KR20240039197A - 압축기 어셈블리 - Google Patents

Abstract

압축기 어셈블리(1)는 압축기 요소(3)의 적어도 하나의 압축기 로터(5, 6) 및 오일 펌프(18, 63)를 구동하는 모터 샤프트(7)와 갖는 모터(2)를 포함하고, 압축기 로터(6)는 직접 커플링(40)에 의해 모터 샤프트(7)에 연결되는 압축기 로터 샤프트(33)에 장착되어 합성 구동 샤프트(45)를 형성하는 압축기 로터 부분(35)을 포함하고, 오일 펌프(18)는 상기 합성 구동 샤프트(45) 또는 다른 압축기 로터 샤프트(32)에 직접 장착된다.

Description

압축기 어셈블리

본 발명은 압축기 요소의 적어도 하나의 압축기 로터를 구동하는 모터 샤프트를 갖는 모터를 포함하는 압축기 어셈블리에 관한 것이다.

모터는 일반적으로 전기 모터이지만, 연소 엔진일 수 있거나, 원칙적으로 임의의 다른 유형의 회전 구동기 또는 액티베이터 또는 회전 운동을 발생시키기 위한 장치들의 조합일 수 있다.

압축기 어셈블리의 압축기 요소는 유체, 일반적으로 공기 또는 다른 기체, 예컨대, 산소, 이산화탄소, 질소, 아르곤, 헬륨 또는 수소와 같은 기체 유체를 압축 또는 가압하도록 의도된 것이다. 그러나, 압축기를 수증기 등과 같은 고밀도 유체를 압축 또는 가압하는 데 사용하는 것이 본 발명에서 배제되는 것은 아니다.

본 발명은 특히, 상기 압축기 요소의 경우, 해당 압축기 요소의 압축기 로터 자체 사이에 윤활용 오일이 주입되지 않는 것을 의미하는 무급유 또는 무오일 압축기 요소인 압축기 어셈블리에 대해 흥미를 가지고 있다.

무급유 압축기 요소는 오일을 전혀 사용하지 않는 압축기 요소는 아니지만, 일반적으로 윤활 또는 냉각을 위한 오일 순환 시스템을 포함한다. 오일에 의한 윤활 또는 냉각이 필요한 압축기 어셈블리의 요소 또는 구성요소는 일반적으로 압축기 어셈블리의 모터와 압축기 사이의 기어 휠 변속기의 기어 휠 또는 타이밍 기어와 같은 기어 휠, 압축기 출구, 압축기 요소 샤프트 또는 압축기 로터 샤프트의 베어링, 모터 샤프트 베어링 등을 포함한다.

무급유 또는 무오일 압축기 요소를 사용하는 이유는 압축기 요소에서 가압 또는 압축되는 유체가 오일을 포함하지 않거나 오일에 의해 오염되지 않도록 유지하기 위해서이다. 이는 예를 들어 식품 가공 응용 분야 등에 매우 중요하다.

압축기 요소에서 유체를 압축하거나 가압하기 위해 다양한 기술이 사용될 수 있다. 본 발명은 압축기 요소가 회전 운동을 위해 모터에 의해 구동되는 압축기 로터를 갖는 회전식 압축기 요소인 압축기 어셈블리에 관한 것이다.

본 발명은 이러한 예에 한정되지 않으며, 본 발명은 특히 오일을 윤활제 및/또는 냉각제로 사용하는 무급유 이중 로터 압축기 요소를 포함하는 압축기 어셈블리에 관한 것이다. 이중 로터 압축기 요소는 예를 들어 스크류 압축기 요소 또는 톱니 압축기 요소일 수 있다.

그럼에도 불구하고, 본 발명은 무급유 또는 무오일 압축기 요소를 포함하는 압축기 어셈블리로 제한되지 않으며, 예를 들어 오일 주입 압축기 요소를 포함하는 압축기 어셈블리는 본 발명에서 제외되지 않는다.

본 발명은 또한 회전식 압축기 요소를 포함하는 압축기 어셈블리에만 국한되지 않고, 다른 유형의 압축기 요소를 사용할 수 있다.

다른 관점에서, 본 발명은 또한 압축기 어셈블리의 전술한 오일 순환 회로를 통해 오일을 펌핑하기 위한 오일 펌프를 포함하는 압축기 어셈블리 및 압축기 어셈블리에서 이러한 오일 펌프와 관련하여 가능한 개량에 관한 것이다. 이러한 오일 펌프는 일반적으로 오일 저장소 또는 오일 섬프(sump)로부터 압축기 어셈블리의 구성요소로 그리고 다시 오일 저장소 또는 오일 섬프로 오일을 펌핑하는 데 사용된다.

또한, 본 발명은 모터 샤프트를 관련 압축기 요소의 압축기 로터의 로터 샤프트에 결합시키는 기술에 관한 것이다.

전형적인 최신 압축기 어셈블리에서, 압축기 어셈블리의 모터는 중간 기어박스 또는 기어 변속기를 통해 간접적인 방식으로 압축기 어셈블리의 압축기 요소의 압축기 로터 샤프트를 구동한다. 모터 샤프트와 압축기 로터 샤프트에 고정 장착된 기어 휠은 서로 직접적으로 또는 모터 샤프트와 압축기 로터 샤프트의 해당 기어 휠과 맞물리는 다른 기어 휠을 통해 상호 작용한다.

일반적으로 모터 샤프트는 압축기 요소의 수형 압축기 로터의 로터 샤프트를 구동하지만 반드시 그런 것은 아니다.

중간 기어 변속기 또는 기어박스는 모터 샤프트가 감소된 적당한 모터 속도로 회전하는 동안 매우 빠른 속도로 압축기 로터 샤프트를 간접적으로 구동할 수 있다.

중간 기어 변속기 또는 기어박스는 동일한 모터를 통해 간접적인 방식으로 여러 스테이지, 즉 여러 개의 압축기 요소를 구동하는 데에도 사용될 수 있다. 또한, 오일 펌프의 로터와 같은 압축기 어셈블리의 다른 회전 구성요소는 이러한 기어 변속기 또는 기어박스를 매개로 간접적인 방식으로 동일한 모터에 의해 구동될 수 있다.

모터 샤프트와 압축기 로터 샤프트를 상호연결하기 위해 중간 기어 변속기 또는 기어박스를 사용하는 분명한 단점은 압축기 어셈블리에서 많은 공간을 차지한다는 것이다. 특히, 이러한 중간 기어 변속기 또는 기어박스는 일반적으로 대형의 본 기어(bull gear)를 포함하며 주변 기어박스도 무시할 수 없는 크기를 가지고 있다. 이것은 압축기 어셈블리의 컴팩트한 설계를 복잡하게 한다.

이러한 중간 기어 변속기 또는 기어박스를 적용하는 다른 단점은 관련된 기어 휠 사이의 마찰 손실 등으로 인한 에너지 손실을 의미하며, 이는 압축기 어셈블리의 효율과 전반적인 성능에 부정적인 영향을 미친다는 것이다.

전술한 바와 같이, 압축기 어셈블리의 구성요소를 냉각하고 윤활하기 위해, 일반적으로 오일 펌프를 통해 오일을 펌핑하는 오일 순환 회로가 적용된다. 오일 펌프는 종종 전기 모터와 같은 구동 수단에 의해 구동된다.

기존 압축기 어셈블리의 또 다른 문제점은, 오일 펌프의 구동 수단에 고장이 발생하는 경우, 압축기 어셈블리가 여전히 완전히 작동 중일 때에도 압축기 어셈블리 구성요소의 냉각 및 윤활이 중단된다는 것이다. 오일 펌프 또는 그 구동 수단의 고장시 제어 수단과 압축기 어셈블리를 정지시키는 수단을 통해 이러한 상황을 방지하기 위해 많은 조치를 취할 수 있다. 일반적으로, 전자 제어 수단이 이러한 목적으로 사용된다. 이것은 모두 그 자체로 다소 복잡하고 이러한 시스템의 설치도 실용적이지 않다. 또한, 전자 장비는 고온 및 고압 조건에서 다소 취약하다. 이러한 상황은 개선된 해법을 크게 요구한다.

또한, 오일 펌프와 그 구동 수단은 압축기 어셈블리 근처에 설치되거나 압축기 어셈블리 하우징의 상부 또는 내부에 장착된다. 이러한 구성요소도 많은 공간을 차지하므로 압축기 어셈블리의 컴팩트한 설계를 복잡하게 한다.

최신 기술에 따르면, 압축기 어셈블리의 다단 스테이지를 구성하는 상이한 압축기 요소에 윤활 및 냉각 목적으로 오일을 공급하기 위해 단일 오일 펌프 및 오일 순환 회로를 갖춘 다단 압축기 어셈블리를 제공하는 것도 표준적인 실시이다.

그러나, 이러한 설계의 문제점은 예를 들어 해당 압축기 스테이지의 특정 구성요소의 오작동, 마모 또는 마멸로 인해 다단 압축기 어셈블리의 하나의 압축기 스테이지에서 발생하는 오일 오염이 다른 모든 압축기 스테이지로 쉽게 전달되어 다른 압축기 스테이지의 구성요소에 해로울 수 있다는 것이다. 요컨대, 최신 기술에 따라 알려진 이러한 종류의 설계에서는 소위 교차 오염이라는 문제가 발생할 수 있다.

