KR100759597B1 - 다층의 밸런싱 공간을 갖는 수직로터용 볼 밸런서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다층으로 밸런싱 공간을 구비하여 각 층에서 밸런싱 작용이 발생함으로서 보다 빠른 시간안에 회전의 안정을 찾을 수 있는 다층 밸런싱 공간을 갖는 볼 밸런서에 관한 것이다.

이러한 본 발명은 회전체에 설치되어 회전체의 회전시 균형을 유지되게 하는 밸런싱 수단에 있어서, 내부에 원통형 밸런싱 공간이 다층으로 형성된 몸체와 ; 상기 몸체 내부에 형성된 밸런싱 공간에 저장된 다수의 볼을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

더욱이, 본 발명은 회전체에 설치되어 회전체의 회전시 균형을 유지되게 하는 밸런싱 수단에 있어서, 일측이 개방되고 내부에 원통형 밸런싱 공간이 다층으로 형성되데, 상기 각 밸런싱 공간은 바닥으로부터 연장된 경사부와 연속되게 변곡부를 형성하고, 상기 변곡부로부터 연장되게 상부 대경부를 형성하여 구성된 본체와, 상기 본체의 개방 단부에 설치된 덮개로 구성된 몸체와 ; 상기 몸체 내부의 각 밸런싱 공간에 저장된 다수의 볼을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

회전체, 변곡부, 진동 감소, 공진 속도, 다층 밸런싱 공간

Description

다층의 밸런싱 공간을 갖는 수직로터용 볼 밸런서{BALL BALANCE FOR VERTICAL ROTOR WITH THE BALANCING ROOM}

도 1은 본 발명에 따른 다층 밸런싱 공간을 갖는 볼 밸런서의 일예를 도시한 단면도,

도 2은 본 발명에 따른 다층 밸런싱 공간을 갖는 볼 밸런서의 일예를 도시한 사시도,

도 3는 도 1에 도시한 다층 밸런싱 공간을 갖는 볼 밸런서의 단면도,

도 4은 본 발명에 따른 다층 밸런싱 공간을 갖는 볼 밸런서의 작동상태를 도시한 것으로서

도 4a는 회전체가 공진 속도 이하로 회전할 때를 도시한 단면도,

도 4b는 회전체가 공진 속도로 회전할 때를 도시한 단면도,

도 4c는 회전체가 공진 속도 이상으로 회전할 때를 도시한 단면도,

도 5는 본 발명에 따른 다층 밸런싱 공간을 갖는 볼 밸런서의 다른 일예를 도시한 단면도,

도 6는 본 발명에 따른 다층 밸런싱 공간을 갖는 볼 밸런서의 또 다른 일예를 도시한 단면도,

도 7은 본 발명에 따른 다층 밸런싱 공간을 갖는 볼 밸런서에서 회전속도에 따른 볼의 이동과 볼에 가해지는 힘의 방향의 상관 관계를 도시한 것,

도 8a 및 8b는 종래의 볼 밸런서의 예를 도시한 부분단면 사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

1 : 몸체

11 : 본체

111 : 축연결부 111a : 축공

12 : 밸런싱 공간

121 : 바닥 122 : 경사부 123 : 변곡부 124 : 대경부

13 : 덮개

2 : 볼

본 발명은 볼 밸런서에 관한 것으로 특히, 볼이 저장된 밸런싱 공간을 다층으로 형성하여 각각의 밸런싱 공간에서 밸런싱 작용이 이루어지게 함으로서 보다 빠른 시간에 회전의 안정을 찾을 수 있는 다층 밸런싱 공간을 갖는 볼 밸런서에 관한 것이다.

더욱 상세하게는 밸런싱 공간을 다층으로 형성하여 구성하되, 각각의 밸런싱 공간에 변곡부를 형성하여 회전체의 회전 속도가 공진속도를 통과하는 순간 상기 변곡부에 의해 볼의 이동 속도가 가속되게 함으로서 회전체가 공진속도 이상의 고 속 회전시는 물론 공진 속도 이하의 저속 회전시에도 진동하지 않고 안정적으로 회전될 수 있게 한 볼 밸런서에 관한 것이다.

