KR102554564B1 - 복합 스크류 로터 - Google Patents

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KR102554564B1
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버나드 콘리
브렌트 랜스델
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가드너 덴버, 인크
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Abstract

압축기 설계는 하나 이상의 나선 로브를 갖는 수 로터 및 하나 이상의 나선 그루브를 갖는 암 로터를 포함한다. 수 로터는 제 1 샤프트 상에 장착되고 암 로터는 제 2 샤프트 상에 장착된다. 수 로터는 챔버의 제 1 섹션에 위치되고 암 로터는 챔버의 제 2 섹션에 위치된다. 유체는 입구에서 챔버로 들어가고, 로터가 구동될 때 수 로터의 로브가 암 로터 의 그루브에 끼워져 압축 유체가 배출되는 출구 또는 배출 단부를 향한 유체의 압축 및 이동이 발생한다. 로브 및 그루브 나선, 로브 및 그루브 프로파일 및 로터의 외경의 구성은 다른 로터를 형성하기 위해 다른 조합으로 변화될 수 있다.

Description

복합 스크류 로터
본 발명은 전체가 참고로 여기에 포함되며, 우선권이 주장된 2015년 10월 30일 출원 미국 임시 출원 제62/248,811호; 2015년 10월 30일 출원 제62/248,785호; 및 2015년 10월 30일 출원 제62/248,858호를 기반으로 한다.
본 발명의 다양한 예시적인 실시예는 유체를 압축하기 위해 사용되는 스크류 압축기 로터에 관한 것이다.
로터리 스크류 압축기는 전형적으로 하우징 내에 위치된 2개 이상의 상호 맞물린 로터를 포함한다. 수 로터는 암 로터의 그루브와 결합하는 하나 이상의 로브를 포함한다. 하우징은 수 및 암 로터가 위치하는 챔버를 형성한다. 챔버는 수 및 암 로터의 외경과 밀접하게 치수가 정해지고, 일반적으로 평행 및 교차하는 한 쌍의 실린더로 형성된다. 로터에 유체를 도입하기 위한 입구가 제공되고 압축된 유체를 배출하기 위한 출구가 제공된다.
로터는 수 및 암 로터의 움직임을 구동하고 동기화시키는 구동기구인, 예를 들어 기어를 포함한다. 회전하는 동안, 서로 맞물리는 수 및 암 로터는 다양한 크기의 셀을 형성하여 입구 유체를 먼저 수용한 다음 압축하여 출구쪽으로 움직이는 유체의 압력을 증가시킨다. 건식 압축기는 샤프트에 연결된 하나 이상의 기어를 사용하여 로터의 회전을 동기화할 수 있다. 습식 압축기는 오일과 같은 유체를 이용하여 로터를 공간 배치하고 구동할 수 있다.
수 및 암 로터의 프로파일은 여러 가지 방법으로 생성될 수 있다. 한 가지 방법은 두 로터 중 하나를 형성한 다음 접합을 사용하여 다른 프로파일을 유도하는 것이다. 또 다른 방법은 로터용 랙 곡선을 정의하고 랙 곡선을 사용하여 수 및 암 로터를 형성하는 것이다. 이 방법은 예를 들어 US 4,643,654; WO 97/43550; 및 GB 2,418,455에 개시된다. 랙 곡선을 감싸서 수 및 암 로터 프로파일을 형성하는 또 다른 방법은 미국 특허 제 8,702,409 호에 개시되어 있으며, 그 개시 내용은 본원에 참고로 포함된다.
다양한 예시적인 실시예는 우측 제 1 그루브를 갖는 제 1 섹션 및 좌측 제 2 그루브를 갖는 제 2 섹션을 포함하는 암 로터를 가지는 스크류 압축기 또는 팽창기에 관한 것이다. 제 1 그루브는 제 1 가변 나선을 가지고, 제 2 그루브는 제 2 가변 나선을 가지며, 암 로터는 제 1 가변 프로파일 및 제 1 가변 외경을 갖는다. 수 로터는 좌측 제 1 로브를 갖는 제 3 섹션과 우측 제 2 로브를 갖는 제 4 섹션을 포함한다. 제 1 로브는 제 3 가변 나선을 가지고, 제 2 로브는 제 4 가변 나선을 가지며, 수 로터는 제 2 가변 프로파일 및 제 2 가변 외경을 갖는다.
다양한 예시적인 실시예는 제 1 섹션, 제 2 섹션 및 제 1 중앙 섹션을 포함하는 암 로터를 갖는 스크류 압축기 또는 팽창기에 관한 것이다. 제 1 섹션은 우측 제 1 그루브 세트를 가지고 제 2 섹션은 제 1 그루브 세트에 대응하는 좌측 제 2 그루브 세트를 가진다. 제 1 그루브는 제 1 가변 나선을 가지고, 제 2 그루브는 제 2 가변 나선을 가지며, 암 로터는 제 1 가변 프로파일을 갖는다. 수 로터는 제 3 섹션, 제 4 섹션 및 상기 제 3 섹션과 제 4 섹션 사이에 위치된 제 2 중앙 섹션을 포함한다. 제 3 섹션은 좌측 제 1 로브 세트를 가지고 제 4 섹션은 상기 제 1 로브 세트에 대응하는 우측 제 2 로브 세트를 가진다. 제 1 로브는 제 2 가변 나선을 가지고, 제 2 로브는 제 4 가변 나선을 가지며 수 로터는 제 2 가변 프로파일을 가진다. 암 로터는 제 1 중앙 섹션에서 실질적으로 원형 다년 섹션으로 전이되고 수 로터는 제 2 중앙 섹션으로 실질적으로 원형 단면 섹션으로 전이된다.
다양한 예시적인 실시예들은 우측 제 1 가변 나선 프로파일을 갖는 제 1 그루브를 갖는 제 1 섹션 및 좌측 제 2 가변 나선 프로파일을 갖는 제 2 그루브를 갖는 제 2 섹션을 포함하는 암 로터를 갖는 스크류 압축기 또는 팽창기에 관한 것이다. 수 로터는 우측 제 3 가변 나선 프로파일을 갖는 제 1 로브와, 좌측 제 4 가변 나선 프로파일을 갖는 제 2 로브를 포함한다.
다양한 예시적인 실시예는 입구 부분으로부터 출구 부분까지 연장되는 제 1 축 방향 길이를 갖는 수 로터와 제 1 축 방향 길이를 따라 연장되는 가변 프로파일을 갖는 한 세트의 로브를 포함 하는 스크류 압축기 또는 팽창기에 관한 것이다. 암 로터는 입구 부분에서 출구 부분으로 연장되는 제 2 축방향 길이 및 제 1 축방향 길이를 따라 연장되는 가변 프로파일을 가진 그루브 세트를 가진다. 그루브 세트는 로브 세트와 결합된다. 수 로터와 암 로터의 적어도 한 부분은 각각 일정하지 않은 외경을 가진 비 원통형 구성을 갖는다.
다양한 예시적인 실시예는 입구 부분으로부터 출구 부분까지 연장되는 제 1 축 방향 길이를 갖는 수 로터와 제 1 축 방향 길이의 적어도 일부를 따라 연장되는 가변 프로파일을 갖는 로브 세트를 포함하는 스크류 압축기 또는 팽창기에 관한 것이다. 암 로터는 입구 부분에서 출구 부분으로 연장되는 제 2 축방향 길이를 가지고 그루브 세트는 상기 제 2 축방향 길이의 적어도 한 부분을 따라 연장되는 가변 프로파일을 가지며 로브 세트와 결합된다. 수 로터와 암 로터는 출구 부분 근처의 실질적으로 원형 단면 섹션으로 전이된다.
다양한 예시적인 실시예는 입구 부분으로부터 출구 부분까지 연장되는 제 1 축 방향 길이 및 제 1 축 방향 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되는 로브 세트를 갖는 수 로터를 포함하는 스크류 압축기 또는 팽창기에 관한 것이다. 암 로터는 입구 부분에서 출구 부분으로 연장되는 제 2 축방향 길이를 가지고 그루브 세트는 상기 제 2 축방향 길이의 적어도 한 부분을 따라 연장되며 로브 세트와 결합된다. 상기 수 로터와 암 로터는 제 1 세트의 X 및 Y 좌표를 가지는 제 1 랙에 의해 정의되는 제 1 프로파일을 갖는 제 1 섹션 및 제 2 세트의 X 및 Y 좌표를 가지는 제 1 랙과 다른 제 2 랙에 의해 정의되는 제 2 프로파일을 갖는 제 2 섹션으로 구성된다.
다양한 예시적인 실시예들은 스크류 압축기 또는 팽창기 로터들의 세트를 설계하는 방법에 관한 것이다. 제 1 랙은 수 및 암 로터에 대해 확립된다. 제 1 랙은 제 1 세트의 X 및 Y좌표를 갖는 제 1 크레스트를 가진 적어도 하나의 곡선된 세그먼트를 가진다. 제 1 랙은 제 2 세트의 X 및 Y좌표를 갖는 제 2 크레스트를 가진 적어도 하나의 곡선된 세그먼트를 가진 제 2 랙을 형성하기 위해 X 및 Y 방향으로 스케일링된다. 제 2 크레스트의 X 좌표는 제 1 크레스트의 X 좌표로부터 이격된다.
다양한 예시적인 실시예들은 스크류 압축기 또는 팽창기 로터들의 세트를 설계하는 방법에 관한 것이다. 수 및 암 로터 용의 제 1 랙 이 설치된다. 제 1 랙은 제 1 세트의 X 및 Y좌표를 갖는 제 1 크레스트를 가진 적어도 하나의 곡선된 세그먼트를 가진다. 제 2 랙은 암수 로터에 대해 확립된다. 제 2 랙은 제 2 세트의 X 및 Y좌표를 가지는 제 2 크레스트를 가진 적어도 하나의 곡선된 세그먼트를 가진다. 제 2 크레스트의 X좌표는 제 1 크레스트의 X좌표로부터 이격된다.
다양한 예시적인 실시예는 제 1 축 방향 길이를 갖는 수 로터와 제 1 축 방향 길이를 따라 연장되는 제 1 나선 프로파일을 갖는 로브 세트를 포함하는 스크류 압축기 또는 팽창기에 관한 것이다. 암 로터는 제 2 축 방향 길이를 가지고 제 2 나선 프로파일을 갖는 그루브 세트는 제 2 축 방향 길이를 따라 연장된다. 그루브 세트는 로브 세트와 결합된다. 제 1 나선 프로파일은 제 1 축방향 길이에 걸쳐 비연속적으로 변할 수 있다.
다양한 예시적인 실시예는 입구 부분에 인접한 제 1 위치와 출구 부분에 인접한 제 2 위치 사이에서 연장되는 제 1 나선 프로파일을 갖는 로브를 갖는 수 로터를 포함하는 스크류 압축기 또는 팽창기에 관한 것이다. 암 로터는 입구 부분에 인접한 제 3 위치와 출구 부분에 인접한 제 4 위치 사이에서 연장되는 제 2 나선 프로파일을 갖는 그루브를 가지고, 상기 그루브는 로브와 결합된다. 수 로터 로브 의 랩 각도 곡선은 볼록 부분을 포함한다.
