KR880000520B1

KR880000520B1 - 회전식 유체기계

Info

Publication number: KR880000520B1
Application number: KR1019850003577A
Authority: KR
Inventors: 다까히사 히라노; 기요시 하기모또
Original assignee: 미쯔비시주우 고오교오 가부시기가이샤; 스에나가 소오이찌로오
Priority date: 1984-05-25
Filing date: 1985-05-24
Publication date: 1988-04-09
Also published as: SG56788G; DE3519447A1; GB8513085D0; CA1279301C; FR2568951B1; AU4286485A; KR850008390A; FR2568951A1; GB2159882B; GB2159882A; US4678415A; AU579532B2

Abstract

내용 없음.

Description

회전식 유체기계

제1도는 본 발명의 제1실시예의 소용돌이체를 표시한 정면도.

제2도는 본 발명의 제2실시예의 소용돌이체를 표시한 정면도.

제3도, 제4도 및 제5도는 각각 제2도의 변형예를 표시한 정면도.

제6도는 본 발명의 제3실시예의 소용돌이체를 표시한 정면도.

제7도는 제6도의 소용돌이체의 선단부의 압력분포를 표시한 부분 모델도.

제8도 및 제9도는 각각 제6도의 변형예를 표시한 정면도.

제10도는 공지의 소용돌이형 압축기의 작동원리도.

제11도는 공지의 소용돌이형 압축기를 표시한 종단면도.

제12도는 제11도의 ⅩⅡ-ⅩⅡ에 따른 횡단면도.

제13도는 제10도의 소용돌이체의 상대적 관계위치의 변화를 표시한 부분 확대단면도.

제14도는 일본국 특허원 1982-206088호로 제안된 종래 기술로서의 소용돌이체를 표시한 정면도.

제15도는 제14도의 소용돌이체를 구비한 소용돌이형 압축기의 양 소용돌이체의 상대적 관계위치의 변화를 표시한 부분 확대단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

505, 701, 802 : 고정쪽 소용돌이체 601, 711 : 바깥쪽곡선

602, 702, 712, 812, 912 : 안쪽곡선 603, 703, 713, 913, 914 : 접속곡선

751, 761 : 임의의 곡선 b : 인벌류우트곡선의 기본원반경

△C : 틈 β : 피라미터

R, r : 반경 A : 시점(始點)

B : 경계점 C : 충분히 바깥쪽에 있는 점

D : 경계점 E : 경계점

F : 충분히 바깥쪽에 있는 점

본 발명은 회전식 유체기계에 관한 것이다. 예를들면, 공지의 소용돌이형 압축기는, 제10도 작동원리도에 표시한 바와같이, 동일형상의 2개중 한쪽의 소용돌이체(2)를 대략 중앙에 토축구(4)를 가진 시일단판(端板)에 고정한다. 그리고 양자를 상대적으로 180℃회전시키고, 또한 이 양자의 소용돌이체가 (51)(52) 및 (51')(51')의 4점에서 서로 접촉하도록, 거리 2ρ(=소용돌이의 피치-2×소용돌이의 판두께)만큼 상대적으로 어긋나게해서, 서로 포개 맞춘다. 한쪽의 소용돌이체(2)를 고정시키고, 다른쪽의 소용돌이체(1)를 크랭크반경(ρ)을 가진 크랭크기구로 하여, 한쪽의 소용돌이체(2)의 중심(O)의 둘러에 자전을 행함이 없이 ρ=OO'의 반경으로 공전운동을 하도록 구성한다.

그렇게하면, 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 변화한다.

즉, 동도(A)의 상태로부터 다른쪽의 소용돌이체(1)를 먼저 90°공전시키면, 동도(B)가 되며, 180°공전시키면 동도(C)로 되고, 270°공전시키면 동도(D)가 된다. 그동안, 소실(3)의 용적은 서서히 감소하고, 동도(D)에서는 2개의 소실(3)(3)이 연통되어 소실(53)이 된다. 동도(D)의 상태에서 다시 90°공전시키면, 동도(A)로 되어, 소실(53)의 용적은 동도(B)로부터 동도(C)로 그 용적을 감소하고, 동도(C)와 동도(D)의 사이에서 최소의 용적이 된다. 그동안, 동도(B)에서 열리기 시작한 바깥쪽공간이 동도(C), 동도(D)로 부터 동도(A)로 변하여, 새로운 기체를 받아들여서 밀폐소실을 형성하고, 이후 이것을 반복하여, 소용돌이체 바깥쪽공간으로부터 받아들인 기체가 압축되어 토출구(4)로부터 토출된다.

상기한 것은, 공지의 소용돌이형 압축기의 작동원리이나, 공지의 소용돌이형 압축기의 구체적인 구성은, 제11도 종단면도에 표시한 바와같이, 하우징(10)은 프론트엔드플레이트(11), 리어엔드플레이트(12), 실린더플레이트(13)로 구성되며, 리언엔드플레이트(12)에는 흡입구(14), 배출구(15)를 돌설함과 동시에, 소용돌이체(252)및 원판(251)으로 이루어진 고정소용돌이부재(25)를 고정하고, 프론트에드 플레이트(11)에는 크랭크핀(23)을 가진 주축(17)을 추착한다. 크랭크핀(23)에는 제12도(제11도의 XII-XII선 단면도)에 표시한 바와같이, 레이얼니이들베어링(26), 공전소용돌이부재(24)의 보스(243), 각통부재(角筒部材)(271), 접동체(291), 링부재(292), 회전방지부재(293)등으로 이루어진 공전기구를 개재해서, 소용돌이체(242)및 원판(241)으로 이루어진 공전소용돌이부재(24)가 부설되어 있다.

