KR101212993B1 - 모터 압축기 윤활 - Google Patents

Abstract

회전 기계는 구동축에 의해 구동되는데, 이 구동축은 그 내부를 관통해서 뻗은 보어를 가지고 있다. 싱글 피스 윤활유 플린저는 윤활유 펌프를 형성하기 위하여 보어 내에 배치된다. 윤활유 플린저는 보어 내에 위치한 상부판과 보어의 개구부에 인접하여 위치한 와셔를 포함한다. 와셔는 연결 영역에 의해 상부판에 연결되어 있고 와셔는 유체가 샤프트의 보어 내로 유동할 수 있게 하는 어퍼쳐를 형성한다.

윤활유 펌프, 윤활유 플린저, 상부 플레이트, 보어, 위치 결정판, 보어, 연결 링크, 와셔

Description

모터 압축기 윤활{MOTOR COMPRESSOR LUBRICATION}

도 1은 본 발명에 따라 윤활유 플린저(flinger)가 통합된 스크롤 압축기의 수직 단면도,

도 2는 도 1에 도시된 압축기의 구동축의 하부 단부의 확대된 단면도,

도 3은 도 1과 2에 도시된 윤활유 플린저의 사시도,

도 4는 윤활유 플린저의 형성 이전의 도 3에 도시된 윤활유 플린저의 평면도,

도 5는 도 3에 도시된 윤활유 플린저의 측면도, 및

도 6은 도 3에 도시된 윤활유 플린저의 평면도.

본 발명은 회전하는 기계 내부의 오일 분배에 관한 것이다. 더욱 자세하게는, 본 발명은 오일을 구동축의 보어를 통하여 회전하는 기계의 다양한 구성 요소로 공급하는(pump), 구동축의 보어에 배치된 독특한 오일 플린저에 관한 것이다.

예시적인 목적을 위하여, 본 발명의 독특한 오일 플린저는 스크롤 머신과 연관되어서 설명될 것이다. 회전축을 가진 장치에 본 발명의 독특한 오일 플린저를 사용하는 것은 본 발명의 범위 안이라는 것은 물론이다.

다양한 형태의 유체의 변위를 위한 '스크롤 머신'으로 당해 기술분야에 알려진 기계가 존재한다. 그러한 기계들은 팽창기, 처리 엔진, 펌프, 압축기등과 같은 것으로 구성될 수 있으며, 본 발명의 특징은 이러한 기계들 모두에 적용될 수 있다. 그렇지만, 예시를 위하여, 개시된 실시예는 밀폐 냉동 압축기의 형태이다.

스크롤 압축기의 개념은 이미 알려져 있으며 현저한 잇점을 갖고 있는 것으로 인식되어 왔다. 예를 들어, 스크롤 압축기는 높은 등 엔트로피 용적 효율를 가지며, 그리고 그런 연유로 주어진 용량에 비해 비교적 작고 가볍다. 스크롤 압축기는 큰 왕복운동 부품(예를 들어 피스톤, 커넥팅 로드등)을 사용하지 않고 모든 유체 유동이 복수의 마주하는 포켓에서 동시 압축에 의해 한 방향이므로 보통의 많은 압축기들 보다 더 조용하고 진동이 없으며 압력에 의한 진동이 적다. 스크롤 압축기는 또한 비교적 이동 부품이 적게 사용되고 스크롤 사이의 운동 속도가 비교적 낮기 때문에 높은 신뢰성과 내구성을 가지는 경향이 있다. 유체 누출을 허용하는 축선방향 및 반경방향의 컴플라이언스를 가진 스크롤 압축기는 유체 오염에 대한 고유한 융통성을 갖고 있다.

