KR100811360B1 - 직접냉각 2단 연속압축 스크류식 진공펌프 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이송 용적이 서로 다른 1단 흡입스크류와 2단 이송스크류를 분할가공 조립하여 가공성을 향상시키며, 냉각수 및 오일 누설에 대한 펌프의 안전성 확보 및 구조 단순화로 부품비, 조립공수를 획기적으로 절감하여 생산성을 증대시키고, 실제 압축열이 발생되는 압축 이송스크류부를 선택적으로 집중 냉각시킴으로써 냉각이 신속하고 효과적으로 이루어지며 냉각수가 절감되고 급수량 조절로 배기온도 조정이 가능하여 품질특성을 현저히 향상시키도록 하는 직접냉각 2단 연속압축 스크류식 진공펌프에 관한 것이다.
이를 실현하기 위한 본 발명은 스크류부 양측에 샤프트부가 형성되는 한 쌍의 스크류, 상기 스크류부가 수용되고 흡입구가 구비되는 압축실, 상기 압축실과 연통되는 배기구와 압축실 양측으로 흡기측 지지부와 배기측 지지부를 포함하는 하우징 및 냉각부를 포함하여 구성되는 스크류식 진공펌프에 있어서, 상기 스크류는 중공체로 되는 배기측 샤프트부와, 상기 배기측 샤프트부의 중공부와 연통되는 냉각 중공부가 구비된 다단의 압축 이송스크류부와 상기 압축 이송스크류부에 이어지며 흡입용량을 결정하는 흡입스크류부와 흡입스크류부에 이어 형성되는 비중공 흡기측 샤프트부로 형성되며, 상기 배기측 샤프트부에 냉각수관이 인입 설치됨을 특징으로 하며, 본 발명에 따른 일 실시예의 상기 스크류는 상기 배기측 샤프트부; 상기 배기측 샤프트부에 결합되며 내부가 중공부로 형성되는 압축 이송스크류부와 상기 압축 이송스크류부 타측으로 상기 흡입스크류부가 결합되기 위한 비중공 결합 샤프트부 및 비중공 흡기측 샤프트부가 일체로 형성되는 메인로터; 및 상기 압축 이송스크류부와 연결되도록 상기 흡기측 샤프트부에 일체로 결합되는 흡입스크류부;로 분할 형성되어 조립된다.

Description

직접냉각 2단 연속압축 스크류식 진공펌프{A DIRECT COOLING 2 STAGE CONTINUOUS COMPRESS SCREW TYPE VACUUM PUMP}
도 1은 본 발명에 따른 일 실시예의 구성을 보이는 단면도
도 2는 본 발명에 따른 일 실시예의 스크류 단면 분해도
도 3은 도 2의 결합도
도 4는 도 1의 A부 상세도
도 5는 도 1의 B부 상세도
도 6은 도 1의 C부 상세도
도 7a는 종래 기술의 구성도
도 7b는 도 7a의 평면도
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1: 본 발명의 직접냉각 2단 연속압축 스크류식 진공펌프
10: 스크류 10a: 메인로터 11: 배기측 샤프트부
12: 압축 이송스크류부 13: 흡입스크류부 14: 흡기측 샤프트부
15: 결합 샤프트부 11S ,12S : 중공부 30: 하우징
31: 흡입구 32: 압축실 33: 배기구
34: 흡기측 지지부 35: 배기측 지지부 36: 출수구
38: 냉각자켓 51: 냉각수관 53: 출수로
71: 파워록(power block)
본 발명은 스크류식 진공펌프에 관한 것으로서, 특히 이송 용적이 서로 다른 1단 흡입스크류와 2단 이송스크류를 분할가공 조립하여 가공성을 향상시키며, 냉각수 및 오일 누설에 대한 펌프의 안전성 확보 및 구조 단순화로 부품비, 조립공수를 획기적으로 절감하여 생산성을 증대시키고, 실제 압축열이 발생되는 압축 이송스크류부를 선택적으로 집중 냉각시킴으로써 냉각이 신속하고 효과적으로 이루어지며 냉각수가 절감되고 급수량 조절로 배기온도 조정이 가능하여 품질특성을 현저히 향상시키도록 하는 직접냉각 2단 연속압축 스크류식 진공펌프에 관한 것이다.
