KR100503834B1 - 최적화된 팁을 갖는 다중 포트 흡입 리드 밸브 - Google Patents

Abstract

밸브 팁 및 그와 관련된 리세스가 실린더의 중심으로부터 흡입 포트의 중심 또는 축을 통과하는 선을 따라 제공된다.

Description

최적화된 팁을 갖는 다중 포트 흡입 리드 밸브 {Multi-Port Suction Reed Valve with Optimized Tips}

통상적인 왕복식 압축기는 내부에 형성된 1개 이상의 흡입 포트 및 배출 포트를 갖는 밸브판을 갖는다. 통상적으로, 흡입 및 배출 밸브는 동일한 일반적 형식이다. 각각의 밸브는 통상 폐쇄되어 있고, 개구 방향으로 밸브를 가로지른 압력차로 인해 개방된다. 흡입 밸브는 압축 챔버/실린더 안쪽으로 개방되어 있으므로, 통상 간극 부피를 최소화하기 위한 밸브 받침재를 갖지 않으며 밸브의 굽힘은 물리적으로 제한되지 않는다. 흡입 밸브가 개방될 때, 밸브 팁(들)은 작은 양의 개방 이동 후에 크랭크실의 리세스(들)와 결합한 다음, 밸브가 밸브 시트로부터 멀리 그리고 실린더 안쪽으로 굴곡됨으로써 추가 개방한다.

흡입 밸브의 탄성과 오일 막("스틱션(stiction)")으로 인한 밸브의 밸브 시트로의 접착은 흡입 밸브의 개방을 방해한다. 팁(들)이 리세스(들)와 결합하기 전의 흡입 밸브의 개방 이동은 실린더로의 제한된 유동만을 허용한다. 따라서, 밸브 팁은 리세스 안쪽으로 세차게 부딪히고 매 싸이클마다 실린더 안쪽으로 굴곡한다. 최대한의 굴곡은 팁 지지체와 핀 지지체 사이의 밸브의 중심점에서 발생한다. 밸브 팁이 흡입 포트 근방에 위치하고 크랭크실과 접촉하는 공칭선에 있으므로, 밸브 팁은 밸브가 실린더 안쪽으로 당겨지도록 허용하여 밸브의 파손을 유발할 수 있는 응력을 받기 쉽다.

다중 포트 흡입 밸브에 있어서, 각각의 밸브 팁 및 그와 관련된 팁 리세스는 실린더 축으로부터 관련 흡입 포트의 축을 통해 연장하는 선을 따라 위치한다. 이러한 배열은 각각의 흡입 포트의 축 및 팁 리세스 사이의 거리를 최소화하고, 흡입 포트를 통한 유동으로 인한 하중을 실린더 벽부 팁 지지체에 가능한한 가까이 위치시켜서 횡방향 굽힘의 효과를 최소화하는 한편 핀으로부터 팁까지의 거리를 줄인다. 이러한 구성은 가장 작은 최대 응력을 갖는 밸브를 산출한다.

본 발명의 목적은 흡입 밸브 상의 최대 작동 응력을 감소시키는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 밸브 팁과 밸브 팁 리세스의 위치를 최적화하는 것이다. 이제부터 명백하게 될 이러한 목적들 및 다른 목적들은 본 발명에 의해 달성될 것이다.

기본적으로, 밸브 팁 및 그와 관련된 리세스는 실린더의 중심으로부터 흡입 포트의 중심 또는 축을 통과하는 각각의 선을 따라 제공된다.

본 발명의 완전한 이해를 위해, 첨부 도면과 함께 후속하는 상세한 설명을 참조한다.

도1 및 도2에서, 도면 부호 30은 통상 왕복식 압축기의 2개의 실린더와 관련된 밸브판을 나타낸다. 축들(A, B)을 각각 갖는 2개 이상의 흡입 통로(30-1, 30-2)와, 축(C)을 갖는 적어도 하나의 배출 통로(30-3)는 각각의 실린더와 관련된다. 지점(D)은 실린더의 축에 대응한다. 지점(E)은 단일 볼트(60)가 사용될 때 밸브판(30)과 배출 밸브(50)를 정위치에서 지지하는 핀/볼트(60) 및 보어(30-4)의 축에 해당한다. 일 이상의 볼트(60)가 사용된다면, 축(E)은 그 중심을 통과하는 선의 중심점에 있을 것이다. 핀(22)은 보어(30-5) 내에 수납되고, 흡입 밸브(20)를 정위치에 고정한다. 축(F)은 각각의 흡입 밸브(20)에 대한 핀(22) 및 그들의 보어(30-5)의 축 사이의 중심점이다. 축(A, B, C, D, E, F)은 본 발명에 대한 관계 때문에 관련 구조가 없을지라도 점 또는 선으로 도시되어 있다. 특히 도1을 참조하면, 흡입 통로(30-1, 30-2)는 축(C, D, E, F)에 의해 한정된 평면에 대해 대칭으로 위치된다. 축(C, D, E, F)에 의해 한정된 평면은 흡입 밸브(20)를 2개의 대칭 부분으로 분할하지만 단지 2개의 축만이 평면을 한정하기 위해 필요하다는 것을 알 수 있을 것이다. 실린더와 관련된 2개의 배출 통로가 있다면, 대칭면은 2개의 배출 통로의 축의 중심점과 함께 축(D, E)에 의해 한정될 것이다. 흡입 통로(30-1, 30-2)는 또한 정위치에 있는 흡입 밸브(20)에 대해 대칭으로 위치된다는 것을 알 수 있다. 배출 밸브(50)는 배출 통로(30-3)를 통해서만 보인다. 흡입 밸브(20)는 알 수 있는 바와 같이 그에 대해 대칭인 아암 또는 돌기(20-1, 20-2)를 각각 갖는다. 제1 아암(20-1)은 축(A, D)에 의해 한정된 평면의 방향으로 연장하고, 축(A, D)에 의해 한정된 평면에 대해 대칭인 팁(20-1a)에서 종결한다. 제2 아암(20-2)은 축(B, D)에 의해 한정된 평면의 방향으로 연장하고, 축(B, D)에 의해 한정된 평면에 대해 대칭인 팁(20-2a)에서 종결한다.

