KR100378933B1

KR100378933B1 - 스크류 기계

Info

Publication number: KR100378933B1
Application number: KR10-2000-0078135A
Authority: KR
Inventors: 리프슨알렉산더
Original assignee: 캐리어 코포레이션
Priority date: 1999-12-20
Filing date: 2000-12-19
Publication date: 2003-04-08
Also published as: AU7234200A; EP1111187A2; CN1300904A; CN1121556C; KR20010067412A; AU744102B2; BR0005950B1; BR0005950A; US6290480B1; JP2001193678A; EP1111187A3; TW482877B

Abstract

스크류 기계(10)는 중첩 보어(13, 15)를 형성하는 로터 하우징(12)을 갖는다. 암 로터(14)는 보어(13) 내에 위치되고, 수 로터(16)는 보어(15) 내에 위치된다. 출구 케이싱(53)의 대향 표면(51) 또는 암수 로터의 단부 면(24, 26) 중의 하나 또는 모두는 상호 연결된 벽 부재(80)의 망상조직(network)에 의해 분리된 복수의 개별 공동(70; cavity)에 의해 형성된 표면을 각각 갖는다.

Description

스크류 기계{SCREW MACHINE}

종래의 스크류 기계에 있어서, 로터 하우징 내에 형성된 각각의 평행 중첩 보어 내에 배치된 수 로터 및 암 로터는 가스 체적을 포집(trap)하여 이를 압축하도록 상호 작용한다. 이러한 2개 로터 형상이 가장 일반적인 설계이지만, 쌍으로 상호 작용하기 위해 각각의 중첩 보어에 내장된 3개 이상의 로터를 갖는 스크류 기계가 또한 공지되어 있다. 쌍을 이루는 암수 로터는 로브(lobe) 형상과, 로브 및 홈(flute)의 개수가 다르다. 예컨대, 암 로터는 6개의 홈에 의해 분리된 6개의 로브를 가질 수도 있고, 대응(conjugate) 수 로터는 5개의 홈에 의해 분리된 5개의 로브를 가질 수도 있다. 그러므로, 로터들 사이의 로브 및 홈 상호 작용의 각각의 가능한 조합은 주기적으로 발생된다.

전형적인 스크류 기계의 로터는 반경방향 및 축방향 제한을 가하기 위해 각 단부에서 베어링 내에 장착된다. 그럼에도 불구하고, 로터의 단부 면과 하우징의 대향 표면 사이에 통상 축방향으로 특정량의 간극이 제공되어야 한다. 단부 작동 간극을 제공하는 필요성은 압축 공정 중에 가열되는 가스에 의한 로터의 열 팽창 결과이다. 로터의 단부 면과 하우징의 대향 표면 사이에서 접촉이 일어나지 않는 것을 보장하기에 충분한 양으로 소정의 단부 작동 간극을 유지하는 것은 스크류 기계의 신뢰성있는 작동을 위해 중요하다. 또한, 작동 중에 압축되는 유체 내의 압력 구배는 로터 상에서 축방향으로 작용하여 이 로터를 스크류 기계의 흡입 단부를 향해 힘을 가하고, 이럼으로써 단부 작동 간극을 증가시키고자 한다.

단부 작동 간극이 너무 크게 되면, 압축된 유체의 과다한 원주방향 및 반경방향 누설이 스크류 기계의 배출 단부에서 작동 간극을 통해 일어날 수도 있고, 이럼으로써 스크류 기계의 전체 효율을 현저히 감소시킨다. 종래의 급유식 스크류 기계에 있어서, 접경 영역을 통한 가스 누설을 감소시키기 위해 유체 밀봉부를 제공하는 수단으로서 로터 단부 면과 하우징 단부 판 사이에서 단부 작동 간극에 의해 형성된 접경 영역으로 오일을 공급하는 것이 통상적이다. 그러나, 단부 작동 간극이 감소됨에 따라 로터 단부 면과 하우징 단부 판 사이의 오일의 점성 마찰력으로 인한 효율 손실이 증가하는 경향이 있게 된다.