일반적으로 진공펌프는 압력차를 이용하여 기체를 강제이송하는 수단을 말하는 것으로 여러 타입이 사용되고 있으며, 그 중 본 발명과 관계되는 스크류식 진공펌프는 한 쌍을 이루는 스크류축의 연동회전을 이용하는 것이다.
종래 기술의 스크류식 진공펌프(100)는 도 7a 및 7b에 도시된 바와 같이,
흡입구(131)와 배기구(133) 연결부가 구비되는 하우징(130)의 압축실(32) 내에 구동축과 종동축에 각각 설치된 한 쌍의 스크류(110)가 회전되도록 설치되며, 압축열에 의한 배기온도 상승을 방지하기 위한 냉각부가 구비된다.
상기 냉각부는 하우징 냉각자켓(138)과 스크류 내 중공부(110a)에 냉각수를 순환시키는 냉각방식을 채택하고 있으나 용량이 큰 진공펌프에서는 근본적으로 온도를 저하시키는데 한계가 있다.
상기 스크류 냉각방식은 스크류(110)를 중공체로 형성하고 흡기측 샤프트부(114)에서 냉각수관(151)이 삽입되어 스크류 회전 원심력및 냉각수 자체의 압력에 의하여 냉각수가 중공부(110a)를 타고 돌아 나오며 냉각작용을 수행한다.
그리고 열교환된 냉각수가 출수되는 과정에서 압축실로 유입되는 것을 차단하고 상기 압축실의 기밀 유지를 위한 다수의 메카니칼 시일(101)이 설치된다.
또한, 상기 스크류는 압축효율을 높이기 위하여 배기구측을 향하여 리드가 연속적으로 단축되는 다단으로 형성되기도 한다.
그런데, 이와 같은 종래 기술은 다음과 같은 여러 가지 문제점이 있었다.
첫째, 냉각수의 주입 및 배출부가 진공펌프의 흡입쪽 다시 말하면 흡기측 샤프트부 쪽으로 위치하므로 메카니칼 시일에 문제가 발생될 경우 냉각수가 진공 압축실로 빨려들어가 기어박스의 오일을 오염시키고 펌프에 치명적인 문제를 초래할 위험이 있다.
둘째, 냉각수 누설에 대한 진공펌프 압축실의 안전을 위하여 고가의 메카니칼 시일이 다수 수반되어야 하므로 구조가 복잡하게 되며 부품비 및 조립공수가 과다하게 소요되고, 기계적인 잔고장이 많이 발생된다.
셋째, 냉각수의 주입 및 배출경로가 길어 냉각효율이 떨어지며 냉각수의 사 용량이 많고 내부에 스케일이 많이 끼게 되어 오염이 심하고 스크류 밸런스에 문제가 발생되며 펌프 정지시 냉각수 배출이 완전치 않아 겨울철 동파의 위험이 있다
넷째. 상기 진공펌프는 고정 연속피치로 구성된 로타 구조와 구조가 복잡한 다수 메카니칼 씰의 회전 저항으로 동력 소모가 많아 에너지가 과다하게 소요되는 문제점이 있다.
다섯째, 상기 스크류의 리드가 연속 가변피치로 형성될 경우 가공이 어려워 생산성이 저하되며 가공 코스트가 높은 문제점이 있었다.