이와같은 공지의 소용돌이형 압축기의 소용돌이체(1)(2)의 형상을 결정하는 것으로는, 예를들면 본 발명자들이 먼저 제안한 일본국 특허원 1981-197672호에 상세하게 설명한 바와같이, 소용돌이체의 바깥쪽 및 안쪽의 곡선의 대부분을 인벌류우트함수로 구성할 수 있는 것이다. 공지의 소용돌이형 압축기의 작동원리에서 설명한 바와같이, 소실(53)은 점차 그 용적을 감소하며, 이에 의해서 토출구로부터 고압의 유체가 토출된다. 이때, 소용돌이체에는 두께가 있기 때문에 소실의 용적은 영(0)으로는 되지않고, 소위 톱클리이어런스용적을 남기는 현상이 존재한다.

즉, 제13도 요부확대도에 표시한 바와같이, 동도(A)는 제10도(C)에 대응하며, 2개의 소용돌이체(1)(2)의 2개의 당접점(52)(52')사이에 형성된 소실(53)은, 더욱 공전을 하면 동도(B)와 같이되며, 여기서 소실(53)의 용적은 최소가 된다. 더욱 소용돌이체를 공전시키면, 2개의 소용돌이체(1)(2)는 떨어지고, 당접점(52)(52')은 없어진다. 그리고 2개의 소용돌이체(1)(2)사이에 형성되어 있었던 소실(53)은 각각의 소용돌이체 바깥쪽에 형성되어 있는 소실(3)(3)에 연통된다.

이 때문에, 동도(B)에서 표시된 소실의 최소용적속의 고압유체는, 토출구(4)로부터 외부에 토출되는 입없이, 재차 소실(3)(3)에 연통되어 버린다. 이 때문에, 이 톱클리어런스 용적의 유체에 대해서 행해진 압축기의 일은 그대로 손실되는 것이다.

또, 소용돌이체(1)(2)의 중앙부선단 각각의 모서리가 각이져 있기 때문에, 운전중에 이 부분이 파손되는 일이 있고, 또한 이 선단부분의 기계가공에 시간이 많이 걸렸다.

그래서 본 발명자들은 이점을 해결하기 위해서, 먼저 일본국 특허원 1982-206088호로서 제14도에 표시한 바와같은 소용돌이체를 구비한 회전식 유체기계를 제안했다.

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

만큼 위상을 어긋나게 한 인벌류유트곡선이며, DE사이는 반경(R)의 원호이다. 바깥쪽곡선(601)과 안쪽곡선(602)을 접속하는 접속곡선(603)은 반경(r)의 원호로 하고, 점(A)은 바깥쪽곡선(601)의 인벌류우트시점, 점(B)은 바깥쪽곡선(601)과 접속곡선(603)의 경계점이며, 양 곡선은 이점에서 각각의 접선을 똑같이 한다. 점(C)은 바깥쪽곡선(601)의 충분히 바깥쪽의 점, 점(D)은 안쪽곡선(602)과 접속곡선(603)의 경계점이며, 여기서 반경(R)및 (r)의 2개의 원호는 접하게 된다. 점(E)은 안쪽곡선(602)의 원호(DE사이)와 인벌류우트곡선 EF의 경계점이며, 여기서 양곡선은 각각의 접선을 똑같이 한다. 점(F)은 안쪽곡선(602)의 충분히 바깥쪽의 점이다.

다른 한편의 공전쪽 소용돌이체(502)도 마찬가지이다. 여기서, 반경(R)(r)은 하기식으로 표시된다.

R=ρ+bβ+d [1]

r=bβ+d [2]

단, ρ : 공전반경

b : 기본원반경

β=피라미터 이다.

파라미터(β)는 원점(0)을 지나는 직선과 마이너스의 X축이 이루는 각과 같으며, 원점(0)을 지나서, 각(β)의직선과 기본원과의 2개의 교차점은 직선(EO₂)및 직선(BO₁)은 상기 교차점에서 기본원에 접하고 있다.

즉, 파라미터(β)는 바깥쪽곡선 및 안쪽곡선의 인벌류우트의 성립 한계를 주는 것으로서, 이 파라미터(β)에 의해 인벌류우트 성립한계점(E)(B)이 결정된다.

일반적으로, 이 EB사이는, 양 소용돌이체가 당접하지 않도록 적당하게 결정되며, 바깥쪽의 당접점으로부터 양 소용돌이체가 당접하는 한계는(E)(B)점이다. 고정쪽 소용돌이체의 (E)점은 공전쪽 소용돌이체는(B)점과 당접하나 이후 서로 떨어지도록 되는 것이 일반적이다.

다음에, 제15도에 있어서, (502)는 공전쪽 소용돌이체, (552)(552')는 각각 양 소용돌이체의 당접점, (553)은 당접점(552)(552')으로 형성되는 소실, (503)(503)은 각각 바깥쪽의 소실이다. 제15(a)도는, 제13(a)도에, 제15(b)도는, 제13도(b)에 각각 대응하고, 또 제15(c)도, 제15(d)도, 제15(e)도는 제15(b)도보다 공전쪽 소용돌이체(502)를 더욱 공전시켰을 경우를 각각 표시한다.

이 제안에서는 양 소용돌이체(501)(502)가 상대적으로 제15(a)도, 제15(b)도, 제15(c)도, 제15(d)도, 제15(e)도의 순으로 공전을 행하면, 당접점(552)(552')으로 형성되는 소실(553)의 용적이 감소하여, 동도(E)에서 당접점(552)과 (552')이 동일점이 되며, 이로인해서 소실(553)의 용적이 영(0)이 된다.

