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KR101993791B1 - Counterweight of balanced-opposed type multi throw reciprocating compressor - Google Patents

Counterweight of balanced-opposed type multi throw reciprocating compressor Download PDF

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Publication number
KR101993791B1
KR101993791B1 KR1020180030213A KR20180030213A KR101993791B1 KR 101993791 B1 KR101993791 B1 KR 101993791B1 KR 1020180030213 A KR1020180030213 A KR 1020180030213A KR 20180030213 A KR20180030213 A KR 20180030213A KR 101993791 B1 KR101993791 B1 KR 101993791B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
crank pin
crankshaft
balance weight
center
reciprocating compressor
Prior art date
Application number
KR1020180030213A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김현진
임정택
최재웅
Original Assignee
인천대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 인천대학교 산학협력단 filed Critical 인천대학교 산학협력단
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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Abstract

Disclosed is a crank shaft of an opposite type multi-cylinder reciprocating compressor. According to the present invention, the crank shaft of an opposite type multi-cylinder reciprocating compressor comprises: N-crank pins forming a phase difference of 360/N degrees; a plurality of webs connecting the crank pins to a main journal; and a pair of balance weights spaced from the crank pins, coupled to both end portions of the main journal, and having a phase difference of 180 degrees from each other. Accordingly, unbalance moments on the opposite type reciprocating compressor can be reduced. Moreover, the number and size of the balance weights can be reduced.

Description

대향형 다기통 왕복동 압축기의 크랭크축{COUNTERWEIGHT OF BALANCED-OPPOSED TYPE MULTI THROW RECIPROCATING COMPRESSOR}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a crankshaft of an opposite multi-cylinder reciprocating compressor,

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.

(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.(0001) B. S. Ko, W. G. Hwang, K. W. Ahn, S. W. Park and S. M. Hee, 2003, "A Study on the Dynamic Characteristics of Reciprocating Compressors", Journal of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering, pp. 478-485. (0002) S. G. Prak, H. J. Lee, A. Abu, J. Y. Lee and J. E. Oh, 2005, "Comparison of Vibration and Noise Characteristics for Reciprocating Air Compressor through the Change of Crankshaft Parameters", Journal of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering, pp. 530-533.(2000) SG Prak, HJ Lee, A. Abu, JY Lee and JE Oh, 2005, "Comparison of Vibration and Noise Characteristics for Reciprocating Air Compressor through the Change of Crankshaft Parameters", Journal of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering , pp. 530-533.

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,

Figure 112018025998039-pat00001
Figure 112018025998039-pat00001

Figure 112018025998039-pat00002
Figure 112018025998039-pat00002

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,

Figure 112018025998039-pat00003
Figure 112018025998039-pat00003

Figure 112018025998039-pat00004
Figure 112018025998039-pat00004

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 crankshaft 10 of an 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 counterbalances, 100, a main journal 200, a web 300, and a balance weight 400. [

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) N crank pins 100 are provided to form a 360 / N degree phase difference. An embodiment of the present invention is a crankshaft 10 of an opposite four-cylinder reciprocating compressor in which four crank pins 100 are provided to form a phase difference of 90 degrees (see FIG. 2) 6 shows a crankshaft 10 of an opposed six-cylinder reciprocating compressor in which six crank pins 100 are provided to form a phase difference of 60 degrees (see FIG. 6).

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 crank pins 100 are provided to form a phase difference of 90 degrees. The plurality of webs 300 connect the crankpin 100 and the main journal 200. The balance weight 400 is separated from the crank pin 100 and is coupled to both ends of the main journal 200. The balance weight 400 has a phase difference of 180 degrees with respect to each other.

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 crankshaft 10 of the reciprocating four-cylinder reciprocating compressor according to an embodiment of the present invention is such that the balance weight 400 is positioned at both ends of the shaft at a constant phase angle.

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 crank pins 100 to which the pistons of the respective cylinders are mounted has a phase difference of 90 degrees is to minimize the torque fluctuation width due to the gas power generated in each cylinder.

