KR20010042143A - 스크루로터형 웨트진공펌프 - Google Patents

Abstract

스크루로터(17)의 나선시일선이 흡입구(15)를 차단한 위치로부터 토출포트(24)를 열기 시작하는 직전위치까지 사이에, 밀어넣기실(20)에 연통하는 봉입수의 자급관로(26)를 설치한다. 혹은, 흡입구(15)에 접속한 관로에, -380mmHg 보다 낮아졌을 때에 열리는 개폐밸브(V)를 설치한다.

Description

스크루로터형 웨트진공펌프{SCREW ROTOR TYPE WET VACUUM PUMP}

스크루로터형식의 진공펌프는 기체의 감압, 가스의 흡인, 배제, 분립상체나 점성체의 공기수송 등 다용도에 걸쳐서 광범위한 분야에 이용되고 있다.

도 8은 진공펌프의 이용예를 도시하는 진흙회수장치의 설명용 약도이고, 진흙회수용의 호퍼(1)내에 개구하는 진흙흡인관(2)의 선단에 진흙회수용의 호퍼(1)의 외부에 돌출하는 플랜지(3)를 설치하고, 플랜지(3)에 진흙흡인용의 호스(4)를 접속한다.

진흙회수용의 호퍼(1)의 상부벽에, 세퍼레이터(5)의 내관(6)에 연결되는 관로(7)를 설치하고, 세퍼레이터(5)의 상방에 설치되는 가스배출관(8)을 진공펌프(A)의 흡입구에 접속하고, 진공펌프(A)의 토출측을 소음기(9)를 경유하여 배출관(10)에 접속한다.

진공펌프(A)를 운전하여 세퍼레이터(5) 및 진흙회수용의 호퍼(1)의 압력을 저하하여, 작업자가 진흙흡인관(2)의 선단을 진흙에 대면, 진흙과 함께 흡인된 공기가 진흙흡인관(2)을 통과하여 진흙회수용의 호퍼(1)의 천정에 충돌하여 튀어서 되돌아오는 과정에서, 진흙과 공기와의 1차 분리가 행해진다.

중량이 무거운 진흙은 낙하하여 진흙회수용의 호퍼(1)의 하벽에 퇴적하여, 공기는 관로(7)를 통과하여 세퍼레이터(5)의 내관(6)을 하강하고, 세퍼레이터(5)내에 저류된 액체를 통과할 때에 진흙과 공기와의 2차 분리가 행해진다.

즉, 공기중에 포함되어 있었던 진흙은 액체에 붙들러지고, 공기만이 내관(6)의 외측을 상승하여 가스배출관(8)으로 흐른다. 가스배출관(8)에 유입한 공기는 진공펌프(A)에 흡인되고, 진공펌프(A)의 토출구로부터 소음기(9)에 배출되고, 소음기(9)로부터 배출관(10)을 통과하여 대기에 방출된다.

이상과 같이, 진공펌프를 이용하여 진흙을 회수하는 경우에, 진흙과 공기와의 2차 분리를 행하더라도, 공기중에 포함되어 있는 분진이나 자갈과 같은 이물질이 약간이나마 잔존하고 있으므로, 이 공기를 흡인하는 진공펌프의 시일부가 이물질에 의하여 손상할 염려가 있다.

스크루로터형의 진공펌프(A)의 구조는, 도 6의 종단면도에 도시하는 바와 같이, 펌프의 케이싱(11)이 내통부(12a)를 갖는 주케이싱(12)과 내통부(12a)의 우단부를 폐쇄하는 기어케이스(13)와 내통부(12a)의 좌단부를 폐쇄하는 사이드케이스(14)에 의하여 구성된다.

주케이싱(12)에는 내통부(12a)에 연결되는 흡입구(15)가 설치되고, 사이드케이스(14)에는 내통부(12a)에 토출구(16)가 설치된다.

케이싱(11)의 내부에 수용되는 한쌍의 스크루로터(17)(도 6에는 그의 한쪽을 도시)는, 나사부(17a)와, 나사부(17a)의 양측에 설치되는 축부(17b)로 구성되고, 나사부(17a)의 직각단면형상은 쿠인비곡선, 원호, 유사 아르키메데스곡선으로 구성된다.

축부(17b)는 사이드케이스(14)에 설치되는 고정측 베어링(18)과, 주케이싱(12)내에 설치되는 팽창측 베어링(19)에 회전가능하게 지지된다.

한쌍의 스크루로터(17)의 나사부(17a)의 맞물림의 시일선과, 주케이싱(12)의 내통부(12a)에 의하여 그 내측에 밀어넣기실(20)이 형성된다.

