KR100442476B1 - 회전식 공기압축기 - Google Patents

Abstract

(과제)

체크밸브의 구조설계에 의해, 소음이나 고장의 원인이 되는 헌팅현상을 해소하고, 내구성이 있고 원활하게 작동하는 회전식 공기압축기를 제공한다.

(해결수단)

공기흡입로(20)에 피스톤·실린더구조의 체크밸브(13)를 구비하고 있는 오일이 들어 있는 회전식 공기압축기에 있어서, 체크밸브(13)를, 공기흡입로(20)를 자유롭게 차단하는 밸브체(21)와, 밸브체(21)를 지지하는 밸브봉(22)과, 밸브봉(22)의 일단에 부착된 피스톤(23)과, 피스톤(23)을 슬라이딩 가능하게 지지하는 실린더통(24)과, 실린더통(24) 내의 일단과 피스톤(23) 사이에 끼워진 복귀스프링(25)을 구비하여 구성하고, 실린더통(24)에, 피스톤(23)의 슬라이딩 이동에 따른 공기의 출입을 허용하는 한 쌍의 공기탈출로(39, 42)를 형성하고, 헤드측의 탈출로(39)를 소직경으로 하여 스로틀(S)로 한다.

Description

회전식 공기압축기{ROTARY AIR COMPRESSOR}

본 발명은, 철도차량 등에 사용되는 회전식 공기압축기에 관한 것이며, 상세하게는, 공기를 흡입하는 공기흡입로와, 오일을 받아들이는 오일취입로와, 공기흡입로에서 흡입된 공기를, 오일취입로에서 받아들인 오일을 동반하여 압축하는 회전체를 보유한 압축부와, 압축부에 흡입되는 방향의 공기의 흐름을 허용하고, 또한, 압축부로부터 압출되는 방향의 공기의 흐름을 저지하는 상태로 공기흡입로에 설치된 체크밸브를 구비한 회전식 공기압축기에 관한 것이다.

종래의 회전식 공기압축기는, 도 4에 도시한 바와 같은 구성이었다. 즉, 오일을 동반하여 공기를 압축하는 압축부(1)(압축기 본체), 커플링(2)를 통하여 압축부(1)를 구동하는 전동모터(3), 공기압축기본체(1)로부터 배출되는 압축공기와 오일의 혼합물로부터 오일을 회수하는 오일회수기(4), 압축공기로부터 오일을 분리하는 오일분리기(5), 오일이 제거된 압축공기를 보압체크밸브(6)를 통해서 냉각하는 애프터쿨러(7), 압축공기의 배기를 가능하게 하는 전자배기밸브(8), 오일 온도조정밸브(9), 오일쿨러(10), 오일클리너(11), 흡입용 에어클리너(12), 체크밸브(13)(흡입밸브), 및 오일온도스위치(14) 등으로 회전식 공기압축기가 구성되어 있다.

에어클리너(12)와 압축부(1) 사이에 배열된 체크밸브(13)는, 압축부(1)에 의해 발생된 고압의 공기가 공기흡입로, 즉, 에어클리너(12)로 역류하지 않도록 하기 위한 밸브이며, 부압에 의해 원활하게 동작하여, 압축부(1)로의 공기 흐름만을 허용하는 기능을 갖고 있다. 즉, 선단에 밸브가 형성된 로드를 가진 피스톤과 실린더통, 이들 양자 사이에 배치된 복귀스프링에 의한 피스톤 구조로 함으로써, 정확하게 작동하고, 또한, 내구성이 우수한 것이 되도록 구성되어 있었다.

