KR880000933B1

KR880000933B1 - 스크롤 유체기계의 평형추장치

Info

Publication number: KR880000933B1
Application number: KR1019830004990A
Authority: KR
Inventors: 노부가쓰 아라이; 나오끼 마에다
Original assignee: 가부시기가이샤 히다찌 세이사꾸쇼; 미다 가쓰시게
Priority date: 1982-10-27
Filing date: 1983-10-21
Publication date: 1988-05-31
Also published as: DE3338737A1; JPS5979086A; JPH0428916B2; KR840006394A; US4522574A; DE3338737C2

Abstract

내용 없음.

Description

스크롤 유체기계의 평형추장치

제1도는 본 발명의 일실시예를 나타낸 종단면도.

제2도는 제1도의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도.

제3도는 자전저지 수단의 사시도.

제4도는 요부 사시도.

제5도는 다른 실시예 요부의 단면도(제6도의 Ⅴ-Ⅴ단면).

제6도는 제5도의 Ⅵ-Ⅵ선 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 고정 스크롤 1a : 경판

1b, 2b : 랩 1c : 환상부분

1b', 2b' : 권회종단 6 : 프레임

7 : 크랭크 샤프트 7A : 주축부분

7B : 편심축부분 8, 9, 10, 15 : 베어링

11 : 자전저지수단 2 : 선회스크롤

11A : 디스크부분 2a : 단판

11B : 원주형 핀부분 V₁, V₂: 압축실

12, 13 : 원형구멍 3 : 고압포오트

14 : 평형추 4 : 저압포오트

5 : 보스 17 : 원판

17A : 키구멍 17B : 핀구멍

18 : 절결구멍 21 : 핀

22 : 슬리브

본 발명은 고압가스 생성용 혹은 공기 조화기용의 압축기 또는 팽창기 혹은 터어빈으로 사용되는 스크롤 유체기계 특히 스크롤 유체기계의 평형추장치에 관한 것이다.

종래, 스크롤 유체기계에 있어서 가동할때 선회운동하는 스크롤에 발생하는 원심력을 평형시키기 위하여 평형추를 설치하는 것이 미국 특허 제3,473,728호, 제3,802,809호, 제3,874,827호, 제3,884,559호, 제4,082,484호, 제4,325,683호, 제4,332,535호, 제4,340,339호, 제4,129,405호, 제4,192,152호 및 제4,199,308호에 개시 되어 있다. 그러나 이들 미국 특허에 있어서는 평형추가 선회스크롤을 선회구동하기 위한 크랭크 샤프트에 일체적으로 결합되어 있다.

상기 장치에서는 가동시 선회스크롤에 발생하는 원심력은 선회스크롤과 크랭크 샤프트의 사이에 개재된 베어링을 거쳐 크랭크 샤프트에 전달되며, 크랭크 샤프트에 일체적으로 결합된 평형추에 의해서 발생하는 반대 방향의 원심력(평형력)과 평형을 이룬다. 즉, 선회스크롤에 발생하는 원심력은 평형추에 의해서 발행되는 평형력과 베어링을 통해서 평형하게 되므로 선회스크롤과 크랭크 샤프트의 사이에 개재된 베어링 및 크랭크 샤프트를 지지하는 베어링에 원심력과 같은 크기의 하중이 가해진다.

그로 인하여 상기 베어링은 고부하 가동에 의해 단시간에 마모하게 되므로서, 선회스크롤의 선회반경을 미리 설정된 치수값으로 유지할 수 없게 된다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 결점을 제거하기 위하여 이루어진 것으로서, 선회스크롤의 선회반경을 미리 설정한 값으로 유지할 수 있는 스크롤 유체기계를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 선회스크롤과 크랭크 샤프트의 사이에 개재된 베어링 및 크랭크 샤프트를 지지하는 적어도 1개의 베어링에 선회스크롤에 발생하는 원심력이 실질적으로 작용하지 않는 스크롤 유체기계를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 고속회전으로 작동시키는데 알맞는 평형추장치를 구비한 스크롤 유체기계를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 대용량의 것에 알맞는 평형추장치를 구비한 스크롤 유체기계를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 선회스크롤에 베어링을 개재시켜 평형추를 설치하고, 이 평형추는 크랭크 샤프트와 동기하여 회전함과 동시에, 크랭크 샤프트와 선회스크롤은 상기 베어링과 별도의 베어링을 개재시켜 결합되어 있는 것이 특징인 것이다.

이하, 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

제1도, 제2도, 제3도 및 제4도는 본 발명을 개방형 압축기에 적용한 실시예이다.