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 crankshaft 10 is opposed to each other, an unbalance force is generated when the sum of the masses of the pistons, the piston rods, the crossheads, and the connecting rods connected to the respective crankpins 100 are the same. I never do that. However, there is an imbalance in moment due to the difference in the distance to the point of action of each force based on the system center.

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 crankshaft 10 equipped with the balance weight 400 according to a new balance weight design scheme in which the balance weight 400 is installed with a phase angle at both ends of the shaft. 3 is a diagram schematically illustrating various forces acting on the shaft (the main journal 200) viewed from the view 'A' direction of FIG.

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 , M 4 represents the mass of the reciprocating motion is connected to each crank pin (100), a 1, a 2, a 3, a 4 are mass reciprocates across the respective crankpin Respectively. Here, the number of the crank pin means the number of the crank pin. The reciprocating members include a piston, a piston rod, a portion of a connecting rod, a crosshead, and the like.

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 pin 100 and a part of the connecting rod.

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 crank pin 100, respectively, and M 1 a 1 is the inertia force of reciprocating members on the crank pin 100 (1) < / RTI >

Figure 112018025998039-pat00005
Figure 112018025998039-pat00005

여기서, W1=M12이다.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].

Figure 112018025998039-pat00006
Figure 112018025998039-pat00006

Figure 112018025998039-pat00007
Figure 112018025998039-pat00007

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 crank pins 100 can be expressed by the following equations (4) to (9) as in the case of the first crank pin (100).

Figure 112018025998039-pat00008
Figure 112018025998039-pat00008

Figure 112018025998039-pat00009
Figure 112018025998039-pat00009

Figure 112018025998039-pat00010
Figure 112018025998039-pat00010

Figure 112018025998039-pat00011
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Figure 112018025998039-pat00012
Figure 112018025998039-pat00012

Figure 112018025998039-pat00013
Figure 112018025998039-pat00013

여기서 W2=M22, W3=M32, W4=M42이다. Where W 2 = M 22 , W 3 = M 32 , and W 4 = M 42 .

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 balance weight 400 of the crankshaft 10 according to the embodiment of the present invention, the balance weight 400 has the phase angle of the crank pin 100 and the phase difference of? And the second balance weight 400 is installed so as to have a phase difference of 180 degrees from the first balance weight 400. The forces due to the balance weight 400 can be calculated as shown in Equations (10) to (13) .

Figure 112018025998039-pat00014
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Figure 112018025998039-pat00015
Figure 112018025998039-pat00015

Figure 112018025998039-pat00016
Figure 112018025998039-pat00016

Figure 112018025998039-pat00017
Figure 112018025998039-pat00017

여기서 W는 각 균형추(400)의 원심력이다. Where W is the centrifugal force of each balance weight 400.

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 crankshaft 10 based on the center point of the crankshaft system are obtained by Equation (14) and Equation (15), respectively.

Figure 112018025998039-pat00018
Figure 112018025998039-pat00018

Figure 112018025998039-pat00019
Figure 112018025998039-pat00019

여기서, 도 2에 도시된 바와 같이, ℓ1은 샤프트 중심에서 1번과 4번 크랭크핀(100) 중심까지의 거리, ℓ2는 샤프트 중심에서 2번과 3번 크랭크핀(100) 중심까지의 거리, ℓ는 샤프트 중심에서 균형추(400) 중심까지의 거리를 나타낸다. 2, ℓ 1 is the distance from the center of the shaft to the center of the crank pin 100, and ℓ 2 is the distance from the center of the shaft to the center of the crank pin 100 of No. 2 and No. 3 The distance, c , represents the distance from the center of the shaft to the center of the balance weight (400).

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).

Figure 112018025998039-pat00020
Figure 112018025998039-pat00020

Figure 112018025998039-pat00021
Figure 112018025998039-pat00021

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).

Figure 112018025998039-pat00022
Figure 112018025998039-pat00022

[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).

