KR20170024056A

KR20170024056A - 한 쌍의 연동형 스크류 로터

Info

Publication number: KR20170024056A
Application number: KR1020177002450A
Authority: KR
Inventors: 에리크 투레스손
Original assignee: 스벤스카 로토르 마스키너 아베
Priority date: 2014-06-26
Filing date: 2014-06-26
Publication date: 2017-03-06
Also published as: EP3161261A1; BR112016028743A2; CN106460515A; US10451065B2; WO2015197123A1; CN106460515B; TR201808185T4; US20170227009A1; RU2017102329A3; EP3161261B1; RU2017102329A; RU2667572C2; JP2017519153A; BR112016028743B1

Abstract

본 발명은 수형 로터 및 암형 로터를 포함하는 한 쌍의 연동형 스크류 로터를 개시한다. 수형 로터는 헬리컬 형상으로 연장되는 로브 및 중간 그루브들을 갖고, 암형 로터는, 상기 수형 로터의 상기 헬리컬 형상으로 연장되는 로브들 및 중간 그루브들과 맞물리도록 구성되는, 헬리컬 형상으로 연장되는 로브들 및 중간 그루브들을 구비한다. 암형 로터는 피치 원을 정의하는 피치 반경을 갖는다. 암형 로터의 각 그루브들은 적어도 3개의 오목한 섹션을 포함하는 제1 플랭크를 구비하고, 제1 섹션은 그루브의 반경 방향의 최내측 점을 포함하거나 바로 인접하게 배치된다. 제2 섹션은 피치 원의 외부에 위치되는 중심을 갖는 반경을 구비하는 원호 형상으로 마련된다. 제3 섹션은 피치 원 외부에 위치되는 중심을 갖는 반경을 구비하는 원호 형상으로 마련된다. 제3 섹션의 반경은 피치 원과 그루브의 반경 방향의 최내측 점 사이의 반경 거리보다 더 큰 제2 섹션의 반경보다 더 크다.

Description

한 쌍의 연동형 스크류 로터{PAIR OF CO-OPERATING SCREW ROTORS}

본 발명은 회전식 스크류 압축기와 같은 용적형 머신(positive displacement machines)용 스크류 로터 분야에 관한 것이다.

회전식 스크류 머신용 스크류 로터는 당 업계에 공지되어 있다. 각각의 로터는 헬리컬 형상으로 연장되는 로브들(lobes)과 중간 그루브들(grooves)을 가지며, 이 로터들은 이들을 통해 상호 맞물려 있고, 하나의 로터는, 로터 축들에 수직인 섹션(section) 내에 있는 각각의 로브가, 둘 다 실질적으로 볼록한 선두 로브 플랭크(flank) 및 후미 로브 플랭크를 갖는 수형 로터(male rotor)이다. 다른 하나의 로터는 암형 로터이고 상기 섹션 내에 있는 각각 로브가, 둘 다 실질적으로 오목한 선두 및 후미 로브 플랭크를 갖는 암형 로터(female rotor)이다. 이 수형 및 암형 로터의 각 로브는 상기 섹션 내에서 비대칭형 프로파일(profile)을 갖는다.

본 발명의 이 로터들이 의도되는 종류의 회전식 스크류 머신(machine)에 있어서, 압축성 매체는, 2개의 교차하는 원형 실린더의 형상을 갖는, 한 쌍의 로터들을 밀봉되게 에워싸는 작동 공간에서 2개의 로터들을 상호 맞물리게 함으로써 압축 또는 팽창된다.

그러한 머신(machine)의 기능과 효율에 대해 결정적인 것은 그 로터의 형상, 더 정확하게는 로터 로브의 플랭크의 형상이다.

통상적으로, 작동 중인 로터 스크류 압축기에 있어서, 로터들 중 하나만이 구동되어 토크를 피동 로터인 다른 하나의 로터에 전달한다. 일반적으로 오일 또는 물과 같은 액체가 그 머신(machine)의 작업 공간으로 주입되며, 이 액체는 윤활, 냉각 및 밀봉 목적을 위해 로브들의 플랭크들 상에서 막을 형성한다. 로브들은, 상호 맞물림에 의해 연동되고 로터들 사이에 토크를 전달하며 머신의 작동 공간에 있는 작동 챔버를 밀봉하는 형상으로 마련된다. 따라서 로브들의 프로파일들(profiles)을 설계할 때 중요한 측면은 이러한 점에서 최적인 로터들 사이의 접촉 밴드(band)를 얻는 것이다. 이 접촉 밴드는 재료와 액상 막이 노출되는 접촉 압력에 대해 충분한 크기를 가져야 한다. 로터 프로파일들을 설계할 때, 블로우 홀(blow-hole)의 크기, 접촉력, 체적 용량, 열팽창, 진동의 발생 및 제조와 관련된 요구 사항뿐만 아니라 접촉 밴드의 전체 길이 또는 밀봉라인을 고려해야 한다. 또한 이 프로파일들에 대한 몇 가지 수학적 제한 사항들이 있다. 어떤 압축기의 경우에는, 어떤 측면이 다른 측면보다 중요하고, 다른 압축기의 경우에는 다른 측면들이 우선시되어야 하는 이유가 있을 수 있다. 최적의 프로파일은 통상 이들 측면들에 관련된 상이한 요건들 사이의 절충을 의미하는데, 이러한 절충은 실제 경우에 있어서 이들 요건들 중 어떠한 것이 가장 중요하냐에 달려있다.