고정 스크롤(1) 및 선회스크롤(2)에 의해 압축기구부를 구성하고, 고정 스크롤(1)은 경판(1a)과, 이 경판에 직립하고 두께(t)와 높이(h)를 가진 소용돌이 형상이 랩(1b)과, 이 랩(1b)의 주위에 형성된 랩(1b)과 같은 높이를 가진 환상부분(1c)을 갖는다. 그리고, 그 중앙부에는 고압포오트(3), 환상부분(1c)에는 저압포오트(4)가 각각 형성된다.

선회스크롤(2)은 단판(2a)과, 이 단판에 직립하고 두께(t)와 높이(h)를 가진 소용돌이 형상의 랩(2b)을 갖는다. 또, 선회스크롤(2)은 단판(2a)의 배면에 원통형상의 보스(5)를 구비하고 있다. 이 보스(5)는 단판(2a)과 완전한 일체의 것이기는 하지만, 단판(2a)과는 별도로 제작한 원통형상 피이스를 용접이나 볼트에 의해 단판(2a)에 결합할 수도 있다. 상기 고정 스크롤(1)과 선회스크롤(2)은 랩(1b), (2b)이 서로 대향하고, 각 랩(1b), (2b)의 권회종단(1b'), (2b')이 중앙점(0)[고정 스크롤(1)의 중심(Os)과 선회스크롤(2)의 중심(Om)을 연결하는 선상에 위치하고, Os 및 Om로 부터 등거리의 점]에 대하여 점대칭으로 되도록 맞물려 있다.

프레임(6)은 고정 스크롤(1)의 환상부분(1c)에 볼트에 의해서 결합된다.

크랭크 샤프트(7)는 주축부분(7A)과 편심축부분(7B)으로 이루어지며, 편심축부분(7B)의 중심(O₂)은 주축부분(7A)의 중심(O₁)에 대하여 양스크롤(1), (2)에 의해서 정해지는 선회반경

보다 약간 작은 거리(ε)만큼 떨어진 곳에 있다. 이 크랭크 샤프트(7)는 그 주축부분(7A)에 있어서 프레임(6)에 베어링(8), (9)을 개재시켜 지지된다. 이 상태에서 주축부분(7A)의 중심(O1)은 고정 스크롤(1)의 중심(Os)과 일치한다. 크랭크 샤프트(7)의 편심축부분(7B)은 선회스크롤(2)의 보스(5)의 내측에 삽입되며, 편심축부분(7B)과 보스(5)의 사이에는 선회베어링(10)이 개재되고 있다.

자전저지수단(11)은 고정 스크롤(1)의 환상부분(1c)과 선회스크롤(2)의 단판(2a)의 사이에 개재되며, 선회스크롤(2)이 편심축부분(7B)을 중심으로 회전하는 것은 아니고, 선회 운동하도록 하는 작용을 한다. 이 자전저지수단(11)은 원형의 디스크부분(11A)과 원주형 핀부분(11B)은 그 중심이 디스크부분(11A)의 중심으로 부터 상기 선회반경(ε)과 같은 거리만큼 떨어진 위치에 형성되고 있다. 그리고, 디스크부분(11A)은 환상부분(1c)에 형성된 원형구멍(12)에, 핀부분(11B)은 단판(2a)에 형성된 원형구멍(13)에 각각 삽입되고, 또한 디스크부분(11A)은 환상부분(1c)에 대하여 회전가능하며, 핀부분(11B)은 단판(2a)에 대하여 회전 가능하다. 또, 자전저지수단(11)은 2개 또는 3개 이상 배치되며, 2개의 경우는 90°또는 270°의 각도 간격으로 배치되고, 3개 혹은 그 이상의 경우는 등각도 간격으로 배치된다.

평형추(14)는 선회스크롤(2)의 보스(5)의 외주축에 베어링(15)을 개재시켜 설치된다. 이 평형추(14)는 회전력 전달수단에 의하여 회전된다. 이 회전력 전달수단은 키(16)를 가지며, 이 키(16)가 크랭크 샤프트에 결합된 원판(17)의 키구멍(17A)에 걸어 맞춰진다. 키(16)은 키구멍(17A)에 대하여 반경방향으로 움직일 수 있도록 되어있다. 즉, 평형추(14)는 그 중심이 크랭크 샤프트(7)의 회전축심에 대하여 편심축부분(7B)의 편심방향과는 반대측에 위치하도록 배치되고, 회전했을때 선회스크롤(2)에 발생하는 원심력과 대향하는 반대방향 원심력이 발생하도록 되며, 또한 그 원심력이 선회스크롤(2)의 원심력과 실질적으로 동등하게 되도록 설계되어 있다. 평형추(14)의 상기 키(16)와 크랭크 샤프트(7)에 설치한 원판(17)의 상기 키구멍(17A)과의 관계에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 제4도에 나타낸 바와 같이 키구멍(17A)의 반경방향 치수는 키(16)의 반경방향 길이보다 크게 가공되고 양자사이에 반경방향의 간극이 존재하도록 되어 있다.