이 때문에, 종래 존재한 소위 톱클리어런스용적은 영(0)이 되므로, 이로 부터 압축된 유체는 토출구(도시 하지 않음)로 부터 외부에 모두 토출된다. 그리고, 압축기가 유체에 가한일은 모두 유체에 주어져서, 종래 존재했던 손실은 없어진다.

상기 실시예에 있어서는, 설명의 편의상, 토출구의 크기를 무시했으나, 실제로는 소실(553)이 형성되는 적당한 위치에 토출구를 형성할 필요가 있다. 이로 말미암아, 약간의 톱클리어런스용적이 생기지만, 종래것에 비하여 이 양은 훨씬 적으며 실질적으로는 영(0)으로 간주할 수 있다.

소용돌이체(501)(502)의 각각 중앙부의 선단형상은, 제14도에 표시한 바와같이, 원호의 접속곡선(603)으로 하므로서, 선단각각의 모서리가 각이지지 않게 된다. 이 때문에 기계의 운전중에 이 부분이 파손되는 일은 없고, 또 안쪽곡선(602)의 DE사이 및 접속곡선(603)을 각각 원호로 하므로서 소용돌이체의 가공이 용이하게 된다.

이상과 같이, 상기 일본국 특허원 1982-206088호의 제안에 의해, 많은 결점이 해소되고 다대한 효과를 얻게된다 하더라도, 하기(Ⅰ)(Ⅱ)(Ⅲ)에 설명하는 것과 같은 불편이 생기는 경우가 있다.

(Ⅰ) 즉, 소용돌이체의 형상을 결정하는 것은, 인벌류우트 기본원반경(b), 공전반경(ρ), 파라미터(인벌류우트 성립한계를 표시함)(β)의 3가지이다. 그러나, 실제의 기계를 가공하는데는 통상 엔트밀커터가 사용되므로, 이 엔드밀커터 직경을 고려할 필요기 있다. 일본국 특허원 1982-206088호에서는 원호부분 ED사이의 곡률반경(R)의 제약을 받기 때문에 가는 엔드밀커터를 사용하지 않으면 안될 경우가 있다. 이 때문에, 엔드밀커터의 강성부족에 의한 가공오차의 증대, 가공시간의 증가등이 생기게 된다.

(Ⅱ) 다음에, 양 소용돌이체에 어느정도의 가공오차가 생기거나, 혹은 양 소용돌이체의 상대적위치관계가 정확하게 조립되어 있지 않는 경우등에는, 양 소용돌이체에 이상한 힘이 발생한다. 예를 들면, 양 소용돌이체가 접촉하도록 설계된 기계에 있어서는, 안쪽부준에서의 양 소용돌이체의 상대미끄러짐률이 바깥쪽에 비해 훨씬 크기 때문에, 안쪽부분일수록 소용돌이체가 더욱 마모되는 것이다. 그리고 고부하 운전시에는, 이 마모량이 허용한계를 넘어서 마모가루가 압축기내 혹은 장치내에 충만하여 불편을 일으킨다.

양 소용돌이체가 비접촉이 되도록 설계된 기계에 있어서도, 소용돌이체의 어느 정도의 가공오차 혹은 양 소용돌이체가 정확하게 조립되어 있지 않는 경우에는, 이 부분에서 마모가 발생하여, 마찬가지 불편이 생긴다.

(Ⅲ) 제11도에 도시한 바와 같은 소용돌이체(252)(242)를 가진 압축기에 있어서는, 저압쪽압력과 고압쪽압력과의 차이가 크게 벌어지는 고부하운전시에 제10(a)도이 화살표시로 표시한 소용돌이체의 안쪽선단부의 강성이 다른데에 비해서 상대적으로 작기 때문에, 이 부분이 파손되는 일이 있다.

이 때문에, 소용돌이체의 높이를 크게하는 것이 제약되므로, 큰 배출량의 기계를 구성하기 위해서는, 소용돌이체의 높이를 높게하는 대신에 소용돌이체의 기본원반경(b) 혹은 공전반경(ρ)을 크게하고, 소용돌이체 외경을 크게해야 하겠지만, 이것은 기계의 소형화의 점에서 좋지 않다.

본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 제안된 것이다.

(Ⅰ) 그 하나의 목적은, 소용돌이체의 가공에 있어서, 엔드밀커터 직경을 소용돌이체의 홈폭(T_G)과 대략 같거나 약간 작을 정도의 것을 사용할 수 있을 뿐 아니라, 가공오차를 작게함과 동시에 가공시간도 단축할 수 있는 회전식 유체기계를 제공하는 것이다.

(Ⅱ) 다른 목적은, 양 소용돌이체에 가공오차, 조립오차가 있을 경우에도 운전중 소용돌이체가 손상되거나, 이상마모되는 것을 방지하는 고성능의 회전식 유체기계를 제공하는 것이다.

(Ⅲ) 또 다른 목적은, 소용돌이체의 안쪽선단부의 손상을 방지하고, 그 높이를 높게하므로서 외경을 크게함이 없이 대용량화를 기할 수 있는 고성능의 회전식유체기계를 제공하는 것이다.

그러므로, 본 발명은, 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, 하기(Ⅰ)(Ⅱ)(Ⅲ)의 각각을 특징으로 한다. 즉,

(Ⅰ) 상기 회전식 유체기계에 있어서, 양 소용돌이체를 각각 인벌류우트 곡선으로 이루어진 바깥쪽 곡선과, 안쪽에 반경(R)의 원호를 가진 인벌류우트곡선으로 이루어진 안쪽곡선과, 상기 바깥쪽 곡선과 상기 반경(R)의 원호를 스무우드하게 접속하는 반경(r)의 원호로 형성한 것(단,

R=ρ+bβ+d

r=bβ+d

b : 인벌류우트곡선의 기본원반경)을 특징으로 한다.

