KR20120018742A - 스크류 콤프레서용 로터 - Google Patents

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아틀라스 캅코 에어파워, 남로체 벤누트삽
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Abstract

로터 본체(2) 및 샤프트(6)를 포함하는 스크류 콤프레서용 로터(1)가 제공되고, 상기 샤프트는 상기 로터 본체(2) 내의 중앙의 또는 대략적으로 중앙의 축방향 천공 홀 또는 통로(5) 내로 또는 그것을 통해서 적어도 일부분이 연장하며, 상기 샤프트(6)는 연신 요소(7)를 포함하고, 그에 따라 로터 본체(2) 또는 로터 본체의 하나 이상의 부분이 인장 요소(11 및 12)에 의해서 샤프트(6) 상에서 유지되고, 상기 인장 요소는 샤프트에 대해서 축방향으로 록킹되거나 록킹될 수 있고 그리고 상기 연산 요소(7)에 의해서 서로 연결되며, 상기 연신 요소는, 로터 본체(2)를 샤프트(6)에 조립하는 동안에, 인장 로드에 의해서 예인장되고 그리고 상기 인장 요소를 록킹하고 인장 로드를 제거한 후에, 축방향 예인장 상태로 유지되고, 상기 축방향 예인장 상태는, 로터가 설치되지 않았을 때, 연신 요소(7)의 물질의 항복 강도의 30 퍼센트 이상에 상당하고, 그리고 이는 로터 본체(2) 또는 로터 본체의 일부에 의해서 서로 이격되어 유지되는 인장 요소(11 및 12)에 의해서 이루어진다.

Description

스크류 콤프레서용 로터{ROTOR FOR A SCREW COMPRESSOR}
본원 발명은 스크류 콤프레서용 로터에 관한 것이다.
공지된 바와 같이, 스크류 콤프레서는 통상적으로 모터 형상의 드라이브, 그리고 2개의 맞물린(meshing) 로터를 내부에 구비하는 케이싱을 포함하는 스크류 콤프레서 요소를 구비하고, 그에 따라 상기 로터들 중 하나는, 트랜스미션을 통해서 또는 통하지 않고, 전술한 드라이브에 의해서 구동된다.
로터의 맞물림으로 인해서, 스크류 콤프레서의 작동 중에, 공기와 같은 유체가 스크류 콤프레서 요소의 유입구에서 흡입되고, 이어서 그러한 유체가 양 로터들 사이에서 압축되고 그리고 마지막으로 특정 배출 압력하에서 콤프레서 요소의 배출구 측에서 배출된다.
로터의 맞물린 스크류 형상의 부분들이 로터 본체로 지칭된다. 공지된 바와 같이, 로터들 중 하나가 로브(lobes)를 구비한 수형(male) 로터의 형상을 가지는 한편, 다른 로터는 홈을 가지는 암형 로터의 형상을 가지며, 상기 수형 로터의 로브들은 공지된 방식으로 맞물린다.
로터들이 구동될 수 있도록 하기 위해서, 로터 본체들이 적어도 일 단부에서 저어널(journal)을 통상적으로 구비한다.
누설 손실은 스크류 콤프레서의 효율 감소를 수반한다. 이러한 누설 손실을 제한하기 위해서, 로터들 사이의 간극 및 로터들과 스크류 콤프레서의 케이싱 사이의 간극이 가능한 한 작게 유지되어야 한다.
또한, 손상을 방지하기 위해서, 로터 본체들과 스크류 콤프레서의 케이싱 사이의 직접적인 접촉이 회피되는 것이 바람직하며, 그에 따라 로터는 충분히 강해야할 뿐만 아니라 충분히 강성(rigid)이어야 한다.
이러한 이유로, 스크류 콤프레서를 위한 로터들은 단일 부분으로 제조되는 것이 통상적이다.
이러한 것의 단점은 제조 중에 물질이 손실된다는 것이다.
그러한 단일 부분 로터의 다른 단점은 전체 로터 즉, 로터 본체 및 저어널 모두가 동일한 물질로부터 제조되어야 한다는 것이다.
그러나, 로터의 여러 부분들은 사용되는 물질에 대한 서로 다른 요건들을 요구한다.
이용가능한 저어널은 큰 힘을 전달하여야 하고 그리고 매우 강건한 베어링을 구비하여야 한다.
베어링의 내측 링으로서 저어널 자체를 이용하는 것은 실질적으로 불가능하다. 그렇게 하는 것은 특별한 타입의 스틸을 필요로 할 뿐만 아니라, 대응 저어널의 특별한 타입의 마감(finishing)을 필요로 한다. 그러나, 그러한 특별한 타입의 스틸로 전체 로터를 제조할 수 있다는 것이 분명하지 않은데, 이는 그러한 물질의 보다 어려운 프로세싱 및 비용 문제 때문이다.
스크류 콤프레서용 로터의 로터 본체가 바람직하게 가능한 한 경량으로 제조된다. 이는, 스크류 콤프레서의 작동 중에 로터의 높은 회전수 때문에 바람직할 것이다.
콤프레서 요소의 내부(bulit-in) 압력 비율에 따라서, 흡입된 유체가 압축 중에 강하게 가열될 것이다. 이러한 열의 일부분이 대류에 의해서 로터를 통해서 배출된다. 결과적으로, 로터의 온도는 국부적으로 매우 높게 상승할 수 있다. 또한, 그러한 비교적 높은 온도가 발생된 경우에도, 로터의 강도 및 강성도(rigidity)가 여전히 보장되어야 한다.
케이싱과의 접촉을 방지하기 위해서 그리고 동시에 누설 손실을 감소시키기 위해서, 로터 본체에 대해서는 열팽창 계수가 작은 물질이 선택되어야 한다.
단일-피스 로터의 다른 단점은 적절한 냉각 채널을 내부에 제공하기가 어렵다는 것이다. 전체 로터를 통한 중앙 냉각 채널을 제공할 수는 있지만, 냉각 효율은 제한될 것이다.
사실상, 냉각 채널의 치수(dimensions)는 구조물의 실질적인 약화를 초래하지 않을 것이다. 이는, 도입되는 냉각 채널과 로터의 외측 표면 사이의 거리가 너무 멀어서 충분한 냉각 효율을 얻을 수 없다는 결과를 초래한다. 또 다른 단점은, 저어널 또는 로터 본체와 같은, 단일 부분만이 손상되었을 때, 로터를 수리하기가 어렵거나 심지어는 불가능할 수도 있다는 것이다.
또한, 예를 들어 진동 또는 온도를 측정하기 위한 센서들을 로터 내에 배치하기가 어렵다는 것도 단점이다.
전술한 내용으로부터, 스크류 콤프레서용 단일-피스 로터가 일련의 단점을 가진다는 것이 명백하다.
그에 따라, 본원 발명의 목적은 상기 단점들 및/또는 다른 단점들 중 하나 이상에 대한 해결책을 제공하는 것이다.
이를 위해서, 본원 발명은 로터 본체 및 샤프트를 포함하는 스크류 콤프레서용 로터를 제공하며, 상기 샤프트는 상기 로터 본체 내의 중앙의 또는 대략적으로 중앙의 축방향 천공 홀 또는 통로 내로 또는 그것을 통해서 적어도 일부분이 연장하고, 본원 발명의 특별한 특징에 따라서, 상기 샤프트는 연신 요소를 포함하고, 그에 따라 로터 본체 또는 그것의 하나 이상의 부분이 인장 요소(tension elements)에 의해서 샤프트 상에서 유지되고, 상기 인장 요소는 샤프트에 대해서 축방향으로 록킹되거나 록킹될 수 있고 그리고 상기 연산 요소에 의해서 상호연결되며, 상기 연신 요소는, 로터 본체를 샤프트에 조립하는 동안에, 인장 로드(tensile load)에 의해서 예인장되고(pre-tensioned) 그리고 상기 인장 요소를 록킹하고 인장 로드를 제거한 후에, 축방향 예인장 상태로 유지되고, 그러한 축방향 예인장 상태는, 로터가 설치되지 않았을 때, 연신 요소의 물질의 항복 강도의 30 퍼센트 이상에 상당하고, 그리고 이는 로터 본체 또는 로터 본체의 일부에 의해서 이격되어 유지되는 인장 요소들에 의해서 이루어진다.
