KR20000047895A - 켤레 쌍의 상호 맞물림 로터 - Google Patents

Abstract

윤곽상의 일정 간격이 벌어진 지점에서 틈새 요구 조건을 결정하고, 비 선형 분포를 이용하여 인접한 지점 사이의 틈새 분포를 변경시킴으로써 무 틈새 스크루 로터(zero clearance screw rotor)의 윤곽이 변형될 수 있다. 이는 전체적인 틈새가 감소되고, 그래서 누설을 감소시키는 결과를 낳는다. 추가적으로, 로터에 틈새가 주어질 때, 피치 원 근처에서 유지되는 접촉 영역(contact band) 내의 로터 사이에 무 틈새가 유지된다.

Description

켤레 쌍의 상호 맞물림 로터{A CONJUGATE PAIR OF INTERMESHING ROTORS}

켤레 쌍(conjugate pair)의 스크루 로터의 윤곽 설계는 켤레의 모든 요구 조건을 만족하며 어떤 켤레 지점에서도 수 로터와 암 로터의 사이에 틈을 갖지 않는 무 틈새 윤곽으로 회전이 시작된다. 그래서, 이러한 설계는 틈새 윤곽을 발생시키는 틈새를 포함하도록 변경된다. 이러한 변경은 임의의 주어진 지점에서 로터의 윤곽에 수직한 방향으로 존재하며, 지점과 지점 사이에서 변경될 수 있다.

틈새를 제공해야 하는 필요성은 압축 과정에서 기체의 가열로 인해서 발생하는 로터의 열팽창, 압축 과정으로부터 발생하는 압력 하중에 의한 로터의 휨 현상, 지지 베어링 구조의 공차 및 로터가 종종 서로 너무 가까이 위치하여 간섭을 발생시킬 수 있는 로터 상의 가공 공차, 및 역시 간섭을 일으킬 수 있는 로터 윤곽 자체의 가공 공차를 포함하는 다수의 요인 때문이다. 이러한 요인들에 추가되는 것은 흡입에서 배출로 진행되는 동안에 압력과 온도가 상승할 때 압력과 열 구배(gradient)의 실체이다.

이러한 요인들을 수용하기 위해, 로터를 제작하기 전에 무 틈새 윤곽의 좌표(coordinate)가 수정된다. 만약 무 틈새 윤곽이 제작되고 작동하는 컴프레서에 위치된다면, 이는 전술한 이유의 일부 또는 전부로 인해서 로터 사이에 간섭이 발생할 것이며, 컴프레서가 설마 작동된다 하더라도 과도한 마모와 베어링의 고 부하를 야기할 것이다. 무 틈새 윤곽이 로터의 메쉬 영역(mesh zone)의 밀봉 라인(seal line)을 통한 누설 영역을 갖지 않기 때문에, 틈새 윤곽은 마모와 베어링 부하를 감소시키는 대가로 누설을 허용한다. 밀봉 라인의 틈새 영역을 통한 누설은 압축실의 후방으로부터 곧바로 컴프레서 흡입부로 흐르게 되며, 그래서, 예를 들면 연속된 압축실의 사이에 존재하는 경향이 있는 이끝 틈새(tip clearance)를 통한 누설 또는 취입 홀(blow hole)을 통한 누설보다 더 심한 누설이 되는 경향이 있다.

본 발명의 원리에 따른 틈새 윤곽을 제공하는데 있어서, 다수의 요인들이 서두에서 고려되었다. 열팽창과 관련해서, 상기 요인들은 로터의 크기와 재료, 및 컴프레서의 설계 작동 온도를 기초로 하여 평가된다. 이와 관련된 틈새들은 예상되는 최대 열팽창이 발생할 때 로터 사이에 원치 않는 간섭이 생기지 않도록 되어야 한다. 휨 현상과 관련해서, 이는 로터와 지지 베어링 구조의 부하 및 강성도 특성의 함수 관계에 의한 것이다. 로터 상에 작용하는 압력은 컴프레서를 이용할 때 작동 특성으로부터 결정된다. 로터의 강성도 특성은 로터의 지지 메커니즘뿐만 아니라 로터의 크기 및 재료로부터 결정된다. 이와 관련된 틈새들은 최대 휨 현상이 발생할 때 원치 않는 접촉이 생기지 않도록 선택된다. 마지막으로, 로터의 관련 틈새들은 로터의 각 제작 공정의 역량, 지지 메커니즘, 및 위치 선정 특성에 의해서 결정된다. 이와 관련된 틈새들은 공차의 최대 편차가 발생할 때 원치 않는 접촉이 발생하지 않도록 선택된다. 이러한 모든 다양한 요인들이 로터의 사이에 주게되는 틈새의 총 량을 결정하는데 고려된다. 그 결과, 전형적으로 최대 틈새 요구 조건이 선택된 핵심 사항에 대해서 결정될 수 있다. 동시에, 접촉 영역(contact band) 및 백래시(backlash) 영역과 같은 핵심 영역이 존재하게 되는데, 여기에는 무 틈새 또는 최소한의 틈새가 바람직하다. 전형적으로 최소 틈새 요구 조건이 이러한 선택된 핵심 사항에 대해서 결정될 수 있다.