본 발명의 목적은 전술한 문제들 및/또는 가능한 다른 문제들 중 하나 이상을 극복하는 것이다.

특히, 본 발명의 목적은 현재 알려진 압축기 어셈블리의 설계와 비교하여 보다 컴팩트한 설계의 압축기 어셈블리를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 에너지 관점에서 더 효율적이고 비용 효율적인 해법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 압축기 어셈블리의 작동 신뢰성 및 기능 안전성을 높이는 것이며, 특히 압축기 어셈블리의 작동 중 윤활 및 냉각 기능을 효율적이고 신뢰할 수 있는 방식으로 보장하는 것이 목적이다.

또한, 본 발명의 목적은 각 "모듈" 또는 압축기 스테이지가 압축기 어셈블리의 다른 "모듈" 또는 압축기 스테이지에 실질적으로 영향을 미치지 않는 별도의 장치로 기능하는 다단 압축기 어셈블리의 보다 모듈화된 구성을 가능하게 하는 압축기 어셈블리 설계를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 압축기 어셈블리를 통해 오일을 펌핑하는 수단의 통합을 개선한 압축기 어셈블리의 설계를 실현하는 것이다.

이를 위해, 본 발명은 압축기 어셈블리에 관한 것으로, 압축기 어셈블리는 해당 압축기 어셈블리의 오일 순환 시스템을 통해 오일을 펌핑하는 오일 펌프는 물론 압축기 요소의 적어도 하나의 압축기 로터를 구동하는 모터 샤프트를 갖는 모터를 포함하고, 상기 적어도 하나의 압축기 로터는 직접 커플링에 의해 모터 샤프트에 연결된 로터 샤프트에 장착되어 합성 구동축을 형성하고, 오일 펌프는 합성 구동축에 또는 압축기 어셈블리의 압축기 요소의 다른 로터 샤프트에 직접 장착된다.

본 발명에 따른 이러한 압축기 어셈블리의 첫 번째 큰 장점은 모터 샤프트가 압축기 어셈블리의 로터 샤프트에 직접 연결됨으로써 모터와 모터에 의해 구동되는 해당 압축기 요소를 상호 연결하기 위한 중간 기어 변속기 또는 기어박스가 필요하지 않다는 것이다.

이러한 방식으로 훨씬 더 컴팩트한 압축기 어셈블리를 얻을 수 있으며 많은 공간을 절약할 수 있다.

이러한 중간 기어 변속기 또는 기어박스가 없는 것과 관련된 추가의 장점은 모터 샤프트로부터 연결된 압축기 로터 샤프트로 토크를 전달하는 데 에너지가 손실되지 않는 것이며, 이는 기어 휠 사이에서 토크를 전달하는 동안 특정 손실이 발생하는 기어 변속기의 경우와 반대된다. 결과적으로, 본 발명에 따른 이러한 압축기 어셈블리는 더 에너지 효율적이며 전반적으로 더 높은 성능을 가진다.

본 발명에 따른 압축기 어셈블리의 다른 중요하고 매우 유리한 측면은 오일 펌프가 직접 커플링에 의해 직접 상호 연결되고 그 조합이 합성 구동축을 형성하는 모터 샤프트와 로터 샤프트의 조합 또는 압축기 어셈블리의 압축기 요소의 다른 로터 샤프트에 직접 장착된다는 것이다.

이러한 구성의 가장 큰 장점은 무엇보다도 오일 펌프가 동일한 모터를 통해 압축기 요소와 함께 구동된다는 것이다. 이것은 모터의 고장시 오일 펌프뿐만 아니라 압축기 요소도 정지한다는 것을 의미한다. 이러한 방식으로 오일 펌프가 별도의 구동 수단으로 구동되는 경우와 같이 압축기 요소가 여전히 작동하는 동안 오일 펌프가 작동하지 않는 상황은 발생할 수 없다.

다른 큰 장점은 오일 펌프가 압축기 어셈블리의 코어, 즉 압축기 어셈블리의 구동 요소 근처에, 특히 합성 구동축 또는 다른 로터 샤프트에 완전히 통합되는 것이다. 오일 펌프가 압축기 어셈블리의 주변 위치에 위치하지 않으므로 압축기 어셈블리의 매우 컴팩트한 설계가 보장된다.

본 발명에 따른 이러한 압축기 어셈블리의 또 다른 장점은 본 명세서에서 예시를 통해 추가로 논의되는 바와 같이, 다단 압축기 어셈블리를 보다 모듈식으로 구성할 수 있다는 것이다.

본 발명에 따른 이러한 압축기 어셈블리는 점점 더 많은 고속 드라이브 또는 모터 및 베어링이 개발 및 활용되고 있는 현대 기술의 추세에 더욱 부합한다는 점도 이해되어야 한다. 실제로, 모터가 해당 압축기 요소에서 유체의 실질적인 압축을 실현하는 데 필요한 고속으로 압축기 로터 샤프트를 구동할 수 있는 경우, 중간 기어 변속기 없이 모터 샤프트를 압축기 로터 샤프트에 직접 커플링하는 것만이 합리적이다.

그러나, 모터 샤프트와 압축기 로터 샤프트 사이의 직접 커플링에 대한 선택은 분명하지 않으며 모터 샤프트와 압축기 로터 샤프트 사이의 직접 커플링은 경우에 따라 적절한 기술로 설계되거나 구성되어야 한다. 이러한 설계는 여러 가지 요인에 의해 제약을 받을 수 있다.

예를 들어, 큰 토크 맥동은 일반적으로 톱니 압축기 요소뿐만 아니라 다른 압축기 요소에서도 발생하므로 직접 커플링에 의해 전달되는 정격 토크에 대한 요건이 엄격해진다. 이것은 직접 커플링에 의해 전달되는 정격 피크 토크와 직접 커플링의 공칭 토크 등급 사이에 큰 비율이 있음을 의미한다.

모터 샤프트와 압축기 로터 샤프트 사이의 안정적인 직접 커플링 설계를 복잡하게 만드는 다른 파라미터는 실제 압축 또는 압축기 요소를 통한 충분히 높은 압축비 또는 유체 유량을 달성하기 위해 이러한 압축기 응용에서 필요한 높은 작동 속도이다.

또한, 직접 커플링이 작동해야 하는 환경은 설계에 엄격한 제약을 가한다. 이러한 환경은 일반적으로 오일로 오염된 고온 환경이다.

또한, 직접 커플링으로 결합되는 모터 샤프트와 압축기 모터 샤프트는 일반적으로 열팽창 계수 등의 물리적 특성이 상이한 다른 재료로 제조되는 경우가 많다. 이것은 논의 중인 종류의 신뢰할 수 있는 직접 커플링을 설계하는 작업을 더 복잡하게 한다.

따라서, 모터 샤프트와 압축기 로터 샤프트 사이에 수리 또는 유지보수가 필요 없이 상당한 수명을 갖는 직접 커플링을 실현하고 설계하는 것은 큰 도전이다.

압축기 어셈블리에서 직접 커플링을 사용하는 것을 반대하는 다른 요인은 압축기 어셈블리의 모터와 압축기 요소 사이에 접근이 불가능한 블라인드 위치인 압축기 어셈블리 하우징에서의 위치이다.

직접 커플링의 적용은 압축기 요소 측면에 가능한 변형에 제한을 도입할 수 있으므로 소위 "고정된 설계(frozen design)"로 간주될 수 있다.

본 발명에 제안된 구성은 모터 샤프트가 압축기 어셈블리의 로터 샤프트에 직접 커플링될 뿐만 아니라 동시에 오일 펌프가 압축기 어셈블리에 통합되고 압축기 어셈블리의 압축기 요소와 동일한 모터에 의해 구동되기 때문에 훨씬 더 문제가 된다.

이러한 오일 펌프를 합성 구동 샤프트 또는 압축기 어셈블리의 다른 로터 샤프트에 직접 장착하는 것은 분명하지 않은데, 이는 이들 샤프트가 압축 과정에는 적절하지만 펌핑 과정에는 반드시 적절한 것은 아닌 매우 높은 회전 속도로 회전하고 있기 때문이다.

이러한 회전축의 중심축으로부터의 거리가 멀수록 해당 샤프트에 장착된 회전 요소가 경험하는 부분 속도는 높아진다.

결과적으로, 오일 펌프의 로터의 반경 크기가 증가하면 로터 선단에서 경험하는 속도도 증가한다. 그러나, 로터 선단과 펌핑된 오일의 속도가 일정 수준 이상으로 증가하면, 주변 압력이 낮은 곳(예, 높은 고도)일수록 공동화(cavitation)가 발생할 위험이 커진다.