여기에서, 설치되지 않은 로터는 조립되었으나 콤프레서 요소 내로 설치되지는 않은 로터를 의미한다. 그와 같은 경우에, 이는, 가스 힘(gas forces) 또는 다른 힘이 로터에 작용하지 않고 그리고 이러한 로터가 외부 조건(예를 들어, 상온, 대기압 ...)하에 있는 상태를 포함한다.
물질의 항복 강도는 또한 이러한 물질의 항복점으로서 문헌적으로 지칭된다.
로터 본체 및 샤프트의 독립적인 제조에 의해서 얻어지는 제 1의 이점은 제조 중에 물질의 손실이 적다는 것이다.
다른 이점은 로터 본체를 유지하는 예인장을 정확하게 알 수 있고 그리고 측정할 수 있다는 것인데, 이는, 로터 본체를 샤프트에 조립하는 동안에, 단지 인장 장력 만이 형성되고 그에 따라, 예를 들어, 나사 마찰(thread friction) 현상의 결과로서 원치않고 제어되지 않는 인장 응력이 발생하지 않기 때문이며, 그러한 나사 마찰은 미리 결정된 인장 응력을 유발하기 위해서 미리 설정된 토크로 체결되는 인장 볼트에 의해서 로터 본체가 샤프트에 체결되는 경우에 발생할 수 있을 것이다. 그러한 나사 마찰은 제어하기가 매우 어렵고 그리고 볼트의 윤활, 부품들의 팽창에 영향을 미치는 조립 중의 온도, 볼트 등의 제조 공차와 같은 많은 파라미터에 따라서 달라지고, 그에 따라 특정 인장 토크의 경우에 결과적인 인장 응력의 특정 오차 허용 범위가 고려되어야 한다.
다른 이점은, 로터의 여러 부분들의 기계적 및 열적 로드를 고려하여 로터 본체에 대해서 그리고 샤프트에 대해서 여러 가지 물질을 이용할 수 있다는 것이다.
그와 같은 경우에, 예를 들어, 바람직한 베어링을 획득하기 위해서 스틸로부터 로터의 저어널을 제조할 수 있는 한편, 로터 본체를 다른 물질로 제조할 수 있다.
예를 들어 로터 본체를 스테인리스 스틸 또는 청동으로 제조하는 것은 로터 본체가 부식에 대해서 매우 큰 내성을 가지게 한다.
가격이 가장 중요한 문제가 된다면 주철도 이용될 수 있을 것이다. 세라믹 물질 또는 유리를 이용하면 온도에 대한 높은 내성 및 낮은 팽창 계수가 제공된다. 알루미늄은 가벼운 중량의 제품이 얻어질 수 있다는 이점을 제공한다. 섬유 보강된 또는 보강되지 않은 합성 물질과 같은 여러 가지 타입의 유기질 또는 무기질 물질을 이용하여 로터 본체를 제조할 수 있을 것이다.
물론, 로터 본체는 스틸로도 제조될 수 있다. 그러한 경우에, 샤프트에 대해서 다른 타입의 또는 다른 방식으로 처리된 스틸을 선택할 수 있을 것이다.
또한, 다른 물질을 이용하여 예를 들어 저어널, 강도 요소 및 로터 본체와 같은 여러 부품들을 제조할 수 있을 것이다.
본원 발명에 따라서, 첨부 도면을 참조하여 이하에서 설명하는 바와 같이, 여러 가지 물질로 로터 본체를 제조할 수 있을 것이다.
또 다른 부가적인 이점은, 손상된 저어널 또는 로터 본체의 손상된 면과 같이 결함을 가지는 부분을 용이하게 수리할 수 있고 또는 교체할 수 있다는 것이다. 이러한 경우에, 단일-피스 로터의 경우와 같이 전체 로터를 교체할 필요가 더 이상 없을 것이다.
구성된 로터에 의해서 제공되는 냉각과 관련한 주요 이점에 대해서 주의를 기울여야 한다. 이에 대해서는 첨부 도면을 참조한 이하의 기재 내용에서 보다 구체적으로 설명한다.
본원 발명은 전술한 바와 같이 로터를 제조하기 위한 방법을 제공하며, 그러한 방법은:
- 중앙의 또는 대략 중앙의 축방향 천공 홀 또는 통로를 로터 본체 내에 제공하는 단계;
- 이러한 천공 홀 또는 통로 내에 샤프트의 적어도 일부분을 배치하는 단계로서, 그에 따라 상기 샤프트가 연신 요소를 포함하는, 샤프트의 적어도 일부분을 배치하는 단계;
- 이러한 연신 요소를 예비-응력화(pre-stress)하기 위해서 인장 응력하에서 연신 요소를 로딩(loading)하는 단계;
- 인장 요소들을 상호연결하는 연신 요소의 양 측면 상에 인장 요소들을 배치하는 단계로서, 상기 인장 요소들은 정위치에서 샤프트에 대해서 축방향으로 록킹되거나 록킹될 수 있으며, 그에 따라 인장 로드의 제거 후에, 상기 인장 요소들은 로터 본체 의해서 또는 로터 본체의 일부분에 의해서 분리되어 유지될 것이고 그리고 그에 따라 연신 요소가 예비-응력하에서 유지되는, 인장 요소들을 배치하는 단계를 포함한다.
본원 발명의 특성들을 보다 잘 설명하기 위해서, 스크류 콤프레서를 위한 본원 발명에 따른 로터에 대한 이하의 바람직한 실시예는 첨부 도면을 참조하여 단지 예로서 설명된 것이고 그리고 비제한적인 방식으로 제공된 것이다.
도 1은 본원 발명에 따른 로터의 외부를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 선 Ⅱ-Ⅱ를 따라 취한 단면도이다.
도 3 내지 도 10은 도 2와 유사한 단면도이나, 본원 발명에 따른 스크류 콤프레서용 로터의 다른 실시예를 도시한 단면도이다.
도 11은 조립 동안의 도 10의 로터를 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2는 본원 발명에 따른 스크류 콤프레서용 로터(1)를 도시하며, 이러한 로터(1)는 수형 로터(1) 형상으로 제조되고, 그러한 수형 로터는 로브를 구비한 로터 본체(2) 및 2개의 측방향으로 돌출한 저어널(3 및 4)을 포함한다.
여기에서, 수형 로터 본체(2)의 로브들은 도면에 도시되지 않은 제 2 암형 스크류와 상호-협력할 수 있도록 제조되며, 상기 제 2 암형 스크류는 홈들을 단부에 구비하고 상기 홈들에 로브가 맞물려서 공기와 같은 유체를 흡입하고 압축한다.
연속적이고 대략적으로 중앙에 위치하는 축방향 통로(5)가 로터 본체(2)를 통해서 연장하고, 그러한 통로를 통해서 샤프트(6)의 적어도 일부가 제공된다.
본원 발명에 따라서, 상기 샤프트(6)가 연신 요소(stretch element; 7)를 포함하고, 이러한 경우에 상기 연신 요소는 통로(5)를 통해서 연장하는 샤프트(6)의 일부를 형성한다.
이러한 경우에, 상기 연신 요소(7)는 중앙 통로(5)의 일부분에 근접한 샤프트(6) 직경의 감소부(8)의 형상으로 제조된다.
여기에서, 감소부(8)는 샤프트(6)가 허리 부분을 가진다는 것을 의미하고, 다시 말해서 샤프트(6)의 일부분이 감소된 직경을 가진다는 것을 의미한다.
"축방향 통로"라는 표현이 로터 본체(2)를 통해서 실질적으로 축방향으로 연장하는 통로(5)를 의미하지만, 0도 내지 20도의 범위에서 로터 본체(2)의 축방향에 대해서 이러한 통로(5) 방향을 벗어나는 것도 배제하지는 않는다.
본원 발명에 따라서, 상기 축방향 통로(5)가 직선형일 필요는 없고, 이러한 통로(5)의 단부들이 로터 본체(2)의 양 측부상에 위치되기만 한다면, 이러한 통로(5)는 특정의 곡선형 경로를 따라 연장할 수도 있을 것이다.
