KR200432480Y1 - 진동감쇄 기능을 갖는 공기 압축기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 공기 압축기에 관련되는 것으로서, 보다 구체적으로는 크랭크샤프트의 회전 동작에 의해 피스톤의 왕복운동으로 압축공기를 생성시키는 왕복동식 공기 압축기로 작동 과정 중 발생되는 진동을 줄이기 위해 크랭크샤프트의 일측단부좌우측에 기어로 연결되는 진동감쇄 웨이트를 설치하고, 상기 진동감쇄 웨이트의 안정적인 동작을 확보하기 위해 스포트에서 진동감쇄 웨이트가 결합된 피동기어 샤프트가 지지되어 회전될 수 있도록 함으로써, 진동발생을 줄이며 구조적으로 안정적이고 콤팩트한 구조를 갖는 진동감쇄 기능을 갖는 공기 압축기에 관한 것이다.

공기, 압축기, 진동, 발란스웨이트, 크랭크샤프트, 피동기어

Description

진동감쇄 기능을 갖는 공기 압축기{Air compresser with the function of anti-vibration}

도1은 왕복동식 압축기에서 발생하는 관성력을 보여주는 개념도.

도2는 선박 엔진의 초기 기동을 위해 사용되는 종래의 왕복동식 공기 압축기의 개략적인 단면도.

도3은 진동감쇄 기능을 갖는 종래기술에 따른 콤푸레셔의 단면도.

도4는 본 고안에 있어서 공기 압축기를 구성하는 주요부를 보여주는 개략적인 부분 사시도.

도5는 주요부를 보여주는 부분 단면도.

<도면에 사용된 주요부호에 대한 설명>

100 : 바디 200 : 크랭크샤프트

300 : 제1구동기어 400 : 연결블럭

500 : 제2구동기어 600 : 피동기어

700 : 스포터 800 :진동감쇄 웨이트

본 고안은 공기 압축기에 관련되는 것으로서, 보다 구체적으로는 크랭크샤프트의 회전 동작에 의해 피스톤의 왕복운동으로 압축공기를 생성시키는 왕복동식 공기 압축기로 작동 과정 중 발생되는 진동감쇄 기능을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

공기 압축기라 함은 공기를 압축시켜 압력을 높이는 기계적 장치를 뜻한다. 공기 압축기에는 여러 종류의 것들이 있는데, 압축방식에 따라 원심형과 용적형 압축기로 분류된다. 원심형 압축기는 축류식과 사류식 압축기로 나뉘며, 용적형은 왕복동식과 회전식으로 구분된다. 산업현장에서는 주로 왕복동식 압축기가 널리 사용되고 있는데, 이것은 실린더 내에 위치되는 피스톤의 왕복운동에 의하여 공기의 흡입과 압축이 반복적으로 수행되도록 하는 압축기이다. 그리고 상기 왕복동식 압축기는 실린더의 위치에 따라서 횡형, 입형으로 구분되고, 피스톤의 형상에 따라 단동식 또는 복동식으로 나누어진다.

왕복동식 압축기의 작동원리를 살펴보면, 공기는 흡입필터를 거쳐 실린더 내부로 유입되며 피스톤의 왕복운동에 의해 압축되고 공기탱크에 저장되어 배출라인을 통해서 공급된다. 보다 구체적으로는 구동모터에 의해 동력이 발생되며 이 동력은 크랭크샤프트로 전달되고, 상기 크랭크샤프트에는 커넥팅로드의 하단부가 연결되어 있고 커넥팅로드의 상단부에는 피스톤이 연결되어있다. 상기 커넥팅로드는 편심가공된 크랭크샤프트의 커넥팅로드 연결부에 결합되므로 상기 크랭크샤프트의 회전에 따라 피스톤은 실린더 내부에서 직선 반복운동하게 된다.

왕복동식 공기 압축기는 1Kgf/cm₂ 이하의 저압에서 1,000Kgf/cm₂ 이상의 고압까지 폭넓게 적용되고 있지만, 피스톤의 왕복운동으로 공기를 압축하기 때문에 맥동현상이 발생되고 접촉면적이 많아 보수가 용이치 못하는 등의 단점이 있다. 이러한 단점 외에도 특히 문제가 되는 것은 동작 중 소음과 진동이 많이 발생 된다는 것이다. 진동이나 소음은 새로운 환경공해로 인식되고 있을 정도로 사람들이 민감하게 반응하는 문제인 만큼 이를 해소하기 위한 기술이 절실히 요구된다.

