KR0173342B1 - 편심 로터 베인 펌프의 심원형 및 비대화 심장형 케이싱 곡면의 정밀 가공방법 - Google Patents

편심 로터 베인 펌프의 심원형 및 비대화 심장형 케이싱 곡면의 정밀 가공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 심원형 곡면 또는 비대화 심장형 케이싱 곡면을 갖는 편심 로터 베인 펌프의 케이싱 곡면에 대한 공식을 도출하여 수식화함으로써 보다 정밀한 케이싱 곡면을 설계할 수 있게 하였고 컴퓨터 수치 제어 가공 방식을 이용하여 정밀가공함으로써 편심 로터 베인 펌프의 성능과 정밀도를 높일 수 있으며, 케이싱 곡면을 임의로 등분하여 분할가공 및 조립할 수 있기 때문에 지금까지 가공이 거의 불가능했던 1미터 이상의 대구경 케이싱 편심 로터 베인 펌프도 대량생산이 가능하고 가공비용을 절감시키며, 편심축을 중앙하부에 위치시키거나 로터 회전축을 수직방향으로 형성시킨 독특한 설계로 로터의 회전 속도를 보다 증가시키고, 베인의 중량에 영향을 받지 않기 때문에 베인과 케이싱 곡면 사이의 마찰력을 감소시킬 수 있는 편심 로터 베인 펌프의 정밀가공방법에 관한 것이다.

Description

편심 로터 베인 펌프의 심원형 및 비대화 심장형 케이싱 곡면의 정밀 가공방법
제1도는 본 발명에 따른 편심 로터 작동의 기하학적 해석도이며,
제2도는 본 발명의 심원형 곡선 및 일반적인 단순 심장형 곡선의 비교도이며,
제3도는 본 발명의 심원형 케이싱 곡면을 갖는 베인 펌프의 편심 로터의 작동 상태도이며,
제4도는 본 발명의 심원형 케이싱 곡면을 갖는 베인 펌프의 실시예를 나타내며,
제5도는 본 발명의 비대화 심장형 케이싱 곡면 및 심원형 케이싱 곡면 사이의 비교도이며,
제6도는 본 발명의 비대화 심장형 곡선과 편심 로터 크기의 상관 관계를 나타내며,
제7도는 본 발명의 비대화 심장형 편심 로터 베인 펌프의 작동 상태도이며,
제8도는 본 발명에 따른 케이싱 곡면 분할 가공방법의 한 실시예를 나타내며,
제9도는 본 발명의 수평 설치형 편심 로터 베인 펌프를 나타내며,
제10도는 본 발명의 수직 설치형 편심 로터 베인 펌프를 나타내며,
제11도는 본 발명의 편심 로터에 대한 구성 부품 분해도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 기초원 2 : 로터
3 : 베인 4 : 심원형 곡선
4 : 비대화 심장형 곡선 Oe : 편심축
R : 기초원의 반지름 r : 로터의 반지름
5,5' : 반달형 로터 7 : 돌기부
7' : 안내홈 8,8' : 회전 원판
9,9' : 사이드 커버 11,11' : 베어링 박스
12,12' : 회전축 13 : 유체 흡입구
14 : 유체 토출구 15 : 평좌 베어링
본 발명은 편심 로터 베인 펌프의 심원(心園,cardiocle)형 케이싱 곡면과 비대화 심장(cardioid)형 케이싱 곡면의 정밀가공방법 및 편심 로터 베인 펌프에 관한 것이다.
여기에서 편심 로터 베인(Vane)펌프는 일반적으로 스프링을 사용하여 베인의 길이가 케이싱 곡면에 만족하도록 신축되는 것과는 달리 본 발명의 편심 로터 베인은 신축되지 않고 베인의 길이가 항상 일정하면서 로터가 편심되어 있기 때문에 로터의 회전각도에 따라 달라지는 베인의 왕복 운동거리를 기준으로 슬라이딩하는 베인의 양단 부분과 케이싱 내면이 밀착되도록 케이싱 곡면의 정밀도를 유지하는 것이 베인 펌프의 가장 핵심적인 문제이다. 그러나, 로터의 편심도와 베인의 왕복운동 거리에 따라 작동되는 베인의 전체(360°) 궤적곡선의 정확한 산출방법이 없기 때문에, 로터의 편심도와 케이싱의 직경이 달라질 때마다 리카피(Recopy) 모형 구동장치를 가동하여 편심 로터의 회전에 따라 왕복운동하는 베인의 전체(360°) 궤적곡선을 도출케 하여 케이싱 곡면 전체를 한꺼번에 가공해야 하고 또한 정밀가공이 거의 불가능하며, 가공되더라도 케이싱 곡면과 슬라이딩·스크레이핑하는 베인의 양단 부분과의 밀착 정밀도가 떨어질 뿐만아니라 케이싱의 호칭지름이 커지게 되면 케이싱 곡면의 정밀가공이 거의 불가능해지는 단점을 가지고 있다.