이 체크밸브는, 압축부에서 발생하는 부압에 의해, 복귀스프링에 저항하여 밸브가 열려 공기를 흡입하고, 부압이 없어지면 복귀스프링에 의해 밸브가 닫히는 것이며, 이 밸브의 개방동작은 압축부가 움직이고 있는 동안은 유지된다. 그런데, 해를 거듭하는 반복동작에 의해, 피스톤과 실린더 사이의 미끄럼이동저항이 저하되는 것 등에 의해, 압축부의 구동주기(예를 들면, 한 쌍의 스크루의 회전주기)와, 체크밸브의 복귀스프링의 고유 진동수가 동기하고, 복귀스프링의 서징(surging)이 발생하여 피스톤에 전달되고, 밸브의 헌팅을 유발하는 일이 있었다. 특히, 철도차량용의 회전식 공기압축기는 바닥면의 아래에 부착되기 때문에, 철도차량의 정차시 등에 헌팅이 발생하면 차내까지 소음이 전해진다.

본 발명의 목적은 체크밸브의 구조 설계에 의해, 소음이나 고장의 원인이 되는 헌팅 현상을 해소하고, 내구성이 있고 원활히 작동하는 회전식 공기압축기를 제공하는 것이다.

도 1은 회전식 공기압축기의 개략적인 전체구성을 나타내는 기능 계통도이다.

도 2는 체크밸브의 구조를 나타내는 단면도이다.

도 3은 체크밸브의 압축부로의 조립상태를 나타내는 일부 절결 측면도이다.

도 4는 종래의 회전식 공기압축기를 나타내는 블록도이다.

(부호의 설명)

1 압축부 1a,1b 회전체

13 체크밸브 18 오일취입로

20 공기흡입로 21 밸브체

22 밸브봉 23 피스톤

24 실린더통 24a 헤드측의 끝벽

25 스프링 37 볼트

39, 42 공기 탈출로 40 헤드측의 실린더실

S 스로틀

청구항 1의 구성은, 공기를 흡입하는 공기흡입로와, 오일을 받아들이는 오일취입로와, 공기흡입로에서 흡입된 공기를, 오일취입로에서 받아들인 오일을 동반하여 압축하는 회전체를 가진 압축부와, 압축부에 흡입되는 방향의 공기의 흐름을 허용하고, 또한, 압축부로부터 압출되는 방향의 공기의 흐름을 저지하는 상태에서 공기흡입로에 설치된 체크밸브를 구비하여 이루어진 회전식 공기압축기에 있어서,

체크밸브를, 공기흡입로를 자유롭게 차단하는 밸브체와, 이 밸브체를 지지하는 밸브봉과, 이 밸브봉의 일단에 설치된 피스톤과, 이 피스톤을 슬라이딩 가능하게 지지하는 실린더통과, 이 실린더통 내의 일단과 피스톤의 사이에 끼워진 스프링을 갖추어 구성하고,

실린더통에, 피스톤의 슬라이딩 이동에 수반하는 공기의 유입 및 유출을 허용하기 위한 한 쌍의 공기 탈출로를 형성함과 동시에, 이들 양 탈출로 중의 적어도 한 쪽에 공기의 흐름을 제한하는 스로틀이 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항ｌ의 구성에 의하면, 실린더통에 형성된 한 쌍의 공기 탈출로에 의해, 피스톤이 돌출방향 및 후퇴방향의 어느 쪽으로 이동해도, 실린더 안에 있어서 단열 압축작용이 생기지 않도록 되고, 불필요한 저항이나 발열없이 원활하고 경쾌하게 피스톤이 왕복 슬라이딩 이동할 수 있다. 그리고, 한 쪽의 공기 탈출로에 스로틀을 설치했기 때문에, 그 스로틀이 설치된 실린더실로의 공기의 유입 및 유출이 제한되므로, 체크밸브로서의 양호한 움직임을 저해하지 않도록 하면서, 피스톤의 슬라이딩 이동에 저항을 부여할 수 있게 된다.

즉, 복귀스프링의 고유 진동수는 그 기능상 정해지는 것이지만, 스로틀에 있어서 저항의 부여에 의해, 상술의 서징이 생기지 않도록 설정하는 것이 가능하고, 헌팅이 생기지 않도록 하는 것이 가능하게 된다.

청구항 2의 구성은, 청구항 1의 구성에 있어서, 스로틀을, 피스톤에 의해 2분할된 실린더통 내의 실린더실 중, 밸브봉이 존재하지 않는 헤드측의 실린더실에 연통되는 탈출로에 설치되어 있는 것을 특징으로 한 것이다.