다양한 예시적인 실시예는 우측 나선 프로파일을 갖는 제 1 그루브를 갖는 제 1 섹션, 좌측 나선 프로파일을 갖는 제 2 그루브를 갖는 제 2 섹션, 및 제 1 및 제 2 그루브를 연결하는 제 1 곡선 전이부를 자기는 제 1 중심 섹션을 포함하는 암 로터를 포함하는 스크류 압축기 또는 팽창기에 관한 것이다. 수 로터는 우측 나선 프로파일을 갖는 제 1 로브를 가지는 제 3 섹션, 좌측 나선 프로파일을 갖는 제 2 로브를 가지는 제 4 섹션 및 제 1 및 제 2 로브를 연결하는 제 2 곡선된 전이부를 가지는 제 2 중심 섹션을 포함한다.
다양한 예시적인 실시예는 우측 나선 프로파일을 갖는 제 1 그루브를 갖는 제 1 섹션, 좌측 나선 프로파일을 갖는 제 2 그루브를 갖는 제 2 섹션, 및 제 1 중심 섹션을 갖는 제 1 섹션을 포함하는 암 로터를 포함하는 스크류 압축기 또는 팽창기에 관한 것이다. 수 로터는 우측 나선 프로파일을 갖는 제 1 로브를 가지는 제3 섹션, 좌측 나선 프로파일을 갖는 제 2 로브를 가지는 제 4 섹션, 및 제 2 중앙 섹션을 포함한다. 제 1 및 제 2 중앙 섹션 중 하나는 포켓을 포함한다.
다양한 예시적인 실시예는 입구 포트, 배출 포트 및 제 1 부분과 제 2 부분을 갖는 압축 챔버를 적어도 부분적으로 형성하는 몸체를 갖는 하우징을 포함하는 스크류 압축기 또는 팽창기에 관한 것이다. 암 로터는 압축 챔버의 상기 제 1 부분에 회전 가능하게 위치되고, 우측 나선 프로파일을 갖는 제 1 그루브를 갖는 제 1 섹션, 좌측 나선 프로파일을 갖는 제 2 그루브를 갖는 제 2 섹션, 및 제 1 및 제 2 그루브를 연결하는 제 1 곡선된 전이부를 가지는 제 1 중심 섹션을 포함한다.
수 로터는 압축 챔버의 상기 제 1 부분에 회전 가능하게 위치되고, 우측 나선 프로파일을 갖는 제 1 로브를 갖는 제 3 섹션, 좌측 나선 프로파일을 갖는 제 2 로브를 갖는 제 4 섹션, 및 제 1 및 제 2 로브를 연결하는 제 2 곡선된 전이부를 가지는 제 2 중심 섹션을 포함한다.
다양한 예시적인 실시예의 양태 및 특징은 첨부될 도면을 참조하여 취해진 예시적인 실시예의 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.
도 1은 스크류 압축기에 대한 종래의 로터 세트의 평면도;
도 2는 도 1의 로터의 단면도;
도 3은 스크류 압축기에 대한 가변 로터의 예시적인 세트의 평면도;
도 4는 도 3 의 수 및 암 로터의 외경을 나타내는 그래프;
도 5A 내지 도 5E는 도 3에 도시된 위치에서 취해진 도 3의 로터의 단면도;
도 6은 스크류 압축기를 위한 다른 예시적인 가변 로터 세트의 평면도;
도 7은 도 6의 암수 로터의 외경을 나타내는 그래프;
도 8A-8E는 도 6에 도시된 위치에서 취해진 도 8의 로터의 단면도;
도 9는 가변 수 로터의 다른 실시예를 나타내는 곡선 세트를 보여주는 차트;
도 10은 도 1, 3 및 6의 수 로터의 체적 대 수 회전각을 도시하는 차트;
도 11은 도 1, 3 및 6의 수 로터의 압축 대 수 회전각을 도시하는 차트;
도 12는 가변 프로파일 로터를 형성하는데 사용되는 3 세트의 랙 곡선;
도 13은 X 방향 및 Y 방향의 랙 스케일링에 대한 팁 확대도를 나타내는 가변 프로파일 로터 세트;
도 14는 랙을 X 및 Y 방향으로 스케일링함으로써 생성될 랙 곡선 세트;
도 15는 비선형 가변 로터를 생성하는데 사용되는 선형 가변 로터 및 일 세트의 랙 곡선을 생성하는데 사용되는 랙 곡선 세트;
도 16은 가변적 수 및 암 로터의 사시도;
도 17은 도 16의 평면도;
도 18은 도 16 및 17의 수 로터의 랩-각도 곡선을 도시하는 그래프;
도 19는 패스트 슬로우 패스트 나선형 수 및 암 로터의 평면도;
도 20은 도 1, 16 및 19의 수 로터의 랩 각도 곡선을 도시하는 그래프;
도 21은 패스터 슬로워 패스터 나선형 수 및 암 로터의 평면도;
도 22는 도 1, 16, 21의 수 로터의 랩-각도 곡선을 나타내는 그래프;
도 23은 도 1, 16, 21의 수 로터 및 슬로우 패스트 슬로우 나선형 수 로터의 랩-각도 곡선을 도시하는 그래프;
도 24는 도 1, 16, 21의 수 로터 및 패스트 슬로우 나선형 수 로터의 랩-각도 곡선을 도시하는 그래프;
도 25는 체적 대 수회전 각을 나타내는 그래프;
도 26은 압축 대 수회전 각을 나타내는 그래프;
도 27은 예시적인 이중 나선 로터의 평면도;
도 28은 예시적인 압축기 또는 팽창기 하우징의 측면도;
도 29는 예시적인 곡선된 전이부를 가진 이중 나선 로터 세트의 평면도;
도 30은 도 29의 사시도;
도 31은 곡선 전이와 포켓을 갖는 이중 나선 로터들의 예시적인 세트의 평면도;
도 32는 도 31의 포켓 영역의 확대도;
도 33은 제 1 위치에서 도 31의 로터의 측 단면도;
도 34는 제 2 위치에서 도 31의 로터의 측 단면도;
도 35는 가변 이중 나선 로터의 예시적인 세트의 평면도;
도 36은 이중 나선, 가변 프로파일 로터의 예시적인 세트의 사시도;
도 37은 도 36의 평면도;
도 38은 로브 및 그루브가 오프셋되는 이중 나선 가변 프로파일 로터의 예시적인 세트의 평면도;
도 38A는 도 38의 좌측면도;
도 38B는 도 38의 우측면;
도 39는 고정된 이중 나선 및 원추 로터 프로파일을 갖는 로터 세트의 예시;
도 40은 고정된 이중 나선 및 둥근 또는 오자이브(ogive)형 로터 프로파일을 갖는 로터 세트의 예시;
도 41은 나선의 양측이 볼록한 랩 각도 곡선을 갖는 연속 가변 나선인 가변 이중 나선 및 원추형 로터 프로파일을 갖는 로터의 세트의 예시;
도 42는 나선의 양측이 볼록 랩 각도 곡선을 갖는 패스트 슬로우 가변 나선인 가변 이중 나선 및 원추형 로터 프로파일을 갖는 로터의 세트의 예시;
도 43은 나선의 양측이 슬로우 패스트 슬로우 비 연속 가변 나선인 원추형 로터 프로파일을 갖는 로터 세트의 예시;
도 44는 나선의 양측이 슬로우 패스트 슬로우 비 연속 가변 나선인 오자이브(ogive)형 로터 프로파일을 갖는 로터 세트의 예시;
도 45는 나선의 양측이 패스트 슬로우 패스트 비연속 가변 나선인 원추형 로터 프로파일을 갖는 로터 세트의 예시, 및
도 46은 나선의 양측이 패스트 슬로우 패스트 비 연속로 가변 나선인 오자이브(ogive)형 로터 프로파일을 갖는 로터 세트의 예시.
도 1은 하나 이상의 로브(12)를 갖는 수 로터(10) 및 하나 이상의 그루브 또는 게이트(16)를 갖는 암 로터(14)를 포함하는 전형적인 압축기 설계의 예시적인 실시예를 도시한다. 수 로터(10)는 제 1 샤프트(18)에 장착되고 암 로터(14)는 제 2 샤프트(20)에 장착된다. 수 로터(10)는 챔버의 제 1 섹션에 위치되고 암 로터(14)는 챔버의 제 2 섹션에 위치된다. 유체는 입구(22)에서 챔버로 진입하고, 로터가 구동될 때, 수 로터(10)의 로브(12)는 암 로터(14)의 그루브(16) 내로 끼워지며, 압축된 유체가 방출되는 출구 또는 배출 단부(24)를 향하여 유체가 압축 및 이동하게 된다. 암수 로터(10, 14)는 로터의 길이, 일정한 프로파일 및 일정한 외경을 따라 연장되는 일정한 리드 또는 피치를 갖는다. 따라서, 챔버는 평행한 종축을 갖는 한 쌍의 교차하는 실린더에 의해 형성된다.
도 2에 가장 잘 도시되는 바와 같이, 수 로터(10)는 제 1 축(A10)을 중심으로 회전하고, 암 로터(14)는 제 2 축(A14)을 중심으로 회전한다. 특히, 제 1 축(A10)은 제 2 축(A14)으로부터 거리(D1)(일반적으로 "중심 거리"라는 용어로 알려짐)에 위치된다. 제 1 축(A10)과 제 2 축(A14)은 상호 평행하므로, D1은 로터의 축 방향 길이에 대해 일정하다.
수 로터(10)는 피치 원주(Cp10)를 포함한다. 피치 원주(Cp10)의 반경(Rp10)은 수 로터(10)의 로브(12)의 수에 비례한다. 수 로터(10)의 각 로브(12)는 수 로터(10)의 외주(Ce10)에 도달할 때까지 대응하는 피치 원주(Cp10) 외부로 주로 연장된다. 수 로터(10)의 로브(12)의 나머지 부분은 수 로터(10)의 루트 원주(Cf10)에 도달 할 때까지 대응하는 피치 원주(Cp10) 내로 연장된다. 루트 원주(Cf10)의 반경(Rf10)은 피치 원주(Cp10)의 반경(Rp10)보다 작고 수 로터(10)의 외주(Ce10)의 반경(Re10)보다 차례로 작아진다. 수 로터(10)의 피치 원주(Cp10)와 외주(Ce10) 사이의 거리는 수 로터(10)의 어덴덤(addendum)으로 형성된다. 수 어덴덤(addendum)은 외주(Ce10)의 반경(Re10)의 값과 피치 원주의 반경(Rp10)의 값의 차에 해당한다. 수 로터(10)의 각 로브(12)는 두 로브 사이의 제 1 중간 지점으로부터 두 로브 사이의 인접한 중간 지점까지 연장하는 각각의 피치 원주(Cp10) 또는 로브들의 수로 나누어지는 피치 원주(Cp10)상에서 측정되는 제 1 두께(T10)를 가지며, 이 경우 피치 원주(Cp10)의 120°이다.
