KR20050042155A - 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제1 단부벽(103)과 제2 단부벽(104) 사이의 배럴벽(105)을 구비하는 로터 하우징(103, 104, 105)을 포함하는 헬리컬 스크루 로터 압축기에 관한 것으로, 상기 로터 하우징(103, 104, 105)은 제1 단부의 입구 포트(108)와 제2 단부의 출구 포트를 구비하고, 내부 형상은 2개의 평행하고 서로 교차하는 실린더의 형상을 갖는다. 압축기는 서로 상호 작용하고 로터 하우징(103, 104, 105)과도 상호 작용하는 2개의 로터(101, 102)를 포함하며, 로터는 샤프트(21; 26)와, 이 샤프트를 둘러싸는 로터 본체(22, 23)를 구비하며, 상기 로터 본체는 로터 하우징의 단부벽(103, 104)에 인접한 평행한 단부면을 갖고, 상기 로터 본체(22, 23)는 각각 상호 분리된 헬리컬 로브(106, 107)를 구비하고, 이들 로브는 크라운(5), 이 크라운(5)의 제1 측부상에 있는 제1 또는 선행 플랭크면(1) 및 크라운(5)의 제2 측부상에 있는 제2 또는 후행 플랭크면(2)을 구비한다. 본 발명은 상기 로브(106)의 제2 또는 후행 플랭크면(2)이 출구 단부에서 제2 단부면(3)에 인접해서 경사지게 되거나 모따기되는 영역(4)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

압축기{COMPRESSOR}

본 발명은 2개의 평행한 단부벽 사이의 배럴벽, 제1 단부의 입구 포트와 제2 단부의 출구 포트를 구비하는 로터 하우징을 포함하는 헬리컬 스크루 로터 압축기에 관한 것으로, 로터 하우징의 내부는 2개의 평행하고 상호 교차하는 실린더의 형상을 갖는다. 압축기는 서로 상호 작용하고 로터 하우징과도 상호 작용하는 2개의 로터를 도한 포함하고, 상기 로터는 단부벽에 장착된 로터 샤프트와, 상기 로터 하우징 내에서 샤프트를 둘러싸는 로터 본체를 구비하며, 로터 본체는 로터 하우징의 단부벽에 인접한 평행한 단부면을 갖는다. 로터 본체는 상호 별도의 헬리컬 로브를 구비하며, 이들 로브는 각각 크라운, 이 크라운의 제1 측부상에 있는 제1 또는 선행 측면, 그리고 크라운의 제2 측부상에 있는 제2 또는 후행 측면을 갖는다.

이러한 압축기는 당업자에게 널리 공지되어 있다.

최근에, 스크루 압축기용 로터는 점차로, 중간 홈에 의해 분리되는 헬리컬 로브를 구비하는 중합체 바디가 둘레에 고정되는 금속 샤프트로 제조되고 있다. 이러한 로터는 예컨대 WO 01/28746 및 WO 01/28747에 개시되어 있다. 이들 중합체 바디는 금속 샤프트에 대해 수직으로 마주하는 평탄한 평행 단부면을 갖는다. 로브가 나선형으로 연장되기 때문에, 로브의 제1 측면 또는 플랭크면은 일 단부면과 예각을 이루고, 상기 헬리컬 로브의 제2 측면 또는 플랭크면은 상기 단부면과 둔각을 이룬다. 로브 재료의 두께는 로브의 제1 측면이 상기 단부면과 예각을 이루는 영역에서 비교적 얇으며, 그 결과 비교적 약한 로브로 된다. 이는 아마도, 로터가 헬리컬 스크루 압축기에서 활성 부품으로서 사용될 때 로터 본체의 로브의 일부가 마모되어 느슨하게 되기 때문인 것으로 생각된다. 이는 특히 최대 압력이 만연한 로터의 단부, 달리 말하면 압축기의 출구 포트에 적용된다. 이러한 성질의 손상은 압축기 효율의 저하를 초래한다. 이는 압축기의 고압측에 있는 출구 공간과 의도한 것보다 조기에 개방되는 압축기의 고압 챔버 사이의 접속에 기인한 것일 수 있으며, 이에 따라 가스는 출구 공간으로부터 특정 조건의 압축기 챔버 내로 흐를 수 있게 된다. 마모에 의해 떨어져 나간 파편, 즉 칩, 실버 등은 또한 가스 시스템의 오염을 초래하는데, 최악의 경우에는 압축기의 현저한 손상, 심지어 압축기의 파괴를 초래한다. 이러한 손상은, 로터가 중합체 재료보다 강도는 높고 취성은 작은 금속으로 제조되는 때에 작은 수준으로 일어난다.