축부(17b)에 고착된 기어(21)가 상호 맞물고, 한쌍의 스크루로터(17)가 각각 반대방향으로 동속도로 회전하면, 주케이싱(12)의 흡입구(15)로부터 밀어넣기실(20)에 흡인된 유체가 밀어넣기실(20)이 토출구(16)에 이동하였을 때에 토출구(16)로부터 송출된다.

진공펌프의 구동력을 저감할 목적으로, 토출구(16)를 죄는 토출포트(24)(도 2 참조)를 설치하므로서, 흡인한 유체를 약 1/1.6로 압축한 후에 방출한다.

도 7은 압력을 세로축에 취하고, 체적을 가로축에 취한 P-V 선도이고, 1단 루츠형 진공펌프나 단열압축공정을 갖지 않는 구조의 스크루로터형 진공펌프의 작업량은 A, B, C, D의 면적으로 표시되는데 대하여 상기와 같이 단열압축공정을 갖는 펌프에서는 A, B, E, D의 면적으로 되고, 사선으로 표시하는 △E의 면적분의 에너지가 절약될 수 있다.

단열압축공정을 갖는 진공펌프에서는, 발열에 의한 열팽창으로 스크루로터(17)와 케이싱(11)의 접촉이 일어나는 것을 방지하기 위하여, 흡입구에 발생한 진공압에 으하여 봉입수를 자급시켜서 발열방지하는 웨트식으로 할 필요가 있다.

그러나, 흡입구(15)로부터 흡입한 유체의 흐름이 스크루홈에 따라 축방향으로 이동하는 흐름으로 되고, 압축된 유체는 마치 수철포의 원리로 토출측의 축봉부(22)(도 6 참조)에 내뿜게 된다.

압축압력을 받은 축봉부(22)에는, 도 9에 도시하는 바와 같이, 축부(17b)를 체결하는 힘이 증대하므로 축봉부(22)의 부담이 증가하지만, 축봉부(22)에 내뿜어지는 유체가 불순물(분진이나 자갈과 같은 이물질)을 포함하지 않는 클린인 것이면, 축뵤ㅗㅇ부(22)의 수명에 큰 문제는 없다.

그러나, 유체가 분진이나 자갈과 같은 이물질을 포함하는 경우에는, 축봉부(22)의 수면이 단명으로 되고, 손상한 축봉부(22)로부터 봉입수가 누설되어 축봉부(22)의 근방의 고정측 베어링(18)에 흐르므로, 고정측 베어링(18)에 충전된 그리스의 윤활기능이 상실되고, 더욱더, 분진이나 자갈과 같은 이물질이 부착하므로 고정측 베어링(18)의 파손을 유인한다.

고정측 베어링(18)의 파손을 방지하기 위하여, 도 10에 도시하는 바와 같이, 축부(17b)에 슬링거(slinger)(23)를 고정하여, 스크루로터(17)와 함께 회전하는 슬링거(23)로 축봉부(22)를 누설한 봉입수를 뿌리치고 케이싱(11) 밖으로 방출하는 방법이 있지만, 진공펌프의 주위에 봉입수를 산포하여 현장을 더럽히는 문제와 봉입수를 절약하기 위하여 순환사용하는 경우에, 봉입수 부족을 일으키는 등의 문제가 있다.

본 발명은, 대기압 상태에서 흡인을 개시하여 유체를 거의 1/2로 압축한 경우, 대기압에서 -380mmHg 까지는, 토출단측에서 압축압은 플러스 상태이지만, -380mmHg 보다 낮은 진공도에서는 토출단측의 압축압은 마이너스 압으로 되므로, 봉입수는 축봉부(22)로부터 압출되는 것이 아니고, 역으로 흡인작용이 일어나는 것을 이용함과 동시에 흡인압이 -380mmHg 보다 높은 경우에는 봉입수가 없더라도 로터접촉은 생기지 않는 것을 발견하여, 그의 현상을 이용하여 상기의 과제를 해결하는 것이다.

본 발명은 용적형인 스크루로터형식의 진공펌프에 관한 것이고, 상세하게는, 회전구동의 동력을 절감하기 위하여 설치한 단열압축공정에 의하여 생기는 발열의 열팽창으로 로터와 케이싱과의 접촉하는 문제를 방지하기 위하여 흡입측으로부터 봉입수를 자급시키는 웨트식 진공펌프에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예를 설명하는 스크루로터형 웨트진공펌프의 정면도(약도)이다.

도 2는 사이드케이스의 토출포트의 정면도이다.

