KR101167002B1 - 다단 압축식 펌프의 로터 형상 보정 방법 및 이를 이용한 펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상부 용적실에 배치된 상부 로터와 하부 용적실에 배치된 하부 로터가 연결봉으로 연결되어 상부 로터가 상부 용적실에서 어느 한 방향으로 편심 내접 원운동을 할 때 하부 로터가 하부 용적실에서 상부 로터의 회전 방향과 반대방향으로 편심 내접 원운동을 하면서 유체를 흡입 및 토출하되,
상기 상부 로터는 상부 용적실에 내접 원운동을 하는 외측 원통부재와, 상기 외측 원통부재에 끼워지는 편심 회전자 사이에 중간 원통부재가 배치되고, 상기 중간 원통부재의 외주면에 천공된 다수 개의 핀 구멍에 니들 핀이 삽입되며, 상부 용적실의 중심에 배치되는 상부 샤프트에는 편심 회전자가 편심 상태로 장착되고, 상기 하부 로터는 상기 상부 로터와 같은 구조를 갖는 다단 압축식 펌프의 로터 형상을 보정하는 방법으로서,
상기 방법은 상?하부 용적실과 로터를 원주에 따라 5° 이하의 간격으로 분할하는 단계;
분할된 상?하부 용적실 내면으로부터 로터 표면까지의 정확한 법선거리를 산출하는 단계;
각 분할 지점별로 산출된 법선거리를 가상의 로터의 표면 내측에 점으로 표시하는 단계;
표시된 점들을 잇는 선을 형성한 후 형성된 선들을 곡면으로 연결하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 다단 압축식 펌프는, 로터의 형상이 실제 로터의 이동 궤적에 맞춰 보정 제작되기 때문에 상부 로터와 하부 로터가 대각으로 배치되었을 때 상?하부 로터의 외측 원통부재가 상?하부 용적실에서 하우징 쪽으로 파고드는 현상이 방지되어 펌프의 내구성이 향상되고, 표준화된 니들 핀을 사용할 수 있어 펌프 제작이 용이하게 됨과 동시에, 제작비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

다단 압축식 펌프의 로터 형상 보정 방법 및 이를 이용한 펌프{ a correction method for rotor shape of multi-step compression type pump and a pump using the method}

본 발명은 다단 압축식 펌프에 사용되는 로터의 외주면 형상을 보정하는 방법과, 상기 방법으로 형성된 로터를 사용한 다단 압축식 펌프에 관한 것이다.

종래의 다단 압축식 펌프는 도 1,2에 도시된 바와 같이, 상부 용적실(410)에 배치된 상부 로터(100)와 하부 용적실(420)에 배치된 하부 로터(200)가 연결봉(300)으로 연결되어 상부 로터(100)가 상부 용적실(410)에서 어느 한 방향으로 편심 내접 원운동을 할 때 하부 로터(200)가 하부 용적실(420)에서 상부 로터(100)의 회전 방향과 반대방향으로 편심 내접 원운동을 하면서 유체가 흡입구(430)을 통해 흡입되고 토출구(440)을 통해 토출된다.

이 때 상기 상부 로터(100)는 상부 용적실(410)에 내접 원운동을 하는 외측 원통부재(110)와, 상기 외측 원통부재(110)에 끼워지는 편심 회전자(120) 사이에 중간 원통부재(130)가 배치되고, 외측 원통부재(110)와 편심 회전자(120)의 원활한 회전과 로터의 자전 방지를 위해 상기 중간 원통부재(130)의 외주면에 일정한 간격으로 천공된 다수 개의 핀 구멍(131)에 니들 핀(150)이 각각 삽입되며, 상부 용적실(410)의 중심에 배치되는 상부 샤프트(160)에는 편심 회전자(120)가 편심 상태로 장착되는 구조로 이루어져 있고 하부 로터(200) 역시 상부 로터(100)와 같은 구조를 갖는다.

그런데 위와 같은 구조로 이루어진 다단 압축식 펌프는 상부 로터와 하부 로터가 이동하는 궤적이 진원이 아니므로, 상부 로터와 하부 로터를 연결하는 연결봉이 파손되거나 샤프트가 비틀림 응력을 받아 파손되는 문제점이 발생한다.

이러한 문제점을 인식하여 종래의 다단 압축식 펌프에서는 니들 핀(150)과 외측 원통부재(110) 사이 및, 니들 핀(150)과 편심 회전자(120) 사이에 완충 공간을 두고, 중간 원통부재(130)의 위치별로 지름이 각각 다른 니들 핀(150)을 설치하여 상부 로터(100)와 하부 로터(200)의 이동 궤적이 진원을 형성하지 못함으로 발생하는 문제점을 해결하고자 하였다.

