KR101213995B1 - 구동 샤프트용 평형추와 그 제조 방법 및 상기 평형추를 구비한 압축기 - Google Patents

Abstract

여러 압축기에 대한 밸런스 시스템은 통상의 외부 구성을 구비한 평형추를 사용한다. 평형추의 질량은 평형추에 위치된 리세스의 크기를 변경시킴으로써 각각의 압축기에 최적화된다. 일 실시예에 있어서, 상기 리세스는 아치 형상의 리세스이고; 다른 실시예에 있어서, 상기 리세스는 복수의 구멍이다.

로터리기, 메인 몸체, 리세스, 밸런스 요구장치, 로터리기, 구동 샤프트, 평형추.

Description

구동 샤프트용 평형추와 그 제조 방법 및 상기 평형추를 구비한 압축기{SCROLL MACHINE HAVING COUNTERWEIGHTS WITH CHANGEABLE CAVITY}

도 1은 본 발명에 따른 가변 질량의 평형추를 포함하는 스크롤 타입의 냉동 압축기 중심부의 수직 단면도;

도 2는 평형추를 만드는데 사용되는 주형 또는 다이와 도 1에 도시된 평형추의 사시도;

도 3은 도 2에 도시된 주형 또는 다이와 평형추의 사시도;

도 4는 상이한 질량의 평형추를 도시하나 도 3과 유사한 도면;

도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 성형 주형 또는 다이와 평형추의 사시도;

도 6은 도 2 및 도 3에 도시된 평형추를 만드는 주형 조립체의 사시도; 및

도 7은 도 5에 도시된 평형추를 만드는 주형 조립체의 사시도이다.

본 발명은 로터리기의 밸런스에 관한 것으로, 보다 상세하게는 로터리기의 밸런스에 사용되는 평형추에 관한 것이다. 상기 평형추는 평형추의 질량을 최적화 하는데 사용되는 가변 사이즈의 캐버티를 포함한다.

다양한 타입의 유체를 이동시키기 위하여 종래 전반적으로 공지된 "스크롤"기에는 여러 부류의 기기가 있다. 이러한 기기는 팽창기, 디스플레이스먼트 엔진, 펌프, 압축기 등으로 구성되며, 본 발명의 여러 특징이 이들 기기중 임의의 한 기기에 적용가능하다. 그러나, 설명을 하기 위하여, 밀봉 냉동 압축기기가 실시예에 개시되었다.

대개, 스크롤기는 유사한 구성의 2개의 스파이럴 스크롤 랩을 포함하며, 각각의 랩은 스크롤 부재를 형성하기 위하여 별개의 단부 플레이트에 장착된다. 2개의 스크롤 부재는 180°로 회전가능하게 배치된 하나의 스크롤 랩이 다른 하나와 함께 상호끼워맞춰진다. 상기 기기는 하나의 스크롤 부재("오비팅 스크롤")를 다른 하나의 스크롤 부재("고정된 스크롤" 또는 "비오비팅 스크롤")와 오비팅시킴으로써 작동하여 각각의 랩의 플랭크 사이에서 접촉하는 가동 라인을 만들고, 상기 플랭크는 가동 격리된 초승달 형상의 유체 포켓을 형성한다. 상기 스파이럴은 통상적으로 인벌류트의 서클로서 형성되고, 이상적으로 작동동안에 스크롤 부재 사이에 상대 회전은 없다; 즉, 상기 운동은 순전히 곡선의 병진운동이다(즉, 몸체에서 임의의 라인의 회전은 없다). 유체 포켓은 유체 입구가 제공되는 스크롤기의 제 1 구역으로부터 유체 출구가 제공되는 상기 기기의 제 2 구역으로 조정되는 유체를 이송시킨다. 시일된 포켓의 체적은 제 1 구역으로부터 제 2 구역으로 이동하는 것처럼 변경된다. 어느 한 순간에, 적어도 한쌍의 시일된 포켓이 있을 것이고; 그리고 여러 쌍의 시일된 포켓이 하나로 있고, 각각의 쌍의 시일된 포켓은 상이한 체적 을 갖고 있다. 압축기에서, 제 2 구역은 제 1 구역보다 보다 고압이고 기기의 중앙에 실질적으로 위치하며, 제 1 구역은 기기의 외주에 위치된다.