회전 스크류 머신에서 로터 프로파일들의 형상의 결정적 중요성과 고려해야 할 측면들 간의 복잡한 가중치(weighting)에 기인하여, 프로파일에 포커싱(focusing)된 다수의 등록 특허가 있는데, 이들은 모두 30년 대의 리숄므(Lysholm)가 실제 사용될 수 있는 종류의 첫번째 회전 스크류 압축기를 개시하여 특허 받았던 이후의 것들이다.

로터 프로파일들이 정의된 특허 문헌 내에는, 특허가 이들 프로파일의 복잡한 형상에 관련되고 기인하는 어떤 문제들에 의존하는 여러 가지 방법들이 있다. 그리하여 프로파일들은 몇몇 중요한 변수에 의해, 프로파일들의 어떤 특징에 대한 범위에 의해, 프로파일들을 함축적으로 정의하는 표현에 의해, 또는 다른 방법에 의해, 여러 가지 특징들, 그들의 조합으로 정의된다. 게다가, 프로파일들은 대칭 또는 비대칭 프로파일들과 같은, 그리고 포인트 생성형(point generated) 또는 라인 생성형(line generated)과 같은 여러 기준에 따라 상이한 카테코리들(categories)로 분류될 수 있다.

포인트 생성은, 로터들 중 하나의 단일 포인트가 두 개의 로터 중 다른 하나의 로터에 더 긴 파트(part)를 생성한다는 것을 의미하며, 라인 생성은, 하나의 로터 상의 하나의 단일 포인트가 두 개의 로터들 중 다른 하나의 단일 포인트에만 대응한다는 것을 의미한다고 이해된다. 포인트 생성은, 하나의 로터 상에서 생성 포인트(point)에서의 제조 에러 또는 마모가 다른 하나의 로터 상에서 생성된 전체 부분을 따라 누출이 개시될 것이므로 불리할 수 있다. 라인 생성은 이러한 문제를 겪지 않지만 드래그(drag) 손실과 마찰을 증가시킬 수 있다.

미국등록특허 제2,423,017호는, 소위 "A-프로파일"로 명명되는, 선단 플랭크 상에 생성된 라인(line)과 후미 고압 플랭크 상에 생성된 포인트(point)인, 비대칭 프로파일을 개시한다. 블로우 홀(blow hole)은, 고압 플랭크 상에서의 상호간 포인트 생성의 사용으로 인해 초기 프로파일에 비해 실질적으로 감소된다. 토크 전달 특성은 더욱 유리하다. 그러나 한가지 문제점은 이러한 프로파일이 상대적으로 날카로운 모서리 및 밀폐형 형상으로 인해 제조 공구(tool)로 제조하기에 어려움 및/또는 고비용이라는 점이다.

미국등록특허 제4,435,139호는, 소위 "D-프로파일"로 명명되는, 제조가 더 용이한 다른 비대칭 프로파일을 개시하지만, 다른 한편으로는 덜 유리한 토크 전달 특성과 접촉 밴드에서서 높은 표면 압력을 제공한다

미국등록특허 제5,947,713호는, 소위 "G-프로파일"로 명명되는, 대응하는 반경의 아크 세그먼트를 갖는 2개의 로터들을 제공함으로써 높은 표면 압력의 문제를 해결하는 것을 목적으로 하는 또 다른 프로파일들을 개시하고 있다. 그러나 이 프로파일은 특성상 또한 매우 폐쇄되어 있고 그리하여 제조하기에 어렵고 및/또는 고비용이다.

본 발명의 목적은, 로터들 사이의 접촉 밴드에서 낮은 표면 압력을 갖고 제조하기에 저렴한, 회전식 스크류 머신용 한 쌍의 연동 로터들을 제공하는 것이다.

이러한 목적 및 다른 목적은 독립항에서 특징을 갖는 한 쌍의 연동 로터들을 제공함으로써 본 발명에 따라 달성된다. 바람직한 실시예들은 종속항들에 정의된다.

