KR20070083469A

KR20070083469A - 스크류 압축기 시일

Info

Publication number: KR20070083469A
Application number: KR1020077001862A
Authority: KR
Inventors: 데이비드 엠. 록웰; 프레드릭 엘. 주니어 밀러; 얀 탕
Original assignee: 캐리어 코포레이션
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-10-06
Publication date: 2007-08-24
Also published as: HK1113058A1; EP1805418A4; EP1805418A1; US20070286758A1; US20060073028A1; WO2006039115A1; AU2005292435A1; US7802974B2; CA2581950A1; BRPI0419050A; CN101031722A; CN101031722B; CN100497939C; JP2008514865A; KR20070026857A; US20070020112A1; EP1800003A4; CA2582129A1; AU2004324084A1; AU2005292435B2

Abstract

본 발명은 제1 단부(31)로부터 제2 단부(32)까지 연장되고 제1 로터 축(500)을 중심으로 회전되도록 하우징 조립체 내에 유지되는 스크류식 본체부(30)를 갖는 수형 로터(26)를 포함하는 압축기에 관한 것이다. 암형 로터(27, 28)는, 제1 단부(35, 36)로부터 제2 단부(37, 38)까지 연장되고 제2 로터 축(501, 502)을 중심으로 회전되도록 하우징 조립체 내에 유지되는, 수형 본체부와 맞물리는 스크류식 암형 본체부(33, 34)를 갖는다. 단부 시일(120)은, 암형 본체부에 결합되고 제2 축을 중심으로 비대칭인 제1 표면(126)을 갖는다.

압축기, 하우징 조립체, 수형 로터, 암형 로터, 단부 시일

Description

스크류 압축기 시일 {SCREW COMPRESSOR SEAL}

본 발명은 압축기에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 본 발명은 절약형 스크류식 압축기에 관한 것이다.

스크류식 압축기는 공조 및 냉각 적용예에 일반적으로 사용된다. 이러한 압축기에 있어서, 교차식 수형 및 암형 로브 로터 또는 스크류는 저압 유입 단부로부터 고압 유출 단부까지 작동 유체(냉매)를 펌핑하도록 그 축을 중심으로 회전된다. 회전 중에, 수형 로터의 연속 로브는 냉매를 하류로 보내 인접한 한 쌍의 암형 로터 로브와 하우징 사이의 공산 내에서 압축하는 피스톤으로써 기능한다. 마찬가지로, 암형 로터의 연속 로브는 인접한 한 쌍의 수형 로터 로브와 하우징 사이의 공간 내에서 냉매를 압축한다. 압축이 일어나는 수형 로터와 암형 로터의 교차 로브는 압축 포켓을 형성한다(다르게는 공통 압축 포켓의 수형 및 암형 부분은 맞물림 구역에서 결합되는 것으로 기술됨). 일 실시예에서, 수형 로터는 전기 구동 모터와 동축이고 그 로브 작동부의 유입측 및 유출측에서 베어링에 의해 지지된다. 소정의 수형 로터에 결합된 복수의 암형 로터가 있을 수 있으며 역으로도 마찬가지일 수 있다.

교차 로브 공간 중 하나가 유입 포트에 노출될 때, 냉매는 기본적으로 흡입 압력에서 공간으로 유입된다. 로터가 계속 회전됨에 따라, 회전 중에 어떤 지점에서는 공간이 더 이상 유입 포트와 연통하지 못하여 공간으로의 냉매 유동이 차단된다. 유입 포트가 폐쇄된 후, 로터가 계속 회전됨에 따라 냉매가 압축된다. 회전 중에 어떤 지점에서는, 각각의 공간이 관련된 유출 포트와 교차하고 폐쇄 압축 공정이 종결된다. 유입 포트 및 유출 포트는 각각 반경 방향 포트, 축방향 포트 또는 축방향 포트와 반경 방향 포트의 복합 조합체일 수 있다.

