KR100607156B1

KR100607156B1 - 압축성 매체용 이송 기계에 설치하기 위한 2중 스크류 로터

Info

Publication number: KR100607156B1
Application number: KR1020017005036A
Authority: KR
Inventors: 울리히 베쳐
Original assignee: 아뜰리에 부쉬 에스.아.
Priority date: 1998-10-23
Filing date: 1999-10-01
Publication date: 2006-08-01
Also published as: ES2221141T3; AR020939A1; AU5846499A; JP2002528668A; EE200100230A; BR9914716A; BG64490B1; PA8484601A1; DE59811390D1; SK2182001A3; PE20001430A1; CZ296509B6; EP0995879B1; CA2347781C; EP0995879A1; CA2347781A1; PL202371B1; KR20010080888A; TR200101123T2; ATE266800T1

Abstract

압축성 로터 이송 기계의 종래기술 실시예에 있어서는, 한줄 나사 2중 나선 로터들이 연속적으로 감소하는 기울기를 가지고 작용하여 내부 압축을 얻는다. 경우에 따라서, 이러한 작용은 전방 형상의 변화에 의해 확대되거나 또는 대체된다. 가능한 한 짧은 로터를 갖는 소형의 펌프와 빈번한 공정에 대한 요구 - 소제용 공간을 위한 하우징의 보다 신속한 분해에 대한 요구는 래핑 각도와 전방 형상의 변화를 제한하며, 그것은 또한 매우 큰 기울기 비 또는 불충분한 압축비를 초래한다. 본 발명은 이러한 문제점들을, 최적의 단조롭지 않은 기울기(ΔW₁, ΔW₃)를 갖는 나선 로터 및 일정한 직경을 갖는 선택적인 전방 형상 변화를 채용함으로써 해결한다. 필요한 공간을 변화시키지 않고도 이송 용량이 개선되며, 단지 4개의 래핑을 사용하여 3.0 이상의 압축비가 용이하게 얻어진다. 이러한 형태의 2중 나선 로터를 장비한 이송 기계는 에너지 수요, 온도, 설치 공간 및 수리에 관련하여 최적의 비를 제공하며, 화학 및 반도체 기술 분야에 사용될 수 있다.

Description

압축성 매체용 이송 기계에 설치하기 위한 2중 스크류 로터{TWIN HELICAL ROTORS FOR INSTALLATION IN DISPLACEMENT MACHINES FOR COMPRESSIBLE MEDIA}

본 발명은 특히 펌프와 같은 압축성 매체용 이송 기계(displacement machine)에 설치하기 위한 2중 스크류 로터에 관한 것으로, 상기 로터는 가변 피치를 갖는 한줄 나사로 설계되며, 축에 평행하게 대향하여, 적어도 720°의 감김각(wapping angle)으로 외측에서 맞물리며, 하우징내에 연결부없이 축방향으로 연속적인 챔버들을 형성하며, 단부 형상은 원의 코어 아크, 사이클로이드 중공 플랭크, 원의 외측 아크 및 부가의 플랭크를 포함한다.

독일 특허 제87685호는 스크류 휠 캡슐 기구라는 기계를 개시하는데, 상기 특허에서 스크류 로터들은 가변 피치를 갖도록 설계된다. 상기 기계는 모터와 펌프로서 사용될 수 있다. 모터로서, 사용될 때, 작업실의 체적을 팽창하는 매체의 방향으로 더 증가시키기 위하여, 로터들은 선택적으로 테이퍼지도록 구성된다.

독일 특허 제609405호에는 압축기와 팽창기를 구비한 공기 냉각기가 개시되어 있는데, 상기 압축기와 팽창기 모두는 가변 피치와 나사 깊이를 갖는 스크류 쌍들을 지닌다. 로터의 외표면은 테이퍼지도록 설계된다.

상기 언급된 기계 모두는 테이퍼 실린더를 필요로 하며, 따라서, 로터들이 하나의 측부에만 삽입되고 방출될 수 밖에 없다는 단점을 지닌다. 이러한 단점은 기계의 조립 및 분해하는 시간과 노력을 많이 들게 하며, 기계를 정비하고 수리하는 작업에 매우 불리하다.