이러한 이유로, 공동화를 방지하기 위해 오일 펌프의 반경 크기를 가능한 한 작게 유지해야 한다. 반면에, 합성 구동축 또는 다른 로터 샤프트는 해당 샤프트에 가해지는 높은 토크와 속도에 대처할 수 있도록 적어도 일정 최소값을 초과하는 크기 또는 직경을 가진다. 이러한 두 가지 요건, 즉 고속 조건에서 오일 펌프의 반경방향 치수를 가능한 한 작게 유지해야 한다는 요건 및 고속 및 토크 조건을 수용할 수 있을 만큼 충분히 큰 직경 또는 반경방향 치수를 가진 구동 샤프트를 가져야 한다는 요건은 분명히 모순된다. 따라서, 이 두 가지 상반된 요건 사이에서 적절한 균형을 찾는 것은 상당히 어려운 일이다.

결론적으로, 모터 샤프트를 압축기 로터 샤프트에 대해 직접적인 방식으로 결합하는 압축기 어셈블리 - 압축기 어셈블리의 합성 구동 샤프트 또는 다른 로터에 오일 펌프가 직접 장착되어 압축기 어셈블리에 통합됨 - 에 적용하기 위한 신뢰할 수 있는 직접 커플링을 설계하는 것은 실제로 실현하기 쉽지 않지만 많은 장점이 있다고 할 수 있다.

본 발명에 따른 압축기 어셈블리의 바람직한 실시예에서, 오일 펌프는 모놀리식, 비중공형 샤프트 또는 샤프트의 모놀리식, 비중공형 부분에 장착된다.

본 발명에 따른 압축기 어셈블리의 특정 실시예에 대한 이러한 사양은 언뜻 보기에는 다소 임의적인 것으로 보일 수 있지만, 이는 본 명세서에서 더 명확해질 실제에 근거를 두고 있다.

실제로, 예를 들어 연결 조립 및 분해는 물론 다른 이유로 사용하기에도 실용적인 모터 샤프트와 압축기 로터 요소의 해당 로터 샤프트 사이의 견고하고 직접적인 결합을 실현하기 위해, 중공 샤프트 및 스터드 구성을 사용하는 것이 편리하다.

본 발명에 따르면, 전술한 공동화 문제 등의 이유로, 이러한 샤프트의 직경이 너무 커서 해당 직경 이상의 오일 펌프의 로터의 장착을 여전히 수용 가능하기 때문에, 이러한 중공 샤프트 또는 샤프트의 중공 부분에 오일 펌프를 장착하는 것은 실질적으로 실현 가능하지 않다.

본 발명에 따른 제안은 오일 펌프의 로터를 중심축에서 외경까지 완전히 구체화되고 매우 높은 회전 속도에서 높은 토크 하중을 견디고 오일 펌프의 로터를 구동하는 데 필요한 힘을 추가로 견딜 수 있을 정도로 충분히 강한 샤프트 또는 샤프트 부분에 설치하는 것이다. 중실형의 오일 펌프 샤프트는 더 단단하거나 더 강하다는 장점도 있다. 따라서, 펌프 출구 압력의 작용 하중 하에서 오일 펌프 샤프트의 편향이 더 작아진다. 펌프 샤프트 편향을 줄이는 것에 의해 오일 펌프의 손상 위험이 줄어든다. 이러한 완전히 구체화된 샤프트 또는 샤프트 부분은 치수를 줄여서 구현할 수도 있지만 모든 관련 하중에 대처할 수 있을만큼 충분히 강하다.

따라서, 본 발명에 따른 압축기 어셈블리의 이러한 실시예의 큰 장점은 모터 샤프트와 로터 샤프트 사이에 견고한 직접 커플링을 실현할 수 있고, 이러한 직접 커플링은 사용 중에도 매우 편리하며, 동시에 오일 펌프가 여전히 압축기 어셈블리의 구동 샤프트에 장착되어 압축기 어셈블리에 완전히, 깊숙이 통합된다는 것이다.

본 발명에 따른 압축기 어셈블리의 바람직한 실시예에서, 오일 펌프는 모터 샤프트가 직접 커플링에 의해 압축기 요소의 해당 로터 샤프트에 연결되는 구동 측과는 반대되는 모터 또는 압축기 요소의 비구동 측에 장착된다.

본 발명에 따른 압축기 어셈블리의 이러한 실시예의 큰 장점은 오일 펌프가 압축기 어셈블리의 외측, 즉 로터 샤프트의 자유 단부 또는 모터 샤프트의 자유 단부에 제공된다는 것이다. 이러한 방식으로 오일 펌프는 예를 들어 유지 보수 또는 오일 라인 연결, 오일 펌프의 조립 및 분해 등을 위해 쉽게 접근할 수 있다.

본 발명에 따른 압축기 어셈블리의 또 다른 바람직한 실시예에서, 오일 펌프는 제로터 펌프(gerotor pump)이다.

제로터 펌프는 작은 크기로 쉽게 실시될 수 있고, 압축기 어셈블리에 적용되는 높은 회전 속도에서 사용하기에 적절한 매우 단순한 펌프이다. 제로터 오일 펌프를 구동하는 데 필요한 구동력 또는 토크는 다소 제한적이다. 실제로, 이것은 적은 전력 소비로 오일 유량을 효율적으로 공급하는 방식이기 때문에 통합형 오일 펌프, 특히 제로터 오일 펌프의 주요 장점 중 하나이다. 제로터 펌프의 간극도 매우 작아 부피 효율을 최적화할 수 있다. 이것은 다른 유형의 오일 펌프에 비해 제로터 오일 펌프의 누출률이 낮다는 것을 의미한다.

본 발명에 따른 압축기 어셈블리의 가능한 실시예에서, 직접 커플링은 플렉시블 커플링이다.

본 발명에 따른 압축기 어셈블리의 이러한 실시예는 플렉시블 커플링이 모터 샤프트와 압축기 로터 샤프트 사이의 결합에 의해 형성된 구동 트레인에 존재하는 비틀림 진동을 감소시키는 플렉시블 직접 커플링의 댐핑 요소에 의해 제공되는 댐핑 특성을 가진다는 점에서 유리하다.

본 발명에 따른 압축기 어셈블리의 이러한 실시예의 다른 장점은 플렉시블 직접 커플링이 비교적 쉽게 조립 및 설계된다는 것이다. 실제로, 플렉시블 직접 커플링은 어셈블리의 공차에 관한 한 요구 사항이 높지 않으며 압축기 어셈블리의 구성요소 간의 가능한 오정렬에 대처할 수 있다.

본 발명에 따른 압축기 어셈블리의 이러한 실시예의 또 다른 장점은 오일 펌프가 압축기 어셈블리에 쉽게 통합될 수 있고, 모터 샤프트 또는 압축기 로터 중 하나의 사용 가능한 모든 비구동 측에 설치될 수 있다는 것이다.

본 발명에 따른 압축기 어셈블리의 다른 가능한 실시예에서, 모터 샤프트와 로터 샤프트 사이의 직접 커플링은 견고한 직접 커플링이다.

이것은 전술한 바와 같은 여러 가지 이유로 인해 압축기 어셈블리의 모터 샤프트와 압축기 로터 샤프트를 직접적인 방식으로 상호 연결하는 데 있어 여전히 덜 분명한 선택일 수 있지만, 압축기 어셈블리의 구동 트레인을 더욱 콤팩트하게 만들 수 있다.

우선, 비교적 큰 플렉시블 커플링이 더 이상 필요하지 않다. 또한, 구동 트레인의 플렉시블 직접 커플링 대신에 강성 직접 커플링을 사용하여 압축기 어셈블리의 다른 구성요소를 제거할 수 있다. 이러한 경우, 예를 들어 구동측 모터 베어링과 이 베어링에 대한 관련 오일 윤활 채널 및 관련 밀봉을 제거할 수 있다.

실제로, 강성 직접 커플링을 사용하는 경우, 강성 직접 커플링을 통해 압축기 샤프트에 직접 결합된 모터 샤프트의 조합은 하나의 합성 구동 샤프트로 간주될 수 있다. 이러한 합성 구동 샤프트는 한편으로는 합성 샤프트의 로터 샤프트 측을 지지하기 위한 한 쌍의 로터 샤프트 베어링과, 다른 한편으로는, 합성 샤프트의 모터 샤프트 부분을 지지하기 위해 모터의 비구동 측에 제공되는 단일 모터 샤프트 베어링에 의해 압축기 어셈블리 하우징 내에서 회전 가능한 방식으로 충분히 지지된다.

또 다른 실시예에서는 모터 샤프트를 지지하기 위해 베어링을 전혀 사용하지 않는 것도 상상할 수 있으므로, 모터의 현수형 설계가 얻어진다.

본 발명에 따른 압축기 어셈블리의 바람직한 실시예에서, 모터 샤프트와 로터 샤프트 사이의 강성 직접 커플링은 강성 가압 커플링이거나 강성 열수축 커플링이다. 본 발명에 따른 압축기 어셈블리의 또 다른 실시예에서, 모터 샤프트와 로터 샤프트 사이의 강성 직접 커플링은 억지끼움 커플링, 압력 끼움 커플링 또는 마찰 끼움 커플링이다.

