KR0159992B1 - 스크롤 압축기용 구동부 - Google Patents

스크롤 압축기용 구동부 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스크롤 압축기의 슬라이더 블록과 편심 구동 핀 사이에 위치한 롤링 요소 베어링에 관한 것이다. 롤링 요소들은 구름 마찰을 제공하는 정도에 의해 정적 또는 경계 윤활 마찰을 감소시킨다. 그 결과 플랭크 접촉으로 출입하는 궤도 운동 스크롤의 이동이 용이하게 되고, 스크롤 분리가 조업 중지 과정중 일찍 일어난다.

Description

스크롤 압축기용 구동부
제1도는 스크롤 압축기에 사용하기 위한 본 발명에 의한 크랭크 샤프트의 단부도.
제2도는 제3도의 2-2에 대응하는 선을 따라 취한 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 부분 수직 단면도.
제3도는 제2도의 선3-3을 따라 취한 단면도.
제4도는 제2도 및 제3도의 슬라이더 블록 및 롤링 요소 베어링의 사시도.
제5도는 수정예의 구동 핀 및 슬라이더 블록의 수직 단면도.
제6도는 제5도의 선6-6을 따라 취한 단면도.
제7도는 제2수정예의 슬라이더 블록 및 롤링 요소 베어링의 부분 절단 사시도.
제8도는 제3수정예의 슬라이더 블록 및 롤링 요소 베어링의 부분 절단 사시도.
제9도는 제4수정예의 슬라이더 블록 및 롤링 요소 베어링의 수직 단면도.
제10도는 제5수정예의 슬라이더 블록 및 롤링 요소 베어링의 수직 단면도.
제11도는 제3도에 대응하나 구동 및 종동 부재들 사이에 작용하는 힘을 도시한 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 스크롤 압축기 14 : 고정 스크롤
16 : 궤도 이동 스크롤 16-2,24-1 : 구멍
20 : 크랭크 샤프트 20-1 : 구동 핀
20-2 : 곡면부 24 : 슬라이더 블록
24-2 : 리세스 30 : 베어링
어떤 스크롤 압축기에서 크랭크 샤프트는 한 단부에 그리고 다른 단부 가까이에, 편심축이 베어링 지지체에 대해 캔틸레버식으로 지지되거나 또는 현수되도록 지지된다. 구동 핀은 궤도 이동 스크롤이 올드햄(Oldham) 커플링과 같은 회전방지 기구를 통해 궤도 이동으로 유지되는 동안 구동 핀이 회전하도록 허용하는 부싱 또는 슬라이더 블록을 통해 압축기의 궤도 이동 스크롤과 공동 작용한다. 구동 및 슬라이더 블록 사이의 공동 작용은 힘의 전달 특성에 의해 복잡하게 된다. 원심력은 궤도 이동 스크롤을 압축하는 가스에 의해 인가되는 반경 방향 가스력에 대항하여 반경 방향 외측으로 이동시키려 한다. 이 이동에서 슬라이더 블록은 구동 핀에 대해 활주한다. 반경 방향 가스력이 원심력을 초과하는 조업 정지시 또는 액체 슬러깅(slugging)의 경우, 궤도 이동 스크롤은 다시 슬라이더 블록 및 구동핀 사이의 활주 이동으로 반경 방향 내측으로 이동한다. 스크롤 랩(wrap)의 플랭크의 불규칙성에 의해 소량의 탈선이 또한 일어날 수 있다. 또한 하중을 받는 핀의 변형에 의해 슬라이더 블록 및 구동 핀 사이의 상대 이동이 일어날 수 있다.
