KR100384926B1 - 트윈이송스크류 - Google Patents

Abstract

공지된 실시예에서, 매체는 단일 나사산 트윈 이송 스크류에 의해 프로펠러펌프에서 비접촉식으로 이송되는데, 상기 이송 나사는 파일럿 기어를 경유하여 안내되고, 트윈 이송 스크류는 코어 원, 팁 원, 인벌류우트 플랭크 및 중공이 있는 플랭크와 동일한 횡방향 프로우플을 가지며, 펌프 챔버를 축방향으로 엇갈린 셀로 나누므로 각 단계에서 압력 차이는 매우 크다. 동적 역학, 효율도 및 생산과 더불어, 매체의 제어는 단부 프로우필 형상에 의해 결정되고, 그것의 변이는 모든 종속변수를 향상시킨다. 본 발명에 따르면, 인벌류우트는 일정하게 상승하지 않는 곡선에 의해 대체되고 중심 새들부와 코어 원과 결합된 평활한 연결부를 가진다. 그러므로 단부면에서 변이는 동적 역학과 체적 효율도를 향상시키고 단부면에서 매체를 제어할 수 있다. 베이스 부분에서 평활한 연결부와 함께 새로운 곡선부로 꼭 맞게 끼워맞추면 코어와 플랭크를 단일 공구에 의해 함께 결합할 수 있다. 전술한 형태의 프로우필을 가지는 이송 스크류는 약 3000min^-1의 회전 속도와 50%의 효율도 에서 0.05mbar 이하의 최종 압력과 100-1000m³/h의 흐름율에 적합하다.

Description

트윈 이송 스크류

스웨덴에 소재하는 SRM사의 SMR형상으로 공지된 구조는, 중간 영역에서 최종 압력을 가지는 펌프를 위한 작은 접촉각과 멀티-플라이트 형태에서 불규칙 형상을 가지는 고속-회전 이중 운반 워엄의 구조에 적합하다. "블로우-호울(blow-hole)"로 알려진 하우징의 내부 에지(edge)와 연결 라인(line) 사이의 형태로 인해 형성되는 갭은, 최종 압력의 상승을 막고 중저속 회전시 효율성을 떨어뜨린다.

GB-A-746 628에 따르면, 변위 장치는 회전 방향의 역방향으로 작용하는, 단일-플라이트 회전자로 기술된다. 각각의 회전자는 에피사이클로이드의 형태에서 오목면과 볼록면을 구비한다. 접촉 각도는 360°이상이다. 상기 회전자 형태에 따르면, 블로우-호울은 없다; 그러므로 회전자는 여러 가지 적용에 알맞게 중속으로 작동한다.

그러나, 본원의 관심사는 720°이상의 접촉각을 가지고 축방향으로 배치된일련의 작동 셀들(cells)을 가지는 단일-플라이트 이중 워엄이 적합한 중간 이송 영역에서 보다 높은 최종 압력을 가지는 펌프에 집중된다. 연장된 사이클로이드로서 단일-플라이트 형상으로 플랭크를 디자인함으로써, 교번 연결 대칭선이 형성되는데, 이것은 하우징의 내부 에지로부터 코어 원까지 워엄 외부를 따라 뻗어있다. 연결선은 중첩되었을 때 피치 길이의 2배인 축방향으로 움직이는 작동 셀(cell)로 펌프의 내부를 세분화한다.

일본에 소재하는 타이코사에서 개발한, 공지된 실시예에서 워엄은 1080°, 1440°, 1800°의 접촉각으로 제작되는데, 이것은 동일한 단부 형상을 특징짓는다. 이 위치에서 인버류우트(involute) 모양인, 제 2 형상 플랭크를 따라 배치된 개구와, 하나의 워엄에 의해 유출구는 단부면에서 제어된다.

본 발명은 워엄의 카운터-플라이트 안내를 하도록, 파일럿 기어 시스템을 구비한 펌프에서 평행을 이루는 외축 작용을 위한 이중 운반 워엄의 형상에 관련된다. 형상, 접촉각, 피치, 갭 너비, 매체 제어 및 회전속도는 운반량, 효율도, 최종 압력, 누설률, 온도, 소음 및 제작시 투자비용과 같은 펌프 특징을 결정한다.

도 1 은 파일럿 기어와 본 발명에 다라 약 1600°의 접촉각을 가지며, 커버 플랭크에서 감소된 크기의 중간 새들 지지부를 포함하는 단일-플라이트 구조의 이중 워엄 시스템을 나타낸 도면.

