KR101993791B1 - Counterweight of balanced-opposed type multi throw reciprocating compressor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 대향형 다기통 왕복동 압축기의 크랭크축에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 대향형 왕복동 압축기에 걸리는 불균형 모멘트를 감소시키고, 균형추의 수와 크기를 감소시키도록 이루어지는 대향형 다기통 왕복동 압축기의 크랭크축에 관한 것이다.The present invention relates to a crankshaft of an opposed multi-cylinder reciprocating compressor, and more particularly to an opposed multi-cylinder reciprocating compressor which is configured to reduce the unbalance moment on the reciprocating reciprocating compressor, To a crankshaft.
대형 왕복동 압축기는 산업용, 선박용, 공조냉동용 등으로 널리 사용되고 있다. 그러나 크랭크축의 회전운동을 왕복운동으로 전환해주는 메커니즘을 적용하기 때문에 이로 인한 불균형력과 불균형 모멘트가 압축기 본체에 작용하여 진동이 심각해지는 문제가 있다. Large reciprocating compressors are widely used for industrial, shipbuilding, air conditioning and refrigeration. However, since a mechanism for converting the rotational motion of the crankshaft into the reciprocating motion is applied, the imbalance force and the unbalance moment are applied to the compressor main body, and the vibration becomes serious.
불균형력 및 불균형 모멘트 감소를 이룰 수 있도록 왕복동 압축기 크랭크축에 부착하는 균형추 설계를 개선하거나 크랭크축 형상변경 등을 통해 진동을 줄이려는 연구가 진행되어왔다. 또한, 대향형(opposite type), In-line형, V형 등 압축기의 구조에 따라 균형추를 설계하는 방식이 달라지기 때문에 각 구조의 특징과 형상을 고려한 연구도 있다. To reduce the unbalance force and unbalance moment, research has been conducted to improve the balance weight design attached to the crankshaft of the reciprocating compressor or to reduce the vibration by changing the shape of the crankshaft. In addition, since the method of designing the balance weight varies according to the structure of the compressor such as the opposite type, the in-line type, and the V type, there are also studies considering the features and shapes of each structure.
따라서 본 발명의 출원인은 왕복동 압축기 중 대형 다기통 대향형 구조에서 발생하는 불균형력 및 모멘트를 최소화하고 크랭크 샤프트 및 균형추를 경량화할 수 있는 설계에 대한 해석적 방안을 연구하였다. Therefore, applicants of the present invention have studied an analytical approach to designing a crankshaft and a balance weight that minimizes the unbalance force and moment generated in a large multi-cylinder counterweight structure of a reciprocating compressor.
본 발명의 목적은, 대향형 왕복동 압축기에 걸리는 불균형 모멘트를 감소시키고, 균형추의 수와 크기를 감소시키도록 이루어지는 대향형 다기통 왕복동 압축기의 크랭크축을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a crankshaft of an opposed multi-cylinder reciprocating compressor which is configured to reduce the unbalanced moment on the reciprocating reciprocating compressor and to reduce the number and size of counterbalances.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 360/N도의 위상차를 형성하는 N개의 크랭크핀; 상기 크랭크핀과 메인저널을 연결하는 복수의 웨브; 및 상기 크랭크핀과 이격되어 상기 메인저널의 양단부에 각각 결합되고, 서로 180도의 위상차를 갖는 한 쌍의 균형추를 포함하는 것을 특징으로 하는 대향형 다기통 왕복동 압축기의 크랭크축에 의하여 달성된다.According to the present invention, the above object is accomplished by a crankshaft comprising: N crank pins forming a 360 / N degree phase difference; A plurality of webs connecting the crank pin and the main journal; And a pair of counterbalances spaced apart from the crankpins and coupled to both ends of the main journal, the counterbalance having a phase difference of 180 degrees with respect to the crankpin.
