KR880000519B1

KR880000519B1 - 회전식 유체기계

Info

Publication number: KR880000519B1
Application number: KR1019850003308A
Authority: KR
Inventors: 타카히사 히라노; 아끼하루 후카미; 미쯔토시 마에다
Original assignee: 미쯔비시주우고오교오 가부시기가이샤; 스에나가 소오이찌로오
Priority date: 1984-05-25
Filing date: 1985-05-15
Publication date: 1988-04-09
Also published as: FR2564907A1; GB8512837D0; DE3517913A1; KR850008706A; AU573829B2; GB2159881B; AU4259085A; FR2564907B1; GB2159881A; JPS60249688A; CA1279302C; US4678416A

Abstract

내용 없음.

Description

회전식 유체기계

제1도는 본 발명의 일실시예의 소용돌이체를 표시한 정면도.

제2(a)도는 표1에 있어서의 안쪽선단부의 응력과 파라미터(β)와의 관계를 표시한 선도.

제2(b)도는 표1과 같은 결과를 얻는데 사용된 소용돌이체형상의 정면도 및 측면도.

제3도는 제1도에 있어서, 파라미터 β=135°의 경우를 표시한 같은 정면도.

제4도는 공지의 소용돌이형 압축기의 작동원리도.

제5도는 공지의 소용돌이형 압축기를 표시한 종단면도.

제6도는 제5도의 Ⅵ-Ⅵ에 따른 횡단면도.

제7도는 일본 특원소 57-206088호로 제안된 소용돌이체를 표시한 정면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

601 : 바깥곡선 602 : 안쪽곡선

700 : 소용돌이체 701 : 바깥쪽곡선

702 : 안쪽곡선 703 : 접속곡선

704 : 안쪽곡선 b : 인벌류우트곡선의 기본원반경

β, β₁, β₂, β_{3 :}파라미터

본 발명은 회전식 유체기계에 관한 것이다.

예를들면, 공지의 소용돌이형 압축기는, 제4도 작동원리에 표시한 바와같이, 동일형상의 2개중 한쪽의 소용돌이체(2)를 대략 중앙에 토출구(4)를 가진 단판(端板)에 고정하고, 양자를 상대적으로 180°회전시키고, 또한 이 양자의 소용돌이체가(51), (52)및 (51'),(52')의 4점에서 서로 접촉하도록, 거리 2ρ(=소용돌이의 피치-2×소용돌이의 판두께)만큼 상대적으로 어긋나게해서, 서로 포게 맞춘다. 한쪽의 소용돌이체(2)를 고정시키고, 다른쪽의 소용돌이체(1)를 크랭크반경(ρ)을 가진 크랭크 기구로 하여, 한쪽의 소용돌이체(2)의 중심(0)의 둘레에 자전을 행함이 없이 ρ=00'의 반경으로 광전운동을 하도록 구성된다.

이렇게하면, 2개의 소용돌이체(1),(2)사이에는, 양 소용돌이체가 당접하는 점(51),(52)및 점(51'),(52')사이에 밀폐된 소실(3),(3)이 형성되고, 밀폐된 소실(3),(3)의 용적이 다른쪽의 소용돌이체(1)의 공전에 따라 서서히 변화된다.

즉, 동도(1)의 상태로부터 다른쪽의 소용돌이체(1)를 먼저 90°공전시키면, 동도(2)가 180°공전시키면 동도(3)으로 되고, 270°공전시키면 동도(4)가 된다, 그동안, 소실(3)의 용적은 서서히 감소하고, 동도(4)에서는 2개의 소실(3)·(3)이 연통되어 소실(53)이 된다.

동도(4)의 상태로부터 다시 90°공전시키면 동도(1)가 되어, 소실(53)의 용적은 동도(2)로 부터 동도(3)으로 그 용적을 감소하고, 동도(3)과 동도(4)의 사이에서 최소의 용적이 된다. 그동안, 동도(2)에서 열리기 시작한 바깥쪽공간이 동도(3), 동도(4)로부터 동도(1)로 변하여, 새로운 기체를 받아들여서 밀폐소실을 형성하고, 이후 이것을 반복하여, 소용돌이체 바깥공간으로부터 받아들인 기체가 압축되어 토출구(4)로 부터 토출된다.