또, 원판(17)에는, 편심축부분(7B)에 의해 발생하는 원심력과, 키구멍(17A)에 의한 부의 원심력과의 양쪽을 평형시키는 부의 부가질량으로써 절결구멍(18)이 천설되어 있다. 이 절결구멍(18)은 도면에서는 원형구멍으로 나타내고 있으나 이러한 형상에 한정되는 것은 아니다.

다음, 본 실시예에 대한 동작을 설명하면 다음과 같다.

모터(도시치 않음)등의 구동기에 의하여 구동되는 크랭크 샤프트의 회전에 수반하여 선회스크롤(2)은 자전저지수단(11)에 의하여 자전이 저지되어 선회운동한다. 이 선회운동에 따라 가스는 고정 스크롤(1)의 저압포오트(4)로 부터 압축기내에 흡입되며, 고정 스크롤과 선회스크롤(2)의 각랩(1b), (2b)에 의해 형성되는 랩의 최외주부의 압축실(V₁), (V₂)에 가두어진다. 압축실(V₁), (V₂)은 선회스크롤(2)의 선회운동에 따라 랩외주부로 부터 중심부로 향하여 체적을 축소시켜 가면서 이동한다. 그 결과, 압축되어 고압으로 된 가스가 고압포오트(3)로 부터 압축기의 외부로 배출된다.

상기와 같은 압축동작이 행해질때 선회스크롤(2)에는 선회운동에 의한 원심력과 내부의 가스압에 의한 부하가 작용한다. 또 크랭크 샤프트(7)의 회전에 의하여 그 크랭크 샤프트(7)에 결합된 원판(17)에 키(16) 및 키구멍(17A)을 거쳐 결합된 평형추(14)가 크랭크 샤프트(7)와 함께 회전하고, 평형추(14)는 선회스크롤(2)에 발생하는 원심력과 반대방향이고, 그 원심력과 실질적으로 동등한 크기의 원심력을 발생한다. 그 결과, 선회스크롤(2)의 원심력과 평형추(14)의 원심력이 상쇄되어 선회스크롤(2)에 작용하는 원심력은 거의 영으로 된다. 즉, 베어링(8), (9) 및 선회베어링(10)에는 선회스크롤(2)의 선회운동에 기인한 원심력은 거의 작용하지 않는다. 따라서, 선회스크롤(2)의 선회괴적을 유지하는데 가장 영향이 큰 베어링(8), (9), (10)의 마모를 최소한으로 할 수 있음과 함께 스크롤 압축기의 소형고속화 혹은 대용량화를 도모할 수 있다. 또 특히 선회베어링(10)에는 가스압에 의한 부하 밖에 작용하지 않으므로, 선회베어링(10)의 선정에 있어서 작은 부하용량, 즉 소형의 것이 채용 가능하다. 또, 이 스크롤 압축기는 그 선회스크롤(2)가 편심량이 고정된 크랭크 샤프트(7)에 의하여 선회운동을 하게 된다. 즉, 편심량이 고정되어 있으므로, 고정 스크롤(1)의 랩(1b)과 선회스크롤(2)의 랩(2b)이 외부의 진동에 의해 충돌하여 랩의 손상을 초래하는 일 등은 없다. 또 이 실시예에 의한 스크롤 압축기에 있어서는 평형추(14)를 크랭크 샤프트(7)에 결합한 원판(17)에 걸어 맞춘 키(16)와 키구멍(17A)의 사이에 반경방향의 간극이 형성되어 있기 때문에 평형추(14)의 원심력이 크랭크 샤프트(7)에 전달되는 일은 없다. 또 원판(17)에는 크랭크 샤프트(7)의 회전 불균형을 제거하는 절결구멍(18)이 설치되어 있으므로, 크랭크 샤프트(7)의 회전진동을 최소한으로 억제할 수가 있어 스크롤 압축기의 소형고속화 혹은 대용량화를 한층 더 용이하게 할 수 있다.

또, 선회스크롤(2)에 발생하는 원심력(Fcm)은 선회스크롤(2)의 질량은 M, 편심축부분(7B)의 편심량을 ε, 회전각속도를 ω라 하면,

Fcm=Mεω²

로 표시된다. 그리고 고속화 즉 ω의 증대에 따라 Fcm는 급격(ω의 2승에 비례함)하게 증대하고, 또 대용량화 즉 M의 증대(용량의 증대에 대하여 선회스크롤의 체적이 대략 3승에 비례함)에 의하여 Fcm가 증대하지만, 본 발명에 의한 스크롤 압축기에서는 상기 원심력(Fcm)이 선회베어링(10) 및 베어링(8), (9)에 작용하지 않으므로, 베어링 부분의 손실으이 저감 및 신뢰성의 향상을 도모할 수 있다.