조업 정지중 정적 마찰은 고정 및 궤도 이동 스크롤의 랩을 분리시키는 경향이 있는 가스의 반경 방향 힘에 대항하기 위해, 감소되는 원심력과 같이 작용한다. 구름 마찰보다 큰 크기의 정적 또는 경계 윤활 마찰을 감소시킴으로써, 가스의 반경 방향 힘은 원심력을 극복하고 스크롤들을 조업 중지 과정중에 더 일찍 분리시킬 수 있게 된다. 스크롤들의 분리는 냉동 또는 공기 조화 시스템의 압력 균등화를 압축기에 걸쳐 허용한다. 그러므로 원심력을 발생하는 운동의 관성은 압축기에 걸친 압력차가 랩들의 분리에 의해 감소됨에 따라 압축기의 역작동에 여전히 잠정적으로 대항할 것이다. 압축기가 정지하게 될 때, 감소된 압력차는 역작동의 원동력의 감소에 대응하고, 그 결과 역작동은 최소 한도에서 감소된 힘을 갖는다. 역작동의 경향의 감소/제거는 토출 라인에서 역지 밸브의 제거를 허용한다. 또한 더욱 순응하는 링크의 제공은 정상 상태 작동중 스크롤 랩 충격과 관련된 소음을 감소시킨다.
본 발명의 목적은 조업 정지시 스크롤 플랭크들을 반경 방향으로 분리시키는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 조업 정지시 랩들을 분리하는 데 필요한 힘을 감소시키는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 조업 정지시 역작동의 경향을 감소 또는 제거시키는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 더욱 순응하는 링크를 제공하는 것이다.
이들 목적 및 다른 목적은 이하에서 명확해지는 바와 같이 본 발명에 의해 달성된다.
기본적으로 마찰을 최소화시키기 위해 롤링 요소 베어링은 샤프트의 구동면과 슬라이드 블록의 종동면 사이의 경계면에 장착된다.
감소된 마찰은 역전 이전에 조업 정지시 랩들의 분리를 허용한다.
제1도에 크랭크 샤프트(20)가 도시되어 있다. 크랭크 샤프트(20)는 곡면부(20-2)를 갖는 편심 위치된 구동 핀(20-1)을 갖는다. 지점 A는 구동핀(20-1)의 축을 나타내고, 지점 B는 크랭크 샤프트(20)의 축을 나타낸다.
제2도에 셀(12)을 갖는 기밀 스크롤 압축기(10)가 도시되어 있다. 고정 스크롤(14) 및 궤도 이동 스크롤(16)이 셀(12) 내에 위치되고, 종래와 같이 가스를 압축하도록 공동 작용한다. 궤도 이동 스크롤(16)은 구멍(16-2)을 갖는 축방향 연장 허브(16-1)를 갖는다. 제3도에 잘 도시된 바와 같이, 슬라이더 블록(24)이 구멍(16-2)에 위치하고, 다수의 원통형 롤링 요소 베어링(30)을 수용하는 리세스(24-2)를 갖 는 구멍(24-1)을 갖는다. 제4도에 잘 도시된 바와 같이, 베어링(30)들은 스프링(34)에 의해 리세스의 한 단부를 향해 바이어스된다. 크랭크 샤프트(20)는(도시되지 않은) 모터에 의해 구동되고, 축방향 연장, 편심 위치 구동 핀(20-1)이 구멍(24-1)에, 그럼으로써 지지되는 베어링(30)들 및 슬라이더 블록(24)이 제3도에 A 및 B로 지시된 축들에 의해 한정된 평면에 평행한 방향으로 구동핀(20-1)에 대해 이동할 수 있도록 하는 여유를 갖고 수용된다. 구동 핀(20-1)의 곡면부(20-2)는 베어링(30)들과 선접촉하는 면을 한정한다. 곡면부(20-2)는 베어링(30)들의 평면에 평행하고 크랭크 샤프트(20)의 축에 가로로 놓인 곡률 중심을 갖는다.