청구항 2의 구성에 의하면, 스로틀에 의한 작용이 효율좋게 발휘되게 된다. 피스톤에 의해, 실린더내 공간은, 밸브봉이 존재한 스커트측 실린더실과, 밸브봉이 존재하지 않는 헤드측 실린더실로 구분되므로, 한 쌍의 공기 탈출로는 이들 양 실린더실마다 1 개소 설치되게 된다. 이 경우, 스커트측 실린더실에는 밸브봉을 슬라이딩 가능하게 관통시키는 부시나 실링부가 존재하는데 대하여, 헤드측 실린더실에는 이러한 실링부가 존재하지 않는다. 이것에 의해, 헤드측 실린더실은, 스커트측 실린더실에 비교하여, 상기 탈출로 이외로부터의 실내 공기의 누출이 적다. 따라서, 상기 스로틀은, 헤드측 실린더실의 탈출로에 설치되는 것이, 보다 유효한 스로틀작용을 얻을 수 있다.

청구항 3의 구성은, 청구항ｌ 또는 2의 구성에 있어서, 실린더통의 끝벽 중, 헤드측의 끝벽에, 체크밸브를 압축부에 나사식 장착하기 위한 회전부로 되는 볼트를 끝벽을 관통하는 상태로 나사부착함과 동시에, 그 볼트에 스로틀을 형성하고 있는 것을 특징으로 한 것이다.

청구항 3의 구성에 의하면, 다음과 같은 작용을 얻을 수 있다. 일반적으로 체크밸브는, 예비 조립된 부품으로서 압축부에 조립되기 때문에, 예비조립된 부품의 체결 조작용으로서, 또는 체크밸브를 압축부에 나사식 장착하기 위한 회전부로서의 조작 볼트를, 실린더통의 정상부에 장착가능하게 하는 구조가 채용된다. 구체적인 예로서는, 실린더통 상벽에 관통형성된 너트 구멍에 조작 볼트를 나사식 장착하게 된다(도 2 참조). 또한, 그 너트 구멍은, 실린더통 내의 유지보수용으로서 사용되는 일도 있다.

따라서, 상기 이유에 의해 본래 장비되어 있는 볼트에 작은 구멍 등의 스로틀을 설치하도록 하면, 체크밸브에 새로운 가공을 할 필요가 없어짐과 동시에, 미리 볼트 자체를 스로틀이 부착된 부품으로서 작성하는 것이 가능하므로, 생산성이나 가공비의 점에서 유리하게 된다.

(실시예)

이하, 본 발명의 실시의 형태를 도면에 근거하여 설명한다.

도 1에 철도차량용의 회전식 공기압축기(A)가 도시되어 있다. 이 회전식 공기압축기(A)의 기본 구조는 공지의 것이고, 1은 압축부, 2는 커플링, 3은 전동모터, 4는 오일회수기, 5는 오일분리기, 6은 보압체크밸브, 7은 애프터쿨러, 8은 전자배기밸브, 9는 오일온도조정밸브, 10은 오일쿨러, 11은 오일클리너, 12는 에어 클리너, 13은 체크밸브, 14는 오일온도스위치, 15는 냉각팬, 16은 안전밸브, 17은 드레인 저장소이다. 또한, 도 4에 나타내는 회전식 공기압축기와 동일한 부호가 붙여진 것은, 서로 동일한 기능을 가진 것이다.

여기서, 회전식 공기압축기(A)의 개략적인 작용을 설명하면, 에어클리너(12)로부터 보내온 공기를, 오일취입로(18)로부터 보내온 오일을 동반하여, 서로 교합하는 한 쌍의 회전 스크루(1a, 1b)(회전체의 일례)를 구비한 압축부(1)에서 압축하여, 고압공기(압착공기)를 오일회수기(4)로 배출한다. 오일회수기(4)에서 회수된 오일은, 오일온도조정밸브(9), 또는 이것과 오일쿨러(10)를 거쳐서 온도조정되고 나서, 오일크리너(11)에서 여과되어 오일취입로(18)를 통과하여 압축부(1)에 환원된다.