틈새 요구 조건을 알게 되면, 본 발명의 원리에 따른 그 다음 단계는 기능적인 스크루 로터 윤곽을 생성하는데 필요한 틈새를 가지면서 누설 영역의 감소를 달성하는 것이다.

이끝 지점 또는 이끝 근처의 일 지점, 및 로터의 이뿌리(root) 지점 또는 이뿌리 근처의 일 지점과 같이 무 틈새 로터 상의 두 지점을 선택하면, 이러한 지점에서의 기능적인 스크루 로터의 윤곽에 대한 틈새 요구 조건이 제작 공차, 휨 현상, 열팽창 등의 요구 조건을 기초로 하여 결정될 수 있다. 접촉 영역과 같이 로터의 사이에 무 틈새가 유지되는 로터의 단면이 존재한다. 이러한 접촉 영역을 한정하는 로터의 부분은 필요한 토오크가 로터 사이에 전달되는 영역이다. 이러한 부분들은 로터의 피치 원(pitch circle) 근처에 위치하는데, 이 피치 원은 로터 상의 동일 회전 속도를 갖는 지점으로 구름 접촉(rolling contact)이 발생하고 그래서 마모가 덜 일어나는 지점이다. 접촉이 피치 원으로부터 멀어지기 시작하면 순수 구름 접촉보다 미끄럼 접촉이 더 발생하게 되는데, 만약 접촉 영역이 피치 원으로부터 멀리 위치한다면 더 심한 마모를 야기할 수 있다.

백래시 영역과 같이 공차, 휨 현상 등에 의한 효과를 허용하고 나서 제어된 틈새가 유지되는 로터의 다른 영역이 존재한다. 백래시 영역은 접촉 영역으로부터 스크루 로터 로브(lobe)의 대향 측면 상의 피치 원 근처에 위치한다. 백래시 영역의 제어된 틈새는 바인딩(binding)이나 마모를 발생시킬 수 있는 두 로터 사이의 맞물림이 너무 빽빽하게 되는 것을 방지하며, 동시에 불쾌한 소음 및/또는 진동을 야기할 수 있는 로터가 덜그럭 거리는 소리를 내거나 백래시 틈새를 통해서 서로 충돌이 일어날 수 있는 공간을 제한한다.

네 영역, 즉 로터의 이끝, 로터의 이뿌리, 접촉 영역, 및 백래시 영역은 특정의, 윤곽이 뚜렷한 틈새 또는 틈새의 범위가 각 부분에 대해서 개별적으로 성립되는 부분을 다 함께 구성한다. 종래에는 이러한 위치 사이에 틈새가 선형적으로 분포되었다. 2차, 3차 또는 더 높은 차수의 틈새 분포는 틈새에 의해 한정된 누설 영역을 감소시키면서 틈새를 변화시키는데 이용될 수 있는데, 이는 이러한 분포가 선형 분포보다 초기에 틈새를 더 급격히 감소시키며, 두 지점의 사이에 윤곽의 나머지 부분에 대해서 틈새를 더 작게 하기 때문이다. 틈새 분포가 다른 단계를 허용하지 않는 제조 공정을 수용할 수 있도록 매끄럽게 되어야 한다는 것을 주지해야 한다.

본 발명의 목적은 기능적인 스크루 로터의 윤곽에 감소된 누설 영역을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 컴프레서의 소음/진동을 감소시키는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 더 세밀하게 접촉 영역을 한정하는 것이다.