전술한 바와 같이, 작동시 로터는 압축 공정에서 가열되는 유체에 기인한 열 성장에 기인하여 하우징의 배출 단부에서 단부 케이싱을 향해 축방향으로 성장한다. 로터의 이러한 열 성장은 단부 작동 간극을 감소시키는 경향이 있다. 그러나, 작동 중에 전술한 축방향 압력 구배는 스크류 기계의 흡입 단부를 향해 축방향으로 로터를 압착하고, 이럼으로써 단부 작동 간극을 증가시키는 경향이 있다.

따라서, 종래의 급유식 스크류 기계에 있어서, 마찰 손실을 최소화하기 위해, 극단적으로는 로터 융착(seizure)에 기인한 고장을 방지하기 위해 상당량의 단부 작동 간극을 유지시키는 것이 통상적이다. 이러한 융착은 압축 공정에 의한 로터의 열 성장의 결과일 수도 있다. 또한, 단부 작동 간극이 감소함에 따라, 점성 마찰력이 증가하고 압축 작동 효율이 감소될 수도 있다.

전술한 바와 같이, 큰 단부 작동 간극을 유지함으로써 생긴 결점은 압축된 유체의 누설의 결과적인 증가이다. 종래의 급유식 스크루 압축기에서 큰 단부 작동 간극을 유지하기 위해, 원주방향 가스 누설에 대한 물리적 장벽(barrier)을 제공하도록 로터의 단부 면에 재료를 추가하는 것이 알려져 있다. 예를 들면, 긴 바 스트립(bar strip)은 로터의 로브 또는 랜드(land)의 중심선을 따라 반경방향으로 연장하도록 로터 단부 면에 용접되었고, 이럼으로써 단부 작동 간극의 주요부를 가로질러 연장하고 이를 브릿지(bridge)시켰다.

본 발명의 목적은 스크류 기계의 작동 효율을 향상시키는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 스크류 기계에 있어서의 로터 단부 작동 간극의 누설을 감소시키는 것이다.

도1은 스크류 기계의 단면도.

도2는 도1의 스크류 기계의 부분 단면도.

도3은 도1의 스크류 기계의 일 배출 단부의 확대도.

도4는 로터의 단부 면의 일 실시예를 도시하는 도3의 선 4-4를 따라 취한 로터의 단부도.

도5는 벌집형 표면 구조의 특정 실시예의 확대도.

도6은 본 발명의 대체 실시예를 도시하는 도3의 선 6-6을 따라 취한 하우징의 단부 판의 단부도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 스크류 기계

12 : 케이싱 또는 하우징

13, 15 : 보어

14 , 16 : 로터

65 : 벌집형 표면

70 : 공동

본 발명에 의한 스크류 기계에 있어서, 스크루 압축기의 단부 작동 간극을 통한 압축 가스의 누설은 단부 작동 간극을 통한 누설 가스에 연속적인 팽창 및 수축 경로를 제공함으로써 감소된다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 로터 단부 면의 표면 및/또는 하우징의 단부 판의 대향 표면은 상호 연결된 벽 부재의 망상조직에 의해 분리되는 벌집형 형태의 각각의 공동형 벽 구조(cavity wall structure)에 의해 분리된 작은 개별 공동의 표면을 포함한다. 이러한 표면의 이동에 있어서, 누설 가스는 공동 및 공동형 벽을 거쳐 이동할 때, 즉 누설 유동을 감소시키도록 작동하는 공정에서 반복적으로 팽창 및 수축해야 한다. 단지 일방향으로만 밀봉을 제공하고 래비린쓰 밀봉부(labyrinth seal)에 의해 형성된 요홈(groove)을 통한 원주방향 누설의 증가를 사실상 초래할 수 있는 종래의 래비린쓰 밀봉부와는 달리,표면의 벌집형 형태의 공동 구조는 반경방향 및 원주방향 가스 누설 모두에 대한 효과적인 밀봉을 제공한다.