일반적으로 말하면, 스크롤 압축기는 한 쌍의 스크롤 부재를 형성하기 위해 별개의 단부 플레이트 위에 각각 장착되는 두개의 유사한 형태의 나선형 스크롤 랩을 포함하고 있다. 두개의 스크롤 멤버는 스크롤 랩의 하나가 다른 하나로 부터 180°회전하여 변위된 상태로 서로 끼워 맞춰 진다. 압축기는 하나의 스크롤 멤버(궤도식 스크롤 멤버(orbiting scroll member))를 다른 하나의 스크롤 부재(고정 스크롤 멤버 또는 비 궤도식 스크롤 멤버)에 대하여 궤도 운동시키는 것에 의해서 작동하여 각각의 랩의 플랭크 사이에 이동하는 라인 접촉을 만들고 이동하는 초승달 형상의 유체 포켓을 형성한다. 나선형 스크롤 랩은 일반적으로 소용돌이 형태의 원으로 형성되고, 이상적으로는 작동중에 스크롤 멤버들 사이에 상대적인 회전이 없다. 즉, 운동은 순전히 곡선의 병진 운동(즉, 몸체 위의 어떤 선에서도 회전이 없다)이다. 유체 포켓은 넘겨줄 유체를 유체 입구가 구비되는 스크롤 압축기의 외부 둘레에 위치된 흡입 구역으로 부터 유체 출구가 구비되는 스크롤 압축기의 중앙에 위치된 방출구역으로 운반한다. 시일된 포켓의 체적은 흡입 구역에서 방출구역으로 이동함에 따라 연속적으로 감소된다. 임의의 한 시점에, 적어도 한 쌍의 시일 포켓이 존재하고, 한 시점에 여러 쌍의 시일 포켓이 존재하는 경우에, 각각의 쌍은 다른 쌍과는 다른 체적을 가질 것이다.

두 가지 형태의 접촉이 스크롤 멤버 사이에 형성된 유체 포켓을 한정한다. 첫째로, 축선 방향으로 확장되는 접선 접촉이 반경 방향 힘에 의해 야기된 랩의 나선형 랩의 측면 또는 랩의 플랭크 사이에 형성되고(플랭크 시일링), 둘째로, 축선 방향 힘에 의한 구역 접촉(팁 시일링)이 각각의 랩의 평면 가장자리 표면(팁)과 반대 쪽의 단부 플레이트 사이에 형성된다. 고효율을 위하여, 두 접촉 형태 모두에서 우수한 시일링이 이루어져야 한다.

스크롤 압축기가 비교적 적은 이동 부품을 가지지 않지만, 스크롤 압축기의 내구성을 위하여 이동 부품에 대한 윤활이 필요하다. 로우 사이드 압축기에서, 윤활의 일부는 압축기의 이동 부품으로부터 과다 분사 윤활유를 픽업할 수 있고 압축 기 전반에 걸쳐서 윤활유를 순환시킬 수 있는 흡입 가스 유동이다. 흡입 가스는 흡입 가스에 의해 픽업되는 윤활유의 양을 정격 작동 조건의 압축기 작동에 대한 허용 수준으로 제어하는 방식으로 차단되고 압축기 전반에 걸쳐 공급된다. 흡입 가스에 의해 픽업된 윤활유는 주로 유체 포켓(플랭크 시일링과 팁 시일링)을 한정하는 두 접촉부를 윤활한다.

다른 이동 구성 요소에 공급되는 윤활유와 흡입 가스에 의해 픽업되는 분사된 윤활유는 쉘의 하부 또는 바닥 부분에 위치한 윤활유 섬프(sump)를 사용하는 윤활유 공급 장치에 의해 공급된다. 구동축은 구동축을 관통하여 뻗은 보어를 통하여 윤활유를 윤활이 필요한 압축기의 다양한 가동 요소에 모두 공급하기 위해 섬프내로 뻗어 있다. 일반적으로 윤활유 플린저는 구동축의 보어 내에 위치되고 구동축의 바닥은 구동축을 회전 가능하게 지지하는 베어링 하우징에 고정된 스러스트 와셔위에 놓여진다. 스러스트 와셔는 윤활 플린저를 지지하는 보어보다 작은 윤활을 위한 보어를 포함한다. 윤활 플린저와 스러스트 와셔는 하나의 조립체로서 구동축 내의 보어를 통하여 윤활이 필요한 가동 구성요소에 윤활유를 공급하는 윤활 펌프를 구성한다.

