KR890000938B1 - 토오크 변동이 적은 무단캠면을 가지는 베인형 압축기 - Google Patents

토오크 변동이 적은 무단캠면을 가지는 베인형 압축기 Download PDF

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지이제루 기기 가부시기가이샤
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Abstract

내용 없음.

Description

토오크 변동이 적은 무단캠면을 가지는 베인형 압축기
제1도는 종래의 전형적인 복실식의 베인(Vane)형 압축기의 요부 종단면 측면도.
제2도는 제1도의 II－II선에 연한 단면도.
제3도는 본 발명에 의한 캠 내부 주위면 및 로우터의 곡선형상을 표시하는 약도.
제4도는 본 발명의 제1실시예에 의한 캠형상에 관한 베인 돌출량과 베인 회전각과의 관계를 표시하는 그래프.
제5도는 제4도의 돌출량 특성에 의한 캠형상을 표시하는 약도.
제6도는 본 발명의 제2실시예를 표시하는 제4도와 동등한 도면.
제7도는 제6도의 특성에 의한 캠형상을 표시하는 제5도와 동등한 도면.
제8도는 본 발명의 제3실시예를 표시하는 제4도와 동등한 도면.
제9도는 제8도의 특성에 의한 캠형상을 표시하는 제5도와 동등한 도면.
제10도는 본 발명의 제4실시예를 표시하는 제4도와 동등한 도면.
제11도는 제10도의 특성에 의한 캠형상을 표시하는 제5도와 동등한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 케이스 4 : 펌프하우징
5 : 캠링 6 : 앞사이드블록
5a : 캠내부주위면 7 : 뒷사이드블록
8 : 로우터 9 : 회전축
12 : 공격실 13 : 축방향슬릿
14 : 베인 16 : 흡입구
17 : 유출구 18 : 배출밸브
19 : 윤활유분리장치 20 : 배출실
21 : 배출구
본 발명은 공기조화장치등에 사용되는 베인형 압축기에 관한 것이고, 특히 토오크변동을 최소로하는 개량된 캠주위면을 구비한 베인형 압축기에 관한 것이다.
무단(無端)캠면을 형성한 내부주위면을 가지는 펌프 하우징에 로우터와 이 로우터상에 지지된 베인을 수납한 일반의 베인형 압축기에 있어서, 일반으로 베인이 회전하는 로우터와 같이 슬립하는 무단캠면을 복수실식의 것에서는 타원형, 단수 실식의 것에서는 원형이 채용된다.
그러나, 무단캠면의 캠형상을 설계하는데 있어서, 로우터의 로오크변동을 최소로 억제하는 것은 종래 특히 고려되어있지 아니하였다. 그것때문에 종래의 베인형 압축기에서는 흡입－압축－배출 사이클에 있어서 토오크변동이 크고, 압축기 작동시의 소음, 진동의 발생의 원인으로 되어 있다.
본 출원과 동일 양수인에 의한 미국특허 제4, 480, 973호에 의하여 이미 명백한 바와같이 하기의 요건을 만족하는 캠형상이 토오크변동을 최소로 할 수 있는 것이 인식되어 있다. 즉, (1)압축 행정을 될수 있는한 길게한다. (2)1사이클에 있어서의 초기의 저토오크 영역에 있어서의 압축 압력의 상승 타이밍을 빠르게 하는 동시에 각 베인의 토오크곡선의 중첩부분을 크게하고, 전체로서 토오크변동을 평균화한다. (3)고압축 압력시의 베인의 돌출량을 작게하고, 피이크토오크를 작은값에 억제한다.