또한, 샤프트(6)의 방향에 수직인 평면 내에서 이러한 통로의 표면적은 샤프트(6)의 길이 방향을 따라서 가변적인 크기를 가질 수 있다.
로터 본체(2) 및 저어널(3 및 4)이 함께 클램핑되어, 로터 본체(2) 또는 적어도 그 중심 부분이 축방향 압력하에 놓이게 된다. 이러한 예에서, 로터 본체(2) 내의 결과적인 압력이 로터 본체(2)의 단부 평면(9 및 10) 상에 작용하는 힘을 통해서 구현되며, 그러한 힘은 상기 연신 요소(7)에 의해서 상호 연결된 인장 요소(11 및 12)에 의해서 작용한다.
본원 발명에 따라서, 로터(1)의 제조 중에, 이러한 연신 요소(7)가 예비-응력(pre-stressing)에 의해서 인장 하에 놓이게 되고, 그 후에 연신된 상태에서, 연신 요소(7)가 인장 요소(11 및 12)에 의해서 고정된다.
로터(1)가 설치되지 않았을 때, 본원 발명에 따라서, 이러한 예인장은 연신 요소의 물질의 항복 강도의 적어도 30%에 상당하고, 그리고 바람직하게 이러한 항복 강도의 적어도 50%에 상당하며, 보다 더 바람직한 실시예에 따라서 이러한 항복 강도의 적어도 70%에 상당하게 된다.
여기에서 로터 본체(2)에 가해지는 축방향 힘은 바람직하게 적어도 1 x 104 Newton 에 상당하고 그리고 실질적으로 1 x 106 Newton 또는 그 이상에 달할 수도 있을 것이다.
제 1 인장 요소(11)가 샤프트(6)의 증대된 직경의 형상으로 제공되고, 그에 따라 칼라(collar; 13)을 형성한다. 증가된 직경(D)이 중앙 통로(5)의 직경(d) 보다 크도록, 샤프트(6)의 직경 증가가 선택된다.
제 1 인장 요소(11)의 칼라(13)가 로터 본체(2)의 단부 평면(9)에 대해서 연신된다.
도시된 실시예에서, 조립된 로터(1) 내에서 칼라(13)가 리세스(recess; 14) 내에서 연장하도록 부가적인 리세스(14)가 단부 평면(9) 내에 저장된다. 이러한 리세스(14)는 본원 발명에서 필수적인 것이 아니다.
제 2 인장 요소(12)가 너트(15)에 의해서 형성되고, 이는 샤프트(6)에 걸쳐 저어널(4)을 따라서 제공될 수 있을 것이다.
너트(15)의 스크류 나사(16)는 로터 본체(2) 상의 저어널(4)의 연결부에 인접하여 샤프트(6) 상에 제공된 외측 스크류 나사(17)와 협력한다.
이러한 실시예에서, 리세스(19)가 너트(15)의 단부 면(18)에 제공되고, 여기에서 샤프트(6)의 상승된 엣지(20)가 끼워진다.
도시된 실시예에서, 리세스(21)가 로터 본체(2)의 단부 평면(10)에 부가적으로 제공되며, 그에 따라 너트(15)의 상기 단부 면(18)이 조립된 로터(1)에서 리세스(21) 내에 놓인다.
너트(15)의 리세스(19), 단부 평면(10) 내의 리세스(21) 및 샤프트(6)의 상승된 엣지(20)가 본원 발명에서 필수적인 것이 아니다.
본원 발명에 따라 스크류 콤프레서용 로터(1)를 제조하는 방법은 매우 단순하고 그리고 다음과 같다.
샤프트(6)가 로터 본체(2) 내의 중앙 통로(5)를 통해서 저어널(4)과 함께 슬라이딩되며, 그에 따라 제 1 인장 요소(11)의 칼라(13)가 로터 본체(2)의 단부 평면(9)에 대해서, 보다 구체적으로 리세스(14) 내에 놓인다.
이어서, 너트(15)가 샤프트(6)에 걸쳐서 저어널(4)을 따라서 배치된다.
이어서, 샤프트(6)가 큰 외부 인가 힘에 의해서 탄성적으로 또는 주로(predominantly) 탄성적으로 연신된다. 샤프트(6)가 연신 요소(7)를 형성하는 감소부(8)의 높이에서 작은 직경을 가지기 때문에, 이러한 영역에서 발생하는 연신이 가장 클 것이다.
본원 발명에 따라서, 반대 방향의 힘을 샤프트(6)의 두 단부에 인가함으로써, 또는 로터 본체(2)의 단부 평면(9 또는 10)에 대해서 각각 기대어지는 것에 의해서 각 저어널에 독립적으로 힘을 인가함으로써, 이러한 것이 이루어질 수 있을 것이다.
샤프트(6)의 이러한 인장 상태에서, 너트(15)가 로터 본체(2)에 대항할 때까지 손으로 또는 미리 결정된 토크로 스크류식으로 체결된다.
샤프트(6)에 대한 외부 인장력이 제거되었을 때, 로터 본체(2)가 한편으로 샤프트(6)의 칼라(13)와 다른 한편으로 너트(15)의 단부 면(18) 사이에서 큰 축방향 힘으로 인장될 것이다.
연신 요소(7)에서의 인장 응력의 결과로서, 인장 요소(11 및 12)가 상응하는 축방향 힘을 로터 본체(2)에 가할 것이다.
이를 위해서, 로터 본체(2)의 단부 평면(9) 내의 리세스(14)와 칼라(13) 사이의 그리고 로터 본체(2)의 다른 단부 평면(10) 내의 것과 리세스(21) 내의 너트(15)의 단부 면(18) 사이의 접촉 표면들이 압축 응력을 로터 본체(2)로 전달할 수 있을 정도로 충분히 큰 크기를 가져야 한다.
스크류 나사(16 및 17)가 축방향 힘을 서로 전달할 수 있도록 스크류 나사(16 및 17)의 크기가 결정되어야 하며, 이때의 축방향 힘은 연신 요소(7) 내의 힘과 실질적으로 동일하다.
연신 요소(7)를 형성하는 감소부의 직경이 샤프트(6) 제조 물질의 항복 강도에 의해서 결정된다.
이러한 항복 강도가 높을수록, 감소부가 커지며(그에 따라 감소된 직경이 더 작아진다), 그러한 감소부는 동일한 힘으로 인장 요소(11 및 12)가 로터 본체(2)를 조이도록 선택될 수 있다.
영율 또는 E-탄성계수는 인장 동안에 샤프트(6)의 신장(elongation)을 결정한다. 보다 큰 신장은 조립을 단순화시킨다. E-탄성계수가 작은 물질의 경우에, 동일한 인장 응력을 이용하는 것이 보다 큰 연신을 유발할 것이다. 조립 후에 외부 로드가 제거되었을 때, E-탄성계수가 낮은 경우에, 인장 요소(11 및 12)에 의해서 로터 본체(2)에 가해지는 힘이 매우 적을 것이다.
도 3에 도시된 제 2 실시예는 도 1 및 도 2의 로터 본체(2)와 대부분 동일한다.
또한, 이러한 실시예에서, 로터 본체(2)를 통해서 대략적으로 중심에 위치하는 축방향 통로(5)가 제공된다.
또한, 이러한 경우에, 샤프트(6)는 저어널(3 및 4), 제 1 인장 요소(11) 및 연신 요소(7)의 기능을 통합한다. 여기에서, 연신 요소(7)는 또한 연속적인 중앙 통로(5)의 일부분에 근접한 샤프트(6)의 감소부(8)로서 제조된다.
이러한 경우에, 도 1 및 도 2의 제 1 실시예에서 제 2 인장 요소(12)를 형성한 너트가 로터 본체(2) 내에 통합된다.
이를 위해서, 내측 스크류 나사(22)가 단부 평면(10)의 높이에서 로터 본체(2) 내에 제공된다. 본원 발명에 따른 로터(1)가 조립된 상태에서, 이러한 내측 나사(22)는 샤프트(6) 상의 외측 스크류 나사(17)와 협력한다.