뿐만 아니라 편심 회전 로터의 편심도와 회전각도 그리고 베인의 운동거리에 따라 가공정밀도가 달라지며 왕복운동하는 베인의 전체(360°) 궤적곡선을 정확히 산출할 근거수식은 물론 기하학적 해석이 없기 때문에, 케이싱 곡면의 가공시에 첨단기계 가공수단인 C.N.C에 의한 수치제어 가공 또는 분할가공이 불가능하고 오직 리카피 모형 구동장치에 의한 일괄가공에만 의존해야 하는 문제점이 있다.
그러나, 본 발명은 이와 같은 단점 및 문제점들을 극복하기 위해 편심 로터의 편심도와 베인 길이의 변화에 관계없이 편심 로터에서 왕복운동하는 베인의 전체(360°) 궤적곡선이 항상 두가지 곡선, 즉, 심원형 곡선이거나 비대화 심장형 곡선 중 어느 하나에 속하게 된다는 사실을 발견하고, 이를 공식화된 산출근거에 의하여 계산하고 산출할 수 있도록 다음과 같은 수식으로 전개하여 도출하였다. 즉, 심원형 곡선은 다음과 같이 표현될 수 있다.
그리고, 비대화 심장형 곡선은 다음과 같이 표현될 수 있다.
상기 수식에 포함된 문자의 의미는 첨부된 도면 제1도 내지 제3도, 그리고 제5도 및 제6도와 관련하여 후술하게 될 것이다.
이상과 같이 편심 로터의 편심도와 베인의 길이에 따라 그려지는 베인의 회전 및 왕복운동 궤적곡선에 일치하는 케이싱 곡면을 해석 기하학적으로 산출하고 수치 제어 방식으로 가공할 수 있도록 전체곡선을 산출할 수 있는 근거수식을 도출하였으며, 이것을 이용하여 케이싱 지름의 크기에 관계없이 다양한 편심 로터 베인 펌프를 정확하게 설계할 수 있을 뿐만아니라 편심 로터 베인 펌프의 케이싱을 분할 가공할 수 있도록 설계하여 컴퓨터 수치 제어 분할가공에 의해 고도의 정밀가공도를 확보할 수 있다. 이러한 결과는 편심 로터 베인 펌프의 정밀 가공 및 대량 생산을 가능하게 하여 저렴한 가격으로 수요자에게 보급할 수 있을 뿐만아니라 지금까지 거의 불가능한 것으로 간주 되었던 직경 1 미터 이상의 대구경 케이싱 가공 생산도 가능하게 될 수 있다.
그리고, 종래의 편심 로터 베인 펌프에서는 배기행위의 원활과 밸브작동 편의를 고려하여 로터의 편심위치를 케이싱 곡면내의 중앙 상부 또는 측부에 위치시키기 때문에 회전하는, 베인의 원심력이 로터의 중력방향과 일치하여 케이싱곡면과 심한 마찰을 일으키므로 로터의 저속회전이 불가피하였으나 본 발명에서는 케이싱 내면과 슬라이딩 접촉하는 베인의 양단 접촉부위 면적을 보다 확대함으로써 해결하여 로터의 편심 위치를 케이싱 곡면내의 중앙 하부에 위치시킬 수 있게 하여 슬라이딩 스크레이핑하는 베인의 회전에 의한 원심력을 베인의 중량만큼 상쇄시킴으로써 로터의 회전 속도를 보다 증가시킬 수 있다. 특히, 제10도에 도시되어 있는 것처럼, 본 발명에 있어서 직경이 1미터 이상의 대구경 케이싱의 경우에는 공지의 평좌 베어링 또는 스러스트 베어링 등을 사용하여 편심 로터 회전축을 수직 방향으로 설치함으로써 펌프 가동시의 베인의 편심 하중을 줄일 수 있고 내구성을 확보할 수 있다. 또한 대구경 편심 로터 베인 펌프의 제작시 케이싱의 호칭 지름이 커짐에 따라 베인의 중량도 증가되어 베인의 선단부분과 케이싱 내면이 압착되는 부분, 즉, 슬라이딩 스크레이핑 부분에서의 마찰력이 증가되어 종래에는 대구경 편심 로터 베인 펌프의 대형화가 용이하지 않았다.
