KR20070026857A - 압축기 음향 억제 - Google Patents

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데이비드 엠. 록웰
리이 지. 테튜
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Abstract

압축기는 하우징과 하나 이상의 작동 요소를 포함한다. 머플러가 배출 플레넘의 하류에 위치된다. 중심체가 머플러의 상류 배출 플레넘 내에 위치되어 베어링 케이스와 머플러 사이의 길이 대부분에 걸쳐 이어진다.
압축기, 하우징, 머플러, 배출 플레넘, 중심체

Description

압축기 음향 억제 {COMPRESSOR SOUND SUPPRESSION}
본 발명은 압축기에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 스크류형 압축기에서의 음향과 진동 억제에 관한 것이다.
용적형 압축기에서 개개의 가스 체적은 흡입 압력으로 포획되어 압축되고 배출 압력으로 배출된다. 포획과 배출은 각각 압력 맥동과 이에 관련된 소음을 발생시킬 수 있다. 따라서, 압축기 음향 억제와 관련된 영역이 잘 발달되어 있다.
한 종류의 흡수형 머플러는 흡음재(예컨대, 섬유 배팅 또는 발포체)의 내측 환형층과 외측 환형층 사이의 환형 공간을 통해 압축기 작동 요소에서 배출되는 냉매 유동을 통과시키는 작업을 수반한다. 미국 특허 출원 공개 제2004/0065504호(A1)는 이런 기본적인 머플러와 함께 내층 안에 일체형 헬름홀츠 공진기가 마련된 형태의 개선책을 개시한다. 본 명세서에는 미국 특허 출원 공개 제2004/0065504호의 기재 내용을 본 발명의 참고를 위한 정도로 기재한다.
본 발명의 일 태양은 하우징과 하나 이상의 작동 요소를 포함하는 압축기에 관한 것이다. 머플러가 배출 플레넘의 하류에 위치된다. 중심체가 머플러의 상류 배출 플레넘 내에 위치되어 베어링 케이스와 머플러 사이의 길이 대부분에 걸쳐 이어진다.
중심체는 단면적이 하류로 발산될 수 있다. 중심체는 이런 중심체가 없는 기존 압축기 구성의 재설계 또는 개량 및/또는 기존 압축기의 재제조시 추가될 수 있다. 재설계/개량 동안, 중심체의 매개변수는 배출 플레넘을 가로지르는 바람직한 최소의 압력 강하 정도를 제공하도록 최적화될 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 실시예의 세부 내용을 첨부 도면과 다음의 발명의 상세한 설명에서 설명하기로 한다. 본 발명의 다른 특징과 목적과 장점은 발명의 상세한 설명, 도면 및 청구범위에서 자명하게 될 것이다.
여러 도면에서 유사 도면 부호와 기호는 유사 요소를 지시한다.
도1은 압축기의 종단면도이다.
도2는 도1의 압축기의 배출 플레넘의 확대도이다.
도3은 도1의 압축기를 선 3-3을 따라 취한 단면도이다.
도4는 도1의 압축기를 선 4-4를 따라 취한 단면도이다.