2개의 타입의 접촉이 스크롤 부재사이에 형성된 유체 포켓을 형성하고; 스파이럴 면이나 랩의 플랭크 사이의 축선방향으로 뻗어있는 접선 접촉은 반경방향의 힘("플랭크 실링")에 의해서 야기되고, 면 접촉은 각각의 랩의 평면 에지면("팁")과 대향된 단부 플레이트("팁 실링") 사이의 축선방향 힘에 의해서 야기된다. 고효율을 위하여, 양호한 실링이 양 접촉 타입에 대해 달성되야 한다.

스크롤 타입의 기기의 개념은 이에 따라 상당히 알려졌고 확실한 장점을 가진 것으로 알려졌다. 예를 들면, 스크롤기는 높은 일정한 엔트로피와 고체적 효율을 갖고 있고, 이 때문에, 주어진 용량에 대해 상대적으로 소형이며 경량이다. 이들 기기는 대형의 왕복기관의 부품(예를 들면, 피스톤, 커넥팅 로드 등)을 사용하지 않기 때문에 그리고 모든 유체가 복수의 대향된 포켓에서 압축되면서 동시에 한 방향으로 유동하고, 저압의 진동이 생성되기 때문에 많은 압축기보다 보다 정숙하고 보다 진동이 없다. 이러한 기기는 또한 스크롤기 사이의 상대적으로 저속의 운동을 사용한 상대적으로 적은 수의 가동 부품 때문에 보다 높은 신뢰도와 내구성을 갖고 있고 유체 오염에 대해 본래 관대하다.

하나의 스크롤 부재에 대한 다른 하나의 스크롤 부재의 오비팅은 하나 이상의 평형추를 사용해 전형적으로 상호작동되는 불균형을 만들어 낸다. 새로운 압축기의 설계 및/또는 현재 압축기의 재설계와 수정시, 새로운 평형추를 설계할 필요 가 가끔 있다. 평형추의 질량이 특별한 경우에 최적화될 필요가 있을 때 새로운 평형추가 전형적으로 요구되어 진다. 매번 새로운 평형추의 새로운 질량이 요구되어, 특정 질량에 대한 평형추의 새로운 주형이 개발되어야 한다. 새로운 주형의 개발은 새로운 주형에 대한 개발 시간과 자본의 소비를 초래한다.

본 발명은 리세스를 포함한 평형추관련 기술을 제공한다. 리세스의 사이즈 및/또는 깊이는 평형추의 질량을 변경시킴으로써 가변될 수 있다. 따라서, 통상의 외부 치수를 구비한 평형추는 평형추에서의 리세스의 사이즈 및/또는 깊이를 변경시킴으로써 여러 질량으로 제조될 수 있어 필요한 평형추의 질량을 충족시킨다. 상이한 질량을 갖는 평형추가 여전히 통상의 외부 치수를 유지한다는 사실은 상이한 질량의 평형추가 사용될 때 수정 및/또는 변경될 압축기 조립체에 평형추를 조립하는 조립 라인에서의 툴링(tooling)의 필요성을 없앤다.

본 발명의 또다른 적용 분야는 이후에 기재될 발명의 상세한 설명으로부터 명백할 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예는 단지 설명을 위한 것으로서 본 발명의 범주를 제한하려는 것이 아님을 알아야 한다.

(실시예)

본 발명의 바람직한 실시예의 다음 설명은 본 발명을 사용하거나 또는 적용함에 있어 어떠한 제한을 두려는 것이 아니라 단지 예시적으로 나타내기 위함이다.

본 발명의 밸런스 시스템은 임의의 타입의 로터리기에 사용된다. 오직 전형적인 목적을 위하여, 본 발명은 로터리 압축기, 보다 상세하게는 스크롤 타입의 냉 동 압축기와 관련하여 설명된다.