이러한 경우에, 나사(22) 외에, 내측 엣지(23)가 통로(5)의 벽 내에 제공된다.
도시된 예에서, 부시(bush)-형상 부분(24)은, 중앙 통로(5)의 연장부에서, 로터 본체(2)의 단부 측부(10)에 배치되고, 그러한 부시-형상 부분(24)은 본원 발명에 필수적인 것은 아니다.
이러한 실시예에 따른 로터(1)를 제조하는 방법은 또한 매우 용이하고 그리고 제 1 실시예의 방법과 유사하다.
샤프트(6)는 연속적인 중앙 통로(5)를 통과하고, 저어널(4)로 로터 본체(2) 내에 적용되며, 나사(17 및 22)를 이용하여, 샤프트(6) 및 로터 본체(2)가 예를 들어, 수동으로, 나사 체결될 수 있다.
이어서, 샤프트(6)가 큰 외부 힘으로 탄성적으로 인장 상태가 될 것이다. 그에 따라, 발생되는 연신 상태가 제 1 실시예에서 발생되는 상태와 유사하게 된다.
인장 상태에서, 리세스(14)의 하부 벽이 샤프트(6)의 칼라(13)에 대해서 가압될 때까지, 로터 본체(2)가 더욱 나사 체결되며, 그 후에 외부 힘이 제거된다.
제 1 실시예에서 이루어진 것과 같은 동일한 관찰이 발생 응력 및 변형에 대해서 이루어져야 할 것이다.
도 4는 로터(1)의 실시예를 도시하며, 그에 따라 샤프트(6)는 전술한 첫 번째의 2개의 실시예와 상이하게 제조된다.
또한, 이러한 제 3 실시예에서, 로터 본체(2)가 대략적으로 중앙인 축방향 통로(5)를 구비하며, 그러한 통로를 통해서 샤프트(6)가 도입될 수 있다.
이를 위해서, 필요한 경우에, 리세스(14 및 21)가 로터 본체(2)의 단부 평면(9 및 10) 내에 제공된다.
이러한 경우에, 샤프트(6)는 저어널(3 및 4) 그리고 연신 요소(7)로 이루어진 복합 부품으로 제조된다.
저어널(3 및 4)은 바람직하게 원통형-형상 부분으로 제조된다.
이들 저어널(3 및 4)은 단부 평면(25 및 26)에서 직경(D1)을 가지며, 그러한 직경은 연속적인 중앙 통로(5)의 직경(d) 보다 다소 작다.
중앙의, 비-관통형의 천공 홀(27), 또는 소위 한쪽이 막힌 홀이 이들 단부 평면(25 및 26) 내에 제공된다. 결국, 이들 천공 홀(27)은 내측 스크류 나사(28)를 구비한다. 이러한 천공 홀(27)은 각각의 저어널(3 또는 4)을 통해서 연장할 수 있도록 관통형의 천공 홀로서 제조된다.
상승된 엣지로서 제조될 수 있는 칼라(29)가 단부 평면(25 및 26)으로부터 특정 거리에서 저어널(3 및 4) 상에 위치된다.
저어널들 중 적어도 하나에서, 그리고 이러한 경우에 저어널(4) 상에서, 외측 스크류 나사(30)가 샤프트(6)의 외측 표면 상의 단부 평면(26)과 칼라(29) 사이의 영역 내에 적용된다.
이러한 예에서, 인장 요소(11 및 12)가 내측 직경을 가지는 슬리브(31 및 32)로서 제조되며, 이때의 내측 직경은 단부 평면(25 및 26)과 칼라(29) 사이의 저어널(3 및 4)의 직경 보다 약간 크다.
이들 슬리브(31 및 32)가 단부 평면(34) 내에서 리세스(33)를 구비할 수 있을 것이다. 그 경우에, 이러한 리세스(33)의 직경은 저어널(3 및 4) 상의 칼라(29)에 상응하여 선택될 수 있을 것이다.
또한, 부가적인 칼라(35)의 반대쪽 횡방향 단부에서 슬리브(31 및 32)를 제공할 수 있을 것이다. 이러한 경우에, 칼라(35)의 높이에서의 직경이 로터 본체(2)의 각각의 리세스(14 또는 21)와 일치되도록, 이러한 칼라(35)의 높이가 결정된다.
슬리브(31 또는 32) 중 하나가 저어널(3 또는 4) 내에 통합될 수 있다는 것이 분명하다.
인장 요소들 중 하나 이상에서, 그리고 이러한 경우에 인장 요소(12)에서, 내측 스크류 나사(36)가 제공되며, 그러한 스크류 나사(36)가 저어널(4) 상의 외측 스크류 나사(30)와 협력할 수 있다.
이러한 경우에, 연신 요소(7)는 양 단부에서 외측 스크류 나사(37)를 가지는 대략적으로 원통형인 본체로서 제조된다.
연신 요소(7)의 양 측부 상에서 외측 나사(37)가 중앙의 천공 홀(27) 내의 내측 나사(28)와 협력할 수 있도록 연신 요소(7)의 치수가 설정되며, 상기 중앙의 천공 홀은 저어널(3 및 4)의 단부 평면(25 또는 26)내에 각각 제조된다.
또한 이러한 실시예의 경우에, 스크류 콤프레서를 위해서 로터(1)를 조립하는 방법이 매우 용이하고 그리고 다음과 같다.
연신 요소(7)가 저어널(3 또는 4) 중 하나에, 예를 들어 저어널(3)에 연결된다. 이는, 외측 스크류 나사(37) 중 하나를 관련 저어널(3)의 중앙의 천공 홀(27) 내의 내측 스크류 나사(28) 내로 나사 체결함으로써 이루어진다.
슬리브(31)가 저어널(3)에 걸쳐 배치된다. 만약 리세스(33)가 슬리브(31) 내에 제조되었다면, 이러한 리세스(33)는 저어널(3)의 칼라(29)에 대항하여(against) 놓여질 것이다. 만약 리세스(33)가 만들어지지 않았다면, 슬리브(31)가 단부 면(34)을 이용하여 칼라(29)에 대항하여 놓여질 것이다.
연신 요소(7)와 저어널(3) 및 슬리브(31)의 조립체가 연신 요소(7)와 함께 로터 본체(2) 내의 연속적인 중앙 통로(5)를 통해서 도입되며, 그에 따라 슬리브(31)의 상승된 엣지(35)가 리세스(14) 내에서 로터 본체(2)의 단부 평면(9)에 대항하여 놓여진다.
만약 리세스(14)가 없다면, 대응 단부 평면을 가지는 슬리브(31)가 로터 본체(2)의 단부 평면(9)에 직접적으로 대항하여 놓이게 될 수 있다.
이어서, 슬리브(32)가 저어널(4)에 걸쳐 배치된다. 만약 리세스(33)가 슬리브(32) 내에 제조되었다면, 이러한 리세스(33)는 저어널(4)의 칼라(29)에 대항하여 놓이게 될 것이다. 만약 리세스가 만들어지지 않았다면, 슬리브(32)의 단부 면(34)이 칼라(29)에 대항하여 놓여질 수 있을 것이다. 그러나, 그러한 칼라(29)의 존재는 본원 발명에 따라서 반드시 필요한 것은 아니다.
그렇게 배치된 슬리브(32)를 가지는 저어널(4)이 저어널(3) 및 슬리브(31)를 가지는 연신 요소(7)의 조립체에 연결될 것이다.
이를 위해서, 저어널(4)의 중앙의 천공 홀(27) 내에 위치된 내측 나사(28)가 연신 요소의 외측 스크류 나사(37)에 나사 체결된다.
그 후에, 복합체 샤프트(6)가 큰 외부 인가 힘으로 탄성적으로 인장된다.
인장 상태에서, 슬리브(32)가 나사 체결된다.
복합체 샤프트(6)에 대한 외부 인장력이 제거되었을 때, 슬리브(31)의 상승된 엣지(35)가 로터 본체(2)의 단부 평면(10)의 리세스(21) 내에 위치될 것이다. 슬리브(31) 내의 리세스(33)가 저어널(3)의 칼라(29)에 대항하여 놓이게 될 것이다.