왕복동식 압축기에서 진동이 발생되는 근본적인 이유는 편심축으로 이루어지는 크랭크샤프트와 이와 연결되는 커넥팅로드 및 상기 커넥팅로드에 연결되어 운동되는 피스톤의 연결 메카니즘에 의한 불평형 관성력에 기인하게 된다. 즉, 왕복동식 압축기는 필연적으로 심한 진동을 수반하게 되는 장치이다.

첨부되는 도1은 왕복동식 압축기에서 발생하는 관성력을 보여주는 개념도이다. 도시된 바와 같이 왕복동식 압축기에서 형성되는 불평형 관성력은 크게 왕복질량에 기인하는 것과 회전질량에 기인하는 것으로 대별된다. 왕복질량에 의한 불평형 관성력은 피스톤의 질량(m_p)과 커넥팅로드의 왕복질량 기여분(m_r1)으로 이루어지며, 회전질량에 의한 불평형 관성력은 크랭크핀의 질량(m_cp), 크랭크암의 질량(m_ca) 및 커넥팅로드의 회전질량 기여분(m_r2)으로 구성된다.

한편, 도2는 선박 엔진의 초기 기동을 위해 사용되는 종래의 왕복동식 공기 압축기의 개략적인 단면도를 보여주는 것이다. 일반적인 왕복동식 압축기와 같이 크랭크샤프트에 커넥팅로드가 연결되어 피스톤의 왕복운동으로 압축공기를 형성시 키게 되는데, 냉각수펌프의 구동을 위해 상기 크랭크샤프트의 일측단부에 드라이브기어가 장착되고 상기 드라이브기어에 아이들기어가 치합되어 냉각수펌프를 동작되게 한다. 그리고 상기 드라이브기어와 아이들기어는 기어케이스로 감싸여져 보호되며 상기 기어케이스의 측면에 오일펌프 조립체와 냉각수펌프가 연결된다. 이러한 왕복동식 공기 압축기의 경우에도 회전질량에 의한 불평형 관성력을 보정하기 위해 크랭크아암의 반대편에 발란싱웨이트가 설치되나, 여전히 왕복질량에 의한 불평형 관성력 등에 의해 가동 중에는 심한 진동과 소음이 발생되는 문제점이 있었다.

회전질량에 의한 불평형 관성력은 크랭크암 반대편에 발란싱웨이트를 장착함으로써 평형을 맞출 수 있으며, 이런 구조는 일반적으로 적용되는 기술이다. 왕복질량에 의한 불평형 관성력을 잡기 위해 제시된 기술로는 일본공개특허공보 특개평8-159021호에 공개 되어있다.

특개평8-159021호는 "보조 발란스 웨이트를 가지는 왕복동형 오일프리 콤프레셔"에 관한 것으로, 도3은 이에 대한 콤프레셔의 구조를 보여주는 개략적인 단면도에 해당된다. 크랭크샤프트(16)의 일단부에는 플라이휠(26)이 설치되며 타단부에는 발란스웨이트(28)가 형성된다. 그리고 상기 발란스웨이트(28)와 연동되는 보조발란스웨이트(32) 2개를 상기 크랭크샤프트의 양측면으로 하나씩 설치토록 구성하고 있다. 상기와 같은 구조로 하면 압축기의 진동감쇄 효과는 달성될 수 있지만, 그 구조가 복잡하게 되고 상기 크랭크샤프트의 양측으로 보조발란스웨이트가 설치되므로 그만큼 불필요한 공간점유가 발생되고, 타 구성요소나 기타 부대설비의 설치 등에 제약이 따른다는 문제점이 있었다. 그리고 도시된 바와 같이 상기 보조발란스웨이트는 보조축의 일단에서만 지지되므로 안정성이 떨어져 미세한 가공불량이나 센터맞춤이 잘못되면 오히려 보조발란스웨이트에 의해서 진동이 유발될 수도 있다는 문제점이 있었다.

본 고안에서는 진동감쇄를 위한 공기 압축기의 구조를 단순화시키며 동시에 콤팩트화 되도록 구성하고 구조적 안정성이 뛰어나 종래기술에 따른 진동감쇄 구조의 문제점을 해결하고자 한다.