본 발명의 추가적인 목적은, 공차 및 휨 현상이 고려될 때에도 미끄럼이 발생하지 않도록 접촉 영역으로부터 멀리 충분히 큰 틈새를 가지면서, 접촉 영역이 피치 원에 가까이 있도록 틈새 분포를 제공하는 것이다. 이러한 목적과 이후로부터 분명해질 다른 목적들은 본 발명에 의해서 성취되어질 것이다.

기본적으로, 무 틈새 스크루 로터 윤곽은 윤곽 상의 일정 간격 떨어진 지점에서 틈새 요구 조건을 결정하고, 비 선형 분포를 이용하여 인접한 지점 사이의 틈새 분포를 변화시킴으로써 변형된다. 추가적으로, 틈새가 로터에 주어질 때, 피치 원 근처에서 유지되는 접촉 영역에서 무 틈새가 로터 사이에 유지된다.

도 1은 횡방향 또는 반경 방향의 평면에서 본 로터의 쌍을 도시하는 도면.

도 2는 로터 사이의 틈 또는 틈새 대(versus) 메쉬 또는 밀봉 길이를 나타내는 도면.

도 3은 도 2에 도시된 부분에 해당하는 수(male) 로터 상의 틈새 값을 나타내는 도면.

도 4는 도 2에 도시된 부분에 해당하는 암(female) 로터 상의 틈새 값을 나타내는 도면.

도 5는 수 로터의 변형을 도시하는 도면.

도 6은 암 로터의 변형을 도시하는 도면.

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 스크루 기계 12 : 케이싱

12-1, 12-2 : 보어(bore) 14 : 암 로터

16 : 수 로터 P_F, P_M: 피치 원(pitch circle)

R_F, R_M: 이뿌리 원(root circle) T_F, T_M: 이끝 원(tip circle)

X, Y ; 회전 축

도 1에서, 번호 10은 일반적으로 스크루 컴프레서와 같은 스크루 머신을 지칭한다. 스크루 머신(10)은 그 내부에 중첩된 보어(12-1 및 12-2)를 갖는 케이싱(12)을 구비한다. 암 로터(14)는 피치 원(P_F)을 가지며, 보어(12-1)내에 위치한다. 수 로터(16)는 피치 원(P_M)을 가지며, 보어(12-2)내에 위치한다. X 및 Y로 표시된 축은 도 1의 평면에 수직이며 서로 평행하고, 암 로터(14)의 피치 원(P_F)의 반경(R_PF) 및 수 로터(16)의 피치 원(P_M)의 반경(R_PM)의 합과 동일한 거리만큼 서로 떨어져 있다. X로 표시된 축은 암 로터(14)의 회전 축이며, 암 로터(14)의 이끝 원(T_F)의 직경과 일반적으로 일치하는 직경을 갖는 보어(12-1)의 중심에 위치한다. 유사하게, Y로 표시된 축은 수 로터(16)의 회전 축이며, 수 로터(16)의 이끝 원(T_M)의 직경과 일반적으로 일치하는 직경을 갖는 보어(12-2)의 중심에 위치한다.

도시된 바와 같이, 암 로터(14)는 여섯 개의 이끝을 구비하며, 베이스가 R로 표시되는 여섯 개의 그루브에 의해서 분리되는 공통 위치 점(P 및 U)에 의해서 표시되는 반면, 수 로터(16)는 베이스가 공통 위치 점(O 및 K)으로 표시된 다섯 개의 그루브에 의해 분리되는 M으로 표시된 다섯 개의 랜드(land)를 구비한다. 그래서, 로터(16)의 회전 속도는 로터(14)의 회전 속도의 6/5 또는 120%가 될 것이다. 그래서 로터가 회전할 때, 각 피치 원상의 임의의 두 지점에서의 속도는 동일하며, 로터들은 동일한 피치 원 속도로 회전한다고 얘기할 수 있다. 암 로터(14) 또는 수 로터(16)중 어느 하나가 원동기(미도시됨)에 연결될 수 있고, 구동 로터의 역할을 할 수 있다. 암 로터 및 수 로터의 랜드 및 그루브의 수(number)에 있어서 다른 조합이 또한 이용될 수 있다.