이들의 요건을 만족시키기 위하여 상기 미국특허는 복수의 연속적으로 접속된 곡선으로 된 캠면을 제안하고, 이 캠면은 상이한 수식으로부터 얻어지는 각각의 캠형상을 가지고 있다. 그러나, 이 제안된 캠면에 의하면 각 곡선부의 접속점에서 곡률이 상위하고, 따라서 베인이 비약하여 진동음을 발생하든지, 베인선단 혹은 캠주위면을 손상하는 우려가 있다는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 무단캠면이 토오크변동이 최소로 되는 바와같은 형상을 가지고, 베인비약이 생기지 않은 베인형 압축기를 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면 펌프하우징의 무단캠 내부주위면의 베인 및 로우터와 협정하여 유체의 흡입, 압축 및 배출의 1사이클을 행하는 적어도 하나의 부분은 베인돌출량의 점증하는 증가곡선부분 및 베인돌출량이 점감하는 감소곡선부분을 포함하는 형상을 가지고, 상기 증가곡선부분 및 감소곡선부분은 베인의 이동방향에 연하여 상술의 순서로 연속적으로 배치된다. 증가곡선부분의 종단은 펌프하우징의 무단캠 내부주위면의 1사이클 수행부분의 전 원주길이의 전반부에서 끝난다. 캠면의 1사이클 수행부분의 캠형상은 단일의 수식을 사용하여 계산된다.
본 발명의 상술외의 목적, 특징, 및 이점은 첨부 도면에 의한 하기의 상세한 설명으로 부터 보다 일층 명백하게 될 것이다. 제1도 및 제2도는 일반의 복심식의 베인형 압축기를 표시한다. 이 도면중(1)은 케이스이고, 이것은 일단면이 개구하는 원형통체(2)와 이 통체(2)의 일단면에 그의 개구면을 폐쇄하는 바와같이 부착된 앞 헤드(3)로부터 된다.
상기 케이스(1)내에슨 펌프하우징(4)이 수납되어 있다. 이 펌프하우징(4)은 캠링(5)과 이 캠링(5)의 양측 개구단에 이 개구단을 폐쇄하는 것 같이 장착된 앞 사이드블록(4)과 뒷사이드 블록(7)으로 된다.
이 펌프하우징(4)내에는 원통상 로우터(8)가 회전축(9)에 의하여 회전이 자유롭게 수납되어 있다. 상기 캠링(5)의 내부 주위면(5a)과 상기 로우터(8)의 외부 주위면과 양 사이드블록(6), (7)의 내면과의 사이에 180°대칭위치에 2개의 공격실(12), (12)이 구획되어있다.
상기 로우터(8)의 외부주위면에는 반경방향에 연하는 축방향슬릿(13)이 주위방향에 등간격을 두어서 복수(예를들면 4개)마련되어 이들의 축방향슬릿(13)내에 동수의 판상베인(14)이 방사방향에 연하여 출몰자재로 각각 끼워져 있다. 따라서, 회전축 (9)이 구동되면 로우터(8)가 회전축(9)과 같이 회전한다. 이 회전에 의하여 발생하는 원심력과 축방향슬릿(13)의 저부에 작용하는 윤활유의 배압(背壓)과에 의하여 베인 (14)은 반경방향에 돌출되고, 캠 내부주위면(5a)에 베인의 선단부에서 접동 접촉하면서, 로우터(8)와 일체로 제2도에 있어서 시계회전원주 방향에 회전한다.
그리고, 각 베인(14)이 캠링(5)의 주벽에 형성될 유입구(15)을 통과할때마다 압축유체를 앞헤드(3)에 마련된 흡입구(16)로부터 공격실(12)내에 흡입한다.
각 공격실(12)은 그의 용적이 흡입행정에서는 최소로부터 최대로 압축행정에서는 최대로부터 최소로 변화한다. 흡입행정에서 공격실(12)에 흡입되어서 압축행정에서 가압된 유체는 유출구(17)로부터 배출밸브(18)를 밀어 개방하여 배출된다. 이와같이 사이클이 반복된다.
그리고, 압축된 유체는 윤활유 분리장치(19)를 통과할때에 혼입되어있는 윤활유가 분리되어서 케이스(1)와 펌프하우징(4)과의 사이에 형성되어 있는 배출실(20)내에 일단 배출된후, 통체(2)에 형성된 배출구(21)로부터 외부 회로에 송출된다.
