KR100186875B1 - 회전베인형 유체압기기 - Google Patents

Abstract

소형이고, 또한 용적효율이 저하되지 않는 회전베인형의 압축기 및 진공펌프를 제공한다.

회전베인형 압축기(21) 및 진공펌프(51)의 케이스(22)에 유사타원형상인 실린더실(23)을 설치하고, 이 실린더실의 한쪽으로 치우친 위치에 지름방향으로 이동가능한 베인(29,29)을 보유하는 로터(27)를 회전이 자유자재하게 설치하여, 실린더실(23)을 로터(27)에 의하여 용적이 큰 기체의 압축실(30)과 용적이 작은 시일액의 펌프실(31)에 기밀하게 구획하고, 펌프실(31)의 토출포트(36)로부터 토출되는 가압시일액을 압축기 및 진공펌프의 시일 및 윤활이 필요한 장소로 공급한다.

시일액을 가압하기 위한 별체의 펌프를 설치할 필요가 없으므로, 압축기 및 진공펌프가 소형으로 되고, 가압액에 의하여 시일 및 윤활을 하므로, 내부리크에 의한 용적효율의 저하를 방지할 수 있다.

Description

회전베인형 유체압기기

제1도는 본 발명의 제1실시예인 기체압축기의 단면도이며, 제2도의 A-A선으로 파단된 것.

제2도는 제1도에 있어서의 B-B단면도.

제3도는 본 발명의 제2실시예인 진공압펌프의 단면도이며, 제4도의 C-C선으로 파단된 것.

제4도는 제3도에 있어서의 D-D단면도.

제5도는 공지의 압축기의 요부 종단면도.

제6도는 공지의 압축기의 요부 횡단면도.

본 발명은, 기체압축이나 진공펌프와 같은 유체압기기에 관한 것이고, 더욱이 상세하게는 부드럽게 움직이는 베인을 가진 로터(회전체, rotor)를 보유하는 회전 베인형의 유체압 기기에 관한 것이다.

회전베인형 유체압기기의 일종으로 기체압축기가 있다. 이것은, 케이스에 형성된 실린더실내에 방사방향으로 부드럽게 움직이는 복수의 베인을 구비한 로터를 회전이 자유자재하게 배치하여 설치한 것이고, 그 로터의 회전에 의하여 흡입포트로부터 상기한 실리더실에 흡입한 기체를 상기한 베인으로 압축하여 베인으로 압축하여 토출포트로부터 토출한 것이다.

이와 같은 회전베인형 압축기에 있어서는, 베인에서 압축되어서 고압으로 된 기체가 저압의 흡입측으로 리크되기 쉽고, 그 리크에 의하여 용적효율의 저하를 초래하기 쉽다. 또, 기체를 압축하면 온도가 상승하므로 냉각이 필요하게 된다. 그래서, 일반적으로 시일성 및 윤활성의 부여와 냉각을 겸해서 압축기의 회전미끄럼부에 시일액을 공급하도록 하고 있다.

상기한 시일액을 공급하는 수단으로서, 종래에 압축기체의 토출압을 이용하는 방법이 알려져 있다. 그런데, 토출압을 이용하는 방법은 압축실에 있어서의 기체의 압력이 순간적으로 시일액의 압력과 동일 또는 높아질 경우가 있고, 이 때문에 시일액이 되눌려져서 일시적인 시일불량으로 되기 쉽다고 하는 문제가 있다.

이 문제를 해결하기 위하여, 압축기에 기어펌프를 부설하고, 이 기어펌프에서 강제적으로 시일액을 공급하도록 한 것도 알려져 있다.

제5도 및 제6도는, 이와 같은 기어펌프를 부설한 회전베인형 압축기의 일례를 표시하고 있다. 이 회전베인형 압축기(1)는, 케이스(2)에 형성된 실린더실(3)내에 방사방향으로 부드럽게 움직이는 복수개의 베인(4)을 구비한 로터(5)를 한쪽으로 치우친 위치에 있어서 회전이 자유자재하게 되도록 배치하여 설치한 것이고, 그 로터(5)의 회전에 의하여 흡입포트(6)로부터 흡입한 공기 등의 기체를 상기한 베인(4)에 위하여 압축하며, 압축된 기체를 밸브구멍(7)(을 거쳐서 토출포트(8)로 부터 토출하여 탱크(9)에 저장하는 것이다. 상기한 탱크(9)에 저장된 기체는, 실선화살표로 표시하듯이 원하는 장소로 보내진다. 상기한 밸브구멍(7)에는, 압축된 기체의 유출만을 허용하여 역류를 저지하는 역류밸브(7a)가 설치되어 있다.