구동축이 스러스트 와셔에 의해 지지되어 있을 때 상술한 바와 같이 설계된 윤활 펌프가 잘 작동하지만, 압축기의 설계가 구동축을 다른 방식으로 지지하는 경우에 문제가 발생하며, 따라서 스러스트 와셔는 윤활 펌프의 구성 요소로서 유용하지 않다.

스러스트 와셔 및 관련된 유지 구성 요소를 전적으로 윤활 펌프를 생성하기 위한 목적만으로 공급할 수도 있지만, 이러한 선택은 부가적인 구성요소를 수용하기 위한 부가적인 기계가공 뿐만 아니라 부가적인 요소에도 비용이 든다.

일반적인 스크롤 압축기 및 특별한 윤활 장치에 대한 계속적인 개발은 윤활 시스템용 윤활 펌프의 설계와 단순화를 향하여 진행되어 왔다.

본 발명은 상세한 설명 및 첨부 도면으로부터 더 완전히 이해될 것이다.

이하의 바람직한 실시예의 설명은 단지 예시적인 것이며 본 발명, 본 발명의 응용 또는 사용을 제한하도록 의도되지는 않았다.

도 1 에는 본 발명에 따른 독특한 윤활유 플린저를 포함하고 있고 대체로 참조 번호 10으로 표시된 스크롤 압축기가 도시되어 있다.

압축기(10)는 그 상부 단부에 용접된 캡(14)과 하부 단부에 일체로 형성된 복수의 장착 다리(도시 생략)를 가진 베이스(16)를 갖고 있는 대체로 원통형의 밀폐 쉘(hermetic shell)을 포함하고 있다. 캡(14)에는 일반적인 배출 밸브(도시 생략)를 갖고 있을 수 있는 냉각제 배출 피팅(18)이 장착된다. 쉘에 고정된 다른 주요 요소에는 캡(14)이 쉘(12)에 용접되는 것과 같은 지점에서 둘레에 용접된 횡방향으로 뻗은 칸막이(22), 쉘(12)에 적절하게 고정되어 있는 고정 메인 베어링 하우징 또는 몸체(24),그리고 쉘(12)에 또한 적절하게 각각 고정되어 있는 방사상 방향으로 바깥으로 뻗은 복수의 다리를 갖고 있는 하부 베어링 하우징(26)등이 있다. 단면이 대체로 정사각형이지만 모서리 부분은 둥글게 된 모터 스테이터(28)는 쉘 (12)에 억지 끼워 맞춤 된다. 스테이터의 둥근 모서리 사이의 평탄부는 고정자와 쉘 사이에 통로를 제공하며, 이 통로는 쉘의 최상부로부터 바닥으로 윤활유의 유동을 촉진한다.

그 상부 단부에 편심 크랭크 핀(32)을 갖고 있는 구동 축 또는 크랭크 축(30)은 메인 베어링 하우징(24)의 베어링(34)과 하부 베어링 하우징(26)의 제2 베어링(36)에 회전 가능하게 저널된다. 크랭크 축(30)은 하부 단부에 크랭크 샤프트(30)의 최상부로 부터 위쪽으로 뻗어 있는 방사상 바깥방향으로 경사진 작은 직경의 보어(40)와 연통하는 비교적 큰 직경의 동심의 보어(38)를 갖고 있다. 윤활유 플린저(42)는 보어(38)의 내부에 배치되어 있다. 쉘(12) 내부의 하부 부분은 윤활 오일로 채워져 있으며, 윤활유 플린저(42)와 함께 보어(38)는 크랭크 축(30)의 보어(38)와 보어(40)로, 궁극적으로는 윤활이 필요한 압축기의 다양한 부분으로 윤활 유체를 모두 공급하는 펌프로 작용한다.