그러나 상술한 편심 로터 회전축을 수직 방향으로 설치함으로써 베인 양단부분과 케이싱 내면 사이의 마찰력을 감소시켜 베인 펌프, 특히, 대구경 편심 로터 베인 펌프의 대형화를 가능하게 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 심원형 곡면 또는 비대화 심장형 곡면을 갖는 편심 로터 베인 펌프를 컴퓨터 수치 제어방식으로 가공함으로써 종래의 베인 펌프 보다 훨씬 정밀한 케이싱 곡면을 갖는 펌프를 제공할 수 있고, 대량 생산이 가능하여 보다 경제적으로 편심 로터 베인 펌프를 공급할 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 심원형 곡면 및 비대화 심장형 곡면의 산출 근거 수식 및 해석 기하학적 설명은 첨부된 도면과 관련하면 다음과 같다.
제1도는 편심 로터 펌프의 케이싱 곡면의 기하학적 해석을 위하여 편심 로터 펌프의 단면을 평면 좌표상에 나타낸 것이다. 제1도로 부터 알 수 있듯이, 로터(2)의 원주 표면이 근심점 C에서 기초원(1)에 내접된 상태로 되어 있으며, 로터(2)가 편심축 Oe를 중심으로 θ°만큼 반시계 방향으로 회전하면, 로터(2)와 일체로 되어 있는 베인(3)역시 케이싱 곡면을 슬라이딩 스크레이핑하면서 동일한 방향으로 θ°만큼 회전하게 되며, 따라서 베인(3)의 일단 P1(X1, Y1)이 기초원(1)의 호(Arc)상, 즉, J1→C→J2방향으로 안내면을 따라 이동하게 된다. 이때에 베인(3)의 몸체는 로터(2)의 2개의 반달형 모양 사이의 안내면을 따라 편심점 Oe를 통해 로터(2)를 관통하면서 지름 방향으로 왕복 운동하게 되며 베인의 다른 일단 P2(X2,Y2)는 점선(4)와 같은 궤적 곡선을 작도하게 된다. 케이싱 곡면을 슬라이딩 스크레이핑 하는 베인(3)의 길이는 항상 일정하기 때문에 이 길이에 해당하는 P1(X1,Y1)과 P2(X2,Y2) 사이의 거리역시 일정하며, 따라서 X-축상의 두 교점, 즉, J1과 J2사이의 거리 및 Y-축상의 두교점, 즉, 근심점 C와 원심점 m 사이의 거리 역시 일정하며 θ°만큼 베인(3)이 회전하여도 궤적곡선(4)상에서 항상 동일한 거리를 갖는 이상적인 곡선이 나타나게 된다. 기초원(1)의 반지름 R과 로터(2)의 반지름 r이 결정되어 있으면, 편심축점 Oe를 중심으로 하고 회전각도 θ만을 변수로 하는 궤적곡선(4), 즉, 베인(3)의 양단(P1 및 P2)이 작도하는 곡선을 만족할 수 있는 새로운 공식이 도출될 수 있으며 이것은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
0°≤θ≤180°의 범위에서 궤적곡선(4)를 만족하는 곡선의 방정식은, 직교좌표의 경우에 있어서,
여기서, r은 로터(2)의 반지름이며, R은 기초원(1)의 반지름 이고, θ는 베인(3)의 회전각도를 나타낸다. 그리고 극좌표의 경우에 있어서,
로 표현될 수 있다.
그리고, 기초원(1)의 곡선의 방정식은 직교좌표의 경우에 있어서,
으로 표현되며, 극좌표의 경우에 있어서,
로 표현될 수 있다.