상기한 것은, 공지의 소용돌이형 압축기의 작동원리이나, 공지의 소용돌이형 압축기의 구체적인 구성은, 제5도 종단면에 표시한 바와같이, 하우징(10)은 프런트엔드 폴레이트(11), 리어엔드플레이트(12), 실린더플레이트(13)로 구성되며, 리어엔드플레이트(12)에는 흡입구(14), 배출구(15)를 돌설함과 동시에, 소용돌이체(252)및 원판(251)으로 이루어진 고정소용돌이부재(25)를 고정하고, 프런트엔드플레이트(11)에는 크랭크핀(23)을 가진 주축(17)을 추착한다. 크랭크핀(23)에는 제6도(제5도의 Ⅵ-Ⅵ단면도)에 표시한 바와같이, 레이디얼니이들 베어링(26), 공전소용돌이부재(24)의 보스(243), 각통부재(271), 접동체(291), 링부재(292), 회전방부재(293)등으로 이루어진 공전기구를 개재해서, 소용돌이체(242)및 원판(241)으로 이루어진 공전소용돌이부재(24)가 부설되어 있다.

이와같은 공지의 소용돌이형 압축기에는, 소실(53)은 잠시 그 용적을 감소하여, 이에 의해서 토출구로부터 고압의 유체가 토출될때, 소용돌이체에는, 두께가 있기 때문에 소실의 용적은 0으로는 되지 않고, 소위 톱클리어런스 용적이 남으며, 이 톱클리어런스 용적속의 고압유체는, 토출구(4)로 부터 외부에 토출됨이 없이, 재차 소실(3), (3)에 연통해 버리기 때문에, 이 톱클리어런스 용적의 유체에 대해서 행해진 압축기의 일은 그대로 손실이 된다.

그래서 본 발명자들은 이점을 해결하기 위하여, 먼저, 일본 특원소 57-206088호로서, 제7도에 표시한 바와같은 소용돌이체를 구비한 회전식 유체기계를 제안했다.

즉, 동도면에 있어서, (501)은 고정쪽 소용돌이체, (61)및 (602)는 각각 고정쪽 소용돌이체(501)의 바깥쪽곡선 및 안쪽곡선으로서, 바깥곡선(601)은 기본원반경(b)상의 시점(A)의 인벌류우트곡선이고, 안쪽곡선(602)의 EF사이는 바깥쪽곡선(601)과 각도

만큼 위상을 어긋나게한 인벌류우트곡선이고, DE사이는 반경(R)의 원호이다. 바깥곡선(601)과 안쪽곡선(602)을 접속하는 접속곡선(603)은 반경(r)의 원호로 하고, 점(A)은 바깥쪽곡선(601)의 인벌류우트 시점, 점(B)은 바깥쪽곡선(601)과 접속곡선(603)의 경계점이며, 양곡선은 이점에서 각각의 접선을 똑같이한다. 점(C)은 바깥쪽곡선(601)의 충분히 바깥쪽의 점, 점(D)은 안쪽곡선(602)과 접촉곡선(603)의 경계점이며, 여기서 반경(R)및 (r)의 2개의 원호는 접하게 된다. 점(E)은 안쪽곡선(602)의 원호(DE 사이)와 인벌류우트곡선 EF의 경계점이며, 여기서 양곡선은 각각의 접선을 똑같이 한다. 점(F)은 안쪽곡선(602)의 충분히 바깥쪽의 점이다.

다른한편의 공전소용돌이체(502)도 마찬가지이다.

여기서, 반경(R), (r)은 하기식으로 표시된다.

단, ρ : 공전반경

b : 기본원반경

β=파라미터 이다.

파라미터(β)는 원점(0)을 통과하는 직선의 마이너스 X축이 이루는 각과 같으며, 원점(0)을 지나서, 각(β)의 직선과 기본원과의 2개의 교차점은 직선(EO₂)및 직성(BO₁)상에 존재하고 직선(EO₂)및 직선(BO₁)은 상기교차점에서 기본원에 접하고 있다. 즉, 파라미터(β)는 바깥쪽곡선 및 안쪽곡선의 인벌류우트의 성립한계를 주는 것으로서 파라미터(β)에 의해 인벌류우트 성립한계점(E), (B)이 결정된다.

그러나, 제5도에 도시한 바와같은 소용돌이체(252), (242)를 가진 압축기에 있어서는, 저압쪽압력과 고압쪽 압력과의 차이가 크게 벌어지는 고부하운전시에 제4도(1)의 화살표시로 표시한 소용돌이체의 안쪽선단부의 강성이 다른데에 비해서 상대적으로 작기 때문에, 이 부분이 파손되는 일이 있다.

이 때문에, 소용돌이체의 높이를 크게하는것이 제약되므로, 큰배출량의 기계를 구성하기 위해서는, 소용돌이체의 높이를 높게하는 대신에 소용돌이이체의 기본원반경(b)혹은 공전반경(ρ)을 크게하고, 소용돌이체 외경을 크게해야 하겠지만, 이것은 기계의 소형화의 점에서 좋지않다.