크랭크 축(30)은 스테이터(28), 관통하는 와인딩(44), 그리고 상부 및 하부 평형추(48, 50)를 각각 가지며 크랭크 축(30)에 억지 끼워 맞춤된 로터(46)를 포함하는 전기 모터에 의해 회전 구동된다. 평형추 실드(52)는 섬프 안의 오일에서 회전하는 평형추(50)에 의한 일 손실을 줄이기 위해 제공된다. 평형추 실드(52)는 발명의 명칭이 "스크롤 압축기용 평형추 실드"인 본출원인의 미국 특허 제 5,064,356 호에 상세하게 개시되어 있다.

메인 베어링 하우징(24)의 상부 표면에는 통상적인 나선형 베인 또는 랩(56)을 가진 궤도식 스크롤 멤버(54)가 배치되는 평탄한 스러스트 베어링 표면이 구비된다. 저널 베어링(58)을 가지고 있는 원통형 허브는 궤도식 스크롤 멤버(54)의 하부 표면으로 부터 아랫쪽으로 돌출되어 있고, 이 저널 베어링(58)내에 내부 보어(62)를 가지고 있는 구동 부싱(60)이 회전가능하게 위치되며, 이 내부 보어(62)내에 크랭크 핀(32)이 구동하도록 배치되어 있다. 크랭크 핀(32)은 본출원인의 미국 특허 제 4,877,382호에 개시된 바와 같이 방사상으로 유연한 구동 배열체를 제공하기 위하여 보어(62)의 일부에 형성된 평탄한 표면(도시생략)과 구동하도록 결합되는 한 표면상에 평탄부를 갖고 있다. 올드햄 커플링(64)은 또한 궤도식 스크롤 멤버(54)와 베어링 하우징(24)사이에 끼워지고 위치되어서 궤도식 스크롤 멤버(54)의 회전운동을 방지하도록 제공된다. 올드햄 커플링(64)은 바람직하게 미국 특허 제 4,877,382에 개시된 타입이다. 그렇지만, 본출원인의 미국 특허 제 5,320,506에 개시된 커플링이 그 대신으로 사용될 수도 있다.

비 궤도식 스크롤 멤버(66)는 또한 랩(68)이 궤도식 스크롤 멤버(54)의 랩(56)과 맞물림 결합하게 위치된 상태로 제공된다. 비 궤도식 스크롤 멤버(66)는 캡(14)과 칸막이(22)에 의해 한정된 방출 머플러 챔버(74)와 유체 연통하는, 위쪽으로 개방된 오목부(72)와 연통하는 중앙에 배치된 방출 통로(70)를 갖고 있다.

환형상 오목부(76)는 또한 시일 조립체(78)가 그안에 설치된 비 궤도식 스크롤 멤버(66)에 형성된다. 오목부(72, 76)와 시일 조립체(78)는 랩(56, 68)에 의하여 압축되고 있는 가압 유체를 수용하는 축선 방향의 압력 바이어싱 챔버를 한정하도록 협력함으로써 비 궤도식 스크롤 부재(66)에 축선 방향의 바이어싱힘을 가하고, 이에 의해 각각의 랩의(56, 68) 팁을 반대편 단부 플레이트 표면과 시일상태로 맞물 림되도록 압박한다.

시일 조립체(78)는 바람직하게 본출원인의 미국 특허 제 5,156,539에 상세하게 개시된 타입이다. 비 궤도식 스크롤 멤버(66)는 앞에서 언급된 미국 특허 제 4,877,382호 또는 미국 특허 제 5,102,316호에 개시된 것과 같은 적절한 방식으로 베어링 하우징(24)에 대한 축선 방향 운동을 제한한 상태로 장착되도록 설계되었다.

도 2-5에는 윤활플린저(42)가 더욱 자세하게 도시되어 있다. 윤활유 플린저(42)는 상부 플레이트(90)와 와셔(92)를 포함한다. 상부 플레이트(90)는 위치 결정 플레이트(94), 제1 각도 플레이트(96) 그리고 제2 각도 플레이트(98)로 형성되어 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 윤활유 플린저(42)의 상부 플레이트(90)와 와셔(92)는 단일의 일체형 구성요소로서 평평한 금속시트로 부터 스탬핑 가공된다. 상부 플레이트(90)는 제1 접힘 선(100)을 따라서 제1 각도 플레이트(96)에 부착된 위치결정 플레이트(94)를 가진다. 상부 플레이트(90)은 제2 접힘선(102)을 따라서 제2 각도 플레이트(98)에 부착된 위치결정 플레이트(94)를 가진다. 제2 각도 플레이트(98)는 와셔(92)를 상부 플레이트(90)에 부착하기 위하여 연결 링크(104)를 사용해서 와셔(92)에 부착된다. 윤활유 플린저(42)를 위한 일체형 원피스 설계는 윤활유 플린저(42)를 간단한 스탬핑 공정으로 제조할 수 있게 한다.