상기 N은 4이고, 상기 크랭크핀의 회전운동과 연동하여 피스톤, 피스톤봉, 크로스헤드 및 연결봉이 왕복운동하는 과정에서 아래의 수식을 만족하며, N is 4, and the following equation is satisfied in the reciprocating motion of the piston, the piston rod, the crosshead and the connecting rod in conjunction with the rotational motion of the crank pin,
여기서, ℓ1은 크랭크축 센터로부터 바깥쪽 크랭크핀까지의 거리이고, ℓ2는 크랭크축 센터로부터 안쪽 크랭크핀까지의 거리이며, ℓcw는 샤프트 중심에서 균형추 중심까지의 거리이고, Wr은 각각의 크랭크핀에 걸리는 회전 운동하는 부재들의 원심력이며, Wcw는 각각의 균형추의 원심력이고, α는 균형추의 위상각일 수 있다.Here, ℓ 1 is the distance to the outer crank pin from the crankshaft center, ℓ 2 is the distance of the inner to the crank pin from the crankshaft center, ℓ cw is the distance to the balance weight center from the shaft center, W r are each W cw is the centrifugal force of each balance weight, and? Is the phase angle of the balance weight.
상기 N은 6이고, 상기 크랭크핀의 회전운동과 연동하여 피스톤, 피스톤봉, 크로스헤드 및 연결봉이 왕복운동하는 과정에서 아래의 수식을 만족하며, N is 6, and the following equation is satisfied in the reciprocating motion of the piston, the piston rod, the crosshead, and the connecting rod in conjunction with the rotational motion of the crank pin,
여기서, ℓ1은 크랭크축 센터로부터 바깥쪽 크랭크핀까지의 거리이고, ℓ2는 크랭크축 센터로부터 안쪽 크랭크핀까지의 거리이며, ℓcw는 샤프트 중심에서 균형추 중심까지의 거리이고, Wr은 각각의 크랭크핀에 걸리는 회전 운동하는 부재들의 원심력이며, Wcw는 각각의 균형추의 원심력이고, α는 균형추의 위상각일 수 있다.Here, ℓ 1 is the distance to the outer crank pin from the crankshaft center, ℓ 2 is the distance of the inner to the crank pin from the crankshaft center, ℓ cw is the distance to the balance weight center from the shaft center, W r are each W cw is the centrifugal force of each balance weight, and? Is the phase angle of the balance weight.
본 발명에 의하면, 서로 180도의 위상차를 갖는 한 쌍의 균형추가 크랭크핀과 이격되어 메인저널의 양단부에 각각 결합됨으로써, 대향형 왕복동 압축기에 걸리는 불균형 모멘트를 감소시키고, 균형추의 수와 크기를 감소시키도록 이루어지는 대향형 다기통 왕복동 압축기의 크랭크축을 제공할 수 있게 된다.According to the present invention, by being coupled to both ends of the main journal by being separated from a pair of balanced additional crank pins having a phase difference of 180 degrees from each other, the unbalance moment applied to the reciprocating reciprocating compressor is reduced, It is possible to provide a crankshaft of an opposed multi-cylinder reciprocating compressor.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대향형 다기통 왕복동 압축기의 크랭크축의 사시도.
도 2 및 도 3은 도 1의 대향형 다기통 왕복동 압축기의 크랭크축에 작용하는 힘과 모멘트를 나타내는 그림.
도 4 및 도 5는 도 1의 대향형 다기통 왕복동 압축기의 크랭크축과 크랭크 각도에 따른 균형추가 없는 종래 다기통 왕복동 압축기의 크랭크축의 모멘트를 나타내는 그림.
도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 대향형 다기통 왕복동 압축기의 크랭크축에 작용하는 힘과 모멘트를 나타내는 그림.1 is a perspective view of a crankshaft of an opposed multi-cylinder reciprocating compressor in accordance with an embodiment of the present invention;
Fig. 2 and Fig. 3 are diagrams showing forces and moments acting on the crankshaft of the counter-rotating multi-cylinder reciprocating compressor of Fig. 1;
Fig. 4 and Fig. 5 are diagrams showing moments of the crankshaft of a conventional multi-cylinder reciprocating compressor without adding a balance according to the crankshaft angle and the crank angle of the counter-rotating multi-cylinder reciprocating compressor of Fig.
6 and 7 are views showing a force and a moment acting on a crankshaft of an opposed multi-cylinder reciprocating compressor according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, the well-known functions or constructions are not described in order to simplify the gist of the present invention.