(Ⅱ) 마찬가지로 상기 회전식 유체기계에 있어서, 양스용돌이체를 각각 인벌류우트곡선으로 이루어지는 바깥쪽곡선과, 안쪽으로 반경(R)의 원호를 가진 인벌류우트곡선으로 이루어진 안쪽곡선과, 상기 바깥쪽 곡선과 상기 반경(R)의 원호를 스무우드하게 접속하는 반경(r)의 원호를 가진 접속곡선으로 형성함과 동시에, 파라미터(β)로 결정되는 인벌류우트곡선 성립한계점 사이의 안쪽곡선 및 접속곡선의 일부 또는 전부를 당접한 상태에서부터 떨어지도록 양 소용돌이체 사이에 근소한 틈을 준것(단,

R=ρ+bβ+d

r=bβ+d

b : 인벌류우트곡선의 기본원반경)을 특징으로한다.

(Ⅲ) 또한, 마찬가지로 상기 회전식 유체기계에 있어서, 양소용돌이체를 각각 인벌류우트 곡선으로 이루어진 바깥쪽곡선과, 안쪽으로 반경(R)의 원호를 가진 인벌류우트 곡선으로 이루어진 안쪽곡선과, 상기 바깥쪽곡선과 상기 반경(R)의 원호를 스무우드하게 접속하는 반경(r)의 원호를 가진 접속곡선으로 형성함과 동시에, 파라미터(β)로 결정되는 인벌류우트 곡선 성립한게점 보다도 약간 바깥쪽의 파라미터(β +△β)로 결정되는 2점사이의 안쪽곡선 및 접속곡선의 일부 또는 전부를 당접한 상태에서부터 떨어지도록 양 소용돌이체 사이에 근소한 틈을 준것(단,

R=ρ+bβ+d

r=bβ+d

b : 인벌류우트곡선의 기본원반경)을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서는, 상기 구성을 구비하고 있으므로, 하기(Ⅰ)(Ⅱ)(Ⅲ)의 각각의 효과를 이룰 수 있다.

(Ⅰ) 소용돌이체의 가공에 있어서, 비교적 큰 직경의 엔드밀커터를 사용해도 가공오차를 작게함과 동시에 가공시간을 단축하는 저코스트이고도 고성능의 회전식 유체기계를 얻을 수 있다.

(Ⅱ) 소용돌이체에 어느정도의 가공오차 혹은 조립오차가 있는 경우에는 소용돌이체의 손상, 마모를 방지하는 수명이 길고도 고성능의 회전식 유체기계를 얻을 수 있기 때문에 본 발명은 산업상 매우 유익한 것이다.

(Ⅲ) 소용돌이체의 안쪽선단부의 마모 및 손상을 방지하고, 외경을 크게함이 없이 소용돌이 높이를 크게 함으로서 대용량화를 기할 수 있는 고성능의 회전식 유체기계를 얻을 수 있기 때문에, 본 발명은 산업상 매우 유익한 것이다.

이하에 첨부도면에 따라 본 발명의 실시예를 설명한다.

[제1실시예]

제1도는 제1실시예의 소용돌이체를 표시한 정면도이다. 동도면에 있어서, 제14도와 동일한 부호는 각각 동도면과 동일의 부재 및 치수를 표시한다. (R)(r) 및 (d)는 각각 [1][2] 및 [3]식과 동일하며, 파라미터(β)는 [4]식의 관계를 충족하는 것으로 한다.

(711)은 고정쪽 소용돌이체(505)의 바깥쪽곡선, (702)는 그 안쪽곡선이다. 바깥곡선(711)은 기본원반경(b)상의 시점(A)의 인벌류우트곡선, 안쪽곡선(702)의 EF 사이는 바깥쪽곡선(711)과 각도

만큼 위상을 어긋나게한 인벌류우트곡선, DE 사이는 [1]식으로 주어지는 반경(R), 중심(O₂)의 원호이다. 바깥쪽곡선(711)과 안쪽곡선(702)을 접속하는 접속곡선(703)은 [2]식으로 주어지는 반경(r), 중심(O₁)의 원호이다. 점(A)은 바깥쪽곡선(711)의 인벌류우트시점(기본원반경 b), 점 (B)은 바깥쪽곡선(711)과 접속곡선(703)의 경계점으로서 양 곡선은 이점에서 각각의 접선을 똑같이 한다.

점(C)은 바깥쪽곡선(711)의 충분히 바깥쪽의 점, 점(D)은 안쪽곡선(702)과 접속곡선(703)의 경계점으로서, 여기서 반경(R) 및 반경(r)의 2개의 원호는 접하게 된다.

점(E)은 안쪽곡선(702)의 원호(DE 사이)와 인벌류우트곡선(EF)의 경계점으로서, 양곡선은 각각의 접선을 똑같이 하고 있다. 점(F)은 안쪽곡선(702)의 충분히 바깥쪽의 점이다.

여기서, 파라미터(β)는 원점(0)을 지나는 직선과 마이너스의 ×축이 이루는 각이며, 인벌류우트 기본원의 원점(0)의 지나서 각(β)의 직선과 기본원과의 2개의 교차점은 직선(EO₂)및 직선(BO₁)상에 있다. 그리고 직선(EO₂)및 직선(BO₁)은 상기 교차점에서 기본원에 접해있으며, EO₂와 BO₁은 평행이다.

또한, 공전쪽 소용돌이체도 마찬가지이다.

