KR101162594B1

KR101162594B1 - 루트식 진공 펌프

Info

Publication number: KR101162594B1
Application number: KR1020060115845A
Authority: KR
Inventors: 야스나 요코이; 요시노부 이토
Original assignee: 가부시기가이샤 안레트
Priority date: 2006-06-01
Filing date: 2006-11-22
Publication date: 2012-07-04
Also published as: JP2007321655A; KR20070115569A; US7226280B1

Abstract

본 발명은 용적 효율 및 에너지 절약 효과의 향상, 운전시에 발생하는 소음의 저감과 장치 전체의 저온도화를 도모한 루트식 진공 펌프를 제공한다.

본 발명에 따르면, 흡입구(2)를 각 로터의 회전축(5, 7)의 중심을 연결하는 가상선(m)에 대해서 각 회전축의 중심으로부터 120˚의 용적 이동 각도를 넘는 위치(n)에 형성하고, 토출구(3)를 가상선(m)에 대해서 각각의 회전축의 중심으로부터 흡입구와 반대 방향으로 120˚의 용적 이동 각도를 넘는 위치(o)에 형성하고, 공기의 흡인 직후에 흡입구측과 토출구측의 2개소에, 각 로터의 인접하는 박편(laminar)과 케이싱의 내벽면으로 둘러싸이는 밀폐 공간을 발생하도록 형성하고, 상기 위치(o)로부터 흡입구측으로 90˚만큼 돌아온 위치(t)의 원주벽부에 외부 공기 또는 냉각 공기의 도입구(8)를 형성하고, 위치(o)로부터 흡입구측으로 45˚만큼 돌아온 위치(u)까지의 케이싱의 내벽면에, 복수개의 토출용 홈(10)을 토출구에 연통하도록 형성하고, 상기 토출용 홈의 총 용적을 1개의 밀폐 공간의 용적에 대해서 2~ 5%의 범위 내에 형성한다.

펌프, 로터, 루트, 흡입구, 토출구, 박편, 용적, 밀폐 공간, 케이싱

Description

루트식 진공 펌프{ROOTS VACUUM PUMP}

도 1은 본 발명의 3매 루트식 진공 펌프의 종단 측면도이다.

도 2는 케이싱의 종단 측면도이다

도 3은 토출용 홈의 실시예를 전개한 상태에서 나타낸 설명도이며, (A) 직선형, (B) 나선형, (C) 지그재그형이다.

도 4는 각 로터의 인접하는 판과 케이싱의 내벽면에 의해 둘러싸이는 밀폐 공간 내의 유체의 이동 상황(A)~(G)를 나타낸 설명도이다.

* 도면의 부호의 설명

P: 루트식 진공 펌프

S: 밀폐 공간

1: 케이싱

1a: 내벽면

1b: 주위벽부

2: 흡입구

3: 토출구

4, 6: 로터

5, 7: 회전축

8, 8: 도입구

10, 10: 토출용 홈

본 발명은, 집진기용 등의 진공원으로서 사용되는 3매의 스퍼 로터식 또는 3매의 나선형 로터식의 루트식 진공 펌프에 관한 것이다.

종래의 용적 이동 형식의 루트식 진공 펌프에 있어서는, 운전중에 흡입구측과 토출구측 사이에 -45kPa 이상의 진공 차압을 일으키면, 토출구측의 케이싱의 온도는 압축열에 의해 약 120~150℃가 된다. 그래서, 그 온도 상승에 기인하는 트러블을 방지하기 위해서, 1960년경부터 국내외의 메이커는, 케이싱에 외부 공기 또는 냉각 공기의 도입구를 형성하여 상기 온도가 120℃ 이하로 되도록 냉각을 행하는 등의 여러가지 대책을 강구하고 있다.

또한, 운전시에 발생하는 소음에 대하여도 저소음화가 도모되고 있고, 본건 출원인은, 일본 특허 제2616823호 공보, 일본 특허 제2884067호 공보 등에 있어서 유효한 제안을 행하고 있다.

