KR20190054873A

KR20190054873A - 유압을 구동하는 평형형의 이중 노즐 및 이중 배열 파이프가 내장된 공간파 냉동기

Info

Publication number: KR20190054873A
Application number: KR1020180031679A
Authority: KR
Inventors: 다펑 후; 츠어 쥬; 페이치 리우; 위치앙 다이; 양 위; 지우펑 저우
Original assignee: 달리안 유니버시티 오브 테크놀러지
Priority date: 2017-11-13
Filing date: 2018-03-19
Publication date: 2019-05-22
Also published as: JP2019090599A; KR102008217B1; CN107843021B; US20190162452A1; CN107843021A; US11149990B2; WO2019091229A1; JP6841787B2

Abstract

본 발명은 유압을 구동하는 평형형의 이중 노즐 및 이중 배열 파이프가 내장된 공간파 냉동기에 관한 것으로, 압력 기체 팽창 및 냉동의 기술분야에 속한다. 본 발명에서는 공간파 기계의 메인 샤프트 상에 특수 제작한 이중 노즐을 설치하고, 대응되는 이중 배열 진동 수용 파이프에 공기를 발사해 냉동을 완료함으로써, 수용 파이프 수가 배로 증가해 처리량 및 효율을 향상시킬 목적을 달성할 수 있다. 유압 평형 장치를 설치함으로써, 축 방향의 흡기로 인해 축방향력이 크게 증가하는 악영향을 상쇄, 극복함으로써, 기계 수명이 단축되는 문제를 효과적으로 해결할 수 있다. 본 기계의 중앙 구간에는 전동 장치를 매립식으로 내장하고 모터로 구동함으로써, 기계의 양 단이 점용되는 모순을 잘 해결했다. 또한, 냉동 전후의 가스가 뒤섞여 누출되는 것을 방지하고 냉동 효율을 향상시키기 위해, 본 기계에는 래비린스 실, 나사형 실 외에도 복수의 단일 기계 실을 사용했는데, 기계 실은 공간파 냉동기의 생산 조건에 적합해, 장비의 오랜 수명을 보장할 수 있으며 안정적이고 안전하게 작동할 수 있다.

Description

유압을 구동하는 평형형의 이중 노즐 및 이중 배열 파이프가 내장된 공간파 냉동기{A DOUBLE NOZZLE OF A BALANCED TYPE FOR DRIVING HYDRAULIC PRESSURE AND SPACE WAVE FREEZER WITH DUAL ARRAY PIPE}

본 발명은 유압을 구동하는 평형형의 이중 노즐 및 이중 배열 파이프가 내장된 공간파 냉동기에 관한 것으로, 압력 기체 팽창 및 냉동의 기술분야에 속한다.

지난 1980년대부터 중국 대련이공대학에서 연구개발한 공간파 냉동기(특허번호 89213744.4), 다단식 공간파 냉동기(96115022.X), 댐핑 대향식 공간파 냉동기(ZL200810011255.2), 배농 평형형 탑(top) 부하 매립식 공간파 냉동기(ZL201410061539.8), 터치식 밀폐 도치형 공간파 냉동기(ZL201410119687.0)와 같은 공간파 냉동기의 공통점은, 모두 모터로 구동하거나 장치 출입구 가스의 압력 차를 이용해 메인 샤프트 및 기체 분배기를 회전시키고, 일정한 회전 속도로 고리 주변 방향의 각 말단이 폐쇄된 진동 수용 파이프에 압력 가스를 순서에 따라 일정한 회전 속도로 분사해, 파이프 내의 잔류 가스를 불안정하게 팽창시키는 기능을 한다는 점이다. 즉, 압력을 지닌 입구의 원재료 가스가 노즐을 통해 팽창하고 가속화되어, 노즐 입구로부터 빠른 속도로 분출된 후, 기체 사방에 방사 배열된 약 백 개의 말단이 밀폐된 진동 수용 파이프 내로 순차적, 간헐적으로 주입된다. 주기적인 진동 작용 하에, 파이프 내의 가스는 주입된 가스의 압력 에너지를 전달 받아, 파 계열(충격파, 압축파 및 팽창파)의 상호 작용을 통해 불안정한 팽창 작업 및 에너지 변환을 완료하고, 압력 에너지를 열 에너지로 전환한 후 파이프 벽을 통과해 산출된다. 주입된 가스는 팽창 작업으로 인해 자체 에너지를 소모하고, 충격파 반사로 인한 부작용을 제거함으로써 온도를 낮춰 기체 냉동을 구현한다. 이들은 모두 한 번 이상의 불안정한 팽창 냉동에 속한다.

기본적인 작업 원리를 구체적으로 분석하면 다음과 같다. 작업 시 가스가 진동 수용 파이프 내에 주입되면 압축파, 충격파, 팽창파 및 반사 충격파가 생성되어 파이프 내에서 끊임없이 운동한다. 각 진동 수용 파이프 내의 파 운동은 순서가 있지만, 각 파이프 내 파의 모든 운동 규칙은 동일하므로, 한 개의 진동 수용 파이프 내의 가스 운동만 연구해도 그 규칙과 작업 과정을 알 수 있다. 파이프 내의 가스는 두 번의 방사 간격 기간 동안 외부로 배출되며, 진동 수용 파이프 내에 형성된 압축파와 충격파로 인해 파이프 내의 가스가 고온으로 생성되고, 열이 파이프 벽을 통해 외부로 발산되는 동시에, 생성된 팽창파가 가스를 냉각시킨다. 이는 압력 가스가 팽창 작용으로 인해 에너지를 감소하면서 스스로 냉각시키기 때문이다. 전체 냉각 과정은 다음과 같이 설명할 수 있다.

