KR100555171B1

KR100555171B1 - 회전 스크루 압축기용 리프트 밸브

Info

Publication number: KR100555171B1
Application number: KR1020017003868A
Authority: KR
Inventors: 카르리스 티무스카
Original assignee: 스벤스카 로토르 마스키너 아베
Priority date: 1998-09-29
Filing date: 1999-04-30
Publication date: 2006-03-03
Also published as: SE9803292L; JP2003524721A; DE69916309D1; WO2000019103A1; SE510385C2; US6461119B1; EP1127220B1; KR20010079930A; SE9803292D0; DE69916309T2; EP1127220A1

Abstract

본 발명은 대개는 공기인 가스 매체를 압축하는 가변 용량의 나선형 스크루 압축기에 관한 것이다. 이 압축기는 이것 내의 제1 압축 챔버와 연통되는 적어도 하나의 리프트 밸브(1)를 포함한다. 이 리프트 밸브(1)는 밸브 하우징(2), 이 밸브 하우징(2) 안에서 왕복 가동하는 밸브 헤드(6), 일단부가 상기 밸브 헤드(6)에 연결되고 타단부가 상기 밸브 하우징(2)의 외부로 돌출하는 밸브축(5), 이 밸브축(5)의 타단부에서 상기 제1 압축 챔버를 향하는 밸브 영역(21)이 있는 밸브 본체(7) 및 개구부(17)가 상기 밸브 헤드(6)의 제1 측부에 인접한 밸브 하우징(2)과 통해 있고 타단부가 압축기 출구 통로 또는 압축기 입구 통로와 선택적으로 유체 접속되는 제1 통로, 상기 밸브 헤드(6)의 반대쪽 제2 측부에 또는 이에 인접한 밸브 하우징(2)을 제2 압축 챔버와 연통시키는 제2 통로(19)를 포함한다. 상기 압축기는 상기 밸브 헤드(6)의 타측부 및 상기 밸브 하우징(2)의 상부에 장착된 캡(3) 사이에 배치되는 탄성 장치(12)를 포함하며, 제1 압축 챔버와 제2 압축 챔버는 하나의 동일한 압축 챔버이다.

Description

회전 스크루 압축기용 리프트 밸브{LIFT VALVE FOR A ROTARY SCREW COMPRESSOR}

본 발명은 청구항 1의 전제부에 기재된 바와 같이, 가스상 매체, 일반적으로 공기를 압축하기 위한 가변 용량의 나선형 스크루 압축기에 관한 것이다. 이러한 용량 변화는 부분적으로 압축된 공기의 일부를 입구로 복귀시키는 복수의 리프트 밸브, 일반적으로 4개의 리프트 밸브에 의해 달성된다.

이러한 종류의 압축기는 미국 특허 제5,556,271호의 명세서로부터 공지되어 있다. 이 공보에 교시된 리프트 밸브는, 그 리프트 밸브의 일단부 위치에서는 압축기의 원통형 로터 하우징의 일부를 형성하고, 타단부 위치에서는 로터 하우징의 개구부로부터 일정 간격을 두고 배치되는 아치형 밸브 영역을 포함하여, 부분적으로 압축된 공기가 압축기의 작동 챔버를 나가서 입구로 복귀할 수 있도록 상기 로터 하우징과 상호 작용한다. 상기 아치형 밸브 영역은 상기 밸브 요소가 그것의 축선을 중심으로 회전할 수 없다는 것을 의미한다. 이 문제는, 상기 밸브 영역의 반대측에서 상기 밸브 요소에 있는 대응하는 정방형 또는 장방형 개구부 내에서 이동할 수 있는 정방형 단면의 로드를 상기 밸브 하우징에 제공함으로써 해결되었다.

그럼에도 불구하고, 상기 밸브 요소는 소정 시간 주기를 넘어서 사용된 후에도 축선을 중심으로 회전하게 되고, 그에 따라 로터와 간섭하여, 로터에 손상을 가할 가능성이 매우 높다.

본 발명의 목적은 밸브 요소가 축선을 중심으로 회전하는 것과 관련된 문제를 방지하는 것이다.

다른 목적은, 로터를 손상시키지 않으면서 밸브 요소를 회전시킬 수 있는 밸브 영역이 있는 밸브 요소를 포함하는 나선형 스크루 압축기를 제공하는 것이다.