냉매가 유입 포트와 유출 포트 사이의 압축 경로를 따라 압출될 때, 로터와 하우징 사이를 밀봉하는 것이 효율적인 작동을 위해 바람직하다. 스크류 압축기로의 질량 유동을 증가시키기 위해 이코노마이저가 사용된다. 통상적인 이코노마이저 포트는 포켓이 관련된 흡입 포트로부터 차단된 직후 압축 포켓에 노출되도록 위치설정된 로터 길이를 따라 위치된다. 이 위치에서 로터 내에 갇혀 있는 냉매 가스는 거의 흡입 압력으로 존재한다. 상기 흡입 압력에서 가스를 이코노마이저 포트에 연결시키는 것은 다량의 가스가 압축기로 유입되는 것을 허용한다. 또한, 흡입이 차단된 후 로터에 가스를 공급하는 것은 로터 내에 갇혀 있는 가스의 압력을 증가시킨다. 이는 압축기에 요구되는 작업량을 감소시킨다. 또한, 이코노마이저 유동은 상기 흡입 압력에서 이루어지기 때문에, 소정의 총 냉매 질량 유동을 위한 동력을 감소시킨다.

스크류 압축기용 흡입 포트는 축방향 포트, 반경 방향 포트 또는 이들 모두의 조합체일 수 있다. 축방향 흡입 포트 차단은 로터를 둘러싸는 보어에 의해 한정된다. 축방향 포트는 스크류 로터의 맞물림에 의해 폐쇄된다. 축방향 및 반경 방향 흡입 포트 양쪽 모두를 갖는 통상적인 구조는 반경 방향 포트가 폐쇄되기 전에 또는 폐쇄되는 동시에 폐쇄될 필요가 있다.

압축기를 더 소형화하기 위해서는, 더 짧은 스크류 로터가 바람직하다. 또한, 단일 수형 로터 주위에 복수의 암형 로터를 사용하거나 단일 암형 로터 주위에 복수의 수형 로터를 사용하는 것은 더 짧은 로터 세트를 가져올 수 있다. 로터의 길이를 줄임으로써 압축 경로가 더 짧아져, 이코노마이저 유동을 로터에 유입시키기 위해 필요한/가용한 시간 및 기회가 최소화된다.

그렇지만, 종래 기술의 개선 여지가 남아있다.

로터의 길이를 감소시키지만 압축 공정의 길이를 증가시키기 위해서는, 반경 방향 흡입 포트가 더 빨리 폐쇄될 필요가 있다. 그러나, 반경 방향 흡입을 감소시킴으로써, 로터는 축방향 흡입 포트를 폐쇄하기 위한 적절한 시간에 맞물리지 않을 것이다. 더 짧은 반경 방향 흡입 포트를 허용하기 위해서는 축방향 흡입 포트를 폐쇄하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 이는 이코노마이저 유동이 흡입부로 다시 누출되는 것을 방지하지만 축방향 흡입 유동 성분은 여전히 허용하도록 축방향 흡입 포트의 일부분을 단지 폐쇄할 것이다.

본 발명의 일 태양은 수형 로터 및 암형 로터를 포함하는 하우징 조립체를 갖는 압축기이다. 수형 로터는, 제1 단부로부터 제2 단부까지 연장되고 제1 로터 축을 중심으로 회전되도록 하우징 조립체 내에 유지되는 스크류식 수형 본체부를 갖는다. 암형 로터는 수형 본체부와 맞물리는 스크류식 암형 본체부를 갖는다. 암형 본체부는 제1 단부로부터 제2 단부까지 연장되고 제2 로터 축을 중심으로 회전되도록 하우징 조립체 내에 유지된다. 단부 시일은 암형 로터 본체부 제1 단부에 결합되는 제1 표면을 가지며 제2 축을 중심으로 비대칭이다.

다양한 실시예에서, 단부 시일은 제1 로터 축을 둘러싸는 완전 환형 기부 부분과, 제1 표면을 지지하는 제2 부분을 포함할 수 있다. 제1 표면은 기본적으로 30° 내지 270° 범위의 환형부일 수 있다. 제1 표면은 단지 부분적인 원주 방향 범위로 존재할 수 있다. 제1 표면은 상기 암형 본체부 제1 단부의 로브 스웹트 영역(lobe-swept area)의 1/12 내지 3/4를 밀봉할 수 있다. 제1 표면은 로브 스웹트 영역의 1/4 내지 1/2을 밀봉할 수 있다. 제1 로터 축을 중심으로 적어도 제1 방향으로 수형 로터를 구동시키도록 모터가 수형 로터에 커플링될 수 있다. 수형 로터 및 모터는 동축일 수 있다. 모터는 로터 및 고정자를 갖는 전기 모터일 수 있고 수형 로터는 모터의 로터 내로 연장되어 고정되는 샤프트부를 가질 수 있다. 기본적으로 단부 시일은 강철로 일체로 형성될 수 있다. 복수의 나사 체결구가 하우징 조립체에 단부 시일을 고정시킬 수 있다.