도1은 하우징 또는 케이스 조립체(22)를 갖는 압축기(20)를 도시한다. 예시적인 압축기는 각각 종방향 중심축(500, 502, 504)을 구비한 회전자(26, 28, 30)를 갖는 3-로터 스크류형(three rotor screw-type) 밀봉 압축기이다. 예시적인 실시예에서, 제1 회전자(26)는 동축 전기모터(32)에 의해 구동되고 다시 암형-로브(female-lobed) 회전자(28, 30)와 맞물려 이를 구동하는 수형-로브(male-lobed) 회전자이다. 예시적인 실시예에서, 수형 회전자축(500)도 전체적으로 압축기(20)의 종방향 중심축을 형성한다. 회전자 작동부는 케이스 조립체(22)의 회전자 케이스 구역(34) 내에 위치되며 베어링(36)에 의해 지지되고 해당 회전자 작동부의 각 단부에서 회전자 샤프트에 결합된 시일(38)에 의해 실링될 수 있다. 회전자들은 모터(32)에 의해 구동될 때 유로를 따라 흡입 플레넘(40)에서 배출 플레넘(42)으로 작동 유체(예컨대, 냉매)를 펌프하고 가압한다. 예시적인 실시예에서, 흡입 플레넘(40)은 회전자 케이스(34)의 상류 단부 내에 위치되며, 배출 플레넘은 일반적으로 베어링 케이스(48)에 의해 회전자 케이스에서 분리되고 일반적으로 하류로 수렴하는 내면(49)을 갖는 배출 케이스(46) 내에 위치된다. 예시적인 실시예에서, 베어링 커버/리테이너 판(50)은 베어링 적층체를 보유하기 위해 베어링 케이스(48)의 하류 단부에 장착된다. 배출 케이스(46)의 하류에는 머플러 케이스(54) 내에 머플러(52)가 있다. 머플러(52)의 하류에는 분리망(64)을 수용하는 케이스(62)를 갖는 오일 분리기 유닛(60)이 있다. 오일 회송관(66)은 분리망(64)에 의해 중단된 오일을 윤활 시스템(미도시)으로 회송하기 위해 하우징(62)에서 연장된다. 출구 포트(69)를 갖는 출구 플레넘(68)이 분리망(64)의 하류에 있다.
예시적인 머플러(52)는 [예컨대, 내부 요소(70)를 보유/배치하기 위한 지지웹에 의해 차단된] 일반적으로 환형 공간(74)에 의해 분리된 환형의 내부 요소(70)와 외부 요소(72)를 포함한다. 이들 요소는 흡음재(예컨대, 나일론과 강철 망으로 둘러싸인 섬유 유리 배팅)로 형성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 내부 요소(70)는 내측 유공 슬리브(76)(예컨대, 나일론 또는 와이어 망이거나 천공/확장된 금속 판금)에 의해 환형 공간(74)에서 분리되어 그 내부에 보유되고 외부 요소(72)도 마찬가지로 외측 유공 슬리브(78)에 의해 분리되어 그 내부에 보유된다. 예시적인 실시예에서, 외부 요소(72)는 하우징(54) 내에 망원경식으로 수납된 외측 슬리브(80)[예컨대, 슬리브(76, 78)와 유사하게 형성됨] 내에 수용된다. 슬리브(80, 78)들은 상류 단부와 하류 단부에서 환형판(82, 84)에 의해 연결된다. 예시적인 실시예에서, 슬리브(76)의 상류 단부는 원형판(86)에 의해 폐쇄되고 하류 단부는 원형판(90)에 의해 폐쇄된다. 예시적인 실시예에서, 비유공형 중심 코어(94)(예컨대, 강재 파이프)가 내부 요소(70)를 통해 연장되어 그 하류 단부를 넘어 돌출한다.
작용시, 압축 가스 유동은 스크류 회전자(26, 28, 30)의 압축 포켓에서 나와 배출 플레넘(42) 내로 유동한다. 압축기 배출 플레넘에서 나올 때, 가스는 머플러 케이스(54)로 진입해서 환형 공간(74)을 유동해 내려간다. 머플러에서 나올 때, 통상적으로 오일 액적을 혼입한 가스 유동은 오일 분리망(64)을 통해 유동한다. 오일 분리망(64)은 가스에 혼입된 모든 오일을 포획해서 회송관(66)을 이용하여 오일 관리 시스템으로 회송한다. 가스는 오일 분리망을 거쳐 플레넘(68)으로 진입하고 출구(69)에서 나와 응축기(미도시) 쪽으로 향한다.
상술한 바와 같이, 비록 본 발명의 원리는 다른 구성에도 적용될 수 있지만 압축기는 기존 구성을 가질 수 있다.
본 발명에 따르면, 회전자들과 머플러 사이의 유로에는 중심체(120)가 위치된다. 도2는 원형 상류단/면(124)에서 원형 하류단/면(126)까지 연장되는 일반적 으로 절두원추형인 외면(122)을 갖는 중심체(120)를 도시한다.