이러한 목적은, 청구항 1의 전제부에 따른 나선형 스크루 압축기에 있어서, 밸브 헤드의 제2 측부와 밸브 하우징의 캡 사이에 탄성 장치가 배치되고, 제1 압축 챔버 및 제2 압축 챔버가 동일한 압축 챔버인 것을 특징으로 하는 나선형 스크루 압축기에 의해 달성된다.

바람직한 실시예는 종속항들로부터 명백해질 것이다.

이제, 본 발명을 예시적인 실시예와 첨부 도면을 참조로 하여 더 자세히 설명하겠다.

도 1은 공지된 나선형 스크루 압축기의 종단면도.

도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 취한 단면도.

도 3은 리프트 밸브를 종단면도로 도시한 상태의 본 발명의 나선형 스크루 압축기의 부분 단면도.

도 4는 본 발명의 다른 실시예의 리프트 밸브를 종단면도로 도시한 상태의 본 발명의 나선형 스크루 압축기의 부분 단면도.

이제, 도 1 및 도 2를 참조로 하여, 나선형 스크루 압축기의 구조와 작동 원리를 간략히 설명하겠다.

2개의 단부벽(103, 104) 및 이들 사이에서 연장되는 배럴 벽(105)에 의해 획정되는 작동 챔버 내에 상호 맞물리는 한 쌍의 나선형 로터(101, 102)가 회전 가능하게 장착되어 있다. 도 1로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이, 상기 배럴 벽(105)은 일반적으로 2개의 원통이 상호 교차하는 형태에 상응하는 형태를 취한다. 각 로터(101, 102)는 각기 몇 개의 로브(lobe; 106, 107)와 상기 로터를 따라 나선형으로 연장되는 중간홈을 갖는다. 하나의 로터(101)는 각 로브(106)의 대부분이 피치원의 외측에 위치하는 수형 로터(male type rotor)이며, 다른 로터(102)는 각 로브(107)의 대부분이 피치원의 내측에 위치하는 암형 로터(female type rotor)이다. 이 암형 로터(102)는 일반적으로 수형 로터(101)보다 많은 로브를 갖는다. 전형적인 조합은 수형 로터(101)가 4개의 로브를 갖고 암형 로터(102)가 6개의 로브를 갖는 것이다.

압축할 가스, 통상적으로 공기는 흡입 포트(108)를 통해 압축기의 작동실로 공급되며, 그 후 로터와 챔버 벽 사이에 획정되는 V형 작동 챔버 내에서 압축된다. 각 작동 챔버는 로터(101, 102)가 회전함에 따라 도 1의 우측으로 이동한다. 따라서, 작동 챔버의 용적은 유입 포트(108)와의 연통이 차단된 이후에는 사이클의 후반부 동안에 계속적으로 감소한다. 이와 함께, 가스는 압축되며, 압축된 가스는 유출 포트(109)를 통해 압축기를 빠져나간다. 유출 압력 대 유입 압력의 비는, 유입 포트(108)와의 연통이 단절된 직후의 작동 챔버의 용적과, 유출 포트(109)와 연통하기 시작될 때의 상기 작동 챔버의 용적 사이의 고유의 용적 관계에 의해 결정된다.

도 3은 도 1에 도시된 나선형 스크루 압축기의 배럴 벽(105)을 확대 치수로 도시하며, 또한 상기 배럴 벽에 배치된 리프트 밸브(1)를 도시한다. 리프트 밸브(1)에 가장 근접한 영역에서, 상기 배럴 벽(105)은 로터(101)를 둘러싸는 내부 배럴 벽(31) 및 이 내부 배럴 벽으로부터 간격을 두고 배치된 외부 배럴 벽(32)을 포함한다. 상기 내부 배럴 벽(31) 및 외부 배럴 벽(32)은 유체 통로(33)를 형성하는 중간 공간을 획정한다. 유체 통로(33) 또는 덕트는, 압축기 입구(108) 또는 이 입구와 여전히 연결 상태로 있는 압축기 작동 챔버와 연결되어 있다.

내부 배럴 벽(31)은 2개의 상호 협력하는 스크루 로터(101, 102)(도 1 참조)가 장착되는 압축기의 작동실의 경계를 형성한다. 리프트 밸브(1)는, 예를 들면 도 2에 도면 부호 111 또는 112로 지시된 밀폐된 작동 챔버가 위치하는 영역에서 원통형 작동실로부터 외측으로 반경방향으로 장착된다.