본 발명은, 이와같은 사정을 감안하여 제안된 것으로서, 소용돌이체의 안쪽선단부의 손상을 방지하고, 그 높이를 높게하므로서 외경을 크게함이 없이 대용량화를 기할 수 있는 회전식 유체기계를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이를 위해서 본 발명은, 각각 실질적으로 동일형상의 소용돌이체로 이루어진 고정쪽 소용돌이체 및 공전쪽소용돌이체를 서로 180°돌려서 맞물리고 공전쪽소용돌이체를 고정쪽 소용돌이체에 대해서 공전반경(ρ)으로 공전하도록 한 회전식 유체기계에 있어서, 양소용돌이체를 각각 인벌류우트곡선으로 된 바깥쪽곡선과, 안쪽으로 반경(R)의 원호를 가진 인벌류우트곡선으로된 안쪽곡선과, 상기 바깥쪽곡선과 상기 반경(R)의 원호를 스무우드하게 접속하는 반경(r)의 원호로서 형성한것(단,

R=ρ+bβ+d

r=bβ+d

β

135°

b : 인벌류우트곡선의 기본원반경)을 특징으로 하고 있다.

이와같은 구성으로 하면, 소용돌이체의 안쪽산단부의 손상을 방지하고, 외경을 크게함이 없이 소용돌이체의 높이를 크게하므로서 대용량화를 기할 수 있는 회전식 유체기계를 얻을 수 있다.

본 발명의 일실시예를 도면에 따라 설명하면, 제1도는 그 소용돌이체를 표시한 정면도, 제2도는 제1도의 소용돌이체에 있어서의 파라미터(β)와 안쪽선단부의 응력과의 관계를 표시한 선도, 제3도는 제1도에 있어서 β=135°로 한 경우를 표시한 같은 정면도이다.

먼저, 제1도에 있어서, 제7도와 동일한 부호는 가각 동도면과 동일한 부재 및 치수를 표시하며, (β₁),(β₂),(β₃)는 (β₁)

(β₂)

(β₃)의 관계에 있는 피라미터로서, 상기(1), (2), (3)식에서도 표시된 바와같이, 소용돌이체안쪽선단부의 원호부분의 반경(R), (r)은 (β)가 커짐에 따라서 커진다.

여기서, 점(A)는 기본원반경(b)의 인벌류우트 시점, 점(A')느 기본원반경(b)의 위상이

만큼 어긋난 인벌류우트곡선상의 점으로서, 상대쪽 소용돌이체의 점(A)가 상대적으로 맞물리는 위치, 점(B'), (B₂), (B₃)는 파라미터(β)가 (β₁), (β₂), (β₃)의 경우의 안쪽곡선의 인벌류우트 한계점, 점(E₁), (E₂), (E₃)은 파라미터(β)가 (β₁), (β₂), (β₃)의 경우의 안쪽곡선의 인벌류우트 한계점에서, 점(B₁),(E₁)및 점(B₂),(E₂)및 점(B₃),(E₃)는 각각 상대쪽 소용돌이체와 맞물리는 당접점이다.

동도면에서 명백한 바와같이, (β)를 크게할수록 소용돌이체의 안쪽선단부는 굵어지고, 이 부분의 강성은 커지며, 먼저 제4도(1)에 화살표시로 표시한 소용돌에체 안쪽선단부에 발생하는 응력은 작아진다.

(β)를 135°이상으로 하면, 제2(a)도에 표시한 바와같이, 응력은 급격히 저하되므로, 종래의 것에서 고부하운전시에 발생하였던 소용돌이체 안쪽선단부의 균열의 발생 혹은 파손은 발생하지 않게 된다.

예를들어, 재질이 알루미늄합금의 주물로서, 약 5㎜의 랩(lap)의 판두께로 된 제2(b)도형상의 소용돌이체를 자동차용 냉각기로서 시험을 행한 경과, 하기의 표1과 같은 결과를 얻을 수 있었다.

[표 1]

상기 표 1에서의 계산치 및 실제측정치는 제2(b)도의 소용돌이체 중심의 화살표부의 근원응력이고, 제2(a)도는 상기 표 1의 응력과 파라미터 β와의 관계를 도시한 것으로, (가)는 계산치를 나타내고, ⊙의 표시는 실제측정치를 나타낸 것이다. 또한 표 1의 내구결과에서 ×의 표시는 랩의 파괴로 목표수명을 달성될 수 없는 것이고, 0의 표시는 달성될 수 있는 것을 나타낸다.