일단 스탬핑 가공되면, 윤활유 플린저(42)는 도 3, 5 및 6 에 도시된 형태로 성형된다. 제1 각도 플레이트(96)는 제1 방향으로 제1 접힘 선을 따라 구부려지 고, 제2 각도 플레이트(98)는 제2 접힘선(102)을 따라 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 구부러지며, 와셔(92)는 연결 링크(104)에서 상부 플레이트(90)의 위치결정 플레이트(94)의 평면이 와셔(92)의 평면과 대체로 수직인 위치로 구부러진다.

성형된 윤활유 플린저(42)는 그리고 나서 도 2에 도시된 것처럼 와셔(92)가 보어(38)의 개구에 인접하여 위치할 때까지 큰 직경의 보어(38)내로 프레스 된다. 와셔(92)는 윤활 오일로 채워진 쉘(12)의 하부 부분으로부터 보어(38)내로 윤활유를 이동하도록 허용하는 중앙에 위치한 어퍼쳐(106)가 형성되어 있다. 와셔(92)는 종래 기술의 시스템에서 스러스트 와셔와 동일한 기능을 수행하지만 와셔(92)가 크랭크 축(30)을 지지하지는 않는다.

크랭크 샤프트(30)가 회전할 때 어퍼쳐(106)에 의해 보어(38)내에 위치하게 된 윤활유는 보어(38) 및 보어(40)내로, 그리고 궁극적으로는 윤활유 플린저(42)에 의한 윤활이 필요한 압축기(10)의 다양한 부위에 모두 공급된다.

본 발명의 설명은 본질적으로 단지 예시적인 것이고, 따라서, 본 발명의 요지에서 벗어나지 않는 변형예는 본 발명의 범위에 들어가는 것이다. 그러한 변형예는 본 발명의 사상과 범위에서 벗어나는 것으로 간주되어서는 안된다.

본발명에 의하면 부가적인 기계가공과 부가적인 비용이 필요하지 않고, 설계가 단순화된 윤활시스템용 윤활 펌프와 이에 사용되는 플린저를 제조하는 방법이 제공된다.

Claims (16)

1. 보어가 형성되어 있는 샤프트,

   상기 보어 내에 배치된 윤활유 플린저를 포함하고 있으며,

   상기 윤활유 플린저는 상기 보어 내에 위치된 상부 플레이트, 상기 보어의 개구부에 인접하여 배치된 와셔, 상기 상부 플레이트와 상기 와셔 사이에 뻗어 있는 연결 링크를 포함하고 있고, 상기 와셔는 상기 보어내로 윤활유가 유동하도록 허용하는 어퍼쳐가 형성되어 있으며,

   상기 상부 플레이트가 제1 평면을 형성하고, 상기 와셔가 제2 평면을 형성하고, 상기 제2 평면이 상기 제1 평면에 대해 수직인 것을 특징으로 하는 윤활유 펌프.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 플레이트는 위치 결정 플레이트, 제1 각도 플레이트및 제2 각도 플레이트로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 윤활유 펌프.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 제1 각도 플레이트는 상기 위치 결정 플레이트로 부터 제1 방향으로 뻗어 있고, 상기 제2 각도 플레이트는 상기 위치결정 플레이트로 부터 제2 방향으로 뻗어 있고, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향과 반대인 것을 특징으로 하는 윤활유 펌프.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 연결 링크는 상기 제2 각도 플레이트와 상기 와셔 사이에서 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 윤활유 펌프.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 제1 각도 플레이트는 상기 위치 결정 플레이트로 부터 제1 방향으로 뻗어 있고, 상기 제2 각도 플레이트는 상기 위치 결정 플레이트로 부터 제2 방향으로 뻗어 있고, 상기 제2 방향이 상기 제1 방향과 반대인 것을 특징으로 하는 윤활유 펌프.
6. 제 2 항에 있어서, 상기 위치 결정 플레이트는 제1 평면을 형성하고 상기 와셔가 제2 평면을 형성하고, 상기 제2 평면이 상기 제1 평면에 대체로 수직인 것을 특징으로 하는 윤활유 펌프.
7. 삭제
8. 제 1 항에 있어서,