상기 배럴 벽(105)은 내부 벽(31) 내의 제1 개구부(8) 및 외부 벽(32) 내의 제2 개구부(34)를 포함한다. 상기 외부 벽(32) 내의 제2 개구부(34)는 왕복 이동할 수 있는 밸브 요소(4)를 내장하는 밸브 하우징(2)을 수용한다. 이 밸브 요소(4)는 밸브 스템(5), 이 밸브 스템의 일단 상의 헤드(6) 및 상기 밸브 스템(5)의 타단 상의 밸브 본체(7)를 포함한다. 상기 밸브 본체(7)와 상기 밸브 스템(5)의 대부분이 밸브 하우징(2)의 외부에 위치한다.

상기 밸브 헤드(6)는, 밸브 하우징 안의 밸브 스템(5)의 단부 위에 나사 결합되고, 와셔(22)와 나사 형성 슬리브(27)에 의해 상기 밸브 스템에 견고하게 나사 체결되는 환형 요소의 형태를 취한다.

상기 밸브 하우징(2)은 측방으로는 내부의 원통형 측벽(9)에 의해, 상방으로는 캡(3)에 의해, 그리고 하방으로는 저부(10)에 의해 경계가 형성된다. 상기 캡(3)은 볼트(40)에 의해 원통형 측벽 내에 견고하게 고정된다. 상기 저부(10)는 원통형 보어(11)를 구비하는데, 이 원통형 보어를 따라서 밸브 스템(5)이 약간의 간극을 두고 이동할 수 있다.

상기 밸브 요소(4)의 밸브 헤드(6)와 밸브 스템(5)은 각각 밸브 하우징(2)의 원통형 측벽(9) 및 저부(10) 내의 개구부(11)를 따라 작은 크기의 간극을 두고 이동할 수 있다. 상기 밸브 헤드(6)는 밀봉 링(24)을 수용하는 링형 홈(23)을 포함한다. 유체 통로(33)에 대한 밸브 하우징(2)의 작동 챔버의 밀봉은 상기 저부(10)의 개구부(34) 내의 원통형 홈(25)과 이 홈에 끼워지는 밀봉 링(26)에 의해 성취된다. 상기 밀봉 링(24, 26)은 O 링일 수 있다.

상기 캡(3)과 밸브 헤드(6)의 사이에는 탄성 장치(12)가 배치된다. 이 탄성 장치(12)는 예시된 경우에 있어서는 나선형 압축 스프링의 형태를 취한다. 상기 탄성 장치(12)의 하단은 밸브 헤드(6)의 오목부(18)에 정착된다. 상기 탄성 장치(12)는 예정된 힘에 의해 밸브 스템(5)을 캡(3)으로부터 멀어지게, 그리고 밸브 본체(7)의 제1 단부 위치로 밀어 붙이도록 되어 있다.

상기 밸브 본체(7)의 자유단은 원통형 부분(13)을 구비하고, 플랜지(14)와 합체된다. 상기 원통형 부분(13)의 직경은 상기 원통형 개구부의 직경보다 작아서, 이 원통형 부분과 원통형 개구부의 사이에 작은 간극이 제공된다. 상기 내부 벽(31)은 개구부(8) 둘레의 영역에서 유체 통로(33)의 경계를 정하는 측부에 플랜지(14)와 맞닿는 표면 영역(15)을 구비한다. 이 표면 영역(15)은 밸브 요소(4)의 제1 단부 위치를 구성하는데, 즉 이 표면 영역이 제1 단부 위치에 있다.