(1) 주입 단계

고속 기류가 어느 한 진동 수용 파이프로 주입되는 순간, 주입된 신선한 가스와 본래 파이프 내에 축적되어 있던 가스 사이에 접촉면이 형성되는데, 상기 접촉면은 질량이 없는 "피스톤"으로 볼 수 있다. 접촉면 양 측의 속도와 압력이 모두 동등하지 않으므로, 접촉면의 호환 조건(즉, 접촉면 양 측 가스의 속도와 압력이 동일해야 함)을 만족시키기 위해, 상기 "피스톤"은 앞을 향해 운동한다. 즉, 압축파가 끊임없이 앞을 향해 추진한다. "피스톤"의 전방에는 동일한 방향으로 운동하는 충격파가 발생하므로, 충격파 역시 압축파가 중첩되어 생성된 결과이다.

(2) 방열 단계

충격파가 발생하고 휩쓴 곳에서 가스가 지속적으로 압축되고 온도와 압력이 높아지며, 여러 주기의 작용을 거쳐 진동 수용 파이프 내의 가스 온도가 점차 상승하고, 파이프 벽을 통해 열을 발산한 후 에너지 변환을 완료한다. 주입된 가스는 파이프 내 가스에 대해 팽창 작용을 하므로, 열역학 제1법칙에 따르면 주입된 가스의 총 온도는 하강하고 온도는 내려간다.

(3) 배기 단계

회전 노즐구가 임의의 진동 수용 파이프로부터 멀어질 때, 즉 파이프 내로 방사하는 것을 중지할 경우, 파이프 내의 압력이 파이프 외부의 압력보다 커지고, 파이프 내로 주입된 가스는 역방향으로 파이프 입구에서 흘러나와 다시 한 번 팽창해 냉기를 생성하며, 생성된 냉기량은 한꺼번에 모인 후 기계 밖으로 배출되어 냉동 사이클을 완성한다.

각 진동 수용 파이프에서 가스파의 운동은 최종적으로 파이프의 말단, 즉 폐쇄 단부에 도달한다. 즉, 주입된 가스가 고정벽을 만나면 일반적으로 반사된 충격파를 생성하고, 반사된 충격파가 일단 수용 파이프의 입구 단부로 되돌아가면 이미 냉각된 가스를 재가열 하는데, 이로 인해 냉동기의 냉동 효율이 크게 저하된다. 이러한 현상을 방지하기 위해, 수용 파이프의 끝부분에 디퓨저(통칭 "충격파 흡수 챔버")를 추가로 설치했다.

서로 다른 압력 가스 매질에 따라 충격파 흡수 챔버의 구조 형태와 내용이 달라진다. 예를 들어, 천연 가스 처리에 사용되는 공간파 냉동기에는 액화유와 같은 액체가 대량으로 쌓이는데, 이로 인해 파동에 큰 영향을 미치게 된다. 따라서, 이 때 진동 수용 파이프의 말단에 있는 모든 충격파 흡수 챔버는 다단식 오리피스 산일 배수 구조를 이용한다. 이러한 배수 장치는 수용 파이프 내에 쌓인 액체를 모아서 배출하는 작용을 하며, 진동 수용 파이프 내에서 운동하는 가스의 유동장에 큰 영향을 미치지 않고, 응축된 액체는 다단식 오리피스 산일 배수 장치를 거쳐 한꺼번에 모인 후 배출된다.

압력 가스를 이용해 팽창 및 냉각을 진행하면, 노동력을 사용해 순환 냉동을 진행할 때보다 더 낮은 온도를 얻을 수 있다. 상기 각종 공간파 냉동기는 상대적으로 낮은 회전 속도에서 고효율적으로 작동할 수 있다. 각자의 구조 상의 차이점 외에도, 반영된 메커니즘에 각각 일부 혁신적인 부분이 있다.

공간파 냉동 기술은 가스를 매질로 하는 냉동 분야, 특히 석유 및 천연 가스 개발, 처리 및 군사산업의 과학연구 분야에서 매우 높은 실용가치가 있다. 현재, 석유가스 내의 경질 탄화수소 회수, 천연 가스의 탈수 및 액화, 혼합 가스의 액화 및 분리, 저온 냉기류원 및 국방, 항공우주용 저온 냉기류원의 필수 조건 등의 기술분야에 광범위하게 응용되고 있다. 이러한 냉동 기계는 일반적으로 구조가 간단하고 제조 및 운영 원가가 낮으며, 에너지가 절약되고, 조작 및 유지 보수가 편리하며 신뢰도가 높다는 장점이 있다. 전술한 각종 공간파 냉동기는 모두 비교적 높은 냉동 효율을 가지나, 아직 도달할 수 있는 수준까지는 이르지 못해, 여전히 매우 큰 효율 상승 공간을 가지고 있다고 할 수 있다.