본 발명의 대향형 다기통 왕복동 압축기의 크랭크축은, 대향형 왕복동 압축기에 걸리는 불균형 모멘트를 감소시키고, 균형추의 수와 크기를 감소시키도록 이루어진다. The crankshaft of the opposed multi-cylinder reciprocating compressor of the present invention is configured to reduce the unbalanced moment on the reciprocating reciprocating compressor and to reduce the number and size of counterweight.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대향형 다기통 왕복동 압축기의 크랭크축의 사시도이고, 도 2 및 도 3은 도 1의 대향형 다기통 왕복동 압축기의 크랭크축에 작용하는 힘과 모멘트를 나타내는 그림이고, 도 4 및 도 5는 도 1의 대향형 다기통 왕복동 압축기의 크랭크축과 크랭크 각도에 따른 균형추가 없는 종래 다기통 왕복동 압축기의 크랭크축의 모멘트를 나타내는 그림이고, 도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 대향형 다기통 왕복동 압축기의 크랭크축에 작용하는 힘과 모멘트를 나타내는 그림이다.FIG. 1 is a perspective view of a crankshaft of an opposed multi-cylinder reciprocating compressor according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 and 3 are views showing a force and a moment acting on a crankshaft of the multi- FIGS. 4 and 5 are graphs showing moments of the crankshaft of the conventional multi-cylinder reciprocating compressor without adding a balance according to the crankshaft angle and the crank angle of the countercurrent multi-cylinder reciprocating compressor of FIG. 1. FIG. 6 and FIG. FIG. 6 is a view showing a force and a moment acting on the crankshaft of the reciprocating multi-cylinder reciprocating compressor according to another embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 대향형 다기통 왕복동 압축기의 크랭크축(10)은, 대향형 왕복동 압축기에 걸리는 불균형 모멘트를 감소시키고, 균형추의 수와 크기를 감소시키도록 이루어지고, 크랭크핀(100), 메인저널(200), 웨브(300) 및 균형추(400)를 포함하여 구성된다. Referring to Figure 1, the
크랭크핀(100)은 N개로 구비되어 360/N도의 위상차를 형성한다. 본 발명의 일 실시예는 크랭크핀(100)이 4개 구비되어 90도의 위상차를 형성하는 경우 즉, 대향형 4기통 왕복동 압축기의 크랭크축(10)을 나타내고,(도 2 참조) 본 발명의 다른 실시예는 크랭크핀(100)이 6개 구비되어 60도의 위상차를 형성하는 경우 즉, 대향형 6기통 왕복동 압축기의 크랭크축(10)을 나타낸다.(도 6 참조)
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서 크랭크핀(100)은 4개 구비되어 90도의 위상차를 형성한다. 복수의 웨브(300)는 크랭크핀(100)과 메인저널(200)을 연결한다. 균형추(400)는 크랭크핀(100)과 이격되어 메인저널(200)의 양단부에 각각 결합된다. 균형추(400)는 서로 180도의 위상차를 갖는다. As shown in FIGS. 1 and 2, in an embodiment of the present invention, four
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 대향형 4기통 왕복동 압축기의 크랭크축(10)은 균형추(400)가 축 양단에 일정한 위상각을 갖고 위치하도록 되어 있다. As shown in FIG. 1, the
각 실린더의 피스톤이 장착되는 4개의 크랭크핀(100)이 90도의 위상차를 갖도록 되어있는 이유는 각 실린더 내에서 발생하는 가스력으로 인한 토크 변동폭이 최소화되도록 하기 위한 것이다. The reason why the four
크랭크축(10) 기본 구조가 대향형이므로 각 크랭크핀(100)에 연결되어 왕복운동하는 질량들의 총합, 즉 피스톤 및 피스톤봉, 크로스헤드, 그리고 연결봉의 질량들의 합이 동일할 경우 불균형력은 발생하지 않는다. 그러나 시스템 중심을 기준으로 하여 각 힘들의 작용점까지의 거리에 차이가 있으므로 모멘트의 불균형은 발생하게 된다. Since the basic structure of the