다른 슬리브(32)가 로터 본체(2)의 단부 평면(10) 내의 리세스(21) 내에 상승된 엣지(35)가 위치되는 상태로 배치될 것이다. 슬리브(32) 내의 리세스(33)가 저어널(4)의 칼라(29)에 대항하여 위치될 것이다.
연신 요소(7) 내의 인장 응력의 결과로서, 슬리브(31 및 32)에 의해서 주로 성형되는 인장 요소(11 및 12)가 상응하는 축방향 압력 힘을 로터 본체(2)에 인가할 것이다.
이러한 실시예는 연신 요소(7)의 물질이 저어널(3 및 4)의 물질과 독립적으로 그리고 로터 본체(2)의 물질과 독립적으로 선택될 수 있게 허용하는 이점을 제공한다.
전술한 바와 같이, 응력 중에 연신 요소(7)가 보다 더 많이 신장될수록 조립을 더 용이하게 할 것이다. 이는, 연신 요소(7)에 대한 물질의 적절한 선택에 의해서 얻어질 수 있을 것이다. 예를 들어, 낮은 E-탄성계수 또는 높은 항복 강도를 가지는 물질을 선택함으로써, 동일한 인장 응력의 인가시에 보다 큰 연신을 초래할 것이다.
조립 후에 외부 로드가 제거되었을 때, 이러한 경우에, 인장 요소(31 및 32)에 의해서 로터 본체(2)에 작용하는 힘 역시 매우 작게 될 것이다.
이러한 경우에, 저어널(3 및 4) 자체는 보다 강건한 물질, 그에 따라 E-탄성계수가 보다 큰 물질로 제조될 수 있을 것이다.
도 5는 로터(1) 냉각의 시점에서 전술한 문제점을 해결하기 위해서 도 4의 실시예를 어떻게 변형시킬 수 있는 지를 보여준다.
이러한 변형 실시예를 장착하기 위한 방법 및 조립체는 도 4에 도시된 실시예의 것들과 유사하나, 다만 이러한 경우에 슬리브(31)가 저어널(3)과 통합된다.
연신 요소(7)의 단면이 전술한 중앙 축방향 통로(5)의 단면 보다 작기 때문에, 로터(1)가 조립되었을 때 샤프트(6)와 로터 본체(2) 사이에서 공동(38)이 유지된다.
설명된 실시예에서, 상기 공동(38)이 로터(1)를 통해서 냉매를 안내하기 위한 냉각 채널(39)의 일부분을 형성한다.
또한, 이러한 냉각 채널(39)은 샤프트(6)의 각각의 저어널(3 및 4) 내에 제조되고 그리고 천공 홀(40)의 하나 또는 둘 이상의 내측 분지(branches; 41)를 통해서, 그리고 이러한 경우에 상기 축방향 통로(5)의 원주방향 벽 내의 나선형 홈(42)의 일부분을 또한 통해서 상기 공동(38)에 연결된 천공 홀(40)을 포함하며, 상기 일부분은 로터 본체(2)와 상기 통로(5) 내에서 각각 연장하는 저어널(3 또는 4)의 부분 사이에서 각각 연장한다.
상기 나선형 홈(42)은 전술한 축방향 통로(5)의 축방향을 따라 실질적으로 연장하고 그리고 냉매를 위한 유동-관통 채널을 형성한다.
냉매는 저어널(3 또는 4) 중 하나 내의 천공 홀(40)을 통해서 로터(1) 내로 유동할 수 있고, 그리고 로터 본체(2)를 통해서 유동한 후에, 다른 저어널(4 또는 3) 내의 천공 홀(40)을 통해서 외부로 유동될 것이다.
외부 표면(43)의 높이에서 유체의 압축 열이 로터 본체(2)로 전달되기 때문에, 가능한 한 최적의 냉각을 획득하기 위해서 바람직하게 냉매는 외부 표면(43)에 가능한 한 근접하여 유동할 것이다.
이는, 예를 들어, 냉각 채널(39)의 직경을 가능한 한 크게 제조함으로써, 예를 들어 축방향 통로(5)의 벽 내에 상기 나선형 홈(42)을 제조함으로써, 성취될 수 있을 것이다.
로터 본체(2) 및 저어널(3 및 4)이 이러한 실시예에서 독립적으로 제조될 수 있기 때문에, 냉각 채널(39)의 직경을 용이하게 변경할 수 있을 것이고, 특히 저어널(3 및 4) 높이에서의 직경을 로터 본체(2) 내의 중앙 축방향 통로(5)의 직경 보다 작게 제조함으로써 용이하게 변경할 수 있을 것이다.
이것 때문에, 저어널(3 및 4)의 외측 직경이 제한되어 유지될 수 있고, 그에 따라 이들 저어널(3 및 4)의 강도에 최소한의 영향을 미치게 되고 그리고 베어링은 단지 제한된 치수만을 가져야 할 것이다. 다른 한편으로, 축방향 통로(5)의 비교적 큰 직경의 결과로서, 로터 본체(2)의 내측 냉각이 외측 표면으로 유도되고, 이는 이러한 냉각의 효율을 개선한다.
이러한 경우에, 로터(1)가 복합체 로터이기 때문에, 상기 냉각 채널(39)이 비교적 용이한 방식으로 구성될 수 있는 반면, 단일-피스 로터의 경우에 이는 상당히 어려울 것이다.
선택적으로, 스크류 콤프레서의 압축실 내로 냉매가 누출되는 것을 방지하기 위해서, 로터(1)가 부가적인 밀봉 수단(44)을 구비할 수 있다.
이러한 부가적인 밀봉 수단(44)은 로터 본체(2) 자체 내에 제공될 수 있고 또는 인장 요소(11 및 12)의 높이에서 제공될 수 있고 그리고 그들은, 예를 들어, 접착제(glue) 형태, O-링, 또는 유사품이 될 수 있을 것이다.
내측 냉각의 효율을 개선하기 위한 관점에서, 냉각 채널(39)을 통한 냉매의 난류 유동을 생성하도록 선택될 수 있을 것이다. 이를 위해서, 도면에 도시되지 않은 추가적인 수단이 냉각 채널(39) 내에 제공될 수 있고, 이러한 추가적인 수단은 냉매 내에서 난류를 생성하거나 또는 이미 존재하는 난류를 보강한다. 이들 부가적인 수단은, 예를 들어, 유동체 내에 그리고 샤프트(6) 상에 또는 로터 본체의 물질 내부에 정렬되거나 또는 그 일부를 형성하는, 블레이드 형상의 요소 또는 유동에 영향을 미치는 다른 요소로 이루어질 수 있다.
도 5에 따라 로터(1)를 제조하는 것은 전술한 바와 같이 도 4에 도시된 것의 제조와 유사하다.
로터 본체(2)의 내측 냉각의 이용은 특히 무-오일(oil-free) 콤프레서에서 적용하는데 특히 적합하며, 그에 따라 냉매가 압축실 내로 분사되지 않으며, 물론 그러한 냉각은 또한 액체-분사형 스크류 콤프레서에서도 적용될 수 있을 것이다.
도 6에 도시된 실시예에서, 공동(38)의 일부분이 충진제 요소(45) 또는 충진제 물질로 완전히 또는 부분적으로 충진된다. 냉매가 보다 효율적인 냉각을 달성하기 위한 관점에서 홈 또는 홈들(42) 내에서 보다 양호하게 안내되도록, 이러한 충진제 요소(45) 또는 충진제 물질이 선택된다.
충진제 요소(45)를 제조하기 위한 물질에 대한 그리고 충진제 요소(45)의 치수에 대한 충분한 근거(well-founded)에 따른 결정에 의해서, 바람직한 방식으로 로터(1)의 여러 특성들에 영향을 미칠 수 있다.
그에 따라, 로터(1)의 특성 주파수(frequency)가 희망 값을 향해서 이동될 수 있도록 충진제 요소(45)의 치수 및 물질이 결정될 수 있다
충진제 요소(45)의 특징을 변경함으로써, 또한 스크류 콤프레서 내의 로터의 진동을 희망 댐핑(damping) 인자로 감소시킬 수 있을 것이다.