유럽 특허출원 제0 697 523호는, 서로 맞물리는 로터가, 연속적으로 변화하는 피치를 갖는 “암(female)” 및 “수(male)”, 소위 S.R.M. 형상으로 설계된 동일하지 않은 스크류 형상을 지니는 스크류-타입 이송 기계에 관한 것이다. 따라서, 단부 형상은, 치부 선단의 피치 또는 외측 아크의 각각의 길이가 감김각에 따라 단조롭게 증가하는 방식으로 변화된다. 그러한 형상은, 축방향으로 연속적인 작업셸(working cell)의 양호한 분할이 나머지 통풍구로 인하여 불가능하게 되는 단점을 지닌다. 통풍구에 의해 초래된 진공 손실이 어느 정도의 효율의 손실을 초래함으로써, 그러한 기계의 적어도 낮은 매체 회전 속도에서 양호한 내부 압축이 불가능하게 된다.

독일 특허출원 공보 제19530662호는 가스의 압축이 해제되도록 입구 단부로부터 출구 단부까지 스크류 요소의 피치가 연속적으로 감소하는 외측 결합 스크류 요소를 갖는 스크류 흡입 펌프를 개시한다. 스크류 로터의 치부의 형상은 에피트로코이드(epitrochod) 및/또는 아르키메데스(Archimedean) 커브를 지닌다. 이 기계는 제시된 기하학적 크기로 달성할 수 있는 내부 압축비가 평범하다는 단점을 지닌다. 또한, 단부 형상 변화의 부족은, 불량한 압축비를 설정하며, 스크류 단부를 향한 하우징과 스크류 외경 사이의 간극의 깊이의 감소로 인한 증가된 누수율을 초래한다.

독일 특허출원 공보 제4445958호는 대향으로 작동, 회전하는 외측 결합 스크류 요소를 갖는 스크류 압축기를 개시한다. 상기 스크류 요소의 나사깍기 나선들은 하나의 축방향 단부로부터 제2의 축방향 단부까지 연속적으로 보다 작게되어 제거된다. 그 형상으로서 장방형 또는 사다리꼴 형상이 제안된다. 이러한 종류의 기하학적 형상의 단점은, 상기 공보에 설명된 바와같이, 나사 깊이가 직경에 비하여 최소로 될 때에만 그것들이 손실없이 충분히 작동한다는 것이다. 따라서, 그러한 기계는 큰 부피와 하중을 지닌다. 그러한 기하학적 형상의 다른 단점은, 만족할만한 내부 압축비가 얻어지려면, 매우 큰 피치의 변화가 필요하다는 것이다. 독일 특허 제19530662호에 기재된 바와같이, 단부 형상 변화의 부족은 상기의 단점을 확정하며, 그것은, 스크류 단부를 향하는 하우징과 스크류 외경 사이에서 간극 깊이의 감소로 인한 높은 누수율을 초래한다.

예를들면, SE85331, DE2434782 및 DE2434784와 같은 다른 공보들은 일정하지 않은 피치의 스크류 또는 가변 단부 형상을 갖는 내부-축방향 스크류 기계에 관한 것이다. 이러한 기계들은 모두, 제작비가 비싸고, 또한 각각의 경우 흡입-측부에 동적 시일이 필요하다는 단점을 지닌다.

또한, 예를들면, DE2934065, DE2944714, DE3332707 및 AU261792와 같은 공보는 스크류와 같은 로터를 갖는 2중 샤프트 압축기를 개시한다. 상기 특허들에서, 로터와, 경우에 따라서는 하우징에 상호 축방향으로 줄지어 배치되어, 내부 압축을 형성하는, 다른 두께 및/또는 윤곽의 디스크 형상으로 이루어진다. 스크류와 같은 로터를 갖는 모든 기계들은 계단형 구조를 통하여 유해한 공간과 선회 영역이 발생하기 때문에 스크류 모양의 로터를 갖는 기계에 비하여 그 효율의 등급이 저하되는 단점을 지닌다. 또한, 스크류와 같은 로터에서는 그것들이 작동중 가열되기 때문에 형상 일치에 관한 문제점들이 예상된다.