그리고, 상기한 케이스(2)에 부착한 기어케이스(10)에는, 기어펌프(11)가 설치되어 있다. 이 기어펌프(11)의 흡입포트(12)는 배관(13)에 의하여 탱크(9)의 저부에 접속되고, 토출포트(15)는 배관(16)에 의하여 케이스(2)의 포트(17)와 연이어 통하고, 포트(17)로부터 시일액이 압축기의 회전미끄럼부에 공급되도록 되어 있다. 그리고, 압축기(1)의 회전미끄럼부에 공급된 시일액은 베인(4)에서 압축된 기체와 함께 탱크(9)로 토출되며, 비중차에 의하여 탱크의 저부에 저장된다.

제6도중의 부호(18)는, 로터(5)와 기어펌프(11)를 회전하는 전동기이다.

이와 같은 기어펌프(11)를 구비한 압축기(1)는, 그 기어펌프(11)에 의하여 시일액을 가압하여 강제적으로 압축기(1)의 회전미끄럼부에 공급하므로, 압축기체의 토출압을 이용하는 것보다는 시일액의 공급이 확실하며, 압축기의 회전미끄럼부가 시일의 불량이나 냉각불량으로 되는 것은 적지만, 상기한 기어펌프(1)를 별개로 짜넣지 않으면 안되므로, 압축기(1)가 전체로서 대형으로 되고, 또, 기어의 맞물림에 의한 소음이나 진동도 크다고 하는 문제가 있었다.

이와 같은 문제는, 베인을 보유하는 로터의 회전에 의하여 기체를 흡인·압축하여 배출하는 회전베인형 진공펌프에 있어서도 마찬가지이다.

본 발명의 주된 목적은, 기어펌프를 별도로 짜넣지 않고 시일액을 회전미끄럼부에 확실하게 공급할 수 있는 소형이고 소음이나 진동이 적고, 또한, 리크에 의한 용적효율의 저하를 초래하지 않는 회전베인형의 유체압기기를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 기체를 압축하기 위한 로터와 실린더실에 시일액을 압송하는 펌프기능까지도 겸비시키므로서, 상기한 유체압기기를 합리적인 설계로 하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의하면 케이스내로 형성된 실린더실의 내부에 방사방향으로 부드럽게 움직이는 복수의 베인을 구비한 로터를 회전이 자유자재하게 배치하여 설치하고, 그 로터 및 베인의 회전에 의하여 흡입포트로부터 압축실내로 기체를 흡입하며, 또한 압축하여 토출포트로부터 토출하도록 구성된 회전베인형 유체압기기에 있어서, 상기한 실린더실이 상기한 로터에 의하여 기체를 흡입 및 압축하는 상기한 압축실과, 시일액을 흡액포트로부터 흡입하며 또한 가압하여 토출포트로부터 회전미끄럼부로 향해서 토출하는 펌프실로 구획되어 있는 것이 제공된다.

본 발명의 구체적인 구성상태에 의하면, 상기한 실린더실에 실질적으로 타원형상을 하고 있고, 그 타원의 긴축방향의 양단부와 로터와의 사이로 상기한 압축실과 펌프실이 형성되어 있다. 이 경우에, 상기한 로터가 실린더실내에 있어서의 펌프실측에 한쪽으로 치우친 위치에 설치되므로서, 그 펌프실의 용적이 압축실의 용적보다 작게 되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 하나의 실시형태에 의하면, 상기한 케이스에 압축기체 속으로 혼입된 시일액을 분리하기 위한 필터 또는 냉각기의 적어도 1개를 함유하는 분리수단이 설치되어 있다.