이러한 유형의 냉동기는 설계 상태 범위 내에서 일반적으로 냉동 효율이 모두 높다. 공간파 냉동기의 냉동 효율과 운영의 신뢰도가 성능의 가장 중요한 요소이므로, 냉동 등 엔트로피 효율에 영향을 미치는 요소가 매우 많다(예: 회전 속도, 압력, 팽창비, 파이프 길이, 파이프 직경, 노즐 구경의 형상과 크기, 실 구조의 형태와 크기, 응축액체 운영 성능, 냉동기 설계 구조 등). 설계 구조 및 제조 기술의 장비의 우열은 모두 상기 장비의 신뢰도와 관련이 있으며 장비의 신뢰성을 결정한다. 전통적인 공간파 냉동기의 구조와 메커니즘은 일반적으로 비교적 복잡하고 내부에 회전 부재가 많으며, 냉동 전후의 가스가 뒤섞여 누출되는 것을 방지하기 위해 일반적으로 여러 가지 형식의 동적 실 및 정적 실이 설치되어 있어, 분해 조립이 번거롭다.

현재 공간파 냉동기는 실제로 응용할 경우 회전 속도가 느리고 효율이 높다는 특징이 있으나, 실제 사용 과정에서 보편적으로 다음과 같은 문제점이 있다.

(1) 회전 속도는 느리지만, 회전 속도와 밀봉 성능이 기계 효율에 미치는 영향이 크다. 상하 파동의 범위는 약 10%~30%이다;

(2) 기계 내부에 회전 부재와 실링 부재가 많아, 일반적으로 구조가 복잡하고 분해 조립이 편리하지 않다.

단일식 또는 다단식 공간파 냉동기의 구조는 일반적으로 단일층 노즐이 하나의 진동 수용 파이프에 대응되는 구조이며, 각 기계의 크기는 규모, 조립, 운송과 같은 방면에 의해 제한되는 경우가 많다. 예를 들면, 메인 기체에 추가되는 수용 파이프의 크기는 운송 차량의 높이 및 너비를 초과해서는 안 되는데, 이는 공간파 기계의 처리량을 크게 제한하게 된다. 또한, 각 기계의 수용 파이프의 수량 역시 냉각 효율 수준과 직접적으로 관련되는데, 연구 결과 수용 파이프 수가 많을수록 냉각 효율이 현저히 향상되고 처리량이 증가하기에, 수량이 적은 경우에 비해 훨씬 우수한 것으로 밝혀졌다. 그러나, 파이프 수가 많으면 기체의 외경이 커지고 기체의 내경 및 노즐의 직경 또한 더불어 커지게 되는데, 기체의 바깥 원은 일반적으로 제한을 받기에 무한대로 확대할 수도 없다. 이와 같이 중대한 모순의 통일체를 어떻게 해결할 수 있을 것인가? 이중 수용 파이프에 대응되도록 기계의 메인 샤프트 상에 이중 노즐을 장착하고, 이로써 수용 파이프의 수량을 배로 늘려 유량을 증가시키고 냉동기의 효율을 향상시킬 수 있을까? 또 한편으로, 만약 기계가 축 방향으로 일 단을 통해 흡기하도록 선택할 경우, 처리량의 증가에 따라 메인 샤프트 상에 작용하는 축방향력도 크게 증가하게 되며, 이로 인해 냉동기에서 가장 주요하며 부서지기 쉬운 부재(베어링)의 수명이 크게 감소하게 된다. 방향력의 평형을 해결하는 것은 반드시 고려해야 할 과제이다. 만약 축방향력이 큰 문제를 극복하기 위해 유압 평형 장치를 도입한다면 수평식 기계의 양 단이 점용되는데, 이렇게 되면 모터의 구동은 어떻게 구현할 수 있을까? 또한, 냉동기의 효율을 높이려면 모터를 통해 회전 속도를 조절해야 하는데, 이 때 모터를 어떻게 장착할 것인지에 대해서도 반드시 고려해야 한다.

본 발명의 목적은 유압을 구동하는 평형형의 이중 노즐 및 이중 배열 파이프가 내장된 공간파 냉동기를 제공하는 것으로, 상기 공간파 냉동기는 구조상 메인 샤프트가 평행으로 배치된 이중 노즐을 움직여 이중 배열 진동 수용 파이프에 대응하고, 유압 평형 장치를 통해 축 방향의 흡기에 의해 생성되고 증가된 축방향력의 평형 및 상쇄를 구현할 수 있으며, 기계의 중간에는 모터로 구동되는 전동 장치를 설치함으로써, 고압으로 인해 축방향력이 지나치게 커져 기계의 수명이 단축되는 문제를 효과적으로 해결할 수 있다. 게다가, 구조가 간단하고 조작 및 유지 보수가 간편하며, 압력 수용력이 강하고 작동이 안정적이기에, 각종 가스 매질을 처리하는 동시에 유압을 구동하는 평형형의 이중 노즐 및 이중 배열 파이프가 내장된 공간파 냉동기에 활용된다.