본 발명에 따른 압축기 어셈블리의 이러한 실시예의 큰 장점은 모터 샤프트가 압축기 로터 샤프트에 눌리거나 열 수축되어 강성 커플링을 형성할 수 있다는 것이다. 이러한 제조 방법은 매우 효율적이고 비교적 쉽게 실행할 수 있으며 비용 효율적이다.

본 발명에 따른 압축기 어셈블리의 또 다른 바람직한 측면은 모터 샤프트와 로터 샤프트 사이의 강성 직접 커플링을 형성하기 위해서는 바람직하게는 모터 샤프트와 로터 샤프트 중 하나가 중공 샤프트 - 해당 중공 샤프트를 통해 연장되는 축방향 연장 채널을 중앙에 포함함 - 로서 구현된다는 것이며, 상기 중공 샤프트의 축방향 연장 채널에는 중공 샤프트로서 구현되지 않는 모터 샤프트 및 로터 샤프트의 다른 쪽 단부로 제1 단부가 연장되는 연결 스터드가 제공되고, 이 연결 스터드는 상기 제1 단부에서 상기 비중공 샤프트에 고정적으로 연결되며, 상기 연결 스터드의 반대쪽 제2 단부에는 중공 샤프트에 대해 스터드를 텐셔닝(tensioning)하는 텐셔닝 수단이 제공된다.

본 발명에 따른 압축기 어셈블리의 이러한 실시예의 큰 장점은 모터 샤프트와 해당 압축기 로터 샤프트가 연결 스터드를 통해 서로에 대한 샤프트 단부면의 축방향 또는 원추형 클램핑에 의해 단단히 결합된다는 것이다. 텐셔닝 수단은 모터 샤프트와 압축기 로터 샤프트의 단부면을 서로 가압하는 축방향의 힘을 제공하여 양 단부면 사이에 클램핑력을 생성한다.

결과적으로, 모터 샤프트와 압축기 로터 샤프트의 견고한 상호 연결이 이루어지고 어떤 에너지 손실도 없이 샤프트 사이에 토크가 전달된다.

축방향 클램핑력을 생성하기 위해 연결 스터드가 사용되는 견고한 직접 커플링을 통한 이러한 상호 연결의 다른 장점은 경우에 따라 모터 샤프트 또는 압축기 로터 샤프트인 해당 중공 샤프트의 비구동 측에서 커플링이 체결 및 해제될 수 있다는 것이다. 이러한 방식으로 전체 압축기 어셈블리 하우징을 개방하지 않고도 분해를 시작할 수 있다.

또한, 강성 커플링을 구현하기 위해 반경방향 압력 끼움을 적용하는 경우, 강성 직접 커플링을 쉽게 분해하기 위해 연결 스터드가 필요할 수 있다.

실제로, 강성 커플링에 반경방향 압력 끼움(또는 수축 끼움)을 사용하는 경우, 외부 샤프트가 가열되어 내부 샤프트 위로 이동된다. 강성 커플링은 외부 샤프트가 냉각되어 수축된 후에 얻어진다.

이러한 압력 끼움 또는 수축 끼움 강성 커플링을 분리해야 하는 경우, 일반적으로 상호 연결된 2개의 샤프트 사이에 가압 오일이 가해진다. 또한, 동시에, 제거할 샤프트에는 당김력이 가해지는데, 이 힘은 다른 샤프트에 푸싱력을 가하는 것에 의해 생성된다. 다른 샤프트에 대한 이러한 푸싱력은 전술한 구성의 연결 스터드를 통해 실용적인 방식으로 실현될 수 있다.

본 발명에 따른 압축기 어셈블리의 바람직한 실시예에서, 커플링을 통한 적절한 토크 전달을 보장하고 견고한 직접 커플링의 적절한 기능을 위해 필요한 클램핑력은 마찰 심(friction shim) 또는 모터 샤프트의 단부면과 압축기 로터 샤프트 사이의 소위 허스(hirth) 커플링 또는 톱니 형상을 이용하여 감소된다.

마찰 심은 해당 샤프트의 단부면 사이의 마찰을 증가시켜 이러한 마찰 심을 사용하지 않을 때 필요한 축방향 클램핑력에 비해 더 작은 축방향 클램핑력을 통해 이러한 단부면 사이의 회전 운동을 방지할 수 있으며, 단부면의 마찰은 증가하지 않았다. 물론 목표는 일정한 축방향 클램핑력 하에서 하나의 샤프트에서 다른 샤프트로 샤프트의 단부면 사이에 슬립이 없이 토크를 전달하는 것이다.

실제로, 서로 접촉하는 평탄면은 해당 평탄면에 접선방향으로 또는 평행하게 향하는 최소한의 힘을 가함으로써 서로에 대해 이동될 수 있는 것으로 알려져 있다. 필요한 접선 방향의 최소 힘은 평탄면을 서로 밀어내는 데 가해지는 법선방향의 힘에 따라(비례하여) 달라진다. 동일하게 가해진 법선력의 경우, 평탄면 사이의 마찰이 높은 경우에 비해 평탄면 사이의 마찰이 낮은 경우에 필요한 접선방향의 힘은 더 낮아진다.

이러한 종류의 마찰 심을 적용하면 연결 스터드의 크기나 직경도 감소될 수 있다.

허스 커플링 또는 톱니가 사용되는 경우, 이러한 커플링 또는 톱니가 상호 보완적인 단부면 각각에 그리고 샤프트의 기계적 맞물림으로 인해 함께 결합될 때 제공되는 치형부를 가지기 때문에 토크 전달 중에 로터 샤프트와 모터 샤프트의 단부면 사이에 슬립의 위험이 크지 않거나 전혀 없다.

본 발명은 도면을 참조로 추가로 설명할 것이며,
- 도 1 및 도 2는 최신 기술에 따라 공지된 압축기 어셈블리의 2가지 상이한 실시예를 예시하는 개략도이고;
- 도 3 및 도 4는 직접 플렉시블 커플링 및 강성 직접 커플링을 각각 포함하는 본 발명에 따른 압축기 어셈블리의 각 실시예를 도 1 및 도 2와 유사한 방식으로 도시하며;
- 도 5는 도 4에 도시된 2개의 압축기 어셈블리로 형성된 2단 압축기 어셈블리의 개략도를 나타내며;
- 도 6은 제로터 펌프를 통한 단면의 단순화된 도면이고;
- 도 7은 도 4에 도시된 실시예에 대한 바람직한 대안인 본 발명에 따른 압축기 어셈블리의 일 실시예를 도시하며;
- 도 8 및 도 9는 도 7에서 F08 및 F09로 표시된 부분을 더 큰 축척으로 더 상세하게 나타내며;
- 도 10 및 도 11은 로터 샤프트 및 모터 샤프트의 단부면에서의 대안적인 상호 연결에 대한 관련 부분을 더 큰 축적으로 도 9와 유사한 방식으로 도시하며;
- 도 12 및 도 13은 도 10 및 도 11에서 F12 및 F13로 표시된 부분을 더 큰 축적으로 각각 사시도 및 정면도로 나타내며; 그리고
- 도 14 내지 도 17은 도 7에 도시된 실시예에 대한 대안적인 실시예인 본 발명에 따른 압축기 어셈블리의 다른 실시예를 나타낸다.

도 1은 최신 기술에 따라 공지된 압축기 어셈블리(1)를 도시한다. 압축기 어셈블리(1)는 압축기 요소(3)를 구동하는 모터(2)를 포함한다. 모터(2)와 압축기 요소(3)를 상호 연결하기 위해, 압축기 어셈블리(1)는 모터(2)와 압축기 요소(3) 사이에 위치되는 중간 기어휠 변속기(4)를 구비한다.

도입부에서 설명한 바와 같이, 이러한 구성의 큰 장점은 모터(2)의 회전 속도를 비교적 낮게 유지할 수 있다는 것이다. 이러한 비교적 낮은 회전 속도는 압축기 요소(3)의 압축기 로터(5, 6)를 구동하는 데 필요한 중간 기어휠 변속기(4)에 의해 더 높은 회전 속도로 변환된다.

모터는 한 쌍의 베어링(12, 13)에 의해 중간 기어휠 변속기 하우징(11)에서 회전 가능하게 지지되는 기어휠 변속기 샤프트(10)에 결합된 구동 측(9)에 일단부(8)를 갖는 모터 샤프트(7)를 구비한다.

모터 샤프트(7)와 기어휠 변속기 샤프트(10) 사이의 연결은 중간 커플링(14)에 의해 실현된다.

구동 기어휠(15)은 기어휠 변속기 샤프트(10)에 고정적으로 장착되고, 압축기 요소(3)의 압축기 로터 중 하나(6)의 압축기 로터 샤프트(17)에 고정적으로 장착된 피동 피니언 휠(16)과 서로 맞물린다.

압축기 어셈블리(1)는 또한 압축기 어셈블리(1)에 통합되지 않고 오일 순환 시스템(20)을 통해 오일을 오일 저장소(21)에서 압축기 어셈블리(1)로 그리고 다시 오일 저장소(21)로 펌핑하기 위한 다른 전기 모터(19)에 의해 구동되는 오일 펌프(18)를 포함한다.