그리고 종래기술로서 언급한 선박에 사용되는 공기 압축기의 구조를 비교적 간단하게 변경하여 원래의 기능을 보유하되, 진동감쇄 기능이 우수한 왕복동식 공기 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 바와 같은 목적 달성을 위한 본 고안은, 왕복동식 공기 압축기에 있어서, 양단부가 바디에 의해 지지되어 회전되는 크랭크샤프트와; 상기 바디로부터 돌출된 크랭크샤프트의 일측단부에 결합되는 제1구동기어와; 상기 제1구동기어와 동일축상으로 연결되는 원통형상의 연결블럭과; 상기 연결블럭의 외측면에 연결되어 냉각수펌프에 동력을 전달하는 제2구동기어와; 상기 제1구동기어를 사이에 두고 좌우로 배치되며, 상기 제1구동기어와 치합되어 상기 제1구동기어와 반대방향으로 회전되는 피동기어와; 상기 피동기어의 센터축에서 피동기어 샤프트에 의해 연결되는 반원형의 진동감쇄 웨이트; 및 정면 중심부에 상기 연결블럭의 직경에 상당하도 록 천공되는 관통홀을 가지며, 상기 관통홀의 좌우로는 상기 피동기어 샤프트의 단부가 결합되어 지지되는 베어링을 갖추어 상기 바디와 연결되는 스포터;를 포함하여 구성되되, 상기 제2구동기어는 상기 스포터의 외측면에 위치되어 상기 연결블럭과 결합되는 것을 특징으로 하는 진동감쇄 기능을 갖는 공기 압축기에 관한 것이다.

또한, 상기 스포터는 좌우 양측면이 개방되어 상기 제1구동기어와 피동기어 간의 회전에 따라 발생되는 열의 방출이 원활히 이루어질 수 있도록 함을 또 다른 특징으로 하는 진동감쇄 기능을 갖는 공기 압축기에 관한 것이다.

이하, 본 고안에 의한 진동감쇄 기능을 갖는 공기 압축기(이하, 공기 압축기라 한다)의 바람직한 실시예를 통해 보다 구체적인 설명을 하며, 첨부되는 도면들은 본 고안의 기술적 사상에 대한 이해를 돕기 위한 수단으로 제공되는 것이다.

본 고안의 바람직한 실시예에 따른 공기 압축기를 설명함에 있어서 일반적인 공지의 구성요소나 이들의 작동관계는 설명을 생략하기로 한다. 첨부되는 도4는 본 고안에 있어서 공기 압축기를 구성하는 주요부를 보여주는 개략적인 부분 사시도에 해당되며, 도5는 주요부를 보여주는 부분 단면도이다.

도시된 바와 같이 바디(100)의 양단부에서 지지되어 회전되는 크랭크샤프트(200)가 구비되며, 상기 크랭크샤프트(200)의 편심된 크랭크핀(210)에는 커넥팅로드(미도시)가 연결되고, 상기 커넥팅로드의 상단부에는 피스톤(미도시)이 결합된다. 바디(100)로부터 돌출되는 크랭크샤프트(200)의 일측단부에는 플라이휠(미도 시)이 결합되며, 타측단부에는 제1구동기어(300)가 설치된다. 그리고 상기 제1구동기어(300)의 외측면에 원통형상의 연결블럭(400)이 위치되어 상기 크랭크샤프트(200)와 연결된다. 상기 연결블럭(400)의 외측면에는 제2구동기어(500)가 설치되며, 상기 제2구동기어(500)는 아이들기어(510)와 연결되어 동력을 전달하게 된다. 상기 아이들기어(510)는 냉각수펌프(미도시)와 연결되어 있으므로 크랭프샤프트(200)의 회전력으로 냉각수펌프도 동시에 구동시킬 수 있게 된다.

한편, 상기 제1구동기어(300)를 사이에 두고 좌우 방향으로 피동기어(600)가 하나씩 설치되어 상기 제1구동기어(300)와 연동하여 회전하게 된다. 2개의 피동기어(600)는 제1구동기어(300)와 맞물려 있기 때문에 제1구동기어(300)의 회전방향과는 반대방향으로 회전된다. 상기 피동기어(600)는 피동기어 샤프트(610)에 끼워지며, 상기 피동기어 샤프트(610)의 일단부는 바디(100)에서 베어링에 의해 지지되고, 타단부는 후술할 스포터(700)에서 또 하나의 베어링으로 지지된다. 즉, 상기 피동기어 샤프트(610)는 양단부가 모두 베어링에 의해 지지되므로 안정적인 회전동작이 가능하게 된다.

각각의 피동기어(600) 측면에는 상기 피동기어 샤프트(610)에 결합되는 반원형상의 진동감쇄 웨이트(800)가 갖추어진다. 상기 진동감쇄 웨이트(800)는 제1구동기어(300)와 연결되는 피동기어(600)의 회전에 따라 함께 회전 동작되며, 종래기술에서 문제가 되었던 진동발생을 감소시킬 수 있도록 기능하게 된다. 상기 제1구동기어(300)와 피동기어(600)는 동일한 잇수를 가지므로 1:1의 회전비를 가지게 된다. 종래기술과 달리 본 고안에서는 제1구동기어(300)의 좌우측에 피동기 어(600)를 설치하여 크랭크샤프트(200)의 회전력이 짧은 경로를 거쳐 전달되게 하며, 바디의 일측면에 하나씩의 진동감쇄 웨이트를 두어 콤팩트한 구조로 진동감쇄 기능을 달성할 수 있도록 한다.