상기의 종래기술에서 출발하여, 본 발명의 목적은 상기 언급된 단점들을 지니지 않는 2중 스크류 로터를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 상기 목적은, 피치가 단조롭지 않고, 감김각에 따라 변화가능하게 형성되며, 제1의 섹션의 피치가 흡입-측부 스크류 단부로부터 증가하여, 대략 1회전후에는 최대값에 도달하며, 제1의 섹션에 인접한 제2의 섹션의 피치는 감소하여, 대략 1회전후 송출-측부 스크류 단부에서 최소값에 도달하며, 제2의 섹션에 인접한 제3의 섹션의 피치는 실질적으로 일정하게 유지되는 것에 의해 달성된다.

본 발명의 특별한 실시예는 청구의 범위의 종속항에 기재되어 있다.

본 발명은 첨부도면을 참조하여 실시예 방식으로 보다 상세히 후술될 것이다.

도1은 서로 맞물려 있는 한쌍의 스크류 로터를 나타낸다.

도2는 우측 로터를 나타낸다.

도3은 좌측 로터를 나타낸다.

도4는 가변 형상을 갖는 스크류 로터의 정면도이다.

도5는 본 발명에 따른 로터의 기준 나선의 전개도이다.

도6은 도5에 따른 피치의 점진적 추이를 나타낸다.

도7은 기계의 작업 챔버 섹션의 코스를 형상 변화 없이, 그리고 형상 변화를 가지고 제시한다.

도8a 내지 도8c는 본 발명에 따른 로터를 구비한 압축기의 하우징, 로터 및 작업실 섹션이다.

도9a 내지 도9p는 도7에 따른 작업실 섹션의 점진적 추이를 도시하는 로터 쌍의 정면도이다.

도1은 축에 평행하게 대향으로 맞물린 한쌍의 스크류 로터(1 및 2)의 실시예를 제시한다. 도2 및 도3은 도1에 따른 각각의 로터(1 및 2)를 따로따로 제시한다. 상기 도면들에서는, 외측 케이싱과 코어가 원통형이며, 따라서 나사 피치는 스크류 길이 전반에 걸쳐 일정하다는 것을 확실히 알 수 있다. 도3에서, 측정값(ΔW₁ 및 ΔW₃)은, 스크류 피치가 축을 따라 변하지만, 스크류 모양의 외측 원통형 로터 표면의 높이(h)는 일정하게 유지됨으로써, 상기 언급된 종래기술의 기계에서 바람직하지 않게 발생하는 바와 같이, 흡입-측부 스크류 단부(9: 도 1)로부터 송출-측부 스크류 단부(10): 도 1)를 향하는 하우징 내측 벽과 로터 사이의 누출 손실이 방지된다는 것을 제시한다. 이 도면에서, 기준 나선이 참조번호 (7)로 지시되어 있는데, 그것은 후에 보다 접근할 것이며, 참조번호 (8)은 외측 원통형 로터 표면의 제2의 경계 나선이다.

도4에는 로터가 로터축에 직각인 단면으로 도시되어 있다. 형성된 단부 형상은 스크류의 전체 길이에 걸쳐 일정한 반경(Rb)을 갖는 원(3)의 코어 아크를 지니며, 그것은 섹터 각(γ) 다음에서 - 시계방향으로 - 사이클로이드 중공 플랭크(4)로 변화한다. 중공 플랭크(4)의 기하학적 형상은 전체 스크류 길이에 걸쳐 변하지 않는다. 다음에, 지점 Bo에서 중공 플랭크(4)는, 예리한 각도로, 전체 스크류 길이에 걸쳐 일정한 반경(Ra)을 갖는 외측 아크(5)로 되며, 그것은 지점 C에서 섹터 각(γ) 다음에 부가의 플랭크(6)로 변화한다. 이것은 결국 원(3)의 코어 아크내로 접선 변이를 나타낸다. 스크류 축을 따른 단부 형상 윤곽의 변이는 부가의 플랭크(6)의 기하학적 형상의 변화 뿐만 아니라 섹터 각(γ)의 변화에 근거를 둔다. 스크류 축을 따른 섹터 각(γ)의 변이는, 중공 플랭크(B_α)의 최외측 지점에 의해 형성된 기준 나선(도3의 7)과 외측의 원통형 로터 표면의 제2의 경계 나선(지점C; 도3의 8)의 동일간격에 적어도 가까운 간격의 추이에 의해 결정되는 것이 바람직하다.