또 선회베어링(10)과 크랭크 샤프트(7)의 거리를 단축시킬 수 있어 가스의 힘 및 축지지점의 상위에 기인하는 모멘트의 저감에 의하여 베어링 하중의 저감도 도모할 수 있다.

그리고, 도면에 있어서 부호 19는 오일시일, 부호 20은 시일압압체를 나타낸 것이고, 오일시일(19)에 의해서 그리스윤활을 하고 있는 베어링(8), (9)으로 부터의 그리스 윤활유의 누설을 저지한다.

또, 상기 실시예에 있어서는 압축실(V1), (V2)내의 가스압력에 의하여 이간시키려고 하는 축방향 힘이 선회스크롤(2)에 발생하고, 이 축방향 힘이 작용되는 선회스크롤을 프레임(6)에 의해서 지지하고 있으나 선회스크롤(2)의 배면에 압축실(V₁), (V₂)의 압축도중의 가스압을 가하므로써 선회스크롤(20을 지지할 수도 있다. 이와 같은 밀어붙이는 힘의 부여수단은 미국 특허 제 4,365,941호, 미국 특허 제 4,343,599호와 본 발명과 동일한 승계인에게 승계되어 있는 특허 출원 제 139,548호에 개시되어 있으며, 이와 같은 수단을 본원 발명과 조합시킬 수도 있다.

제5도 및 제6도는 평형추(14)를 크랭크 샤프트(7)에 결합한 원판(17)에 걸어 맞춘 다른 실시예를 나타낸 것으로서, 평형추(14)에 핀(21)의 일단을 압입하고, 그 핀(21)의 타단부의 표면에 고주파 담금질, 침탄 혹은 질화처리등의 경화처리를 실시한 슬리브(22)를 회전가능하게 외부에 끼우고, 상기 슬리브(22)를 포함한 핀(21)을 원판(17)에 꽂아 넣은 긴 원형의 핀구멍(17B)에 끼워 맞추므로서, 평형추(14)를 원판(17)에 걸어 맞춘 구조로 한 것이다.

이 실시예는 회전중에 평형추(14)와, 원판(17)과의 사이에 베어링 간극이나 베어링(15)의 마모에 의해서 발생하는 미소한 어긋남이 있을 경우 어긋남에 의한 악영향을 해소할 수 있다.

그리고 상기 실시예는 스크롤 압축기에 관하여 나타냈으나, 이는 스크롤 압축기에 한정되지 않고 팽창기 또는 펌프로서 사용했을 경우에도 상기한 바와 같은 작용 효과를 달성할 수 있다.

Claims

두께와 높이를 가진 소용돌이 형상의 랩을 갖는 고정 스크롤과 두께와 높이를 가진 소용돌이 형상의 랩을 갖는 선회스크롤이 랩끼리 서로 맞물리고, 선회스크롤에 베어링을 통해서 크랭크 샤프트의 편심축부분이 걸어 맞춰지고, 자전저지수단의 작용에 의해서 선회스크롤이 고정 스크롤에 대하여 자전을 저지당한 상태로 선회 가능하도록 되어 있는 스크롤 유체기계의 평형추장치에 있어서, 선회스크롤에 베어링을 통해서 회전자유롭게 설치되고 선회스크롤에 발생하는 원심력과 역방향의 원심력을 발생하는 평형추와, 이 평형추에 크랭크 샤프트의 회전을 전달하여 평형추가 크랭크 샤프트와 동일한 방향으로 동일한 회전수로 회전하도록 하는 회전력 전달부재를 구비한 것을 특징으로 하는 스크롤 유체기계의 평형추장치.
제1항에 있어서, 평형추의 무게중심이 크랭크 샤프트의 회전축심에 대하여 편심축부분의 편심방향과 반대의 방향측에 위치하고 있는 스크롤 유체기계의 평형추장치.
제1항에 있어서, 평형추가 선회스크롤의 배면에 형성된 보스의 외주면에 베어링을 통해서 회전가능하게 설치되어 있는 스크롤 유체기계의 평형추장치.
제1항에 있어서, 회전력 전달수단이 크랭크 샤프트에 결합되며 크랭크 샤프트와 함께 회전하는 원판과, 이 원판에 형성된 키구멍 및 상기 평형추에 결합되며 키구멍에 걸어 맞추는 키로 이루어진 스크롤 유체기계의 평형추장치.
제1항에 있어서, 회전력 전달수단이 크랭크 샤프트에 결합되며 크랭크 샤프트와 함께 회전하는 원판과, 이 원판에 형성된 긴 원형구멍과, 상기 평형추에 결합되며 자유단부가 긴 원형구멍의 안까지 연장되고 있는 핀 및 핀의 외측에 끼어 맞추어지며 외주면이 긴 원형구멍에 걸어 맞춰지는 슬리브로 이루어진 스크롤 유체기계의 평형추장치.