본 발명의 다른 태양은 하우징 조립체와, 맞물리는 수형 로터 및 암형 로터와, 흡입 및 배출 플리넘을 갖는 압축기를 포함한다. 수형 로터 및 암형 로터 본체부는 흡입 플리넘과 배출 플리넘 사이에 적어도 제1 압축 경로를 형성하도록 하우징과 협동할 수 있다. 이코노마이저 포트는 제1 압축 경로를 따라 중간 위치에 존재한다. 압축기는 이코노마이저 포트로부터 흡입 플리넘으로 누출을 방지하면서 흡입 플리넘으로부터 축방향 유동 성분을 여전히 허용하기 위한 수단을 포함한다.

수단은 원주 방향으로 일정하지 않은 로터 결합면을 갖는 로터 단부 시일을 포함할 수 있다. 로터 단부 시일은 제2 로터 축을 둘러싸는 완전 환형 기부 부분과, 로터 결합면을 지지하는 제2 부분을 포함할 수 있다. 로터 결합면은 기본적으로 30° 내지 270° 범위의 환형부일 수 있다. 수단은 단지 부분적인 원주 방향 범위의 로터 결합면을 갖는 로터 단부 시일을 포함할 수 있다. 제2 암형 로터는 스크류식 로브 본체부를 가지며 수형 로브 본체부와 맞물릴 수 있다.

본 발명의 다른 태양은 압축기를 재제조하거나 이러한 압축기의 구조를 기준 조건에서 제2 조건으로 설계 또는 재설계하는 방법을 포함한다. 본 방법은 암형 로터 제1 단부와 밀봉시키기 위한 축방향 시일을 제공하는 단계를 포함한다. 축방향 시일은 암형 로터 축을 중심으로 비대칭인 밀봉면을 갖는다. 축방향 시일은 그러한 축을 중심으로 대칭인 밀봉면을 갖는 기준 시일을 대체하거나 기준 조건의 축방향 시일이 없는 경우에 위치될 수 있다. 압축기는 이코노마이저 포트를 포함할 수 있다.

본 발명의 하나 이상의 실시예에 대한 상세한 설명이 첨부한 도면과 이하의 상세한 설명에 기재된다. 본 발명의 다른 특징, 목적 및 효과는 상세한 설명과 도면 및 청구의 범위로부터 명백해질 것이다.

도1은 본 발명의 원리에 따른 압축기의 종방향 단면도이다.

도2는 도1의 압축기의 흡입 플리넘 영역의 확대도이다.

도3은 선 3-3을 따라 취한 도1의 압축기의 횡방향 단면도이다.

도4는 도1의 압축기의 로터를 따라 투영된 하우징 내부면의 도면이다.

도5는 도1의 압축기의 암형 로터 흡입부 시일의 도면이다.

다양한 도면에서 동일한 도면 부호 및 기호는 동일한 요소를 나타낸다.

도1은 각각의 중심 종축(500, 501, 502)을 갖는 로터(26, 27, 28)를 구동하는 모터(24)를 포함하는 하우징 조립체(20)를 갖는 압축기(20)를 도시한다. 예시적인 실시예에서, 수형 로터(26)는 압축기 내 중앙에 위치설정되고 제1 단부(31)와 제2 단부(32) 사이에 연장되는 수형 로브 본체 또는 작동부(30)를 갖는다. 작동부(30)는 수형 로터(27, 28) 각각의 암형 로브 본체 또는 작동부(33)와 맞물린다. 작동부(33, 34)는 각각 제1 단부(35, 36) 및 제2 단부(37, 38)를 갖는다. 각각의 로터는 관련된 작동부의 제1 단부 및 제2 단부로부터 연장되는 샤프트부(예컨대, 관련된 작동부와 일체로 형성된 스터브(39, 40, 41, 및 42, 43, 44))를 포함한다. 이들 샤프트 스터브 각각은 관련된 로터 축을 중심으로 회전되도록 하나 이상의 베어링 조립체에 의해 하우징에 장착된다.