상기 원통형 부분(13)의 단부 영역은 압축기 압축 챔버(111 또는 112)를 향하여 마주하는 밸브 영역(21)을 형성한다. 상기 원통형 부분(13)은, 압축기의 원통형 작동 챔버 안으로 돌출하지 않으며, 그에 따라 상기 밸브 본체(7) 상의 플랜지(14)가 표면 영역(15)에 맞닿게 놓일 때에도 로터(101)의 회전을 방해하지 않는 것을 보장하는 길이를 갖는다. 상기 플랜지가 상기 표면 영역(15)과 맞닿아 있을 때, 상기 밸브 요소(4)는 제1 단부 위치에 있다. 밸브 요소의 상기 단부 위치에서, 상기 원통형 부분(13)의 단부면은 배럴 표면의 직경을 따라 로터 축선과 평행하게 상기 개구부(8) 내의 배럴 표면과 접하는 것이 바람직하다. 선택적으로, 상기 원통형 부분(13)의 길이는 어느 정도 짧을 수도 있다. 하나의 선택적인 실시예에 따르면, 상기 밸브 본체(7)의 단부는 내부 벽(31)과 동일한 곡률 반경을 갖는 원통형의 만곡된 단부면을 갖는다. 상기 밸브 본체(7)가 제1 단부 위치에 있을 때, 상기 만곡된 단부면은 원통형 내부 벽(31)과 단일면을 이룬다. 만곡된 단부면을 구비하는 상기 실시예에 있어서, 상기 밸브 본체(7)는 밸브 내부 벽(31)과 단일면을 형성하는 위치로부터 멀어지게 긴 축선을 따라 회전할 수 없는 것을 보장할 필요가 있다. 스웨덴 특허 출원 제9703164-5호에는 긴 축선을 중심으로 회전할 수 없게 되어 있는 밸브 요소의 구조가 개시되어 있다.

상기 밸브 스템(5)의 길이는 플랜지(14)가 표면 영역(15)과 접촉 상태로 있을 때 상기 밸브 헤드(6)가 밸브 하우징(2)의 저부(10)로부터 간격을 두고 배치되도록 되어 있다. 이와 같이 한 이유는 후술할 것이다.

상기 밸브 요소(4)는 그 중심 축선을 따라 관통하여 연장되는 통로(19)를 포함한다. 이 통로(19)의 일단부는 나사 형성 슬리브(27)에 의하여 형성된다. 상기 통로(19)는 압축기의 원통형 작동실의 작동 챔버(111, 112)를 상기 밸브 하우징(2)의 내부에 연결시킨다. 이는 압축기의 원통형 작동실의 작동 챔버(112)와 상기 밸브 요소(4) 위의 공간과의 사이를 연결시켜, 상기 밸브 요소(4)의 양측에 동일한 압력이 가해지게 한다. 상기 통로(19)는 도면에서 20으로 표시된 수축 또는 이와 유사한 교축 수단을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 밸브 하우징(2)의 벽에는 저부(10)에 인접하게 개구부(17)가 마련되어 있다. 상기 밸브 헤드(6)가 항상 밸브 하우징(2)의 저부(10)로부터 간격을 두고 배치되기 때문에, 상기 개구부(17)의 이러한 배치로 인하여, 상기 밸브 요소(4)가 제1 단부 위치에 있을 때조차도 상기 개구부는 항상 저부(10)와 밸브 헤드(6)의 사이에 위치하게 된다는 것을 의미한다. 상기 개구부(17)는 이 개구부에 가장 인접한 부분만이 도시된 통로(28)의 일단부를 형성하고, 이 통로의 일단부는 출구 압력이 우세한 출구 통로나 압축기 챔버, 또는 입구 압력이 우세한 입구 통로나 압축기 챔버와 교대로 연결될 수 있다.

상기 리프트 밸브(1)는 압축기가 최대 부하로 가동될 때 폐쇄된다. 그 후, 밸브 본체(7)는 제1 단부 위치에 위치하며, 플랜지(14)는 표면 영역(15)과 맞닿는 상태로 있다. 그 후, 상기 밸브 하우징(2) 내의 개구부(17)는 입구 압력이 우세한 작동 챔버, 또는 입구(108)와 연결되어 있다. 이 위치에서, 밸브 본체는 제1 단부 위치를 향해 작용하는 힘을 받으며, 이 힘은 탄성 장치(12)에 의해 가해지는 압력과, 상기 밸브 헤드(6)의 표면 영역과 밸브 요소(4) 위의 공간 압력에 의해 발생되는 힘이다. 이 힘은 상기 밸브 요소(4)에 반대 방향으로 작용하는 힘보다 크다. 이들 상호 반대로 작용하는 힘은, 부분적으로는 밸브 요소(4)의 밸브면(21)에 작용하는 힘으로 이루어지고, 부분적으로는 압축기 입구의 압력과 동일한 상기 개구부(17) 내에 우세한 압력에 의해 가해지는 힘으로 이루어지는데, 이들 힘은 압력에 추가하여 밸브 면적의 크기의 함수이다. 개구부(17)에 우세한 압력에 의해 가해지는 힘은 압력이 작용하는 표면적의 크기와 압력의 크기에 상응한다.