그러나 위와 같은 방법으로 펌프를 제작할 경우 펌프 제작시 표준화된 니들 핀을 사용하지 못하고 니들 핀이 끼워지는 위치에 따라 치수가 서로 다른 니들 핀을 사용함으로써 중간 원통부재 가공 및 조립에 어려움이 수반될 뿐 아니라, 제작비용이 과다하게 되는 문제점이 상존하게 된다.

따라서 본 발명의 목적은 펌프 제작을 용이하게 함과 동시에, 제작비용을 줄일 수 있도록 표준화된 니들 핀을 사용할 수 있는 로터의 제작 방법과 이를 사용한 다단 압축식 펌프를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 상부 용적실과 하부 용적실을 적당한 간격으로 분할하여 상부 로터와 하부 로터가 이동하는 실제 궤적을 분석하고, 상기 궤적에 적합한 형상의 로터 외주면을 가공하는 방법을 제공한다.

본 발명의 다단 압축식 펌프는, 로터의 형상이 실제로 움직이는 이동 궤적에 맞춰 보정 제작되기 때문에 상부 로터와 하부 로터가 대각으로 배치되었을 때 상?하부 로터의 외측 원통부재가 상?하부 용적실에서 하우징 쪽으로 파고드는 현상이 방지되어 펌프의 내구성이 향상된다.

또한 본 발명의 다단 압축식 펌프는 표준화된 니들 핀을 사용할 수 있어 펌프 제작이 용이하게 됨과 동시에, 제작비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술의 다단 압축식 펌프를 나타낸 도면
도 2는 종래 기술의 다단 압축식 펌프의 단면도
도 3은 상?하부 로터가 연직 방향(가)과 대각선 방향(나)로 배치되었을 때의 배치도
도 4는 본 발명에 따른 로터 외주면의 보정 라인과 이에 따라 제거되는 부분을 나타낸 개략도

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.

그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 4는 본 발명에 따른 로터(120) 외주면의 보정 라인을 나타낸 개략도이다.

본 발명의 한 실시 예에 따른 다단 압축식 펌프에서 편심 회전자(120, 220)는 용적실(410, 420) 내를 상하좌우로 8자 형상을 그리며 이동하게 되고 이에 따라 상?하부 로터(100, 200) 역시 8자 형상을 그리며 이동하게 된다.

그런데 상기 편심 회전자(120, 220)가 8자 형상을 그리며 이동하는 과정을 살펴보면, 도 3에서와 같이 예를 들어 상부 용적실(410)의 지름을 100㎜, 상부 샤프트 중심과 하부 샤프트 중심 사이의 거리를 120㎜, 편심 거리를 10㎜로 하면, 상부 로터(100)와 하부 로터(200)가 직립되게 배치되었을 때 상부 로터(100)의 편심 회전자(120) 중심과 하부 로터(200)의 편심 회전자(220) 중심 사이의 거리가 120㎜가 되고, 상부 로터(100)와 하부 로터(200)가 대각으로 배치되었을 때 이론상 상부 로터(100)의 편심 회전자 중심과 하부 로터(200)의 편심 회전자(220) 중심 사이의 거리가 121.6㎜가 되기 때문에 상부 로터(100)의 외측 원통부재(110)는 상부 용적실(140)에서 하우징(400) 쪽으로 0.8㎜ 밀리게 되고, 하부 로터(200)의 외측 원통부재(210) 또한 410용적실(420)에서 하우징(400) 쪽으로 0.8㎜ 밀리게 되므로, 상부 로터(100)와 하부 로터(200)의 이동 궤적이 진원을 형성하지 못함을 알 수 있다.

그러므로 본 발명에서는 상?하부 로터(100, 200)의 이동 궤적이 상.하부 용적실의 내면 형상인 진원을 형성할 수 있도록 로터 외주면의 형상을 보정하는 방법을 제공한다.

첫 단계는 상기 펌프의 상?하부 용적실(410, 420)과 로터 외주면의 원주를 따라 5° 간격으로 분할하는 단계이다.

로터를 5° 이상의 간격으로 분할할 수도 있지만, 이 경우 로터의 표면이 다각형을 이루게 되어 펌프가 원활하게 작동할 수 없게 되므로 피하는 것이 바람직하고, 필요할 경우 5° 이하의 작은 각도로 분할할 수 있는데 바람직한 최소한의 분할 각도는 1°가 된다.

로터를 원주에 따라 1°로 분할하더라도 로터를 가공하는 공구 특성상 로터 표면의 각진 부분을 배제할 수 있으므로 그 이하의 각도로 분할하는 것은 의미가 없다.

다음 단계는 첫 단계에서 분할된 상?하부 용적실(410, 420) 내면으로부터 로터 외주면 까지의 정확한 법선거리를 산출하는 단계이다. 이 단계는 실제로 상.하부 로터를 5°간격으로 회전시켰을 때 용적실 내면과 로터 외주면이 만들어 내는 접점들을 찾아 내어 거리를 계산하는 방법으로 이루어진다.