한편, 오일회수기(4)에서 오일부분이 제거된 고압 공기는, 오일분리기(5)에서 다시 오일부분을 제거하고 나서 보압체크밸브(6), 및 애프터쿨러(7)를 통과하여 냉각된 후, 제습장치 등의 그에 상당하는 장치로 보내진다. 오일분리기(5)에는, 여기서 회수된 오일을 압축부(1)에 되돌리는 오일복귀로(19)나, 공기압축기로서의 작동 정지시의 에어 제거를 하기 위한 전자배기밸브(8) 등이 접속되어 있다.

압축부(1)는, 전동모터(3)에 의해 회전구동되는 한 쌍의 스크루(1a, 1b)에 의해, 도중에 체크밸브(13)를 구비한 공기흡입로(20)로부터의 공기를, 오일취입로(18)나 오일복귀로(19)로부터의 오일을 동반하여 압축하는 것이다. 한 쌍의 스크루(1a, 1b)에 의한 압축부(1)에는 기계적 간극이 존재하여 있고, 오일에 의한 시일작용이 있어 공기 압축이 가능하다. 이 압축부(1)가 정지한 때 등에, 한 쌍의 스크루(1a, 1b)를 거쳐서 고압 공기가 역류한다. 이 오일이 들어있는 공기가 뿜어올려지는 것을 방지하기 위해, 체크밸브(13)를 설치하여 공기흡입로(20)를 역방향 흐름에 대하여 차단하도록 하고 있다. 다음에, 체크밸브(13)에 관하여 상술한다.

도 2, 도 3에 나타낸 바와 같이, 압축부(1)에 흡입되는 방향의 공기의 흐름을 허용하고, 또한, 압축부(1)로부터 압출되는 방향의 공기의 흐름을 저지하는 상태에서 공기흡입로(20)에 설치된 체크밸브(13)는, 공기흡입로(20)를 자유롭게 차단하는 밸브체(21)와, 이 밸브체(21)를 선단부에서 지지하는 밸브봉(22)과, 이 밸브봉(22)의 일단에 부착된 피스톤(23)과, 이 피스톤(23)을 슬라이딩 가능하게 지지하는 실린더통(24)과, 이 실린더통(24) 안의 일단과 피스톤(23) 사이에 끼워진 복귀스프링(25)을 구비하여 구성되어 있다.

실린더통(24)은, 피스톤(23)을 직접 안에 끼우는 헤드측 통부(24A)와, 밸브봉(22)을 관통지지하는 스커트측 통부(24B)를 3개의 볼트(43)로 연결해 일체화하여 구성됨과 동시에, 스커트측 통부(24B)는, 헤드측 통부(24A)에 안에 끼워지는 실린더 케이스부(26)와, 밸브체(21)에 의해 개폐되는 흡입로(27)를 형성하는 유로케이스부(28)를 가진 주조 일체품으로 구성되어 있다. 즉, 스커트측 통부(24B)는, 헤드측 통부(24A)에 볼트 연결되는 3곳의 너트 부분(43) 이외 끼리의 사이는 개방되어 있고, 그것에 의해 흡입로(27)로 하고 있다.

밸브체(21)는, 밸브봉(22) 선단측에 완충스프링(22a)을 통하여 고정된 밸브 본체(29)와, 이것을 밸브봉(22)에 대하여 스프링받이(30)를 통하여 고정하는 스냅 링(34)과, 실링용의 덮개부재(31)와, 밸브시트(32)를 구비한 복합부재로 구성되어 있다. 밸브시트(32)는, 유로 케이스부(28)의 링 형상 하단(28a)과 밸브 본체(29)와의 실링성을 개선하기 위해 밸브본체(29)에 함몰상태로 끼워맞춤 장착되어 있고, 스냅링(33)에 의해 빠짐방지 처리가 되어 있다.