도 2 내지 도 4에서, 실선 A-B-C-D-E-F-G-H-I, 또는 이들 선분은 한 로브 상의 지점(A)으로부터 인접하는 로브 상의 해당 지점(I)으로 확장하는 조립된 한 쌍의 켤레 로터 사이의 종래 기술의 틈새를 나타낸다. 도 2에서, 실선 A-B-C-D-E-F-G-H-I의 아래 영역으로 표시된 틈새는 누설 영역을 나타낸다. 종래 기술의 도면은 일련의 직선이며 틈새들의 선형 분포를 보여준다는 것이 주지될 것이다. 도면의 일부분(B-C)은 무 틈새 라인 상에 있으며, 무 틈새가 바람직한 접촉 영역을 나타낸다. 플롯도의 두 번째 부분(F-G)은 일반적으로 균일한 틈새를 보이며, 구동 역 회전에 의한 구동 접촉 영역 또는 달가닥 거리거나 부딪히는 소리를 내는 단속적인 접촉 영역인 백래시 영역을 나타낸다. 여기서 역 회전은 작동 중지 때 접촉이 접촉 영역에 남아있는데 따른 압력 균등화의 결과이다.

도 2의 점선 A-A'-B, C-C'-D, E-E'-F 및 G-G'-H는 본 발명의 원리를 적용함으로써 발생하는 변형된 틈새 분포를 나타낸다. 점선은 누설 영역의 감소를 나타내는 것이 분명한데, 이는 컴프레서 효율의 증가에 해당한다. 본 발명은 종래 기술과 공통인 지점 사이에 대안적인 틈새 분포를 제공하며, 접촉 영역(B-C), 수 로터 이끝/암 로터 이뿌리(D-E), 백래시 영역(F-G), 및 암 로터 이끝/수 로터 뿌리(H-I)는 종래 기술과 본 발명에 있어서 명목상 동일하다는 것이 인지될 것이다.

주지된 바와 같이, 도 2는 두 로터 사이의 틈새 분포를 도시한다. 도 2 내지 도 4의 수평 축은 로브 또는 로터의 윤곽을 따른 직선거리를 나타내는데, 마치 양단을 잡고 "직선으로 펼친"거와 같다는 것이 인지될 것이다. 틈새는 양 로터 상에 위치하지만, 로터 사이의 틈새는 이 틈새의 부분에 대해서 하나의 로터로부터 제거될 수 있다. 도 3 및 도 4는 각각, 수 로터 및 암 로터에 의해서 제공된 도 2의 틈새의 일부분을 도시한다. 도 5 및 도 6은 각각, 도 3 및 도 4의 틈새를 달성하기 위해서 무 틈새 윤곽으로 변형된 것을 도시한다. 특히 도 5에서, 실선 윤곽(K-L-M-N-O)은 수 로터의 무 틈새 윤곽을 나타낸다. 점선 부분(K'-L 및 N-O')은 본 발명의 원리에 따른 수 로터의 틈새 윤곽 변형을 나타내며, 각각 도 3의 점선 A-A'-B 및 G-G'-H에 해당한다. 유사하게, 도 6에서, 실선 윤곽(P-Q-R-S-T)은 암 로터의 무 틈새 윤곽을 나타낸다. 점선 부분(Q-R'-S)은 본 발명의 원리에 따른 암 로터의 틈새 윤곽 변형을 나타낸다.

특히 도 2를 참조로 하면, 스크루 로터의 틈새 분포는 네 개의 핵심 영역, 즉 (1) (D-E)로 표시된 수 로터 이끝/암 로터 이뿌리, (2) (F-G)로 표시된 백래시 영역, (3) (H-I)로 표시된 암 로터 이뿌리/수 로터 이끝, 및 (4) 항상 무 틈새를 갖는 접촉 영역(B-C)에서의 틈새를 지정함으로써 시작된다. 도 2를 면밀히 검토해 보면, 네 개의 핵심 영역에서의 틈새는 종래 기술의 윤곽과 본 발명의 윤곽에서 동일하다는 것을 알 수 있다. 틈새를 한정하는 것은 윤곽을 따라가면서 경계를 지정하는 것을 포함한다. 지정된 틈새 부분의 끝 또는 경계 지점은, 도 2에서 보여진 바와 같이 연결되어야 하는 고정 지점들을 나타낸다. 종래 기술의 틈새의 경우에는, 지정된 틈새에 의해서 한정된 끝 지점들 사이에 선형 분포가 주어졌는데, 즉 도 2에서 인접한 지점 사이에 직선이 그려졌다.

본 발명의 원리에 따르면, 지정된 틈새의 영역을 연결하는데 직선 대신에 곡선이 이용된다. 이러한 곡선은 2차 곡선, 3차 곡선, 사인 곡선(sinusoid), 또는 다른 고 차수(order)의 곡선일 수 있다. 이러한 곡선과 이 곡선들의 특성을 선택하는 특정 지침이나 규칙은 다음의 여섯 가지를 포함한다.