통상적으로 회전 기계의 회전체에는 불평형량이 존재하고 이러한 불평형량은 회전 속도에 많은 영향을 줄 뿐만 아니라 진동 및 소음의 원인이 되고 있다.

이러한 불평형량에 따른 회전체의 불안전한 회전을 안정화시키기 위한 수단으로 회전체에는 밸런서(balancer)가 설치되어 있다.

특히, 원심분리기 등과 같은 고속으로 회전하는 회전체의 경우 이러한 불평형량이 크고, 이러한 불평형량에 따른 회전 속도의 저하 또는 진동 및 이에 따른 소음의 발생을 줄이기 위한 수단으로 사용되고 있는 밸런서로는 볼 밸런서(ball balancer)가 있다.

종래의 볼 밸런서의 예를 도 8a 및 8b에 도시하였다.

도 8a에 도시한 볼 밸런서는 원형 고리형상으로 밸런싱 공간(30)이 형성된 케이싱(10)의 내부에 다수의 볼(20)을 설치하여 구성된 것으로서, 중앙에는 회전축이 고정되는 축공(40)이 형성되어 있다.

이와 같이 구성된 종래의 밸런서는 케이싱(10)의 내부에 형성된 밸런싱 공간(30)의 일부만을 채울 수 있도록 볼(20)이 구비되어 있으며, 회전체의 회전속도가 공진 속도 이상일 경우에는 불평형량이 존재하는 반대방향으로 볼(20)들이 이동하여 회전체가 균형을 이루게 하여 회전이 안정적으로 이루어질 수 있으나, 회전속도가 공진 속도 이하일 경우에는 볼(20)들이 오히려 불평형량이 존재하는 방향으로 이동하여 회전체의 회전이 더욱 불안정해지는 문제가 있었다.

이러한 문제를 해소하기 위해 도 8b에 도시한 바와 같이 구성된 볼 밸런서가 개발되어 제공되고 있다.

도 8b에 도시한 밸런서는 중공의 케이싱(10a)의 중앙으로부터 가장자리로 향하며 경사지게 형성된 밸런싱 공간(30a)을 형성하고 상기 케이싱(10a)의 내부에 형성된 밸런싱 공간(30a)의 가장자리의 홈 부분을 모두 채울 수 있는 양의 볼(20a)들을 설치하여 구성되어 있다.

이와 같이 구성된 볼 밸런서는 회전체의 회전속도가 공진 속도 이하일 때에는 볼(20a)들이 회전 중심과 동일한 거리에 위치되어 있어 도 8a에 도시한 밸런서에서 발생되는 저속 회전시 발생되는 불안정한 회전을 방지할 수 있다.

또한, 회전체가 고속으로 회전할 때에는 볼(20a)들이 부상하여 불평형량의 반대측으로 이동하여 회전체가 안정된 상태에서 회전을 할 수 있어 진동이 감소되고, 이에 따라 소음이 줄어드는 장점이 있다.

그러나 도 8b에 도시한 바와 같이 구성된 볼 밸런서의 경우 회전체가 저속으로 회전을 시작하여 공진 속도를 넘어 고속으로 회전하는 과정에서 공진 속도를 초과하면서 볼(20a)들이 불평형량의 반대 방향으로 이동하는 데 시간이 소요되며, 이러한 순간 진동이 발생하여 충분한 진동 감쇄 효과를 얻을 수 없는 단점이 있었다.