일반적인 3매 로터의 루트식 진공 펌프에 있어서, 로터의 인접하는 박편(laminar)과 케이싱 내벽면에 의해 둘러싸이는 밀폐 공간에 대해서는, 120˚의 용적 이동 각도를 필요로 하는 것은 주지되어 있다. 그 이유는, 그 각도보다 용적 이동 각도가 작은 경우에는 흡입구와 토출구가 연통되어 버리므로, 펌프로서의 기 능을 달성하지 못한다.

그런데, 그 용적 이동 각도 영역의 일부에 전술한 외부 공기 또는 냉각 공기의 도입구를 형성한 구조의 루트식 진공 펌프에서는, 용적 효율 및 기계 효율의 저하가 발생되고, 약 90dB 이상의 큰 소음이 발생되는 것을 피할 수 없었다. 따라서, 이와 같은 루트식 진공 펌프를 사용하는 경우에는, 설치되는 환경에 따라서는 소음을 완화하기 위한 방음 설비에 큰 비용이 들어 비경제적이다. 또, 압축되어 고온이 된 기체는, 케이싱의 내벽면과 로터 하나의 박편에 필연적으로 발생하는 미소 간극으로부터 흡입 측에 조금씩 리크(누설)되기 때문에, 진공 펌프의 기계 효율 저하를 초래하고, 온도 특성을 악화시키는 요인으로 되고 있다.

본 발명의 목적은, 용적 효율 및 에너지 절약 효과의 향상, 운전시에 발생하는 소음의 저감과 장치 전체의 저온도화를 도모한 루트식 진공 펌프를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 청구항 1에 기재된 발명은, 흡입구와 토출구를 형성한 케이싱 내에 한쌍의 3매 로터를 설치하고, 흡입구와 토출구 사이가 연통되지 않도록 양 로터를 회전시킴으로써 흡입구로부터 공기를 흡입하고, 흡입한 공기를 토출구로부터 토출하는 루트식 진공 펌프에 있어서,

상기 흡입구는, 각 로터의 회전축의 중심을 연결하는 가상선(m)에 대해서 각각의 회전축의 중심으로부터 120˚의 용적 이동 각도를 넘는 위치(n)에 형성되고, 상기 토출구는, 각 로터의 회전축의 중심을 연결하는 가상선(m)에 대해서 각각의 회전축의 중심으로부터 상기 흡입구와 반대 방향으로 120˚의 용적 이동 각도를 넘는 위치(o)에 형성되고, 공기의 흡인 직후에 흡입구측과 토출구측의 2개소에, 각 로터의 인접하는 박편과 케이싱의 내벽면으로 둘러싸이는 밀폐 공간을 생기게 하도록 형성하고, 상기 위치(o)에서 흡입구측으로 90˚만큼 돌아온 위치(t)의 원주벽부에 외부 공기 또는 냉각 공기의 도입구를 형성하고, 상기 위치(o)에서 흡입구측으로 45˚만큼 돌아온 위치(u)까지의 영역의 케이싱 내벽면에, 복수개의 토출용 홈을 상기 토출구에 연통하도록 형성하여, 상기 토출용 홈의 총 용적을 1개의 상기 밀폐 공간의 용적에 대해서 2~5%의 범위 내에 형성하는 것을 특징으로 하는 것이다.

이하에서, 본 발명의 최선의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 3매의 루트식 진공 펌프의 종단 측면도이고, 도 2는 케이싱의 종단 측면도이며, 도 3은 토출용 홈의 실시예를 전개한 상태를 나타낸 설명도로서, (A) 직선형, (B) 나선형, (C) 지그재그형이고, 도 4는 각 로터의 인접하는 박편과 케이싱의 내벽면에 의해 둘러싸이는 밀폐 공간 내의 유체의 이동 상황(A)~(G)를 나타낸 설명도이다.

도 1에 나타낸 본 발명의 루트식 진공 펌프(P)는, 흡입구(2)와 토출구(3)를 형성한 케이싱(1) 내에 한쌍의 3매 로터(4, 6)가 서로 반대 방향으로 회전 가능하게 설치되어 있고, 흡입구(2)와 토출구(3) 사이가 연통되지 않도록 양 로터(4, 6)를 회전시킴으로써 흡입구(2)로부터 공기를 흡입하고, 상기 흡입한 공기를 토출구(3)로부터 토출하도록 형성되어 있다.

