KR20130086201A - 펌프 - Google Patents

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KR20130086201A
KR20130086201A KR1020137000364A KR20137000364A KR20130086201A KR 20130086201 A KR20130086201 A KR 20130086201A KR 1020137000364 A KR1020137000364 A KR 1020137000364A KR 20137000364 A KR20137000364 A KR 20137000364A KR 20130086201 A KR20130086201 A KR 20130086201A
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클리베 프레드릭 콜리어
알랜 어니스트 킨네어드 홀드브룩
데이비드 베드웰
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에드워즈 리미티드
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Abstract

본 발명은 베어링 캐리어(48)에 의해 유지되는 베어링(38)에 의해 회전하도록 지지되는 샤프트(15)를 포함하고, 상기 베어링 캐리어는 펌프 하우징(12)에 대해 고정된 대체로 외측의 반경방향 부분(52) 및 베어링에 대해 고정된 대체로 내측의 반경방향 부분(54)을 갖는 펌프(10)에 관한 것이며, 여기서 캐리어는 베어링의 반경방향 이동을 제한하고 축방향 이동을 허용하기 위해 상기 내측 부분과 상기 외측 부분 사이의 반경방향에서 강성이고 축방향에서 가요성이다.

Description

펌프{PUMP}
본 발명은 펌프 그리고 특히, 그러나 비배타적으로, 스크롤 펌프(scroll pump) 및 이의 베어링 캐리어(bearing carrier)에 관한 것이다. 본 발명은 또한 예를 들어 전기 모터와 같은 다른 응용을 찾을 수 있다.
스크롤 펌프는 고정 스크롤 및 선회 스크롤을 포함한다. 선회 스크롤은 구동 샤프트의 이심(eccentric) 샤프트 부분에 의해 구동되어 고정 스크롤에 대해 선회한다. 구동 샤프트는 모터에 의해 회전된다. 구동 샤프트의 회전은 선회 스크롤에 고정 스크롤에 대한 선회 운동을 부여하여 스크롤 배열의 입구로부터 출구로 유체를 펌핑한다.
종래 기술의 스크롤 펌프의 일부분이 도 6에 보다 상세하게 도시되어 있다. 고정 스크롤은 간략함을 위해 도시되어 있지 않다. 펌프는 동심(concentric) 샤프트 부분(104) 및 이심 샤프트 부분(106)을 갖는 구동 샤프트(102)를 포함한다. 샤프트는 펌프 하우징(112)에 대해 고정된 제 1 부분(110) 및 동심 샤프트 부분에 대해 고정된 제 2 부분(114)을 갖는 모터(108)에 의해 구동된다.
동심 샤프트 부분(104)은 제 1 베어링(116) 및 제 2 베어링(118)에 의해 회전하도록 지지된다. 제 2 베어링(118)은 상대 각방향 이동을 허용하도록 이심 샤프트 부분에 대해 선회 스크롤(120)을 지지하여, 샤프트의 회전시 선회 운동이 선회 스크롤에 부여된다.
제 1 베어링(116)은 샤프트(102)에 대해 고정된 내측 레이스(race)(122) 및 베어링 캐리어(126)에 맞대어져 위치된 외측 레이스(124)를 갖는다. 베어링 캐리어는 하우징의 일부를 형성할 수 있으며, 하우징에 대해 고정된다. 다수의 볼(128)이 베어링 캐리어에 대한 샤프트의 회전을 허용한다.
내측 레이스가 반경방향과 축방향 둘 모두에서 구동 샤프트에 대해 고정되도록 체결 부재(130)가 내측 레이스(122)를 동심 샤프트 부분의 반경방향으로 연장되는 쇼울더(shoulder)에 대해 적절한 위치에 체결한다. 외측 레이스는 예를 들어 열로 인한 축방향으로의 샤프트의 팽창 및 수축을 허용하도록 베어링 캐리어(126)에 대해 축방향으로 활주할 수 있다. 이러한 활주 운동은 또한 부품 허용 오차로부터 유래하는 축방향 부품 치수에 있어서의 편차를 메커니즘이 수용하는 것을 가능하게 한다. 스프링 부재(132)가 베어링 캐리어의 반경방향 내향으로 지향된 립(lip)(134)과 외측 레이스 사이에 위치되고, 외측 레이스 및 샤프트를 (도 6의 우측을 향해) 축방향으로 편의시킨다. 이러한 사전로딩된 시스템에 의해 발생되는 힘은 선(136)으로 도시되어 있으며, 샤프트의 축방향 이동에 대한 저항을 제공하여 후방 및 전방 이동의 양을 감소시킨다. 유사하지만 상보적인 힘이 제 2 베어링(118)에서 발생된다. 베어링 캐리어(126)는 고정 부재이며 이에 따라 반경방향 이동을 방지한다. 특히 스크롤 배열이 윤활되지 않는 경우 효율적인 펌핑을 위해 선회 스크롤(120)과 고정 스크롤 사이의 축방향 및 반경방향 허용 오차가 작을 필요가 있기 때문에, 샤프트의 축방향 및 반경방향 이동은 제한되어야 한다.