또한 하나의 공간에서만 밸런싱이 이루어짐으로서 회전의 안정을 찾는데 많은 시간이 소요되는 단점이 있었다.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 실제로 밸런싱이 일어 나는 볼이 저장된 밸런싱 공간을 다층으로 형성하여 각각의 밸런싱 공간에서 밸런싱 작용이 이루어지게 함으로서 보다 빠른 시간에 회전의 안정을 찾을 수 있는 다층 밸런싱 공간을 갖는 볼밸런서를 제공함을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 볼이 내장된 밸런싱 공간에 변곡부를 형성하여 회전체가 공진 속도를 통과하는 회전 속도가 증가할 때 신속하게 볼들이 불평형량의 반대 방향으로 이동하여 균형을 이루게 함으로서 회전체의 회전 속도가 공진 속도 이하일 때는 물론 공진 속도 및 공진 속도 이상일 때에도 안정적으로 회전이 이루어져 진동을 줄일 수 있는 볼 밸런서를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 회전체에 설치되어 회전체의 회전시 균형을 유지되게 하는 밸런싱 수단에 있어서, 내부에 원통형 밸런싱 공간이 다층으로 형성된 몸체와 ; 상기 몸체 내부에 형성된 밸런싱 공간에 저장된 다수의 볼을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 다른 일 양상에 따른 밸런서는 회전체에 설치되어 회전체의 회전시 균형을 유지되게 하는 밸런싱 수단에 있어서, 일측이 개방되고 내부에 원통형 밸런싱 공간이 다층으로 형성되데, 상기 각 밸런싱 공간은 바닥으로부터 연장된 경사부와 연속되게 변곡부를 형성하고, 상기 변곡부로부터 연장되게 상부 대경부를 형성하여 구성된 본체와, 상기 본체의 개방 단부에 설치된 덮개로 구성된 몸체와 ; 상기 몸체 내부의 각 밸런싱 공간에 저장된 다수의 볼을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 다층의 밸런싱 공간을 갖는 볼 밸런서의 일예를 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 다층의 밸런싱 공간을 갖는 볼 밸런서의 다른 일예를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 다층의 밸런싱 공간을 갖는 볼 밸런서의 다른 일예를 도시한 단면도이다.

도시한 바와 같이 본 발명에 따른 다층의 밸런싱 공간을 갖는 볼 밸런서는 밸런싱 공간(12)이 다층으로 형성된 몸체(1)와 상기 밸런싱 공간(12)내에 저장된 다수의 볼(2)로 구성된다.

상기 몸체(1)는 도시한 바와 같이 중공의 통체 형상으로 형성되어 있고, 그 일측에는 회전체와 연결되는 축공(111a)이 형성된 축연결부(111)가 형성되어 있다.

상기 몸체(1)에 형성된 밸런싱 공간(12)은 원통형으로 형성되데, 다층으로 형성되어 있고 각각의 층에 저장된 볼(2)은 서로 다른 크기를 갖는 다.

즉, 상부를 향하며 밸런싱 공간의 높이가 낮아지고 이에 따라 볼(2)의 크기도 점차 작아진다. 이렇게 볼(2)의 크기를 조절함으로서 하층의 큰 지름을 갖는 볼(2)에 의해이루어지는 밸런싱 작용을 상층의 작은 볼(2)들이 보조하여 보다 빠른 밸런싱 효과를 얻을 수 있다.

상기 각 밸런싱 공간(12)은 바닥(121)으로부터 위를 향하며 점차 넓어지도록 구성되어 있으며, 보다 구체적으로는 바닥(121)으로부터 연장된 경사부(122)의 단부에 중앙을 향해 돌출되게 형성된 변곡부(123)를 형성하고 상기 변곡부(123)로부 터 연장되게 상부 대경부(124)가 형성되어 있다.

따라서, 상기 밸런싱 공간(12)은 전체적으로 나팔 형상으로 형성되데, 상기 변곡부(123)로부터 상부 대경부(124) 사이가 급격히 넓어지게 형성되어 있다.

상기 몸체(10)는 도 1내지 도 6에 도시한 바와 같이 하부 본체(11)와 상부 덮개(13)로 분리하여 구성하고, 덮개(13)를 본체(11)에 결합하여 구성함으로서 그 내부에 저장되는 볼(2)의 출입을 용이하게 할 수 있다.

즉, 하부 본체(11)는 그 내부에 형성된 밸런싱 공간(12)의 대경부(124)를 향한 면을 개방하고 이 개방된 면에 상기 덮개(13)를 고정수단으로 고정시켜 구성한다.