34는, 스프링받이(30)의 밸브봉(22)에 대한 빠짐방지를 행하는 스냅링이고, 35는, 덮개부재(31)의 밸브본체(29)에 대한 빠짐방지를 행하는 스냅링이다. 44는 덮개부재(31)의 장착이탈을 하기 위한 유통구멍, 45는 부시, 46은 밸브봉(22)과 부시(45) 사이의 그리스가 모이는 저장부이다.

피스톤(23)은, 밸브봉(22)의 상단에 나사고정 연결되어 있고, 이 피스톤(23)의 하면측과 실린더 케이스부(26)의 상면측에 걸쳐 밸브봉(22)을 둘러싸는 상태의복귀스프링(25)이 장비되어 있다. 이 복귀스프링(25)이 실린더 케이스부(26)에 대하여 피스톤(23)을 상승가압시키고 있고, 체크밸브(13)의 단체 상태에서는, 밸브체(21)에 의해 유로 케이스부의 하단(28a)을 폐쇄한 흡입로(27)의 단절상태가 유지되어 있다.

유로 케이스부(28)의 상하 중간부분에는, 체크밸브(13)로서 압축부(1)에 장착하기 위한 나사부(28b)가 주위에 설치되어 있는 동시에, 헤드측 통부(24A)의 정상벽(24a)(헤드측의 끝벽)에 있어서 밸브 중심(P)에 상당하는 위치에, 조작 볼트(37)를 나사식 부착하기 위한 관통 너트부(36)를 형성하고 있다. 조작볼트(37)는, 나사부(28b)를 이용하여 실린더통(24)을 압축부(1)의 장착 케이스부(38)에 안에 끼우는 나사결합할 때의 회전부로서 사용되는 것이고, 이 조작볼트(37)를 제외하면, 실린더통(24)의 내부의 청소, 점검 등의 유지보수용 구멍으로서 관통너트부(36)를 이용하는 것도 가능하다.

도 2, 도 3에 나타낸 바와 같이, 조작볼트(37)에는, 헤드측 통부(24A)와 피스톤(23)으로 둘러싸인 헤드측 실린더실(40)에 대한 공기탈출로로 되는 관통 구멍(39)을 형성하고 있다. 이 관통 구멍(39)의 직경을 소직경으로 하여 스로틀(S)이 되도록 하고 있고, 그 직경 치수는, 압축부(1)의 작동 정지시에 있어서, 피스톤(23)의 복귀동작 지연이 발생하지 않는 정도의 저항력을 부가할 수 있는 것으로 설정되어 있다. 그리고, 실린더 케이스부(26)와 피스톤(23)으로 둘러싸인 스커트측 실린더실(41)에 대한 공기탈출로(42)를, 충분한 직경을 가진 구멍으로서 실린더 케이스부(26)에 횡방향으로 형성하고 있다.

이상과 같이 구성된 체크밸브(13)는, 도 2에 도시하는 상태의 조립부품으로서 미리 조립되어 있고, 압축부(1)에 조립하는데에는, 조작볼트(37)를 렌치나 스패너 등의 공구를 이용하여 돌리고, 유로 케이스부(28)의 숫나사부(28b)를 장착 케이스 부(38)의 암나사부(38a)에 나사식 부착함으로써 이루어진다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 체크밸브(13)가 압축부(1)에 조립된 상태에서는, 공기흡입로(20)와 압축부(1)의 공기입구(1r)가 흡입로(27)를 통하여 접속되게 되어 있다. 그러나, 한 쌍의 회전 스크류(1a, 1b)가 회전하여 공기입구(1r)에 부압이 발생하면, 그것에 의해 복귀스프링(25)의 가압력에 저항하여 피스톤(23)이 돌출이동하고 밸브체(21)가 하단(28a)으로부터 이격되어 밸브가 개통하고, 공기를 취입하게 된다. 또한, 2곳의 공기탈출로(39, 42)는, 함께 공기흡입로(20)에 개방되도록 되어 있다.

2개소의 공기탈출로(39, 42)의 존재에 의해, 피스톤(23)이 경쾌하게 왕복슬라이딩 이동할 수 있음과 동시에, 헤드측 실린더실(40)의 공기탈출로(39)를 소직경으로 함으로써 형성된 스로틀(S)의 존재에 의해, 복귀스프링(25)의 움직임에 대한 저항이 발생한다.