이상과 같이 구성되어서 작동하는 베인형 압축기에 있어서 캠형상은 토오크변동을 고려한 형상이 아니기 때문에 흡입, 압축, 배출의 1사이클에 있어서의 토오크변동이 대단히 크고, 상술과같이 소음 및 진동의 발생의 원인으로 되어 있었다.
본 발명에 대하여 수종의 실시예를 표시하는 제3도에서부터 제11도까지를 참조하면서, 상세하게 설명한다.
제3도로부터 제11도까지에 표시하는 본 발명의 실시예에 의한 압축기는 캠형상을 제외하고 제1도, 제2도에 표시하는 종래의 베인형 압축기와 기본구조가 본질적으로 동등하므로 기본구조의 설명은 생략하고 캠형상만 설명한다.
제3도는 본 발명의 제4도내지 제11도에 표시한 실시예의 설명에 사용하는 기호의 설명도에서 본 발명에 의한 복수실식에 적용된 캠 내부주위면의 전캠형상과 로우터를 도시한다. 동도중 R0는 로우터(8)의 반경, R은 로우터(8)의 중심(0)부터 캠 내부주위면(5a)까지의 거리, θ은 베인돌출량, 는 베인의 회전각, 즉 로우터의 중심에 대하여 1사이클 수행부분의 출발점부터 베인선단까지의 각도를 표시한다. 흡입, 압축, 배출의 1사이클은 베인에 의한 로우터(8)의 외부주위면의 반분인 1/2회전 (180도)으로 완료하고, 로우터(8)의 1회전으로 2사이클이 행하여진다.
제4도 및 제5도는 본 발명의 제1실시예를 표시하고, 제4도는 베인의 회전각 θ에 대한 베인의 돌출량 X를 표시하고, 제5도는 제4도의 돌출량 특성부터 얻어진 캠형상을 표시한다.
이 실시예를 포함하는 본 발명의 캠형상은 상기 요건(1)－(3)을 만족한다. (1)압축행정을 가능한한 길게한다. (2)초기의 저 토오크시의 압력상승속도를 높이고, 또 베인상호의 토오크변동영역의 중첩을 크게하여 전체로서의 토오크변동을 평균화한다. (3)고 압축시의 베인돌출량을 작게하여 피이크토오크를 억제한다.
상기 요건 모드를 만족시키는 캠형상이란 로우터로부터의 베인돌출량이 베인의 움직임에 수반하여 서서히 증가하는 증가곡선부분 A와 로우터에서의 베인돌출량이 베인의 움직임에 수반하여 서서히 감소되는 감소곡선부분 B를 포함하는 형상을 이룬다. 증가곡선부분 A와 감소곡선부분 B는 베인의 이동방향에 연하여 상술의 순서로 연속적으로 배치된다.
제5도에 표시한 바와같이 각도 0도부터 θ1까지의 증가곡선부분 A는 펌프하우징의 무단캠내부주위면의 1사이클수행부분의 전원주길이 전반부에서 끝난다.
1사이클초기의 저 토오크영역에서의 압축압력 (공격실(12)의 유체 압력)의 상승속도를 높일수가 있다. 한편으로, 감소곡선부분 B는 1사이클당의 캠내부주위면에 점유하는 비율이 가급적 큰 값이 되도록 설정된다. 증가곡선부분이나 감소곡선부분이 사인곡선 또는 이것에 근사한 형상에 연하여 변화하도록 설정하면 하나의 캠면부분부터 다음의 인접하는 캠면부분으로의 원활한 이행이 되는 것은 상술의 미국특허 제4, 480, 973호에 제시되어 있다.
실제로 사인곡선의 캠형상을 가진 증가곡선부분 A와 감소곡선부분 B를 마련하는 것에 의하여 베인이 하나의 곡선요소로부터 다음의 인접하는 곡선요소에 접동접촉이동할때의 베인돌출속도의 변화가 유선적으로 행하여지고, 또 이 변화가 작게 끝나는것.