본 발명에 따르면, 수형 로터 및 암형 로터를 포함하는 한 쌍의 연동형 스크류 로터를 제공한다. 수형 로터는 헬리컬 형상으로 연장되는 로브들과 중간 그루브들을 가지며, 그리고 암평 로터는, 상기 수형 로터의 상기 헬리컬 형상으로 연장되는 로브들 및 중간 그루브들과 맞물리도록 구성되는, 헬리컬 형상으로 연장되는 로브들 및 중간 그루브들을 구비한다. 상기 암형 로터는 피치 원을 정의하는 피치 반경을 갖는다. 상기 암형 로터의 각 그루브는 적어도 3개의 오목한 섹션들을 포함하는 제1 플랭크를 구비한다. 제1 섹션은 상기 그루브의 반경 방향의 최내측 점을 포함한다. 제2 섹션은 상기 피치 원의 외부에 위치되는 중심을 갖는 반경을 구비하는 원호 형상으로 마련된다. 제3 섹션은 상기 피치 원의 외부에 위치되는 중심을 갖는 반경을 구비하는 원호 형상으로 마련된다. 상기 제3 섹션의 상기 반경은, 상기 피치 원과 상기 그루브의 상기 반경 방향의 최내측 점 사이의 반경 방향 거리보다 더 큰 상기 제2 섹션의 반경보다 더 크다.

달리 말하면, 상기 암형 로터의 각각의 그루브들은, 미리 결정된 섹션에서, 실질적으로 오목할 수 있는 제1 플랭크를 가질 수 있고, 상기 미리 결정된 섹션은 상기 암형 로터의 회전축에 수직이고, 상기 제1 플랭크는 오목하거나 또는 실질적으로 오목한 적어도 3개의 섹션을 구비한다. 상기 제1 섹션은, 상기 그루브들의 반경 방향 최내측 점을 포함하거나 그에 바로 인접하게 배치된다. 제2 섹션은 곡률 중심 및 곡률 반경을 갖는 원호 세그먼트로서 설명될 수 있으며, 상기 곡률 중심은 상기 암형 로터의 피치 원 외부에 존재하며, 그리고 제3 섹션은 곡률 중심 및 곡률 반경을 갖는 원호 세그먼트로서 설명될 수 있으며, 상기 곡률 중심은 상기 암형 로터의 피치 원 외부에 존재한다. 상기 제3 섹션의 곡률 반경은, 상기 피치 원과 상기 그루브의 상기 반경 방향의 최내측 점 사이의 반경 방향 거리보다 더 큰 상기 제2 섹션의 곡률 반경보다 더 크다.

본 발명은, 상기 로터들 사이의 볼록-오목 접촉이 표면 압력 및 토크 전달 특성에 유리하다는 통찰에 기초하며, 그리고 나아가 그러한 볼록-오목 접촉은, 적어도 3개의 오목한 섹션을 구비하는 상기 암형 로터의 제1 플랭크를 제공함으로써 상대적으로 제조 비용이 저렴한 한 쌍의 연동형 스크류 로터에서 달성될 수 있다는 통찰에 기초하고, 상기 제3 섹션의 반경은, 상기 피치 원과 상기 그루브의 반경 방향의 최내측 점 사이의 반경 거리보다 더 큰 상기 제2 섹션의 반경보다 크다. 그러한 기하학적 성질을 갖는 상기 적어도 3개의 오목한 섹션들은 상기 암형 로터 프로파일의 보다 개방된 형상을 야기하며, 상기 로터의 제조가 더 용이해지고, 상기 수형 및 상기 암형 로터 사이의 요구되는 볼록-오목 접촉을 달성한다.

상기 암형 로터의 각각의 그루브는 상기 제1 플랭크에 대향하는 제2 플랭크를 또한 포함하는 것으로 이해된다. 상기 제2 플랭크는 본 발명에 의해 정의되지 않고 공지된 기하 구조일 수 있는데, 예를 들어 위의 배경 기술에서 전술한 A-프로파일, D-프로파일 또는 G-프로파일에서 사용되는 유형일 수 있다. 그리하여, 프로파일의 선택에 따라서, 상기 암형 로터의 상기 제2 플랭크가 상기 수형 로터에 의해 라인 생성 또는 포인트 생성될 수 있다.

상기 암형 로터의 전술한 제1 플랭크는 수형 구동의 경우에서 상기 암형 로터의 선두 플랭크인 것으로 이해된다. 암형 구동의 경우에서, 상기 제1 플랭크는 후미 플랭크이다.

제1 실시예에서, 상기 제1 섹션은 상기 피치 원 상에 위치되는 중심을 갖는 반경을 구비하는 원호 형상으로 마련된다. 더 나아가 상기 제1 섹션의 반경은 상기 피치 원과 상기 그루브의 최내측 점 사이의 반경 거리에 대응할 수 있다. 더 나아가 상기 제1 섹션의 상기 중심은, 상기 피치 원과, 상기 로터의 상기 중심 및 상기 그루브의 상기 반경 방향 최내측 점을 가로지르는 직선과의 교차점에 의해 정의될 수 있다. 일 실시 예에서, 상기 수형 로터의 각 로브는 상기 암형 로터의 적어도 세 개의 오목한 부분들 중 하나 이상에 의해 적어도 부분적으로 생성되는 하나 또는 적어도 하나의 실질적으로 볼록한 섹션을 포함하는 제1 로프 플랭크를 구비한다. 상기 하나 또는 적어도 하나의 실질적으로 볼록한 섹션은 상기 암형 로터에 의해 라인 생성될 수 있다.