암 로터(14)는 피치 원주(Cp14)를 포함한다. 암 로터(14)의 외주(Cp14)의 반경(Rp14)의 치수는 암 로터의 그루브(16)의 수에 비례한다. 각각의 그루브(16)는 암 로터(14)의 루트 원주 (Cf14)에 도달할 때까지 대응하는 피치 원주(Cp14) 내에서 주로 연장된다. 암 로터(14)의 그루브(16)의 나머지 부분은 암 로터(14)의 외주(Ce14)의 외주에 도달할 때까지 대응하는 피치 원주(Cp14)외부로 연장된다. 루트 원주(Cf14)의 반경(Rf14)은 피치 원주(Cp14)의 반경(Rp14)보다 작고, 차례로 암 로터(14)의 외주(Ce14)의 반경(Re14)보다 작다. 암 로터(14)의 피치 원주(Cp14)와 외주(Ce14)사이의 거리는 암 로터(14)의 어덴덤(addendum)으로 형성된다. 암 어덴덤(addendum)은 암 로터(14)의 외주(Ce14)의 반경(Re14)의 값과 피치 원주(Cp14)의 반경(Rp14)의 값 사이의 거리에 해당한다. 암 로터(14)의 각 그루브(16) 사이의 공간은 두 그루브 사이의 제 1 중간 지점으로부터 두 그루브 사이의 인접한 중간 지점까지 연장하는 각각의 피치 원주(Cp14) 또는 그루브들의 수로 나누어지는 피치 원주(Cp14)상에서 측정되는 제 1 두께(T14)를 가지며, 이 경우 피치 원주(Cp14)의 120°이다.
가변 프로파일
다양한 예시적인 실시예는 적어도 하나의 로터가 다양한 프로파일 및/또는 외경을 갖는 로터 조합에 관한 것이다. 도 3은 하나 이상의 로브(112)를 갖는 수 로터(110) 및 하나 이상의 그루브(116)을 갖는 암 로터(114)를 포함하는 압축기 설계의 예시적인 실시예를 도시한다. 로터(110, 114)는 그 사이에서 축 방향 길이로 연장되는 입구 측면(118) 및 출구 측면(110, 114)을 가진다. 로브(112) 및 그루브(116)의 프로파일은 수 로터(110) 및 암 로터(112)의 외경과 마찬가지로 입구 측면(118)과 출구 측면(120) 사이에서 변한다.
도 4는 수 로터(110) 및 암 로터(114)의 외경을 축 방향 위치와 비교하여 도시하는 차트를 도시한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 수 로터(110) 및 암 로터(114)의 외경은 실질적으로 선형으로 감소한다. 수 및 암 로터(110, 114)의 외경은 일정하게 유지되는 피치 직경을 향해 감소하고, 일부 실시예에서는 수 및 암 로터(110, 114)의 최종 외경이 각각의 피치 직경과 실질적으로 동일하다. 이 때문에, 수 및 암 로터(110, 114)의 회전축은 실질적으로 평행하게 유지된다. 수 로터가 더 큰 시작 어덴덤을 가지기 대문에 수 로터(110)의 외경은 암 로터(114)의 외경에 비례하여 더 감소하게 된다. 또한, 압축 챔버의 수 로터 부분 및 암 로터 부분은 로터(110, 114)의 외경과 관련하여 감소한다. 이는 로터(110, 114)와 각 압축 챔버 부분이 실질적으로 절두 원추형 구성을 갖도록 한다.
또한, 도 5A-5E는 각각 입구 측면(118)에서 출구 측면(120)으로 수 로터(110) 및 암 로터(114)의 프로파일의 변화를 도시한다. 도시된 바와 같이, 수 및 암 로터(110,114)는 보다 전통적인 로브 및 그루브 프로파일과 유사한 형상으로부터 실질적으로 원통 프로파일로 전이한다. 수 및 암 어덴덤은 각각의 피치 반경 방향으로 움직이는 외경의 값에 따라 감소한다. 특정 예시적인 실시예에서, 수 외측 반경은 수 피치 반경과 실질적으로 동일할 수 있고, 암 외측 반경은 출구 측면(120)에서 암 피치 반경과 실질적으로 동일할 수 있으며, 약 0의 어덴덤이 된다. 수 및 암 로터(110, 114) 의 팁 폭 및 루트 직경은 출구 측면(120)을 향해 증가한다.
도 6은 하나 이상의 로브(212)를 갖는 수 로터(210) 및 하나 이상의 그루브(216)을 갖는 암 로터(214)를 포함하는 압축기 설계의 예시적인 실시예를 도시한다. 로터(210, 214)는 입구 측면(218) 및 출구 측면(210, 214)을 포함하고, 상기 측면들은 이들 의 축 방향 길이로 연장된다. 로브(212) 및 그루브(216)의 프로파일은 입구 측면(218)과 출구 측면(220) 사이에서 변한다. 로브(212) 및 그루브(216)의 프로파일은 입구 측면(218)과 출구 측면(220)사이에서 변하고, 수 로터(210) 및 암 로터(212)의 외경사이에서 변한다.
도 7은 수 로터(210) 및 암 로터(214)의 외경을 축 방향 위치와 비교하여 도시하는 차트를 도시한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 수 로터(210) 및 암 로터(214)의 외경은 비선형으로 감소한다. 상기 예시에 도시된 바와 같이, 외부 직경은 제 1 부분에 대해 실질적으로 일정하고, 그 다음 아크를 갖는 곡선부를 형성하는 비율로 감소한다. 도 3의 수 및 암 로터(110, 114)와 유사하게, 수 및 암 로터(110, 114)의 외경은 각각의 피치 직경을 향해 감소하여, 수 로터(210)와 암 로터(214)의 회전축이 실질적으로 평행하게 유지되도록 한다. 또한, 압축 챔버의 수 로터 부분 및 암 로터 부분은 로터(110, 114)의 외경과 관련하여 감소하는 직경을 가진다. 이로 인해 로터(110, 114) 및 실질적으로 절두-오자이브(ogive)형 구성을 가지는 각각의 압축기 챔버 부분이 형성되도록 한다.
또한, 도 8A 내지 도 8E는 각각 입구 측면(218)에서 출구 측면(220)으로 수 로터(210) 및 암 로터(214)의 프로파일의 변화를 도시한다. 도시된 바와 같이, 수 및 암 로터(210, 214)는 보다 전통적인 로브 및 그루브 프로파일과 유사한 형태로부터 실질적으로 원통 프로파일로 전이한다. 수 및 암 어덴덤은 각각의 피치 반경 방향으로 움직이는 외경의 값에 따라 감소한다. 특정 예시적인 실시예에서, 수 외측 반경은 수 피치 반경과 실질적으로 동일할 수 있고, 암 외측 반경은 출구 측면(220)에서 암 피치 반경과 실질적으로 동일할 수 있으며, 약 0의 어덴덤이 된다. 수 및 암 로터(210, 214)의 팁 폭 및 루트 직경은 출구 측면(220)을 향해 증가한다.
도 5A-5E 및 도 8A-8E를 참조하면, 전이 단계는 도 5A-5E에 도시된 로터 섹션에 대해 실질적으로 일정한 반면, 상기 전이는 도 8A-8E의 로터의 출구 측면을 향해 더욱더 명확하다.
도 3에 도시된 로터(110, 114)는 선형 전이의 한 예시이고 도 6에 도시된 로터(210, 214)는 수 로터 외경의 곡선 전이의 한 예시이다. 도 9는 수 로터 외경 대 로터 길이의 상이한 곡선을 도시한다. 곡선은 빠른 전이(크거나 뚜렷함) 또는 느린 전이(작거나 덜 뚜렷함)를 갖는 다양한 부분을 포함한다. 다양한 선형 및 곡선 조합을 포함하여 암수 로터 외경의 다른 변경 사항이 사용될 수 있으며 더 복잡한 곡선은 일정하지 않은 아치 또는 다른 곡률 반경의 다른 섹션을 가진다.
가변 프로파일은 압축기의 하부 방사상 누설 및 짧은 밀봉 라인을 초래할 수 있다. 특정 실시예에서, 상기 프로파일은 배출 단부상의 블로우 홀을 제거하도록 변경될 수 있다. 압축기는 배출 단부 유극 및 트랩 포켓이 거의 없거나 없게 만들어질 수 있다. 다양한 프로파일은 또한 큰 배출 포트를 초래할 수 있다. 가변 프로파일 구성을 사용하는 몇몇 예시의 장점은 보다 빠른 압축, 더 낮은 누출 및 더 높은 성능을 포함할 수 있다. 가변 프로파일 구성은 단일 단계에서 높은 효율, 패스트, 최대 속도에서의 포트 손실 감소 및 높은 내부 압력 비율을 초래할 수도 있다.
도 10은 수 로터(10, 110, 210)의 회전 각도에 대한 유체의 부피를 도시한다. 입구 부피가 가변 프로파일 로터(110, 210)에 대해 보다 빠르게 증가할수록 입구가 최대 부피로 폐쇄되고 유체가 압축되기 시작한다. 도 11은 내부 압축 대 수 로터(10, 110, 210)의 회전 각도를 도시한다. 가변 프로파일 로터(110, 210)에 대한 압축률은 임의의 주어진 회전 각도에서 종래의 로터(10)보다 크다.
랙 스케일링
다양한 예시적인 실시예는 가변 프로파일을 갖는 로터를 설계하고 생성하는 것에 관한 것이다. 하나의 예시적인 방법에서, 주어진 로터 섹션에 대한 수 로브와 암 그루브를 생성하는데 사용되는 랙 곡선이 생성된다. 랙은 실질적으로 로브 두께(T10)와 동일하고 그루브 두께(T14)는 도 2에 도시된다. 제 1 섹션에서 로브와 그루브를 형성할 수 있는 제 1 랙이 생성 된다. 예시적인 실시예에서, 제 1 섹션 은 로터의 매우 초기 또는 입구 단부일 수 있다. 로터 축 방향 길이를 따라 다른 섹션에 해당하도록 하나 이상의 추가 랙이 생성된다. 상기 랙은 예를 들어 다른 크레스트를 가진 다른 곡선을 갖도록 만들어진다. 그후 랙 세트를 기반으로 로터의 프로파일을 생성할 수 있다. 랙 사이의 섹션은 선형 보간법이나 다른 곡선 피팅 기법을 포함한 다양한 방법을 사용하여 결정될 수 있다.