특히 감소곡선부분을 상술의 큰 비율 및 캠곡선형상으로 한것에 의하여 이들의 부분을 접동하는 베인의 인입속도가 낮은 값으로 억제되고, 또 압축행정시의 베인의 돌출량이 작고, 따라서 피이크토오크가 작은값으로 억제되는것, 더우기 각 베인의 토오크곡선의 중첩부분이 커서, 전체로서의 토오크곡선이 평탄화, 즉 토오크변동이 실질적으로 작게되는 것이 인식되어 있다.
그러나 본 발명에 의하면 증가곡선부분 A와 감소곡선부분 B가 조합된 또는 연속한 캠형상을 가지고, 이 캠형상을 베인돌출량 X, 즉 캠 내주면과 로우터의 중심(0)과의 거리가 캠내주면의 1사이클 수행부분의 출발으로부터 종료단까지의 전 원주길이에 걸쳐 하나의 연속한 사인곡선 또는 사인곡선과 코사인곡선의 조합과 같은 하나의 연속한 근사한 곡선에 연하여 변화하도록 설정하면, 보다 완전하게 상기의 효과를 달성할수 있고, 특히 어느 캠면로부터 다음의 캠면부에 의하여 이동시에 베인이 비약하는 것을 효과적으로 방지할수가 있다는 것이 본 발명자에 의하여 확인되었다.
이것때문에, 본 발명에 의하면 캠면의 1사이클 수행부분의 캠형상은 단일의 수식을 사용하여 베인비약현상을 배제하도록 계산된다. 다시 제4도, 제5도를 참조하면 증가곡선부분 A와 감소곡선부분 B의 전캠면에 대한 베인돌출량 X는 하기의 3각 관수를 이용한 단일의 수식에 의하여 구해진다.
Figure kpo00001
단, h는 최대베인돌출량을 결정하는 정수, n 및 m은 캠면부의 길이의 비율에 관한 상술의 요건을 만족하도록 증가곡선부분과 감소곡선부분 사이의 원주길이에 있어서의 비율을 결정하는 정수이다. 따라서 로우터의 중심(0)으로부터 캠내주면 5a까지의 거리는 다음의 단일의 수식으로 표시된다.
Figure kpo00002
예를들면, n=1, m=4로 설정하면 본 실시예에서는 거리 은 다음과 같이 표시된다.
Figure kpo00003
제4도의 곡선은 이 수식으로 계산되고, 제5도의 캠형상도 이 수식을 기초로하고 있고, 이 설정에의 캠형상에 있어서 증가곡선부분의 종료하는 각도 θ1은 도이다. 이와같이 단일의 수식에 의하여 캠 주위면(5a)을 얻는 것이므로, 캠주위면(5a)은 전체에 걸쳐 원활하게 연속하는 곡선으로 되어, 베인의 진동이 손상을 일으키는 베인(14)의 비약현상은 생기지 않는다.
제6도 및 제7도는 본 발명의 제2실시예를 표시하고 베인돌출량 X는 다음의 단일의 수식부터 계산된다.
Figure kpo00004
단, a는 최대 베인돌출량을 결정하는 정수이다. 따라서, 로우터(8)의 중심(0)으로부터 캠 내부주위면(5a)까지의 거리 R은 다음의 단일의 수식으로 표시된다.
Figure kpo00005
상술의 요건을 만족시키기 위하여, 본 실시예에 있어서는 n=1, m=1로 설정된다. 따라서 로우터(8)의 중심(0)으로부터 컴내부주위면 (5a)까지의 거리 R은 다음과 같이 표시된다.
Figure kpo00006
제6도의 곡선은 이 수식에 의하여 계산되고, 그것때문에 이 곡선은 사인곡선과 코사인곡선의 조합, 즉 합성곡선이고, 제7도의 캠형상은 이 곡선을 기초로하고 있다.
제8도, 제9도는 본 발명의 제3실시예를 표시하고, 베인돌출량 X는 다음의 단일의 수식으로부터 계산된다.