제2 실시예에서, 상기 수형 로터의 각 로브는, 상기 수형 로터의 상기 피치 원 상에 또는 내부에 위치되는 중심을 갖는, 반경을 구비하는 원호 형상으로 마련되는 볼록한 섹션을 포함하는 제1 로브 플랭크를 갖는다. 달리 말하면, 미리 결정된 섹션에 있는, 상기 수형 로터의 각 로브는, 실질적으로 볼록할 수 있는 제1 로브 플랭크를 가질 수 있고, 상기 미리 결정된 섹션은 상기 수형 로터의 회전축에 수직이고, 상기 제1 로브 플랭크는 곡률 중심과 곡률 반경을 갖는 원호 세그먼트이며, 상기 곡률 중심은 상기 수형 로터의 상기 피치원 상에 또는 내부에 존재한다. 상기 암형 로터의 상기 제1 섹션은 상기 수형 로터의 상기 볼록한 섹션에 의해 생성된다. 다시 말하면, 상기 암형 로터의 상기 제1 섹션은 상기 수형 로터의 볼록한 섹션의 덮개이다. 상기 암형 로터의 상기 제1 섹션은 라인 생성될 수 있다. 상기 수형 로터 각각의 제1 로브 플랭크는, 상기 암형 로터의 상기 제1 플랭크의 제2 및/또는 제3 섹션에 의해 생성될 수 있는 하나 이상의 추가적인 볼록한 섹션(들)을 포함할 수 있다. 상기 하나 이상의 추가적인 볼록한 섹션은, 상기 암형 로터의 상기 제1 플랭크의 상기 제2 및/또는 제3 섹션에 의해 라인 생성될 수 있다.

또 다른 실시예에서, 상기 제2 섹션은, 상기 제1 섹션의 법선 방향을 따라 상기 제1 섹션의 종점으로부터 반경 방향으로 연장되는 직선 상에 위치되는 중심을 갖는 반경을 구비하는 원호 형상으로 마련된다. 다시 말해서, 상기 반경은 상기 제1 섹션의 제한 라인을 따라 연장되는 직선 상에 위치되는 중심을 갖는다. 상기 제1 섹션이 상기 피치 원 상에 위치하는 중심을 갖는 반경을 구비하는 원호 형상으로 마련되는 실시예에서, 상기 직선은 상기 제1 섹션의 종점으로부터 상기 피치 원의 횡단면을 통과하여 연장되고 상기 직선은 상기 로터의 중심으로부터 상기 그루브의 반경 방향 최내측 점을 통과하여 연장된다.

또 다른 실시 예에서, 상기 제3 섹션,은 상기 제2 섹션의 법선 방향을 따라 상기 제2 섹션의 종점으로부터 반경 방향으로 연장되는 직선 상에 위치되는 중심을 갖는 반경을 구비하는 원호 형상으로 마련된다. 다시 말해, 상기 원호는 상기 제2 섹션의 제한 라인을 따라 연장되는 직선 상에 위치되는 중심을 갖는다.

또 다른 실시예에서, 상기 제1, 제2 및 제3 섹션들은 상호 바로 인접하여 형성된다. 다시 말해, 상기 제1 및 제2 섹션들의 종점 또는 제한 점들이 일치하고, 상기 제2 및 제3 섹들션의 종점 또는 제한 점들이 일치한다.

또 다른 실시예에서, 상기 섹션들은 연속적으로 배치될 수 있다. 다시 말해서, 상기 제1 섹션은, 상기 그루브의 반경 방향 최내측 점을 포함하거나 그 바로 인접하게 배치되며, 상기 제2 섹션은 상기 제1 섹션에 인접하게 배치되고, 상기 제3 섹션은 상기 제2 섹션에 인접하게 배치되며, 그리하여 상기 제2 섹션은 상기 제1 및 제3 섹션들 사이에 배치된다.

또 다른 실시예에서, 상기 제2 섹션의 상기 반경은 상기 피치 원 및 상기 그루브의 상기 최내측 점 사이의 반경 거리의 1.25 내지 1.75배이며, 그리고 상기 제3 섹션의 상기 반경은 상기 피치 원 및 상기 그루브의 상기 반경 방향의 최내측 점 사이의 반경 방향 거리의 2 내지 3배이다. 상기 제1 섹션이 상기 피치 원 상에 위치된 중심을 갖는 반경을 구비하는 원호 형상으로 마련되는 실시예에서, 상기 제2 섹션의 반경은 상기 제1 섹션의 반경의 1.25 내지 1.75 배이며, 그리고 상기 제3 섹션의 반경은 상기 제1 섹션의 반경의 2 내지 3배이다.