상기한 구성을 보유하는 본 발명의 유체압기기는, 실린더실의 일부에 펌프실을 형성하고, 베인의 회전에 의하여 그 펌프실내로 시일액을 흡입함과 아울러, 그것을 가압하여 원하는 장소로 압송하도록 하고 있으므로, 종래와 같은 기어펌프를 별도로 짜넣지 않고, 기체압축을 위한 로터 및 베인과 실린더실을 시일액을 압송하는 펌프수단으로서도 유효하게 이용하여, 그 시일액을 확실하게 원하는 장소로 공급할 수 있고, 이것에 의하여 기체의 리크를 확실하게 방지하여 용적효율의 저하를 방지할 수 있다.

게다가, 상술한 기어펌프의 생략에 의하여 압축기를 전체로서 소형화할 수 있음과 아울러, 기어의 맞물림에 의한 소음이나 진동을 없애고 저소음 또한 저진동의 압축기로 할 수 있다.

또, 상기한 로터 및 베인과 실린더실이 기체의 압축수단과 시일액 압송을 위한 펌프수단을 겸하고 있으므로, 유체압기기를 간단하고 합리적인 설계로 할 수 있다.

더욱이, 상기한 베인에 의하여 시일액을 적극적으로 가압하여 압송하도록 하고 있으므로, 그 시일액의 흐름이 유체압기기의 설치자세에 의한 영향을 받기 어렵고, 이 때문에 배관스페이스에 따른 자유로운 자세에서 그 유체압기기를 설치할 수 있다.

제1도 및 제2도는 본 발명에 관한 회전베인형 유체압기기의 일례로서, 공기 등의 기체를 압축하는 압축기를 표시하는 것이고, 이 압축기(21)는 적당한 수단에서 기밀하게 연결된 케이스(22)와 원동기(25)(도시된 예는 전동기)를 구비하고 있다.

상기한 케이스(22)는 기밀하게 결합된 제1부재(22a) 및 제2부재(22b)로 되어 있고, 이들의 양 부재(22a 및 22b)의 사이로 실린더실(23)이 형성되어 있다. 이 실린더실(23)은 유사타원형을 하고 있고, 그 구체적 형상은 타원의 장축방향의 양쪽 절반부가 대략 반원형상을 하고 있고, 이들의 반원형상인 부분을 곡률반경이 큰 원호형상인 부분으로 연결한 것이다.

상기한 실린더실(23)내에는 원형의 로터(27)가 회전이 자유자재하게 배치하여 설치되어 있다. 이 로터(27)는 키이(27a)에 의하여 원동기(25)의 샤프트(28)와 연결되며, 이 원동기(25)에 의하여 구동회전되도록 되어 있다. 상기한 로터(27)의 외주에는, 원주방향으로 등간격으로 복수(도시된 예에서는 2개)의 베인이 부착된 홈이 방사형상으로 형성되고, 각 베인이 부착된 홈에 각각 베인(29)이 방사방향으로 이동가능하게 되도록 삽입되어 있다. 그리고, 상기한 로터(27)는 상기한 실린더실(23)내의 타원의 장축에 따라서 한쪽으로 약간 치우친 위치로 배치되어 설치되며, 이것에 의하여 그 실린더실(23)이 기체를 압축하기 위한 용적이 큰 압축실(30)과, 시일액을 압송하기 위한 용적이 작은 펌프실(31)로 구획되어 있다.

상기한 로터(27)의 축방향길이(ℓ)와 실린더실(23)의 깊이(L)와는 그들을 최적의 치수정밀도로 끼워 맞출 수 있도록, ℓ의 최소허용길이가 L의 최대허용길이보다 큰 경우(체감)를 제외하는 그 이와의 길이관계로 설정되어 있다.

구체적으로는, ℓ의 허용길이가 L의 최소허용길이보다 약간 작은 길이관계(간극감)인지 또는 상술한 어느 길이관계(체감 및 간극감)에도 속하지 않는 길이관계(중간끼움)로 설정되어 있고, 이중에서 바람직하게는 중간끼움의 길이관계로 하는 것이다. 이것에 의하여 상기한 로터(27)는, 그 축방향 양측면과 실린더실(23)의 저면 및 제2부재(22b)의 내측면과의 사이로 각각 미소한 간극을 유지한 상태에서 상기한 실린더실(23)내로 회전이 자유자재하게 배치되어 실치된다.