도 2는 최신 기술에 따라 알려진 다른 압축기 어셈블리(1)를 예시하는데, 이 어셈블리는 2단 압축기 어셈블리(1)로서, 전술한 경우와 같은 제1 압축기 요소(3) 및 제2 압축기 요소(22)를 포함한다.

2개의 압축기 요소(3, 22)는 동일한 모터(2) 및 모터 샤프트(7)에 의해, 다시 중간 기어휠 변속기(4)에 의해 구동된다.

이번에는 중간 기어휠 변속기(4)의 구동 기어휠(15)이 제1 압축기 요소(3)에 의해 형성된 제1 스테이지를 구동하기 위한 피동 피니언 휠(16) 및 제2 압축기 요소(22)에 의해 형성된 제2 스테이지를 구동하기 위한 유사한 피동 피니언 휠(23)과 맞물린다.

이것은 분명히 하나의 모터(2)로 2개의 압축기 스테이지를 동시에 구동하기 위한 실용적인 방식이다. 반면에, 2개의 압축기 스테이지(3, 22)의 회전 속도를 서로 독립적으로 제어할 수 있는 유연성은 없다.

오일 펌프(18)는 2개의 압축기 스테이지(3, 16)에 오일을 공급하는데, 이는 도입부에서 설명한 바와 같이 소위 교차 오염의 위험이 높다는 것을 의미한다.

도 3은 본 발명에 따른 압축기 어셈블리(1)를 예시한다. 압축기 어셈블리(1)는 모터(2)를 포함하며, 모터는 이 경우 모터 하우징(24)에 장착되며 모터 하우징(3)을 통해 축 방향(XX')으로 연장되는 모터 샤프트(7)를 포함하는 전기 모터이다. 모터 샤프트(7)에는 모터 하우징(24)에 고정적으로 장착되는 모터 고정자 권선(26) 내에서 모터 샤프트(7)와 함께 회전하는 모터 로터(25)가 제공된다.

모터(2)의 구동측(9)에서, 압축기 요소(3)가 모터(2)에 결합된다.

도입부에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 압축기 요소(3)가 무급유 또는 무오일 압축기 요소(3)인 압축기 어셈블리(1)에 특히 관심이 있다.

본 발명에 따르면, 압축기 어셈블리(1)의 압축기 요소(3)는 바람직하게는 이중 로터 압축기 요소(3)이고, 특히 압축기 어셈블리(1)의 압축기 요소(3)는 톱니 압축기 요소(3) 또는 스크류 압축기 요소(3)인 것이 바람직하다.

압축기 요소(3)는 압축기 요소 하우징(27)에 장착되고, 압축기 입구(29)에서 압축기 요소(3)로 공급되는 유체(28)를 압축하기 위해 서로 협력할 수 있는 압축기 로터(5, 6)를 포함한다. 압축 또는 가압된 유체(30)는 압축기 출구(31)에서 배출되어 압축 또는 가압된 유체(30)의 소비자 또는 소비자들의 네트워크에 공급된다.

유체는 이 경우 압축기 요소(3)의 주변으로부터 얻은 공기이지만, 반드시 그런 것은 아니다.

압축기 로터(5, 6)는 각각 압축기 로터 샤프트, 즉 압축기 로터 샤프트(32) 및 압축기 로터 샤프트(33)를 포함하며, 로터 샤프트의 중앙부에 각각 압축기 로터 부분(34) 및 압축기 로터 부분(35)이 구비되어 있다.

압축기 로터 부분(34)은 다른 압축기 로터 부분(35)을 형성하는 수형 로터 부분(35)과 협력하는 암형 로터 부분(34)일 수 있고, 또는 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 실제로, 압축기 로터 부분(34, 35)은 각각 예를 들어 스크류 압축기 요소의 스크류 로터 또는 톱니 압축기 요소의 톱니 로터일 수 있지만, 다른 유형이 본 발명에 의해 배제되는 것은 아니다.

압축기 요소 샤프트(32, 33)는 각각 한 쌍의 압축기 로터 샤프트 베어링, 즉 한 쌍의 압축기 로터 샤프트 베어링(36, 37) 및 한 쌍의 압축기 로터 샤프트 베어링(38, 39)에 의해 압축기 요소 하우징(27) 내에서 회전 가능한 방식으로 지지된다.

전기 모터(2)에 의해 압축기 요소(3), 보다 정확하게는 압축기 요소(3)의 압축기 로터(5, 6)를 구동하기 위해, 본 발명에 따르면, 모터 샤프트(7)는 해당 샤프트(7, 33)의 직접 커플링(40)에 의해 압축기 로터(6)의 압축기 로터 샤프트(33)에 직접적인 방식으로 결합되어 있다. 직접 커플링(40)은 모터 샤프트(7)의 자유 단부(41)와 압축기 로터 샤프트(33)의 자유 단부(42) 사이에 제공되며, 모터 하우징(24)과 압축기 요소 하우징(27) 사이에 제공되는 중간 하우징 격실(43) 내에 위치된다.

모터 하우징(24), 압축기 하우징(27) 및 중간 하우징 격실(43)은 함께 압축기 어셈블리 하우징(44)을 형성한다.

상호 연결된 모터 샤프트(7)와 압축기 로터 샤프트(33) 및 직접 커플링(40)의 조합은 합성 구동 샤프트(45)를 형성하는 것으로 간주될 수 있다.

도 3의 실시예에서, 모터 샤프트(7)와 압축기 로터 샤프트(33) 사이의 직접 커플링(40)은 플렉시블 직접 커플링(46)이다. 전형적으로, 이러한 플렉시블 직접 커플링(46)은 구동 트레인의 진동 감쇠에 기여하고 관련 샤프트(7)와 로터 샤프트(33) 사이의 작은 오정렬을 수용할 수 있는 하나 이상의 댐핑 요소를 포함할 것이다.

이 경우, 플렉시블 직접 커플링(46)이 사용되기 때문에, 로터 샤프트(7)는 한 쌍의 모터 샤프트 베어링(47, 48)에 의해 회전 가능한 방식으로 모터 하우징(24) 내에 지지된다.

그 결과, 압축기 요소(3)의 압축기 로터(6)는 모터 샤프트(7)에 의해 직접 구동된다. 다른 압축기 로터(5)는 각각 압축기 로터 샤프트(32)와 압축기 로터 샤프트(33)의 비구동 단부(51)에 장착된 2개의 타이밍 기어(49, 50) 사이의 상호 작용을 통해 간접적으로 구동된다.

마지막으로, 모터(2)의 비구동측(52), 즉 모터(2)가 압축기 요소(3)에 결합되는 구동측(9)의 반대측에서, 압축기 어셈블리(1)는 오일 펌프(18)를 추가로 구비한다. 이 오일 펌프(18)는 이번에는 모터 하우징(24)에 통합되거나 모터 하우징(24) 또는 해당 모터 하우징(24)의 모터 하우징 커버에 장착된다.

본 발명에 있어서 중요한 것은 오일 펌프(18)가 전기 모터(2)의 모터 샤프트(7)에 직접 장착되거나, 일반적으로 합성 구동 샤프트(45) 또는 압축기 요소(3)의 다른 압축기 로터 샤프트(32)에 장착된다는 특징이다. 이러한 방식으로, 압축기 어셈블리(1)에서 오일 펌프(18)의 매우 심오한 통합이 이루어지고 압축기 어셈블리의 매우 컴팩트한 설계가 실현될 수 있다.

도입부에서 설명한 바와 같이, 오일 펌프(18)를 전술한 샤프트(7, 32 또는 45) 중 하나에 직접 장착하는 선택은 이들 샤프트(7, 32 또는 45)가 매우 높은 회전 속도로 회전하기 때문에 분명하지 않다.

오일 펌프(18)는 물론 압축기 어셈블리(1)의 오일 순환 시스템(20)에서 오일(53)을 순환시키기 위한 구동력을 제공하기 위한 것이다. 이 오일 순환 시스템(20)은 윤활 목적 또는 냉각 목적 또는 양자 모두를 위해 압축기 어셈블리(1)의 구성요소에 오일(53)을 공급하기 위한 것이다.

오일(53)은 예를 들어 모터 하우징(24) 아래에 직접 장착됨으로써 압축기 어셈블리 하우징(44)에도 통합되는 것이 바람직한 오일 저장소(21) 또는 오일 섬프(21)로부터 흡입 라인(55)을 통해 오일 펌프 입구(54)에서 흡입된다. 오일은 오일 펌프 압력 라인(56)을 통해 압축기 어셈블리(1)의 관련 구성요소로 더 펌핑되어 오일 저장소 또는 오일 섬프(21)로 복귀된다. 오일 순환 시스템(20)에는 일반적으로 오일 쿨러와 오일 필터도 있지만, 도면에는 표시되어 있지 않다.