압축기(10)이 작동될 때, (도시되지 않음) 모터는 제1도 및 제3도에 지점 B로 도시된 그 축에 대해 편심 위치 구동 핀(20-1)과 함께 회전하게 된다. 구동핀(20-1)은 제1도 및 제3도에 지점 A로 도시된 축 A-A를 갖는다. 그러므로 크랭크 샤프트(20)의 그 축에 대한 회전은 구동 핀(20-1)의 축 A-A가 제1도 및 제3도에 도시된 지점 B에 대해 회전하게 하고, 제11도에 도시된 바와 같이 슬라이더 블록(24)에 작용하는 구동력(Fdrive)을 발생시킨다. 지점 A 및 B 사이의 거리는 궤도 이동 스크롤(16)의 궤도 반경을 나타낸다. 구동 핀(20-1)은 작동 위치에서 구멍(24-1)에 공칭 동축으로 위치되므로, 구동 핀(20-1)의 회전은 베어링(30)들을 통한 힘(Fdrive)와 함께 작용하여 슬라이더 블록(24)이 지점 B로 도시된 크랭크 샤프트(20)의 축에 대해 그와 함께 회전하게 한다. 구동력(Fdrive)은 접선 방향 가스력(tangential gas force, Ftg)에 의해 대항된다. 슬라이더 블록(24)은 구멍(16-2)에 동축으로 위치되고 궤도 이동 스크롤(16)을 그와 함께 회저하는 것이 아니라 궤도 이동하게 되며, 이는 궤도 이동 스크롤(16)과 올드햄 커플링(18)의 공동 작용 때문이다. 그러므로 궤도 이동 스크롤(16)에 대한 슬라이더 블록(24)의 상대 회전 이동이 있다. 전술한 바와 같이 작동하는 압축기(10)에서, 가스는 고정 및 궤도 이동 스크롤들에 작용하여 반경 방향 및 축방향 분리를 일으키려 하는 압축 가스가 수반된 고정 및 궤도 이동 스크롤들의 공동 작용에 의해 압축된다. 반경방향 분리력(Frg)은 허브(16-1)를 통해 슬라이더 블록(24)으로 전달된다. 반경 방향 가스 분리력들은 구동 핀(20-1)을 통해 궤도 이동 스크롤(16)에 인가되는 원심력(Fc)에 의해 대향된다. 마찰을 무시하면 Frg및 Fc사이의 차는 밀봉력(Fseal)이다.
제3도는 12시 위치에서 슬라이더 블록(24)의 구멍(24-1)과 접촉하는 구동핀(20-1)을 도시하고, 랩(14-1),16-3)들의 플랭크들이 제2도에 도시된 바와 같이 분리되는 위치를 나타낸다. 그러나 원심력(Fc)이 반경 방향 가스력(Frg)보다 클 때에는 슬라이더 블록(24) 및 궤도 이동 스크롤(16)은 구동 핀(20-1)이 구멍(24-1)과 동칭 동축이도록 제3도에 도시된 바와 같이, 제3도에 도시된 위치에 대해 이동한다. 원심력(Fc)이 반경 방향 가스력(Frg)을 극복하기에 충분한 한 그들은 A 및 B에 대한 위치에 유지된다. 구동 핀(20-1)의 구동면(20-2)이 롤링 요소 베어링(30)들에 의해 종동 슬라이더 블록(24)에 연결되어 때문에 매우 작은 정적 또는 경계 윤활 마찰(μFtg)이 존재하고, μ는 구름 마찰 계수이다. 이는 원심력(Fc)이 반경 방향 가스력(Frg)에 의한 플랭크 분리에 대향하는 것을 조력한다. 그 결과 베어링(30)들의 존재는 랩(14-1 및 16-3)들 사이의 플랭크 분리가 더 큰 원심력(Fc) 및 조업 중지 과정에서 더 일찍/높은 속도에서 일어나게 하여, 크랭크 샤프트(20)의 회전이 정지하고 압축기(10)에 걸친 압력차로서 얻을 수 있는 충분한 힘의 존재하에 역작동을 받기 전에 더 큰 정도의 압력 균등화를 허용한다.
제5도 및 제6도는 베어링들이 구동 핀에 의해 지지되고 구동핀을 둘러싸는 수정예를 도시한다. 수정된 구동 핀(120-1)은 체인의 성질을 갖는 일련으 링크(132)들에 의해 환형 관계로 지지된 다수의 원통형 롤링 요소 베어링(130)들을 수용하는 환형 리세스(120-2)를 갖는다. 베어링(130)들은 핀(120-1) 및 구멍(124-1) 사이에 위치하고, 슬라이더 블록(124)의 면(124-2)과 공동 작용한다. 구동 핀(120-1)에 의해 지지되는 베어링(130)들을 갖는 것 외에는 부품들의 공동 작용은 동일하고, 감소된 마찰 조력 때문에 더 높은 원심력에서 스크롤 랩들의 플랭크들의 분리를 허용한다.