상기한 베인(29,29)은 상기한 베인의 부착홈으로 유입하는 시일액의 압력 또는 그 홈내에 설치한 코일스프링(도시생략) 등의 힘을 더하는 수단에 의하여, 실린더실(23)의 벽면으로 향해서 눌려진다.

또한, 상기한 베인은 도시된 2개로 한정되는 것은 아니고, 3개이상의 베인을 원주방향으로 등간격으로 설치할 수도 있다.

상기한 케이스(22)의 제1부내(22a)에는, 압축실(30)의 입구측으로 공기 등의 기체를 흡입하는 흡입포트(33)가 설치됨과 아울러, 압축실(30)의 출구측으로 베인(29,29)에서 압축된 기체를 토출하는 투출구(34)가 설치되고, 이 토출구(34)는 밸브실(34a)을 사이에 끼워 제2부재(22b)상의 토출포트(38)와 연이어 통하고 있다. 상기한 밸브실(34a)내에는 압축된 기체의 역류를 저지하는 역지밸브(37)가 스프링(37a)으로 힘이 더해져서 설치되어 있다.

더욱이, 상기한 케이스(22)의 제1부재(22a)에는 펌프실(31)의 입구측으로 물 또는 오일로 된 시일액을 흡입하는 흡액포트(35)가 설치됨과 아울러, 펌프실()31)의 출구측으로 베인(29,29)에서 가압된 시일액을 토출하는 토출구(36)가 설치되고, 이 토출구(36)는 밸브실(36a)을 사이에 끼워 제2부재(22b)상의 토출포트(42)와 연이어 통하고 있다. 상기한 밸브실(36a) 내에는 가압된 시일액의 역류를 저지하는 역지밸브(37)가 스프링(37a)으로 힘이 더해져서 설치되어 있다.

상기한 토출구(34)와 흡액포트(35)와의 사이 및 토출구(36)와 흡입포트(33)와의 사이, 환언하면 압축실(30)과 펌프실(31)과의 사이는 포터(27)에 의하여 기밀하게 구획되어 있다.

그리고, 상기한 기체의 흡입포트(33)는 외기와 연이어 통하고, 압축기체의 토출포트(38)는 관로(39)에 의하여 탱크(40)와 접속되어 있다. 또, 시일액의 흡액포트(35)는 관로(41)에 의하여 상기한 탱크(40)의 내저부와 접속되며, 시일액의 토출포트(42)는 관로(43)에 의하여 케이스(22) 및 플레이트(24)로 형성된 공급포트(44) 및 (45)에 각각 접속되어 있다. 상기한 공급포트(44)는, 케이스(22)로 형성된 유로(46)에 의하여 샤프트(28)과 케이스(22)와의 사이의 미끄럼면에 시일액을 공급하고, 공급포트(45)는 제2부재(22a)의 실린더실(23)측면에 시일액을 공급하는 것이다.

또한, 도시에 의한 설명은 생략했지만 상기한 각 포트(42),(44),(45)를 케이스(22)에 설치하여 이들의 각 포트를 압축기(21)외에 있어서, 상기한 관로(43)에서 접속하는 대신에, 가압된 시일액을 시일 및 윤활 또는 냉각이 필요한 장소로 공급하기 위한 유로를 케이스(22)의 내부로 직접 형성할 수도 있고, 이와 같이 하면 외부배관의 번거로움이 없고, 게다가 압축기(21)를 더욱 소형으로 할 수 있다.

또, 공기 이외의 기체를 압축할 때는 흡입포트(33)가 그 기체원과 접속되는 것은 물론이다.

또한, 제1도 중의 부호(48)는 역지밸브(37)의 힘을 더하는 스프링(37a)을 위한 스프링 자리이고, 제2도 중위 보호(49)는 케이스(22)와 원동기(25)와의 사이를 시일하는 시일링이다.