여섯째, 기존의 다단 연속 스크류나 연속 가변피치 스크류는 동력소모에서는 효과가 좋으나 원칙적으로 스크류의 표면온도를 저하시키기는 힘들어 코팅 및 재질이 산화되며 압축가스의 폭발 위험성이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서,
본 발명의 목적은 이송용적이 서로 다른 1단 흡입스크류와 2단 이송스크류를 분할가공 조립하여 가공성을 향상시키고, 냉각수 및 오일 누설에 대한 펌프의 안전성 확보 및 구조의 단순화로 부품비, 조립공수를 획기적으로 절감하여 생산성을 증대시키도록 하는 직접냉각 2단 연속압축 스크류식 진공펌프를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 실제 압축열이 발생되는 압축 이송스크류부를 선택적으로 집중 냉각시킴으로써 냉각이 신속하고 효과적으로 이루어져 냉각수가 절감되고 급수량 조절로 배기온도 조정이 가능한 직접냉각 2단 연속압축 스크류식 진공펌 프를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 스크류 압축시 배기부분에서 발생되는 고열의 압축열을 외부의 냉각자켓과 동시에 스크류 내부를 직접 냉각시키므로 배기온도를 현저히 저하시켜 스크류 및 구성부품들의 코팅수명은 물론 베어링의 내구성, 재질의 내식성을 현저히 향상시키고 발화성 가스의 폭발 위험을 방지토록 하는 직접냉각 2단 연속압축 스크류식 진공펌프를 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하는 본 발명에 따른 직접냉각 2단 연속압축 스크류식 진공펌프는, 스크류부 양측에 샤프트부가 형성되는 한 쌍의 스크류, 상기 스크류부가 수용되고 흡입구가 구비되는 압축실, 상기 압축실과 연통되는 배기구와 압축실 양측으로 흡기측 지지부와 배기측 지지부를 포함하는 하우징 및 냉각부를 포함하여 구성되는 스크류식 진공펌프에 있어서,
상기 스크류는 중공체로 되는 배기측 샤프트부와, 상기 배기측 샤프트부의 중공부와 연통되는 냉각 중공부가 구비된 다단의 압축 이송스크류부와 상기 압축 이송스크류부에 이어지며 흡입용량을 결정하는 흡입스크류부와 흡입스크류부에 이어 형성되는 비중공 흡기측 샤프트부로 형성되며,
상기 배기측 샤프트부에 냉각수관이 인입 설치됨을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 일 실시예로서, 상기 스크류는
상기 배기측 샤프트부;
상기 배기측 샤프트부에 결합되며 내부가 중공부로 형성되는 압축 이송스크류부와 상기 압축 이송스크류부 타측으로 상기 흡입스크류부가 결합되기 위한 비중공 결합 샤프트부 및 비중공 흡기측 샤프트부가 일체로 형성되는 메인로터; 및
상기 압축 이송스크류부와 연결되도록 상기 흡기측 샤프트부에 일체로 결합되는 흡입스크류부;로 분할 형성되어 조립됨을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 직접냉각 2단 연속압축 스크류식 진공펌프에 대한 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 일 실시예의 구성을 보이는 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 일 실시예의 직접냉각 2단 연속압축 스크류식 진공펌프(1)는 스크류부 양측에 샤프트부가 형성되는 한 쌍의 스크류(10), 상기 스크류부가 수용되고 흡입구(31)가 구비되는 압축실(32), 상기 압축실과 연통되는 배기구(33)와 압축실(32) 양측으로 흡기측 지지부(34)와 배기측 지지부(35)를 포함하는 하우징(30) 및 냉각부를 포함하여 구성되는 스크류식 진공펌프에 있어서, 상기 스크류(10)는 중공체로 되는 배기측 샤프트부(11)와, 상기 배기측 샤프트부(11)의 중공부(11S )와 연통되는 냉각 중공부(12S )가 구비된 다단의 압축 이송스크류부(12)와 상기 압축 이송스크류부(12)에 이어지며 흡입용량을 결정하는 흡입스크류부(13)와 흡입스크류부(13)에 이어 형성되는 비중공 흡기측 샤프트부(14)로 형성되며, 상기 배기측 샤프트부(11)에 냉각수관(51)이 인입 설치되는 것이다.
여기서, 상기 스크류(10)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 배기측 샤프트부(11), 메인로터(10a), 흡입스크류부(13)로 분할 형성됨이 바람직하다.
상기 메인로터(10a)는 상기 배기측 샤프트부(11)에 결합되며 내부가 중공부로 형성되는 압축 이송스크류부(12)와 상기 압축 이송스크류부 타측으로 상기 흡입스크류부(13)가 결합되기 위한 비중공 결합 샤프트부(15) 및 비중공 흡기측 샤프트부(14)가 일체로 형성되어 이루어진다.
즉, 스크류부가 압축스크류(12)부와 흡입스크류부(13)로 분리 가공되어 조합하는 방식의 2단연속 압축방식으로 구성된 것이다.
상기 압축 이송스크류부의 리드(12L)는 흡입스크류부의 리드(13L)보다 작게 형성된다.