그러나, 제 1 베어링(116) 및 베어링 캐리어(126) 상의 축방향 및 반경방향 하중은 전형적으로 프레팅(fretting)에 의한 손상을 야기하여, 규칙적인 간격의 베어링 교체를 필요하게 만들며, 이는 소유 비용을 증가시킨다.
본 발명은 펌프를 위한 개선된 베어링 조립체를 제공한다.
본 발명은, 펌프에 있어서, 베어링 캐리어(bearing carrier)에 의해 유지되는 베어링에 의해 회전하도록 지지되는 샤프트를 포함하고, 상기 베어링 캐리어는 펌프 하우징에 대해 고정된 대체로 외측의 반경방향 부분 및 상기 베어링에 대해 고정된 대체로 내측의 반경방향 부분을 가지며, 상기 캐리어는 상기 베어링의 반경방향 이동을 제한하고 축방향 이동을 허용하기 위해 상기 내측 부분과 상기 외측 부분 사이의 반경방향에서 강성이고 축방향에서 가요성인 펌프를 제공한다.
본 발명이 충분히 이해될 수 있도록, 단지 예로서 제공되는 본 발명의 일부 실시예가 이제 도면을 참조해 설명될 것이다.
도 1은 스크롤 펌프의 개략도,
도 2는 도 1의 스크롤 펌프의 일부분을 보다 상세하게 도시하는 도면,
도 3은 도 1의 스크롤 펌프의 베어링 캐리어를 도시하는 도면,
도 4는 대안적인 베어링 캐리어를 도시하는 도면,
도 5는 다른 스크롤 펌프의 일부분을 도시하는 도면,
도 6은 종래 기술의 스크롤 펌프의 일부분을 도시하는 도면.
스크롤 압축기 또는 펌프(10)가 도 1에 도시되어 있다. 펌프(10)는 펌프 하우징(12)과, 동심 샤프트 부분(15) 및 이심 샤프트 부분(16)을 갖는 구동 샤프트(14)를 포함한다. 샤프트(14)는 모터(18)에 의해 구동되고 이심 샤프트 부분은 선회 스크롤(20)에 연결되어, 사용 동안에 샤프트의 회전은 선회 스크롤에 고정 스크롤(22)에 대한 선회 운동을 부여하여 압축기의 펌프 입구(24)와 펌프 출구(26) 사이의 유체 유동 경로를 따라 유체를 펌핑한다.
고정 스크롤(22)은 대체로 원형인 기부 플레이트(30)에 대해 수직으로 연장되는 스크롤 벽(28)을 포함하고, 축방향 단부 면 또는 표면(29)을 갖는다. 선회 스크롤(20)은 대체로 원형인 기부 플레이트(36)에 대해 수직으로 연장되는 스크롤 벽(34)을 포함하고, 축방향 단부 면 또는 표면(35)을 갖는다. 선회 스크롤 벽(34)은 선회 스크롤의 선회 이동 동안에 고정 스크롤 벽(28)과 협력하거나 맞물린다. 스크롤들의 상대 선회 이동은 소정 체적의 기체가 스크롤들 사이에 포집되고 입구로부터 출구로 펌핑되게 한다.
스크롤 펌프는 건식 펌프이고 윤활되지 않을 수 있다. 특히 윤활되지 않는 경우, 역누출을 방지하기 위해, 스크롤들 사이의 축방향 및 반경방향 허용 오차는 정밀하게 유지되어야 한다. 하나의 스크롤의 스크롤 벽의 축방향 단부(29, 35)와 다른 스크롤의 기부 플레이트(30, 36) 사이의 공간은, 일반적으로 팁 시일(seal)을 포함하는 밀봉 배열에 의해 밀봉된다.