냉각 전후의 가스가 뒤섞여 누출됨으로 인해 기계의 냉각 효율에 미치는 영향을 방지하기 위해 냉동기 내 여러 군데에 각종 형식의 동적 실, 정적 실 및 외부 실을 설치했다. 동적 실은 공간파 기계의 필수적인 부품이라고 할 수 있다. 본 기계는 래비린스 실(seal), 나선형 실(seal) 외에도 복수의 단일 기계 실(seal)을 사용했다. 기계 실은 접촉식 실에 속하며, 밀봉 성능이 우수하고 누출량이 극도로 적으며, 내진성이 강하고 사용수명이 길어 자주 조정할 필요가 없고 마찰로 인한 소모가 적다는 장점이 있다. 기계 실은 공간파 냉동기의 생산 조건에 적합해, 장비의 오랜 수명을 보장할 수 있으며 안정적이고 안전하게 작동할 수 있다.

본 발명에서 채택한 기술방안은 다음과 같다.

유압을 구동하는 평형형의 이중 노즐 및 이중 배열 파이프가 내장된 공간파 냉동기는 좌측 기체, 좌측 단부 커버, 메인 기체, 우측 기체, 우측 단부 커버 및 메인 샤프트를 포함하며, 이중 노즐, 노즐 압력판 및 진동 수용 파이프를 더 포함한다. 상기 공간파 냉동기는 수평식 구조로 되며, 기체는 좌측 기체, 메인 기체 및 우측 기체를 포함하고, 좌측 단부 커버와 우측 단부 커버는 공동으로 본 기계의 전체 하우징을 구성한다. 상기 기체 내부에서 회전하는 메인 샤프트 구조에 있어서, 좌반 샤프트는 솔리드 샤프트이나 우반 샤프트는 중공 샤프트인 형태이고, 메인 샤프트에는 양측이 각각 노즐 압력판으로 가압되는 이중 노즐이 장착된다.

상기 이중 노즐은 이중 구조를 채택하며, 각 층의 중심과 이중 배열 진동 수용 파이프의 중심은 센터링되고, 이중 노즐은 메인 샤프트를 따라 동기 회전하며, 대응되는 이중 배열 진동 수용 파이프를 향해 연속으로 공기를 방사한다. 공간파 냉동기로 진입한 원료 가스는 흡기 파이프와 우측 단부 커버를 거쳐 메인 샤프트의 중공 샤프트 구간으로 진입한 후, 이중 노즐로 다시 진입해 분출구로부터 바깥으로 공기를 발사하고 회전하면서 기체를 분배한다.

상기 공간파 냉동기는 우측에서 축 방향을 따라 흡기하고, 메인 샤프트의 좌반 솔리드 샤프트 상에 유압 평형력을 가함으로써 우측에서 온 축방향력을 상쇄하는 방식으로서, 기계의 좌측 단부에는 평형 장치를 설치했으며, 평형 장치는 유압 실린더 블록, 유압 스핀들, 실링 링, 베어링, 피스톤 및 피스톤 링을 포함한다. 베어링은 유압 실린더 블록 내에서 유압 스핀들을 지탱하며, 유압 스핀들의 첨단부를 이용해 메인 샤프트의 좌반 솔리드 샤프트의 좌측 단부 중심을 지탱하고, 유압 실린더 블록은 어셈블리 형식으로 좌측 기체의 단부 내에 매립되어 좌측 단부 커버로 밀폐되며, 오일 펌프를 통해 오일 탱크 내의 오일을 평형 장치로 보낸다.

이 때 형성된 유압력이 피스톤으로 하여금 우측 방향의 추력을 생성하도록 하고, 우측 방향의 추력과 샤프트 상의 좌측 방향 추력이 서로 상쇄된다. 상기 공간파 냉동기 상에는 각각 서로 다른 실이 장착되고, 메인 샤프트 중공 샤프트 구간의 입구에는 단일 기계 실 Ⅱ가 장착되어 있으며, 모터는 기계의 중간 위치에 설치되어 메인 샤프트 중간에 장착된 풀리를 통해 구동 회전된다. 풀리의 양측에는 실을 설치하는데, 그 중 이중 노즐, 배기 파이프 및 풀리 사이에는 반경 방향의 빗살 래비린스 실을 선택해 사용하고, 흡기 파이프와 풀리 사이에는 단일 기계 실 Ⅱ를 선택해 사용한다. 또한, 베어링은 기체 내에서 메인 샤프트의 지탱부로서 샤프트의 두 단부에 각각 설치되고, 기계의 양측에는 베어링 박스가 각각 설치된다. 우측 베어링 박스는 내장식 우측 베어링 블록이고, 좌측 베어링 박스는 좌측 기체 내에 설치된다.