도 3은 밀어넣기실과 토출포트의 관계를 설명하는 도면이다.

도 4는 흡입압력과 토출직전의 압력과의 관계를 설명하는 도면이다.

도 5는 제 2 실시예의 개폐밸브의 일예를 도시하는 종단면도이다.

도 6은 진공펌프의 종단면도이다.

도 7은 단열압축되는 유체의 P-V 선도이다.

도 8은 진공펌프의 흡인구에 이물질을 포함하는 유체가 흡인되는 예를 도시하는 진흙회수장치의 도면이다.

도 9는 진공펌프의 축봉부의 종단면도이다.

도 10은 진공펌프의 슬링거 및 그 주변의 종단면도이다.

(발명의 개시)

이와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 스크루로터형 웨트진공펌프는,

직각단면형상의 쿠인비곡선, 원호, 유사 아르키메데스 곡선으로 이루어지는 스크루로터를 맞물리게 하여 케이싱의 내통부에 수용하고, 상기 스크루로터의 회전에 의하여 케이싱의 흡입구로부터 흡인된 유체의 밀폐된 용적이 약 1/1.6로 압축될 때에 토출포트가 열리도록 한 스크루로터형 진공펌프에 있어서,

상기 케이싱에 나선시일선이 흡입측을 차단하는 위치로부터 상기 토출포트가 열리기 시작하는 직전 위치까지의 밀어넣기실에 연통하는 봉입수의 자급관로를 접속하는 것을 특징으로 한다. 혹은 그 진공펌프의 흡입구에 봉입수의 자급관로를 접속하고, 그 자급관로에 봉입수 자급흡입압이 -380mmHg 보다 낮게 되었을 때에 열리는 개폐밸브를 설치한 것을 특징으로 하는 것이다.

(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)

이하, 발명의 실시형태의 구체예를 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예를 설명하는 스크루로터형 웨트진공펌프의 정면도(약도), 도 2는 사이드케이스의 토출포트의 정면도, 도 3은 밀어넣기실과 토출포트의 관계를 설명하는 도면, 도 4는 흡입압력과 토출직전의 압력과의 관계를 설명하는 도면, 도 5는 개페밸브의 종단면도이다.

본 발명에 대하여 우선 도 3부터 설명한다.

도 3은 내통부(12a) 및 밀어넣기실(20)을 평면상으로 표현한 도면이고, 내통부(12a)의 우단부분에 흡입구(15)가 있고, 좌단의 종선(L)의 중앙부에 사이드케이스(14)의 토출포트(24)가 있다.

밀어넣기실(20)은 스크루로터(17)의 2개의 시일선(17c, 17d) 사이에 형성되고, 스크루로터(17)의 회전에 의하여 도 3의 우측에서 좌측으로 이동한다.

밀어넣기실(20)은 우측의 시일선(17c)이 흡입구(15)에 포개지는 실선위치에 있을 때에는 밀어넣기실(20)이 흡입구(15)에 연통하여 있고, 비압축상태에 있고, 우축의 시일선(17c)이 좌측으로 이동하여 흡입구(15)로부터 떨어지면, 밀어넣기실(20)은 흡입구(15)로부터 차단된다.

밀어넣기실(20)이 좌로 이동함에 따라 밀어넣기실(20)내의 유체가 압축되고, 좌측의 시일선(17d)이 토출포트(24)와 포개어졌을 때 용적을 1/1.6로 압축된 유체가 토출포트(24)(도 2 참조)를 통과하여 사이드케이스(14)의 토출구(16)로 이송된다.

도 4는 밀어넣기실(20)내의 유체의 용적을 1/1.6로 단열압축한 경우에 있어서 흡입구(15)의 유체압력과 토출포트(24)의 유체압력과의 관계를 도시하는 도면이고, 가로축은 흡입구(15)의 유체압력, 세로축은 토출포트(24)의 유체압력이다.

흡입측에서 대기압(760Torr)과 사선과의 교점은, 유체가 1㎏/㎠로 되는 것을 도시하고 있다.

같은 모양으로 흡입측에서 380Torr이었던 유체는 토출측에서 0㎏/㎠로 되고, 흡입측에서 60Torr이었던 유체는 토출측에서 -640Torr로 되는 것을 나타낸다.

따라서, 이 사실은 흡입압력이 380Torr(-380mmHg) 보다 낮은 압력의 경우는 밀어넣기실(20)내의 유체압력은 항상 부압이고, 봉입수를 흡인시키면, 압축단에서 봉입수를 뿜는 일은 없는 것을 의미한다.