상기 덮개(13)는 고정나사 등에 의해 본체(11)에 고정될 수 있다.

상기 밸런싱 공간(12)의 바닥(121)은 도시한 바와 같이 반구형으로 형성할 수 있다.

이렇게 반구형으로 형성된 바닥(121)으로부터 연장하여 경사부(122)를 형성하고 이 경사부(122)의 단부로부터 변곡부(123)를 형성함으로서 바닥(121)으로부터 변곡부(123)까지 완만한 경사를 이루어 회전체의 회전 속도가 가속됨에 따라 이동하는 볼(2)의 이동을 보다 원활하게 할 수 있다.

상기 몸체(1)를 구성하는 본체(11)와 덮개(13)의 외부면 중앙에는 도 5에 도시한 바와 같이 각각 축연결부(111, 111')를 형성하여 회전체의 위치에 관계없이 밸런서를 설치할 수 있게 하였다.

즉, 회전체의 상단에 밸런서를 설치할 경우에는 본체(11)에 형성된 축연결부(111)에 회전체를 연결시키고, 회전체의 하부에 밸런서를 설치할 경우에는 덮개(13)에 형성된 축연결부(111')에 회전체를 연결시킬 수 있다.

또한 상기 몸체(1)의 바닥(121)에는 바닥(121)을 관통하여 회전축과 연결되는 축공(112)이 형성되고, 상기 축공(112)의 단부에는 상기 바닥(121)과 수평을 이루도록 마개(113)를 설치하였다.

이와 같이 바닥(121)을 관통하여 축공을 형성함으로서 회전체의 회전축이 상기 축공(112)에 결합되고 결합된 회전축의 단부가 바닥(121)으로 노출되는 것을 방지할 수 있도록 축공(112)에 마개를 설치하였으며, 상기 마개의 상부면은 바닥(121)의 표면과 수평을 이루게 형성하여 볼(2)들이 원활하게 이동될 수 있게 하였다.

또한 상기 바닥(121)이 반구형으로 형성하였을 경우에는 상기 마개(113)의 표면도 호형상을 갖도록 형성함으로서 볼(2)의 이동이 원활하게 하였다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 볼 밸런서의 작동을 설명하면 다음과 같다.

도 4은 본 발명에 따른 볼 밸런서의 작동 상태를 도시한 것이고, 도 7은 본 발명에 따른 볼 밸런서에서 회전속도에 따른 볼의 이동과 볼에 가해지는 힘의 방향의 상관 관계를 도시한 그래프이다.

회전체의 회전을 시작하여 그 속도가 공진 속도 이하이면 볼(2)들은 도 4a에 도시한 바와 같이 각 밸런싱 공간(12)의 중앙에 균일하게 분포되어 있고, 볼에 의한 힘은 도 7의 (a)에 도시한 바와 같이 중력(Fg)와 원심력(Fr)의 중간을 향한 방 향으로 미치되 중력(Fg)과 인접한 방향으로 작용한다.

따라서 볼의 균형적인 분포에 의해 밸런서는 안정된 상태에서 회전하게 된다.

회전체가 가속되면 밸런서 역시 회전 속도가 빨라지고 회전 속도가 빨라짐에 따라 볼(2)에는 원심력이 작용하여 도 4b에 도시한 바와 같이, 볼(2)이 바깥쪽으로 이동하려고 하지만, 각 밸런싱 공간(12)에 형성된 경사부(122)를 따라 이동되므로 볼(2)에 미치는 중력(Fg)과 원심력(Fr)의 합력인 힘의 방향은 도 7의 (b)에 도시한 바와 같이 경사부(122)와 수직으로 작용하며, 이러한 힘에 의해 밸런서는 아래를 향하여 눌려지는 것과 같은 힘을 받아 안정적인 회전을 하게 된다.

회전체가 더욱 가속되면 볼(2)은 도 4c에 도시한 바와 같이 경사부(122)를 따라 이동하여 변곡부(123)가 시작되는 부분까지 이동하고 이때 볼(2)의 힘의 방향은 도 7의 (c)에 도시한 바와 같이 원심력의 방향과 극히 유사한 방향으로 작용하여 변곡부(123)를 단시간에 통과하여 대경부(124)까지 이동한다.