도면을 살펴보면 동일 부재번호는 여러 도면에서 같거나 그에 상당하는 부품을 지시하고, 본 발명에 따른 밸런스 시스템을 구체화하고 부재번호 10으로 전반적으로 지시된 스크롤 압축기가 도 1에 도시되었다. 압축기(10)는 압축기의 상단부에 용접된 캡(14)을 구비한 대체로 원통형의 밀봉 셸(12)을 포함하고 압축기의 하단부에서 압축기와 일체로 형성된 복수의 장착 다리부(도시 생략)를 구비한 압축기 베이스(16)를 포함한다. 캡(14)은 통상적인 방출 밸브(도시 생략)를 구비한 냉동 방출 피팅부(18)를 구비하고 있다. 셸에 부착된 다른 주요 부품은 캡(14)이 셸(12)에 용접되는 동일 지점 그 주위에 용접된 횡단하여 뻗어있는 파티션(22), 셸(12)에 착좌하여 고정되는 메인 베어링 하우징(24)과, 복수의 방사상 바깥으로 뻗어있는 레그를 또한 구비한 하부 베어링 하우징(26)을 포함하고 있는데, 이들 각각은 또한 셸(12)에 착좌하여 고정된다. 코너가 라운드 처리된 단면이 대체로 사각형인 모터 고정자(28)는 셸(12)에 가압 끼워맞춤된다. 고정자의 라운드 처리된 코너 사이의 플랫은 고정자와 셸 사이에 통로를 제공하고, 상기 통로는 셸의 상부로부터 바닥부까지 유동하는 윤활유의 복귀를 용이하게 한다.

그 상단부에서 편심 크랭크 핀(32)을 구비한 구동 샤프트나 크랭크 샤프트(30)는 메인 베어링 하우징(24)에 있는 베어링(34)과, 하부 베어링 하우징(26)에 있는 제 2 베어링(36)에서 회전가능하게 저어널된다. 크랭크 샤프트(30)는 하단부에서 상대적으로 큰 직경의 중앙 보어(38)를 구비하고 있고, 사이 보어는 상부 크랭크샤프트(30)로 상향으로 뻗어있는 방사상 외측으로 보다 작은 직경의 보어(40) 와 연통한다. 교반기(42)가 보어(38)내에 배치된다. 내부 셸(12)의 하부는 로우터(46)의 하단부보다 약간 높은 레벨로 윤활유가 충전되는 오일 섬프(44)를 형성하고; 보어(38)는 윤활 유체를 크랭크 샤프트(30)위로 그리고 보어(40)내로, 그리고 결국 윤활이 필요한 여러 압축기의 모든 부분에 펌프하기 위해 펌프로서 작동한다.

크랭크 샤프트(30)는 전기 모터에 의해 회전가능하게 구동되고, 상기 전기 모터는 고정자(28), 거기를 통과하는 권선부(48), 그리고 크랭크 샤프트(30)에 가압 끼워맞춰지고 상부와 하부 평형추(50, 52)를 구비한 로우터(46)를 각각 포함하고 있다.

메인 베어링 하우징(24)의 상부면은 그 상부면 위의 랩(58) 또는 통상의 스파이럴 베인을 구비한 오비팅 스크롤 부재(56)에 배치된 평평한 스러스트 베어링면(54)을 구비하고 있다. 오비팅 스크롤 부재(56)의 하부면으로부터 아래로 뻗어있는 부분은 저어널 베어링(60)을 구비한 원통형 허브이고, 이 허브는 크랭크 핀(32)이 구동가능하게 배치된 내부 보어(64)를 구비한 구동 부싱(62)을 회전가능하게 배치하고 있다. 크랭크 핀(32)은 한 면위 평평한 부를 구비하고 상기 면은 보어(64)의 한 부분에 형성된 평평한 부의 면(도시 생략)과 구동가능하게 결합하여 여기서 참조하여 구체화한 미국특허 제 4,887,382호에 개시된 것과 같은 방사상 컴플라이언트 구동 장치를 제공한다. 올덤 커플링(66)이 또한 제공되며, 오비팅 스크롤 부재(56)와 메인 베어링 하우징(24) 사이에 위치되고, 오비팅 스크롤 부재(56)와 비오비팅 스크롤 부재(68)에 키이되어 비오비팅 스크롤 부재(56)의 회전 운동을 방해한다. 올덤 커플링(66)은 여기서 참조하여 구체화된 미국특허 제5,320,506호 에 개시된 타입이 바람직하다.