한 예시적인 실시예는 랙의 X 및 Y 좌표를 스케일링하여 가변 프로파일 로터를 생성하는 것을 포함한다. 도 12는 일련의 랙 곡선(R1, R2 및 R3)을 도시한다. 랙은 로브 두께(T10)와 실질적으로 동일하고 그루브 두께(T14)는 도 2에 도시된다. 초기 랙 곡선(R1A)은 상부 단부 지점 및 하부 단부 지점을 갖는 압축기의 작동 특성을 기반으로 결정된다. 예시적인 실시예에서, 나머지 랙 곡선(R1B, R1C, R1D, R1E)은 특정 레벨 이하 예를들어 완전히 수직 랙 라인, 따라서 원통형 표면을 나타내는 단일 지점(R1E)이하로 X 및 Y 방향으로, 스케일링된다. X 및 Y 방향으로 스케일링하는 것은 최단부 지점(R1E)을 향하여 각 중간 곡선(R1B-R1D)의 상부 단부 지점 및 하부 단부 지점을 움직이는 Y방향으로 감소된 높이가 되도록 한다. 특정 실시예에서, 로터 길이를 일정한 디치 직경 아래로 유지하기 위해 원래 랙 높이를 유지할 필요가 있다. 제 2 랙 곡선 세트(R2)에 도시된 바와 같이, 비 초기 랙 곡선(R2B-R2E)은 특정 지점에서 분리되고 중간 제 2 랙 곡선(R2B-R2D)의 더 얇은 라인 세그먼트에 도시된 바와 같이 제 1 및 제 2 내부 지점사이의 개방 섹션을 형성하도록 이격된다. 상기 곡선은 X 방향에서 각 곡선의 크레스트나 피크에서 분리될 수 있다. 그후 제 1 및 제 2 내부 지점은 연결되고 상부 및 하부 단부 지점은 랙 곡선 R3의 제 3 세트에 표시된 원래의 상부 및 하하 Y 값으로 연장될 수 있다. 도 13에 가장 잘 도시된 바와 같이, 랙 곡선이 일정한 Y 높이를 유지하도록 이격될 경우, 수 로터 팁(250)은 수 로터(252) 및 암 로터(254)가 입구 측면(256)에서 출구 측면(258)으로 이동함에 따라 넓어진다. 이것은 압축기의 팁 누출 비율을 줄일 수 있다. 전술한 바와 같이, 스케일링의 양 및 선택된 단계의 양은 다양한 유형 및 전이량을 생성하도록 변경될 수 있다. 이 과정에서는 입구 쪽을 향한 초기 랙 곡선 R1을 선택하는 것으로 설명되어 있지만 초기 랙 곡선은 언제든지 선택하고 적절하게 상 또는 하로 스캐일링될 수 있다.
특정 실시예에서, 랙 곡선을 따른 불연속 지점만이 알려질 것이며, 이들 지점들 간의 연결을 결정하기 위해 상이한 보간법 및/또는 곡선 피팅이 사용될 수 있다. 예를 들어 선형 보간법, 다항식 보간법 및 스플라인 보간법을 사용하여 랙 곡선을 결정할 수 있다.
도 14는 예시적인 일련의 스케일링된 랙 곡선(AJ) 및 로터의 축 방향 길이를 따른 위치를 도시한다. 도 15는 예를 들어 도 3에 도시된 로터(110)와 유사한 실질적으로 원추형의 구성을 갖는 수 로터를 생성하는데 사용되는 선형적 가변 랙 곡선(R110) 세트 및 도 6에 도시된 로터(210)와 유사한 실질적 오자이브(ogive)형 구성을 갖는 수 로터를 생성하는데 사용되는 비 직선적 가변 랙 곡선(R210) 세트를 도시한다. 도 15에 도시된 바와 같이, 제 1 세트의 곡선(R110)은 실질적으로 균일한 스케일링을 갖는 반면, 제 2 곡선 세트(R210)는 다양한 스케일링을 가지며, 초기 곡선은 더 작은 양으로 스케일링되고 이후 곡선은 더 큰 양으로 스케일링된다.
가변 나선
다른 실시예는 가변 나선을 갖는 로터 세트에 관한 것이다. 도 1은 하나 이상의 로브(12)를 갖는 수 로터(10) 및 하나 이상의 그루브 또는 게이트(16)를 갖는 암 로터(14)를 포함하는 압축기 설계의 예시적인 실시예를 도시한다. 수 로터(10)는 제 1 샤프트(18)에 장착되고 암 로터(14)는 제 2 샤프트(20)에 장착된다. 입구 부분(22)에서 유체가 유입되고, 로터가 구동될 때 수 로터(10)의 로브(12)가 암 로터(14)의 그루브(16) 내로 끼워져 압축 유체가 배출되는 배출 또는 방출 부분(24)을 향한 배출유체의 압축 및 이동을 일으킨다. 암수 로터(10, 14)는 로터의 길이를 따라 연장되는 일정한 리드 또는 피치를 갖는다.
도 16 및 도 17은 연속적으로 가변 리드를 갖는 나선 프로파일을 갖는 수 로터(310) 및 암 로터(314)의 예시적인 실시예를 나타내며, 이것은 나선 리드가 실질적으로 일정한 속도로 변한다는 것을 의미한다. 수 로터(310)는 다수의 로브(312)를 포함한다. 암 로터(314)는 다수의 그루브(316)을 포함한다. 로브(312) 및 그루브(316)의 회전은 로터(310, 314)가 출구 부분(324)에서 더 많이 맞물리도록 입구 부분(322)에서 출구 부분(324)으로 실질적으로 연속적으로 증가한다.
도 18은 일정한 나선 수 로터(C10)의 랩 각도 곡선-프로파일 회전 대 축 방향 위치- 및 가변 연속 나선 수 로터(C310)의 랩 각도 곡선의 그래프를 도시한다. 도시된 바와 같이, 일정한 리드에 대한 랩 각도 곡선(C10)은 실질적으로 일정한 기울기를 갖는 라인이다. 연속적으로 가변하는 나선 프로파일의 경우, 랩 각 곡선(C310)은 오목한 곡선을 형성하며, 여기서 곡선상의 점의 접선은 일정한 속도로 서서히 증가하는 기울기를 갖는다. 즉, 기울기 변화의 증가는 로터의 길이를 따라 실질적으로 일정한 속도로 발생한다. 상기 로터들(310, 314)에 대한 기울기의 변화는 랩 각 곡선이 입구 부분에서 출구 부분으로 이동함에 따라 항상 양의 값을 갖는다. 암 로터 곡선은 다른 값을 가지지만 비슷한 경향을 따른다.
도 19는 비 연속적 가변 리드를 갖는 나선 프로파일을 가진 수 로터(410) 및 암 로터(414)의 예시적인 실시예를 나타내며, 이것은 나선형 리드가 로터의 길이 에 걸쳐 다른 속도로 변한다는 것을 의미한다. 수 로터(410)는 다수의 로브(412)를 포함하고 암 로터(414)는 다수의 그루브(416)를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 로브(412) 및 그루브(416) 의 간격은 입구 부분(422)으로부터 출구 부분(424)으로 패스트-슬로우-패스트의 비율로 변하며, 상기 변화의 비율은 입구 및 방출 단부를 향하는 것보다 로터(410, 114) 의 내부 부분에서 변화율이 작다는 것을 의미한다.
도 20은 일정한 나선 수 로터(C10)의 랩 각도, 연속 가변 나선 수 로터(C310)의 랩 각도 곡선 및 FSF 비연속 가변 나선 수 로터(C410)의 갭 각도 곡선의 그래프를 도시한다. 도시된 바와 같이, FSF 곡선(C410)은 오목 부분으로 전이하는 초기 볼록 부분을 포함한다. 따라서, 기울기의 변화는 처음에 음의 값을 가지며 기울기의 양의 변화로 전이한다. 상술한 바와 같이, FSF 곡선(C410)의 시작과 끝을 향한 기울기의 변화는 중간 부분보다 크다.
도 21은 비연속 가변 리드를 갖는 나선 프로파일을 가지는 수 로터(510) 및 암 로터(54) 의 다른 예시적인 실시예를 도시하며, 이것은 나선 리드가 로터의 길이에 대해 다른 속도로 변한다는 것을 의미한다. 수 로터(510)는 다수의 로브(512)를 포함하고, 암로터(514)는 다수의 그루브(516)을 포함한다. 상기 예시적인 실시예에서, 로브(512)와 그루브(516)의 간격은 패스터-슬로우-패스터(FrSrFr) 비율로 입구 부분(522)에서 출구 부분(524)로 변하고, 이는 변화율이 입구 및 배출 단부를 향해서보다 로터(510, 514)에서 더 적고 변화율이 FSF 로터(510, 514)보다 더 빠르다는 것을 의미한다.
도 22는 일정한 나선 수 로터(C10)의 랩 각도, 연속 가변 나선 수 로터(C310)의 랩 각도 곡선 및 FrSrFr 비연속 가변 나선 수 로터(C510)의 랩 각도 곡선의 그래프를 도시한다. 도시된 바와 같이, FrSrFr 곡선(C510)은 오목 부분으로 전이되는 초기 볼록 부분을 포함한다. 따라서, 기울기의 변화는 처음에 음의 값을 가지며 기울기의 양의 변화로 전환된다. 상술한 바와 같이 FrSrFr 곡선(C510)의 시작과 끝을 향한 기울기의 변화는 중간 부분보다 크다.
도 23은 일정한 나선 수 로터(C10)의 랩 각도, 연속 가변 나선 수 로터(C110)의 랩 각도 곡선 및 슬로우-패스트-슬로우(SFS) 나선 로터(C530)의 랩 각도 곡선의 그래프를 도시한다. 도시된 바와 같이, SFS 곡선(C530)은 오목 부분으로 전이하는 초기 볼록 부분을 포함한다. 따라서, 기울기의 변화는 처음에 음의 값을 가지며 기울기의 양의 변화로 전환된다. SFS 곡선(C530)의 시작과 끝을 향한 기울기의 변화는 중간 부분보다 느리다.
도 24는 일정한 나선 수 로터(C10)의 랩 각도, 연속 가변 나선 수 로터(C310)의 랩 각도 곡선 및 패스트-슬로우(FS) 나선 로터(C540)의 랩 각도 곡선의 그래프를 도시한다. 도시된 바와 같이, FS 곡선(C540)은 서서히 수평 라인을 향하여 감소하는 볼록 곡선을 갖는다. 따라서 FS 가변 나선 로터는 곡선(C540)의 길이를 따라 음의 기울기 변화를 가진다. 기울기의 변화율은 일정한 비율 또는 일정하지 않은 비율로 변할 수 있다.
상술한 바와 같이 로터의 나선 패턴의 변화는 일정한 나선 로터 또는 연속 가변 나선 로터에 비해 많은 장점을 제공할 수 있다. 도 25는 일정한 나선(10), FSF 나선(410) 및 FrSrFr 나선(510)에 대한 수 로터의 회전 각도에 대한 유체의 부피를 도시한다. 입구 부피는 가변 프로파일 로터(410, 510)에 대해 더 빠르게 증가하고 최대 부피와 유체가 압축되기 시작하면 더 빨리 감소한다. 도 26 은 내부 압축 대 일정한 나선(10), 연속 나선(310) 및 FSF 나선(410)에 대한 수로터의 회전 각도를 도시한다. 상기 FSF 나선(410)은 셀이 입구 단부 유극 내에 있을때 더 적은 압력을 가지며 따라서 누출이 더 적다. FSF 나선(510)은 또한 주어진 회전 각도에서 누설을 낮추어 셀 압력을 낮게 유지한다. 또한, 도 26은 배출 압력이 일정한 나선(10)보다 빨리 도달될 수 있음을 도시한다.
다른 장점은 밀봉 라인 길이 감소로 인한 누출 감소를 포함할 수 있다. 로터의 밀봉 라인은 맞물린 로브와 그루브 사이의 가장 근접한 라인으로 간주된다. 로터가 서로 직접 접촉하지 않기 때문에, 밀봉 라인은 닫힌 접점을 나타내며 인터 메쉬 로터들 사이에서 발생할 누출량을 결정 짓는다. 가변 나선 프로파일은 압축기의 입구 단부로부터 배출 단부까지 감소하는 밀봉 라인 길이를 갖는다. 그루브의 동일한 회전 각에 대해, 주어진 셀에 대한 밀봉 라인은 고정 나선 로터에서 보다 가변 나선 로터에서 더 짧아서 누출이 더 적다. 밀봉 라인 길이의 감소는 보다 큰 압력이 발생하고 가스 누설이 가장 임계적인 위치에 존재한다. 로터의 다른 장점은 증가된 방출 포트 영역 및 개선된 패스트 성능을 포함한다.