이러한 과정에서 볼(2)의 힘의 방향은 밸런서를 누르는 방향으로 작용하여 밸런서를 안정되게 하고 공진 속도을 통과하는 속도에서 순간적으로 볼(2)들이 불평형량의 반대쪽으로 이동하여 전체적으로 안정된 회전을 이룰 수 있게 하며, 이러한 회전의 안정에 따라 진동과 소음이 감소된다.

본 발명은 바람직한 실시예를 참조하여 기술되었지만, 후술하는 청구범위에 의해 제시되는 본 발명의 범주와 기술적 사상을 벗어남이 없이 많은 수정 및 변형이 가능하다.

이상에서 상세히 기술한 바와 같이, 본 발명은 다층으로 형성된 각각의 밸런싱 공간에 설치된 각각의 볼들이 밸런싱 작용을 하되 하층의 밸런싱 공간에서 이루어지는 밸런싱 작용을 상층의 밸런싱 공간의 작용이 도와 밸런싱 효과를 높을 수 있다.

더욱이, 볼이 내장된 밸런싱 공간에 변곡부를 형성하여 회전체가 공진 속도를 통과하는 회전 속도로 증가하는 순간 신속하게 볼들이 불평형량의 반대 방향으로 이동하여 균형을 이루게 함으로서 회전체의 회전 속도가 공진 속도 이하일 때는 물론 공진 속도 및 공진 속도 이상일 때에도 안정적으로 회전이 이루어져 진동을 줄일 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양한 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명은 첨부된 특허청구범위의 문언에 의해서만 제한 해석될 수 있다.

Claims (6)

1. 회전체에 설치되어 회전체의 회전시 균형을 유지되게 하는 밸런싱 수단에 있어서,

   내부에 원통형 밸런싱 공간(12)이 다층으로 형성된 몸체(1)와 ;

   상기 몸체(1) 내부에 형성된 밸런싱 공간(12)에 저장된 다수의 볼(2)을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 다층의 밸런싱 공간을 갖는 볼 밸런서.
2. 회전체에 설치되어 회전체의 회전시 균형을 유지되게 하는 밸런싱 수단에 있어서,

   일측이 개방되고 내부에 원통형 밸런싱 공간(12)이 다층으로 형성되데, 상기 각 밸런싱 공간(12)은 바닥(121)으로부터 연장된 경사부(122)와 연속되게 변곡부(123)를 형성하고, 상기 변곡부(123)로부터 연장되게 상부 대경부(124)를 형성하여 구성된 본체(11)와, 상기 본체(11)의 개방 단부에 설치된 덮개(12)로 구성된 몸체(1)와 ;

   상기 몸체(1) 내부의 각 밸런싱 공간(12)에 저장된 다수의 볼(2)을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 다층의 밸런싱 공간을 갖는 볼 밸런서.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 몸체(1)의 내부에 형성된 원통형 밸런싱 공간(12)은 바닥(121)이 반구 형으로 형성됨을 특징으로 하는 다층의 밸런싱 공간을 갖는 볼 밸런서.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 몸체(1)에는 회전체의 회전축이 연결되는 축공(111a)이 형성된 축결합부(111)가 더 형성됨을 특징으로 하는 다층의 밸런싱 공간을 갖는 볼 밸런서.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 몸체(1)의 바닥(121)을 관통하여 회전축과 연결되는 축공(112)이 형성되고, 상기 축공(112)의 단부에는 상기 바닥(121)과 수평을 이루도록 마개(113)가 설치됨을 특징으로 하는 다층의 밸런싱 공간을 갖는 볼 밸런서.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 각 층에 설치된 볼(2)들은 서로 다른 지름을 갖되, 상층에 성형된 밸런싱 공간(12)으로부터 하층의 밸런싱 공간(12)을 향하며 지름이 점차 커짐을 특징으로 하는 다층의 밸런싱 공간을 갖는 볼 밸런서.

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