도 1은 2개의 헬리컬 스크루 로터를 구비하는 공지의 헬리컬 스크루 압축기의 개략적인 종단면도이고,

도 2는 도 1의 선 Ⅱ-Ⅱ를 따라 취한 단면도이고,

도 3은 압축기의 출구 단부에서 보았을 때 수형 로터상에 있는 로브를 확대하여 도시하는 단면도로서, 로터의 단부로부터 소정 간격을 두고 취한 도면이고,

도 4는 압축기의 출구 단부에서 보았을 때 수형 로터의 단부 평면에서 도 3에 도시된 것과 동일한 로터를 도시하고 있고,

도 5는 압축기의 출구 단부에서 로터의 단부를 위에서 보았을 때의, 도 3에 도시된 수형 로브의 부분도이다.

본 발명의 목적은, 작동 중에 받게 되는 힘에 대한 내성이 종래의 경우보다 큰 중합체 로터 본체를 포함하는 헬리컬 스크루 로터 압축기를 제공하는 것이다.

이러한 목적은 청구항 1의 전제부에 기재된 유형의 헬리컬 스크루 로터 압축기에 의해 본 발명에 따라 달성되며, 여기서 압축기의 2개의 로터 중 적어도 하나의 로터의 로터 본체가 출구 단부에서 변형된다. 이러한 변형은 출구가 위치하는 단부면에서 로터 로브의 각각의 후행 플랭크면을 경사지게 하거나 모따기하는 것으로서 구현된다.

이제 첨부 도면을 참고로 하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1 및 도 2를 참고로 하여, 헬리컬 스크루 압축기의 구조 및 작동 원리를 이하에서 간단하게 설명한다.

압축기(100)는 2개의 상호 맞물리는 스크루 로터를 구비하며, 이들 중 제1 로터(101)는 수형 로터이고, 제2 로터(102)는 암형 로터이다. 로터(101, 102)는 제1 단부벽(103), 제2 단부벽(104), 그리고 이들 단부벽(103, 104) 사이에서 연장되는 배럴벽(105)에 의해 경계가 정해지는 작동 챔버 내에 회전 가능하게 장착되어 있다. 도 2로부터 알 수 있듯이, 배럴벽의 형태는 2개의 상호 교차하는 실린더의 형태와 대략 대응한다. 압축기는 제1 단부벽(103)의 입구 포트(108)와 제2 단부벽(104)의 출구 포트(109)를 구비한다.

수형 로터(101)는 복수의 로브(106)와, 로터(22)를 따라 나선형 라인으로 연장되는 중간의 로브 홈(111)을 갖는 로터 본체(22)를 구비한다. 마찬가지로, 암형 로터(102)는 복수의 로브(107)와, 로터(23)를 따라 나선형 라인으로 연장되는 중간의 홈(112)을 갖는 로터 본체(23)를 구비한다. 수형 로터(101)의 각 로브(106)의 주요 부분은 암형 로터(102)와의 접촉원(circle of contact)의 외측에 위치되어 있는 반면에, 암형 로터(102)의 각 로브(107)의 주요 부분은 접촉원의 내측에 위치되어 있다. 암형 로터(102)의 개수는 통상적으로 수형 로터(101)의 개수보다 많다. 수형 로터(101)가 4개의 로브를 구비하고, 암형 로터(102)가 6개의 로브를 구비하는 것이 통상적인 조합이다.