도5는 도4와 관련하여 언급된 기준 나선의 점진적 추이(w)를 감김각(α)에 따라 보여주는 도표이다. 비교를 위해, 일정한 기울기를 갖는 나선의 점진적 추이의 상응하는 부분(P₀, 2P₀, 등)과 직선(g)이 함께 도시되어 있다. 만일, 도6에 도시된, 점진적 추이(W)의 1차 도함수 w′

를 고려하면, 기울기의 코스를 명확히 알 수 있다. 이러한 값(w′)은 상기 언급된 기준 나선의 동적 기울기이다. 이 도면에서는, 기울기가 값

을 갖는 α= 0 에서 시작한다(L₀는 중간 기울기 높이 중 하나에 상응하는 상수)는 것을 알 수 있다. 제1의 섹션(T₁:도 2, 3 참조)에서, w′는 증가하여, α= 2π에서 최대값

에 이른다(A는 진폭 조정자). 2π내지 6π의 범위인, 제2의 섹션(T₂:도 2, 3 참조)에서, 기울기는 감소하며, α= 6π에서 최소값

에 이르며, 그것은 제3의 섹션(T₃: 도 2, 3 참조)에서 스크류의 말단까지 유지된다.

도7은 일정한 각도(α)의 함수로서 챔버 횡단면을 제시하며, 실선(Fo)으로 도시된 곡선은 형상 변화가 없는 챔버 횡단면을 제시하며, 점선(Fm)으로 도시된 곡선은 형상 변화가 있는 챔버 횡단면을 제시한다.

도8a에는 본 발명에 따른 2중 스크류 로터를 수용하기 위한 하우징의 횡단면이 도시되어 있다. 도8b는 도4의 실시예에 상당하는 로터의 단면을 제시하며, 도8c에서 챔버 횡단면(Fo)은 해칭되어 있다.

도9a 내지 도9p에는 감김각에 따른 작업실 횡단면의 점진적 추이가 정면도로 도시되어 있다. 감김각이 도면에 각도로 기재되어 있다.

Claims

로터들이 가변 피치를 갖는 한줄 나사로 설계되며, 축에 평행하게 대향하여 적어도 720°의 감김각(α: wrapping angle)으로 외측에서 맞물리며, 하우징내에 연결부 없이 축방향으로 연속적인 챔버들을 형성하며, 단부 형상은 원(3)의 코어 아크, 사이클로이드 중공 플랭크(4), 원(5)의 외측 아크 및 부가의 플랭크(6)를 포함하는 압축성 매체용 이송 기계에 설치하기 위한 2중 스크류 로터에 있어서, 상기 피치는 단조롭지 않고, 감김각에 변화가능하게 형성되며, 제1의 섹션(T₁)의 피치가 흡입-측부 스크류 단부(9)로부터 증가하여, 대략 1 회전 후에는 최대값에 도달하며, 제1의 섹션에 인접한 제2의 섹션(T₂)의 피치는 감소하여, 대략 1 회전 후 송출-측부 스크류 단부(10)에서 최소값에 도달하며, 제2의 섹션에 인접한 제3의 섹션(T₃)의 피치는 실질적으로 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 압축성 매체용 이송 기계에 설치하기 위한 2중 스크류 로터.
제1항에 있어서, 상기 단부 형상의 윤곽은 변화하며, 원(3)의 코어 아크와 원(5)의 외측 아크의 섹터 각(γ)이 변화하며, 부가의 플랭크(6)의 기하학적 형상이 변화하며, 코어 원 반경(Rb), 외측 원 반경(Ra) 및 중공 플랭크의 기하학적 형상은 일정하며, 중공 플랭크의 최외측 지점들이 피치의 추이를 이루는 기준 나선(7)을 형성하는 것을 특징으로 하는 2중 스크류 로터.
제2항에 있어서, 스크류 축을 따른 원(5)의 외측 아크와 원(3)의 코어 아크의 섹터 각(γ)의 변화는 외측 원통형 로터 표면의 제2의 경계 나선(8)과 기준 나선(7)의 동일간격에 적어도 가까운 간격의 추이에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 2중 스크류 로터.