도3은 압축 냉매를 배출하기 위해 배출 플레넘(42)으로 개방된 배출 포트(200, 202)를 도시한다. 배출 포트(200, 202)는 회전자에서 나온 가스 유동을 배출 플레넘(42)으로 진행시키도록 배향된다. 배출 포트는 수형 및 암형 회전자 간의 맞물림에 의해 생성되는 압축 포켓의 단부에 위치된다. 2-회전자 구성에는 단지 하나의 배출 포트만이 요구될 수 있다. 배출 포트들은 배출 베어링(36)과 시일(38)을 수용하는 공동 주변으로 유동을 진행시킨다. 공동들은 베어링 커버(50)에 의해 폐쇄된다.
다양한 재료와 기술이 중심체를 제조하기 위해 이용될 수 있다. 중심체는 성형 플라스틱(예컨대, 비발포 폴리프로필렌 또는 유리 충전 나일론) 또는 (예컨대, 하나 이상의 조각으로 성형되거나 하나 이상의 조각에서 절단된) 고분자 발포체 또는 발포 비드재를 필수적으로 포함하여 구성될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 중심체의 전체 크기와 형상은 배출 포트에서 머플러까지 원활한 전이부를 제공하도록 선택된다. 따라서, 상류/전방면(124)은 판(50)에 의해 한정된 배출 포트(200, 202)의 내측 윤곽에 대응하는 크기를 갖게 된다. 그 크기는 회전자(26)의 작동부의 루트 반경(root radius)과 사실상 동일한 반경일 수 있다. 마찬가지로, 하류/후방면(126)은 머플러의 내부 요소에 대응하는 크기(예컨대, 유사한 외반경)일 수 있다.
중심체에 대한 설계 및/또는 최적화는 기본 구성에서 세부 구성까지 다양한 수준으로 수행될 수 있고 다양한 이론적/모의적 그리고/또는 실무적/실험적 단계를 수반할 수 있다. (배출 플레넘의 상류 단부와 하류 단부 사이, 배출 플레넘의 상류 단부와 머플러를 따르는 위치 또는 그 하류의 위치 사이 등) 압력과 차이가 계산 및/또는 측정될 수 있다. 음향은 (예컨대, 하나 이상의 개별 표적 주파수 범위로 배출 플레넘에 대해 내부 또는 외부에서) 측정될 수 있다.
예컨대, 중심체 크기와 형상의 제1 근사값은 순전히 기하학적 구조(예컨대, 머플러 내부 요소 직경과 베어링 케이스 포트들 사이의 공간)와 설립된 원형체에 기초해서 선택될 수 있다. 원형체를 이용하여 표적 속도에서 압력차 및/또는 음향 중 하나 이상의 매개변수가 측정될 수 있다. 중심체 크기와 형상의 적어도 하나의 매개변수가 선택되고/변경될 수 있고 하나 이상의 매개변수는 바람직한 수준의 이런 매개변수를 달성하기 위해 반복 과정으로 재측정될 수 있다.
중심체는 압축기의 재제조 또는 압축기 구성의 개량시 합체될 수 있다. 개량 또는 재제조시 기존의 여러 요소는 사실상 보존될 수 있다.
이제까지 본 발명에 따르는 하나 이상의 실시예를 설명했다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 정신과 범위에서 벗어나지 않은 다양한 변경이 이루어질 수 있음을 알 것이다. 예컨대, 개량하거나 재제조하는 상황에서 기존 압축기의 세부 사항은 실제적 구현에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 다른 실시예는 다음의 청구범위에 속한다.

Claims (20)

  1. 하우징과,
    제1 회전축을 갖는 제1 회전자와,
    제2 회전축을 갖고 제1 회전자와 맞물린 제2 회전자와,
    제3 회전축을 갖고 제1 회전자와 맞물린 제3 회전자와,
    배출 플레넘과,
    배출 플레넘의 하류에 마련되는 머플러와,
    배출 플레넘 내에서 베어링 케이스와 머플러 사이의 길이 대부분에 걸쳐 이어지는 중심체를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기.