예시적인 실시예에서, 모터(24)는 로터와 고정자를 갖는 전기 모터이다. 수형 로터(26)의 제1 샤프트 스터브(38)의 일부분은 모터(24)가 축(500)을 중심으로 수형 로터(26)를 구동하는 것을 가능케하도록 고정자 내에 연장되어 고정자에 고정된다. 축(500)을 중심으로 작동 제1 방향으로 구동될 때, 수형 로터는 암형 로터를 그 축(501, 502)을 중심으로 반대의 제2 방향으로 구동시킨다.

하우징의 표면은 흡입(유입) 플리넘(60)으로부터 배출(유출) 플리넘(62)까지 냉매를 압축하여 진행시키는 2쌍의 압축 포켓에 유입 및 유출 포트를 형성하도록 맞물린 로터 본체와 결합된다. 수형 및 암형 압축 포켓의 제1 쌍은 하우징, 수형 로터 및 제1 암형 로터에 의해 형성된다. 수형 및 암형 압축 포켓의 제2 쌍은 하우징, 수형 로터 및 제2 암형 로터에 의해 형성된다. 각각의 쌍에 있어서, 이러한 포켓의 하나는 로터와 관련된 각 로터의 한 쌍의 인접 로브 사이에 위치된다. 실시예에 따라, 포트는 반경 방향 포트, 축방향 포트 또는 둘의 복합체일 수 있다. 도1은 제1 및 제2 유입 포트(66, 67)를 도시한다. 예시적인 유입 포트(66, 67)는 반경 방향 유입 유동 성분(510)을 수용하는 반경 방향 요소와, 축방향 유입 유동 성분(512)을 방출하는 축방향 요소를 갖는 복합체이다(도2 참조).

도3은 각 작동부(30, 33, 34)의 로브의 정점과 근접 대향/밀봉 관계인 원형 원통 부분(70, 71, 72)을 포함하는 것으로 하우징 내부면을 도시한다. 부분(70, 71)은 한 쌍의 대향하는 맞물림 구역(74)에서 접촉하고 부분(70, 72)은 한 쌍의 대향하는 맞물림 구역(75)에서 접촉한다. 하우징 내부면은 흡입 및 배출 포트를 형성하도록 협동하는 부분을 더 포함하며, 포트(66)에 대한 부분(78) 및 포트(67)에 대한 부분(79)이 도시되어 있다. 압축기는 압축 공정의 중간 단계(예컨대, 이코노마이저 포트가 압축이 개시된 후에만 압축 포켓(들)에 노출되고 압축의 1/2이 실행되기 전에 이러한 포켓(들)으로부터 차단되는 공정의 제1 절반)에 위치설정되는 이코노마이저 포트(80)를 더 포함한다.

도4는 로터 로브 최상부의 내부면 부분(70, 71, 72)의 투영을 도시한다. 이 들 표면은 각 흡입 포트의 관련된 수형 및 암형 로터를 따라 제1 및 제2 에지(90, 91)를 갖고, 각 배출 포트의 관련된 수형 및 암형 로터를 따라 제1 및 제2 에지(92, 93)를 갖는 것으로 도시되어 있다. 주연부(74)는, 각각의 이코노마이저 포트(80)와 관련되고 표면(70)을 관통하는 폐쇄 구멍을 형성한다. 각각의 이코노마이저 포트(80) 후방으로부터 관련된 흡입 포트까지 누출 경로가 존재한다. 도4에는 인접 표면(70)의 원 상태의 주연부(100) 및 인접 표면(71 또는 72)의 원 상태의 주연부(102 또는 104)로 연장되는 것으로 이 누출 경로가 도시되어 있다.