또 다른 실시예에서, 상기 암형 로터의 상기 각 그루브는 오목한 또는 실질적으로 오목한 섹션을 구비하는 제2 플랭크를 포함하며, 상기 수형 로터의 각 로브는, 상기 암형 로터의 상기 오목한 또는 실질적으로 오목한 섹션에 의해 적어도 부분적으로 생성되는 볼록한 또는 실질적으로 볼록한 섹션을 구비하는 제2 로브 플랭크를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 상기 수형 로터의 각 그루브는 볼록한 또는 실질적으로 볼록한 섹션을 구비하는 제2 플랭크를 포함하며, 상기 암형 로터의 각 로브는 상기 수형 로터의 볼록한 또는 실질적으로 볼록한 섹션에 의해 적어도 부분적으로 생성되는 오목한 또는 실질적으로 오목한 섹션을 구비하는 제2 로브 플랭크를 포함한다. 이들 2개의 실시예들은 조합될 수 있으며, 즉, 상기 수형 로터의 상기 제2 로브 플랭크의 제1 블록한 또는 실질적으로 블록한 섹션은 상기 암형 로터의 상기 제2 플랭크의 제1 오목한 또는 실질적으로 오목한 섹션에 의해 생성되고, 상기 암형 로터의 상기 제2 플랭크의 제2 오목한 또는 실질적으로 오목한 섹션은 상기 수형 로터의 상기 제2 로브 플랭크의 제1 볼록한 또는 실질적으로 볼록한 섹션에 의해 생성된다. 제2 플랭크 또는 제2 로브 플랭크라는 용어는 상기 로터의 회전 방향에서 볼 때 상기 제1 플랭크 또는 로브 플랭크에 대향하게 향하는 플랭크 또는 로브 플랭크를 나타내는 것으로 이해된다.

본 발명은, 로터들 사이의 접촉 밴드에서 낮은 표면 압력을 갖고 제조하기에 저렴한, 회전식 스크류 머신용 한 쌍의 연동 로터들이 제공된다.

본 발명의 이들 및 다른 양상은 본 발명의 현재 바람직한 실시 예(들)을 도시하는 첨부도면을 참조하여 보다 상세하게 지금 설명될 것이다.
도 1 내지 도 3은 통상의 공지된 기술에 따른 회전 스크류 압축기를 도시하고, 이와 관련하여 그 작동 원리를 설명한다.
도 4는 공지된 G-프로파일 유형의 한 쌍의 스크류 로터를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 한 쌍의 스크류 로터의 실시예의 암형 로터의 일부를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 한 쌍의 스크류 로터의 다른 실시예의 암형 및 수형 로터의 부분들을 도시한다.

다음의 설명에서, 종래 기술에 따른 공지된 스크류 로터 및 본 발명의 실시예가 설명된다.

도 1 내지 도 3은 통상의 공지된 기술에 따른 회전 스크류 압축기를 도시한다. 압축기는, 두 개의 단부 벽(3,4)과, 이들 사이에 연장되는 배럴(barrel) 벽(5)에 의해 제한되는 작동 공간에서 작동하는 한 쌍의 맞물림 스크류들(1,2)을 포함하며, 배럴 벽(5)은 도 2에 도시된 바와 같이 2개의 교차하는 실린더의 내부 형상과 실질적으로 대응하는 내부 형상을 갖는다.

각각의 로터(1,2)는 복수의 로브, 그리고 전체 로터를 따라 헬리컬 형상으로 연장되는 중간 그루브들(grooves)을 구비한다. 하나의 로터(1)는 각 로브의 주요 부분이 피치 원의 외부에 배치되는 수형 로터 타입이고, 다른 하나의 로터는 각 로브의 주요 부분이 피치 원의 내부에 배치되는 암형 로터 타입이다. 암형 로터는 일반적으로 수형 로터(1) 보다 더 많은 로브를 구비하며, 공통 로브의 조합은 4+6이다. 저압 공기 또는 가스는 입구 포트(8)를 통하여 압축기의 작동 공간으로 유입되고, 그리고 나서 로터와 작동 공간의 벽 사이에 형성되는 쉐브론(chevron) 형상의 작동 챔버 내에서 압축된다. 각 챔버는 로터가 회전함으로 도 1 상의 오른쪽으로 이동하며, 작동 챔버의 체적은 입구 포트(8)와의 연통이 차단된 후 그 사이클의 후반 단계 동안 연속적으로 감소할 것이다. 이에 따라 공기 또는 가스는 압축되며, 압축된 공기 또는 가스는 출구 포트(9)를 통하여 압축기를 떠난다. 내부 압력비는 내부 체적비, 즉 입구 포트(8)와의 연통이 차단된 직후의 작동 챔버의 체적과, 출구 포트(9)와의 연통이 시작될 때 작동 챔버의 체적 사이의 관계에 의해 결정된다.