비오비팅 스크롤 부재(68)가 또한 제공되고, 오비팅 스크롤 부재(56)의 랩(58)과 맞물림 결합되어 위치되는 랩(70)을 구비하고 있다. 비오비팅 스크롤 부재(68)는 중앙에 배치된 방출 통로(72)를 구비하고 있고 이 통로는 상향의 개방 리세스(74)와 연통함에 따라 캡(14) 및 파티션(22)에 의해 형성된 방출 머플러 챔버(76)와 유체연통한다. 환형 리세스(78)는 또한 시일 조립체(80) 내에 배치되는 비오비팅 스크롤 부재(68)에 형성된다. 리세스(74, 78)와 시일 조립체(80)는 비오비팅 스크롤 부재(68)에 축선방향 가압력을 나타내어 각각의 랩(58, 70)의 팁을 대향된 단부 플레이트면과 결합하는 실링에 가압하기 위하여 랩(58, 70)에 의해 압축되고 있는 압축 유체를 수용하는 축방향 압력 가압 챔버를 형성하도록 상호작동한다. 시일 조립체(80)는 여기서 참조하여 구체화된 미국특허 제5,320,506호에 개시된 타입이 바람직하다. 비오비팅 스크롤 부재(68)는 여기서 참조하여 구체화된 상기 미국특허 제4,877,382호 또는 미국특허 제5,102,316호에 개시된 바와 같이 적합한 방식으로 메인 베어링 하우징(24)에 장착되도록 설계된다.

이제 도 2 및 도 3을 참조하면, 상부 평형추(50)가 보다 상세하게 도시된다. 비록 본 발명이 상부 평형추(50)에 대하여 설명될지라도, 필요하다면 가변 질량의 특성을 가진 상부 평형추(50)와 하부 평형추(52)를 통합시키는 것 또한 본 발명의 범주내에 있다.

상부 평형추(50)는 단차가 있고 원주의 대향한 단부면(92)과 한쌍의 대향된 원주방향으로 뻗어있는 플랜지부(94)를 구비한 반원형의 C형상 섹션 즉 메인 몸체 (90)를 포함하고 있고, 각각의 상기 플랜지부는 평형추(50)를 로우터(46)에 체결하는데 사용되는 개구(96)를 포함하고 있다. C형상 섹션(90)은 단부면(92)들 사이에서 아치 형상의 몸체부를 구비하는데, 상기 몸체부는 로터(46)의 회전축선을 따라서 뻗어있는 평면의 한 면에 전부 배치되도록 180°를 초과하지 않으나 거의 그 각도 만큼의 아크를 통하여 원주방향으로 뻗어있다. 플랜지부(94)는 180°를 초과하는 각도가 있는 연장부를 형성하도록 단부면(92)의 이음매로부터 원주방향으로 뻗어있다.