따라서, 전동모터(3)의 회전속도가 변동하는 경우 등, 시스템 자체로서의 고유진동수가 자유상태시의 복귀스프링(25)의 고유진동수와 일치하는 일이 있어도, 복귀스프링(25)은 서징을 일으키는 일이 없고, 그것에 기인한 진동이나 소음, 또는 고장 등의 부적합한 상태가 생기지 않게 되어 있다.

(다른 실시형태)

헤드측 실린더실(40)에 대한 공기탈출로(39)를, 조작볼트가 아니라, 정상벽(24a)에 직접 형성해도 좋다. 스커트측 실린더실(41)에 대한 공기탈출로(42)를 소직경으로 하여 죄이게 하는 구조도 좋다.

이상, 설명한 바와 같이, 청구항 1에 기재된 회전식 공기압축기에서는, 공기흡입로에 설치된 실린더·피스톤구조의 체크밸브를, 한 쌍의 공기탈출로를 설치하여 경쾌하고 원활히 작동하도록 하면서, 한 쪽의 공기 탈출로에 형성한 스로틀에 의해, 소음이나 진동, 고장 등의 단점의 원인이 되는 헌팅이 발생되지 않는 양호한 것으로 할 수 있었다.

청구항 2에 기재된 회전식 공기압축기에서는, 한 쌍의 공기탈출로 중의 헤드측 실린더실에 형성되는 탈출로에 스로틀을 설치하는 설계에 의해, 청구항1의 구성에 의한 상기　효과를 보다 유효하게, 또한, 효율좋게 발휘할 수 있는 이점이 있다.

청구항 3에 기재된 회전식 공기압축기에서는, 체크밸브를 압축부에 장비하기 위한 부품인　조작볼트에 스로틀을 설치함으로써 가공비의 절감이나 생산효율의 향상을 도모하면서, 청구항 1 또는 2의 구성에 의한 상기 어느 쪽인가의 효과를 나타낼 수 있게 되었다.

Claims (3)

1. 공기를 흡입하는 공기흡입로와, 오일을 받아들이는 오일취입로와, 상기 공기흡입로에서 흡입된 공기를, 상기 오일취입로에서 받아들인 오일을 동반하여 압축하는 회전체를 가진 압축부와, 상기 압축부에 흡입되는 방향의 공기의 흐름을 허용하고, 또한, 상기 압축부로부터 압출되는 방향의 공기의 흐름을 저지하는 상태에서 상기 공기흡입로에 설치된 체크밸브를 구비하여 이루어지는 회전식 공기압축기로서,

   상기 체크밸브를, 상기 공기흡입로를 자유롭게 차단하는 밸브체와, 이 밸브체를 지지하는 밸브봉과, 이 밸브봉의 일단에 부착된 피스톤과, 이 피스톤을 슬라이딩 자유롭게 지지하는 실린더통과, 이 실린더통 내의 일단과 상기 피스톤 사이에 끼워진 스프링을 구비하여 구성하고,

   상기 실린더통에, 상기 피스톤의 슬라이딩 이동에 수반한 공기의 유입 및 유출을 허용하기 위한 한 쌍의 공기 탈출로를 형성함과 동시에, 이들 양 탈출로중의 적어도 한 쪽에 공기의 흐름을 제한하는 스로틀이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 회전식 공기압축기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 스로틀을, 상기 피스톤에 의해 2분할된 상기 실린더통 내의 실린더실 중, 상기 밸브봉이 존재하지 않는 헤드측의 실린더실에 연통되는 탈출로에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 회전식 공기압축기.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 실린더통의 끝벽 중, 상기 헤드측의 끝벽에, 상기 체크밸브를 상기 압축부에 나사식 장착하기 위한 회전부로 되는 볼트를 상기 끝벽을 관통한 상태로 나사식 부착함과 동시에, 그 볼트에 상기 스로틀을 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 회전식 공기압축기.