한편, 본 발명에서 새로이 도출된 상기 곡선의 방정식 중에 식(1) 또는 식(2)에서 베인(3)의 길이의 1/2인을 a로 대치해서 정리하면
로 표현될 수 있다. 이 식은 상술한 식(2) 및 (4), 즉, 심원형 곡선의 방정식이 된다. 상기 심원형 곡선의 방정식(5)은 제2도의 점선(4')과 같이 공지의 일반적인 단순 심장형 곡선의 방정식인 P=a(1+sinθ)와 유사하나, 일반적인 심장(cardioid)형 곡선의 방정식에서 식(5)의 세번째 항인만큼 감소된 형태로 표현되어지기 때문에, 식(5)는 0°≤θ≤180° 영역의 경우에서는 일반적인 심장형 곡선에서만큼 편평화된 심장형 곡선(4)이 된다. 따라서 180°≤θ≤360°영역에 있는 원의 곡선(1)상의 원호와 상기 편평화된 심장형 곡선(4)을 두 교점(J1, J2)을 경계로 하여 연속적으로 연결된 복합곡선, 즉 심원형 곡선을 만들 수 있는데 이 심원형 곡선이 베인(3)의 양단의 궤적을 나타내는 곡선이 되는 것이다. 여기서 심원형 곡선이라는 것은 편평화된 심장형 곡선(0°≤θ≤180°영역) 과 원의 곡선(180°≤θ≤360°)이 연속적으로 결합된 복합곡선을 뜻하는 것으로서 본 발명에서 편의상 명칭된 것이다.
제2도는 일반적인 단순 심장형 곡선(4')과 상술한 원형 곡선 및 심장형 곡선을 복합한 심원형 곡선(4)을 도면상으로 비교하기 위하여 나타낸 것으로서, 본 발명에서 새롭게 창안하여 도출된 상기 심원형 곡선 방정식(5)과 일반적으로 알려져 있는 심장형 곡선의 방정식에 따라 컴퓨터를 이용하여 계산하고 작도된 것이다. 제2도에서 도시되어 있는 바와 같이, 점선(4')으로 표현되어 있는 일반적인 단순 심장형 곡선상의 상측 볼록점(Y-축상의 상측 교점)에서 하측 오목점(Oe)까지의 거리가이기 때문에, 점선(4)은 Y≥0 영역에서는 심장형 곡선(4')의 상측 볼록점으로 부터 로터(2)의 반지름(r) 만큼 Y-축의 하측 방향으로 줄어들어 편평화되고, Y0 영역에서는 심장형 곡선(4')의 오목점인 편심점(Oe)에서 로터(2)의 반지름(r) 만큼 Y-축의 하측 방향으로 확장된 곡선이 된다. 다시 말하면, 점선(4)은 호(J1-m-J2) 부분의 심장형 곡선과 호(J1-C-J2) 부분의 원호가 X-축상의 두 교점(J1, J2)에서 각각 연속적으로 연결되는 복합곡선, 즉, 심원형 곡선으로 나타나게 됨을 볼 수 있다.
제3도는 심원형 곡면을 가진 편심 로터 펌프의 작동 상태도를 도시한 것이며, 반지름이 r인 로터(2) 또는 베인(3)의 회전 각도(θ)만을 변수로 하는 공식, 즉, 베인(3)의 양단이 케이싱 곡면을 슬라이딩 및 스크레이핑 하면서 나타내는 상기 심원형 곡선을 정확히 산출하여, 이 공식을 이용하여 컴퓨터 수치 제어 방식에 의해 케이싱 곡면을 바라는 크기로 정밀하게 가공할 수 있을 것이다.
제3도 및 제4도에서 볼 수 있듯이, 본 발명은 제3도상의 4사분도 및 3사분도 영역내의 케이싱 곡면상에 유체 유입을 위한 흡입구(13) 및 유체 배출을 위한 토출구(14)가 구성되어 있으며, 케이싱 외주면상에는 케이싱을 냉각시키는 냉각수 챔버(19)가 형성되어 있으며, 상기 냉각수 챔버(19)의 외주면상에는 워터 재킷(Water Jacket)이 형성되어 있다.