제3도는 β=135°의 경우의 소용돌이체의 형상을 표시하며, (700)은 고정쪽 소용돌이체, (702)는 안쪽곡선, (701)은 바깥곡선, (703)은 접속곡선으로서, 다른점(A),(A'),(E),(B),(F),(C)은 상술한 바와같고, 다른한편의 소용돌이체도 마찬가지로 한다.

또한, (β)를 135°이상으로 하므로서, 소용돌이체 전체중에서 가장 강성이 낮은 소용돌이체선단부의 강성이 충분히 커지기 때문에, 본 발명에서는 소용돌이체의 높이를 크게하는일이 가능해지고, 소용돌이체의 외경을 크게함이 없이 기계의 배출량을 크게하는 것이 가능해진다.

또한, 상기 실시예에 있어서, 하기와 같은 변형예가 가능하다.

① 제3도에 파선으로 표시한 바와같이 안쪽곡선(702)대신에 (702)보다 바깥쪽곡선(701)쪽에 약간의 틈, 즉 릴리이프클리어런스(△C)를 형성하여 EG사이를 안쪽곡선(704)으로 할수도 있다.

여기서, 점(G)은 접선곡선(703)상의 점(D)과 점(B)사이의 임의의 점이며, 등 도면에서는, 알기쉽게 하기 위하여 비교적 큰틈(△C)으로 도시하였으나, 틈(△C)의 양은 근소해도 된다.

② 안쪽곡선에서 틈(△C)을 형성하는 대신에 접속곡선 또는, 접속곡선 및 바깥곡선에 틈(△C)를 형성하여 릴리이프클리어런스를 구성해도 물론된다.

③ 한쪽의 소용돌이체는 제1도의 형상으로 하고, 다른쪽의 소용돌이체만으로, 상기(1), (2)를 조합한 안쪽곡선 및 접속곡선 혹은, 바깥곡선을 포함시켜서 양자에 틈(△C)을 형성하여 릴리이프클리어런스를 구성해도 된다.

④ 양소용돌이체에서 안쪽 및 접속곡선 혹은, 바깥쪽곡선을 포함해서 양자에 약간의 틈을 형성하는 구성이라도 물론좋다.

상기 어느경우에도, 틈(△C)의 약간의 양이기 때문에, 일본 특원소 57-206088호로 의도되는 효과가 손상되지 않으면서 양호한 효율을 가진 기계를 제공하는것이 가능하다.

⑤ 본 발명은 압축기, 펌프, 팽창기 등과 같이 소용돌이체를 가진 유체기계라면 그 용도를 불문하고 널리 적용할 수 있다.

요컨대 본 발명에 의하면, 각각 실질적으로 동일형상의 소용돌이체로 이루어진 고정쪽 소용돌이체 및 공전쪽 소용돌이체를 서로 180°돌려서 맞물리고 공전쪽 소용돌이체를 고정쪽 소용돌이체에 대해서 공전반경(ρ)으로 공전하도록 한 회전식 유체기계에 있어서, 양소용돌이체를 각각 인벌류우트곡선으로된 바깥쪽곡선과, 안쪽으로 반경(R)의 원호를 가진 인벌류우트곡선으로된 안쪽곡선과, 상기 바깥쪽곡선과 상기 반경(R)의 원호를 스무우드하게 접속하는 반경(r)의 원호로서 형성한 것(단,

R=ρ+bβ+d

r=bβ+d

β≥135°

b : 인벌류우트곡선의 기본원반경)에 의하여 소용돌이체내의 안쪽선단부의 손상을 방지하고, 외경을 크게함이 없어 대용량화를 기할 수 있는 회전식 유체기계를 얻을 수 있기 때문에, 본 발명은 산업상 극히 유익한 것이다.

Claims

각각 실질적으로 동일형상의 소용돌이체로 이루어진 고정쪽 소용돌이체 및 공전쪽소용돌이체를 서로 180°돌려서 맞물리고 공전쪽소용돌이체를 고정쪽 소용돌이체에 대해서 공전반경(ρ)으로 공전하도록 한 회전식 유체기계에 있어서, 양 소용돌이체를 각각 인벌류우트곡선으로 된 바깥쪽곡선과, 안쪽으로 반경(R)의 원호를 가진 인벌류우트곡선으로 된 안쪽곡선과, 상기 바깥쪽곡선과 상기 반경(R)의 원호를 스무우드하게 접속하는 반경(r)의 원호로서 형성한 것(단,

R=ρ+bβ+d

r=bβ+d

β≥135°

b : 인벌류우트곡선의 기본원반경)을 특징으로 하는 회전식 유체기계.