도 3에는 압력 싸이클이 도식적으로 도시되어 있는데, 이 도면은, 평면에서 전개된 배럴 벽, 두 끝점을 나타내는 수직 선들, 즉 작동 공간을 형성하는 실린더들이 교차하는 라인들을 도시한다. 경사 라인들은 로브 상부들과 배럴 벽 사이에 설립된 밀봉 라인들을 나타내며, 그 라인들은 로터들이 회전함에 따라 화살표 C의 방향으로 이동한다. 그늘진 면적 A는 입구 포트(8)로부터 차단된 직후에 작동 챔버를 도시하고, 그늘진 면적 B는 출구 포트(9)를 향하여 개방되기 시작한 작동 챔버를 도시한다. 각 챔버의 체적은, 챔버가 입구 포트(8)와 연통될 때 충진 단계 동안에 증가하고 그 후에 감소함을 알 수 있다.

도 4에는 공지된 G-프로파일 타입의 한 쌍의 스크류 로터가 도시되어 있다. 로터들은 화살표로 지시된 바와 같이 회전하고, 수형 로터는 구동 로터가 된다. 수형 로터 로브의 선두 플랭크는 원호인 프로파일 세그먼트(segment, 11)를 갖는다. 암형 로터 로브의 트레일링(trailing) 플랭크, 즉 암형 로터 그루브의 선두 플랭크 상에는, 수형 로터 로브(7)의 원호 플랭크 세그먼트(11)와 연동되는 대응 원호 플랭크 세그먼트(10)가 있어 수형 로터(1)로부터 암형 로터(2)로 토크를 전달시키는 접촉 밴드가 생성된다. 도 4에는 원호 세그먼트(10, 11)가 상호 접촉할 때, 맞물림(mesh) 위치가 수형 구동을 위해 도시된다. 도면에 도시된 바와 같이, 피치 원에서의 암형 로터 그루브의 선단 플랭크의 접선은 로터의 중심을 통해 그려지는 방사상 라인과 매우 작은 각(α1)을 형성한다. 그 그루브의 트레일링 플랭크의 대응 각도(α2) 또한 매우 작다. 따라서, 그 프로파일은, 폐쇄된 특성을 갖게 되며, 제조 공구에서 제조하는 것을 어렵게 만들고, 그 외측 부분에서 절삭 공구의 실질적으로 평행한 모서리를 필요로 한다. 그러한 형태의 커터는 그의 높은 마모를 야기하고, 많은 양의 공구 재료가 각 리-샤프닝(re-sharpening) 동안 갈아 없어진다. 가능한 리-사프닝(re-sharpening) 횟수가 제한적이기 때문에, 공구들(tools)의 비용은 로터의 최종 코스트(cost)의 상당 부분을 차지하는 것이다.

도 5는 본 발명에 따른 한 쌍의 스크류 로터의 일 실시예의 암형 로터의 부분을 도시한다. 암형 로터는 화살표로 지시된 바와 같이 회전하고, 수형 로터(미도시)에 의해 구동된다. 도면에서, 2개의 헬리컬 형상으로 연장된 로브들 및 중간 그루브가 도시되어 있다. 암형 로터는, 암형 로터의 중심(O_F)에 대한 피치 원(C_FP)을 정의하는 피치 반경(R_FP)을 구비한다. 도시된 그루브은 적어도 3개의 오목한 섹션들(12, 13, 14)을 포함하는 제1 또는 선단 플랭크를 구비한다. 섹션들(12, 13, 14)은 상호 바로 인접하게 그리고 연속적으로 형성된다. 제1 섹션(12)은 그루브의 반경 방향 최내측 점(16)을 포함한다. 제1 섹션은 그 중심(O₁)이 피치 원 상에 배치되는 반경(R₁)을 갖는 원호로서 형성된다. R₁은, 피치 원과 그루브의 반경 방향 최내측 점 사이의 반경 거리(R)와 같다. 중심(O₁)은, 피치 원과, 로터의 중심 및 그루브의 반경 방향 최내측 점(16)을 가로지르는 직선과의 교차점에 의해서 정의된다. 제2 섹션(13)은, 그 중심(O₂)이 피치 원의 외부에 위치되는 반경(R₂)을 갖는 원호의 형상으로 마련된다. 중심(O₂)은, 그루브로부터 거리 R₂에 있는, 제1 섹션의 종점(17)으로부터 O₁를 지나서 연장되는 직선 상에 위치한다. 종점(17)과 O₁ 사이에서 연장되는 직선은 또한 제1 섹션의 제한 라인으로 설명될 수 있다. 제3 섹션(14)은, 그 중심(O₃)이 피치 원 외부에 위치된 반경(R₃)을 갖는 원호의 형상으로 마련된다. 중심(O₃)은, 그루브로부터 거리 R₃에 있는, 제2 섹션의 종점(18)으로부터 O₂를 지나서 연장되는 직선 상에 위치된다. 종점(18)과 O₂ 사이에서 연장되는 직선은 또한 상기 제2 섹션의 제한 라인으로 설명될 수 있다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 제 3 섹션의 반경은 제 1 섹션의 반경보다 큰 제2 섹션의 반경보다 크다. 바람직하게, 제2 섹션의 반경은 제1 섹션의 반경의 1.25 내지 1.75 배이고, 제3 섹션의 반경은 제1 섹션의 반경의 2 내지 3배이다. 도시된 그루브는, 볼록한 섹션(15)을 포함하는 제1 플랭크에 대향하는 제2 플랭크를 또한 구비한다. 그 섹션(15)은 수형 로터의 대응되는 섹션에 의해 생성될 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 한 쌍의 스크류 로터의 다른 실시예의 수형 및 암형 로터의 일부를 도시한다. 도면에서, 2개의 헬리컬 형상으로 연장된 로브 및 중간 그루브를 구비하는 암형 로터의 부분, 그리고 2개의 헬리컬 형상으로 연장된 로브 및 중간 그루브를 구비하는 수형 로터의 부분이 도시된다. 수형 및 암형 로터들은 상호 이격되도록 도시되었지만, 사용시 상기 두 개의 로터들은 적어도 한 점에서 본질적으로 상호 접촉하는 것으로, 즉 누설을 방지하기 위하여 단단히 조여져 작동되는 것으로 이해된다. 로터들은 화살표로 지시된 것과 같이 회전하고, 수형 로터는 구동 로터가 된다.