  2. 제1항에 있어서, 중심체는 사실상 베어링 케이스에서 머플러까지 연장되는 것을 특징으로 하는 압축기.
  3. 제1항에 있어서, 중심체는 제1 회전자와 동축 상에 있는 것을 특징으로 하는 압축기.
  4. 제1항에 있어서, 중심체는 사실상 절두원추형인 외면을 갖는 것을 특징으로 하는 압축기.
  5. 제1항에 있어서, 중심체는 사실상 하류로 연속 증가하는 횡단면적을 갖는 것을 특징으로 하는 압축기.
  6. 제1항에 있어서, 중심체의 하류부는 중심체의 상류부보다 적어도 20% 큰 단면적을 갖는 것을 특징으로 하는 압축기.
  7. 제1항에 있어서, 중심체 외면은 머플러쪽 방향으로 사실상 발산하는 것을 특징으로 하는 압축기.
  8. 제1항에 있어서, 중심체는 성형 플라스틱과 고분자 발포체와 발포 비드재 중 적어도 하나를 필수적으로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 압축기.
  9. 제1항에 따르는 압축기를 설계하기 위한 방법에 있어서,
    배출 플레넘을 가로지르는 압력 강하를 반영하는 매개변수를 측정하는 단계와,
    압력 강하를 감소시키도록 중심체의 적어도 하나의 매개변수를 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 설계 방법.
  10. 제9항에 있어서, 음향 매개변수를 측정하는 단계를 추가로 포함하되, 변경 단계는 음향을 감소시키는 것을 특징으로 하는 압축기 설계 방법.
  11. 제9항에 있어서, 적어도 하나의 매개변수는 중심체 단면의 유동 방향 변경을 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 설계 방법.
  12. 하우징과,
    하나 이상의 작동 요소와,
    배출 플레넘과,
    배출 플레넘의 하류에 마련되는 머플러와,
    머플러의 상류 배출 플레넘 내에 마련되어 하나 이상의 작동 요소의 출구와 머플러의 입구 사이의 압력 강하를 제한하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기.
  13. 제12항에 있어서, 하나 이상의 작동 요소는 수형 스크류 회전자 및 수형 스크류 회전자와 맞물린 암형 스크류 회전자를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기.
  14. 제12항에 있어서, 압력 강하 제한 수단은 사실상 절두원추형인 중심체를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기.
  15. 하우징과,
    하나 이상의 작동 요소와,
    배출 플레넘과,
    배출 플레넘의 하류에 마련되는 머플러와,
    머플러의 상류 배출 플레넘 내에 마련되는 중심 유동 안내요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기.
  16. 압축기를 재제조하거나 압축기의 구성을 개량하기 위한 방법에 있어서,
    하우징과 제1 회전축을 갖는 제1 회전자와 제2 회전축을 갖고 제1 회전자와 맞물린 제2 회전자와 제3 회전축을 갖고 제1 회전자와 맞물린 제3 회전자와 배출 플레넘을 갖는 초기 압축기 또는 구성을 제공하는 단계와,
    배출 플레넘에 중심체를 배치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 재제조 또는 압축기 구성 개량 방법.
  17. 제16항에 있어서, 배치 단계는 내부 및 외부 흡음 수단 사이에 사실상 환형인 주요 유동 구역을 갖는 머플러의 상류에 중심체를 위치시키는 것을 특징으로 하는 압축기 재제조 또는 압축기 구성 개량 방법.
  18. 제16항에 있어서, 배치 단계는 하우징과 제1, 제2 및 제3 회전자를 사실상 변경되지 않은 상태로 두는 것을 특징으로 하는 압축기 재제조 또는 압축기 구성 개량 방법.
  19. 제16항에 있어서, 배출 플레넘을 가로질러 압력 강하를 감소시키도록 중심체의 기하학적 구조를 선택하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 재제조 또는 압축기 구성 개량 방법.
  20. 제16항에 있어서, 배출 플레넘에서 방출되는 음향을 감소시키도록 중심체의 기하학적 구조를 선택하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 재제조 또는 압축기 구성 개량 방법.
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