일반적으로 윤활이 필요한 압축기 어셈블리(1)의 구성요소는 예를 들어, 모터 샤프트 베어링(47, 48) 또는 압축기 로터 샤프트 베어링(36-39)과 같은 베어링이거나, 타이밍 기어(32, 33)와 같은 기어이다. 냉각이 필요한 구성요소는 예를 들어 전기 모터(2), 압축기 요소(3)의 출구(31)에 있는 압축 유체(30), 압축기 요소(3) 자체 또는 압축기 어셈블리(1)의 다른 요소이다.

본 발명에 따른 압축기 어셈블리(1)의 이러한 실시예는 압축기 어셈블리 내의 구성요소들의 매우 정교한 통합이 실현된다는 점에서 매우 흥미롭다는 것이 분명하다.

그러나, 도 4는 도 3의 실시예와 비교하여 요소들이 여전히 더 통합되거나 일부 요소들이 제거된 본 발명에 따른 압축기 어셈블리의 다른 실시예를 도시한다.

이 경우, 모터 샤프트(7)와 압축기 로터 샤프트(33)는 다시 직접 커플링(40)에 의해 상호 연결되지만, 직접 커플링(40)은 이번에는 강성 직접 커플링(57)이다.

도 4의 예에서, 모터 샤프트(7)와 압축기 로터 샤프트(33) 사이의 이러한 강성 직접 커플링(57)은 강성 가압 커플링이거나 강성 열수축 커플링(57)이다.

이러한 강성 직접 커플링(57)을 실현하기 위한 첫 번째 단계에서, 모터 샤프트(7)의 단부(8)는 반경방향 크기를 증가시키기 위해 가열된다. 그런 다음 반경방향 크기가 증가된 이 가열된 단부(8)가 압축기 로터 샤프트(33)의 단부(42) 위로 이동된다. 냉각 후, 모터 샤프트의 단부(8)가 수축되고 모터 샤프트(7)와 압축기 로터 샤프트(33) 사이에 견고한 상호 연결이 이루어진다.

도 3에 도시된 본 발명에 따른 압축기 어셈블리의 실시예와의 다른 차이점은 도 4의 실시예에서 모터 샤프트(7)가 모터 하우징(24)에서 단 하나의 모터 샤프트 베어링(58)에 의해서만 회전 가능하게 지지된다는 것이다. 실제로, 강성 직접 커플링(57)에 의해 단단히 상호 연결된 모터 샤프트(7)와 압축기 로터 샤프트(33)의 조합은 압축기 요소 하우징(27) 내의 (압축기 로터(6)의) 한 쌍의 베어링(38, 39) 및 모터 하우징(24) 내의 단일 모터 샤프트 베어링(58)에 의해 회전 가능하게 지지되는 강성 합성 구동 샤프트(45)인 것으로 간주될 수 있다.

물론, 강성 합성 구동 샤프트(45)를 지지하기 위해 베어링 배열의 다른 구성이 적용될 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 압축기 어셈블리(1)의 일 실시예를 나타내는데, 여기서 압축기 어셈블리(1)는 다단 압축기 어셈블리(59), 특히 제1 압축기 스테이지(60) 및 제2 압축기 스테이지(61)를 포함하는 2단 압축기 어셈블리(59)이다.

제1 압축기 스테이지(60) 및 제2 압축기 스테이지(61)는 각각 도 4에 도시된 실시예의 정확한 카피인 압축기 어셈블리(1)로서 구현된다.

스테이지(60) 및 스테이지(61)는 직렬로 연결된다. 여기서, 제1 스테이지(60)의 압축기 요소(3)의 압축기 출구(31)는 제2 스테이지(61)의 압축기 요소(3)의 압축기 입구(29)와 유체 덕트(62)를 통해 상호 연결된다. 이러한 방식으로, 제1 스테이지(60)에서 압축된 압축 유체(30)는 제2 스테이지(61)의 입구(29)로 공급되고, 거기서 더 압축되어 제2 스테이지(61)의 압축기 요소(3)의 압축기 출구(30)에서 배출된다.

각 압축기 스테이지(60 또는 61)는 모터 샤프트(7)를 갖는 모터(2)와 모터 샤프트(7)에 의해 구동되는 압축기 요소(33) 및 오일 펌프(18)를 포함한다. 각 압축기 스테이지(60 또는 61)의 모터 샤프트(7)는 직접 커플링(40)에 의해 해당 압축기 요소(3)의 로터 샤프트(33)에 연결되어 합성 구동 샤프트(45)를 형성한다. 각 압축기 스테이지(60 또는 61)의 오일 펌프(18)는 이 경우 합성 구동 샤프트(45)에 직접 장착되지만, 이러한 오일 펌프(18)는 이러한 압축기 스테이지(60 또는 61)의 해당 압축기 요소(3)의 다른 로터 샤프트(32)에 장착될 수도 있다.

각 압축기 스테이지(60 또는 61)는 다단 압축기 어셈블리(59)의 상이한 압축기 스테이지(60 또는 61)의 오일 순환 시스템들(20) 사이에서 오일(53)이 교환되지 않는 방식으로, 해당 압축기 스테이지(60 또는 61)의 관련 오일-펌프(18)를 포함하는 별도의 오일 순환 시스템(20)을 포함한다. 이러한 방식으로 교차 오염이 분명하게 방지된다.

도 4의 예에서와 같이, 다단 압축기 어셈블리(59)의 각 압축기 스테이지(60 또는 61)의 모터 샤프트(7)는 단일 베어링(58)에 의해 지지된다.

본 발명에 따르면, 압축기 어셈블리(1)의 오일-펌프(18)는 바람직하게는 제로터 펌프(63)이다. 이러한 유형의 오일 펌프(18)는 도 6에 도시되어 있다. 제로터 펌프(63)는 내부 로터(64)와 외부 로터(65)를 포함하는 양변위 펌프이다. 내부 로터(64)는 N개의 톱니(66), 즉 예시된 경우 7개의 톱니를 가지며, 외부 로터(65)는 N+1 개의 톱니(67), 즉 이 경우 8개의 톱니(67)를 가진다.

로터(64, 65)는 중심축, 즉 각각 중심축(A) 및 중심축(B)을 중심으로 회전하는데, 이들 중심축은 일치하지는 않지만 서로 어느 정도 간격을 두고 있다. 회전 중에, 내부 로터(64)의 톱니(66)와 외부 로터(65)의 톱니(67) 사이의 부피(68)가 영구적으로 감소 및 증가하여 펌핑 작용을 일으킨다.

이러한 제로터 펌프(63)의 큰 장점은 비교적 작은 크기로 제작할 수 있고, 공동화 특성이 우수한 매우 견고하고 신뢰할 수 있는 펌프라는 것이다.

도 7은 본 발명에 따른 압축기 어셈블리(1)의 다른 실시예를 도시하는데, 여기서도 압축기 어셈블리(1)의 모터(2)의 모터 샤프트(7)를 압축기 어셈블리(1)의 압축기 요소(3)의 압축기 로터 샤프트(33)와 상호 연결하기 위한 강성 직접 커플링(57)이 적용된다.

도 7의 예시적인 예에서, 모터 샤프트(7)와 압축기 로터 샤프트(33) 사이에 강성 커플링(57)을 형성하기 위해, 모터 샤프트(7)와 압축기 로터 샤프트(33) 중 하나는 중공 샤프트(69)로 구현되고, 중공 샤프트(69)를 통해 연장되는 축방향 연장 채널(70)을 중앙에 포함한다.

도 7의 경우, 모터 샤프트(7)는 중공 샤프트(69)로 구현된다. 중공 샤프트(69)의 축방향 연장 채널(70)에는, 모터 샤프트(7) 및 압축기 로터 샤프트(33) 중 중공 샤프트(69)로서 구현되지 않은 다른 샤프트 내로, 즉 비중공 샤프트(73) 내로 제1 단부(72)가 연장되는 연결 스터드(71)가 제공된다. 이 비중공 샤프트(73)는 여기서 논의되는 예에서 압축기 로터 샤프트(33)이다.

연결 스터드(71)는 제1 단부(72)가 상기 비중공 샤프트(73)에 고정적으로 연결되어 있다. 도 7에 도시된 예에서, 이러한 고정 연결은 특히 압축기 로터 샤프트(33)의 자유 단부(42)에서 실현된다.

연결 스터드(71)의 제1 단부(72)와 압축기 로터 샤프트(33)의 자유 단부(42) 사이의 상호 연결은 도 8에 더 상세하게 도시되어 있다. 이러한 이유로, 비중공 샤프트(73)에는 연결 스터드(71)의 제1 단부(72)를 수용하기 위한 내부 나사공(74)이 제공되며, 연결 스터드(71)의 제1 단부(72)에는 비중공 샤프트(73)의 내부 나사공(74)과 협력할 수 있는 외부 나사산(75)이 제공된다.

연결 스터드(71)의 반대쪽 제2 단부(76)에는 중공 샤프트(69)에 대하여 연결 스터드(71)를 텐셔닝하기 위한 텐셔닝 수단(77)이 제공된다. 이것은 도 9에 더 상세히 도시된다. 연결 스터드(71)의 제2 단부(76)는 내부 나사산(80)을 갖는 너트(79)와 협력할 수 있는 외부 나사산(78)이 제공되어 중공 샤프트(69), 이 경우 모터 샤프트(7)에 힘을 가하여 연결 스터드(71)를 조여준다.