Figure kpo00007
단, b는 최대 베인돌출량을 결정하는 정수이고, n은 m보다 크다. 본 실시예에 있어서는 증가곡선부분과 감소곡선부분의 길이의 비율에 관한 상술의 요건을 만족시키기 위하여 n=2, m=1로 설정된다.
그리하여 로우터(8)의 중심(0)으로부터 캠내부주위면(5a)까지의 거리는 다음과 같이 표시된다.
Figure kpo00008
Figure kpo00009
제8도의 곡선은 이 수식에 의하여 계산되고, 그것때문에 이 곡선은 2개의 사인곡선의 조합, 즉 합성곡선이고, 제9도의 캠형상은 이 곡선을 기초로하고 있다.
제10도, 제11도는 본 발명의 제4실시예를 표시하고, 베인돌출량 X는 다음의 수식으로 부터 계산된다.
X=c(sinθ+d sin2θ)
단, c는 최대베인돌출량을 결정하는 정수, d는 상술의 조건을 만족하게 설정되고, 0.3－0.4정도가 적당하다.
본 실시예에서는 d=0.4로 설정된다. 그리하여 로우터(8)의 중심(0)으로부터 캠내부주위면(5a)까지의 거리는 다음과 같이 표시된다.
R=R0+c(sinθ+sin2θ)
=R0+c(sinθ+0.4 sin2θ)
제10도의 곡선은 이 수식에 의하여 계산되고, 그것때문에 이 곡선은 2개의 사인곡선의 조합, 즉 합성곡선이고, 제11도의 캠형상은 이 곡선을 기초로 하고 있다.
제2－제4실시예의 어느것에 있어서도 캠내부주위면(5a)의 캠형상을 단일의 수식으로 얻는 것이므로, 캠내부주위면(5a)은 단일의 사인곡선, 또는 2개든지 그 이상의 사인곡선의 조합, 또는 사인곡선과 코사인곡선의 조합으로 되는 형상을 이루고, 1사이클수행부분의 전원주길이에 걸쳐 원활하게 연속하기 때문에 베인의 진동이나 손상을 일으키는 베인의 비약현상은 생기지 않는다.
이상의 실시예는 복실식에 응용한 것이지만, 본 발명은 단수실식에도 동등하게 적용되고, 동등의 효과를 얻을수가 있다.

Claims (8)

  1. 무단캠 내부주위면(5a)을 가진 펌프하우징(4)과 상기 펌프하우징내에 회전이 자유스럽게 수납된 원통상 로우터(8)를 가지고, 이 로우터는 복수의 축방향 슬릿(13)을 형성한 외부주위면을 가지고, 복수의 베인(14)이 상기 로우터의 축방향 슬릿내에 방사방향으로 연하여 출몰이 자유롭게 끼워 맞추어지고, 회전축(9)이 상기 로우터에 연결되어, 이 로우터를 함께 회전시키고, 상기 베인은 로우터의 회전에 의하여 펌프하우징의 무단캠내부주위면에 연하여 소정의 주위방향으로 스립하며, 상기 펌프하우징의 내주면, 상기 로우터의 외주면 및 베인과의 사이에 적어도 하나의 공격실(12)을 구획하여, 유체의 흡입, 압축 및 배출을 행하는 베인형 압축기에 있어서 상기 펌프하우징(4)의 무단캠 내부주위면(5a)은 베인(14)과 로우터(8)와 협동하여 유체의 흡입, 압축, 배출의 1사이클을 수행하기 위한 적어도 하나의 부분을 가지고, 이 부분은 로우터부터의 베인의 돌출량이 베인의 이동에 수반하여 점증하는 증가곡선부분과 로우터로부터의 베인의 돌출량이 베인의 이동에 수반하여 점점 감소하는 감소곡선부분을 포함하는 캠형상을 가지고, 상기 증가곡선부분과 감소곡선부분은 베인의 이동방향에 연하여 상술의 순서도 연속적으로 배치되고, 증가곡선부분은 펌프하우징의 무단캠내부주위면의 1사이클 수행부분의 전 원주길이의 전반부에 있어서 종료하고, 무단캠내부주위면의 1사이클 수행부분의 캠형상은 단일의 수식을 사용하여 계산되는 것을 특징으로하는 베인형 압축기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 무단캠 내부주위면(5a)의 1사이클 수행부분의 캠형상은, 