Figure 112018025998039-pat00023
Figure 112018025998039-pat00023

Figure 112018025998039-pat00024
Figure 112018025998039-pat00024

모멘트가 최소가 되는 f값은 아래와 같으며, The f-number at which the moment is minimum is as follows,

Figure 112018025998039-pat00025
Figure 112018025998039-pat00025

이를 만족하는 f값은 [수학식 21]과 같다. The f value satisfying this condition is expressed by Equation (21).

Figure 112018025998039-pat00026
Figure 112018025998039-pat00026

위의 [수학식 18]에서 f=2ℓW이므로, W는 결국 [수학식 22]와 같이 정리된다. In the above equation (18), since f = 2 l cω W , W is finally set as shown in the following equation (22).

Figure 112018025998039-pat00027
Figure 112018025998039-pat00027

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).

Figure 112018025998039-pat00028
Figure 112018025998039-pat00028

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 new balance weight 400 design means for minimizing the unbalance moment in the design of the balance weight 400 of the crankshaft 10 of the opposed four-cylinder compressor according to an embodiment of the present invention is expressed by Equation (22) Can be represented by a balance weight 400 design having a balance weight centrifugal force and a weight balance phase angle expressed by Equation (23).

아래의 case #1 및 case #2는 위 [수학식 22] 및 [수학식 23]의 각 변수에 로 수치를 대입하여 W와 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 and case # 2 below show the result of calculating W and α by substituting values into the respective variables of [Equation 22] and [Equation 23]. Table 1 shows the common values (Geometric data and related mass values) of each variable used in case # 1 and case # 2, and the values according to case # 1 and case # 2 (Piston mass of each case.

NotationNotation DescriptionDescription ValueValue UnitUnit mpr m pr Piston rod massPiston rod mass 3.93.9 kgkg mcr m cr Connecting rod massConnecting rod mass 12.112.1 kgkg mch m ch Cross head massCross head mass 15.215.2 kgkg mcp m cp Crank pin massCrank pin mass 4.04.0 kgkg rr Crank armCrank arm 37.537.5 mmmm Lc L c Connecting rod lengthConnecting rod length 220220 mmmm c1 c1 Length from con rod center to crank pin centerLength from con rod center to crank pin center 82.7782.77 mmmm c2 c2 Length from con rod center to cross head pinLength from con rod center to cross head pin 137.23137.23 mmmm 1 1 Distance from shaft center to Crank pin 1,4Distance from shaft center to Crank pin 1,4 387.5387.5 mmmm 2 2 Distance from shaft center to Crank pin 2,3Distance from shaft center to Crank pin 2,3 257.5257.5 mmmm Distance from shaft center to Counterweight 1,2Distance from shaft center to Counterweight 1,2 593.25593.25 mmmm ωω Rotating speedRotating speed 600600 RPMRPM

NotationNotation DescriptionDescription case #1case # 1 case #2case # 2 UnitUnit mp1 m p1 1st Piston mass1st Piston mass 21.121.1 21.121.1 kgkg mp2 m p2 2nd Piston mass2nd Piston mass 10.110.1 10.110.1 kgkg mp3 m p3 3rd Piston mass3rd Piston mass 21.121.1 21.121.1 kgkg mp4 m p4 4th Piston mass4th Piston mass 8.18.1 10.110.1 kgkg

case #1case # 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 W는 [수학식 22]로부터 W=764.1[N], 균형추(400)의 위상각 α는 [수학식 23]으로부터 α=342°로 계산된다.Case # 1 is a case in which the pistons 1 and 3 have the same weight and the pistons 2 and 4 have different weights. The centrifugal force W of the counterweight 400 which minimizes the moment is calculated from W = 764.1 [N] from the equation (22) and the phase angle α of the counterweight 400 from the equation (23) to α = 342 ° do.