도 10 및 도 12는, 모터 샤프트(7)와 압축기 로터 샤프트(33) 사이의 견고한 직접 커플링(57)이 실현되고, 연결 스터드(71) 및 텐셔닝 수단(77)에 의해 클램핑력(F)을 생성하기 위해 모터 샤프트(7)와 압축기 로터 샤프트(17)를 미리 텐셔닝함으로써 토크가 전달되는 경우와 비교하여, 견고한 직접 커플링(57)이 개선되는 실시예를 예시하고 있다. 특히, 커플링(57)을 통한 적절한 토크 전달을 보장하고 견고한 직접 커플링(57)의 적절한 기능을 위해 필요한 클램핑력(F)은 모터 샤프트(7)와 압축기 로터 샤프트(33)의 단부면(82, 83) 사이 또는 단부면에 있는 소위 허스 커플링 또는 톱니(81)를 사용하여 감소된다.

도 12에 더 분명하게 제시된 바와 같이, 이러한 허스 톱니(81)는 모터 샤프트(7) 및 압축기 로터 샤프트(33)의 단부면(82, 83)을 상호 연동된 상태에서 단부면(82, 83)이 서로에 대하여 회전하는 것을 방지하는 상보적인 연동 톱니(84)로 구현함으로써 실현된다. 분명히, 서로에 대한 단부면(82, 83)의 회전 슬립을 방지하기 위해 매우 큰 축방향의 클램핑력(F)이 필요하지는 않다.

강성 직접 커플링(57)이 더욱 상호 연동된 커플링인 다른 대안적 해법은 강성 직접 커플링(57)을 스플라인 커플링으로 구현함으로써 실현될 수 있다. 이 경우, 모터 샤프트(7) 및 압축기 로터 샤프트(33)의 단부 중 하나에는 외주에 제공되고 모터 샤프트(7) 및 압축기 로터 샤프트(33)의 단부 중 다른 단부에 내부적으로 제공되는 축방향 연장 홈과 상보적인 축방향 연장 톱니가 제공된다. 모터 샤프트(7)와 압축기 로터 샤프트(33)를 단단히 직접 결합하고 샤프트(7)와 샤프트(33) 사이에 토크를 전달하기 위해, 상기 톱니가 축방향 연장 홈에 삽입된다. 이러한 구성에서는 모터 샤프트(7)와 압축기 로터 샤프트(33)의 단부면 사이에 슬립의 위험이 분명히 존재하지 않는다.

본 발명에 따른 압축기 어셈블리(1)의 다른 실시예에서, 모터 샤프트(7)와 압축기 로터 샤프트(33) 사이의 견고한 직접 커플링(57)은 토크의 안정적인 전달을 보장하는 다른 상보적인 형상으로 구현될 수 있다.

도 11 및 도 13은 거친 외측면(86)을 갖는 일종의 평탄한 디스크 형상의 링(85)이면서 관련 단부면(82, 83) 사이에 장착되는 마찰 심(85)에 의해 관련 샤프트(7, 33)의 단부면(82, 83) 사이의 마찰이 덜 급격한 방식으로 이루어지는 다른 실시예를 예시하고 있다. 예를 들어, 상기 외측면(86)은 다이아몬드 결정 또는 다른 입자와 같은 입자를 관련 외측면(86)에 포함시키거나 상기 외측면(86)에 평탄하거나 매끄럽지 않은 단면 프로파일을 제공함으로써 거칠게 된다.

도 14는 도 7에 도시된 실시예에 대한 본 발명에 따른 압축기 어셈블리(1)의 대안적이고 개선된 실시예를 나타낸다.

실제로, 도 7에 도시된 실시예에서, 오일 펌프(18)는 중공 샤프트(69)로 구현되는 모터 샤프트 부분(7) 상의 합성 구동 샤프트(45)에 장착된다. 이것은 중공 샤프트(69)에 충분히 큰 벽 두께(T) 또는 외경(D)이 제공되어야 한다는 점에서 문제가 될 수 있다. 모터 샤프트(7)의 외형 치수가 증가하면, 모터 샤프트(7) 위에 장착된 오일 펌프(18)에도 영향을 미치게 된다. 특히 압축기 응용에 적용되는 높은 회전 속도의 경우, 오일 펌프(18)의 치수를 증가시키는 것은 문제가 되고, 오일 펌프(18)의 로터 팁(64/66)에 높은 속도를 초래하여, 제로터 펌프(63)가 사용되는 경우에도 펌핑된 오일(53)에 공동화가 야기될 수 있다.

이러한 상황을 방지하기 위해, 도 14에 도시된 실시예에서 오일 펌프(18)는 이 실시예에서 여전히 합성 구동 샤프트(45)의 비중공 샤프트 부분(73)을 형성하고 있는 압축기 로터 샤프트(33)의 비구동측(52)의 자유 단부(87) 위에 장착된다. 이 자유 단부(87)는 압축기 요소 하우징(27)으로부터 연장된다. 이러한 방식으로, 오일 펌프가 모놀리식의 완전히 구체화된 비중공 또는 중실 샤프트(73) 또는 이러한 샤프트(73)의 모놀리식의 비중공 중실 부분(88) 위에 장착되는 것이 보장된다. 따라서, 이러한 샤프트(73) 또는 샤프트 부분(88)은 합성 구동 샤프트(45)의 중공 샤프트 부분(69)의 외형 치수보다 작은 외형 치수로 구현될 수 있다.

비중공 샤프트(73)로서 구현되는 압축기 로터 샤프트(33)의 견고성은 또한 강성을 향상시키는 결과를 가져온다.

다른 한편, 중공 샤프트(69)(모터 샤프트(7))의 내경 및/또는 외경은 공동화를 피하기 위한 오일 펌프(18)의 제한된 치수의 요건에 의해 부과되는 제한이 합성 구동 샤프트(45)의 해당 측면에 더 이상 존재하지 않기 때문에 증가될 수 있다. 결과적으로, 연결 스터드(71)는 더 큰 반경방향 크기로 구현될 수 있고 모터 샤프트(7)와 압축기 로터 샤프트(33) 사이에 더 높은 예하중이 적용될 수 있다. 이것은 안전 마진도 더 커지게 한다.

도 15 내지 도 17에는 동일한 원리가 적용되는 본 발명에 따른 압축기 어셈블리(1)의 다른 실시예가 도시되어 있다.

도 15의 실시예에서, 오일 펌프는 압축기 요소(3)의 다른 압축기 로터 샤프트(32)의 자유 단부(89) 위에 장착되며, 이 압축기 로터 샤프트(32)는 여전히 견고한 직접 커플링(57)에 의해 압축기 로터 샤프트(33)와 모터 샤프트(7)의 상호 연결로 구성되는 합성 구동 샤프트(45)의 일부가 아니다. 모터 샤프트(7)는 여전히 연결 스터드(71)가 있는 중공 샤프트(69)로 구현된다. 오일 펌프(18)는 다시 도 14의 예에서와 같이 압축기 로터 샤프트(31)의 모놀리식 비중공 부분(88) 위에 장착되며, 이 샤프트는 전적으로 비중공 샤프트(73)로서 구현된다.

도 16에 도시된 본 발명에 따른 압축기 어셈블리(1)의 실시예는 이 경우 합성 구동 샤프트(45)가 압축기 로터 샤프트(33)인 중공 샤프트(69)와 모터 샤프트(7)인 비중공 샤프트(73)로 구성되고 견고한 직접 커플링(57)에 의해 상호 연결된다는 점에서 도 15에 도시된 이전 실시예와 상이하다. 압축기 로터 샤프트(33)에는 중공 샤프트(69)를 통해 연장되는 축방향 연장 채널(70)이 제공된다. 연결 스터드(71)가 이 압축기 로터 샤프트(33)에 의해 형성된 중공 샤프트(69)의 축방향 연장 채널(70)에 제공된다. 이 연결 스터드(71)는 제1 단부(72)가 모터 샤프트(7), 즉 이 경우 비중공 샤프트(73)로 연장된다. 연결 스터드(71)는 앞의 경우와 유사한 방식으로 이 제1 단부(72)에서 비중공 샤프트(73)에 고정적으로 연결된다. 연결 스터드(71)의 반대쪽 제2 단부(76)에는 중공 샤프트(69)에 대하여 연결 스터드(71)를 텐셔닝하기 위한 텐셔닝 수단(77)이 제공된다.

오일 펌프(18)는 여전히 다른 로터(5)의 모놀리식의 완전히 구체화된 비중공 압축기 로터 샤프트(31)에 장착된다.