이중 나선
다른 예시적인 실시예는 이중 나선 구조를 갖는 로터 세트에 관한 것이다. 도 27은 하나 이상의 로브(612)를 갖는 수 로터(612)와 하나이상의 그루브 또는 게이트(616)를 갖는 암 로터(614)를 포함하는 압축기 설계의 예시적인 실시예를 도시한다. 수 및 암 로터(610, 614)는 적어도 부분적으로 압축기 챔버를 형성하는 하우징(620)에 회전가능하게 위치된 샤프트에 장착될 수 있다. 수 로터(610)는 압축기 챔버의 제 1 섹션에 위치되고 암 로터(614)는 압축기 챔버의 제 2 섹션에 위치된다.
암수 로터(610, 614) 각각은 이중 나선 구조를 가진다. 수 로터(610)는 좌측 나선 프로파일을 가지는 제 1 섹션(610A) 및 우측 나선 프로파일을 가지는 제 2 섹션(610B)을 포함한다. 상기 수 로터(610)의 제 1 및 제 2 섹션(610A, 610B)은 중앙 섹션(610C)에서 만난다. 유사하게, 암 로터(614)는 좌측 나선 프로파일을 가지는 제 1 섹션(614A) 및 우측 나선 프로파일을 가지는 제 2 섹션(614B)을 포함하고 상기 제 1 및 제 2 섹션(614A, 614B)은 중앙 섹션(614C)에서 만난다. 입구 부분(622)은 로터(610, 614)의 양단부에 제공되고, 배출 부분(624)은 로터(610, 614)의 중앙 섹션(610C, 614C)에 위치된다.
도 28은 이중 나선 로터와 함께 사용할 수 있는 하우징(620)의 예시적인 실시예를 도시한다. 하우징(620)은 각 단부 근처에 위치된 입구 포트(626)의 쌍 및 중앙 영역에 위치되며, 예를들어 암수 로터(610, 614)의 방출 부분(624)에 배치된다. 유체는 입구 포트(626)에서 챔버로 들어가고, 로터가 구동될 때, 수로트(610)의 로브(612)는 암 로터(614)의 그루브(616)에 끼워져서 압축된 유체가 방출 포트(628)을 통해 방출되는 출구 또는 방출 부분(624)을 향해 압축 및 이동하게 되다. 암수 로터(610, 614)는 로터의 길이 방향으로 연장되는 일정한 리드 또는 피치, 일정한 프로파일 및 일정한 외경을 가진다. 따라서, 상기 챔버는 평행한 종축을 갖는 한 쌍의 교차 실린더에 의해 형성된다.
도 29 및 30은 수 로터(710)가 좌측 나선 프로파일을 가지는 제 1 섹션(710A) 및 우측 나선 프로파일을 가지는 제 2 섹션(710B)을 포함하는 이중 나선 설계를 도시한다. 수 로터(710)의 제 1 및 제 2 섹션(710A, 710B)은 중앙 섹션(710C) 에서 만난다. 마찬가지로, 암 로터(714)는 좌측 나선 프로파일을 가지는 제 1 섹션(714A) 및 우측 나선 프로파일을 가지는 제 2 섹션(714B)을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 섹션(714A, 714B)은 중앙 섹션(714C) 에서 만난다. 수 로터 중앙 섹션(710C)은 제 1 및 제 2 섹션(710A, 710B)사이의 곡선 전이(718) 세트를 포함하고, 암 로터(714)는 제 1 및 제 2 섹션(714A, 714B)사이의 곡선 전이(720) 세트를 포함한다. 상기 곡선 전이(718, 720)는 로터(710, 714)의 나선 프로파일에 따라서 원형 또는 U 자 형상 구성을 가질 수 있다. 이것은 도 28에 도시된 이중 나선 설계(610)와는 대조적이며, 여기서 수 및 암 로터(610C, 614C)의 중앙 섹션은 필수적으로 두 섹션들이 만나는 라인이고, 제 1 섹션(610A, 614A) 및 제 2 섹션(610B, 614B)사이의 예리한 전이를 제공한다.
도 31-34는 수 로터(810)가 좌측 나선 프로파일을 가지는 제 1 섹션(810A) 및 우측 나선 프로파일을 가지는 제 2 섹션(810B)을 포함하는 이중 나선 설계를 도시한다. 수 로터(810)의 제 1 및 제 2 섹션(810A, 810B)은 중앙 섹션(810C) 에서 만난다. 마찬가지로, 암 로터(814)는 좌측 나선 프로파일을 가지는 제 1 섹션(814A) 및 우측 나선 프로파일을 가지는 제 2 섹션(814B)을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 섹션(814A, 814B)은 중앙 섹션(814C) 에서 만난다. 수 로터 중앙 섹션(810C)은 제 1 및 제 2 섹션(810A, 810B)사이의 곡선 전이(818) 세트를 포함하고, 암 로터(814)는 제 1 및 제 2 섹션(814A, 814B)사이의 곡선 전이(820) 세트를 포함한다. 다양한 예시적인 실시예에 따라 상기 곡선 전이(818, 820)의 적어도 하나는 갇힌 공기 릴리프를 제공하는 포켓을 포함할 수 있다. 도 31-34는 암 로터(814)의 중앙 섹션(814)가 각각 포켓(822)을 갖는 곡선 전이(820) 세트를 포함하는 예시이다. 유체가 수 및 암 로터(810, 814)에 의해 압축됨에 따라, 유체의 일부가 갇히게 되어 토크 스파이크 및 고압 및 온도 영역을 유발할 수 있다. 포켓(822)은 유체가 배출되도록 하여, 갇힌 공기가 작동을 방해하는 것을 감소 또는 방지하도록 돕는다. 포켓(822)은 도 33 및 40에 잘 도시된 바와 같이 그루브(816)의 상부 또는 하부 절반에서 각 그루브(816)의 일부에 형성될 수 있다.
위에 도시된 바와 같이 이중 나선을 사용하는 것은 다수의 장점을 제공할 수 있다. 주어진 로터 중심 거리에 대해 더 큰 변위가 달성될 수 있다. 압축기의 양측면에 공기 입구를 단일 중앙 배출 지점에 위치시키면 누출을 줄이고 성능을 향상시킬 수 있는 배출 단부 유극이 필요하지 않게 된다. 이중 나선 구조는 압축 공기가 단일 방향으로 가압되어 발생하는 로터의 축 방향 하중을 줄이거나 없앨 수 있다. 양 측면의 공기 입구는 베어링을 냉각시킬 수 있으며 열과 압력이 감소되어 로터의 단부에서 밀봉을 단순화할 수 있다. 다양한 예시적인 실시예에서 헤링본 기어는 예를 들어 건식 압축기 또는 송풍기와 함께 축 방향 하중을 유지하지 않도록 사용된다. 양 단부가 서로 대칭이 될 수 있고 축 방향 베어링이 제거될 수 있으므로 하우징도 역시 단순화할 수 있다. 로터는 양 단부에서 구동할 수 있다. 다양한 실시예에서, 단일 흡기 포트는 유체를 양 단부로 전달할 수 있다.
이중 나선 구조 사용의 장점은 낮은 누설과 높은 성능을 포함할 수 있다. 이중 나선 구조는 조립이 간단하고 유지 보수가 용이하기 때문에 효율이 높아지고 비용이 절감된다.
콤비네이션 로터
다양한 예시적인 실시예들은 상술한 로터 특성 중 하나 이상의 조합에 관한 것이다. 예를 들어, 도 16-26과 관련하여 논의된 가변 나선 특성과 도 27-34과 관련하여 논의된 이중 나선 특성의 조합은 가변 이중 나선을 가지는 로터 콤비네이션을 생성하기 위해 결합될 수 있다. 도 35는 수 로터(910)가 우측 나선 프로파일을 가지는 제 1 섹션(910A) 및 좌측 나선 프로파일을 가지는 제 2 섹션(910B)을 포함하는 가변 이중 나선 설계의 예시적인 실시예를 도시한다. 수 로터(910)의 제 1 및 제 2 섹션(910A, 910B)은 중앙 섹션(910C) 에서 만난다. 마찬가지로, 암 로터(914)는 좌측 나선 프로파일을 가지는 제 1 섹션(914A) 및 우측 나선 프로파일을 가지는 제 2 섹션(914B)을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 섹션(914A, 914B)은 중앙 섹션(914C) 에서 만난다. 수 로터 중앙 섹션(910C)은 제 1 및 제 2 섹션(910A, 910B)사이의 곡선 전이(918) 세트를 포함하고, 암 로터(914)는 제 1 및 제 2 섹션(914A, 914B)사이의 곡선 전이(920) 세트를 포함한다. 상기 곡선 전이(918, 920)는 원형 또는 U자형 구성을 가질 수 있다. 우측 나선 섹션(910A, 914A) 및 좌측 나선 섹션(910B, 914B)은 전술한 임의의 가변 나선 프로파일 또는 본 명세서로부터 전개될 수 있는 다른 나선 프로파일을 가질 수 있다.
다른 실시예에서, 도 1-15와 관련하여 설명한 가변 프로파일 특성 및 도 27-34와 관련하여 설명한 이중 나선 특성은 가변 프로파일을 갖는 이중 나선을 가지는 로터 콤비네이션을 생성하도록 결합될 수 있다. 도 36 및 37은 수 로터(1010)가 좌측 나선 프로파일을 가지는 제 1 섹션(1010A) 및 우측 나선 프로파일을 가지는 제 2 섹션(1010B)을 포함하는 이중 나선 로터의 예시적인 실시예이다. 수 로터(1010)의 제 1 및 제 2 섹션(1010A, 1010B)은 중앙 섹션(1010C) 에서 만난다. 마찬가지로, 암 로터(1014)는 우좌측 나선 프로파일을 가지는 제 1 섹션(1014A) 및 좌측 나선 프로파일을 가지는 제 2 섹션(1014B)을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 섹션(1014A, 1014B)은 중앙 섹션(1014C)에서 만난다. 수 로터(1010)는 제 1 샤프트(1018)에 장착되고, 암 로터(1014)는 제 2 샤프트(1020)에 장착된다. 상기 로터들은 중앙 섹션(1010C, 1014C)에 제 1 및 제 2 입구 부분(1022) 및 출구 부분(1024)을 가진다.
로브(1012)와 그루브(1016)의 프로파일은 제 1 및 제 2 입구 부분(1022)과 출구 부분(1024) 사이에서 변화하고, 수 로터(1010)의 외경과 암로터(1012)사이에서 변하는 반면, 두 로터의 회전축은 실질적으로 평행하게 유지된다. 수 및 암 로터의 외경은 본 명세서에 따라 원추형 구성, 오자이브(ogive)형 구성, 복합 곡선 구성 또는 본 발명에 따른 임의의 다른 유형의 구성에서 감소될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 수 로터(1010) 프로파일은 원통형 부분(1026)에 이르기까지 변화하고 암 암 로터는 원통형 부분(1028)까지 변화한다. 일부 실시예에서, 수 및 암 로터(1010, 1014)의 어덴덤은 실질적으로 0으로 감소하여 외경이 실질적으로 피치 직경과 같게된다. 수 및 암 원통형 부분(1026, 1028)은 하우징 내의 저널 베어링 지지체에 대한 베어링 표면으로 사용된다.