도 2는 균형추(400)가 축 양단에 위상각을 가지고 설치되는 새로운 균형추 설계 방식에 따른 균형추(400)를 장착한 크랭크축(10)에 작용하는 힘과 모멘트를 보여준다. 도 3은 도 2의 View 'A' 방향에서 바라본 샤프트(메인저널(200))에 작용하는 각종 힘들을 도식화한 그림이다. 2 shows the force and moment acting on the
Fx, Fy는 각각 x 방향, y 방향으로의 분력을 나타낸다. M1, M2, M3, M4는 각각의 크랭크핀(100)에 연결된 왕복 운동하는 질량들을 나타내며, a1, a2, a3, a4는 각각의 크랭크 핀에 걸리는 왕복 운동하는 질량들의 가속도를 나타낸다. 여기서 하첨자는 크랭크핀의 번호를 의미한다. 왕복 운동하는 부재들로는 피스톤, 피스톤 로드, 커넥팅 로드의 일부분, 크로스 헤드 등을 포함한다. F x and F y represent the components in the x and y directions, respectively. M 1, M 2, M 3 ,
Wr은 각각의 크랭크 핀에 걸리는 회전 운동하는 부재들의 원심력이다. 회전 운동하는 부재들에는 크랭크핀(100)과 커넥팅 로드의 일부분 등이 포함된다. W r is the centrifugal force of the rotating members which are caught by each crank pin. The rotating members include a
그림 3에서 Fx1과 Fy1은 각각 1번 크랭크핀(100)에 작용하는 x방향, y방향으로의 분력이고, M1a1은 1번 크랭크핀(100)에 걸리는 왕복 운동하는 부재들의 관성력으로서 아래 [수학식 1]과 같다. In Fig. 3, F x1 and F y1 are the component forces in the x and y directions acting on the
여기서, W1=M1rω2이다.Where W 1 = M 1 r? 2 .
1번 크랭크핀(100)에 작용하는 힘들 M1a1과 Wr의 합력을 각 x 및 y 방향으로의 분력으로 나타내면 각각 [수학식 2]와 [수학식 3]과 같다. The resultant forces of the forces M 1 a 1 and W r acting on the crankpin No. 1 are expressed by the components in the x and y directions, respectively, as shown in [Equation 2] and [Equation 3].
나머지 3개의 크랭크핀(100)에 작용하는 힘들은 1번 크랭크핀(100)과 마찬가지로 [수학식 4] 내지 [수학식 9]로 나타낼 수 있다. The forces acting on the remaining three
여기서 W2=M2rω2, W3=M3rω2, W4=M4rω2이다. Where W 2 = M 2 rω 2 , W 3 = M 3 rω 2 , and W 4 = M 4 rω 2 .
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 크랭크축(10)의 균형추(400) 설계에서, 1번 균형추(400)는 1번 크랭크핀(100)의 위상각과 α만큼의 위상차를 가지고 설치하고, 2번 균형추(400)는 1번 균형추(400)와 180도의 위상차를 갖도록 설치하면, 이들 균형추들(400)로 인한 힘들은 [수학식 10] 내지 [수학식 13]과 같이 나타낼 수 있다. 2, in the design of the
여기서 Wcω는 각 균형추(400)의 원심력이다. Where W cω is the centrifugal force of each
크랭크축 시스템의 중심점을 기준하여 크랭크축(10)에 작용하는 모멘트의 x방향 및 y방향의 모멘트 성분을 구하면 각각 [수학식 14] 및 [수학식 15]와 같다. The moment components in the x and y directions of the moment acting on the
여기서, 도 2에 도시된 바와 같이, ℓ1은 샤프트 중심에서 1번과 4번 크랭크핀(100) 중심까지의 거리, ℓ2는 샤프트 중심에서 2번과 3번 크랭크핀(100) 중심까지의 거리, ℓcω는 샤프트 중심에서 균형추(400) 중심까지의 거리를 나타낸다. 2, ℓ 1 is the distance from the center of the shaft to the center of the
x방향과 y방향의 모멘트의 합은 [수학식 16]으로 구할 수 있고, 시간에 대한 평균값은 [수학식 17]과 같이 정리된다. the sum of the moments in the x direction and the y direction can be found by the following equation (16), and the average of the time is summarized by the following equation (17).