상기 개구부(17)는 압축기에서 부하를 제거하고자 할 경우에, 출구 압력에 연결되어 있다. 그 결과, 제1 단부 위치로부터 멀어지는 방향으로 상기 밸브 요소(4)에 작용하는 힘이 증대된다. 그러므로, 상기 탄성 장치(12)는, 개구부(17)가 출구 압력과 연통될 때 압력 비의 변화에 의해 상기 밸브 요소(4)를 상기 제1 위치로부터 이동시킬 수 있도록 소정의 힘으로 상기 밸브 요소를 작동시켜야 한다. 이러한 변위로 인해, 공기는 밀폐 작동 챔버로부터 유체 통로(33)를 통해 상기 입구로 흐를 수 있게 된다.

도 4는 본 발명의 리프트 밸브의 다른 실시예를 도시한다. 이 실시예는, 상기 밸브 요소(4)를 관통하는 통로(19)가 일부만이 도시되어 있는 통로(29)로 교체되었다는 점에서, 도 3의 실시예와 다르다. 상기 통로(29)는 캡(3) 안의 개구부(16)에서 종결된다. 상기 통로(29)의 타단부(도시되지 않음)는 밸브 하우징(2) 안의 밀폐된 작동 챔버(111 또는 112)와 연결되어 있다. 또한, 상기 통로(29)는 상기 통로(19) 내의 교축 수단(20)에 상응하는 수축 또는 이와 유사한 교축 수단을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 실시예에 따른 리프트 밸브는 도 3을 참조로 하여 기술된 것과 동일한 방식으로 작용한다.

Claims

압축기의 제1 압축 챔버(111; 112)와 연결되는 적어도 하나의 리프트 밸브(1)를 포함하는 가변 용량의 나선형 스크루 압축기로서, 상기 리프트 밸브는

내부 원통형 측벽(9), 개구부(11)가 마련된 저부(10) 및 캡(3)을 포함하는 밸브 하우징(2)과;

상기 밸브 하우징(2) 내에서 왕복 이동할 수 있는 밸브 헤드(6)를 갖춘 밸브 요소와;

일단부가 상기 밸브 헤드(6)에 연결되어 있고 타단부가 상기 하우징(2) 내의 하부 개구부(11)를 통해 외부로 돌출하는 밸브 스템(5)과;

상기 밸브 스템(5)의 타단부에 상기 제1 압축 챔버(111; 112)를 향하여 마주하는 밸브 영역(21)을 갖는 밸브 본체(7)와; 그리고

상기 밸브 하우징(2) 내에서 상기 밸브 헤드(6)를 이동시키는 변위 수단을 포함하며,

상기 변위 수단은, 상기 밸브 헤드(6)의 제1 측부에 인접하여 상기 밸브 하우징(2) 안으로 개방되는 개구부(17)를 구비하고 타단부에서 출구 압력이 우세한 출구 통로나 압축 챔버에, 또는 입구 압력이 우세한 입구 통로나 압축 챔버와 선택적으로 유체 접속되는 제1 통로(28)와, 상기 밸브 헤드(6)의 반대쪽 제2 측부에서 또는 이 측부에 인접해서 상기 밸브 하우징(2)을 제2 압축 챔버(111, 112)와 연결시키는 제2 통로(19; 29)를 구비하는 것인 가변 용량의 나선형 스크루 압축기에 있어서,

상기 밸브 헤드(6)의 제2 측부와 상기 밸브 하우징(2)의 캡(3) 사이에는 탄성 장치(12)가 배치되고, 상기 제1 압축 챔버와 제2 압축 챔버는 동일한 압축 챔버인 것을 특징으로 하는 가변 용량의 나선형 스크루 압축기.
제1항에 있어서, 상기 탄성 장치(12)는 스프링인 것을 특징으로 하는 가변 용량의 나선형 스크루 압축기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 통로(19)는 상기 밸브 요소(4) 내에 마련되며, 밸브 헤드(6)로부터 상기 밸브 요소(4)의 밸브 스템(5)의 반대 측부 상의 밸브 영역(21)까지 연장되는 것을 특징으로 하는 가변 용량의 나선형 스크루 압축기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 압력 통로(19)는 교축 수단(20)을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 용량의 나선형 스크루 압축기.
제3항에 있어서, 상기 제2 압력 통로(19)는 교축 수단(20)을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 용량의 나선형 스크루 압축기.