제7도는 원통형 롤링 요소 베어링(230)들이 케이지(234)에 지지되는 것을 제외하고는 제2도 내지 제4도의 슬라이더 블록과 유사한 슬라이더 블록(224)을 도시한다. 케이지(234)는 스크루(238)를 통해 판(236)에 의해 제 위치에 유지된다. 판(236)은 단지 롤러(230)들 및 케이지(234)가 슬라이더 블록(224)으로부터 빠져나가는 것을 방지하고 롤러(230)들 및 케이스(234)의 횡방향 이동을 방해하지 않는다. 제7도의 실시예의 작동은 베어링(230)들이 케이지(234)에 의해 지지된다는 것을 제외하고는 제2도 내지 제4도의 실시예와 동일하다.
제8도는 원통형 롤링 요소 베어링들이 아닌 다수의 볼 또는 구형 롤링 요소 베어링(330)들이 케이지(334)에 의해 지지된다는 것을 제외하고는 제7도의 슬라이더 블록과 유사한 다른 수정 슬라이더 블록(324)을 도시한다. 상이한 베어링들을 제외하고는 제8도의 장치는 제7도의 장치와 동일하게 작동한다.
제9도는 원통형이 아닌 통모양의(baralled) 롤링 요소 베어링들의 사용을 제외하고는 제7도의 슬라이더 블록과 유사한 다른 수정된 슬라이더 블록(424)를 도시한다. 샤프트(420)의 구동 핀(420-1)은 베어링(430)들과 공동 작용하는 평면(420-2)을 갖는다. 통모양 베어링(430)들은 케이지(434)에 지지되고, 제2도에 역으로 도시된 곡면 및 평면의 공동 작용의 장점을 제공하고, 샤프트(420) 및/또는 핀(420-1)의 휨을 수용한다.
제10도는 제9도의 실시예의 역을 도시하고, 케이지(534)에 의해 슬라이더 블록(524)에 지지된 오목 또는 모래 시계형 롤링 요소 베어링(530)들의 사용을 도시한다. 크랭크 샤프트(520)의 구동 핀(520-1)은 베어링(530)들의 상보적 곡면부에 수용되는 곡면부(520-2)를 갖는다. 이 실시예는 크랭크 샤프트(520) 및 핀(520-1)의 휨의 범위에 걸쳐 베어링(530) 및 핀(520-1)의 곡면(520-2) 사이의 더 큰 접촉 면적을 제공한다.
전술한 것에서, 부재들의 공동 작용은 선접촉인 것으로 설명되었다. 헤르츠(Herzian) 압축 응력은 곡면을 평탄하게 하려는 경향이 있어, 실제로는 선접촉은 평탄화의 정도에 따른 밴드의 폭을 갖는 밴드 접촉이 된다.
본 발명의 양호한 실시예들이 예시되고 설명되었지만, 다른 변경들이 당해 기술에 숙련된 자들에 의해 실시될 수 있다. 예를 들어 베어링들의 높이가 접촉정도 및 위치를 수용하도록 조절될 수 있으며, 이는 곡면 핀 및/또는 통모양 베어링이 비교적 국한된 접촉 상태를 갖기 때문이다. 그러므로 본 발명의 범주는 단지 첨부된 청구 범위의 범주에 의해서만 제한된다.