여기서, b, c, d, f, β는 아래 [수학식 18]과 같다. Here, b, c, d, f, and? Are as shown in the following equation (18).
[수학식 17]에서 마지막 항을 제외한 다른 모든 항이 양수이기 때문에 마지막 항이 최소이면 모멘트의 평균값은 최소가 된다. [수학식 17]의 마지막 항이 최소가 되기 위해서는 α+β=1.5π가 되어야 하고, 그럴 경우 전체 모멘트 평균은 [수학식 20]과 같이 정리된다. In Equation (17), since all the terms except the last term are positive, the average value of the moments becomes minimum if the last term is minimum. In order for the last term of Equation (17) to be minimized, alpha + beta = 1.5 [pi], and the total moment average is then compiled as in Equation (20).
모멘트가 최소가 되는 f값은 아래와 같으며, The f-number at which the moment is minimum is as follows,
이를 만족하는 f값은 [수학식 21]과 같다. The f value satisfying this condition is expressed by Equation (21).
위의 [수학식 18]에서 f=2ℓcωWcω이므로, Wcω는 결국 [수학식 22]와 같이 정리된다. In the above equation (18), since f = 2 l cω W cω , W cω is finally set as shown in the following equation (22).
또한, 균형추의 위상각 α는 [수학식 19]로부터 아래의 [수학식 23]으로 정리된다. Further, the phase angle? Of the balance weight is summarized by the following equation (23) from the equation (19).
결론적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 대향형 4기통 압축기의 크랭크축(10)의 균형추(400) 설계에서 불균형 모멘트를 최소화하는 새로운 균형추(400) 설계 수단은 [수학식 22]로 표현되는 균형추 원심력과 [수학식 23]으로 표현되는 균형추 위상각을 갖는 균형추(400) 설계로 나타낼 수 있다. The
아래의 case #1 및 case #2는 위 [수학식 22] 및 [수학식 23]의 각 변수에 로 수치를 대입하여 Wcω와 α를 계산해 본 결과를 나타낸다. [표 1]에는 case #1 및 case #2에 사용된 각 변수의 공통값(Geometric data and related mass values)들을 나타냈고, [표 2]에는 case #1 및 case #2에 따른 값(Piston mass of each case)들을 나타낸다.
case #1
case #1은 1번 피스톤과 3번 피스톤의 무게가 같고, 2번 피스톤과 4번의 피스톤은 각각 다른 무게를 갖는 경우이다. 모멘트가 최소가 되도록 하는 균형추(400)의 원심력 Wcω는 [수학식 22]로부터 Wcω=764.1[N], 균형추(400)의 위상각 α는 [수학식 23]으로부터 α=342°로 계산된다.
도 4는 크랭크 각도에 따른 균형추가 없는 경우의 모멘트(Mo)와 case #1의 모멘트(Mnew)의 비교를 나타낸 그림이다. 각각의 평균은 Mo=1030.5[N.m], Mnew=650.4[N.m]로 case #1이 가장 작다. 변동폭은 균형추가 없는 경우는 -76.7~+68.5%이고, 본 발명의 일 실시예의 case #1으로 설계된 균형추(400)가 있는 경우는 -31.6%~+29.3%이다. 4 is an illustration showing the comparison of moment (Mo) and
case #2
case #2는 1번 피스톤과 3번 피스톤의 무게가 같고, 2번 피스톤과 4번의 피스톤의 무게가 같은 경우이다. 모멘트가 최소가 되도록 하는 균형추(400)의 원심력 Wcω는 [수학식 22]로부터 Wcω=780.4[N], 균형추(400)의 위상각 α는 [수학식 23]으로부터 α=338.6°로 계산된다.