도 2 는 도 1 에 나타낸 이중 워엄 시스템의 역-형상과 맞물림 비율 및 형상구조를 나타낸 도면.

도 3 은 도 1 과 같은 크기로, 하우징에 설치되고, 도 1 의 A-A선을 따라서본 이중 워엄 시스템의 단면도.

도 4 는 운반 워엄의 축방향 단면도.

* 부호 설명

1,2 ... 운반 워엄 4 ... 코어 원

7 ... 새들 지지부 8 ... 내부 플랭크

11 ... 루트 사이클로이드(root cycloid)

본 발명은, 피치 길이의 두 배인 축방향으로 움직일 수 있는 작동 셀의 작동원리를 유지하면서, 현재 일련의 작업 공정에서 형상을 재구성, 재정의한다. 그리고 체적 효율도, 동적 운동 및 매체 제어를 향상시킬 수 있다.

코어 원, 사이클로이드 모양의 중공이 있는 플랭크, 외부 아크 및 제 2 플랭크를 가지는 형상의 이중 운반 워엄을 구비한 본 발명에 따라 전술한 목적은 달성된다. 왜냐하면 종래기술에서 비롯된, 커버 플랭크로 언급된 제 2 플랭크(6)는 코어 원(4)을 접지 않고서도 하부점에 연결되고, 커버 플랭크(6)는 새들(saddle) 지지부(7)를 포함하면서, 피치가 상승되지 않는 하나 이상의 중간 영역을 가지는데, 상기 중간 영역은 전술한 방식으로 구성된 커버 플랭크, 내부 플랭크(8) 및 외부플랭크(9)와 구김없이 결합된다.

첨부 도면에 나타내고 종속항 2항과 3항에 기술한 특징을 가지는 실시예를 기준으로, 본 발명은 자세히 설명된다.

본 발명의 실시예에서, 운반 워엄(1, 2)(도 1 과 3)은 약 1600°의 접촉각을 이루며 다수의 플랭크 곡선부로 구성된 커버 플랭크와 동일한 단부 형상을 가진다; 새들 지지부(7)(도 1 과 2)는 축 사이 거리의 ½에 해당하는 반경을 가지는 아크형이고 카운터-워엄의 새들 지지부에 대응하여 장착된다. 내부 플랭크(8)(도 2)는 플랭크 아크(도 2)로서, 새들 지지부(7)와 접힌 부분 없이 연결된 편심 아크와, 구김없이 결합된 연장 사이클로이드, 코어 원(4)(도 2, 3)을 연결하기 위한, 루트 사이클로이드(root cycloid)(11)(도 2)로 구성된다. 카운터-워엄 플랭크 아크의 중심점은 짧은 에피사이클로이드(epicycloid)(12)(도 2)의 형상에 맞게 이동하고, 그것의 내부 평행 곡선은 플랭크 원 반경 f의 거리에서, 고려된 형상을 가지는 외부 플랭크(9)(도 2)이다.

정량적 결정을 위해, 하기 과정이 적용된다:

1. 축 사이의 거리 결정: a = 100 L.V.(단위길이)

2, 여기에서, 새들 지지부 아크 반경을 직접 구할 수 있다: d=a/2=50 L.V.

3. 코어 원 반지름 결정: c=23 L.V.

4. 여기에서, 외부 아크 반경을 직접 구할 수 있다: b=a-c=77 L.V.

5. a 와 b 로 중공이 있는 플랭크 사이클로이드(5)(도 2, 3)가 구해진다. 여러가지 값이 표 1 에 나타나 있고, 표 1에서 u, v는 축 중심에 원점을 가지는 직각 좌표계의 좌표이다.

6. a 와 b 로부터 침수각 a 를 구할 수 있는데, 이것은 서로 맞물린 운반 워엄(1, 2)(도 3)의 상호 침투각을 나타낸다: a /2=49.51°

7. 외부 아크 각도 β결정: 기능을 유지하기 위해서, β 는 a /2 이상이어야 한다.

β결정 = 76°

동일 형상을 가지는 역-맞물림으로 인해, 코어 원 섹터 각도, β=76° 이다.

8. 워엄 피치 결정: ㅣ =100 L.U.

9. ℓ, a, b 와, 플랭크(5, 6) 및 하나의 공구를 가지는 코어(4)를 가공하는데 필요한 조건 및 계산은 축 단면(도 4)을 통하여 f≥22 L.U.인 플랭크 아크 반경에 대한 조건을 이끈다.

결정: f=22 L.U.,

여기서 플랭크 아크 중심의 편심도 e를 구할 수 있다: e=d-f=28 L.U.