공간파 냉동기의 좌측 단부에 유압 평형 장치를 사용했으므로 사용된 오일 역시 베어링에 윤활을 공급하고, 메인 샤프트 상에는 오일이 가스 시스템으로 유입되는 것을 방지하는 양 방향의 나선형 실이 설치되며, 메인 샤프트에서 기체 배출 부분에 근접한 부분에는 단일 기계 실 I이 설치된다. 상기 실의 일 단에는 압축할 실링 커버가 필요하므로, 상기 공간파 냉동기는 기체의 바깥 원에서 원주 방향을 따라 세 개의 점을 선택해 구성된 한 면 상에서(즉, 120°의 간격으로 세 개의 홀을 가공해) 세 개의 앞부분이 테이퍼 형식인 볼트 탑 와이어를 통해 실링 커버를 체결고정 한다.

상기 이중 노즐 상의 분출구는 원형, 사각형 및 직사각형이 있으며, 1 내지 9개이다. 이중 노즐의 분출구와, 메인 기체에 장착된 진동 수용 파이프의 파이프 홀은 서로 매칭된다. 각 층의 노즐에 대응되는 기체의 진동 수용 파이프 수는 20 내지 130개이며, 각 진동 수용 파이프의 끝부분에는 충격파 흡수 챔버가 한 개씩 연결되어 있다. 기체의 우측 단부 입구에는 한 개의 흡기 파이프가 설치되어 있으며, 메인 기체에는 1 내지 10개의 배기 파이프가 설치되어 있고, 배기 파이프는 각각 이중 노즐의 양측에 설치되어, 기계에서 나온 후 다시 모인다. 상기 메인 기체 의 이중 노즐에 대응되는 파이프 홀의 직경은 5 내지 55mm이고, 파이프 홀의 경사 각도는 0 내지 25도이며, 파이프 홀 상에 고정적으로 연결된 진동 수용 파이프의 길이는 1500 내지 12000mm이다.

본 발명의 유익한 효과는 다음과 같다.

1. 유압 평형 기압의 방식을 통해, 큰 가스 유량 및 고압 조건에서 축방향력이 지나치게 커지는 문제를 해결할 수 있어, 기계에서 부서지기 쉬운 부재(베어링)와 기계의 수명을 현저하게 증가시킬 수 있으며, 작동 중 발생하는 진동 및 소음 문제를 극복할 수 있어, 수용 파이프가 단절되는 문제를 해결 및 방지하는 데 도움이 된다.

2. 기계의 좌측 단부에 있는 유압 평형 장치와 옆에 있는 지지 베어링, 우측 단부에 있는 지지 베어링과 옆에 있는 단일 기계 실이 모두 각각 오일 순환 시스템을 공유할 수 있어, 복잡한 조립 시스템을 간소화 할 수 있다.

3. 메인 샤프트와 나선형 실이 일체로 가공되므로 가공 및 조립 단계를 줄일 수 있어, 제조 가공의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

4. 기계 실을 메인 실로 선택해, 가스 누출의 영향을 크게 줄이고 냉동 등 엔트로피 팽창의 효율을 현저하게 향상시킬 수 있다.

5. 기계 내의 양 측에 각각 내장 매립식의 베어링 블록 및 실린더 블록을 설치해, 해체, 장착 및 교체 시 모두 큰 이점이 있다.

도 1은 유압을 구동하는 평형형의 이중 노즐 및 이중 배열 파이프가 내장된 공간파 냉동기의 구조도이다.
도 2는 유압을 구동하는 평형형의 이중 노즐 및 이중 배열 파이프가 내장된 공간파 냉동기의 좌반 부분의 구조도이다.
도 3은 유압을 구동하는 평형형의 이중 노즐 및 이중 배열 파이프가 내장된 공간파 냉동기의 우반 부분의 구조도이다.
도 4는 도 1에서 A-A 부분의 투시도이다.
도 5는 공간파 냉동기의 이중 노즐의 구조도이다.
도 6은 이중 노즐의 정면도이다.
도 7은 도 6의 A방향 투시도이다.
도 8은 도 6의 B방향 투시도이다.
도 9는 이중 노즐 압력판의 정면도이다.
도 10은 이중 노즐 압력판의 측면도이다.

이하, 첨부 도면을 조합해 본 발명의 실시방식에 대해 보다 상세히 설명한다.

도 1, 2, 3, 4는 유압을 구동하는 평형형의 이중 노즐 및 이중 배열 파이프가 내장된 공간파 냉동기의 구조도를 도시했다. 도면에서, 상기 기계는 좌측 기체(1), 좌측 단부 커버(2), 유압 스핀들(3), 유압 오일 입구 파이프(4), 유압 실린더 바디(5), 메인 기체(16), 단일 기계 실Ⅰ(17), 이중 노즐(19), 부시(bush)(20), 노즐 압력판(21), 메인 샤프트(22), 진동 수용 파이프(28), 풀리(29), 우측 기체(35), 매립식 우측 베어링 블록(38), 우측 단부 커버(40) 등으로 구성되어 있다. 기계는 수평식 구조를 띠며, 기체(즉, 하우징)는 좌측 기체(1), 메인 기체(16) 및 우측 기체(35)로 구성되고, 좌측 단부 커버(2) 및 우측 단부 커버(40)와 함께 본 기계의 전체 하우징을 구성한다. 기체 내부의 메인 샤프트(22)는, 좌반 샤프트는 솔리드 샤프트이나 우반 샤프트는 중공 샤프트인 형태이고, 메인 샤프트(22) 상에는 이중 노즐(19) 및 양 측이 각각 하나의 부재인 노즐 압력판(21)이 장착되어 있으며, 세 개의 부재는 함께 클램핑된다. 상기 이중 노즐(19)은 특수한 이중 구조로서, 양 층 노즐의 노즐구 위치는 상하가 나란한 유형 또는 어긋난 유형으로 나뉘고, 이중 노즐(19)에서 각 층의 중심과 이중 배열 진동 수용 파이프(28)의 중심은 센터링되며, 이중 노즐(19)은 메인 샤프트(22)를 따라 동기 회전하고, 대응되는 이중 배열 진동 수용 파이프(28)를 향해 연속으로 방사하며, 본 기계로 진입한 원재료 가스는 흡기 파이프(44)와 우측 단부 커버(40)를 거쳐 메인 샤프트(22)의 중공 샤프트 구간으로 진입한 후 이중 노즐(19)로 다시 진입해, 분출구에서 바깥으로 방사하고 회전하면서 사방으로 가스를 분배한다.