C 형상 섹션(90)은 평형추(50)에 대한 특정 질량을 달성하는데 사용되는 캐버티 즉 리세스(98)를 형성한다. 리세스(98)는 특정 아크로 뻗어있고 특정 깊이를 갖고 있다. 아크의 길이와 리세스의 깊이 양자는 상이한 코어(100)를 교체함으로써 변경될 수 있고(도 6), 주형 또는 다이(102)에 삽입되고(도 6), 평형추(50)를 제조하는데 사용된다. 게다가, 하나 이상의 리브(104)가 평형추(50)의 질량을 특정 질량으로 조정하도록 리세스(98)내로 뻗도록 형성된다. 도 4에 도시된 평형추(50')는 리세스(98)의 보다 짧은 아크, 리세스(98)의 보다 짧은 깊이, 그리고 하나 이상의 리브(104)의 추가 때문에 평형추(50)의 질량이 비교될 때 질량이 증가된다. 이것은 상이한 코어나 핀(100)을 구비함으로써 달성된다. 평형추(50, 50')의 외부 구성은 동일하나, 상이한 코어(100)가 상이한 사이즈의 리세스(98)를 형성하는데 사용됨과 동시에 양 평형추(50, 50')가 동일한 주형이나 다이(102)내 제조되게 한다(도 6). 평형추(50')는 압축기(10)의 작동 특성이 바뀔 때 평형추(50)로 교체됨과 동시에 작동 특성이 변경되어 압축기(10)의 밸런스를 다시 필요로 한다.

이제 도 5를 참조하면, 평형추(150)가 본 발명의 또다른 실시예를 참조하여 설명된다. 평형추(150)는 리세스(98)가 복수의 구멍(198)으로 대체된다는 점을 제외하고는 평형추(50)와 동일하다. 복수의 구멍(198)은 C형상 섹션(90)을 따라서 원주로 이격되고 이들 각각은 특정 깊이를 갖고 있다. 복수의 구멍(198)과 각각의 구멍(198)의 깊이 양자는 상이한 갯수와 핀(200)의 길이를 갖는 코어(200)를 구비함으로써 개별적으로 변경되고, 상기 핀은 주형 또는 다이(102)내로 삽입되고(도 7), 평형추(150)의 제조에 사용된다.

따라서, 공통의 외부 치수를 갖는 평형추가 상이한 질량으로 제조될 수 있다. 이러한 특징은 플랜트 캐피탈과 관련된 비용을 감소시킨다. 종래의 평형추의 설계는 높이 및/또는 직경에 의해 변경되어 상이한 질량의 평형추가 사용될 때 수정되거나 교체되는 평형추에 대한 조립체 툴링을 필요로 한다. 복수의 평형추 질량에 대한 외부 치수를 공유화함으로써, 1세트의 조립체 장치가 복수의 평형추의 총 질량에 대해 사용될 수 있다.

본 발명은 비록 예시적인 것으로서, 본 발명에 대한 여러 변경과 수정이 있을 수 있으나, 당업자라면 그러한 변경과 수정은 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위내에서 이루어질 수 있음을 알 수 있다.

본 발명은 리세스를 포함한 평형추관련 기술을 제공한다. 리세스의 사이즈 및/또는 깊이는 평형추의 질량을 변경시킴으로써 가변될 수 있다. 따라서, 통상의 외부 치수를 구비한 평형추는 평형추에서의 리세스의 사이즈 및/또는 깊이를 변경 시킴으로써 여러 질량으로 제조될 수 있어 필요한 평형추의 질량을 충족시킨다. 상이한 질량을 갖는 평형추가 여전히 통상의 외부 치수를 유지한다는 사실은 상이한 질량의 평형추가 사용될 때 수정 및/또는 변경될 압축기 조립체에 평형추를 조립하는 조립 라인에서의 툴링의 필요성을 없앤다.

Claims (32)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 상이한 밸런스 요건을 각각 가지고 있는 복수의 로터리기 각각에 사용되도록 설계된 구동 샤프트용 평형추의 제조 방법에 있어서,

    상기 복수의 로터리기 각각에 끼워맞춰질 수 있는 크기와 형상을 가지고 있는 몸체를 주조하기 위해 주형을 제공하는 단계;

    원하는 특정 로터리기에 대해 상기 평형추의 총 질량을 최적화하는 리세스를 상기 몸체에 형성하기 위하여 상기 주형 속으로 코어를 삽입하는 단계; 그리고

    상기 평형추를 주조하는 단계;