본 발명은 순환 오일 양이 감소된 상태로 작동되는 스크류 기계용으로 특히 중요하다. 이러한 기계들에 있어서, 누설 경로를 밀봉하는 불충분한 양의 오일로 인해 양호한 누설 제어를 달성하는 것이 보다 어렵다.

본 발명의 보다 충분한 이해를 위해, 본 발명의 실시예에 관한 후속의 상세한 설명 및 첨부 도면을 참조한다.

도1에 의하면, 로터 하우징 또는 케이싱(12)을 갖고 그 내부에 위치된 한 쌍의 중첩 보어(13, 15)를 구비한 스크루 압축기와 같은 스크류 기계(10)가 도시된다. 암 로터(12)는 보어(13) 내에 위치하고, 수 로터(16)는 보어(15) 내에 위치된다. 보어(13, 15)는 평행 축(A, B)을 따라 통상 각각 연장한다.

도시된 실시예에 있어서, 암 로터(14)는 6개의 홈에 의해 분리된 6개의 로브(14A)를 갖고, 수 로터(16)는 5개의 홈에 의해 분리된 5개의 로브를 갖는다. 암 로터(14) 또는 수 로터(15)는 (도시되지 않은) 원동기(prime mover)에 연결되고 구동 로터로서 기능한다. 암수 로브 및 홈의 개수의 다른 조합이 사용될 수도 있다.

도2 및 도3에 의하면, 로터(14)는 샤프트부의 반경 반향 외향으로 로터(14)의 단부 상에 형성된 단부 면(24)을 갖는 샤프트부(23)를 가진다. 로터(14)의 샤프트부(23)는 하나 또는 그 이상의 베어링(30)에 의해 출구 또는 방출 케이싱(53)에 지지된다. 유사하게는, 로터(16)는 샤프트부(26)의 반경방향 외향으로로터(16)의 단부 상에 형성된 단부 면(26)을 갖는 샤프트부(25)를 가진다. 로터(16)의 샤프트부(25)는 하나 또는 그 이상의 베어링(31)에 의해 출구 케이싱(53)에 지지된다. 로터(14, 16)의 흡입측 샤프트부(27, 29)는 롤러 베어링(32, 33)에 의해 로터 하우징(12)에 지지되게 각각 수용된다.

작동 중에, 예컨대 냉각 압축기와 같이, 수 로터(16)가 구동 로터라 가정하면, 로터(16)는 결합 로터(14)를 회전시켜서 회전을 유발한다. 보어(13, 15) 내에 각각 배치된 회전 로터(14, 16)의 상호 작용은 흡입 입구(18)를 경유하여 가스의 체적을 포집하고 압축시켜서 그 압축된 가스를 방출 포트(19)로 운반하도록 결합하는 로터(16, 14)의 홈 내로 냉매 가스를 견인한다. 이후에 기술될 이유로 인해, 로터(14, 16)의 방출 단부에서의 각각의 대향면(24, 26)과 출구 케이싱(53)의 단부 평판(55)의 대향 표면(51) 사이의 단부 작동 간극(60)을 유지하는 것이 필요하다. 이 단부 작동 간극(60)은 로터 단부 면(24, 26)의 밀접한 접경 표면과 단부 평판(55)의 대향 표면(51) 사이의 영역으로서 한정된다. 이 단부 작동 간극(60)은 로터 단부 면(32, 26)과 출구 케이싱(53)의 단부 평판(55) 사이에서 원주방향 및 반경방향으로의 잠재적인 가스 누설을 성립시킨다. 종래의 급유식 압축기에서와 같이, 단부 작동 간극(60) 내로 자연스럽게 유동하는 윤활유는 단부 작동 간극을 통한 가스 누설을 감소시키도록 밀봉부로서 기능한다.