다른 용도에서, 원하는 강성도를 가지는 로터(1)를 획득하기 위해서 충진제 요소(45)의 특징들이 결정될 수 있을 것이다.
물질의 적절한 선택에 의해서, 충진제 요소(45)가 제조될 수 있을 것이고, 이는 수축 또는 팽창에 의해서 내측 냉각 채널의 크기가 변화될 수 있게 허용한다. 불연속적으로 분산된 또는 혼합된 형태의 여러 물질의 조합에 의해서, 충진제 요소(45)가 목표하는 방식으로 냉각 채널의 특성에 영향을 미칠 수 있을 것이고 그리고 이러한 영향은 로터(1)의 방사상 및/또는 축방향을 따른 위치에 따라서 국부적으로 상이할 수 있을 것이다.
일반적으로, 냉매의 유동 및/또는 냉각에 특별한 방식으로 영향을 미칠 수 있는 텍스쳐(texture) 및/또는 외부 형상을 충진제 요소(45)의 외부 표면에 적용할 수 있을 것이다. 또한, 로터(1)의 축방향 및 방사상 방향으로, 충진제 요소(45)의 원주를 따라 이러한 텍스쳐 및/또는 형상이 변화될 수 있을 것이다.
또한, 공동(38)은 로터 본체(2) 내에 센서들을 위치시키기 위한 공간을 제공하는 이점을 제공한다. 이들 센서는, 예를 들어, 진동 또는 온도를 모니터링하기 위해서 이용될 수 있을 것이다.
다시, 도 6에 따라 상기 로터(1)를 제조하는 것은 도 4 및 도 5에 도시된 실시예와 유사할 것이다.
도 7은 본원 발명에 따른 로터(1)의 실시예를 도시하며, 그에 따라, 이러한 경우에, 롤링 요소를 구비하는 베어링(47)의 양 내측 링(46)이 로터(1)의 각 저어널(3 및 4) 내에 통합된다. 본원 발명에 따라서, 저어널(3 또는 4) 중 하나 만이 통합된 내측 링(46)을 구비할 수 있을 것이다.
내측 링(46)은 바람직하게 저어널(3 및 4)의 직경이 국부적으로 증가하는 형상으로 제조되며, 그에 따라 베어링의 다른 부품들도 정위치에 용이하게 장착될 수 있게 된다.
이러한 부가적인 이점을 가질 수 있는데, 이는 저어널(3 및 4)이 독립된 작은 부품들로 제조되기 때문이다. 그러한 작은 부품들은, 베어링(47)으로서 사용되기에 적합한 물질로 제조될 수 있게 허용하며 그리고 저어널(3 및 4)이 베어링(47)의 내측 링(46)으로서 이용될 수 있도록 하는 특별한 방식으로 이들 저어널(3 및 4)을 마감할 수 있게 허용한다.
이는, 보다 적은 수의 부품 및 적은 양의 물질이 사용될 수 있게 하는 이점을 제공할 뿐만 아니라, 보다 적은 베어링 직경 상태에서 보다 견고한 조립을 가능하게 하며, 그에 따라 에너지 손실이 추가적으로 감소될 수 있고, 그리고 그에 따라 로터(1)가 보다 큰 회전수로 회전될 수 있게 허용된다.
도 8에 도시된 또 다른 실시예에서, 로터 본체(2) 자체가 세그먼트(segments; 48)로 지칭되는 여러 구성 부분들로 이루어질 수 있다. 이들 세그먼트(48)는, 서로 평행하게 정렬되었을 때, 로터 본체(2)를 함께 형성한다.
바람직하게, 세그먼트(48)가 인장 요소(11 및 12)에 의해서 가해지는 압축력에 의해서 함께 유지되거나, 다른 실시예에서, 부가적인 기계적 수단이 제공되어 세그먼트들을 서로 부가적으로 연결할 수 있을 것이다.
그러한 복합체 로터 본체(2)의 여러 세그먼트(48)들은, 예를 들어, 다양한 로터 속도 또는 다양한 로터 프로파일을 가질 수 있고, 또는 그들이 다양한 물질로 제조될 수 있거나 다양한 처리작업을 거치는 동일한 물질로 제조될 수 있을 것이다.
그러한 경우에, 예를 들어, 로터 본체(2)의 길이방향을 따른 온도 전도도의 희망 편차를 고려할 수 있고, 또는 이러한 로터 본체의 길이를 따른 가변적인 물질 강도를 고려할 수 있을 것이다.
그와 같은 경우에, 물질의 비용, 온도 내성, 트리볼로지칼(tribological) 특성, 팽창 계수 및 희망하는 절연 또는 전도 특성을 고려하여, 각 세그먼트(48)에 대해서 가장 적합한 물질을 선택할 수 있다.
본원 발명의 특별한 특징에 따라서, 로터(1)의 하나 또는 둘 이상의 다른 세그먼트(48)가 다른 코팅을 구비할 수 있고, 또는 단지 특정 세그먼트(48)만이 코팅되고 다른 세그먼트는 코팅되지 않을 수 있으며, 이는 길이방향을 따른 여러 위치들에서 로터(1)의 요청되는 요건을 기초로 하는 것이다.
후자의 경우에, 코팅 소모가 감소되고 그리고 또한 코팅 중에 용매 방출이 감소되며, 그에 따라 동일한 양의 단일-피스 로터의 코팅과 관련하여, 코팅을 도포하는 스프레잉 챔버 내에서의 활성 탄소 및 필터의 수명이 상당히 연장될 수 있을 것이다.
상기 코팅들은, 예를 들어, 스크류 콤프레서 내의 각각의 로터들의 맞물림을 최적화하고 그에 따라 내부 누설 손실을 감소시키는 마모 방지(non wear proof) 층으로 이루어질 수 있다.
이동 부분들 사이의 직접적인 접촉이 허용되도록 코팅이 선택될 수 있다.
본원 발명에 따라서, 로터의 제조 시간을 줄이기 위해서 그리고 코팅 프로세스 및 마무리 프로세스로부터 초래되는 문제점들 및 관련 문제점들을 피할 수 있도록, 개별적인 샤프트(6)를 코팅하지 않을 수도 있다.
스크류 콤프레서의 작동 중에 유체 필름의 성장을 획득하기 위해서 특정 세그먼트(48)의 외부 표면(3) 상에 텍스쳐(texture)를 제공할 수 있으며, 한편으로 다른 세그먼트(48)에는 그러한 텍스쳐가 적용되지 않거나 또는 다른 텍스쳐가 적용될 수 있을 것이다.
특히, 그러한 텍스쳐를 로터(1)의 외측 세그먼트(48)의 하나 또는 양자에 그리고 보다 구체적으로 그 단부 평면에 적용하는 것을 고려할 수 있을 것이다.
필요한 경우에, 스크류 콤프레서에 장착되었을 때 로터(1)의 예상되는 열 팽창을 고려하여, 다른 세그먼트(48)의 외측 직경을 또한 변화시킬 수 있을 것이다.
최종적으로 얻어진 복합체 로터(1)가 또한 필요한 경우에 전체적으로 코팅될 수 있을 것이다. 또한, 이는, 본원 발명의 범위에 포함되는 전술한 로터(1)의 실시예에도 마찬가지로 적용될 수 있을 것이다.
예로서 설명된 실시예들의 특징이 다른 특징들과 조합되어 또 다른 실시예를 제공할 수 있을 것이며, 그러한 다른 실시예들 역시 본원 발명의 범위에 포함될 것이다.
설명된 실시예들에서, 스크류 연결부들이 연결 수단으로서 이용된다. 그러나, 이러한 연결부들은 또한 다른 방식으로 구현될 수 있을 것이다. 일부 예를 들면, 핀-핀 홀 연결부, 쐐기-쐐기 홀 연결부 또는 피팅 슬리브(fitting sleeve)를 이용하는 것이다.
최종 위치에서의 용접, 브레이징, 수축식 장착, 납땜 등에 의해서, 인장 요소(11 및 12)가 샤프트(6)에 대해서 고정될 수 있을 것이다.