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 # 1 the moment (M new) in the absence of additional balance according to the crank angle. The average of each of them is M o = 1030.5 [Nm] and M new = 650.4 [Nm], and case # 1 is the smallest. The variation range is -76.7 to +68.5% when the balance is not added, and -31.6% to +29.3% when the balance weight 400 is designed as the case # 1 of the embodiment of the present invention.

case #2case # 2

case #2는 1번 피스톤과 3번 피스톤의 무게가 같고, 2번 피스톤과 4번의 피스톤의 무게가 같은 경우이다. 모멘트가 최소가 되도록 하는 균형추(400)의 원심력 W는 [수학식 22]로부터 W=780.4[N], 균형추(400)의 위상각 α는 [수학식 23]으로부터 α=338.6°로 계산된다.Case # 2 is a case in which the weight of piston # 1 is the same as that of piston # 3, and the weight of pistons # 2 and # 4 are the same. The centrifugal force W of the counterweight 400 which minimizes the moment is calculated from W = 780.4 [N] from the equation (22) and the phase angle α of the counterweight 400 from the equation [23] do.

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 case # 2 moment (M new) in the absence of additional balance according to the crank angle. The mean of each case is the smallest case # 2 with M o = 1048.3 [Nm] and M new = 656.6 [Nm]. The variation range is -75.4 to +65.6% when the balance is not added, and -27.8% to + 26.0% when the balance weight 400 is designed as the case # 1 of the embodiment of the present invention.

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 pins 100 are provided to form a phase difference of 60 degrees. The plurality of webs 300 connect the crankpin 100 and the main journal 200. The balance weight 400 is separated from the crank pin 100 and is coupled to both ends of the main journal 200. The balance weight 400 has a phase difference of 180 degrees with respect to each other.

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 crankshaft 10 of the reciprocating six-cylinder reciprocating compressor according to another embodiment of the present invention is configured such that the balance weight 400 has a constant phase angle at both ends of the shaft.

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 , M 4, M 5, M 6 represents the mass of the reciprocating motion is connected to each crank pin (100), a 1, a 2, a 3, a 4, a 5, a 6 represents the acceleration of the reciprocating masses applied to each crank pin. Here, the number of the crank pin means the number of the crank pin. The reciprocating members include a piston, a piston rod, a portion of a connecting rod, a crosshead, and the like.

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 pin 100 and a part of the connecting rod.

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 crank pin 100, respectively, and M 1 a 1 is the inertia force of the reciprocating members on the crank pin 100 As shown in the following equation (24).

Figure 112018025998039-pat00029
Figure 112018025998039-pat00029

여기서, W1=M12이다.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 pin 100 is expressed by the components in the x and y directions as shown in Equation 25 and Equation 26, respectively.

Figure 112018025998039-pat00030
Figure 112018025998039-pat00030

Figure 112018025998039-pat00031
Figure 112018025998039-pat00031

나머지 5개의 크랭크핀(100)에 작용하는 힘들은 [수학식 27] 내지 [수학식 36]으로 나타낼 수 있다. The forces acting on the remaining five crank pins 100 can be expressed by the following equations (27) to (36).

Figure 112018025998039-pat00032
Figure 112018025998039-pat00032

Figure 112018025998039-pat00033
Figure 112018025998039-pat00033

Figure 112018025998039-pat00034
Figure 112018025998039-pat00034

Figure 112018025998039-pat00035
Figure 112018025998039-pat00035

Figure 112018025998039-pat00036
Figure 112018025998039-pat00036

Figure 112018025998039-pat00037
Figure 112018025998039-pat00037

Figure 112018025998039-pat00038
Figure 112018025998039-pat00038

Figure 112018025998039-pat00039
Figure 112018025998039-pat00039

Figure 112018025998039-pat00040
Figure 112018025998039-pat00040

Figure 112018025998039-pat00041
Figure 112018025998039-pat00041

여기서 W2=M22, W3=M32, W4=M42, W5=M52, W6=M62이다. Here, W 2 = M 22 , W 3 = M 32 , W 4 = M 42 , W 5 = M 52 , and W 6 = M 62 .