도2 및 도3에서, 2개의 실린더를 갖는 왕복식 압축기(10)가 도시되어 있다. 통상적으로, 각각의 압축기(10)의 실린더는 크랭크실(40)의 보어(40-3) 내에 위치된 피스톤(42) 뿐만 아니라, 흡입 밸브(20)와, 리드 밸브로 도시된 배출 밸브(50)를 갖는다. 밸브(20, 50)는 밸브 작용에서 밸브판(30)과 상호작용한다. 배출 밸브(50)는 밸브(50)의 이동을 제한하고 통상 전체 개방 이동에 걸쳐 배출 통로(30-3)를 통해 밸브(50)에 인가되는 개방력을 분산하도록 통상 구성된 받침판(51)을 가진다. 밸브(20)가 도2에서 가상선으로 도시된 개방 위치에 있을 때, 팁(20-1a, 20-2a)은 밸브 정지부로 작용하는 크랭크실(40) 내의 리세스(40-1, 40-2)의 레지(ledge; 40-1a, 40-2a)와 각각 결합한다. 레지(40-1a, 40-2a)는 간극 부피를 최소화하기 위해 0.1인치(0.25㎝) 정도로 흡입 밸브(20)의 개방 이동 후에 결합하는데, 그 이상의 개방 이동은 가상선으로 도시된 바와 같이 밸브(20)의 굴곡에 의해 일어난다. 구체적으로, 팁(20-1a, 20-2a)이 레지(40-1a, 40-2a)와 각각 결합할 때까지, 밸브(20)의 이동은 외팔보와 같다. 상기 지점에는 3개의 지지 위치가 있다. 제1 위치는 밸브(20)의 고정 단부에 있고, 축(C, D, E, F)에 의해 한정된 평면에 대해 대칭으로 위치된 크랭크실(40)과 접촉하는 선 또는 얇은 밴드의 성질을 갖고, 도2에서 가상선으로 도시된 굴곡을 생성하는 경향이 있다. 굴곡은 필수적으로 축(C, D, E, F)에 의해 한정된 평면에 수직인 축 주위에 있다. 일 단계에서, 팁(20-1a, 20-2a)은 가상선으로 도시된 굴곡을 생성하도록 밸브(20)의 자유 단부를 효과적으로 지지한다. 그러나, 이것은 팁(20-1a, 20-2a)이 레지(40-1a, 40-2a)와 각각 개별적으로 상호작용하는 결과이다. 도3에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 레지(40-1a, 40-2a)를 각각 덮는 팁(20-1a, 20-2a) 부분은 밸브(20)의 가장 좁은 부분이고, 축(A, D) 및 축(B, D)에 의해 각각 한정되는 평면 주위로 대칭이다. 팁(20-1a, 20-2a)은 좁기 때문에 굴곡되기 쉽다. 대칭성으로 인해, 팁(20-1a)은 축(A, D)에 의해 한정된 평면을 횡단하는 축 주위로 굴곡되는 경향이 있으며, 팁(20-2a)은 축(B, D)에 의해 한정된 평면을 횡단하는 축 주위로 굴곡되는 경향이 있다. 팁(20-1a, 20-2a)에 대한 굴곡이 축(A, D) 및 축(B, D)에 의해 각각 한정되는 평면을 횡단하는 주위에 있으므로, 굴곡으로 인한 팁(20-1a, 20-2a)의 최대 이동량은 밸브(20)를 보어(40-3) 안쪽으로 당기기 위해 요구된다. 축(A, D) 및 축(B, D)에 의해 한정된 평면에 대한 팁(20-1a, 20-2a)의 대칭성 때문에, 흡입 포트(30-1, 30-2)를 통한 가스 유동으로 인한 힘도 대칭으로 작용한다. 가스 유동으로 인해 밸브 상에 인가된 하중과 레지(40-1a, 40-2a)에 의해 지지되는 밸브 팁 사이의 거리를 최소화하여 횡단 굽힘의 효과를 최소화함으로써 응력은 최소화될 수 있다.