상기 압축 이송스크류부의 리드(12L)와 흡입스크류부의 리드(13L)는 1.5 : 3.5 또는 2 : 3 비율로 형성되고, 체적비는 이송스크류 1 : 흡입스크류 1.5 비율 로 이루어져도 무방하다. 이때 체적비율로 대비되는 대상은 이송스크류와 흡입스크류의 내,외경이 동일한 상태에서 1리드의 체적을 의미한다..
또한, 상기 흡입스크류부(13)는 결합 샤프트부(15)에 끼워지는 축공(13a)이 형성되며, 밸런스 조정을 위한 중공부(13b)가 형성되어도 무방하다.
또한, 상기 냉각수관(51)은 그 외경이 배기측 샤프트부의 중공부(11S ) 내경보다 작게 형성되어 그 사이에 출수로(53)가 형성되며, 상기 배기측 샤프트부(11)의 양측으로 돌출되어 냉각수의 방류는 상기 압축 이송스크류부(12)의 배기측 선단에서 이루어지고 열교환된 냉각수의 토출은 배기측 샤프트부 선단(11a)`과 하우징 의 출수구(36)를 통하여 이루어진다(도 4 참조).
또한, 상기 하우징(30)은 배기측 선단부(35)에 상기 냉각수관(51)으로 연결되는 냉각수 주입니플(55)이 구비되고, 외부에 냉각자켓(38)이 형성되어 상기 하우징의 출수구(36)와 연결됨이 바람직하다.
그리고 상기 흡입스크류부(13)를 결합 샤프트부(15)에 일체로 결합시키기 위하여 하나 이상의 파워록(power lock)(71)이 부여됨이 바람직하다.
상기 파워록은 키이(Key) 결합과는 달리 회전 조정이 가능한 테이퍼형 쐐기링으로서 위치 각도 조정이 이루어진 후 가압 체결된다.
도면 중 미설명 부호 '72'는 시일, '73'은 로크너트, '75'는 베어링, '77'은 기어, '81'은 모터다.
이와 같은 구성을 지닌 본 발명에 따른 직접냉각 2단 연속압축 스크류식 진공펌프(1)의 작용상태를 살펴본다.
본 발명은 스크류부를 압축 이송스크류부(12)와 흡입스크류부(13)로 분리 가공하여 조합됨으로써 리드(12L)(13L) 및 이송 용적이 서로 다른 연속 1단 흡입스크류와 2단 이송스크류의 가공을 용이하게 하여 생산성을 향상시킨다.
또한, 냉각수 또는 오일의 주입 및 출수가 배기측에 배치되어 설사 압축실(32)의 기밀이 누설될 경우에도 냉각수 및 오일이 압축실 쪽으로는 절대로 유입되지 않으므로 냉각수에 대한 안정성이 확보되고, 압축실(32)의 양측에 위치하는 샤프트 지지부에 종래 기술에서 수반되었던 고가의 메카니칼 시일이 불필요하다(도 5, 도 6 참조).
냉각수는 냉각수 주입니플(55) 및 냉각수관(51)을 통하여 유입되고 스크류부에서 실제 압축열이 발생되는 압축 이송스크류부만을 선택적으로 집중 냉각시키게 된다.
그리고, 압축 이송스크류부(12)에서도 압축열이 가장 높게 발생되는 배기측 선단부에서 냉각수가 방류되고 원심력에 의하여 압축 이송스크류부(12) 중공부를 돌아 냉각수관과 배기측 샤프트 사이의 출수로(53) 및 배기측 샤프트 선단부(11a)를 통하여 배출됨으로써 냉각이 신속하고 효과적으로 이루어진다.
또한, 냉각수의 순환경로가 짧아 냉각수가 절감되는 한편, 냉각수의 급수량을 조절하여 배기온도 조정이 가능하다.
이와 같은 본 발명은 스크류 압축시 배기부분에서 발생되는 고열의 압축열을 외부의 냉각자켓과 동시에 스크류 내부를 직접 냉각시키므로 배기온도를 현저히 저하시켜 스크류 및 구성부품들의 코팅수명은 물론 베어링의 내구성, 재질의 내식성을 현저히 향상시키고 발화성 가스의 폭발 위험을 방지한다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조로 설명하였다. 여기서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이상에서 상세히 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 직접냉각 2단 연속압축 스크류식 진공펌프는, 이송 용적이 서로 다른 1단 흡입스크류와 2단 이송스크류를 분할가공 조립하여 가공성을 향상시키고, 냉각수 및 오일 누설에 대한 펌프의 안전성을 확보함으로써 고가의 매카니컬 시일이 불필요하여 부품비, 조립공수를 획기적으로 절감하여 생산성을 증대시켜주는 뛰어난 효과가 있다.