상기한 제1실시예의 압축기에 있어서, 워동기(25)에 의하여 로터(27)를 제1도의 화살표 방향으로 회전시키면, 각 베인(29,29)이 원심력 등에 의하여 베인의 부착홈으로부터 돌출되고, 그 선단이 실린더실(23)의 벽면에 압접된 상태에서 로터(27)와 함게 회전한다. 이 결과, 흡입포트(33)로부터 기체가 압축실(30)로 흡입되며, 베인(29)의 회전에 의하여 압축된다. 상기한 압축실(30)에 있어서 베인(29)에서 압축된 기체는 토출구(34)로부터 유출되고, 스프링(37a)으로 힘이 더해진 역지밸브(37)를 보급시켜서 토출포트(38)에 도달하며, 이곳에서 관로(39)를 통과하여 탱크(40)에 저장된다. 그 탱크(40)에 저장된 압축기체는, 도시를 생략하고 있는 적당한 유체압기기에 공급된다.

또, 압축기(21)의 운전전에 미리 탱크(40)내로 공급되어 있는 소량의 시일액은, 관로(41)를 통과하여 흡액포트(35)로부터 펌프실(31)로 흡인되며, 그 펌프실(31)에 있어서 베인(29)에서 가압된다. 가압된 시일액은, 스프링(37a)으로 힘이 더해진 역지밸브(37)를 보급시켜서 토출포트(42)로 토출되고, 더욱이 관로(43)를 통과하여 공급포트(44와 45)로 공급되어서, 샤프트(28) 및 베인(29),(29)의 주위를 시일 및 윤활함과 아울러, 압축실(30)을 냉각한다.

베인(29,29) 등을 시일 및 윤활 또는 냉각된 상기 시일액은, 그 대부분이 압축 기체에 혼입하여 그 기체와 함께 탱크(40)내로 유입하며, 그 탱크(40)내에 있어서 비중차에 의하여 기체로부터 분리되고, 탱크(40)의 저면에 저장된다. 저장된 시일액은 흡액포트(35)로부터 재차 펌프실(31)로 흡입된다. 또, 시일액의 일부분은 로터(27) 및 베인(29)의 회전에 따라서 실린더실(23)내를 주회하며, 펌프실(31)의 입구측으로 회귀유입하여 가압되다.

이 경우, 탱크(40)에 주지된 오일분리필터, 또는 토출된 기체를 냉각하는 냉각기를 짜넣거나, 혹은 이들의 양쪽을 짜넣으므로서 시일액과 기체의 분리기능을 보다 향상시킬 수 있다.

또한, 도시를 생략하고 있지만 케이스(22)에 상기한 오일분리필터나 냉각기 등의 기체, 액체분리 수단을 짜넣고, 이 분리수단을 통하여 압축기체를 탱크(40)에 공급할 수도 있고, 이와 같이 하면, 상기한 탱크(40)와 흡액포트(35)와의 사이의 배관(41)을 생략할 수 있다.

상기한 구성을 보유하는 압축기(21)는 실린더실(23)을 로터(27)에 의하여 압축실(30)과 펌프실(31)로 구획하고, 그 펌프실(31)에 흡입된 시일액을 베인(29)에 의하여 가압해서, 압축기(21)의 시일 및 윤활이 필요한 장소인 회전미끄럼부에 공급되도록 하고 있으므로, 종래와 같은 기어펌프를 별도로 짜넣지 않고, 시일액을 확실하게 소망의 장소로 공급할 수 있고, 이것에 의하여 기체의 리크에 의한 용적 효율의 저하를 확실하게 방지할 수 있다. 게다가, 상술한 기어펌프의 생략에 의하여 압축기를 전체로서 소형화할 수 있음과 아울러, 기어의 맞물림에 의한 소음이나 진동을 없애고 저소음 또한 저진동의 압축기로 할 수 있다.

또, 상기한 시일액을 펌프실(31)에서 가압하여 압송하도록 하고 있으므로, 압축기체의 토출압을 이용하여 시일액을 공급하는 것과 다르며, 시일액의 압력이 높고, 이때문에 시일 및 윤활이 확실하고 내부리크도 가급적으로 적게 할 수 있다.