도5는 암형 로터 흡입부 시일(120)을 도시한다. 예시적인 시일(120)은 기본적으로 금속 합금(예컨대, 강철)으로 일체로 형성된다. 예시적인 시일(120)은, 상류 단부 또는 면(124)과, 하류 단부 또는 면(126)을 가지며 그 사이에 내부면 및 외부면(128, 130)을 갖는 직사각형 반경 방향 섹션의 완전 환형 링으로써 형성되는 기부 또는 장착부(122)를 갖는다. 밀봉부(140)는 하류면(126)으로부터 연장되고 트렁크(142) 및 주 본체(144)를 갖는다. 예시적인 실시예에서, 트렁크와 주 본체 양쪽 모두는 환형부이다. 트렁크는 제1 및 제2 주연 단부(146, 148) 사이에 연장되고 주 본체는 제1 및 제2 주연 단부(150, 152) 사이에 연장된다. 예시적인 실시예에서, 주 본체 단부는 트렁크 단부를 넘어서 주연 방향으로 약간 돌출된다. 예시적인 실시예에서, 트렁크 내부 및 외부면은 기부 내부 및 외부면의 연장부로서 형성된다. 주 본체 내부 및 외부면(154, 156)은 기부 부분 내부 및 외부면에 대해 내향 및 외향으로 각각 돌출한다. 주 본체(144)는 하류면(158)을 갖는다.

주 본체 하류면(158)은 관련된 누출 경로(98)를 따라(예컨대, 도4에 도시된 바와 같이, 부분(102; 104)를 따라 그리고 이들 부분(102; 104)과 연통하는 나머지 로브 포켓 영역을 따라) 교차 로브 공간을 밀봉하기에 충분한 반경 방향 및 원주 방향 범위를 갖는다. 도3에 추가로 도시된 바와 같이, 예시적인 주 본체 외부면(156)은 기본적으로 관련된 암형 로터의 로브와 동일한 반경(예컨대, 바람직하게는 교차 로브 트로프의 반경 이하)을 가지며 내부면(154)은 인접한 샤프트 스터브에 반경 방향으로 인접한 위치에 존재한다. 예시적인 실시예에서, 시일(120)은 하우징 내에 시일을 고정시키는 체결구(162)(예컨대, 나사)를 수용하기 위한 종방향 구멍(160)을 갖는다. 도2는 상류면(124)이 격실의 기부면(172)에 적어도 부분적으로 맞닿고 외부면(128)이 격실의 측벽면(174)에 적어도 부분적으로 맞닿는 상태로 시일 격실(170) 내에 장착된 시일 기부 부분(122)을 도시한다. 주 본체(144)의 하류면(158)은 로터 본체 단부면(35) 및 수형 로터 본체면(31)의 중첩부와 인접 대향 또는 윤활 접촉 관계로 존재한다.

본 발명의 하나 이상의 실시예가 기술되었다. 그렇지만, 다양한 변형예가 본 발명의 기술 사상 및 범주를 벗어나지 않고 이루어질 수 있다. 예컨대, 종래 압축기의 재설계 또는 재제조에 적용될 때, 종래 압축기의 상세는 특정한 실시예의 상세에 영향을 주거나 규정할 수 있다. 따라서, 다른 실시예는 이하의 청구의 범위의 범주 내에 있다.

Claims

하우징 조립체와,

스크류식 수형 본체부를 가지며, 수형 로터 본체부는 제1 단부로부터 제2 단부까지 연장되고 제1 로터 축을 중심으로 회전되도록 하우징 조립체 내에 유지되는 수형 로터와,

제1 단부로부터 제2 단부까지 연장되고 제2 로터 축을 중심으로 회전되도록 하우징 조립체 내에 유지되는, 수형 본체부와 맞물리는 스크류식 암형 본체부를 갖는 암형 로터와,