첫 번째로, 틈새가 최고인 이끝/이뿌리 근처에서, 곡선은 현수선(catenary)의 특징에서와 같이 우선 급격하게 "떨어져야(fall away)"하며, 그래서 비슷하게 높은 틈새를 갖는 이끝/이뿌리 근처에서 넓은 영역을 갖는 것을 피하기 위해서 틈새가 급격하게 감소해야 한다. 감소율은 선형 분포에 있어서의 기울기보다 더 급격하거나 더 가파르게 될 것이다.

두 번째로, 곡선은 도 2의 지점(A' 및 C') 근처에서 제작시 적절하게 제어 가능한 특정의 틈새 값으로 수평하게 되기 시작해야 한다. 달리 말하면, 이 틈새 값은 제작 공차에 의해서 가장 심하게 영향을 받게 될 것이다. 표면 상의 일 지점을 통과하는 방사상의 하나의 선과 더 작은 값의 각을 갖는 표면 사이의 각에 의해서 특성화되는 "가파름 정도(degree of steepness)"를 "경사가 더 심한(steeper)"이라고 정의하고, 더 수직한 표면을 갖는 표면상의 일 지점을 통과하는 방사상의 하나의 선에 대한 표면의 수직 정도에 의해서 특성화되는 "편평도(flatness)"를 "더 완만한(shallower)'이라고 정의 하면, 로브 표면의 기울기는 상대적으로 가파르며, 로터의 휨 현상은 편평한 이끝 및 이뿌리 영역과 비교하여 작동상의 틈새에 있어서 상대적으로 작은 변화를 야기한다. 그래서, 휨 현상 및 열에 의한 영향은 로브 표면의 상대적으로 경사가 가파른 부분에서 덜 중요하게 된다. 이 영역에서의 틈새의 감소율은 선형 분포의 경우보다 더 완만하게 될 것이다. 점선이 수평 축에 대해서 평행하게 접근하는 지점(A' 및 C')의 영역에서 실선과 점선을 비교할 때, 상기는 도 2에 분명하게 도시되어 있다.

세 번째로, 곡선(A'-B)이 접촉 영역(B-C)으로 접근할 때, 틈새는 다시 감소해야 하며, 도 2에 분명하게 도시된 바와 같이 곡선이 접촉 영역(B-C)과 교차하는 시점까지 급격하게 변해야 한다. 이는 접촉 영역(B-C)이 가파르게 한정되는 것을 야기한다. 이는 검사시에 다소 도움이 되지만, 더욱 중요하게 이것은 접촉 영역(B-C)으로부터 멀어지도록 우연한 접촉이 발생하는 것을 방지한다. 접촉 영역(B-C)에서 틈새 변화가 덜 급격하게 일어나는 선형 분포에 의해서, 정상적인 제작 공차는 접촉 영역(B-C)의 근처 영역이 가끔 동일하거나 더 높은 수준으로 되는 것을 야기하며, 그래서 접촉이 또한 일어난다. 여기서 미끄럼 속도가 더 높기 때문에, 더 심한 마모 가능성이 발생한다.

네 번째로, 이끝/이뿌리 및 접촉 영역(B-C) 사이의 틈새 곡선(A-A'-B 및 C-C'-D)의 이러한 특성은 종래의 직선 또는 2차 곡선보다 더 복잡한 S-형상을 야기한다. 이 S-형상은 두 개의 다른 2차 곡선(quadrate)에 의해 형성되거나, 더 높은 차수의 단일 곡선에 의해 형성될 수 있다.

다섯 번째로, 곡선이 백래시 영역(F-G)으로 접근할 때에는, 더 천천히 변화되는 더 작은 틈새가 바람직하며, 점선(E-E'-F 및 G-G'-H)이 수평 축에 대해서 F-G에 평행하게 접근한다. 백래시 영역(F-G)에서의 접촉은 단속적이며, 접촉이 발생할 때, 접촉 영역(B-C)과는 달리 심한 부하가 걸리지 않는다. 이런 경우, 단순 2차 곡선, 또는 이에 상응하는 것이 바람직하며, 틈새 곡선이 완만한 기울기를 가지며 더 낮은 값을 갖는 곳에서 길이를 연장하는 것은 틈새 영역을 최소화 하는데 도움을 주며 그래서 누설 영역을 최소화하는데 도움을 준다. 도 3 및 도 4에서 함께 취해진 점선 부분(F-G)은 두 지점의 사이 영역에서 선형 분포를 가지며, 지점(F)에서의 모든 틈새가 암 로터 상에 존재하며, 지점(G)에서의 모든 틈새가 수 로터 상에 존재하는 것을 보여 준다는 것을 주지하자.