작동시, 밸브를 가로지른 압력차가 밸브의 고유 스프링력, 접착력 등을 극복하기에 충분할 때는 흡입 스트로크 중에 흡입 밸브(20)는 착좌되지 않는다. 밸브(20)를 뗄 때, 흡입 통로(30-1, 30-2)를 통한 흡입 유동의 영향은 밸브(20)를 팁(20-1a, 20-2a)이 리세스(40-1, 40-2)의 레지(40-1a, 40-2a)와 결합할 때까지 고정된 단부에 상대적으로 굴곡시킨다. 이때부터, 단일의 고정된 단부에 대한 단독적인 굴곡은 더 이상 없다. 주된 굴곡은 축(C, D)에 의해 한정된 평면을 횡단하는 축 주위에서 레지(40-1a, 40-2a)와 결합하는 팁(20-1a, 20-2a)과 고정 단부 사이의 공칭 중심점에 있다. 또한, 각각의 팁(20-1a, 20-2a) 및/또는 그들의 각각의 아암(20-1, 20-2)에 의한 굴곡이 있다. 팁(20-1a)은 축(A, D)에 의해 한정된 평면을 횡단하는 축 주위에서 굴곡하고, 팁(20-2a)은 축(B, D)에 의해 한정된 평면을 횡단하는 축 주위에서 굴곡한다. 팁(20-1a, 20-2a)의 굴곡은 생성되는 최대 응력이 감소되도록 최소 거리에 각각 있는 축(A, B)쪽으로 직접 레지(40-1a, 40-2a)에 상대적으로 팁이 이동하도록 한다.

굴곡을 허용하는 팁(20-1a, 20-2a)의 이동은 보어(40-3)의 반경을 따라서 있는 각각의 평면(A-D) 및 평면(B-D)을 따라서 있다는 것을 알아야 한다. 이것은 팁(20-1a, 20-2a)이 리세스(40-1, 40-2)에 대해 중심을 두도록 하는 평면을 따르는 이동이다. 따라서, 팁(20-1a, 20-2a) 주위의 간격이 최소화됨으로써 간극 부피를 감소시키고 힘은 리세스(40-1, 40-2)와 각각 결합할 때의 팁(20-1a, 20-2a) 상에서 균형을 이룬다.

본 발명의 양호한 실시예가 기술되고 도시되었지만, 본 발명의 숙련자는 다른 변형예를 착안할 수 있을 것이다. 예컨대, 3개 이상의 흡입 포트가 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 범주는 첨부된 청구항의 범위에 의해서만 제한되도록 의도된 것이다.

왕복식 압축기에 있어서, 흡입 밸브 상에 작용하는 최대 응력을 감소시킨다.

도1은 2개의 흡입 밸브 중 하나가 정위치에 있는 것을 도시하는 밸브판의 실린더측의 도면.

도2는 도1의 선2-2를 따라 취한 단면도.

도3은 제2 흡입 밸브가 정위치에 있는 도2의 선3-3을 따라 취한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 압축기

20: 흡입 밸브

50: 배출 밸브

20-1a, 20-2a: 팁

40-1a, 40-2a: 레지

Claims (4)

1. 복수개의 레지를 한정하고 축을 갖는 실린더를 한정하는 크랭크실과, 실린더 내에 위치된 피스톤과, 축을 각각 갖는 복수개의 흡입 포트를 갖는 밸브판과, 축을 갖는 적어도 하나의 배출 포트와, 흡입 포트와의 착좌 결합 그리고 착좌 결합으로부터 이동하도록 구성된 흡입 밸브와, 흡입 밸브를 지지하는 수단을 포함하고,

   상기 흡입 밸브는 팁으로 종단하는 복수개의 아암을 가지고, 각각의 팁은 실린더의 축 및 각각의 흡입 포트 중 하나의 대응축에 의해 한정되는 평면에 의해 한정된 방향으로 연장하는 것을 특징으로 하는 왕복식 압축기.
2. 제1항에 있어서, 상기 팁은 실린더 축 및 흡입 포트의 대응축에 의해 한정되는 대응 평면에 대해 대칭인 것을 특징으로 하는 왕복식 압축기.
3. 제2항에 있어서, 각각의 팁은 복수의 레지 중 대응하는 하나와 상호 작용하고 그와 대칭인 것을 특징으로 하는 왕복식 압축기.
4. 제1항에 있어서, 흡입 밸브는 실린더 축에 의해 한정된 평면 및 흡입 밸브를 지지하기 위한 수단의 중심점에 대해 대칭인 것을 특징으로 하는 왕복식 압축기.