암형 본체부 제1 단부에 결합되는 제1 표면을 가지며 제2 축을 중심으로 비대칭인 단부 시일을 포함하는 압축기.
제1항에 있어서, 단부 시일은 제2 로터 축을 둘러싸는 완전 환형 기부 부분과, 제1 표면을 지지하는 제2 부분을 포함하는 압축기.
제1항에 있어서, 제1 표면은 기본적으로 30° 내지 270° 범위의 환형부인 압축기.
제1항에 있어서, 제1 표면은 단지 부분적인 원주 방향 범위에 존재하는 압축기.
제1항에 있어서, 제1 표면은 상기 암형 본체부 제1 단부의 로브 스웹트 영역의 1/12 내지 3/4를 밀봉하는 압축기.
제1항에 있어서, 제1 표면은 상기 암형 본체부 제1 단부의 로브 스웹트 영역의 1/4 내지 1/2을 밀봉하는 압축기.
제1항에 있어서, 제1 로터 축을 중심으로 적어도 상기 제1 방향으로 수형 로터를 구동시키도록 수형 로터에 커플링되는 모터를 더 포함하고, 모터와 수형 로터는 동축인 압축기.
제7항에 있어서, 모터는 로터 및 고정자를 갖는 전기 모터이고 수형 로터는 모터 로터 내로 연장되어 고정되는 샤프트부를 갖는 압축기.
제1항에 있어서, 단부 시일은 기본적으로 철강으로 일체로 형성되는 압축기.
제1항에 있어서, 복수의 나사 체결구가 하우징 조립체에 단부 시일을 고정시키는 압축기.
하우징 조립체와,

스크류식 수형 본체부를 가지며, 수형 로터 본체부는 제1 단부로부터 제2 단부까지 연장되고 제1 로터 축을 중심으로 회전되도록 하우징 조립체 내에 유지되는 수형 로터와,

수형 본체부와 맞물리는 스크류식 암형 본체부를 가지며, 암형 로터 본체부는 제1 단부로부터 제2 단부까지 연장되고 제2 로터 축을 중심으로 회전되도록 하우징 조립체 내에 유지되는 암형 로터와,

흡입 플리넘과,

배출 플리넘을 포함하고, 수형 및 암형 로터 본체부는 흡입 플리넘과 배출 플리넘 사이에 적어도 제1 압축 경로를 형성하도록 하우징과 협동하고,

제1 압축 경로를 따라 중간 위치에 있는 이코노마이저 포트와,

이코너마이저 포트로부터 흡입 플리넘으로 누출을 방지하면서 흡입 플리넘으로부터 축방향 유동 성분을 여전히 허용하기 위한 수단을 포함하는 압축기.
제11항에 있어서, 수단은 원주 방향으로 일정하지 않은 로터 결합면을 갖는 로터 단부 시일을 포함하는 압축기.
제12항에 있어서, 로터 단부 시일은 제2 로터 축을 둘러싸는 완전 환형 기부 부분과, 로터 결합면을 지지하는 제2 부분을 포함하는 압축기.
제13항에 있어서, 로터 결합면은 기본적으로 30° 내지 270° 범위의 환형부인 압축기.
제11항에 있어서, 수단은 단지 부분적인 원주 방향 범위의 로터 결합면을 갖는 로터 단부 시일을 포함하는 압축기.
제11항에 있어서, 수형 로브 본체부와 맞물리는 스크류식 암형 로브 본체부를 갖는 제2 암형 로터를 더 포함하는 압축기.
압축기를 재제조하거나 상기 압축기의 구조를 기준 조건에서 제2 조건으로 설계 또는 재설계하는 방법이며, 상기 압축기는,

하우징 조립체와,

스크류식 수형 본체부를 가지며, 수형 로터 본체부는 제1 단부로부터 제2 단부까지 연장되고 제1 로터 축을 중심으로 회전되도록 하우징 조립체 내에 유지되는 수형 로터와,

수형 본체부와 맞물리는 스크류식 암형 본체부를 가지며, 암형 로터 본체부는 제1 단부로부터 제2 단부까지 연장되고 제2 로터 축을 중심으로 회전되도록 하우징 조립체 내에 유지되는 암형 로터와,

흡입 플리넘과,

배출 플리넘을 포함하고, 수형 및 암형 로터 본체부는 흡입 플리넘과 배출 플리넘 사이에 적어도 제1 압축 경로를 형성하도록 하우징과 협동하며,

상기 방법은,

상기 제2 축을 중심으로 비대칭인 밀봉면을 가지며 상기 암형 로터 제1 단부와 밀봉시키기 위한 축방향 시일을 제공하는 단계를 포함하고, 축방향 시일은 상기 제2 축을 중심으로 대칭인 밀봉면을 갖는 기준 축방향 시일을 대체하거나 기준 조건의 축방향 시일이 없는 경우에 위치될 수 있는 방법.
제17항에 있어서, 압축기는 이코노마이저 포트를 포함하는 방법.