여섯 번째로, 최종적인 목적은 맞물림 전체에 걸쳐서 전체 틈새 분포를 달성하는 것이다. 임의의 주어진 지점 또는 부분에서, 틈새는 수 로터(16) 또는 암 로터(14) 중 하나의 로브 형태 상에 만들어질 수 있다. 무 틈새 윤곽은 보통, 예를 들면 90.0mm 및 104.0mm와 같이, 이끝 및 이뿌리 원의 직경과 일체적으로 설계된다. 도 5 및 도 6을 참조 하면, 수 로터의 이끝 원은 T_M, 수 로터의 피치 원은 P_M, 수 로터의 이뿌리 원은 R_M, 암 로터의 이끝 원은 T_F, 암 로터의 피치 원은 P_F이고, 암 로터의 이뿌리 원은 R_F이다. 이끝 원(T_M및 T_F)의 직경은 더 수월하게 통제되고 검사되며, 이들의 명목상 값은 로터 보어의 직경을 결정하는데 및 보어 정렬의 상세 사항에 기초가 된다. 그래서 이끝 원(T_M및 T_F)의 직경을 설계된 대로 유지하고 이뿌리 원(R_M및 R_F)에 의해 한정된 바와 같이 로터 이뿌리에 틈새를 주는 것이 더 편리하다. 이러한 이유, 및 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 틈새 영역은 보통 부가된 틈새가 각 로터의 이뿌리, 즉 수 로터의 피치 원(P_M) 및 암 로터의 피치 원(P_F)의 내부에 있도록 수 로터와 암 로터의 사이에서 나뉘어진다. 그래서, 각 피치 원(P_M및 P_F) 외부의 로터(16 및 14)의 이끝은 일반적으로 원래의 무 틈새 윤곽으로 남아있게 된다.

이제 도 5로 넘어가면, 점선(K'-L 및 N-O')에 의해 한정된 틈새 윤곽은 완전히 수 로터의 피치 원(P_M) 내부에 놓여있게 되며, L-M-N이 무 틈새 윤곽이 됨을 알 수 있을 것이다. 도 6에서도 유사하게, 점선(Q-R'-S)에 의해서 한정된 틈새 윤곽은 완전히 암 로터의 피치 원(P_F)내에 놓여있게 되며, 실선(P-Q 및 S-T-U)이 무 틈새 윤곽이 됨을 알 수 있다.

본 발명은 첨부된 청구범위의 사상 및 범주에서 벗어남이 없이, 많은 변형과 변경이 당업자에게 분명하게 되고, 기대될 수 있다.

Claims (7)

1. 나선형의 나사마루(helical crest)(P, U, M) 및 사이에 위치한 그루브(R, O, K)를 포함하는 다수의 로브(lobe)를 구비하고 스크루 로터 기계(10)의 동작 공간 내에 있는 평행 축에 대해서 회전하는데 적합하게 되어 있는 각각의 로터를 구비하는 켤레 쌍으로 이루어진 상호 맞물림 로터(14, 16)에 있어서,