10. 루트 사이클로이드(11)는 카운터-프로우필의 외부 아크/외부 플랭크 사이의 충격점에서 헤드 코너에 의해 형성되고, 레버 조건 a, b가 동일하므로 중공이 있는 플랭크(5)의 일부와 합동이다. 루트 사이클로이드(11)에 의해 코어 원(4)과 플랭크 아크(10)를 접힌 부분 없이 연결할 때, 내부 플랭크 각도 γ=65.94°이다.

동일 형상의 역맞물림 때문에, 외부 플랭크 각도 γ=65.94°이다.

11, 따라서 새들 지지부 섹터 각도 δ=360°- 2β- 2γ = 76.12° 이다.

12. 값 a, e, f 는 각뿔 에피사이클로이드와 평행한 내부 곡선부, 외부 플랭크(9)의 형상을 이끈다. 여러 가지 값이 표 2 에 나타나 있는데, u, v는 표 1의 정의처럼 직각 좌표계의 좌표이다.

형상을 결정한 후에, 다음 과정을 실시한다:

13. 중심으로부터 중력 중심까치 거리 g=21.58 L.U.

14. 회전자 표면 = Z = 8295.4(L.U.)²이므로 g·Z = 1.79·10⁵(L.U.)³이다.

15. 효율도 η= 49.51%이다.

16. 작동 속도와 구조에 대한 데이터로부터 상대 운반 용량(L.U.)³/시간단위를 구할 수 있고, 이것으로부터 ℓ L.U.에 대한 값은 수정된 기준 운반 용량과 상관 관계로 구할 수 있다. 기준 운반 용량이 250m³/h(비정정상태)이고 300rpm의 속도를 가질 때 ℓ L.V.=1mm 이다

비접촉 작동을 위해 프로우필에서 실행되는 측정 보정은 완벽한 기능 및 제작에 필수적이고 상당한 노력을 투자해야 하지만, 프로우필을 선택하는데 단지 부차적인 역할을 한다.

공지된 프로우필과 비교하면, 체적 효율도가 약 6.5% 향상되고, 동적 역학이 개선되며(27.2%의 감소), 코어(4), 중공 플랭크(5), 내부 플랭크(8), 새들 지지부(7) 및, 외부 플랭크(9)로 구성된, 플라이트 내면을 동일하게 결정할 수 있다. 플랭크 아크 영역에서 표면 비율은. 하우징 단부 벽에서 채널(13)(도 3)을 통하여 안내된, 매체 제어를 보다 우수하게 수행할 수 있도록 선택된다.

Claims (3)

1. 코어 원, 제 1 사이클로이드 모양의 중공이 있는 플랭크, 외부 아크 및 제 2 플랭크로 구성되는, 단부 형상을 가지는 단일-플라이트로서 설계되며 720°이상의 접촉각을 가지고, 축이 평행하고 역-주행 외부 결합을 위한 이중 운반 워엄에 있어서, 커버 플랭크로서 언급된 제 2 플랭크는 접힌 부분 없이 기저부에서 중공이 있는 플랭크와 동일한 방식으로 코어 원(4)에 연결되어서, 중공이 있는 플랭크(5)와 커버 플랭크(6) 및 코어(4)는 동일한 가공 포텐셜을 가지며 접힌 부분이 없는 표면을 형성하고; 커버 플랭크(6)는 하나 이상의 비상승면, 즉 커버 플랭크의 일부, 내부 플랭크(8)와 외부 플랭크(9)를 결합하는 새들(7)을 가지므로, 공지된 형상에 대해 보다 선호되는 표면 분배가 달성되고, 효율도와 동적 역학 및 매체 제어를 보다 우수하게 실현할 수 있는 것을 특징으로 하는 이중 운반 워엄.
2. 제 2 항에 있어서, 새들 지지부(7)가 아크형으로 만들어지도록 커버 플랭크(6)는 다수의 플랭크 만곡부로 구성되는 것을 특징으로 하는 이중 운반 스크류.
3. 제 2 항에 있어서, 루트 사이클로이드(11)가 코어 원(4)에 연결되고 플랭크아크(10)가 새들 지지체(7)에 연결되게, 내부 플랭크(8)는 플랭크 아크(10)로서 언급된 편심 아크와 루트 사이클로이드로 나타낸 연장 구성된 사이클로이드로 구성되어서, 각각의 경우에 카운터-워엄과 맞물려지는, 외부 플랭크(9)는 각뿔 에피사이클로이드의 내부 평행 아크 형태에 맞는 것을 특징으로 하는 이중 운반 워엄.