그리고, 상기 케이싱(1)의 내벽면(1a)과 로터(4, 6)의 박편의 정상부에는, 주지하는 바와 같이 일정 치수의 미소 간격(C)이 형성되어 있다.

도 1, 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 흡입구(2)는 각 로터(4, 6)의 회전축(5, 7)의 중심을 연결하는 가상선(m)에 대해서 각각의 회전축(5, 7)의 중심으로부터120˚의 용적 이동 각도를 넘는 위치(n)에 가로로 긴 형태로 형성되어 있다.

상기 토출구(3)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 각 로터(4, 6)의 회전축(5, 7)의 중심을 연결하는 가상선(m)에 대해서 각각의 회전축(5, 7)의 중심으로부터 상기 흡입구(2)와 반대 방향으로 120˚의 용적 이동 각도를 넘는 위치(o)에 형성되어 있다. 상기 토출구(3) 측의 원주벽부(1b)에는, 상기 위치(o)로부터 흡입구(2) 측으로 90˚만큼 돌아온 위치(t)에, 외부 공기 또는 냉각 공기의 도입구(8, 8)를 각각 형성하고 있다. S는 공기의 흡인 직후에 흡입구(2) 측과 토출구(3) 측의 2개소에, 각 로터(4, 6)의 인접하는 박편과 케이싱(1)의 내벽면(1a)에 의해 둘러싸이는 밀폐 공간이다.

도면부호 10, 10은 상기 위치(o)로부터 흡입구(2) 측으로 45˚만큼 돌아온 위치(u)까지의 영역의 케이싱(1)의 내벽면(1a)에, 로터(4, 6)의 회전 방향으로 일정한 깊이로 토출구(3)에 연통하도록 각각 형성된 복수개의 토출용 홈이다. 상기 토출용 홈(10, 10)의 총 용적에 대해서는, 1개의 밀폐 공간(S)의 용적에 대해서 2~ 5%의 범위 내에 형성되는 것이 바람직하다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 토출용 홈(10)의 형상에 대하여는, 도 3에 나타낸 바와 같이 (A) 직선형, (B) 나선형, (C) 지그재그형의 어느 하나로 한다. 도면 중, V는 로터(4, 6)의 선단부와 케이싱(1)의 내벽면(1a)의 가상의 선접촉부를 나타낸다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 각 로터(4, 6)의 인접하는 박편과 케이싱의 내벽면(1a)에 의해 둘러싸이는 밀폐 공간(S) 내에 외부 공기 또는 냉각 공기가 유입해 이동하는 상황 (A)~(G)를 나타낸다. 도면 중, 사선부는, 로터(5, 7)의 회전에 따라 이동하는 밀폐 공간(S) 내에, 도입구(8, 8)로부터 외부 공기 또는 냉각 공기가 유입되는 것을 나타내고 있다.

상기 루트식 진공 펌프(P)에 있어서는, 밀폐 공간(S) 내의 기체는 로터(4, 6)의 회전에 따라 토출구(3) 측으로 이동되고, 전술한 선접촉부(V)가 케이싱의 내벽면(1a) 상의 W점을 넘으면, 밀폐 공간(S) 내에서 토출구(3) 측의 외부 공기와 서서히 혼합되고 이동되면서 배출된다. 그러므로, 토출구측의 외부 공기와 급격한 압력 혼합이 방지되어 압축 기체의 폭발 소음이 억제된다.

다음에, 본 발명의 루트식 진공 펌프(P)의 작용에 대하여 설명한다.

상기 루트식 진공 펌프(P)는, 각 로터(4, 6)의 인접하는 박편과 케이싱(1)의 내벽면(1a)에 의해 둘러싸이는 밀폐 공간(S)의 총 용적 이동 각도를, 용적 이동 각도 120˚의 2배인 240˚로 하고, 로터(4, 6)의 박편의 정상부와 케이싱(1)의 내벽면(1a)의 밀봉 부분의 이동거리를 크게 형성하고 있으므로, 내부 누설량이 감소된다.