그리고, 제3도 및 제4도에서 볼 수 있는 바와 같이, 로터를 중심으로 케이싱 곡면을 스크레이핑하는 베인(3)을 반시계 방향으로 회전시키면, 베인(3)을 기준으로 하여 흡입구(13)가 위치해 있는 케이싱 내부에는 부압에 기인한 흡인력이 발생하고, 토출구(14)가 위치해 있는 케이싱의 나머지 내부에는 양압에 기인한 압출력이 발생함으로써, 로터의 연속적인 회전에 의해 유체의 흡입 및 토출이 연속적으로 수행된다.
상술한 유체의 연속적인 흡입 및 토출시에, 케이싱 곡면(4)과 로터(2), 그리고 베인(3)으로 구성되는 슬라이딩부에서는 기계적인 마찰 이외에 연속적으로 반복되는 유체의 흡입 및 압축 과정에서 유체 역학적인 열이 발생하게 되나 이것은 공지의 수냉 또는 공냉식 냉각방법을 적용시켜서 해소할 수 있을 것이다. 그러나 문제는 종래의 편심로터 펌프 분야에서는 케이싱 곡면의 정밀 가공 기술이 원시적으로 취약하기 때문에 베인(3)과 케이싱 곡면(4) 사이의 밀착 정밀도가 떨어져 점도지수가 높은 많은 양의 실링(Sealing) 오일이 케이싱 곡면(4)과 베인(3)과의 사이에 공급되어야할 필요성이 있었으나, 본 발명에서는 상술한 케이싱 곡면(4)에 관한 수식을 이용하여 컴퓨터 수치 제어방식에 의해 케이싱 곡면(4)을 고도로 정밀하게 가공할 수 있으므로 케이싱 곡면(4)과 베인(3) 사이의 기하학적인 밀착 정밀도를 확보하게 됨으로써 펌프 가동시에 점도지수가 높지 않는 적은 양의 실링 오일을 사용해도 되는 보다 경제적인 편심 로터 베인 펌프를 제공할 수 있을 것이다.
한편, 이상과 같은 심원형 곡선의 방정식(5) 이외의 또 다른 케이싱 곡면의 곡선을 도출하고자 하여 상술한 심원형 곡선의 방정식(5)에서 말항인를 제거시킨 곡선의 식을 작도하여 본 결과, 케이싱을 슬라이딩 스크레이핑하는 베인(3)의 길이가 케이싱의 전체 (360°)곡면을 회전하면서 항상 일정하게 유지된다는 것을 발견하여 다음과 같은 새로운 곡선의 방정식, 즉, 비대화 심장형 곡선의 방정식을 도출할 수 있다.
상기 비대화 심장형 곡선은 본 발명의 설명의 필요상 명칭된 용어이다.
상기의 새롭게 안출된 비대화 심장형 곡선의 방정식(5)은 제5도의 곡선(4)으로 작도 되어지며, 이 곡선은 외관상 타원형 곡선으로 보여질 수 있으나 엄밀한 수학적인 정의로 보면 타원형 곡선이 아니며, 상술한 심원형 곡선(4)도 아닌 일반적인 심장형 곡선(P=a(l+sinθ);일반형)의 확대된 형태인 일명 비대화 심장형 곡선(4)임을 알 수 있다. 즉, 제5도에 도시되어 있는 바와 같이, 비대화 심장형 곡선(4)은 제2도의 복합 심원형 곡선(4)이 Y≥0 영역에서 Y-축의 상측 방향으로 기초원(1)의 반지름(R) 만큼 확장되고, Y0 영역에서 Y-축의 하측 방향으로 R만큼 확장된 곡선의 형태이다. 제6도에서 도시되어 있는 바와 같이 이 곡선(4) 상을 슬라이딩 스크레이핑하며 회전하는 베인(3)의 길이는 제1도 및 제2도의 심원형 곡선(4)을 슬라이딩 스크레이핑하며 회전하는 베인(3)의 길이 보다 모든 회전각도에서 일정하게 2배가 됨을 발견할 수 있다. 상술한 새로운 형태의 비대화 심장형 곡선(4)의 방정식의 안출은 심원형 곡면(4)과는 다른 비대화 심장형 곡면을 가진 편심 로터 베인 펌프의 정밀 가공시에 유용하게 그리고 이상적으로 이용할 수 있으며 특히 심원형 곡선(4)보다 원에 더 가깝기 때문에 로터 회전이 더욱 유리한 장점이 있다. 제6도에 도시되어 있는 것처럼, 비대화 심장형 곡면(4) 케이싱의 경우, 로터의 반지름은이 되며, 로터의 중심점은 로터 하단의 내접점인 근심점에서 Y-축의 상측으로만큼 떨어진 위치와 상부의 원심점에서 Y-축의 하측으로만큼 떨어진 위치에 좌우대칭으로 자리잡고 있기 때문에 로터의 중심점을 정확히 찾을 수 있다. 여기서 근심점 및 원심점은 비대화 심장형 곡선(4)과 Y-축 사이의 하부 교점 및 상부 교점을 각각 의미한다.