도 5는 크랭크 각도에 따른 균형추가 없는 경우의 모멘트(Mo)와 case #2의 모멘트(Mnew)의 비교를 나타낸 그림이다. 각각의 평균은 Mo=1048.3[N.m], Mnew=656.6[N.m]로 case #2가 가장 작다. 변동폭은 균형추가 없는 경우는 -75.4~+65.6%이고, 본 발명의 일 실시예의 case #1으로 설계된 균형추(400)가 있는 경우는 -27.8%~+26.0%이다. 5 is an illustration showing the comparison of moment (Mo) and
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에서 크랭크핀(100)은 6개 구비되어 60도의 위상차를 형성한다. 복수의 웨브(300)는 크랭크핀(100)과 메인저널(200)을 연결한다. 균형추(400)는 크랭크핀(100)과 이격되어 메인저널(200)의 양단부에 각각 결합된다. 균형추(400)는 서로 180도의 위상차를 갖는다. Referring to FIGS. 6 and 7, in another embodiment of the present invention, six crank
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 대향형 6기통 왕복동 압축기의 크랭크축(10)은 균형추(400)가 축 양단에 일정한 위상각을 갖고 위치하도록 되어 있다. Referring to FIG. 6, the
Fx, Fy는 각각 x 방향, y 방향으로의 분력을 나타낸다. M1, M2, M3, M4, M5, M6는 각각의 크랭크핀(100)에 연결된 왕복 운동하는 질량들을 나타내며, a1, a2, a3, a4, a5, a6는 각각의 크랭크 핀에 걸리는 왕복 운동하는 질량들의 가속도를 나타낸다. 여기서 하첨자는 크랭크핀의 번호를 의미한다. 왕복 운동하는 부재들로는 피스톤, 피스톤 로드, 커넥팅 로드의 일부분, 크로스 헤드 등을 포함한다. F x and F y represent the components in the x and y directions, respectively. M 1, M 2, M 3 ,
Wr은 각각의 크랭크 핀에 걸리는 회전 운동하는 부재들의 원심력이다. 회전 운동하는 부재들에는 크랭크핀(100)과 커넥팅 로드의 일부분 등이 포함된다. W r is the centrifugal force of the rotating members which are caught by each crank pin. The rotating members include a crank
그림 7에서 Fx1과 Fy1은 각각 1번 크랭크핀(100)에 작용하는 x방향, y방향으로의 분력이고, M1a1은 1번 크랭크핀(100)에 걸리는 왕복 운동하는 부재들의 관성력으로서 아래 [수학식 24]와 같다. In Fig. 7, F x1 and F y1 are the component forces in the x and y directions acting on the
여기서, W1=M1rω2이다.Where W 1 = M 1 r? 2 .
1번 크랭크핀(100)에 작용하는 힘들 M1a1과 Wr의 합력을 각 x 및 y 방향으로의 분력으로 나타내면 각각 [수학식 25]와 [수학식 26]과 같다. The resultant force of the forces M 1 a 1 and W r acting on the No. 1 crank
나머지 5개의 크랭크핀(100)에 작용하는 힘들은 [수학식 27] 내지 [수학식 36]으로 나타낼 수 있다. The forces acting on the remaining five crank
여기서 W2=M2rω2, W3=M3rω2, W4=M4rω2, W5=M5rω2, W6=M6rω2이다. Here, W 2 = M 2 rω 2 , W 3 = M 3 rω 2 , W 4 = M 4 rω 2 , W 5 = M 5 rω 2 , and W 6 = M 6 rω 2 .
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 크랭크축(10)의 균형추(400) 설계에서, 1번 균형추(400)는 1번 크랭크핀(100)의 위상각과 α만큼의 위상차를 가지고 설치하고, 2번 균형추(400)는 1번 균형추(400)와 180도의 위상차를 갖도록 설치하면, 이들 균형추들(400)로 인한 힘들은 [수학식 37] 내지 [수학식 40]과 같이 나타낼 수 있다. 6, in the design of the
여기서 Wcω는 각 균형추(400)의 원심력이다. Where W cω is the centrifugal force of each
크랭크축 시스템의 중심점을 기준하여 크랭크축(10)에 작용하는 모멘트의 x방향 및 y방향의 모멘트 성분을 구하면 [수학식 43] 내지 [수학식 46]과 같다. The moment components in the x and y directions of the moment acting on the
여기서, 도 6에 도시된 바와 같이, ℓ1은 샤프트 중심에서 1번과 6번 크랭크핀(100) 중심까지의 거리, ℓ2는 샤프트 중심에서 2번과 5번 크랭크핀(100) 중심까지의 거리, ℓ3는 샤프트 중심에서 3번과 4번 크랭크핀(100) 중심까지의 거리, ℓcω는 샤프트 중심에서 균형추(400) 중심까지의 거리를 나타낸다. 6, ℓ 1 is the distance from the center of the shaft to the center of the
x방향과 y방향의 모멘트의 시간에 대한 평균값은 [수학식 47]과 같이 정리된다. The average value of the moments in the x and y directions with respect to time is summarized as shown in Equation (47).