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 balance weight 400 of the crankshaft 10 according to another embodiment of the present invention, the first balance weight 400 has the phase angle of the crankpin No. 1 and the phase difference of? And the second balance weight 400 is installed so as to have a phase difference of 180 degrees from the first balance weight 400. The forces due to the balance weight 400 are calculated as shown in Equations 37 to 40 .

Figure 112018025998039-pat00042
Figure 112018025998039-pat00042

Figure 112018025998039-pat00043
Figure 112018025998039-pat00043

Figure 112018025998039-pat00044
Figure 112018025998039-pat00044

Figure 112018025998039-pat00045
Figure 112018025998039-pat00045

Figure 112018025998039-pat00046
Figure 112018025998039-pat00046

Figure 112018025998039-pat00047
Figure 112018025998039-pat00047

여기서 W는 각 균형추(400)의 원심력이다. Where W is the centrifugal force of each balance weight 400.

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 crankshaft 10 based on the center point of the crankshaft system are obtained as shown in Equations (43) to (46).

Figure 112018025998039-pat00048
Figure 112018025998039-pat00048

Figure 112018025998039-pat00049
Figure 112018025998039-pat00049

Figure 112018025998039-pat00050
Figure 112018025998039-pat00050

Figure 112018025998039-pat00051
Figure 112018025998039-pat00051

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, ℓ는 샤프트 중심에서 균형추(400) 중심까지의 거리를 나타낸다. 6, ℓ 1 is the distance from the center of the shaft to the center of the crank pin 100, and ℓ 2 is the distance from the center of the shaft to the center of the crank pin 100 of No. 2 and No. 5 ℓ 3 is the distance from the center of the shaft to the center of the crank pin (100), and ℓ is the distance from the shaft center to the center of the balance weight (400).

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).

Figure 112018025998039-pat00052
Figure 112018025998039-pat00052

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).

Figure 112018025998039-pat00053
Figure 112018025998039-pat00053

Figure 112018025998039-pat00054
Figure 112018025998039-pat00054

[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].

Figure 112018025998039-pat00055
Figure 112018025998039-pat00055

모멘트가 최소가 되는 c값은 아래와 같으며, The c value at which the moment is minimum is as follows,

Figure 112018025998039-pat00056
Figure 112018025998039-pat00056

이를 만족하는 c값은 [수학식 51]과 같다. The c value satisfying this condition is expressed by Equation (51).

Figure 112018025998039-pat00057
Figure 112018025998039-pat00057

위의 [수학식 48]에서 c=2ℓW이므로, W는 결국 [수학식 52]와 같이 정리된다.Since c = 2 l cω W in the above equation (48), W is finally set as shown in (52).

Figure 112018025998039-pat00058
Figure 112018025998039-pat00058

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).

Figure 112018025998039-pat00059
Figure 112018025998039-pat00059

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 new balance weight 400 design means for minimizing the unbalanced moment in the design of the balance weight 400 of the crankshaft 10 of the opposed six-cylinder compressor according to another embodiment of the present invention can be expressed by Equation 52 Can be represented by a balance weight 400 design having a balance weight centrifugal force and a weighted phase angle expressed by (53).

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 : 균형추
10: Crankshaft
100: crank pin
200: Main Journal
300: web
400: Balance

Claims (3)

삭제delete 90도의 위상차를 형성하는 4개의 크랭크핀;
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,
Figure 112019050035164-pat00060

Figure 112019050035164-pat00061

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,
Figure 112019050035164-pat00060

Figure 112019050035164-pat00061

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,
60도의 위상차를 형성하는 6개의 크랭크핀;
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,
Figure 112019050035164-pat00062

Figure 112019050035164-pat00063

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,
Figure 112019050035164-pat00062

Figure 112019050035164-pat00063

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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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100212755B1 (en) * 1996-10-29 1999-08-02 정몽규 Crankshaft of v6-engine

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