그리고 상술한 심원형 곡선(4)의 산출공식(5)은 0°≤θ≤180°영역내의 케이싱 곡면에 대해 만족하는데 반하여, 비대화 심장형 곡선(4)의 산출공식(6)은 케이싱의 전체(360°) 곡면에 대해 만족한다는 것을 비교할 수 있을 것이다.
이상과 같이 새로이 도출된 본 발명의 곡선공식 (1)~(6)은 편심 로터 베인 펌프의 케이싱 곡면에 대한 정확한 곡면계산 및 산출근거를 마련하여 임의로 설정되는 기초원(1)의 반지름(R)과 편심 로터(2)의 반지름(r) 크기에 따라 수반되는 케이싱 곡면을 필요한 대로 분할하고 설계하여 각각 임의의 바람직한 크기로 분할 가공하여 조립함으로써 공작기계의 제원에 따른 가공의 한계를 크게 상회하여 분할된 등분에 비례하는 대구경 케이싱으로 가공 및 제작할 수 있으며, 전체(360°) 곡면을 한꺼번에 가공해야 하는 기존의 방법과는 달리 대구경 케이싱 가공설비(곡선운동 구동장치)를 따로 만들지 않아도 되고, 모형곡선 운동에 의한 리카피 개념의 가공이 아니기 때문에 일률적으로 정밀가공을 실시케 하여 저렴한 가격의 편심 로터 베인 펌프의 대량 생산이 가능해 질 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예로서 제7도는 비대화 심장형 편심 로터 베인 펌프의 작동 상태도이고, 제8도는 본 발명에 따른 수치 제어 가공방식에 의한 실시예를 나타낸 것이며, 기초원(1)의 반지름(R)이 1,000mm, 편심 로터(2)의 반지름(r)이 600mm의 케이싱 곡면을 도면과 같이 분할하여 가공할 수 있도록 나타낸 것으로서 가공소재중 A부분, B부분, C부분 소재 단면의 빗금친 부분을 절삭 내지 연삭하도록 되어 있다. 이 분할 가공을 위한 평면상의 케이싱 곡면(제8도)에 대한 좌표(X,Y)는 상술한 수식을 이용하여 하나의 실시예로서 다음의 테이블(I)상에 있는 데이터를 사용 하였다. 즉, 테이블(I)에 있는 데이터는 0°≤θ≤90°영역에서의 X 및 Y에 대한 수치들이다.
한편, 필요에 따라 임의의 크기로 등분하여 분할 가공된 케이싱 부분품은 공지의 적당한 패킹재와 보울트 및 너트류 등을 이요하여 피가공품을 일련의 A, B, C 등의 순서대로 조립하여 설계내용대로의 곡면을 가진 케이싱이 되도록 생산할 수 있다.