여기서, a, b, c, d, e는 아래 [수학식 48]과 같다. Here, a, b, c, d, and e are as shown in the following equation (48).
[수학식 47]에서 마지막 항을 제외한 다른 모든 항이 양수이기 때문에 마지막 항이 최소이면 모멘트의 평균값은 최소가 된다. [수학식 47]의 마지막 항이 최소가 되기 위해서는 α+β=1.5π가 되어야 한다. In Equation (47), since all the terms other than the last term are positive, the average value of the moments becomes minimum if the last term is minimum. In order for the last term of Equation (47) to be minimum, alpha + beta = 1.5 [pi].
모멘트가 최소가 되는 c값은 아래와 같으며, The c value at which the moment is minimum is as follows,
이를 만족하는 c값은 [수학식 51]과 같다. The c value satisfying this condition is expressed by Equation (51).
위의 [수학식 48]에서 c=2ℓcωWcω이므로, Wcω는 결국 [수학식 52]와 같이 정리된다.Since c = 2 l cω W cω in the above equation (48), W cω is finally set as shown in (52).
또한, 균형추의 위상각 α는 [수학식 50]으로부터 아래의 [수학식 53]으로 정리된다. Further, the phase angle? Of the balance weight is summarized by the following equation (53) from the equation (50).
결론적으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 대향형 6기통 압축기의 크랭크축(10)의 균형추(400) 설계에서 불균형 모멘트를 최소화하는 새로운 균형추(400) 설계 수단은 [수학식 52]로 표현되는 균형추 원심력과 [수학식 53]으로 표현되는 균형추 위상각을 갖는 균형추(400) 설계로 나타낼 수 있다. The
본 발명에 의하면, 서로 180도의 위상차를 갖는 한 쌍의 균형추가 크랭크핀과 이격되어 메인저널의 양단부에 각각 결합됨으로써, 대향형 왕복동 압축기에 걸리는 불균형 모멘트를 감소시키고, 균형추의 수와 크기를 감소시키도록 이루어지는 대향형 다기통 왕복동 압축기의 크랭크축을 제공할 수 있게 된다.According to the present invention, by being coupled to both ends of the main journal by being separated from a pair of balanced additional crank pins having a phase difference of 180 degrees from each other, the unbalance moment applied to the reciprocating reciprocating compressor is reduced, It is possible to provide a crankshaft of an opposed multi-cylinder reciprocating compressor.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It is obvious to those who have. Accordingly, it should be understood that such modifications or alterations should not be understood individually from the technical spirit and viewpoint of the present invention, and that modified embodiments fall within the scope of the claims of the present invention.