사용 동안에 펌프는 온도가 증가되지만, 펌프 내의 모든 구성요소가 동일한 속도로 증가되는 것은 아니며, 또한 상이한 열팽창 계수로 인해, 샤프트(14)는 펌프 하우징(12)보다 더 큰 정도까지 온도의 변화에 응답한다. 따라서, 동심 샤프트 부분의 제 1 베어링 및 제 2 베어링(38, 40)은 선회 스크롤과 고정 스크롤 사이의 축방향 및 반경방향 허용 오차에 영향을 미치는 일 없이 샤프트의 팽창 및 수축을 수용해야 한다. 또한, 제 1 베어링 및 제 2 베어링(38, 40)은 바람직하게는 제조 허용 오차 내에서 제조된 소정 범위의 길이 내의 상이한 길이를 갖는 샤프트들을 수용한다.
베어링 배열이 도 2 및 도 3을 참조해 보다 상세하게 설명될 것이다. 고정 스크롤(22)은 간략함을 위해 도 2에 도시되어 있지 않다.
도 2에 도시된 바와 같이, 구동 샤프트(14)는 동심 샤프트 부분(15) 및 이심 샤프트 부분(13)을 갖는다. 샤프트는 펌프 하우징(12)에 대해 고정된 제 1 부분(17) 및 동심 샤프트 부분(15)에 대해 고정된 제 2 부분(19)을 갖는 모터(16)에 의해 구동된다. 제 2 부분(19)은 제 1 부분(17)에 대해 축방향으로 소정 정도까지 자유롭게 이동한다.
동심 샤프트 부분(15)은 제 1 베어링(38) 및 제 2 베어링(40)에 의해 회전하도록 지지된다. 제 3 베어링(42)은 상대 각방향 이동을 허용하도록 이심 샤프트 부분에 대해 선회 스크롤(20)을 지지하여, 샤프트의 회전시 선회 운동이 선회 스크롤에 부여된다.
제 1 베어링(38)은 샤프트(14)에 대해 고정된 내측 레이스(44) 및 베어링 캐리어(48)에 고정된 외측 레이스(46)를 갖는다. 다수의 볼(50)이 베어링 캐리어(48)에 대한 샤프트(14)의 회전을 허용한다. 베어링 캐리어(48)는 하우징(12)에 대해 고정된 반경방향 외측 부분(52) 및 제 1 베어링(38)의 외측 레이스(46)에 고정된 반경방향 내측 부분(54)을 갖는다. 이러한 예의 반경방향 내측 부분은 외측 레이스가 반경방향 내측 부분(54)에 의해 유지되도록 외측 레이스(46)에 고정하기 위한 반경방향으로 연장되는 립(58)을 갖는 환형 시트(seat)(56)를 포함한다. 내측 레이스(44)는 체결 부재(60)와 샤프트의 쇼울더 사이에서 샤프트에 고정된다.
도 3에 보다 상세하게 도시되어 있는 베어링 캐리어(48)는 베어링(38)의 반경방향 이동은 제한하지만 축방향 이동은 허용하도록 구성된다. 베어링 캐리어는 이러한 예에서 샤프트 부분(15)의 축(A)을 따라 캐리어가 휘어지게 하는, 캐리어를 통한 개구(64)들 사이에 위치된 대체로 가요성인 3개의 지지 부분(62)을 포함하는 중간 부분을 갖는다. 그러나, 지지 부분은 그렇지 않으면 선회 스크롤과 고정 스크롤의 오정렬을 야기할 샤프트의 반경방향 이동을 제한하도록 반경방향에서는 강성이다. 캐리어의 내측 부분(54)이 베어링(38)의 외측 레이스(46)에 대해 고정되기 때문에(도 3에 도시되지 않음), 베어링은 도 5에 도시된 종래 기술의 배열에서 그러한 것과 같이 캐리어에 대해 활주할 필요가 없고, 이에 따라 베어링(38)은 손상을 덜 입으며 더 긴 간격의 교체를 필요로 한다.