더욱이, 상기한 시일액은 압축실(30)에서 압축하는 기체에 비하여 공급량이 적게 되므로, 시일액을 가압하는 펌프실(31)의 용적을 압축실(30)의 용적보다 작게 할 수 있고, 게다가 실린더실(23)을 유사타원형으로서 그 일부에 상기한 펌프실(31)을 설치한 것과 서로 힘입어서, 압축기(21)에 이와 같은 펌프실(31)을 설치하여도 그 압축기(21)전체의 크기 및 그 압축실의 용적은, 상기한 펌프실(31)이 없는 것에 비하여 거의 변하지 않는다.

제3도 및 제4도는, 본 발명에 관한 회전베인형 유체압기기의 다른 예로서 진공펌프를 표시하고 있다. 이 진공펌프(51)는, 상기한 제1실시예의 압축기(21)와 실질적으로 동일한 구조를 보유하는 것이고, 다른 점은 흡입포트(33)가 진공압축기에 있어서의 진공실(52)과 접속되며, 토출포트(38)가 대기로 개방되고 흡액포트(35)가 시일액의 저장탱크(55)와 접속되어 있는 점이다.

이 진공펌프(51)에 있어서는, 흡입포트(33)로부터 진공실(52)내의 기체가 흡인되어서 토출포트(38)로부터 외부에 배출되고, 시일액이 저장탱크(55)로부터 흡액포트(35)로 흡입된다.

상기한 진공펌프(51)에 있어서의 상기한 이외의 구성 및 작용은 상기한 압축기(21)와 동일하므로, 도면의 주요한 동일장소에 동일한 부호를 붙여서 상세한 설명은 생략한다.

이와 같이 본 발명의 유체압기기는, 실린더실의 일부에 펌프실을 형성하고, 베인의 회전에 의하여 그 펌프실내로 시일액을 흡입함과 아울러, 그것을 가압하여 원하는 장소로 압송하도록 하고 있으므로, 종래와 같은 기어펌프를 별도로 짜넣지 않고, 시일액을 확실하게 원하는 장소로 공급할 수 있고, 이것에 의하여 기체의 리크를 확실하게 방지하여 용적효율의 저하를 방지할 수 있다.

게다가, 상술한 기어펌프의 생략에 의하여 압축기를 전체로서 소형화할 수 있음과 아울러, 기어의 맞물림에 의한 소음이나 진동을 없애고 저소음 또한 저진동의 압축기로 할 수 있다.

더욱이, 펌프에 의하여 시일액을 적극적으로 가압하여 공급하도록 하고 있으므로, 그 시일액의 흐름이 유체압기기의 설치자세에 의한 영향을 받기 어렵고, 이 때문에 배관스페이스에 따른 자유로운 자세에서 그 유체압기기를 설치할 수 있다.

Claims (3)

1. 케이스(22)내에 형성된 실린더실(23)의 내부에 방사방형으로 부드럽게 움직이는 복수의 베인(29,29)을 구비한 로터((27)를 회전이 자유자재하게 배치되어 설치한 회전베인형 유체압기기에 있어서, 상기한 실린더실(23)이 타원형상을 하고 있고, 그 타원의 장축방향의 양단부와 로터(27)와의 사이로 상기한 로터(27)의 회전에 의하여 흡입포트(33)로부터 기체를 흡입하고, 베인(29,29)에 의하여 압축하여 토출포트(38)로 토출하는 압축실(30)과, 시일액을 흡액포트(35)로부터 흡입하고, 베인(29,29)에 의하여 가압하여 토출포트(42)로부터 회전미끄럼부로 향해서 토출하는 펌프실(31)로 구획되는 것을 특징으로 하는 회전베인형 유체압기기.
2. 제1항에 있어서, 상기한 로터(27)가 실린더실(23)내에 있어서의 펌프실(31)측에 한쪽으로 치우친 위치로 설치되므로서, 그 펌프실(31)의 용적이 압축실(30)의 용적보다 작게 되어 있는 것을 특징으로 하는 회전베인형 유체압기기.
3. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기한 케이스(22)에 압축기체 속으로 혼입된 시일액을 분리하기 위한 필터 또는 냉각기를 1개 이상 함유하는 분리수단을 설치한 것을 특징으로 하는 회전베인형 유체압기기.