제9도는 본 발명의 편심 로터 베인 펌프의 수평설치형 부품 분해도이고, 제10도는 본 발명의 편심 로터 베인 펌프의 수직설치형 부품 분해도이다. 제11도는 편심 로터 부품 분해도로서, 이 도면에서 보는 바와 같이 기존의 일체형 로터 가공방식으로는 대구경 케이싱의 경우 로터 역시 비례하여 대형화 되는데, 대형 로터의 경우에 슬라이딩 및 스크레이핑하는 베인을 수납하고 왕복 슬라이딩시키는 안내면의 가공에 한계가 따르기 때문에, 이 한계를 극복하기 위하여 본 발명에서는 제11도에 도시되어 있는 바와 같이 반달형 로터(5,5')를 각각 분할 가공한 후 샤프트 일체형 회전원판(8,8') 내면의 베인 안내면에는 베인(3)의 양면에 돌출가공된 돌기부(7)가 수납되어 왕복 슬라이딩할 수 있는 안내홈(7')을 형성시켜 감삽 수납시킨 후 사이드커버(9.9')는 케이싱(1,6)을 공지의 패킹재와 보울트 조임방식으로 조립하여 고정시키고 편심 회전 로터(2)를 케이싱(1,6)의 스크레이핑 곡면에 내접시키도록 하는 구조로서 회전 원판체(8,8')에 의하여 편심 회전하도록 고정시킴과 동시에 밀봉체(10,10')로 하여금 회전원판체(8,8')와 연동되는 축(12,12')에 공지의 실링수단을 이용하여 실링기능을 갖도록 하여 사이드 커버(9,9')에 관통 고정시키고, 베어링박스(11,11')는 회전축(12,12')를 지지하도록 밀봉체(10,10')에 공지의 보울트 조임방식으로 부착시킨다.
참고번호(13)는 유체흡입구이고, 참고번호(14)는 유체토출구이며, 참고번호(16, 17, 18)는 각 부품조립에 사용되는 공지의 보울트, 너트류이고, 제10도의 참고번호(15)는 수직형으로 설치된 편심 로터의 하중을 지지하는데 사용되는 공지의 평좌 베어링 또는 스러스트 베어링이다.
특히 제10도의 수직설치형 편심 로터 펌프는 케이싱이 대구경화됨에 따라 로터의 하중이 커지기 때문에 하부의 샤프트와 하부의 베어링박스의 베어링 이외에 별도로 견고하고 중량물의 회전구동이 용이한 공지의 평좌 베어링 및 스러스트 베어링을 내설하여 그 하중을 지탱하게 함으로써 대형화된 로터의 무게에 관계없이 유연한 회전운동이 가능하게 하며, 그리고 로터의 대형화에 따라 베인(3)의 하중 역시 증가하기 때문에, 수직설치된 로터의 베인의 안내면을 따라 베인(3)이 상하 좌우 왕복운동이 아닌 수평 왕복운동을 하게 함으로써 베인(3)의 중량에 무관하게 케이싱 내면과 밀착하여 슬라이딩 및 스크레이핑하며 회전운동을 할 수 있도록 하여 대구경 케이싱의 경우 베인의 중량에 의해 수반되는 케이싱 내면과의 마찰 및 원심력 작용으로 인한 치명적인 영향을 피할 수 있게 한다. 그리고 수평 왕복운동으로 슬라이딩 스크레이핑하는 베인(3)의 양단과 케이싱 곡면 사이의 접촉부분은 베인(3)의 중량에 영향이 미치지 않는 반면에, 베인(3) 자체의 무게는 여전히 베인의 수평 왕복운동에 영향을 미치기 때문에 제11도와 같이 베인(3)에 적당한 갯수의 돌기부(7) 및 반달형 로터에 상응하는 갯수의 홈(7')을 설치시키거나 베인(3)의 밑변 또는 베인(3)의 윗변의 무게중심 위치에 베어링구동등의 적당한 공지의 수단을 내설하여 베인(3)의 중량을 흡수하게 함으로써 베인의 수평 왕복운동이 원활하도록 할 수 있는 구성 역시 본 발명의 요지에 속할 것이다.
이상과 같은 본 발명의 심원형 곡선의 방정식(5)에 따라 가공된 케이싱 곡면(4) 또는 비대화 심장형 곡선의 방정식(6)에 따라 가공된 케이싱 곡면(4)을 가진 편심 로터 베인 펌프(수평 및 수직형)는 전술한 바와 바와 같이 기존의 편심 로터 베인 펌프의 한계와 단점들을 극복할 수 있는 장점이 있을 뿐만 아니라, 특히 편심 로터 베인 펌프의 생명인 고정밀도를 보증할 수 있고, 또한 지금까지는 불가능했던 대구경 편심 로터 베인 펌프시대를 열 것이며 기존의 대구경 대용량 펌프보다 회전속도를 높일 수 있어 같은 용량(토출량 M3/분)의 경우에 크기는 1/5 밖에 안되는 고성능 소형화 펌프의 공급이 가능해질 것이다. 이밖에 학문적으로 심원(cardiocle)형 곡선 및 비대화 심장형 곡선이라는 새로운 곡선공식을 제시함으로써 해석 기하학의 새로운 응용에 도움이 될 수 있을 것이다.