대안적인 베어링 캐리어(78)가 도 4에 도시되어 있다. 이러한 배열에서, 중간 부분은 샤프트 부분(15)의 축(A)을 따라 캐리어가 휘어지게 하는, 캐리어를 통한 인접 개구(82)들 사이에 각각 위치된 다수의 가요성 지지 부분(80)을 포함하는 스포크(spoke) 구조물을 형성한다. 그러나, 지지 부분은 그렇지 않으면 선회 스크롤과 고정 스크롤의 오정렬을 야기할 샤프트의 반경방향 이동을 제한하도록 반경방향에서는 강성이다. 많은 수의 지지 부분(도시된 바와 같이 16개)의 제공은 베어링 캐리어 상의 반경방향 하중을 그것의 원주 둘레에 분포시킨다.
도 2의 배열에서, 베어링 캐리어는 선(66)으로 표시된 방향으로 베어링(38)에 대해 작용하도록 내부적으로 편의되며, 이에 의해 축방향(A1)으로의 베어링(38)의 축방향 이동에 대해 저항한다. 이러한 방식으로 샤프트의 열팽창은 허용되지만 선(68)으로 표시된 힘이 제 2 베어링(40)에서 유지되어 선회 스크롤과 고정 스크롤 사이의 축방향 간격이 일반적으로 일정하게 유지된다. 베어링 캐리어(48)는 예를 들어 알루미늄 또는 강철로부터 제조될 수 있지만 이들 재료로 한정되지 않으며, 제위치에 끼워맞춤될 때 베어링(38)에 요구되는 힘을 가하도록 사전-로딩될 수 있다.
도 5에 도시된 다른 배열에서, 베어링 캐리어(70)는 스크롤들 사이의 축방향 간격을 대체로 일정하게 유지하도록 외부적으로 편의된다. 이 점에 있어서, 도시된 바와 같은 접시 스프링(Belleville spring)(72) 또는 다른 적합한 스프링일 수 있는 편의 수단이 베어링 캐리어(70)를 사전-로딩하기 위해 베어링 캐리어의 내측 부분(74)과 고정 하우징 부분(76) 사이에 위치된다. 베어링 캐리어의 축방향 강성은 편의 수단보다 실질적으로 작으며, 매우 작은 사전-하중을 전달하거나 사전 하중을 전혀 전달하지 않는다.
본 명세서에 기재된 바와 같은 베어링 캐리어 배열은 또한, 진공 펌프의 요건과 유사한 축방향 및 반경방향 이동 요건을 갖는, 베어링 배열에 의해 회전하도록 지지되는 샤프트를 포함한, 다른 장치에서의 용도를 발견할 수 있음이 이해될 것이다.

Claims (7)

  1. 펌프에 있어서,
    베어링 캐리어(bearing carrier)에 의해 유지되는 베어링에 의해 회전하도록 지지되는 샤프트를 포함하고, 상기 베어링 캐리어는 펌프 하우징에 대해 고정된 대체로 외측의 반경방향 부분 및 상기 베어링에 대해 고정된 대체로 내측의 반경방향 부분을 가지며, 상기 캐리어는 상기 베어링의 반경방향 이동을 제한하고 축방향 이동을 허용하기 위해 상기 내측 부분과 상기 외측 부분 사이의 반경방향에서는 강성이고 축방향에서는 가요성인
    펌프.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 베어링 캐리어는 제 2 축방향으로의 상기 베어링의 축방향 이동에 저항하기 위해 제 1 축방향으로 상기 베어링에 축방향 힘을 인가하도록 사전-로딩(pre-loading)되는
    펌프.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 베어링 캐리어는 상기 사전-로딩된 축방향 힘을 제공하도록 내부적으로 편의되는
    펌프.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 사전-로딩된 축방향 힘을 제공하기 위해 상기 베어링 또는 상기 베어링 캐리어의 상기 내측 부분 중 하나와 상기 하우징 사이에 위치된 스프링을 포함하는
    펌프.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베어링 캐리어는 상기 반경방향에서는 강성이고 상기 축방향에서는 가요성인, 상기 내측 반경방향 부분과 상기 외측 반경방향 부분 사이의 중간 부분을 갖는
    펌프.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 중간 부분은 상기 베어링 캐리어를 통한 개구에 의해 이격된 대체로 반경방향으로 연장되는 복수의 지지 부분을 포함하는
    펌프.
  7. 실질적으로 본 명세서의 첨부 도면에 도시되고 설명된 바와 같은
    펌프 또는 베어링 캐리어.
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