도 38은 수 로터(1110)가 좌측 나선 프로파일을 가지는 제 1 섹션(1110A) 및 우측 나선 프로파일을 가지는 제 2 섹션(1110B)을 포함하는 이중 나선 로터 콤비네이션의 다른 예시적인 실시예를 도시한다. 수 로터(1110)의 제 1 및 제 2 섹션(1110A, 1110B)은 중앙 섹션(1110C) 에서 만난다. 마찬가지로, 암 로터(1114)는 우측 나선 프로파일을 가지는 제 1 섹션(1114A) 및 좌측 나선 프로파일을 가지는 제 2 섹션(1114B)을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 섹션(1114A, 1114B)은 중앙 섹션(914C) 에서 만난다.
로브(1112)와 그루브(1116)의 프로파일은 수 로터(1110)와 암 로터(1114)의 외경과 마찬가지로 제 1 및 제 2 입구 부(1122)과 출구 부분(1122) 사이에서 변화하고, 두 로터의 회전축은 실질적으로 평행하게 유지된다. 수 로터(1110) 프로파일은 원통형 부분(1126)에 이르기까지 변화하고, 암 로터(1114)는 실질적으로 원통형 부분(1128)까지 변화한다. 상기 실시예에서, 로터(1110A, 1114A)의 우측 부분상의 로브(1112)와 그루브(1116)는 로터(1110B, 1114B)의 좌측 부분상의 대응 로브(1112)와 그루브(1116)로부터 오프셋된다. 예를 들어, 수 로터의 제 1 및 제 2 섹션(1110A, 1110B)은 각각 5 개의 동일하게 이격될 로브(1112)를 포함할 수 있다. 도 36 및 도 37의 구성에서, 제 1 섹션(1010A)의 로브(1012)와 제 2 섹션(1010B)의 로브는 등가 각도 위치에서 시작하고 끝난다. 그러나, 도 38에 도시된 바와 같이, 제 1 섹션(1110A)의 로브(1112) 및 제 2 섹션(1110B)의 로브(1112)는 오프셋 각도 위치로 끝난다. 일부 실시예에서, 로브(1112)는 또한 도 38A 및 도 38B에 가장 잘 도시된 바와 같이 오프셋 각도 위치 에서 시작할 수 있다. 도 38A는 로터(1110, 1114)의 제 1 단부를 도시하고, 도 38B는 로터(1110, 1114)의 제 2 단부를 도시하며, 도 38에 도시된 바와 같이 동일한 상대 위치의 로터를 가진다. 예시적인 실시예에서, 비록 오프셋의 다른 정도 또는 양이 또한 사용될 수 있지만, 오프셋은 도 38에 도시된 바와 같이 로브의 대략 절반이다. 상기 오프셋은 원하지 않는 노이즈를 생성할 수 있는 압력 및 속도 펄스를 줄이거나 없애는 데 도움이 될 수 있다.
도 39는 고정 이중 나선 및 원추 로터 프로파일을 갖는 로터(1200)의 세트의 예시이다. 도 40은 고정 이중 나선 및 둥근 또는 오자이브(ogive)형 로터 프로파일을 갖는 로터(1300) 세트의 예를 도시한다. 다른 실시예에서, 도 1-15와 관련하여 논의된 가변 프로파일 특성과, 도 16-26과 관련하여 논의된 가변 나선 특성 및 도 27-34과 관현하여 논의된 이중 나선 특성은 가변 프로파일을 갖는 가변 이중 나선을 가지는 로터 콤비네이션을 생성하기 위해 결합될 수 있다. 도 41은 가변 이중 나선 및 원추 로터 프로파일을 가지는 로터(1400)의 세트의 예시이며, 여기서 나선의 양 측면은 오목 랩-각도 곡선을 가지는 연속 가변 나선이다. 도 42는 가변 이중 나선 및 원추 로터 프로파일을 가지는 로터(1500)의 세트의 예시이며, 여기서 나선의 양 측면은 SFS 비연속 가변 나선이다. 도 43은 나선의 양 측면이 SFS 비 연속 가변 나선인 원추형 로터 프로파일을 갖는 로터(1600) 세트의 예시이다. 도 44는 나선의 양 측면이 SFS 비 연속 가변 나선인 오자이브(ogive)형 로터 프로파일을 갖는 로터(1700) 세트의 예시이다. 도 45는 나선의 양 측면이 FSF 비연속 가변 나선인 원추 로터 프로파일을 가지는 로터(1800) 세트의 예시이다. 도 46는 나선의 양 측면이 FSF 비연속 가변 나선인 오자이브(ogive)형 로터 프로파일을 갖는 로터(1900) 세트의 예시이다.
도 35-46에 도시된 콤비네이션 로터는 개별 로터에 대하여 전술한 모든 또는 일부의 장점을 제공할 수 있다. 또한, 가변 프로파일 및 나선 각도는 배출 포트가 이중 나선 압축기에 적합한 크기가 되도록 한다.
예시적인 실시예의 일부 조합이 구체적으로 도시되고 설명되었지만, 출원인은 예시적인 실시예들의 다른 조합도 이루어질 수 있다는 것을 이해한다.
특정 예시적인 실시예의 상기 상세한 설명은 본 출원의 원리 및 실용적인 구현을 설명하기 위한 목적으로 제공되었으나, 당업자는 다양한 실시예의 공개 및 다양한 변형이 특정 사용에 숙고되기 위해 적합하다는 것을 이해할 것이다. 본 명세서는 반드시 포괄적이거나 공개된 모범적인 실시예로 응용을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에 개시된 임의의 실시예 및/또는 요소는 서로 결합되어 구체적으로 개시되지 않은 다양한 추가 실시예를 형성할 수 있다. 따라서, 추가적인 실시예들이 가능하며, 본 명세서 및 첨부될 청구항들의 범위 내에 포함되도록 의도된다. 본 명세서는 다른 방식으로 달성될 수 있는 좀 더 일반적인 목표를 달성하기 위한 구체적인 예를 기술한다.
본 출원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "전방", "후방", "상부", "하부", "상향", "하향" 및 다른 방향 표현은 본 출원의 예시적인 실시예들의 설명을 용이하게하기 위한 것이다 본 출원의 내용을 참조하며, 예시적인 실시예의 구조를 임의의 특정 위치 또는 방위로 제한하려는 것은 아니다. "실질적으로" 또는 "대략"과 같은 정도는 주어진 값의 범위를 벗어나는 합리적인 범위, 예를 들어 기재된 실시예의 제조, 조립 및 사용자와 관련된 일반적인 허용 오차를 언급하는 것으로 이해된다.
다양한 예시적인 실시예는 다음을 포함하는 스크류 압축기 또는 팽창기에 관련된다. 다음은: 우측 제 1 그루브를 가지는 제 1 섹션 및 좌측 제 2 그루브를 가지는 제 2 섹션을 포함하는 암 로터, 제 1 그루브는 제 1 가변 나선을 가지고, 제 2 그루브는 제 2 가변 나선을 가지며, 상기 암 로터는 제 1 가변 프로파일과 제 1 가변 외경을 가지며; 및, 좌측 제 1 로브를 가지는 제 3 섹션 및 우측 제 2 로브를 가지는 제 4 섹션을 포함하는 수 로터 이며, 제 1 로브는 제 3 가변 나선을 가지고, 제 2 로브는 제 4 가변 나선을 가지며, 상기 수 로터는 제 2 가변 프로파일 및 제 2 가변 외경을 갖는다.
상기 스크류 압축기 또는 팽창기에서 제 1 및 제 3 가변 나선 각각은 패스트-슬로우-패스트 전이를 포함한다. 상기 스크류 압축기 또는 팽창기에서, 제 1 섹션의 랩-각도 곡선은 볼록 부분과 오목 부분을 포함한다. 상기 스크류 압축기 또는 팽창기에서, 암 로터는 상기 제 1 섹션과 제 2 섹션 사이에 위치하는 제 1 중앙 섹션을 가지고, 상기 수 로터는 제 3 섹션과 제 4 섹션 사이에 위치하는 제 2 중앙 섹션을 포함한다. 상기 스크류 압축기 또는 팽창기에서, 암 로터의 제 1 섹션과 제 2 섹션 및 수 로터의 제 3 섹션과 제 4 섹션은, 암 로터와 수 로터의 외경이 각각 제 1 및 제 2 중앙 섹션을 향해 선형으로 각각 감소하는 원추형 구성을 가진다. 상기 스크류 압축기 또는 팽창기에서, 암 로터의 제 1 섹션과 제 2 섹션 및 수 로터의 제 3 섹션과 제 4 섹션은, 암 로터와 수 로터의 외경이 각각 제 1 및 제 2 중앙 섹션을 향해 곡선형으로 각각 감소하는 곡선형 구성을 가진다. 상기 스크류 압축기 또는 팽창기에서, 수 로터의 외경은 제 2 중앙 섹션에서 수 로터 피치 직경과 동일하다. 스크류 압축기 또는 팽창기에서, 암 로터는 제 1 중앙 섹션에서 실질적으로 원형 단면 섹션으로 전이하고, 상기 수 로터는 상기 제 2 중앙 섹션에서 실질적으로 원형 단면 섹션으로 전이한다. 상기 스크류 압축기 또는 팽창기에서, 상기 암 로터는 제 1 회전축을 갖고, 상기 수 로터는 상기 제 1 회전축에 평행한 제 2 회전축을 갖는다. 스크류 압축기 또는 팽창기에서, 제 1 및 제 2 로브는 대응하는 로브이고, 제 1 로브는 제 2 로브로부터 각도를 이루어 오프셋된다.
다양한 예시적인 실시예는 다음을 포함하는 스크류 압축기 또는 팽창기에 관련된다. 다음은: 제 1 섹션, 제 2 섹션 및 제 1 중앙 섹션을 포함하는 암 로터, 상기 제 1 섹션은 제 1 그루브에 대응하는 좌측 제 2 그루브 세트를 가지고, 제 1 그루브는 제 1 가변 나선을 가지고, 제 2 그루브는 제 2 가변 나선을 가지며, 상기 암 로터는 제 1 가변 프로파일을 가진다; 및 제 3 섹션, 제 4 섹션 및 상기 제 3 섹션과 제 4 섹션 사이에 위치된 제 2 중앙 섹션을 포함하는 수 로터 이며, 상기 제 3 섹션은 좌측 제 1 로브 세트를 가지고, 상기 제 4 섹션은 상기 제 1 로브 세트에 대응하는 우측 제 2 로브 세트를 가지고, 상기 제 1 로브는 제 3 가변 나선을 가지고, 제 2 로브는 제 4 가변 나선을 가지며, 상기 수 로터는 제 2 가변 프로파일을 가진다. 상기 암 로터는 제 1 중앙 섹션에서 실질적으로 원형 단면 섹션으로 전이하고, 상기 수 로터는 제 2 중앙 섹션에서 실질적으로 원형 단면 섹션으로 전이한다.