도 17에 도시된 본 발명에 따른 압축기 어셈블리(1)의 실시예는 도 7 및 도 16의 실시예와 유사하다. 도 7의 실시예와의 유사성은 오일 펌프(18)가 모터(2)의 비구동측(52)에 있는 모터 샤프트(7)에 장착된다는 것이다. 도 16의 실시예와의 유사점은 모터 샤프트(7)가 압축기 로터 샤프트(33)에 연결되는 비중공 샤프트(73)로 구현된다는 것이다. 이 압축기 로터 샤프트(33)는 다시 중앙 채널(70) 및 연결 스터드(71)를 갖는 중공 샤프트(69)로서, 견고한 직접 연결부(57)를 통해 모터 샤프트(7)에 직접 연결된다. 따라서, 오일 펌프(18)는 다시 샤프트(7)의 모 놀리식 비중공 부분(88)에 장착된다.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 압축기 어셈블리(1)의 실시예에 한정되지 않으며, 이러한 압축기 어셈블리(1)는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 다른 방식으로 적용 및 구현될 수 있다.

Claims (18)

1. 압축기 어셈블리(1)로서,
   압축기 요소(3)의 적어도 하나의 압축기 로터(5, 6) 및 압축기 어셈블리(1)의 오일 순환 시스템(20)을 통해 오일(53)을 펌핑하는 오일 펌프(18, 63)를 구동하는 모터 샤프트(7)를 갖는 모터(2)
   를 포함하고, 상기 적어도 하나의 압축기 로터(6)는, 직접 커플링(direct coupling)(40)에 의해 모터 샤프트(7)에 연결되는 압축기 로터 샤프트(33)에 장착되어 합성 구동 샤프트(composed driving shaft)(45)를 형성하는 압축기 로터 부분(35)을 포함하고, 상기 오일 펌프(18)는 상기 합성 구동 샤프트(45)에 또는 압축기 어셈블리(1)의 압축기 요소(3)의 또 다른 압축기 로터 샤프트(32)에 직접 장착되는 것을 특징으로 하는, 압축기 어셈블리.
2. 제1항에 있어서, 상기 오일 펌프(18)는 샤프트(7, 32, 33)의 모놀리식 비중공 샤프트(73) 또는 모놀리식 비중공 부분(88)에 장착되는 것을 특징으로 하는, 압축기 어셈블리.
3. 제2항에 있어서, 상기 오일 펌프(18)는, 모터 샤프트(7)가 직접 커플링(40)에 의해 압축기 요소(3)의 해당 압축기 로터 샤프트(33)에 연결되는 구동측(9)과는 반대되는, 모터(2) 또는 압축기 요소(3)의 비구동측(51, 52)에 장착되는 것을 특징으로 하는, 압축기 어셈블리.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 오일 펌프(18)는 제로터 펌프(gerotor pump)(63)인 것을 특징으로 하는, 압축기 어셈블리.
5. 제1항 내지 제4항 중 하나 이상의 항에 있어서, 상기 직접 커플링(40)은 플렉시블 커플링(flexible coupling)(46)인 것을 특징으로 하는, 압축기 어셈블리.
6. 제1항 내지 제5항 중 하나 이상의 항에 있어서, 상기 모터 샤프트(7)와 상기 압축기 로터 샤프트(33) 사이의 직접 커플링(40)은 강성 커플링(57)인 것을 특징으로 하는, 압축기 어셈블리.
7. 제6항에 있어서, 상기 모터 샤프트(7)와 상기 압축기 로터 샤프트(33) 사이의 상기 강성 커플링(57)은 강성 가압 커플링 또는 강성 열수축 커플링인 것을 특징으로 하는, 압축기 어셈블리.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 모터 샤프트(7)와 상기 압축기 로터 샤프트(33) 사이의 강성 직접 커플링(57)을 형성하기 위해, 상기 모터 샤프트(7) 및 상기 압축기 로터 샤프트(33) 중 하나가 중공 샤프트(69)로서 구현되고, 해당 중공 샤프트(69)는 해당 중공 샤프트(69)를 통해 연장되는 축방향 연장 채널(70)을 중앙에 포함하고, 상기 중공 샤프트(69)의 축방향 연장 채널(70)에는, 모터 샤프트(7) 및 압축기 로터 샤프트(33) 중 중공 샤프트로서 구현되지 않은 다른 하나의 샤프트 내로, 즉 비중공 샤프트(73) 내로 제1 단부(72)가 연장되는 연결 스터드(71)가 제공되며, 상기 연결 스터드(71)는 상기 제1 단부(72)에서 상기 비중공 샤프트(73)에 고정적으로 연결되고, 상기 연결 스터드(71)의 반대쪽 제2 단부(76)에는, 상기 중공 샤프트(69)에 대하여 상기 연결 스터드(71)를 텐셔닝(tensioning)하는 텐셔닝 수단(77)이 제공되는 것을 특징으로 하는, 압축기 어셈블리.
9. 제8항에 있어서, 상기 비중공 샤프트(73)에는, 연결 스터드(71)의 제1 단부(72)를 수용하는 내부 나사공(74)이 제공되며, 상기 연결 스터드(71)의 제1 단부(72)에는, 비중공 샤프트(73)의 내부 나사공(74)과 협력할 수 있는 외부 나사산(75)이 제공되는 것을 특징으로 하는, 압축기 어셈블리.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 연결 스터드(71)의 제2 단부(76)에는, 중공 샤프트(69)에 힘을 가하여 연결 스터드(71)를 조이기 위해 내부 나사산(80)을 갖는 너트(79)와 협력할 수 있는 외부 나사산(78)이 제공되는 것을 특징으로 하는, 압축기 어셈블리.
11. 제1항 내지 제10항 중 하나 이상의 항에 있어서, 상기 압축기 어셈블리(1)의 압축기 요소(3)의 압축기 로터(5, 6)는, 각각 압축기 로터 샤프트(32, 33)에 장착되는 압축기 로터 부분(34, 35)을 포함하고, 압축기 로터 샤프트(32, 33) 각각은 한 쌍의 베어링(36-39)에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는, 압축기 어셈블리.
12. 제1항 내지 제11항 중 하나 이상의 항에 있어서, 상기 모터 샤프트(7)는 단일 베어링(58)에 의해 지지되거나, 또는 모터 샤프트(7)가 직접 커플링(40)에 의해 직접 연결되는 압축기 로터 샤프트(33)의 한 쌍의 베어링(38, 39)에 의해서만 지지되는 것을 특징으로 하는, 압축기 어셈블리.
13. 제1항 내지 제12항 중 하나 이상의 항에 있어서, 상기 압축기 어셈블리(1)의 압축기 요소(3)는 무급유(oil-free) 압축기 또는 무오일(oil-less) 압축기(3)인 것을 특징으로 하는, 압축기 어셈블리.
14. 제1항 내지 제13항 중 하나 이상의 항에 있어서, 상기 압축기 어셈블리(1)의 압축기 요소(3)는 이중 로터 압축기 요소(3)인 것을 특징으로 하는, 압축기 어셈블리.
15. 제1항 내지 제14항 중 하나 이상의 항에 있어서, 상기 압축기 어셈블리(1)의 압축기 요소(3)는 톱니 압축기 요소 또는 스크류 압축기 요소(3)인 것을 특징으로 하는, 압축기 어셈블리.
16. 제1항 내지 제15항 중 하나 이상의 항에 있어서, 상기 압축기 어셈블리(1)의 모터(2)는, 모터 하우징(24)에 삽입되는 모터 고정자(26)와 이 모터 고정자(26)를 통해 연장되는 모터 샤프트(7)에 장착되는 모터 회전자(25)를 포함하는 전기 모터(2)인 것을 특징으로 하는, 압축기 어셈블리.
17. 제1항 내지 제16항 중 하나 이상의 항에 있어서, 상기 압축기 어셈블리(1)는, 적어도 제1 압축기 스테이지(60) 및 제2 압축기 스테이지(61)를 포함하는 다단 압축기 어셈블리(59)이고, 각각의 압축기 스테이지(60, 61)는 제1항 내지 제16항 중 하나 이상의 항에 따른 압축기 어셈블리(1)에 의해 형성되며, 각각의 압축기 스테이지(60, 61)는 모터 샤프트(7)를 갖는 모터(2)와, 상기 모터 샤프트(7)에 의해 구동되는 압축기 요소(3) 및 오일 펌프(18) 양자 모두를 포함하며, 상기 모터 샤프트(7)는 직접 커플링(40)에 의해 관련 압축기 요소(3)의 로터 샤프트(33)에 연결되어 합성 구동 샤프트(45)를 형성하고, 상기 오일 펌프(18)는 상기 합성 구동 샤프트(45)에 또는 압축기 스테이지(60, 61)의 관련 압축기 요소(3)의 또 다른 로터 샤프트(32)에 직접 장착되며, 각 압축기 스테이지(60, 61)는 해당 압축기 스테이지(60, 61)의 관련 오일 펌프(18)를 포함하는 별도의 오일 순환 시스템(20)을 포함하되, 다단 압축기 어셈블리(59)의 상이한 압축기 스테이지(60, 61)의 오일 순환 시스템(20)들 사이에서 오일(53)이 교환되지 않도록 하는 방식으로 오일 순환 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는, 압축기 어셈블리.
18. 제17항에 있어서, 다단 압축기 어셈블리(59)의 각 압축기 스테이지(60, 61)의 모터 샤프트(7)는 단일 베어링(58)에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는, 압축기 어셈블리.

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