또한, 공기를 흡입구(2)로부터 흡인한 직후에는, 토출구(3) 측의 밀폐 공간(S)과 흡입구(2) 측의 밀폐 공간(S)의 2개의 공간이 있어, 토출구(3) 측으로부터 의 내부 누설에 의한 압력 분포는 2 단계로 된다. 따라서, 토출구(3)와 토출구(3) 측의 밀폐 공간(S)에 있어서의 압력 차, 토출구(3) 측의 밀폐 공간(S)과 흡입구(2) 측의 밀폐 공간(S)에 있어서의 압력 차, 흡입구(2) 측의 밀폐 공간(S)과 흡입구(2)에 있어서의 압력 차는 각각 작아지므로, 내부 누설량이 감소된다.

또, 상기 위치(t)의 원주벽부(1b)에는, 외부 공기 또는 냉각 공기의 도입구(8, 8)를 형성하고 있으므로, 케이싱(1), 로터(4, 6), 및 회전축(5, 7)으로 이루어지는 펌프 본체의 온도 상승이 억제된다.

또한, 토출구(3) 측의 케이싱(1)에 토출용 홈(10, 10)이 형성되어 있으므로, 흡인된 공기가 갇히는 현상이 해소되어 에너지 절약화와 소음 저감을 도모할 수 있다.

본 발명에 관한 루트식 진공 펌프의 성능 등에 대한 실험을 행하였다. 그 결과를 이하에 설명한다.

단, 구경 80mm의 진공 펌프를 사용하고, 구동 모터는 7.5kW, 로터의 회전수를 매분 1350 회전으로 하고, 진공 압력 -40 ~ -70kPa에서 테스트를 행하였다.

그 결과, 본 발명의 루트식 진공 펌프(P)에 대해서는, 종래의 것에 비해 공기 량이 약 20~40%증가되고, 소요 동력은 약 5~10% 감소되어, 기계 효율의 향상이 확인되었다.

또, 진공 펌프의 각 부의 표면 온도는, 종래의 것에 비해 10~20℃의 저하가 확인되고, 소음치도 종래의 것에 비해 5~10dB 저하되었다.

본 발명의 루트식 진공 펌프는, 용적 효율 및 에너지 절약 효과의 향상, 운전시에 발생하는 소음의 저감과 장치 전체의 저온도화를 도모할 수 있다.

Claims

흡입구와 토출구를 형성한 케이싱 내에 한 쌍의 3매 로터를 설치하고, 상기 흡입구와 상기 토출구 사이가 연통되지 않도록 양 로터를 회전시킴으로써 상기 흡입구로부터 공기를 흡입하고, 흡입한 공기를 상기 토출구로부터 토출하는 루트식 진공 펌프(roots vacuum pump)에 있어서,

상기 흡입구는, 각 로터의 회전축의 중심을 연결하는 가상선(m)에 대해서 각각의 회전축 중심으로부터 120˚의 용적 이동 각도를 넘는 위치(n)에 형성되고,

상기 토출구는, 각 로터의 회전축의 중심을 연결하는 가상선(m)에 대해서 각각의 회전축 중심으로부터 상기 흡입구와 반대 방향으로 120˚의 용적 이동 각도를 넘는 위치(o)에 형성되며,

공기의 흡인 직후에 상기 흡입구측과 상기 토출구측의 2개소에, 각 로터의 인접하는 박편(laminar)과 케이싱의 내벽면으로 둘러싸이는 밀폐 공간을 발생하도록 형성하고, 상기 위치(o)로부터 흡입구측으로 90˚만큼 돌아온 위치(t)의 원주벽부에 외부 공기 또는 냉각 공기의 도입구를 형성하고, 상기 위치(o)로부터 흡입구측으로 45˚만큼 돌아온 위치(u)까지의 영역의 케이싱의 내벽면에, 복수개의 토출용 홈을 상기 토출구에 연통하도록 형성하고, 상기 토출용 홈의 총 용적을 1개의 상기 밀폐 공간의 용적에 대해서 2~5%의 범위 내에 형성하는 것을 특징으로 하는 루트식 진공 펌프.