Claims (10)

  1. 제1 및 제2스크롤(16,14)을 갖는 스크롤 압축기(10)에서, 상기 제1스크롤과 공동 작용하고 상기 제1스크롤을 구동하고 축방향 연장 구멍(24-1,124-1)을 그 안에 갖는 종동 수단(24,124,224,324,424,524)과, 축(B-B)을 갖는 크랭크 샤프트(20)와, 상기 크랭크 샤프트와 일체이고 상기 크랭크 샤프트의 축에 대해 편심 위치된 축(A-A)을 갖는 축방향 연장 구동 수단(20-1,120-1,420-1,520-1)을 포함하고, 상기 구동 수단은 상기 종동 수단을 회전 구동하기 위해 상기 종동 수단의 상기 구멍에 위치한 크랭크 샤프트 구동부에 있어서, 상기 구멍내의 베어링 수단(30,130,230,330,430,530)이 상기 구동 수단 및 종동 수단 사이의 상대 이동을 허용하고, 상기 베어링 수단은 상기 구동 수단 및 상기 종동 수단 사이에서 상기 구멍에 위치하고 상기 크랭크 샤프트가 회전할 때 상기 구동 수단 및 상기 종동 수단 모두에 대해 이동가능한 다수의 베어링 요소들을 포함하고,상기 구동 수단은 상기 베어링 수단을 통해 상기 종동 수단과 공동 작용하고 상기 구동 수단 및 상기 종동 수단은 유니트로서 회전하며, 상기 종동 수단은 상기 제1스크롤을 상기 제2스크롤에 대해 구동하고 상기 크랭크 샤프트의 상기 이동의 결과 상기 종동 수단과 상기 제1스크롤을 상기 크랭크 샤프트의 상기 축에 대해 반경 방향 외측으로 이동시키려는 경향이 있는 원심력들이 발생하여 상기 제1스크롤이 상기 제2스크롤과 공동 작용하여 가스를 가압하고 그 결과 상기 제1 및 제2스크롤들에 작용하는 가스력들이 발생하고 상기 베어링 수단은 상기 구동 수단 및 상기 종동 수단 사이의 상대 이동의 마찰을 현저히 감소시켜 원심력들이 가스력들과 상기 종동 수단 및 상기 베어링 수단 사이의 마찰력들의 합을 초과할 때는 상기 제1스크롤이 상기 제2스크롤에 접촉하게 되고 가스력들이 원심력들과 상기 종동 수단 및 상기 베어링 수단 사이의 마찰력들의 합을 초과할 때는 접촉을 벗어나게 되는 이동을 용이하게 하는 것을 특징으로 하는 구동부.
  2. 제1항에 있어서, 상기 베어링 수단은 롤링 요소 베어링들인 것을 특징으로 하는 구동부.
  3. 제1항에 있어서, 상기 구동 수단(520) 및 베어링 수단(430) 중 하나는 축방향 곡면을 갖는 것을 특징으로 하는 구동부.
  4. 제3항에 있어서, 상기 축방향 곡면은 상기 구동 수단 및 베어링 수단 중 다른 하나의 대응면과 결합하는 것을 특징으로 하는 구동부.
  5. 제1항에 있어서, 상기 크랭크 샤프트의 상기 축 및 상기 구동수단의 상기 축은 평면을 한정하고, 상기 구동 수단 및 베어링 수단 중 하나는 축방향 곡면을 갖고 다른 하나는 상기 평면에 평행한 평면을 갖는 것을 특징으로 하는 구동부.
  6. 제5항에 있어서, 상기 축방향 곡면은 상기 구동 수단이 하중을 받아 변형될 때에도 본질적으로 일정한 축방향 위치에서 상기 대응면과 결합하는 것을 특징으로 하는 구동부.
  7. 제6항에 있어서, 상기 본질적으로 일정한 축방향 위치는 상기 축방향 연장 구동 수단의 중간 지점에 위치한 것을 특징으로 하는 구동부.
  8. 제1항에 있어서, 상기 구동 수단은 스크롤 압축기의 궤도 이동 스크롤과 슬라이더 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 구동부.
  9. 제1항에 있어서, 베어링 수단은 상기 구동 수단에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 구동부.
  10. 제1항에 있어서, 베어링 수단은 상기 종동 수단에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 구동부.
KR1019950055061A 1994-12-22 1995-12-22 스크롤 압축기용 구동부 KR0159992B1 (ko)

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