암형 로터는, 피치 원(C_FP)을 정의하는 피치 반경(R_FP)을 구비한다. 도시된 그루브는 적어도 3개의 오목한 섹션들(112, 113, 114)을 포함하는 제1 또는 선단 플랭크를 갖는다. 섹션들(112, 113, 114)은 상호 바로 인접하게 그리고 연속적으로 형성된다. 제1 섹션(112)는, 그루브의 반경 방향의 최내측 점(116)을 포함한다. 제2 섹션(113)은, 그 중심(O₂)이 피치 원의 외부에 배치되는 반경(R₂)를 구비하는 원호의 형상으로 마련된다. 중심(O₂)은, 그루브로부터 거리 R₂에 있는, 제1 섹션의 법선 방향을 따라 제1 섹션의 종점(117)으로부터 연장되는 직선 상에 위치한다. 제3 섹션(114)은, 그 중심(O₃)이 피치 원의 외부에 배치되는 반경(R₃)을 갖는 원호의 형상으로 마련된다. 중심(O₃)은, 그루브으로부터 거리 R₃에 있는, 제2 섹션의 종점(118)에서 O₂를 지나서 연장되는 직선 상에 위치한다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 제3 섹션의 반경은, 피치 원과 그루브의 반경 방향 최내측 점(116) 사이의 반경 거리(R) 보다 더 큰 제2 섹션의 반경보다 더 크다. 바람직하게는 R₂는 R 의 1.25 내지1.75 배이고, R₃은 R의 2 내지 3배이다.

도 6은 수형 로터의 로브의 제1 또는 선두 플랭크를 또한 도시하며, 제1 또는 선두 플랭크는 적어도 3개의 필수적인 볼록한 섹션들(119, 120, 121)을 포함한다. 그 섹션들(119, 120, 121)은 상호 바로 인접하게 그리고 연속적으로 형성된다. 제1 섹션(119)은, 수형 로터의 중심(O_M)과 일치하고, 그리하여 수형 로터의 피치 원(C_MP)의 내측에 있는 중심을 갖는 반경(R₁)을 구비하는 원호의 형상으로 마련된다. 암형 로터의 제1 섹션(112)은, 수형 로터의 제1 섹션(119)에 의해 생성되고, 즉 수형 로터의 제1 섹션을 감싸며, 수형 로터의 제2 및 제3 섹션(120,121)은 암형 로터의 제2 및 제3 섹션(113,114)에 의하여 각각 생성된다.

본 발명의 예시적인 실시예가 도시되고 설명되었지만, 다수의 변경 및 수정이 이루어질 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 본 발명의 전술한 설명 및 도면은 비 제한적인 예로서 간주 되어야 하며, 본 발명의 범위는 특허 청구범위에 의해 정의되는 것으로 이해된다.