본 고안에서는 상기 연결블럭(400) 및 피동기어(600)를 감싸는 스포터(700)를 더 갖추게 되는데, 상기 스포터(700)의 정면 중심부에는 천공된 관통홀(710)이 형성되고 상기 관통홀(710)의 좌우로는 상기 피동기어 샤프트(610)가 결합되는 베어링이 결합되어져 있다. 상기 스포터(700)는 바디(100)와 고정 연결되며 상기 관통홀(710)은 상기 연결블럭(400)의 직경보다 크게 천공되어 있어 회전에 지장이 없도록 한다. 언급한 제2구동기어(500)는 상기 스포터(700)를 바디(100)에 장착한 후 상기 관통홀(710)에 의해 외부로 노출되는 연결블럭(400)에 결합시키게 된다. 즉, 상기 제2구동기어(500)는 스포터(700)의 외측면과 인접되게 설치된다.

보다 바람직하게 상기 스포터의 좌우 측면부는 개구된 형상을 갖도록 하는데, 이러한 구조로 하면 제1구동기어와 피동기어 맞물림에 의한 회전에 따라 발생되는 열의 축적을 방지할 수 있게 된다.

본 고안을 구성함에 있어서 더욱 바람직하게는 상기 스포터(700)를 감싸는 기어케이스(900)를 바디에 장착하도록 한다. 상기 기어케이스의 정면부에는 냉각수펌프와 오일펌프 조립체 등을 설치하게 된다.

본 고안에 따른 공기 압축기는 크랭크샤프트의 일단에 결합되는 제1구동기어의 좌우로 피동기어를 하나씩 설치하고 상기 피동기어에는 진동감쇄 웨이트를 더 결합하여 함께 회전되게 함으로써 종래기술에서 문제가 되었던 왕복질량에 의한 불 평형 관성력을 없애 진동감쇄의 효과를 얻을 수 있게 된다. 또한, 스포터를 설치하여 상기 피동기어 및 진동감쇄 웨이트가 결합되는 피동기어 샤프트의 일단을 지지되게 함으로써 상기 피동기어 샤프트는 양단 모두가 고정단이 되어 안정적인 회전동작이 가능하게 된다. 또한, 본 고안에서는 종래와 같은 냉각수펌프 및 오일펌프 조립체의 설치와 동작이 이루어질 수 있도록 하기 위해서 제1구동기어에 연결블럭을 더 연결하고 상기 연결블럭에 제2구동기어를 부착함으로써 동력전달이 가능하게 된다.

상술한 바와 같은 본 고안의 공기 압축기는 비교적 간단한 구조이며, 콤팩트한 결합구조로 진동감쇄 기능을 부여할 수 있다는 효과가 있다.

그리고 진동감쇄 목적으로 설치되는 진동감쇄 웨이트는 양단부가 지지되게 설치되는 피동기어 샤프트에 연결되므로 안정적인 동작이 가능하여 진동감쇄 기능을 극대화 시킬 수 있게 되는 효과도 가진다.

Claims (2)

1. 왕복동식 공기 압축기에 있어서,

   양단부가 바디에 의해 지지되어 회전되는 크랭크샤프트와;

   상기 바디로부터 돌출된 크랭크샤프트의 일측단부에 결합되는 제1구동기어와;

   상기 제1구동기어와 동일축상으로 연결되는 원통형상의 연결블럭과;

   상기 연결블럭의 외측면에 연결되어 냉각수펌프에 동력을 전달하는 제2구동기어와;

   상기 제1구동기어를 사이에 두고 좌우로 배치되며, 상기 제1구동기어와 치합되어 상기 제1구동기어와 반대방향으로 회전되는 피동기어와;

   상기 피동기어의 센터축에서 피동기어 샤프트에 의해 연결되는 반원형의 진동감쇄 웨이트; 및

   정면 중심부에 상기 연결블럭의 직경에 상당하도록 천공되는 관통홀을 가지며, 상기 관통홀의 좌우로는 상기 피동기어 샤프트의 단부가 결합되어 지지되는 베어링을 갖추어 상기 바디와 연결되는 스포터;를 포함하여 구성되되, 상기 제2구동기어는 상기 스포터의 외측면에 위치되어 상기 연결블럭과 결합되는 것을 특징으로 하는 진동감쇄 기능을 갖는 공기 압축기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 스포터는,

   좌우 양측면이 개방되어 상기 제1구동기어와 피동기어 간의 회전에 따라 발생되는 열의 방출이 원활히 이루어질 수 있도록 함을 특징으로 하는 진동감쇄 기능을 갖는 공기 압축기.

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