위에서 설명한 바와 같이 상부 로터(100)와 하부 로터(200)가 직립되게 배치되었을 때는 상부 로터(100)의 편심 회전자(120) 중심과 하부 로터(200)의 편심 회전자(220) 중심 사이의 거리가 설치 당시와 같지만, 상부 로터(100)와 하부 로터(200)가 대각으로 배치되었을 때 상부 로터(100)의 편심 회전자(120) 중심과 하부 로터(200)의 편심 회전자(220) 중심 사이의 거리가 최대의 편차를 나타내게 되므로, 상?하부 로터가 직립되게 배치되었을 때와 상?하부 로터가 대각으로 배치되었을 때의 중간 상태에서는 중간 정도의 편차를 나타내게 될 것이다. 따라서 임의의 각도로 분할된 상?하부 용적실에서의 각 지점별로 편심 회전자 표면까지의 법선거리를 산출할 필요가 있게 된다.

다음 단계는, 도 4에서와 같이 각 분할 지점별로 산출된 법선거리를 로터 외주의 내측에 점으로 표시하고, 표시된 점들을 잇는 선을 형성한 후 형성된 선들을 곡면으로 연결하는 단계이다.

위의 단계들을 거쳐 최종적인 로터의 외주면 형상이 도출된다.

이어서 상기 단계들을 통해 도출된 곡면 데이터를 로터 가공용 머시닝 센터에 입력하여 상?하부 용적실에 상?하부 로터가 정확하게 접할 수 있는 로터 외주면을 가공하게 된다.

위의 과정을 거쳐 제작된 펌프는 로터의 표면 형상이 실제 이동 궤적에 따라 보정되어 있기 때문에 상?하부 로터가 어느 위치에 있더라도 상?하부 용적실(에 정확하게 접할 수 있고, 따라서 상?하부 로터의 외주부가 상?하부 용적실에서 하우징 쪽으로 파고드는 현상이 방지된다.

또한 중간 원통부재(130)에 사용되는 니들 핀의 지름을 동일하게 하더라도 상?하부 로터의 이동 궤적이 진원을 형성할 수 있으므로 펌프 제작이 용이하게 됨과 동시에, 제작비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.

100 : 상부 로터 200 : 하부 로터
110 : 상부 외측 원통부재 210 : 하부 외측 원통부재
120 : 상부 편심 회전자 220 : 하부 편심 회전자
130 : 중간 원통부재 131 : 핀 구멍
410 : 상부 용적실 420 : 하부 용적실
150 : 니들 핀 160 : 샤프트
300 : 연결봉 400 : 하우징

Claims (3)

1. 상부 용적실(410)에 배치된 상부 로터(100)와 하부 용적실(420)에 배치된 하부 로터(200)가 연결봉(300)으로 연결되어 상부 로터(100)가 상부 용적실(410)에서 어느 한 방향으로 편심 내접 원운동을 할 때 하부 로터(200)가 하부 용적실(420)에서 상부 로터(100)의 회전 방향과 반대방향으로 편심 내접 원운동을 하면서 유체를 흡입 및 토출하되,
   상기 상부 로터(100)는 상부 용적실(410)에 내접 원운동을 하는 외측 원통부재(110)와, 상기 외측 원통부재(110)에 끼워지는 편심 회전자(120) 사이에 중간 원통부재(130)가 배치되고, 상기 중간 원통부재(130)의 외주면에 천공된 다수 개의 핀 구멍(131)에 니들 핀(150)이 삽입되며, 상부 용적실(410)의 중심에 배치되는 상부 샤프트에는 편심 회전자가 편심 상태로 장착되고, 상기 하부 로터(200)는 상기 상부 로터(100)와 같은 구조를 갖는 다단 압축식 펌프의 로터 외주면 형상을 보정하는 방법으로서,
   상기 방법은 상?하부 용적실과 로터를 원주에 따라 5° 이하의 간격으로 분할하는 단계;
   분할된 상?하부 용적실 내면으로부터 로터 외주면 까지의 정확한 법선거리를 산출하는 단계;
   각 분할 지점별로 산출된 법선거리를 가상의 로터 표면 내측에 점으로 표시하는 단계;
   표시된 점들을 잇는 선을 형성한 후 형성된 선들을 곡면으로 연결하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한 다단 압축식 펌프의 로터 외주면 형상 보정 방법
2. 제1항에 있어서, 상?하부 용적실과 로터 외주면의 원주에 따라 분할하는 각도는 1°인 것을 특징으로 한 다단 압축식 펌프의 로터 형상 보정 방법
3. 제1항 또는 제2항 중 어느 하나의 방법으로 형성된 로터를 사용한 다단 압축식 펌프
   

Images