이와같은 소용돌이체에 있어서는, 그 홈폭(T_G)은 [5]식으로 주어진다.

T_G=πb+e ………………………………… [5]

따라서, 파라미터를 [4]식으로 주어지는(β)라하면, 안쪽곡선의 원호부분의 반경(R)은,

R≥T_G… [6]이 된다.

이와같은 소용돌이체에 의하면, 소용돌이체의 홈폭(T_G)과 대략 똑 같거나 약간 작은 직경의 엔드밀커터로 홈부와 원호(ED 사이)를 가공할수 있다. 이 때문에, 비교적 큰 직경의 엔드밀커터로 소용돌이체의 가공을 하는 것이 가능해져서, 종래의 적은직경의 것을 사용해야만 하였던 경우에 발생했던 불편은 해소된다.

또한 상기 실시예에 있어서, 하기와 같은 변형예를 생각할 수 있다.

1) 안쪽곡선(702)대신에, 제1도에 파선으로 표시한 바와같이 안쪽곡선(702)보다도 바깥쪽곡선(711)쪽으로 약간의 틈(△C)즉 릴리이프클리어런스 (△C)를 형성하여 구성하는 안쪽곡선(710)이라도 된다.

여기서, 점(G)은 접속곡선상의 점(D)과 점(B)사이의 임의의 점이며, 설명의 편의상 비교적 큰 틈(△C)으로 도시하고 있으나, 틈(△C)의 양은 근소해도 된다.

2) 도시하지 않았으나, 상기 1)의 안쪽곡선으로 틈(△C)을 형성하는 대신에 접속곡선으로 틈(△C)을 형성하여 릴리이프클리어런스를 구성해도 물론된다.

3) 한쪽의 소용돌이체를 상기 실시예의 형상으로 하고, 다른쪽의 소용돌이체만으로, 상기 1), 2)를 조합한 안쪽곡선 및 바깥쪽곡선의 양자에 틈(△C)을 형성하여 릴리이프클리어런스를 구성해도 된다.

4) 양소용돌이체에서 안쪽 및 접속의 양곡선에 약간의 틈을 형성해도 된다.

이상, 1)~4)의 어느 경우도, 틈(△C)은 아주작은 틈이기 때문에, 일본국 특허원 1982-206088호로 의도되는 효과가 손상되지 않으면서 양호한 효율을 가진 기계를 제공하는 것이 가능하다.

5) 본 발명은 압축기의 경우에 한하지 않고, 소용돌이체를 가진 유체기계라면 그 용도를 불문하고, 널리 작용할수 있다.

[제2실시예]

제2도는 본 발명의 제2의 실시예의 소용돌이체를 표시한 정면도이고, 제3도, 제4도, 제5도는 각각 제2도의 변형예를 표시한 마찬가지 정면도이다.

제2도에 있어서, 제14도와 동일부호는 각각 동도면과 동일한 부재 및 치수를 표시한다. 먼저 제2도에 있어서, (701)은 고정쪽 소용돌이체, (711)(712)는 각각 고정쪽 소용돌이체(701)의 바깥쪽곡선 및 안쪽곡선이다.

바깥쪽곡선(711)은 기본원반경(b)상의 시점(A)의 인벌류우트곡선, 안쪽곡선(712)의 EF사이는 바깥쪽곡선(711)과 각도(

)만큼 위상을 어긋나게한 인벌류우트곡선이다. EI사이는 엔드밀터터의 직경과 동일한 반경(Rc)의 원호, IG사이는 중심(O₃)의 반경(R)의 원호이다. 바깥쪽곤선(711)의 안쪽곡선(712)과의 사이를 접속하는 접속곡선(713)은 반경(r)의 원호로한다.

여기서, 안쪽곡선(713)의 EIG사이는, 제14도의 안쪽곡선(602)보다, 바깥쪽곤선(711)에 약간 가까이되게 틈(△C)만큼 들어가게 해서 구성한다. 설명의 편의상 틈(△C)은 크게 도시되어 있지만, 실제로는 극소하게 한다.

점(B)은 바깥쪽곡선(711)과 접속곡선(713)의 경계점으로서, 양곡선은 이점에서 각각의 접선은 똑같게 한다. 점(B)보다 바깥쪽(C쪽)에서는 인벌류우트 곡선, 점(B)보다 안쪽(G쪽)에서는 원호로 한다.

점(A)은 바깥쪽곡선(711)의 인벌류우트시점, 점(C)은 바깥쪽곡선(711)의 충분히 바깥쪽의 임의점, 점(F)은 안쪽곡선(712)의 충분히 바깥쪽의 임의점이다. 점(G)은 안쪽곡선(712)의 반경(R)의 원호와 접속곡선(713)의 교차점으로서, 반경(r)의 원호상에서 DB사이에 임의의 위치를 설정한다.

공전쪽 소용돌이체도 마찬가지의 구성으로 한다.

여기서,

R=ρ+bβ+d b : 기본원반경

원점(O)를 지나서 X축과 각도(β)의 직선과 직선(EO₂)(BO₁)직선은 각각 직교하며, (EO₂)와 (BO₁)은 평행이다.

본 실시예가 제14도의 것과 다른점은, 안쪽곡선(712)의 EIG의 구성과 접속곡선(713)의 BG의 길이의 양자에 있으며, 제2도의 파선은 제14도에서의 대응부분을 표시한다.