1사이클 수행부분에서의 캠 내부주위면과 로우터(8)의 중심(0)의 거리가 상기 단일의 수식에 의하여 계산되고, 또 1사이클 수행부분의 전 원주길이에 걸쳐 연속적으로 연장하는 사인곡선에 연하여 변화하는 것을 특징으로 하는 베인형 압축기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 무단캠 내부주위면(5a)의 1사이클 수행부분의 캠현상은, 상기 1사이클 수행부분에서의 캠 내부 주위면과 상기 로우터(8)의 중심(0)의 거리가 단일의 수식에 의하여 계산되고, 또 상기 1사이클 수행부분의 전 원주길이에 걸쳐 연속적으로 연장하는 2개의 사인곡선의 합성곡선에 연하여 변하는 것을 특징으로하는 베인형 압축기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 무단캠 내부주위면(5a)의 1사이클 수행부분의 캠형상은, 1사이클 수행부분에서의 캠내부주위면과 상기 로우터(8)의 중심(0)과의 거리가 단일의 수식에 의하여 계산되고, 또 1사이클 수행부분의 전 원주길이에 걸쳐 연속적으로 연장하는 사인곡선과 코사인곡선과의 합성곡선에 연하여 변화하는 것을 특징으로 하는 베인형 압축기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 단일의 수식이 하기와 같은 것을 특징으로 하는 베인형 압축기.
    Figure kpo00010
    단 R=로우터(8)의 중심(0)부터 캠의 내부주위면(5a)까지의 길이
    단 R=로우터의 반경
    Figure kpo00011
    =베인 돌출량 θ=로우터 중심에 관하여, 1사이클 수행부분의 출발단부터 베인선단까지의 각도 h=최대돌출량을 결정하는 정수
    m, n=증가곡선부분과 감소곡선부분과의 비율을 결정하는 정수
  6. 제1항에 있어서, 상기 단일의 수식이 하기와 같은 것을 특징으로 하는 베인형 압축기.
    Figure kpo00012
    단, R=로우터(8)의 중심(0)으로부터 캠 내부주위면(5a)까지의 길이
    R0=로우터의 반경
    Figure kpo00013
    =베인의 돌출량 θ=로우터 중심에 관하여 1사이클 수행부분의 출발단으로부터 베인선단까지의 각도.
    a=최대 돌출량을 결정하는 정수
    m, n=증가곡선부분과 감소곡선부분과의 비율을 결정하는 정수
  7. 제1항에 있어서, 상기 단일의 수식이 하기와 같은 것을 특징으로 하는 베인형 압축기.
    Figure kpo00014
    단, R=로우터(8)의 중심(0)으로부터 캠 내부주위면(5a)까지의 길이
    R0=로우터의 반경
    Figure kpo00015
    =베인의 돌출량 θ=로우터 중심에 관하여 1사이클 수행부분의 출발단부터 베인선단까지의 각도
    b=최대 돌출량을 결정하는 정수
    m, n=증가곡선부분과 감소곡선부분과의 비율을 결정하는 정수.
  8. 제1항에 있어서, 상기 단일의 수식이 하기와 같은 것을 특징으로 하는 베인형 압축기.
    R=R0+c(sinθ+d sin2θ)
    단, R=로우터(8)의 중심(0)으로 부터 캠 내부주위면(5a)까지의 길이
    R0=로우터의 반경
    c(sinθ+d sin2θ)=베인의 돌출량
    θ=로우터 중심에 관하여 1사이클 수행부분의 출발단으로 부터 베인선단까지의 각도
    c=최대 돌출량을 결정하는 정수
    d=증가곡선부분과 감소곡선부분의 비율을 결정하는 정수.
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