로터(1)의 서로 다른 부분들이 서로 다른 물질로부터 제조될 수 있고 또는 다르게 처리된 단일 물질로 제조될 수 있다. 또한, 서로 다른 부품들이 물질들의 조합으로 제조될 수 있을 것이다.
앞선 실시예들에서, 단일 연신 요소(7)에 대해서만 설명하였지만, 본원 발명이 그러한 것으로 제한되지 않는다는 것이 분명한데, 이는 병렬 또는 직렬로 배치된 몇 개의 연신 요소(7)들도 이용될 수 있기 때문이다.
모든 실시예들에서, 예를 들어, 진동 또는 온도 등을 측정하기 위해서, 센서(49)가, 도 8에 도시된 바와 같이, 연신 요소(7)와 로터 본체(2) 사이의 공간(38) 내에 설치될 수 있다는 것을 분명하게 이해할 수 있을 것이다.
본원 발명에 따라서, 인장 요소(11 또는 12) 중 하나가 로터 본체(2)와 일체형 부분일 수 있을 것이다.
그러한 예가 도 9에 도시되어 있으며, 여기에서 2개의 부분(2A 및 2B)으로 이루어진 로터 본체(2)를 구비한 로터(1)가 도시되어 있으며, 상기 부분(2A)은 저어널(4) 및 샤프트(6)의 부분(6A)과 일체로 형성되어 있으며, 그에 따라 로터 본체(2)의 부분(2A)은 로터 본체(2)의 부분(2B)을 통한 중앙 통로(5B) 보다 큰 직경을 가지는 부분으로 제조된다.
로터 본체(2)의 부분(2A) 및 그에 통합된 샤프트(6)의 부분(6A)은 내부에서 연신 요소(7)가 연장하는 중앙의 천공 홀(5A)을 구비하며, 상기 연신 요소는 일단부가 저어널(4)의 천공 홀(5A)에 스크류 체결되고 그리고 타단부가 천공될 홀(5A) 내에서 축방향으로 변위될 수 있는 저어널(3) 상에 스크류 체결되며, 이때 상기 연신 요소(7)는 인장 요소(11 및 12)에 의해서 예인장되어(pre-tensioned) 유지되며, 상기 인장 요소는 한편으로 저어널(3) 상에 스크류 체결된 스크류 부싱으로서 그리고 다른 한편으로 로터 본체(2)의 부분(2A)으로서 제조되고 그리고 로터 본체(2)의 부분(2B)에 의해서 이격되어 유지된다.
도 10은 본원 발명에 따른 로터(1)의 또 다른 변형예를 도시하며, 이러한 경우에, 저어널(4)이 축방향 중앙 천공 홀(5)을 구비한 로터 본체(2)와의 일체형 부분으로서 제조된다.
연신 요소(7)는 천공 홀(5) 내에서 부분적으로 연장하고 그리고 천공 홀(5) 내에 위치된 단부에서 천공 홀(5)의 직경 보다 작은 직경의 축소된(constricted) 원통형 부분(50)을 구비하는 샤프트(6)의 감소부로서 제공되고, 여기에서 별모양 와셔(51) 등과 같은 변형가능한 요소의 형상을 가지는 하나 또는 둘 이상의 고정 요소가 정렬되며, 이는 샤프트(6)와 천공 홀(5)의 내측 벽 사이에 클램핑된다.
이들 별모양 와셔(51)는 천공 홀(5)의 직경 보다 다소 큰 외측 직경을 가지고 그리고, 도 11에 도시된 바와 같이, 좁아진 단부(50)에서 기울어진 방식으로 배치된다.
조립 중에, 로터 본체(2)가 인장 요소(11)에 닿을 때까지 천공 홀(5)을 가지는 로터 본체(2)가 연신 요소(7) 상으로 슬라이딩되고, 그 후에 연신 요소(7)를 다소 연신시키는 것에 의한 인장력의 예인장 하에서 연신 요소(7)가 배치된다.
연신 요소(7)가 다시 느슨해지도록 그리고 결과적으로 별모양 와셔(51)를 저어널(3)의 방향으로 천공 홀로부터 다시 당기는 경향을 가지도록, 인장력이 제거될 수 있을 것이다.
그러나, 별모양 와셔(51)의 기울어진 배치로 인해서, 후자는 저어널(3)의 방향을 따른 이러한 운동에 대해서 저항할 것이고 그리고 도 10에 도시된 바와 같이, 이들 별모양 와셔(51)는 약간 당겨질 것이고, 그리고 연신 요소(7)의 원통형 부분(50)과 중앙의 천공 홀(5) 사이에서 클램핑될 것이다.
별모양 와셔(51)는 천공 홀(5)로부터 연신 요소(7)가 제거되는 것을 방지하는 후크 인 것처럼 거동하며, 그에 따라 이들 별모양 와셔는 로터 본체(2)에 대해서 단부(50)의 축방향 록킹 또는 블록킹(blocking)을 제공하며, 그리고 그에 따라, 로터 본체(2)의 적어도 일부를 예인장하에서 유지하는 역할을 한다.
본원 발명은 예로서 설명되고 도면에 도시된 실시예들로 제한되지 않고, 본원 발명에 따른 스크류 콤프레서를 위한 로터(1)는 본원 발명의 범위 내에서도 많은 형상 및 치수로 제조될 수 있을 것이다.

Claims (32)

  1. 로터 본체(2) 및 샤프트(6)를 포함하는 스크류 콤프레서용 로터(1)로서, 상기 샤프트는 상기 로터 본체(2) 내의 중앙의 또는 대략적으로 중앙의 축방향 천공 홀 또는 통로(5) 내로 또는 그것을 통해서 적어도 일부분이 연장하는, 스크류 콤프레서용 로터에 있어서,
    상기 샤프트(6)는 연신 요소(7)를 포함하고, 그에 따라 로터 본체(2) 또는 로터 본체의 하나 이상의 부분이 인장 요소(11 및 12)에 의해서 샤프트(6) 상에서 유지되고, 상기 인장 요소는 샤프트에 대해서 축방향으로 록킹되거나 록킹될 수 있고 그리고 상기 연신 요소(7)에 의해서 서로 연결되며, 상기 연신 요소는, 로터 본체(2)를 샤프트(6)에 조립하는 동안에, 인장 로드에 의해서 예인장되고 그리고 상기 인장 요소(11 및 12)를 록킹하고 인장 로드를 제거한 후에, 축방향 예인장 상태로 유지되고, 상기 축방향 예인장 상태는, 로터(1)가 설치되지 않았을 때, 연신 요소(7)의 재료의 항복 강도의 30 퍼센트 이상에 상당하고, 그리고 이는 로터 본체(2) 또는 로터 본체의 일부에 의해서 서로 이격되어 유지되는 인장 요소(11 및 12)에 의해서 이루어지는, 스크류 콤프레서용 로터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 인장 로드를 제거한 후에, 상기 연신 요소(7)는 연신 요소(7) 물질의 항복 강도의 50 퍼센트 이상의, 그리고 바람직하게 이러한 항복 강도의 70 퍼센트 이상의 축방향 예인장하에서 유지되는, 스크류 콤프레서용 로터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 로터(1)가 장착된 상태에서 상기 샤프트(6)와 로터 본체(2) 사이에, 보다 구체적으로 연신 요소(7) 와 로터 본체(2) 사이에 공동(38)이 존재하는, 스크류 콤프레서용 로터.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 공동(38)이 로터(1)를 통해서 냉매를 안내하기 위한 냉각 채널(39)의 일부인, 스크류 콤프레서용 로터.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 냉각 채널(39)이 상기 샤프트(6)의 저어널(3 및 4) 내에 제공되고 그리고 하나 또는 둘 이상의 내측 분지(41)에 의해서 상기 공동(38)과 연결되는 천공 홀(40)을 포함하는, 스크류 콤프레서용 로터.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 냉각 채널을 상기 로터 본체(2)로부터 밀봉하기 위한 밀봉 수단(44)이 제공되는, 스크류 콤프레서용 로터.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 밀봉 수단(44)이 로터 본체(2) 내에 제공되는, 스크류 콤프레서용 로터.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 밀봉 수단(44)이 상기 인장 요소(11 및 12)에 인접하여 제공되는, 스크류 콤프레서용 로터.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 축방향으로 연장하고 그리고 냉매를 위한 유동-관통 채널을 형성하는 중앙의 또는 대략 중앙의 축방향 통로(5)의 벽 내에 나선형 홈(42)이 제공되는, 스크류 콤프레서용 로터.