이와같은 소용돌이체에 있어서는, 양소용돌이체를 맞물리면, 고정쪽 소용돌이체(701)의 안쪽곡선상의 충분히 바깥쪽의 임의의 인벌류우트 곡선상의 점(F)과 이에 대응하는 공전쪽소용돌이체(도시하지 않음)의 바깥쪽곡선의 인벌류우트 대응점이 당접하며, 공전쪽소용돌이체의 공전에 따라서, 당접점은 서서히 안쪽으로 이동한다. 고정쪽소용돌이체(701)의 안쪽곡선(712)상의 점(E)과 공전쪽소용돌이체의 바깥쪽 곡선상의 대응점(이것은, 고정쪽소용돌이체(701)의 점(B)과 동일점)까지 당접한다. 그리고 이 이후 공전이 진행되면, 양소용돌이체는, 곡선(602)의 EDG와 곡선(712)의 EIG사이의 틈(△C)만큼 떨어져서 운전되는 것이된다.

그래서, 양소용돌이체사이의 안쪽부분에서의 당접은, 점(E) (다름쪽의 소용돌이체의 점(B)과 당접)까지 생기고, 이 이후 틈(△C)만큼의 약간의 틈이 생긴다. 이 때문에, 하기의 효과를 이룰수 있다.

1) 소용돌이체에 어느정도의 가공오차가 있어도, 혹은 양 용돌이체가 정확하게 조립되어 있지않아도, 소용돌이체 안쪽전단부 근방이 이상하게 당접하는 일은 없어진다. 그리고 고부하운전시 특히 상대적으로 강성이 낮은 반경(r)의 원호부분의 파손이 방지된다.

2) 또, 안쪽부분에서 이상하게 당접하는 일은 없어지므로, 양소용돌이체의 상대 미끄러짐율이 높은 안쪽부분에서 이상하게 소용돌이체가 마모된다고 하는 불편은 해소된다.

3) 틈(△C)은 약간이므로, 일본국 특허원 1982-206088호의 사상은 손상됨이 없이 실질적으로 실현되고, 양호한 효율을 가진 기계를 제공하는 것이 가능하다.

4) 소용돌이체의 가공에 있어서는, EI사이를 엔드밀커직경과 동일한 반경(Rc)이라는 것, IG사이는 반경(R)의 원호라는 것 때문에 매우 스무우드하게 가공할 수 있다.

본 발명의 의도하는 바는, 일본국 특허원 1982-206088호의 구성에 있어서, 파라미터(β)로 결정되는 인벌류우트 성립한 계점(E)(B)사이의 안쪽곡선(712)(602) 및 접속곡선(713)(603)이 양소용돌이체를 조합했을 경우에, EB사이에서 약간의 틈을 가지고 운전되도록 소용돌이체를 구성한데 있다. 이에 의해서, 하기한 바와같은 변형예를 생각할 수 있다.

1) 제2도의 원호 EI사이의 반경(Rc)은, 엔드밀커터직경과 동일해야할 필요는 없고, 엔드밀커터직경보다 크면된다. 또, 원호 IG사이의 반경(R)은 [1]식으로 주어지는 (R)와 똑같거나 또는 그 이상이면 되며, 엔드밀커터직경의 반경이상의 곡률반경을 가진 임의의 곡선이라도 된다.

요컨데, 제14도의 EB사이보다 안쪽곤선이 약간 바깥쪽곡선에 가깝게 틈(△C)을 형성하면 된다.

2) 필요에 따라서 제14도의 EB사이 전체에서 틈(△C)을 형성하는 대신에 제3도에 표시한 바와같이, EB사이의 임의의 일부에만 틈(△C)을 형성해도 좋다.

여기서, (802)는 고정쪽소용돌이체, H는 안쪽곡선상의 점으로서, HE는 반경(R)의 원호, HG는 제14도의 (602)보다 약간의 틈(△C)만큼 바깥쪽곡선으로 들어가게해서 구성된 안쪽곡선(812)이다. 그리고 파라미터(β)보다 작은 파라미터β')에 대응하는 H점으로부터 제14도의 안쪽곡선(602)과 틈(△C)을 형성해서 구성한다.

3) 안쪽곡선상에서 틈(△C)을 형성하는 대신에, 제4도에 표시한 바와같이, 접속곡선으로 틈(△C)을 형성해도 된다.

여기서, (913)은 제14도의 접속곡선(603)보다 약간의 틈(△C)만큼 들어가게해서 형성한 접속 곡선이다. 그리고 제14도의 접속곡선(603)과 안쪽곡선(602)과의 접점(D)보다 안쪽곡선쪽(점 E쪽)에, 안쪽곡선(602)과의 교차점(J)을 설정하도록 구성한다.

4) 제5도에 표시한 바와같이, 고정쪽소용돌이체 또는 공전쪽소용돌이체의 어느한쪽의 형상을 제14도와 똑같이해두고, 다른쪽의 소용돌이체만 안쪽곡선 및 접속곡선의 양자로 틈(△C)을 형성하도록 구성해도 좋다.

여기서, R 및 r은 각각 R'>R 및 r'>r이 되게 구성되어 있다.

(912)는 안쪽곡선, (914)는 접속곡선, 점(K)는 (912)와 (914)의 접속점으로서, EKB의 양곡선으로 제14도의 EDB의 양곡선보다 약간의 틈을 형성한다.

또한, 양소용돌이체 모두 제5도의 형상으로 할수도 있으며, 그때, R'-r'=ρ로 하면, R'와 r'의 교차점은 접하게 되어 스무우드한 곡선이 된다.

상기 3), 4)에 있어서는, 소용돌이체의 중앙선단부의 소원호의 곡률이 구체적으로 예시한 것에 비해 약간 작게되어 이 몫만큼 강성이 낮아진다. 그러나, 틈은 근소한 것이므로, 실질적으로 그 영향은 없다.