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 구동 샤프트용 평형추의 제조 방법.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 리세스는 복수의 구멍에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 구동 샤프트용 평형추의 제조 방법.
15. 제 14 항에 있어서, 구멍의 갯수는 상기 리세스의 체적을 한정하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 구동 샤프트용 평형추의 제조 방법.
16. 제 14 항에 있어서, 구멍의 깊이는 상기 리세스의 체적을 한정하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 구동 샤프트용 평형추의 제조 방법.
17. 제 13 항에 있어서, 상기 리세스는 길다란 캐버티인 것을 특징으로 하는 구동 샤프트용 평형추의 제조 방법.
18. 제 13 항에 있어서, 상기 코어는 원하는 특정 로터리기에 대해 상기 평형추의 총 질량을 최적화하는 상기 리세스를 형성하도록 선택된 체적을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 구동 샤프트용 평형추의 제조 방법.
19. 제 13 항의 방법에 따라 제조된 것을 특징으로 하는 평형추.
20. 셸;

    상기 셸 내에 배치된 압축 기구;

    상기 압축 기구를 구동시키는 구동 샤프트;

    상기 구동 샤프트를 작동시키는 모터; 그리고

    상기 구동 샤프트를 위한 제 19 항에 따른 평형추;

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기.
21. 제 20 항에 있어서, 상기 압축 기구는 제 1 단부 플레이트와 상기 제 1 단부 플레이트로부터 바깥쪽으로 돌출되어 있는 제 1 스파이럴 랩을 가지고 있는 제 1 스크롤 부재, 그리고 제 2 단부 플레이트와 상기 제 2 단부 플레이트로부터 바깥쪽으로 돌출되어 있으며 상기 상기 제 1 스크롤 랩과 맞물리는 제 2 스파이럴 랩을 가지고 있는 제 2 스크롤 부재를 포함하고 있고,

    상기 구동 샤프트는 상기 스크롤 부재들을 서로에 대하여 선회하게 하여 상기 스파이럴 랩이 흡입 압력 구역과 방출 압력 구역 사이에서 점진적으로 변화하는 체적의 포켓을 생성하는 것을 특징으로 하는 압축기.
22. 제 20 항에 있어서, 상기 모터는 상기 구동 샤프트를 구동시키는 고정자 및 회전자를 가지고 있고, 상기 평형추는 리세스를 포함하는 메인 보디 및 상기 메인 보디의 양측으로부터 뻗어 있는 한 쌍의 플랜지를 가지고 있고, 상기 한 쌍의 플랜지는 각각 상기 평형추를 상기 회전자에 부착시키기 위한 구멍을 형성하는 것을 특징으로 하는 압축기.
23. 제 20 항에 있어서, 상기 리세스는 복수의 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기.
24. 제 23 항에 있어서, 구멍의 갯수는 상기 리세스의 체적을 한정하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 압축기.
25. 제 23 항에 있어서, 구멍의 깊이는 상기 리세스의 체적을 한정하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 압축기.
26. 제 20 항에 있어서, 상기 리세스는 길다란 캐버티인 것을 특징으로 하는 압축기.
27. 제 26 항에 있어서, 상기 캐버티의 길이는 상기 리세스의 체적을 한정하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 압축기.
28. 제 26 항에 있어서, 상기 캐버티의 깊이는 상기 리세스의 체적을 한정하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 압축기.
29. 제 26 항에 있어서, 상기 리세스의 체적을 한정하도록 상기 캐버티에 리브가 통합되어 있는 것을 특징으로 하는 압축기.
30. 제 20 항에 있어서, 상기 구동 샤프트는 고정자 및 회전자를 가진 모터에 의해 구동되고, 상기 평형추는 상기 회전자에 부착되도록 설계되어 있는 것을 특징으로 하는 압축기.
31. 제 20 항에 있어서, 평형추가 아치 형상의 보디를 가지는 것을 특징으로 하는 압축기.
32. 제 31 항에 있어서, 상기 리세스는 길다란 아치 형상의 캐버티인 것을 특징으로 하는 압축기.

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