본 발명의 스크류 기계에 있어서, 스크류 압축기의 단부 작동 간극을 통한 압축 가스의 누설은 단부 작동 간극을 통해 연속적인 팽창과 수축이 발생하는 비틀린 누설 경로를 제공함으로써 감소된다. 도4에 도시된 본 발명의 양호한 실시예에있어서, 로터 단부 면(24, 26)의 표면은 벌집형 표면(65)을 포함한다. 도5에 도시된 바와 같이, 표면(65)은 각각의 공동형 벽 부재(80)에 의해 분리된 복수의 작은 개별 공동(70)을 포함한다. 단부 작동 간극(60)을 이동하는 데에 있어서, 누설 가스는 로터 면(24, 26) 상의 벌집형 표면(65)을 거쳐 지나야 한다. 이렇게 함으로써, 누설 가스 유동은 공동 및 공동형 벽을 거쳐 이동할 때 누설 유동을 감소시키도록 작용하는 공정에서 반복적으로 팽창 및 수축해야 한다.

도6에 도시된 본 발명의 실시예에 있어서, 출구 케이싱(53)의 단부 평판(55)의 대향 표면(51)은 도5에 도시된 바와 같이 각각의 공동형 벽 부재(80)에 의해 분리된 복수의 작은 개별 공동(70)을 포함하는 벌집형 표면(65)을 포함한다. 단부 작동 간극(60)을 이동하는 데에 있어서, 누설 가스는 출구 케이싱(53)의 단부 평판(55)의 대향 표면(51) 상의 벌집형 표면(65)을 거쳐 이동해야 한다. 이렇게 함으로써, 누설 가스 유동은 공동(70) 및 공동형 벽 부재(80)를 거쳐 이동할 때 누설 유동을 감소시키도록 작용하는 공정에서 반복적으로 팽창 및 수축해야 한다.

단지 일방향으로만 밀봉을 제공하는 종래의 래비린쓰 밀봉과는 달리, 표면의 벌집형 공동 구조는 반경방향 및 원주방향의 가스 누설에 대항하는 효과적인 밀봉을 제공한다. 벌집형 구조는 상호 연결된 벽 부재(80)의 망상조직에 의해 분리된 복수의 개별 개방 공동(70)을 의미하는 것을 이해할 것이다. 공동은 벌집과 관련된 형태의 육각형 셀과 실제 닮아야 하는 것은 아니다. 공동(70)의 개방 영역의 깊이, 형태, 크기보다는 설계 선택의 문제가 본 발명에서 중요하다.

본 발명이 쌍 로터 스크류 기계의 용어로 구체적으로 도시되고 기술되었지만, 3개 또는 4개의 로터를 이용하는 스크류 기계에 적용가능하다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구항의 범위로만 제한되지 않는다.

본 발명에 의한 스크류 기계를 제공함으로써, 스크류 기계의 작동 효율이 향상되고 스크류 기계에서의 로터 단부 작동 간극의 누설을 감소시킬 수 있다.

Claims

적어도 한 쌍의 평행하고 중첩된 보어를 형성하는 하우징과, 대향 표면을 갖는 출구 케이싱과, 상기 적어도 한 쌍의 보어에 위치된 대응 쌍의 맞물림 로터를 포함하는 스크류 기계로서, 상기 로터의 각각은 단부 면을 가지고, 상기 로터의 상기 단부 면은 출구 케이싱의 상기 대향 표면으로부터 이격되고 단부 작동 간극을 한정하는 스크류 기계에 있어서,

상기 로터 단부 면 또는 출구 케이싱의 상기 대향 표면 중의 적어도 하나의 표면은 상호 연결된 벽 부재의 망상조직(network)에 의해 분리된 복수의 개별 공동을 포함하는 것을 특징으로 하는 스크류 기계.
제1항에 있어서, 상호 연결된 벽 부재의 망상조직에 의해 분리된 상기 복수의 분리 공동은 각각의 상기 로터 단부 면 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 스크류 기계.
제1항에 있어서, 상호 연결된 벽 부재의 망상조직에 의해 분리된 복수의 개별 공동은 출구 케이싱의 대향 표면에 형성되는 것을 특징으로 하는 스크류 기계.