5) 본 발명은 압축기외에 펌프, 팽창기등에도 물론 적용 가능하다.

[제3 실시예]

제6도는 본 발명의 제3 실시예의 소용돌이체를 표시한 정면도, 제7도는 제6도의 소용돌이체의 선단부의 압력분포를 표시한 부분모델도, 제8도 및 제9도는 각각 제6도의 변형예를 표시한 마찬가지 정면도이다.

상기 도면에 있어서, 제14도와 동일한 부호는 각각 동도면과 동일한 부재 및 치수를 표시한다. 먼저, 제6도에 있어서, (701)은 본 발명에 관한 고정쪽 소용돌이체이고, (601)은 바깥쪽곡선, (603)은 접속곡선으로, 각각 제14도의 그것과 동일하다.

(702)는 안쪽곡선으로서, 안쪽곡선(702)은 충분히 바깥쪽의 인벌류우트의 점(F)으로부터 파라미터(β)를 △β만큼 증가시킨 파라미터(β+△β)에 대응하는 H점까지의 인벌류우트이다. 점(H)으로부터 안쪽에서는 제14도의 안쪽곡선(602)보다 약간의 틈(△C)만큼 들어가게 만들어져있다.

즉, 제14도에서는 인벌류우트의 성립한계를 주는 파라미터(β)로 결정되는 점(E)보다 바깥쪽에서 인벌류우트하였다. 그러나, 제6도에서는 안쪽곡선만이 점(E)보다 바깥쪽의 파라미터(β+△β)에 대응하는 H점부터 바깥쪽을 인벌류우트로하고, △β는 10~15°이상으로 하는것이 바람직하다.

제6도에서, PP'

P'H, QQ'

Q'E이고, P, P', Q,, Q'는 기본원상의 점이며, 점(P')(Q')에 있어서의 기본원의 접선이 P'H, Q'E이다.

또한, 점(G)은, 안쪽곡선(702)과 접속곡선(603)의 교차점으로서, 접속곡선(603)의 BD사시에 설정된다. 점(H')은, 점(P)으로부터 기본원에 접하는 접선과, 바깥쪽곡선(601)의 교차점이며, 접속곡선(603)의 반경(r)은, 제14도의 그것과 동일하고 공전쪽 소용돌이체도 고정쪽 소용돌이체와 마찬가지이다.

이와같은 양소용돌이체를 맞물려서 공전쪽소용돌이체를 공전시키면, 먼저, 고정쪽소용돌이체의 안쪽곡선의 인벌류우트 곡선상의 바깥쪽점(F)에 대응하는 공전쪽소용돌이체의 바깥쪽곡선의 인벌류우트상의 점이 맞물려 공전에 따라 서서히 안쪽으로 맞물림이 이동한다. 고정쪽소용돌이체의 안쪽곡선의 인벌류우트상의 점(H)과 공전쪽소용돌이체의 바깥쪽곡선의 인벌류우트상의 점(H')이 맞물리고, 이어서 양소용돌이체는 약간의 틈(△C)만큼 떨어져서 공전한다.

즉, 제14도의 것에 있어서는, 인벌류우트 성립한계의 파라미터(β)로 결정되는 점(E) 및 점(B)에서의 맞물림이 있었다. 그러나, 본 실시예서는, 이것보다 △β만큼 앞서 양소용돌이체가 떨어지기 시작하는 것이다.

여기서, 양소돌이체가 떨어지기전에는 양소용돌이체가 맞물려 있는 안쪽 즉 안쪽곡선(702)의 접속곡선(603)에 가까운 부분과, 바깥쪽곡선(601)의 접속곡선(603)에 가까운 부분 및 접속곡선(603)에는 토출압력 혹은 상대적으로 높은 압력(Po)이 부하되어 있다. 한편 바깥쪽곡선의 맞물려있는 점의 바깥쪽, 및 안쪽곡선의 맞물려있는 점의 바깥쪽에서는 압축도중의 상대적으로 낮은 압력(P')이 부하되어 있다.

이 양소용도링체가 떨어지기 시작할때의 상태를 모델적으로 표시하면, 제7(b)도에 표시한 바와같이 되며, 동도(A)는 제14도에서의 것을 표시한다.

즉, 제14도에서는, 제7(a)도에 표시한 바와같이, 소용돌이체의 선단부의 강성이 비교적 작은 화살표시 근방의 B점에서, 압력이 P'에서부터 Po로 변화하고 있다. 이에 비해서, 본 발명에서는 제7(b)도에 표시한 바와같이, 상당히 떨어진 H'점에서 압력이 P"에서 Po로 변화한다.

이에 의해서 제14도에서는 제7(a)도의 화살표시부에서 Po-P/'의 압력차(양소용돌이체의 맞물림 힘을 무시하면)에 의한 변형을 받아 응력을 발생하는 것이다. 그러나, 본 발명에서는, 화살표시부와 압력변화점이 떨어져 있으므로, 등도(B)에 표시한 바와같이, 화살표시부의 응력은 균형이되므로 훨씬 작은것으로 되어, 이 부분의 파손이 방지된다.

또, 소용돌이체의 안쪽부일수록 양소돌이체의 상대 미끄러짐율이 크며, 안쪽선단부 근방이 마모되기 쉽다. 그러나, 본 발명에서는 양소용돌이체는, 종래의 것의 상대 미끄럼짐율보다 낮은 상대 미끄러짐율의 위치정도에서 맞물리므로, 소용돌이체의 마모량도 감소된다.