압축 대상 가스, 통상적으로 공기는 입구 포트(108)를 통하여 압축기의 작동 공간으로 반송된 후, 로터와 챔버벽 사이에 형성된 V형 작동 챔버에서 압축된다. 각 챔버는 로터(101, 102)가 회전함에 따라 도 1에서 우측으로 이동한다. 작동 챔버의 용적은 입구 포트(108)와의 연통이 차단된 후에는 사이클의 후반부 중에 지속적으로 감소한다. 가스는 함께 압축되고 출구 포트(109)를 통하여 압축기를 나간다. 출구 압력 대 입구 압력의 비율은 입구 포트와의 연통이 차단된 직후의 작동 챔버의 용적과 출구 포트(109)와의 연통이 개시된 때의 작동 챔버의 용적 사이의 고유의 용적 관계에 의해 결정된다.

도 1의 수형 로터는 샤프트(21)를 구비하고, 이 샤프트의 둘레에 로터 본체(22)가 배치되어 있다. 로터 본체(22)는 제1 단부벽(103)에 인접하게 놓이는 제1 단부면(3)과, 제2 단부벽(104)에 인접하게 놓이는 제2 단부면(28)을 구비한다. 로터 본체(22)의 로브(106)는 도 1에 직선으로 도시된 크라운(5)을 구비한다.

도 1의 암형 로터(102)는 샤프트(26)를 구비하고, 이 샤프트의 둘레에 로터 본체(23)가 배치되어 있다. 로터 본체(23)는 제2 단부멱(104)에 인접하게 놓이는 제1 단부면(27)을 구비한다. 로터 본체(23)의 로브(107)는 도 1에 직선으로 도시된 크라운(15)을 구비한다.

도 3은 압축기의 출구 단부에서 보았을 때 로터 본체의 중간부에서 로터 샤프트(21)에 대해 수직으로 취한 수형 로터(101)의 로브(106)의 단면도이다. 단면 영역은 도면 부호 3'로 지시되어 있다. 로브(106)는 상부 또는 크라운(5)과, 이 크라운(5)으로부터 기부(7; foot)로 연장되는 선행 제1 플랭크면 또는 측면(1)과, 크라운(5)으로부터 제2 기부(8)로 연장되는 후속 또는 후행 제2 플랭크면 또는 측면(2)을 구비한다. 로브(106)는 로터가 회전함에 따라 화살표(P)의 방향으로 이동한다. 영역(3')을 넘어서, 로브(106)은 로터 본체(23)를 따라 나선형으로 연장된다. 선행 제1 플랭크면(1)은 영역 평면(3')과 둔각을 이루며, 후행 제2 플랭크면(2)은 상기 평면(3')과 예각을 이룬다.

도 4는 로터 로브(106)의 압축기 출구 단부에서의 단부면(3)을 도시하고 있다. 이 단부면(3)은 도 3의 평면(3')과 평행면에 놓여 있고, 영역 평면(3')과 동일한 방향으로 도시되어 있다. 로터 본체(23)의 로브(106)는 단부 평면에서 후행 플랭크면 또는 측면의 형상 및 연장부와 상이하다. 파선 또는 점선으로 도시된 플랭크면(2)은 (실선으로 도시된) 도 3의 플랭크면(2)에 대응한다. 도 4의 해칭 영역(14)은, 단부 평면으로부터 소정 거리 떨어진 위치에서 로터 본체(23)의 평면(3')에 대하여 단부면(3)에서 후행 제2 플랭크면의 연장부 사이의 차이를 보여주고 있다. 이 해칭 영역은 단부면(3)과 후행 제2 플랭크면(2) 사이에 형성된 예각의 정점에 대응한다. 단부면(3)의 플랭크면 라인(2a)과 로브(106)의 플랭크면 라인(2) 사이에 위치된 영역(14)은 평평할 수도 있고, 둥글 수도 있고, 임의의 다른 형상을 가질 수도 있으며, 로터 축선에 평행할 수도 있다. 중요한 사실은 공지의 로터의 경우에 단부면(3)과 로브(106)의 후행 제2 플랭크면(2) 사이에 형성된 예각의 정점에 위치된 재료의 스트링(string)이 제거되거나, 로터가 그러한 스트링 없이 제조된다는 사실이다.