  10. 제 3 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공동(38)의 적어도 일부가 충진제 요소(45) 및/또는 충진제 물질로 충진되는, 스크류 콤프레서용 로터.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 로터(1)의 특성 주파수(frequency)를 희망 값으로 이동시키기 위해서, 상기 충진제 요소(45) 및/또는 충진제 물질의 치수 및 물질이 결정되는, 스크류 콤프레서용 로터.
  12. 제 10 항에 있어서, 로터 진동에 대한 희망하는 댐핑 인자(damping factor)를 획득하기 위해서 상기 충진제 요소(45) 및/또는 충진제 물질의 치수 및 물질이 결정되는, 스크류 콤프레서용 로터.
  13. 제 10 항에 있어서, 희망하는 로터(1)의 강성도를 획득하기 위해서 상기 충진제 요소(45) 및/또는 충진제 물질의 치수 및 물질이 결정되는, 스크류 콤프레서용 로터.
  14. 제 3 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 센서(39)가 상기 공동(38) 내에 제공되는, 스크류 콤프레서용 로터.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 로터 본체(2)가 몇 개의 부분 또는 세그먼트(47)로 이루어지고 그리고 상기 로터 본체(2)의 구성 부분들이 서로 상이한 로터 피치를 가지는, 스크류 콤프레서용 로터.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 로터(1)의 둘 이상의 부분들이 서로 다른 물질로 제조되거나 서로 다르게 처리된 동일한 물질로 제조되는, 스크류 콤프레서용 로터.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 롤링 요소를 가지는 베어링(47)의 내측 링(46)이 상기 로터(1)의 저어널(3 및 4) 중 하나 또는 양자에 통합되는, 스크류 콤프레서용 로터.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연신 요소(7) 내의 인장력의 크기 및 상기 인장 요소(11 및 12)에 의해서 상기 로터 본체(2)에 가해지는 상응하는 압축력이 적어도 1 x 104 Newton에 상당하는, 스크류 콤프레서용 로터.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연신 요소(7)가 상기 샤프트(6)의 일부에 걸쳐 적용되는 감소부의 형상으로 제조되는, 스크류 콤프레서용 로터.
  20. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연신 요소(7)가 해당 연신 요소(7)를 각각의 저어널(각각, 3 또는 4)과 연결하기 위한 연결 수단을 각 단부에 구비하는 독립적인 부분으로 제조되는, 스크류 콤프레서용 로터.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 연결 수단은 해당 단부에 대한 각각의 상응하는 저어널(각각, 3 또는 4)에서 중앙의 천공 홀(27) 내에 제공되는 내측 스크류 나사(28)와 협력하고 연신 요소(7) 상에 제공되는 외측 스크류 나사(37)로 이루어지는, 스크류 콤프레서용 로터.
  22. 제 20 항에 있어서, 상기 연결 수단은 해당 단부에 대한 상응하는 저어널(각각, 3 또는 4)에서 대응 연결 수단과 협력하는 핀, 핀 홀, 쐐기, 쐐기 리세스 및/또는 피팅 슬리브를 포함하는, 스크류 콤프레서용 로터.
  23. 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인장 요소(11 및 12)가 특정 두께를 가지는 일 측부 상에서 부시(31 또는 32)로서 제공되고, 상기 부시가 로터 본체(2)의 해당 단부 평면(9 또는 10)과 상응 저어널(각각, 3 또는 4) 상에 제공된 상승된 엣지(29) 사이에 정렬되는, 스크류 콤프레서용 로터.
  24. 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인장 요소(11 및 12) 중 하나 이상이 저어널(4)에 장착된 너트(15)의 형상으로 제조되고, 그에 따라 너트(15)의 스크류 나사(16)가 상기 로터 본체(2)와의 연결에서 상기 저어널(4) 상의 외측 스크류 나사(17)와 협력하고 그리고 그에 따라 상기 너트(15)의 단부 면(18)이 로터 본체(2)의 단부 평면(10)에 대항하고(rest against); 그리고 상기 너트(15)가 상응 저어널(4) 상에 스크류 체결되고, 그에 따라 상기 너트(15)가 상기 저어널(4) 상에서 상승된 엣지(20)와 접촉하게 되는, 스크류 콤프레서용 로터.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 인장 요소(11 및 12) 중 하나 또는 양자는 해당 단부에 제공되는 홀 또는 홈과 협력하는 핀, 쐐기 또는 피팅 슬리브와 고정되는, 스크류 콤프레서용 로터.
  26. 제 24 항에 있어서, 상기 인장 요소(11 및 12) 중 하나 또는 양자가 용접, 브레이징, 납땜 또는 수축-장착에 의해서 최종 위치에 고정되는, 스크류 콤프레서용 로터.
  27. 제 1 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인장 요소(11 및 12) 중 하나 이상이 상기 로터 본체(2)의 내측 스크류 나사(16)와 협력하는 상응 저어널(4) 상에 제공된 외측 스크류 나사(17)의 형상을 가지는, 스크류 콤프레서용 로터.
  28. 제 1 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인장 요소(11 및 12) 중 하나 이상은 상기 연신 요소의 단부와 상기 로터 본체(2) 내의 중앙의 또는 대략 중앙의 축방향 천공 홀 사이에 정렬되는 소위 별모양 와셔 등과 같은 변형가능 요소 형상의 스냅핑 요소의 형상으로 제조되는, 스크류 콤프레서용 로터.
  29. 제 1 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인장 요소(11 및 12) 중 하나 이상이 로터 본체(2)의 일부분으로서 제조되고, 상기 일부분이 전체적으로 상기 샤프트와 함께 형성되는, 스크류 콤프레서용 로터.
  30. 제 1 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 따른 로터를 제조하기 위한 방법으로서:
    - 중앙의 또는 대략 중앙의 축방향 천공 홀 또는 통로를 로터 본체(2) 내에 제공하는 단계;
    - 이러한 천공 홀(5) 내에 샤프트(6)의 적어도 일부분을 장착하는 단계로서, 그에 따라 상기 샤프트(6)가 연신 요소(7)를 포함하는, 샤프트의 적어도 일부분을 장착하는 단계;
    - 이러한 연신 요소(7)를 예비-응력화(pre-stress)하기 위해서 인장 응력하에서 연신 요소(7)를 로딩하는 단계;
    - 인장 요소(11 및 12)를 상기 연신 요소(7)의 양 측면 상에 제공하는 단계로서, 상기 연신 요소(7)는 인장 요소(11 및 12)를 서로 연결하고, 상기 인장 요소들은 인장 로드가 제거된 후에 로터 본체(2)에 의해서 또는 그 일부분에 의해서 서로 분리되고 그에 따라 연신 요소를 예인장하에서 유지하는 위치에서 상기 샤프트(6)에 대해서 축방향으로 록킹되거나 록킹될 수 있는, 인장 요소 제공 단계를 포함하는, 로터 제공 방법.
  31. 제 30 항에 있어서, 상기 인장 응력이 제공되며, 그에 따라 이러한 인장 응력의 제거 후에, 연신 요소(7)가 축방향 예비-응력 하에서 유지되고, 상기 축방향 예비-응력은, 상기 로터(1)가 설치되지 않은 경우에, 연신 요소(7)의 물질의 항복 강도의 30 퍼센트 이상에 상당하는, 로터 제공 방법.
  32. 제 30 항에 있어서, 상기 인장 로드가 제공되며, 이러한 인장 로드가 제거된 후에, 상기 연신 요소(7)가 연신 요소(7)의 물질의 항복 강도의 50 퍼센트 이상의, 그리고 바람직하게 이러한 항복 강도의 70 퍼센트 이상의 축방향 예인장 하에서 유지되는, 로터 제공 방법.
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