또한, 비접촉식이 되도록 설계된 기계에 있어서, 가공오차, 조립오차에 의해, 양소용돌이체가 이상접촉할 경우에도, 본 발명에서는 안쪽선단부에서 이상접촉하는 일은 없어진다. 따라서, 파손 혹은 마모가 안쪽선단부에서 발생하는 일은 없어지는 것이다.

또, 본 발명에서는 틈(△D)은 약간의 양이므로 일본국 특허원 1982-206088호에서 의도된 장점은 손상됨이 없이 실질적으로 발휘되고 고효율의 기계를 얻을 수 있다.

또한, 상기 실시예에 있어서, 하기와 같은 변형예를 생각할 수 있다.

1) 양소용돌이체형상을 똑같이 해서 파라미터(β+△βC)로 맞물림을 떨어지게 하는 대신에, 한쪽의 소용돌이체를 파라미터(β+△β)로 하고, 다른쪽의 소용돌이체를 파라미터(β+△β')(△β

△β')로 하여, 양소용돌이체가 다른 대응점으로 당접한 상태에서부터 떨어지는 형상으로 해도 좋다.

2) 안쪽곡선상에서 틈(△C)을 형성하는 대신에, 제8도에 표시한 바와같이, 바깥쪽곡선상에 이것을 형성해도 좋다.

이때는 파라리터(β+△β)에 대응하는 바깥쪽곡선상의 점(H')보다 바깥쪽곡선의 일부와 접속곡선 및 안쪽곡선의 일부에 걸쳐서 종래의 (601)(603)(602)보다 약간의 틈(△C)을 형성해서 임의의 곡선(751)을 구성한다. 그리고 이 임의의 곡선(751)과 안쪽곡선(602)과의 교차점(G)의 위치를 점(D)와 (E)사이에 적당히 선정하면 된다.

양소용돌이체를 이와같이 구성하면, 제6도의 것과 실질적으로 동일한 효과를 얻을 수 있다.

단, 이 경우 접속곡선(603) 대신에 약간 안쪽으로 들어간 임의의 곡선(751)이 된다. 이 때문에, 약간 이 부분의 강성이 저하되기는 하지만 실영상으로는 틈(△C)이 소량이기 때문에 악영향을 받는일은 없다.

3) 제9도에 표시한 바와같이, 한쪽의 소용돌이체를 제14도와 동일한 형상으로 하고, 다른쪽의 소용돌이체만을 파라미터(β)로 결정하는 점 E, B보다 바깥쪽의 파라미터(β+△β)로 결정하는 점(H)(H')으로하여 양 소용돌이체의 맞물림이 떨어지도록 H, H' 사이에 약간의 틈(△C)을 형성하는 임의의 곡선(761)으로 해도 좋다.

또한, H, H'는 파라미터(β+△β)로 결정되는 대응점으로 하는 대신에, 예를들면 점(H)은 파라미터(β+△β)로 하고, 점(H")은 파라미터(β+△β)(△β

△β')로 해도 좋다.

4) 본 발명은 소용돌이형 압축기외에 펌프, 팽창기등에도 적용할 수 있다.

Claims

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, 양 소용돌이체를 각각 인벌류우트곡선으로 이루어지는 바깥쪽곡선과, 안쪽으로 반경(R)의 원호를 가진 인벌류우트곡선으로 이루어진 안쪽곡선과, 상기 바같쪽곡선과 상기 반경(R)의 원호를 스무우드하게 접속하는 반경(r)의 원호로서 형성한것(단,

R=ρ+bβ+d

r=bβ+d

b : 인벌류우트곡선의 기본원반경)을 특징으로 하는 회전식 유체기계.
각각 실질적으로 동일형상의 소용돌이체로 이루어지는 고정쪽 소용돌이체 및 공전쪽 소용돌이체를 서로 180°돌려서 맞물리고 공전쪽 소용돌이체를 고정쪽 소용돌이체에 대해서 공전반경(ρ)으로 공전하도록 한 회전식 유체기계에 있어서, 양 소용돌이체를 각각 인벌류우트곡선으로 이루어지는 바깥쪽곡선과, 안쪽으로 반경(R)의 원호를 스무우드하게 접속하는 반경(r)의 원호를 가진 접속곡선으로 형성함과 동시에, 파라미터(β)로 결정되는 인벌류우트곡선 성립한계점사이의 안쪽곡선 및 접속곡선의 일부 또는 전부를 당접한 상태에서부터 떨어지도록 양 소용돌이체 사이에 근소한 틈을 준것 (단,

R=ρ+bβ+d

r=bβ+d

b : 인벌류우트곡선의 기본원반경)을 특징으로 하는 회전식유체기계.
각각 실질적으로 동일형상의 소용돌이체로 이루어지는 고정쪽 소용돌이체 및 공전쪽 소용돌이체를 서로 180°돌려서 맞물리고 공전쪽 소용돌이체를 고정쪽 소용돌이체에 대해서 공전반경(ρ)으로 공전하도록 한 회전식 유체기계에 있어서, 양 소용돌이체를 각각 인벌류우트곡선으로 이루어지는 바깥쪽곡선과, 안쪽으로 반경(R)의 원호를 스무우드하게 접속하는 반경(r)의 원호를 가진 접속곡선으로 형성함과 동시에, 파라미터(β)로 결정되는 인벌류우트곡선 성립한계점 보다도 약간 바깥쪽의 파라미터(β+△β)로 결정되는 2점 사이의 안쪽곡선 및 접속곡선의 일부 또는 전부를 당접한 상태에서부터 떨어지도록 양 소용돌이체 사이에 근소한 틈을 준 것 (단,

R=ρ+bβ+d

r=bβ+d

b : 인벌류우트곡선의 기본원반경)을 특징으로 하는 회전식유체기계.