10 : 크랭크축
100 : 크랭크핀
200 : 메인저널
300 : 웨브
400 : 균형추10: Crankshaft
100: crank pin
200: Main Journal
300: web
400: Balance
Claims (3)
상기 크랭크핀과 메인저널을 연결하는 복수의 웨브; 및
상기 크랭크핀과 이격되어 상기 메인저널의 양단부에 각각 결합되고, 서로 180도의 위상차를 갖는 한 쌍의 균형추를 포함하고,
상기 크랭크핀의 회전운동과 연동하여 피스톤, 피스톤봉, 크로스헤드 및 연결봉이 왕복운동하는 과정에서 아래의 수식을 만족하며,
여기서, ℓ1은 크랭크축 센터로부터 바깥쪽 크랭크핀까지의 거리이고, ℓ2는 크랭크축 센터로부터 안쪽 크랭크핀까지의 거리이며, ℓcw는 샤프트 중심에서 균형추 중심까지의 거리이고, Wr은 각각의 크랭크핀에 걸리는 회전 운동하는 부재들의 원심력이며, Wcw는 각각의 균형추의 원심력이고, α는 균형추의 위상각인 것을 특징으로 하는 대향형 다기통 왕복동 압축기의 크랭크축.Four crank pins forming a phase difference of 90 degrees;
A plurality of webs connecting the crank pin and the main journal; And
And a pair of balance weights separated from the crank pin and coupled to both ends of the main journal and having a phase difference of 180 degrees with each other,
The piston, the piston rod, the crosshead, and the connecting rod reciprocatingly move in conjunction with the rotational motion of the crank pin,
Here, ℓ 1 is the distance to the outer crank pin from the crankshaft center, ℓ 2 is the distance of the inner to the crank pin from the crankshaft center, ℓ cw is the distance to the balance weight center from the shaft center, W r are each Wherein W cw is the centrifugal force of each balance weight, and? Is the phase angle of the balance weight. The crankshaft of the reciprocating multi-cylinder reciprocating compressor according to claim 1,
상기 크랭크핀과 메인저널을 연결하는 복수의 웨브; 및
상기 크랭크핀과 이격되어 상기 메인저널의 양단부에 각각 결합되고, 서로 180도의 위상차를 갖는 한 쌍의 균형추를 포함하고,
상기 크랭크핀의 회전운동과 연동하여 피스톤, 피스톤봉, 크로스헤드 및 연결봉이 왕복운동하는 과정에서 아래의 수식을 만족하며,
여기서, ℓ1은 크랭크축 센터로부터 바깥쪽 크랭크핀까지의 거리이고, ℓ2는 크랭크축 센터로부터 안쪽 크랭크핀까지의 거리이며, ℓcw는 샤프트 중심에서 균형추 중심까지의 거리이고, Wr은 각각의 크랭크핀에 걸리는 회전 운동하는 부재들의 원심력이며, Wcw는 각각의 균형추의 원심력이고, α는 균형추의 위상각인 것을 특징으로 하는 대향형 다기통 왕복동 압축기의 크랭크축.Six crank pins forming a phase difference of 60 degrees;
A plurality of webs connecting the crank pin and the main journal; And
And a pair of balance weights separated from the crank pin and coupled to both ends of the main journal and having a phase difference of 180 degrees with each other,
The piston, the piston rod, the crosshead, and the connecting rod reciprocatingly move in conjunction with the rotational motion of the crank pin,
Here, ℓ 1 is the distance to the outer crank pin from the crankshaft center, ℓ 2 is the distance of the inner to the crank pin from the crankshaft center, ℓ cw is the distance to the balance weight center from the shaft center, W r are each Wherein W cw is the centrifugal force of each balance weight, and? Is the phase angle of the balance weight. The crankshaft of the reciprocating multi-cylinder reciprocating compressor according to claim 1,
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020180030213A KR101993791B1 (en) | 2018-03-15 | 2018-03-15 | Counterweight of balanced-opposed type multi throw reciprocating compressor |
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KR1020180030213A KR101993791B1 (en) | 2018-03-15 | 2018-03-15 | Counterweight of balanced-opposed type multi throw reciprocating compressor |
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KR1020180030213A KR101993791B1 (en) | 2018-03-15 | 2018-03-15 | Counterweight of balanced-opposed type multi throw reciprocating compressor |
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Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101993791B1 (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100212755B1 (en) * | 1996-10-29 | 1999-08-02 | 정몽규 | Crankshaft of v6-engine |
-
2018
- 2018-03-15 KR KR1020180030213A patent/KR101993791B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100212755B1 (en) * | 1996-10-29 | 1999-08-02 | 정몽규 | Crankshaft of v6-engine |
Non-Patent Citations (2)
Title |
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(0001) B. S. Ko, W. G. Hwang, K. W. Ahn, S. W. Park and S. M. Hee, 2003, "A Study on Dynamic Characteristics of Reciprocating Compressors", Journal of The Korean Society for Noise and Vibration Engineering, pp. 478-485. |
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