스크류 압축기 또는 팽창기에서, 제 2 세트의 로브에 대응하는 제 1 세트의 로브는 각도를 이루어 오프셋된다. 스크류 압축기 또는 팽창기에서, 제 2 세트의 로브에 대응하는 제 1 세트의 로브는 로브 회전의 절반으로 오프셋된다. 스크류 압축기 또는 팽창기에서, 적어도 제 1 중앙 섹션을 연결하는 저널 베어링을 가지는 하우징을 더 포함한다.
다양한 예시적인 실시예는 다음을 포함하는 스크류 압축기 또는 팽창기에 관련된다. 다음은: 우측 제 1 가변 나선 프로파일을 갖는 제 1 그루브를 가지는 제 1 섹션 및 좌측 제 2 가변 나선 프로파일을 갖는 제 2 그루브를 가지는 제 2 섹션을 포함하는 암 로터; 및 우측 제 3 가변 나선 프로파일을 갖는 제 1 로브를 가지는 제 3 섹션 및 좌측 제 4 가변 나선 프로파일을 갖는 제 2 로브를 가지는 제 4 섹션을 포함하는 수 로터 이다.
스크류 압축기 또는 팽창기에서, 암 로터는 제 1 중앙 섹션에서 제 1 및 제 2 그루브를 연결하는 제 1 곡선 전이부를 포함하고, 수 로터는 제 2 중앙 섹션에서 제 1 및 제 2 로브를 연결하는 제 2 곡선 전이부를 포함한다. 스크류 압축기 또는 팽창기에서, 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 가변 나선 프로파일이 각각 연속적으로 변할 수 있다.
다양한 예시적인 실시예는 다음을 포함하는 스크류 압축기 또는 팽창기에 관련된다. 다음은: 입구 부분에서 출구 부분으로 연장되는 제 1 축방향 길이와 상기 제 1 축방향 길이를 따라 연장되는 가변 프로파일을 갖는 로브 세트를 가지는 수 로터, 및 입구 부분에서 출구 부분으로 연장되는 제 2 축방향 길이와 상기 제 2 축방향 길이를 따라 연장되는 가변 프로파일을 갖는 그루브 세트를 가지는 암 로터 이고, 상기 수 로터와 암 로터의 적어도 일부는 각각 비 일정 외경을 갖는 비원통형 구성을 가진다.
스크류 압축기 또는 팽창기에서, 수 로터와 암 로터는 각각, 암수 로터의 외경이 입구 부분에서 출구 부분으로 각각의 축 방향 길이의 적어도 일부분을 따라 선형 방식으로 각각 감소하는 원추형 구조를 갖는다. 스크류 압축기 또는 팽창기에서, 수 로터와 암 로터는, 로터의 외경이 입구 부분에서 출구 부분으로 각각의 축 방향 길이의 적어도 일부분을 따라 원호에서 각각 감소하는 오자이브(ogive)형 구조를 갖는다.
스크류 압축기 또는 팽창기에서, 수 로터와 암 로터는 각각, 로터의 외경이 입구 부분에서 출구 부분으로 각각의 축 방향 길이의 적어도 일부분을 따라 적어도 2개의 다른 곡률 반경을 갖는 곡선으로 각각 감소하는 복잡한 곡선 구조를 갖는다. 스크류 압축기 또는 팽창기에서, 수 로터 및 암 로터의 어덴덤은 제 1 축 방향 길이를 따라 감소한다. 스크류 압축기 또는 팽창기에서, 수 로터의 외경은 출구 부분에서 수 로터 피치 직경과 동일하다. 스크류 압축기 또는 팽창기에서, 수 로브의 팁 폭은 입구 부분으로부터 출구 부분까지의 축 방향 길이의 적어도 일부분을 따라 넓어진다. 스크류 압축기 또는 팽창기는 비 원통형 제 1 부분과 비 원통형 제 2 부분을 갖는 압축 챔버를 더 포함한다. 스크류 압축기에서 비 원통형 제 2 부분은 실질적으로 원추형 구성을 갖는다. 스크류 압축기에서, 비 원통형 제 2 부분은 실질적으로 오자이브(ogive)형 구성을 갖는다. 스크류 압축기 또는 팽창기에서, 수 로터의 회전축과 암 로터의 회전축은 평행하다.
다양한 예시적인 실시예는 다음을 포함하는 스크류 압축기 또는 팽창기에 관련된다. 다음은: 입구 부분에서 출구 부분으로 연장되는 제 1 축방향 길이와 상기 제 1 축방향 길이를 따라 연장되는 가변 프로파일을 갖는 로브 세트를 가지는 수 로터, 및 입구 부분에서 출구 부분으로 연장되는 제 2 축방향 길이와 상기 제 2 축방향 길이를 따라 연장되는 가변 프로파일을 갖는 그루브 세트를 가지는 암 로터 이고, 상기 그루브 세트는 로브 세트와 결합된다. 상기 수 로터와 암 로터는 출구 부분 근처의 실질적으로 원형 단면 섹션으로 전이된다.
스크류 압축기 또는 팽창기에서, 수 로터는 제 1 외부 직경 및 입구 부분 근처에 제 1 외부 직경 보다 적은 제 1 피치 직경 및 출구 부분에서 상기 제 1 피치 직경과 실질적으로 동일한 제 2 외부 직경을 가진다. 스크류 압축기 또는 팽창기에서, 수 로터는 일정한 외경을 갖는다. 스크류 압축기 또는 팽창기에서, 상기 수 로터는 상기 로터의 외경이 상기 제 1 축 방향 길이의 적어도 일부를 따라 선형으로 감소하는 원추형 구성을 갖는다. 스크류 압축기 또는 팽창기에서, 수 로터는 로터의 외경이 제 1 축 방향 길이의 적어도 일부분을 따라 곡선되는 방식으로 감소하는 곡선형 구성을 갖는다. 스크류 압축기 또는 팽창기에서, 수 로터의 회전축과 암 로터의 회전축은 평행하다.
다양한 예시적인 실시예는 다음을 포함하는 스크류 압축기 또는 팽창기에 관련된다. 다음은: 입구 부분에서 출구 부분으로 연장되는 제 1 축 방향 길이 및 상기 제 1 축방향 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되는 로브 세트를 가지는 수 로터; 및 입구 부분에서 출구 부분으로 연장되는 제 2 축 방향 길이 및 상기 제 2 축방향 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되는 그루브 세트를 가지는 암 로터, 상기 수 로터와 암 로터는 X 및 Y 좌표의 제 1 세트를 갖는 제 1 랙에 의해 형성된 제 1 프로파일을 갖는 제 1 섹션 및, X 및 Y 좌표의 제 2 세트를 갖는 제 1 랙과 다른 제 2 랙에 의해 형성된 제 2 프로파일을 갖는 제 2 섹션을 가진다.
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스크류 압축기 또는 팽창기에서, 제 2 랙은 X 및 Y 방향의 제 1 랙으로부터 스케일링된다.
다양한 예시적인 실시예는 다음을 포함하는 스크류 압축기 또는 팽창기 로터 세트를 설계하는 방법에 관련된다. 다음은: 암수 로터를 위한 제 1 랙을 확립하는 단계, 상기 제 1 랙은 제 1 세트의 X 및 Y 좌표를 갖는 제 1 크레스트를 가진 하나의 곡선 세그먼트를 가지고; 및, 제 2 세트의 X 및 Y 좌표를 갖는 제 2 크레스트를 가진 적어도 하나의 곡선 세그먼트를 가지는 제 2 랙을 형성하기 위해 상기 제 1 랙을 X 및 Y 방향으로 스케일링하는 단계이며, 상기 제 2 크레스트의 X 좌표는 제 1 크레스트의 X 좌표로부터 이격된다.
상기 방법은 또한, 곡선 세그먼트를 따른 부분에서 제 2 랙을 분리하고, 제 1 내부 지점, 제 2 내부 지점, 제 1 단부 지점 및 제 2 단부 지점을 생성하도록 방향의 제 2 랙을 오프셋하는 것을 더 포함한다. 상기 방법은 또한, 제 1 내부 지점과 제 2 내부 지점을 연결하고, 제 1 랙을 Y 높이와 실질적으로 동일하도록 제 2 랙의 Y 높이를 연장하기 위해 제 1 단부 지점과 제 2 단부 지점을 연장하는 것을 더 포함한다. 상기 방법은 또한, 제 2 랙 곡선을 생성하기 위해 랙상의 지점을 연결하도록 보간 방법을 사용하는 것을 더 포함한다. 상기 방법은 또한, 제 1 또는 제 2 랙을 X 및 Y 방향으로 스케일링하여 실질적으로 0 인 X 좌표를 갖는 제 3 랙을 생성하는 단계를 더 포함한다.
다양한 예시적인 실시예는 다음을 포함하는 스크류 압축기 또는 팽창기 로터 세트를 설계하는 방법에 관련된다. 다음은: 암수 로터를 위한 제 1 랙을 확립하는 단계, 상기 제 1 랙은 제 1 세트의 X 및 Y 좌표를 갖는 제 1 크레스트와 함께 적어도 하나의 곡선 세그먼트를 가지고; 및 암수 로터를 위한 제 2 랙을 확립하는 단계이며, 상기 제 2 랙은 제 2 세트의 X 및 Y 좌표를 갖는 제 2 크레스트와 함께 적어도 하나의 곡선 세그먼트를 가지고, 상기 제 2 크레스트의 X 좌표는 제 1 크레스트의 X 좌표와 이격된다.
상기 방법은 또한, 제 1 랙이 Y 방향으로 제 1 높이를 가지고 상기 제 2 랙은 제 1 높이와 동일하게 Y 방향으로 제 2 높이를 가진다. 상기 방법은 또한, 상기 제 1 랙과 제 2 랙 사이의 암수 로터를 형성하기 위해 보간법을 사용하는 단계를 더 포함한다.
다양한 예시적인 실시예는 다음을 포함하는 스크류 압축기 또는 팽창기에 관련된다. 다음은: 제 1 축 방향 길이와 상기 제 1 축방향 길이를 따라 연장되는 제 1 나선 프로파일을 가진 로브 세트를 가지는 수 로터; 및 제 2 축 방향 길이와 상기 제 2 축 방향 길이를 따라 연장되는 제 2 나선 프로파일을 갖는 그루브 세트를 가지는 암 로터 이며, 상기 그루브 세트는 상기 로브 세트와 결합하고, 상기 제 1 나선 프로파일은 상기 제 1 축 방향 길이에 걸쳐 비연속적으로 변할 수 있다.
스크류 압축기 또는 팽창기에서, 제 1 나선 프로파일은 패스트-슬로우-패스트 전이를 포함한다. 스크류 압축기 또는 팽창기에서, 제 1 나선 프로파일은 슬로우-패스트-슬로우 전이를 포함한다. 스크류 압축기 또는 팽창기에서, 수 로터의 랩-각도 곡선은 볼록 부분 및 오목 부분을 포함한다. 스크류 압축기 또는 팽창기에서, 수 로터는 제 1 축 방향 길이를 한정하는 입구 부분 및 출구 부분을 가진다. 스크류 압축기 또는 팽창기에서, 상기 수 로터의 랩-각도 곡선은 상기 입구 부분과 상기 출구 부분 사이에 위치한 제 1 지점과 상기 제 1 지점과 상기 출구 부분 사이에 위치한 제 2 지점을 포함하며, 제 1 지점에 접하는 라인의 기울기가 제 2 지점에 접하는 라인의 기울기보다 작다. 스크류 압축기 또는 팽창기에서, 상기 수 로터 및 상기 암 로터는 입구 포트 및 출구 포트를 갖는 하우징 내에 회전 가능하게 위치된다.