메인 샤프트(22) 상에는 위치의 필요에 따라 각각 서로 다른 실 등의 부품이 장착되어 있으며, 메인 샤프트(22)의 중공 샤프트 구간의 입구에는 단일 기계 실 Ⅱ(34)가 장착되어 있다. 본 기계는 흡기 시 축 방향으로 흡기하도록 채택했으므로, 축 방향의 흡기가 측면 방향의 흡기와 다를 경우 샤프트의 내부 평형에서 상당 부분의 축방향력을 잃을 수 있다. 축방향력은 한 방향(왼쪽)으로만 작용하므로, 평형을 상쇄해 이 부분의 작용력을 떨어뜨리지 않으면 베어링(12)이 대부분의 힘을 견디게 되어, 수명이 크게 단축된다. 이러한 상황을 줄이거나 방지하기 위해, 본 기계는 메인 샤프트의 좌반 솔리드 샤프트 상에 유압 평형력을 가하는 방법을 채택함으로써 우측으로부터 오는 이 부분의 힘을 상쇄했다. 상기 방법은 메인 샤프트(22)의 좌측 단부에 유압 잭(jack)과 유사한 장치를 설치하는 방법으로서, 이 장치는 유압 실린더 블록(5), 유압 스핀들(3), 실링 링(6), 베어링(7), 피스톤(8), 피스톤 링(9) 등의 부재를 포함한다. 두 세트의 베어링(7)은 유압 실린더 블록(5) 내에서 유압 스핀들(3)을 지탱하며, 유압 스핀들(3)의 첨단부를 이용해 메인 샤프트(22) 좌반 솔리드 샤프트의 좌측 단부 중심을 지탱한다. 유압 실린더 블록(5)은 어셈블리 형식으로 좌측 기체(1)의 단부 내에 매립되어 좌측 단부 커버(2)로 밀폐되며, 오일 펌프를 통해 오일 탱크 내의 유압 장치로 보내 피스톤이 우측 방향으로 추력을 생성하도록 하면, 이 추력과 샤프트 상의 좌측 방향 추력의 평형이 서로 상쇄된다. 기계의 좌우 양 단부가 모두 점용되므로, 일반적인 상황에서 기계를 작동할 경우 모터 구동이 없어서는 안 된다. 이러한 상황에서 모터를 어떻게 장착할 것인가? 본 기계는 풀리 및 속도 측정 기어를 메인 샤프트 중간에 함께 설치했는데, 이는 기체 내에 내장되는 것에 해당하므로, 샤프트에 있어서는 구동력이 일 단으로부터 오는 상황보다 더 큰 힘을 받을 수 있다. 벨트가 뻗어 나와야 하므로, 가스의 누출을 방지하기 위해 풀리의 양 측에 실을 설치해야 한다. 본 기계는 이중 노즐(19), 배기 파이프(26) 및 풀리(29) 사이에 반경 방향의 빗살 래비린스 실을 선택해 사용하고, 흡기 파이프와 풀리 사이에는 단일 기계 실 Ⅱ(34)를 선택해 사용했다. 두 세트의 베어링(12)은 기체 내에서 메인 샤프트(22)의 지탱부로서 샤프트의 두 단부에 각각 설치되며, 베어링 교체에 편리하도록 기계 양 측에 각각 베어링 박스가 설치되어 있다. 우측 베어링 박스는 내장식 우측 베어링 블록(38)이고, 좌측 베어링 박스는 본 기계에서는 좌측 기체(1)이다. 본 기계의 좌측 단부에 유압 재킹(jacking) 평형 시스템을 채택했으므로, 사용된 오일 역시 베어링에 윤활을 공급할 수 있다. 오일이 가스 시스템으로 유입하는 것을 방지하기 위해, 샤프트 상의 이들 양자 간에는 양방향의 나선형 실(22a)이 설치되어 있다. 기계가 가동되어 메인 샤프트(22)가 회전하는 과정에서, 나선형 실은 액상 오일 및 기상 작업 매질을 각각 양 측으로 밀게 된다. 샤프트 상에서 가스 배출 부분에 근접한 곳에는 단일 기계 실 Ⅰ(17)이 설치되어 있는데, 이 단일 기계 실의 단부 실링 커버는 반드시 클램핑되어야 하며, 기체 내부에서 손으로 조작할 수 없다. 이에, 본 기계는 기체의 외부에 클램핑 기계 내부의 실링 커버를 조절하는 데 사용되는 방법을 채택했다. 즉, 기체 외부에서 원주 방향을 따라 세 개의 점을 선택해 구성한 한 면 상에 120° 간격으로 각각 세 개의 홀을 가공하고, 세 개의 앞부분이 테이퍼 형식인 볼트를 통해 실링 커버를 체결한다.