첨부된 청구범위는 단지 본 발명의 하나의 실시예를 의미하는 것이며, 본 청구범위 이외에 본 발명의 구성 및 수단을 이용한 다양한 발명의 수정 또는 변경이 있을 수 있으나 그것 역시 발명의 개념에 있어서 본 발명의 범주에 속한다 할 것이다.

Claims (8)

  1. 심원형 케이싱 곡면 및 비대화 심장형 케이싱 곡면을 갖는 편심 로터 베인 펌프에 있어서, 0°≤θ≤180°영역에서 심원형 케이싱 곡면의 방정식이
    이며, 여기서 X 및 Y는 평면 좌표, r은 로터의 반지름, R은 기초원의 반지름, θ는 로터 또는 베인의 회전각도, 그리고 P는 극좌표함수인 것에 따라 컴퓨터 수치 제어 방식에 의해 상기 케이싱 곡면을 가공하는 것을 특징으로 하는 편심 로터 베인 펌프의 케이싱곡면 정밀가공방법.
  2. 심원형 케이싱 곡면 및 비대화 심장형 케이싱 곡면을 갖는 편심 로터 베인 펌프에 있어서, 0°≤θ≤360°영역에서 비대화 심장형 케이싱 곡면의 방정식, 즉,
    을 따라 컴퓨터 수치 제어 방식에 의해 상기 케이싱 곡면을 가공하는 것을 특징으로 하는 편심 로터 베인 펌프의 케이싱 곡면 정밀가공방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 케이싱 곡면 수식들에 따라 케이싱 곡면을 분할설계, 분할가공 및 분할조립하는 것을 특징으로 하는 편심 로터 베인 펌프의 케이싱 곡면 정밀가공방법.
  4. 심원형 케이싱 곡면 및 비대화 심장형 케이싱 곡면을 갖는 편심 로터 베인 펌프에 있어서, 0°≤θ≤180°영역에서 심원형 케이싱 곡면의 방정식이
    이며, 여기서 X 및 Y는 평면 좌표, r은 로터의 반지름, R은 기초원의 반지름이며, θ는 로터 또는 베인의 회전각도, 그리고 P는 극좌표함수를 따르는 케이싱 곡면을 갖는 것을 특징으로 하는 편심 로터 베인 펌프.
  5. 심원형 케이싱 곡면 및 비대화 심장형 케이싱 곡면을 갖는 편심 로터 베인 펌프에 있어서, 0°≤θ≤360°영역에서 비대화 심장형 케이싱 곡면의 방정식, 즉,
    을 따르는 케이싱 곡면을 갖는 것을 특징으로 하는 편심 로터 베인 펌프.
  6. 제5항에 있어서, 로터의 회전속도를 증가시키기 위하여, 로터의 편심축이 케이싱 곡면내의 중앙 하부에 위치해 있는 것을 특징으로 하는 편심 로터 베인 펌프.
  7. 제6항에 있어서, 베인의 양단과 케이싱 곡면 사이의 마찰력을 감소시키기 위하여, 로터 회전축이 수직 방향으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 편심 로터 베인 펌프.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 반달형 로터(5,5')를 각각 분할 가공한 후 샤프트 일체형 회전원판(8,8') 내면의 베인 안내면에는 베인(3)의 양면에 돌출가공된 돌기부(7)가 수납되어 슬라이딩할 수 있는 안내홈(7')을 형성시켜 감삽 수납시킨 후 사이드커버(9,9')는 케이싱(1,6)을 패킹재와 보울트 조임방식으로 조립하여 고정시키고 편심 회전 로터(2)를 케이싱(1,6) 곡면에 내접시키도록 하는 구조로서 회전원판체(8,8')에 의하여 편심 회전하도록 고정시킴과 동시에 밀봉체(10,10')로 하여금 회전원판체(8,8')와 연동되는 축(12,12')에 실링수단을 이용하여 실링기능을 갖도록 하여 사이드 커버(9,9')에 관통 고정시키고 베어링박스(11,11')는 회전축(12,12')를 지지하도록 밀봉체(10,10')에 보울트 조임방식으로 부착시킨 것을 특징으로 하는 편심 로터 베인 펌프.
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