링 수단은 상기 번들중 하나에 요홈부를 형성하는 수단과, 상기 면들 사이의 경계면에 배치되어 압력하에서 상기 요홈부와 유체연결되는 장소에 윤활유를 전달하기 위한 오일 공급 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 장소와 요홈부 사이에 제한된 유동 통로를 형성하는 수단을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  3. 상기 제1항에 있어서, 상기 면들 중 다른 하나를 통해 상기 경계면에 오일이 공급되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 요홈부는 상기 유체정압 베어링 수단의 보다 큰 하중을 받는 부분에 배치되는 것을 특징으로 하는 스크로 압축기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 구동 수단과 하나의 스크롤 부재 사이에 배치되는 유체동압 저어널 베어링을 부가로 포함하며, 상기 오일 공급 수단은 저어널 베어링의 고압 오일 막 부분으로부터 오일을 수용하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  6. 제5항에 있어서, 상기 오일 공급 수단은 상기 저어널 베어링 안의 오일막의 최대압력 지역으로부터 회전가능하게 이격된 지점에서 상기 저어널 베어링과 연결되는 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  7. 제6항에 있어서, 상기 지점은 오일막의 최대압력 지역 앞에 회전가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  8. 유체동압 베어링과 유체정압 베어링을 갖는 스크롤 압축기에 있어서, 윤활유 공급원에서 윤활유를 상기 유체동압 베어링에 공급하기 위한 제1수단과,
    상기 유체동압 베어링에 의해 발생된 압력하에서 윤활유를 상기 유체정압 베어링에 공급하여 유체정압 베어링을 윤활하기 위한 제2수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  9. 제8항에 있어서, 상기 저어널 베어링은 정압 오일막 지역을 갖도록 하중이 작용하며, 상기 오일 통로는 상기 정압 오일막 지역에서 상기 저어널 베어링과연결되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  10. 제9항에 있어서, 상기 오일 통로는 상기 최대압력 지점으로부터 회전가능하게 이격된 지점에서 상기 저어널 베어링과 연결되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  11. 제10항에 있어서, 상기 오일 통로는 상기 오일막의 최대압력 지역 앞의 지점에서 상기 저어널 베어링과 연결되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  12. 제8항에 있어서, 상기 유체정압 베어링은 서로에 대해 미끄럼가능한 2개의 평탄한 면들 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
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