도 5, 6, 7, 8, 9, 10은 공간파 냉동기 이중 노즐의 구조도를 도시했다. 이중 노즐(19) 상의 분출구 형상에는 원형, 사각형 및 직사각형이 있으며, 일반적으로 1 내지 9개이다. 이중 노즐의 분출구와, 메인 기체 상에 위치하며 진동 수용 파이프가 장착된 파이프 홀은 순서에 따라 위치를 맞춰 서로 매칭된다. 각 층의 노즐에 대응되는 기체 상의 진동 수용 파이프 수는 30 내지 150개이며, 각 진동 수용 파이프의 끝부분에는 충격파 흡수 챔버가 한 개씩 연결되어 있다. 기계의 메인 기체 상에는 한 개의 흡기 파이프 및 1 내지 10개의 배기 파이프가 설치되어 있고, 배기 파이프는 각각 이중 노즐(19)의 양측에 설치되어, 가스를 배출하고 기계에서 분리된 후 다시 모인다. 메인 기체(16)의 이중 노즐(19)에 대응되는 파이프 홀의 직경은 5 내지 55mm이고, 파이프 홀의 경사 각도는 0 내지 25도이며, 파이프 홀 상에 고정적으로 연결된 진동 수용 파이프의 길이는 1500 내지 12000mm이다.

1: 좌측 기체; 2: 좌측 단부 커버; 3: 유압 스핀들; 4: 유압 오일 입구 파이프; 5: 유압 실린더 블록; 6: 실링 링; 7: 베어링; 8: 피스톤; 9: 피스톤 링; 10: 베어링 내부 링 클램핑 암나사; 11: 베어링 외부 링 프레셔 캡; 12:베어링; 13: 유니언; 14: 더블 헤드 스터드; 15: O형 실링 링; 16: 메인 기체; 17: 단일 기계 실 I; 18: 저지판; 19: 이중 노즐; 20: 부시(bush); 21: 노즐 압력판; 22: 메인 샤프트; 22a: 나선형 실; 23: 밀봉링; 24: 밀봉 고정링; 25: O형 링; 26: 배기 파이프; 27: 밀봉 고정링 클램핑 너트; 28: 진동 수용 파이프; 29: 풀리; 30: V형 벨트; 31: 속도 측정 감지기; 32: 배플 커버; 33: 유니언; 34: 단일 기계 실 Ⅱ; 35: 우측 기체; 36: 베어링; 37: 베어링 내부 링 클램핑 너트; 38: 우측 베어링 블록; 39: O형 실링 링; 40: 우측 단부 커버; 41: 더블 헤드 스터드; 42: 충격파 흡수 챔버; 43: 유니언; 44: 흡기 파이프; 45: 모터; 46: 니플; 47: 노즐 O형 링; 48: 볼트 탑(top) 와이어; 49: 오일 펌프; 50: 오일 탱크