다양한 예시적인 실시예는 다음을 포함하는 스크류 압축기 또는 팽창기에 관련된다. 다음은: 입구 부분에 근접한 제 1 위치와 출구 부분에 근접한 제 2 위치 사이에서 연장 되는 제 1 나선 프로파일을 갖는 로브를 가지는 수 로터; 및 입구 부분에 근접한 제 3 위치와 출구 부분에 근접한 제 4 위치 사이에서 연장되는 제 2 나선 프로파일을 갖는 그루브를 가지는 암 로터 이다. 상기 그루브는 로브와 결합되고, 상기 수 로터 로브의 랩 각도 곡선은 볼록 부분을 포함한다.
스크류 압축기 또는 팽창기에서, 랩-각도는 제 1 위치와 제 2 위치 사이에 위치되는 제 1 지점과 제 1 지점과 제 2 위치 사이에 위치되는 제 2 지점을 포함하고, 제 2 지점에 접하는 라인의 기울기는 제 1 지점에 접하는 라인의 기울기보다 작다. 스크류 압축기 또는 팽창기에서, 랩 각도 곡선상의 각 지점에 접하는 라인의 기울기는 제 1 위치로부터 제 2 위치로 감소한다. 스크류 압축기 또는 팽창기에서, 제 1 나선 프로파일은 슬로우-패스트 전이를 포함한다. 스크류 압축기 또는 팽창기에서, 랩-각도 곡선은 제 3 지점과 제 4 지점을 더 포함하고, 상기 제 3 지점에 접하는 라인의 기울기는 상기 제 2 지점에 접하는 라인의 기울기보다 크다. 스크류 압축기 또는 팽창기에서, 상기 제 3 지점은 상기 제 2 지점과 상기 제 2 지점 사이에 위치되고 상기 제 4 지점은 상기 제 3 지점과 상기 제 2 지점 사이에 위치된다. 스크류 압축기 또는 팽창기에서, 제 1 나선 프로파일은 패스트-슬로우-패스트(fast-slow-fast) 전이를 포함한다. 스크류 압축기 또는 팽창기에서, 제 1 나선 프로파일은 슬로우-패스트-슬로우 전이를 포함한다.
다양한 예시적인 실시예는 다음을 포함하는 스크류 압축기 또는 팽창기에 관련된다. 다음은: 우측 나선 프로파일을 갖는 제 1 그루브를 가지는 제 1 섹션, 좌측 나선 프로파일을 갖는 제 2 그루브를 가지는 제 2 섹션, 및 제 1 및 제 2 그루브를 연결하는 제 1 곡선 전이부를 가지는 제 1 중앙 섹션을 포함하는 암 로터; 및 우측 나선 프로파일을 갖는 제 1 로브를 가지는 제 3 섹션, 좌측 나선 프로파일을 갖는 제 2 로브를 가지는 제 4 섹션, 및 제 1 및 제 2 로브를 연결하는 제 2 곡선 전이부를 가지는 제 2 중앙 섹션을 포함하는 수 로터 이다. 스크류 압축기 또는 팽창기에서, 제 1 및 제 2 곡선 전이부는 각각 실질적으로 U 자형의 구성을 갖는다.
스크류 압축기 또는 팽창기에서, 상기 제 1 및 제 2 전이 곡선 각각은 실질적으로 둥근 구조를 가진다. 스크류 압축기 또는 팽창기에서, 제 1 및 제 2 곡선 전이부 중 적어도 하나는 포켓을 포함한다. 스크류 압축기 또는 팽창기에서, 포켓은 제 1 곡선 전이부의 표면에 형성된다. 스크류 압축기 또는 팽창기에서, 수 로터는 제 1 입구 부분, 제 2 입구 부분 및 배출 부분을 포함한다. 스크류 압축기 또는 팽창기에서, 수 로터와 암 로터를 수용하기 위한 압축 챔버를 적어도 부분적으로 형성하는 하우징을 더 포함한다. 스크류 압축기 또는 팽창기에서, 하우징은 제 1 입구 포트, 제 2 입구 포트 및 배출 포트를 포함한다.
다양한 예시적인 실시예는 다음을 포함하는 스크류 압축기 또는 팽창기에 관련된다. 다음은: 우측 나선 프로파일을 갖는 제 1 그루브를 가지는 제 1 섹션, 좌측 나선 프로파일을 갖는 제 2 그루브를 가지는 제 2 섹션, 및 제 1 중앙 섹션을 포함하는 암 로터; 및 우측 나선 프로파일을 갖는 제 1 로브를 가지는 제 3 섹션, 좌측 나선 프로파일을 갖는 제 2 로브를 가지는 제 4 섹션, 및 제 2 중앙 섹션을 포함하는 수 로터 이다. 상기 제 1 및 제 2 중앙 섹션 중 하나는 포켓을 포함한다.
스크류 압축기 또는 팽창기에서, 제 1 중앙 섹션은 제 1 및 제 2 그루브를 연결하는 제 1 곡선 전이부를 포함한다. 스크류 압축기 또는 팽창기에서, 포켓은 제 1 곡선 전이부에 형성된다. 스크류 압축기 또는 팽창기에서, 제 2 중앙 섹션은 제 1 및 제 2 로브를 연결하는 제 2 곡선 전이부를 포함한다. 스크류 압축기 또는 팽창기에서, 수 로터는 제 1 입구 부분, 제 2 입구 부분 및 배출 부분을 포함한다. 스크류 압축기 또는 팽창기에서, 수 로터 및 상기 수 로터를 수용하기 위한 압축 챔버를 적어도 부분적으로 형성하는 하우징을 포함한다. 스크류 압축기 또는 팽창기에서, 하우징은 제 1 입구 포트, 제 2 입구 포트 및 배출 포트가 포함한다.
다양한 예시적인 실시예는 다음을 포함하는 스크류 압축기 또는 팽창기에 관련된다. 다음은: 입구 포트, 배출 포트, 및 제 1 부분과 제 2 부분을 갖는 압축 챔버를 적어도 부분적으로 형성하는 몸체를 가지는 하우징; 압축 챔버의 제 1 부분에 회전가능하게 위치하고, 우측 나선 프로파일을 가지는 제 1 그루브를 가지는 제 1 섹션, 좌측 나선 프로파일을 가지는 제 2 그루브를 가지는 제 2 섹션, 및 상기 제 1 및 제 2 그루브를 연결하는 제 1 곡선 전이부를 가지는 제 1 중앙 섹션을 포함하는 암로터; 및, 압축 챔버의 제 1 부분에 회전가능하게 위치되고, 우측 나선 프로파일을 갖는 제 1 로브를 가지는 제 3 섹션, 좌측 나선 프로파일을 갖는 제 2 로브를 가지는 제 4 섹션 및 제 1 및 제 2 로브를 연결하는 제 2 곡선 전이부를 가지는 제 2 중앙 섹션을 포함하는 수 로터 이다.
스크류 압축기 또는 팽창기에서, 제 1 및 제 2 곡선 전이부 중 적어도 하나는 포켓을 포함한다. 스크류 압축기 또는 팽창기에서, 포켓은 제 1 곡선 전이부에 형성된다. 스크류 압축기 또는 팽창기에서, 제 1 및 제 2 곡선 전이부는 실질적으로 U 자형의 구성을 갖는다. 스크류 압축기 또는 팽창기에서, 하우징은 제 2 입구 포트를 포함한다.

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  62. 스크류 압축기로서, 상기 스크류 압축기는:
    우측 나선 프로파일을 갖는 제 1 그루브를 갖는 제 1 섹션, 좌측 나선 프로파일을 갖는 제 2 그루브를 갖는 제 2 섹션, 및 상기 제 1 및 제 2 그루브를 연결하는 제 1 곡선 전이부를 갖는 제 1 중앙 섹션을 구비하는 암 로터; 및
    우측 나선 프로파일을 갖는 제 1 로브를 갖는 제 3 섹션, 좌측 나선 프로파일을 갖는 제 2 로브를 갖는 제 4 섹션, 및 제 1 및 제 2 로브를 연결하는 제 2 곡선 전이부를 갖는 제 2 중앙 섹션을 구비하는 수 로터;를 포함하고;
    상기 제 1 및 제 2 곡선 전이부 중 적어도 하나는 포켓을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스크류 압축기.
  63. 제 62 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 곡선 전이부 각각은 U 자형의 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 스크류 압축기.
  64. 제 62 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 곡선 전이부 각각은 둥근 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 스크류 압축기.
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  66. 제 62 항에 있어서, 포켓은 상기 제 1 곡선 전이부의 표면에 형성되는 것을 특징으로 하는 스크류 압축기.
  67. 제 62 항에 있어서, 수 로터는 제 1 입구 부분, 제 2 입구 부분 및 배출 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 스크류 압축기.
  68. 제 62 항에 있어서, 수 로터 및 암 로터를 수용하기 위한 압축 챔버를 적어도 부분적으로 형성하는 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스크류 압축기.
  69. 제 68 항에 있어서, 상기 하우징은 제 1 입구 포트, 제 2 입구 포트 및 배출 포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크류 압축기.
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  77. 스크류 압축기로서, 상기 스크류 압축기는:
    입구 포트, 배출 포트, 및 제 1 부분과 제 2 부분을 갖는 압축 챔버를 적어도 부분적으로 형성하는 몸체를 갖는 하우징;
    압축 챔버의 제 1 부분에 회전가능하게 위치된 암 로터 - 상기 암로터는 우측 나선 프로파일을 갖는 제 1 섹션, 좌측 나선 프로파일을 갖는 제 2 그루브를 가지는 제 2 섹션, 및 상기 제 1 및 제 2 그루브를 연결하는 제 1 곡선 전이부를 가지는 제 1 중앙 섹션을 구비함 - ; 및
    압축 챔버의 제 1 부분에 회전가능하게 위치된 수 로터 - 상기 수 로터는 우측 나선 프로파일을 갖는 제 1 로브를 가지는 제 3 섹션, 좌측 나선 프로파일을 갖는 제 2 로브를 가지는 제 4 섹션 및 상기 제 1 및 제 2 로브를 연결하는 곡선 전이부를 가지는 제 2 중앙 섹션을 구비함 -; 을 포함하고;
    상기 제 1 및 제 2 곡선 전이부 중 적어도 하나는 포켓을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스크류 압축기.
  78. 삭제
  79. 제 77 항에 있어서, 상기 포켓은 상기 제 1 곡선 전이부에 형성되는 것을 특징으로 하는 스크류 압축기.
  80. 제 77 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 곡선 전이부는 U 자형의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 스크류 압축기.
  81. 제 77 항에 있어서, 상기 하우징은 제 2 입구 포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크류 압축기.
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