   상기 각각의 로터는 이끝 원(tip circle)(T_F, T_M), 피치 원(P_F, P_M), 및 이뿌리 원(root circle)(R)을 구비하며, 상기 쌍으로 이루어진 로터 중 하나의 로터는 암 로터(14)로서, 상기 암 로터의 상기 각 로브의 주요 부분이 상기 암 로터의 상기 피치 원의 내부에 위치되도록 형성되며, 상기 쌍으로 이루어진 로터의 다른 로터(16)는 수 로터로서, 상기 수 로터의 상기 각 로브의 주요 부분이 상기 수 로터의 상기 피치 원의 외부에 위치하도록 형성되며, 상기 쌍으로 이루어진 로터 사이에 연속적인 밀봉 라인을 형성하기 위해서 상기 쌍으로 이루어진 로터의 각 하나의 상기 나사마루는 상기 쌍으로 이루어진 로터의 다른 하나의 상기 그루브를 따라가며, 상기 로터는 상기 쌍으로 이루어진 로터 각각의 상기 피치 원에 적어도 근접하게 위치된 접촉 영역(B-C)을 통해서 서로 구동 맞물림이 이루어지며, 상기 로터는 일정한 피치 원 속도로 회전하며, 상기 쌍으로 이루어진 로터 사이의 작동 틈새(running clearance)(A-A'-B, C-C'-D, E-E'-F, G-G'-H)는 상기 로터가 일정한 피치 원 속도로 회전함에 따라 상기 쌍으로 이루어진 로터가 가장 근접한 지점에서 상기 쌍으로 이루어진 로터의 켤레 맞물림 지점 사이의 틈새에 의해 특성화 되며, 상기 작동 틈새는 상기 쌍으로 이루어진 로터의 하나의 로터의 상기 피치 원에 적어도 가까운 일 지점으로부터 상기 하나의 로터의 상기 이끝 원에 더 가까운 지점으로 확장되며, 또한 상기 쌍으로 이루어진 로터의 다른 로터의 상기 피치 원에 적어도 가까운 일 지점으로부터 상기 다른 로터의 상기 이뿌리 원에 더 가까운 일 지점으로 확장하는 한 쌍의 맞물림 부분의 사이에 위치하며, 방사상의 평면에서 상기 로브 표면을 따라 측정된 상기 작동 틈새는 가변성이며, 상기 작동 틈새는 상기 각각의 이끝 및 이뿌리 원에 더 가까운 상기 맞물림 부분에서 더 커지며 상기 각각의 피치 원에 더 가까운 상기 맞물림 부분에서 더 작아지며, 상기 가변성은 상기 맞물림 부분이 각각의 이끝과 이뿌리 원에 더 가까운 곳에서 더 급속하게 변화시키고 상기 맞물림 부분이 상기 각각의 피치 원에 더 가까운 곳에서 덜 급속하게 변화시킴으로써 특성화되고 이로써 누설이 감소되는, 켤레 쌍의 상호 맞물림 로터.
2. 제 1항에 있어서, 상기 맞물림 부분은 상기 접촉 영역, 및 상기 수 로터 이끝 원과 상기 암 로터 이뿌리 원 사이에서 확장되는, 켤레 쌍의 상호 맞물림 로터.
3. 제 2항에 있어서, 상기 작동 틈새는, "S" 형상을 가짐으로써 상기 작동 틈새가 상기 맞물림 부분(C'-D)과 상기 접촉 영역(C)을 연결하는 작은 한 쌍의 맞물림 부분 구획(C-C')의 상기 접촉 영역(C) 근처에서 급격하게 변하고, 상기 맞물림 부분 구획의 상기 맞물림 부분(C'의 근처 및 C') 근처에서 덜 급격하게 변하도록 하기 위해 변화되는, 켤레 쌍의 상호 맞물림 로터.
4. 제 1항에 있어서, 상기 맞물림 부분은 상기 접촉 영역, 및 상기 수 로터 이뿌리 원과 상기 암 로터 이끝 원(A'-A)의 사이로 확장되는, 켤레 쌍의 상호 맞물림 로터.
5. 제 4항에 있어서, 상기 작동 틈새는, "S" 형상을 가짐으로써 상기 작동 틈새가 상기 맞물림 부분(A'-A)과 상기 접촉 영역(B)을 연결하는 작은 한 쌍의 맞물림 부분 구획(A'-B)의 상기 접촉 영역(B) 근처에서 급격하게 변하고, 상기 맞물림 부분 구획의 상기 맞물림 부분(A'의 근처 및 A'에서) 근처에서 덜 급격하게 변하도록 하기 위해 변화되는, 켤레 쌍의 상호 맞물림 로터.
6. 제 1항에 있어서, 상기 맞물림 부분은 상기 접촉 영역에 대향인 상기 각 로브 표면상의 상기 피치 원과, 상기 수 로터 이끝 원과 상기 암 로터 이뿌리 원(E-F)의 사이로 확장되는, 켤레 쌍의 상호 맞물림 로터.
7. 제 1항에 있어서, 상기 맞물림 부분은 상기 접촉 영역에 대향인 상기 각 로브 표면상의 상기 피치 원과, 상기 수 로터 이뿌리 원과 상기 암 로터 이끝 원(G-H)의 사이로 확장되는, 켤레 쌍의 상호 맞물림 로터.