Claims

유압을 구동하는 평형형의 이중 노즐 및 이중 배열 파이프가 내장된 공간파 냉동기로서,
좌측 기체(1), 좌측 단부 커버(2), 메인 기체(16), 우측 기체(35), 우측 단부 커버(40) 및 메인 샤프트(22)를 포함하며, 이중 노즐(19), 노즐 압력판(21) 및 진동 수용 파이프(28)를 더 포함하는 것을 특징으로 하고;
상기 공간파 냉동기는 수평식 구조로 되어 있으며, 기체는 좌측 기체(1), 메인 기체(16) 및 우측 기체(35)를 포함하고, 좌측 단부 커버(2)와 우측 단부 커버(40)는 공동으로 본 기계의 전체 하우징을 구성하며;
상기 기체 내부에서 회전하는 메인 샤프트(22) 구조는 좌반 샤프트는 솔리드 형식이나 우반 샤프트는 중공 형식이고, 메인 샤프트(22) 상에 장착된 이중 노즐(19) 양측은 각각 노즐 압력판(21)으로 가압되며;
상기 이중 노즐(19)은 두 층이 평행한 구조로서, 양 층 노즐의 노즐구 위치는 상하가 나란한 유형 또는 어긋난 유형으로 나뉘고, 각 층의 중심과 이중 배열 진동 수용 파이프(28)의 중심은 센터링되며, 이중 노즐(19)은 메인 샤프트(22)를 따라 동기 회전하고, 대응되는 이중 배열 진동 수용 파이프(28)를 향해 연속으로 공기를 발사하며, 공간파 냉동기로 진입한 기체 매질은 흡기 파이프(44)와 우측 단부 커버(40)를 거쳐 메인 샤프트(22)의 중공 샤프트 구간으로 진입한 후 이중 노즐(19)로 다시 진입해, 분출구에서 바깥으로 공기를 발사하고 메인 샤프트(22)의 회전을 따라 회전하면서 기체를 분배하며;
상기 공간파 냉동기는 우측에서 축 방향을 따라 흡기하고, 메인 샤프트(22) 좌반 솔리드 샤프트 상에 유압 평형력을 가함으로써 우측에서 오는 축방향력을 상쇄하는 방식으로서, 상기 공간파 냉동기는 기계의 좌측 단부에 평형 장치가 설치되어 있으며, 평형 장치는 유압 실린더 기체(5), 유압 스핀들(3), 실링 링(6), 베어링(7), 피스톤(8) 및 피스톤 링(9)을 포함하고, 베어링(7)은 유압 실린더 블록(5) 내에서 유압 스핀들(3)을 지탱하며, 유압 스핀들(3)의 첨단부를 이용해 메인 샤프트(22) 좌반 솔리드 샤프트의 좌측 단부 중심을 지탱하고, 유압 실린더 블록(5)은 어셈블리 형식으로 좌측 기체(1)의 단부 내에 매립되어 좌측 단부 커버(2)로 밀폐되며,오일 펌프(49)를 통해 오일 탱크(50) 내의 오일을 평형 장치로 보내 피스톤(8)이 우측 방향의 추력을 생성하도록 하고, 우측 방향 추력과 샤프트 상의 좌측 방향 추력이 서로 상쇄되도록 하며;
상기 공간파 냉동기 상에는 복수의 위치에 각각 서로 다른 실(seal)이 장착되어 있고, 메인 샤프트(22) 우측의 중공 샤프트 구간의 입구에는 단일 기계 실 Ⅱ(34)이 장착되어 있으며, 모터(45)는 이에 대응되도록 기계의 중간 위치에 설치되어, 기체 내에 내장되어 메인 샤프트(22) 중간에 장착된 풀리(29) 및 벨트를 통해 구동 회전되고, 이 때문에 기체 상에 갭을 형성하고 풀리(29)의 양 측에 실을 설치해야 하며, 그 중 이중 노즐(19), 배기 파이프(26) 및 풀리(29) 사이에는 반경 방향의 빗살 래비린스 실을 선택해 사용하고, 흡기 파이프(44)와 풀리(29) 사이에는 단일 기계 실 Ⅱ(34)을 선택해 사용했으며;
또한 베어링(12)은 기체 내에서 메인 샤프트(22)의 지탱부로서 샤프트의 양 단에 각각 설치되고, 기계의 양 측에는 베어링 박스가 각각 설치되며, 우측 베어링 박스는 내장식 우측 베어링 블록(38)이고, 좌측 베어링 박스는 좌측 기체(1) 내에 설치되며, 공간파 냉동기의 좌측 단부에 유압 평형 장치를 채택했으므로 사용된 오일 역시 베어링에 윤활을 공급하고, 메인 샤프트(22) 상에는 오일이 가스 시스템으로 유입되는 것을 방지하는 양 방향의 나선형 실(22a)이 설치되어 있으며, 메인 샤프트(22) 상에서 기체 배출 부분에 근접한 부분에는 단일 기계 실 I(17)이 설치되어 있고;
상기 공간파 냉동기는 기체의 바깥 원에서 원주 방향을 따라 세 개의 점을 선택해 홀을 가공하는데, 각 점의 간격은 120°이고, 이 세 개의 홀은 평면 상에 있어야 하며, 이와 같이 기체 외부에서 세 개의 앞부분이 테이퍼 형식인 볼트 탑(top) 와이어(48)를 통해 실링 커버를 체결고정 하는 것을 특징으로 하는 유압을 구동하는 평형형의 이중 노즐 및 이중 배열 파이프가 내장된 공간파 냉동기.
제1항에 있어서,
상기 이중 노즐(19)의 분출구는 원형, 사각형 및 직사각형이 있으며, 수량은 1 내지 9개이고;
상기 이중 노즐(19)의 분출구와, 메인 기체(16)에 장착된 진동 수용 파이프(28)의 파이프 홀은 서로 매칭되며;
각 층의 노즐에 대응되는 기체의 진동 수용 파이프(28)의 수량은 30 내지 150개이며, 각 진동 수용 파이프(28)의 끝부분에는 충격파 흡수 챔버(42)가 한 개씩 연결되고;
기체의 우측 단부 입구에는 한 개의 흡기 파이프(44)가 설치되며, 메인 기체(16)에는 1 내지 10개의 배기 파이프(26)가 설치되고, 상기 배기 파이프는 각각 이중 노즐의 양측에 설치되어, 기계에서 나온 후 다시 모이며;
상기 메인 기체(16)의 이중 노즐(19)에 대응되는 파이프 홀의 직경은 5 내지 55mm이고, 파이프 홀의 경사 각도는 0 내지 25도이며, 파이프 홀에 고정적으로 연결된 진동 수용 파이프의 길이는 1500 내지 12000mm인 것을 특징으로 하는 유압을 구동하는 평형형의 이중 노즐 및 이중 배열 파이프가 내장된 공간파 냉동기.