   윤활유 섬프가 형성되어 있는 쉘;

   상기 쉘 내에 배치된 회전 기계;및

   상기 샤프트를 회전시키는 구동부재를 더 포함하고,

   상기 상기 샤프트는 회전 기계를 구동하고, 상기 회전 기계와 맞물리는 제1 단부와 상기 윤활유 섬프 내에 위치된 제2 단부를 갖고 있고, 상기 보어의 개구가 상기 제2 단부에 위치되어 있는 것을 특징으로 하는 윤활유 펌프.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 회전 기계는 압축기인 것을 특징으로 하는 윤활유 펌프.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 압축기는:

    상기 쉘 내에 배치되고 제1 나선 랩을 형성하는 제1 스크롤 부재; 및

    상기 쉘 내에 배치된 제2 스크롤 부재로서, 상기 제1 나선 랩과 서로 맞물려 있는 제2 나선 랩을 형성하여 상기 제1 스크롤 부재가 상기 제2 스크롤 부재에 대해 궤도운동 하도록 하는 제2 스크롤 부재를 포함하며, 부피가 변화하는 이동 포켓은 상기 랩에 의해 형성되고;

    상기 샤프트는 상기 스크롤 부재들이 서로에 대해 궤도운동하도록 하는 것을 특징으로 하는 윤활유 펌프.
11. 위치 결정플레이트, 와셔, 제1 연결 링크를 가지는 플린저를 제조하는 방법에 있어서,

    평면 요소로부터 위치 결정플레이트, 연결 링크 및 와셔를 형성하는 금속시트편을 형성하는 단계;

    연결 링크와 위치 결정플레이트 사이에 위치된 접힘선을 따라서 연결 링크를 구부리는 단계; 및

    연결 링크와 와셔 사이에 위치된 접힘선에서 와셔를 구부리는 단계를 포함하 는 것을 특징으로 하는 플린저의 제조 방법.
12. 제 11 항에 있어서, 와셔를 구부리는 단계는 위치 결정 플레이트에 의해 형성되는 평면에 대체로 수직인 평면에 와셔를 위치시키는 것을 특징으로 하는 플린저의 제조 방법.
13. 제 11 항에 있어서, 상기 플린저는 제2 연결 링크를 가지고 있고,

    제2 연결 링크와 위치 결정 플레이트 사이에 위치된 접힘선을 따라 제2 연결 링크를 굽히는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플린저의 제조 방법.
14. 제 13 항에 있어서, 와셔를 구부리는 단계는 위치 결정 플레이트에 의해 형성되는 평면에 대체로 수직인 평면에 와셔를 위치시키는 것을 특징으로 하는 플린저의 제조 방법.
15. 제 11 항에 있어서, 제1 연결 링크의 굽힘에 의해 위치 결정 플레이트의 제1 측상에 제1 연결 링크를 위치시키고, 제2 연결 링크의 굽힘에 의해 위치 결정플레이트의 제2 측상에 제2 연결 링크를 위치시키고, 제2측이 제1측면에 대향하는 것을 특징으로 하는 플린저의 제조 방법.
16. 제 15 항에 있어서, 와셔를 구부리는 단계는 위치 결정 플레이트에 의해 형 성되는 평면에 대체로 수직인 평면에 와셔를 위치시키는 것을 특징으로 하는 플린저의 제조 방법.

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