또한, 스크류부에서 실제 압축열이 발생되는 압축 이송스크류부를 선택적으로 집중 냉각시킴으로써 냉각이 신속하고 효과적으로 이루어지며 냉각수가 절감되고 급수량 조절로 배기온도 조정이 가능한 이점이 있다.
또한, 스크류 압축시 배기부분에서 발생되는 고열의 압축열을 외부의 냉각자켓과 동시에 스크류 내부를 직접 냉각시키므로 배기온도를 현저히 저하시켜 스크류 및 구성부품들의 코팅수명은 물론 베어링의 내구성, 재질의 내식성을 현저히 향상시키고 발화성 가스의 폭발 위험을 방지하는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 스크류부 양측에 샤프트부가 형성되는 한 쌍의 스크류(10), 상기 스크류부가 수용되고 흡입구(31)가 구비되는 압축실(32), 상기 압축실과 연통되는 배기구(33)와 압축실(32) 양측으로 흡기측 지지부(34)와 배기측 지지부(35)를 포함하는 하우징(30) 및 냉각부를 포함하여 구성되는 스크류식 진공펌프에 있어서,
    상기 스크류(10)는
    상기 중공체로 되는 배기측 샤프트부(11);
    상기 배기측 샤프트부(11)에 결합되는 압축 이송스크류부(12)와 상기 압축 이송스크류부 타측으로 흡입스크류부(13)가 결합되기 위한 비중공 결합 샤프트부(15) 및 비중공 흡기측 샤프트부(14)가 연하여 일체로 형성되는 메인로터(10a); 및
    상기 압축 이송스크류부(12)와 연결되도록 상기 결합 샤프트부(15)에 일체로 결합되며 흡입용량을 결정하는 흡입스크류부(13);로 분할형성 조립되어 이루어지며,
    상기 압축 이송스크류(12)는 배기측 샤프트부(11)의 중공부(11S)와 연통되는 냉각 중공부(12S)가 구비되어 다단으로 형성되고,
    상기 배기측 샤프트부(11)에 냉각수관(51)이 인입 설치됨을 특징으로 하는 직접냉각 2단 연속압축 스크류식 진공펌프.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 압축 이송스크류부의 리드(12L)는 흡입스크류부의 리드(13L)보다 작게 형성됨을 특징으로 하는 직접냉각 2단 연속압축 스크류식 진공펌프.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 압축 이송스크류부의 리드(12L)와 흡입스크류부의 리드(13L)는 1.5 : 3.5 또는 2 : 3 비율로 형성되고, 체적비는 이송스크류 1 : 흡입스크류 1.5 비율로 이루어짐을 특징으로 하는 직접냉각 2단 연속압축 스크류식 진공펌프.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 흡입스크류부(13)는 결합 샤프트부에 끼워지는 축공(13a)이 형성되고 밸런스 조정을 위한 중공부(13b)가 형성됨을 특징으로 하는 직접냉각 2단 연속압축 스크류식 진공펌프.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 냉각수관(51)은 그 외경이 배기측 샤프트부의 중공부(11S ) 내경보다 작게 형성되어 그 사이에 출수로(53)가 형성되며, 상기 배기측 샤프트부(11)의 양측으로 돌출되어 냉각수의 방류는 상기 압축 이송스크류부(12)의 배기측 선단에서 이루어지고 열교환된 냉각수의 토출은 배기측 샤프트부 선단(11a)과 하우징의 출수구(36)를 통하여 이루어짐을 특징으로 하는 직접냉각 2단 연속압축 스크류식 진공펌프.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 하우징(30)은 배기측 선단부에 상기 냉각수관(51)으로 연결되는 냉각수 주입니플(55)이 구비되고, 외부에 냉각자켓(38)이 형성되어 상기 하우징의 출수구(36)와 연결됨을 특징으로 하는 직접냉각 2단 연속압축 스크류식 진공펌프.
  8. 삭제
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