Claims

한 쌍의 연동형 스크류 로터로서,
헬리컬 형상으로 연장되는 로브들 및 중간 그루브들을 갖는 수형 로터; 및
상기 수형 로터의 상기 헬리컬 형상으로 연장되는 로브들 및 중간 그루브들과 맞물리도록 구성되는, 헬리컬 형상으로 연장되는 로브들 및 중간 그루브들을 구비하는 암형 로터를 포함하며,
상기 암형 로터는 피치 원(C_FP)을 정의하는 피치 반경(R_FP)을 가지며, 상기 암형 로터의 각 그루브는 적어도 3개의 오목한 섹션들을 포함하는 제1 플랭크를 구비하고, 제1 섹션은 상기 그루브의 반경 방향의 최내측 점을 포함하며, 제2 섹션은 상기 피치 원의 외부에 위치되는 중심을 갖는 반경(R₂)을 구비하는 원호 형상으로 마련되고, 제3 섹션은 상기 피치 원의 외부에 위치되는 중심을 갖는 반경(R₃)을 구비하는 원호 형상으로 마련되며, 상기 제3 섹션의 상기 반경(R₃)은, 상기 피치 원과 상기 그루브의 상기 반경 방향의 최내측 점 사이의 반경 방향 거리(R) 보다 더 큰 상기 제2 섹션의 반경(R₂)보다 더 큰 한 쌍의 연동형 스크류 로터.
제1항에 있어서,
상기 제1 섹션은 상기 피치 원 상에 위치되는 중심을 갖는 반경(R₁)을 구비하는 원호 형상으로 마련되는 한 쌍의 연동형 스크류 로터.
제1항에 있어서,
상기 수형 로터의 각 로브는, 상기 수형 로터의 상기 피치 원 상에 또는 내부에 위치되는 중심을 갖는 반경을 구비하는 원호 형상으로 마련되는 볼록한 섹션을 포함하는 제1 로브 플랭크를 가지며,
상기 암형 로터의 상기 제1 섹션은 상기 수형 로터의 상기 볼록한 섹션에 의하여 생성되는 한 쌍의 연동형 스크류 로터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 섹션은, 상기 제1 섹션의 법선 방향을 따라 상기 제1 섹션의 종점으로부터 반경 방향으로 연장되는 직선 상에 위치되는 중심을 갖는 반경(R₂)을 구비하는 원호 형상으로 마련되는 한 쌍의 연동형 스크류 로터.
제1항에 있어서,
상기 제3 섹션은, 상기 제2 섹션의 법선 방향을 따라 상기 제2 섹션의 종점으로부터 반경 방향으로 연장되는 직선 상에 위치되는 중심을 갖는 반경(R₃)을 구비하는 원호 형상으로 마련되는 한 쌍의 연동형 스크류 로터.
제2항에 있어서,
상기 제1 섹션의 상기 중심은, 상기 피치 원과, 상기 로터의 상기 중심 및 상기 그루브의 상기 반경 방향 최내측 점을 가로지르는 직선과의 교차점에 의해 정의되는 한 쌍의 연동형 스크류 로터.
제6항에 있어서,
상기 제1 섹션의 상기 반경은, 상기 피치 원과 상기 그루브의 상기 반경 방향의 최내측 점 사이의 상기 반경 거리에 대응하는 한 쌍의 연동형 스크류 로터.
제1항에 있어서,
상기 섹션들은 상호 바로 인접하여 형성되는 한 쌍의 연동형 스크류 로터.
제1항에 있어서,
상기 섹션은 연속적으로 배치되는 한 쌍의 연동형 스크류 로터.
제1항에 있어서,
상기 제2 섹션의 상기 반경(R₂)은 상기 피치 원 및 상기 그루브의 상기 최내측 점 사이의 반경 거리(R)의 1.25 내지 1.75배이며,
상기 제3 섹션의 상기 반경(R₃)은 상기 피치 원 및 상기 그루브의 상기 반경 방향의 최내측 점 사이의 반경 방향 거리(R)의 2 내지 3배인 한 쌍의 연동형 스크류 로터.
제2항에 있어서,
상기 수형 로터의 상기 각 로브는, 상기 암형 로터의 상기 적어도 3개의 오목한 섹션에 의해 적어도 부분적으로 생성되는 실질적으로 볼록한 섹션을 구비하는 제1 로브 플랭크를 포함하는 한 쌍의 연동형 스크류 로터.
제3항에 있어서,
상기 수형 로터의 상기 각 로브는, 상기 암형 로터의 상기 제2 및 제3 섹션에 의해 적어도 부분적으로 생성되는 실질적으로 볼록한 섹션을 구비하는 제1 로브 프랭크를 포함하는 한 쌍의 연동형 스크류 로터.
제1항에 있어서,
상기 암형 로터의 상기 각 그루브는 실질적으로 오목한 섹션을 구비하는 제2 플랭크를 포함하며,
상기 수형 로터의 각 로브는, 상기 암형 로터의 상기 오목한 섹션에 의해 생성된 실질적으로 볼록한 섹션을 구비하는 제2 로브 플랭크를 포함하는 한 쌍의 연동형 스크류 로터.