도 5는 로터 본체의 일부를 위에서 본 도면이다. 로브(106)의 크라운은 도 5에서 도면 부호 5로 지시되어 있다. 후행 제2 플랭크면(2)의 연장부가 단부면(3)으로부터 간격을 둔 위치에서 시작되는 것을 도 5로부터 알 수 있다. "제거된(removed)" 또는 존재하지 않는 재료 스트링이 상기 로브(106)의 기부(8)에 이르는 로브(106)의 크라운(5)의 연장부에 대응하는 것을 또한 알 수 있다.

이와 같이 로터의 로브를 변형시키는 목적은 상기 단부면에 작은 재료 두께의 어떠한 부분도 존재하지 않는 것을 보장하기 위한 것이다. 예컨대, 원의 뾰족한 선단은 경사지게 될 수도 있고, 모따기되거나 둥근 형상으로 될 수도 있으며, 로터 축선과 평행한 평탄면을 제공할 수도 있다.

본 발명을 단지 수형 로터(101)의 구조만을 참고로 하여 설명하였지만, 암형 로터(102)도 동일한 방식으로 변형될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

Claims (8)

1. 제1 단부벽(103)과 제2 단부벽(104)을 구비하며, 이들 단부벽이 서로 평행하고 배럴벽(105)에 의해 연결되어 있는 로터 하우징(103, 104, 105)으로서, 상기 배럴벽의 내부는 2개의 평행하고 상호 교차하는 실린더의 형상을 갖고, 제1 단부의 입구 포트(108)와 제2 단부의 출구 포트를 더 구비하는 것인 로터 하우징과,

   서로 상호 작용하고 로터 하우징(103, 104, 105)과도 상호 작용하는 2개의 로터(101, 102)로서, 각 로터는 압축기 하우징의 단부벽(103, 104)에 장착된 각각의 샤프트(21; 26)와, 각 샤프트(21, 26)를 둘러싸는 각각의 로터 본체(22; 23)를 구비하며, 이 로터 본체는 로터 하우징의 단부벽(103, 104) 사이에 평행한 단부면(4, 3)을 갖고, 상기 로터 본체(22, 23)는 상호 분리된 헬리컬 로브(106, 107)를 구비하고, 이들 로브는 크라운(각각 5; 15), 이 크라운(5)의 제1 측부상에 있는 제1 또는 선행 플랭크면(1) 및 크라운(5)의 제2 측부상에 있는 제2 또는 후행 플랭크면(2)을 구비하는 것인 로터

   를 포함하며,

   상기 로브(106, 107)의 제2 또는 후행 플랭크면(2)은 출구 개구에서 제2 단부면(3)에 인접해서 경사지게 되거나 모따기되는 것을 특징으로 하는 헬리컬 스크루 로터 압축기.
2. 제1항에 있어서, 상기 로터 본체(22, 23)는 중합체 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 헬리컬 스크루 로터 압축기.
3. 제2항에 있어서, 상기 로터 본체(22, 23)는 열가소성 수지로 구성되는 것을 특징으로 하는 헬리컬 스크루 로터 압축기.
4. 제2항에 있어서, 상기 로터 본체(22, 23)는 열경화성 수지로 구성되는 것을 특징으로 하는 헬리컬 스크루 로터 압축기.
5. 제1항에 있어서, 상기 경사진 부분 또는 모따기된 부분은 상기 단부면에서 로브(106, 107)의 폭을 최대 3㎜까지 줄이는 기능을 하는 것을 특징으로 하는 헬리컬 스크루 로터 압축기.
6. 제1항에 있어서, 상기 경사진 부분 또는 모따기된 부분은 상기 단부면에서 로브(106, 107)의 폭을 최소 0.5㎜까지 줄이는 기능을 하는 것을 특징으로 하는 헬리컬 스크루 로터 압축기.
7. 제1항에 있어서, 상기 경사진 부분 또는 모따기된 부분은 단부면(3, 4)에 수직인 것을 특징으로 하는 헬리컬 스크루 로터 압축기.
8. 제1항에 있어서, 상기 로터 샤프트(21, 26)는 강으로 제조되는 것을 특징으로 하는 헬리컬 스크루 로터 압축기.