더욱더 형편이 좋은 것은 흡입압력이 380Torr 보다 높은 경우에는, 봉입수가 없더라도 케이싱(11)으로부터의 방열만으로 스크루로터(17)의 접촉은 일어나지 않음을 알게 되었다.

따라서, 흡입압력이 380Torr 부근(380Torr 이하)일 때에 봉입수를 흡인시키는 방법으로서는, 다음의 두가지 방법이 있다.

(1) 케이싱(11)에 연통하는 봉입수관로에, 흡입압력이 380Torr 이하로 스프링 작용으로 개변하는 봉입수 밸브를 설치한다.

(2) 시일선(17c, 17d)을 이용하여 흡입구(15)와 차단된 밀어넣기실(20)이 토출측으로 이동하여, 토출포트(24)에 연통하는 직전의 위치에 봉입수 자급관로를 설치하면 밀어넣기실(20)이 정압일 때에는 봉입수는 흡인되지 않고, 밀어넣기실(20)이 부압으로 되었을 때에 봉입수가 흡인된다. 마치 (1)의 봉입수밸브와 같은 작용을 하는 것으로 된다.

본 발명은, 상기의 (2)를 응용한 것을 제 1 실시예로 하고, (1)을 응용한 것을 제 2 실시예로 하고, 그 내용을 이하에 설명한다.

본 발명의 제 1 실시예는 밀페실(20)이 흡입구(15)로부터 차단되어, 토출포트(24)에 연통하는 직전의 위치까지 사이에서, 유체의 용적이 약 1/1.6로 되는 위치에, 케이싱(11)의 내통부(12a)에 통하는 입구구멍(25)을 설치하고, 입구구멍(25)에 봉입수의 자급관로(26)의 일단을 접속하고, 봉입수의 자급관로(26)의 타단을 봉입수 탱크(27)의 내부에 개구한다(도 1 참조).

봉입수 탱크(27)의 내부에는, 개폐밸브(29)가 달린 보급수관로(28)로부터 봉입수가 공급되어, 봉입수 탱크(27)의 측벽에 오버플로용의 개구(30)를 설치한다.

따라서, 봉입수 탱크(27)내의 봉입수가 가압되는 일은 없다.

이와 같은 구성에 의하여 밀페실(20)의 유체는 약 1/1.6로 단열압축되었을 때의 유체압력이 대기압보다 높은 경우에는 봉입수가 공급되는 일은 없고, 대기압보다 낮은 경우에만, 봉입수가 공급되므로, 봉입수가 축봉부(22)를 통하여 외부로 누설되는 일은 없고, 축봉부(22) 및 고정측 베어링(18)이 보호된다.

본 발명의 제 2 실시예는, 케이싱(11)의 흡입측에 설치한 관통구멍에 자급관로(도시하지 않음)을 접속하고, 이 자급관로에 흡입압이 약 380Torr 이하일 때에 봉입수를 흡인시키는 개폐밸브(V)를 설치하는 것이다.

도 5는 개폐밸브(V)의 일예를 도시하는 종단면도이고, 밸브본체(31)의 내부에 소경구멍(32)과 대경구멍(33)을 동일축심상에 배열설치하고, 소경구멍(32) 및 대경구멍(33)을 폐쇄하는 덮개(34) 및 (35)을 설치한다.

밸브본체(31)에는, 소경구멍(32)에 교차하는 연통구멍(36)과, 대경구멍에 교차하는 상호 상대하는 한쌍의 연락구멍(37, 38)과 대경구멍에 교차하고 상호 상대하는 한쌍의 봉입수용 구멍(39, 40)이 설치되고, 덮개(34)에 관통구멍(41)이 설치된다.

연통구멍(36) 및 연락구멍(37)에 접속되는 T형의 관커플링(42)에 진공펌프의 흡입측에 연통하는 관로(도시하지 않음)을 접속하고, 연락구멍(38)과 관통구멍(41)은 관로(43)에 의하여 연결된다.

봉입수용구멍(39)은 봉입수공급용 탱크(도시하지 않음)에 연결되는 관로가 설치되고, 봉입수용구멍(40)은 진공펌프의 흡입측에 연통하는 관로(도시하지 않음)가 접속한다.

밸브본체(31)의 내부에 삽입되는 스풀(44)은 소경구멍(32)에 끼워넣어지는 소경밸브(45)와, 대경구멍(33)에 끼워넣어지는 대경밸브(46, 47)가 설치되고, 소경밸브(45)와 덮개(34)와의 사이에 스프링(48)이 삽입된다.

이상과 같이 구성된 개폐밸브(V)는 스프링(48)에 눌러진 스풀(44)이 도 5에 있어서 우측으로 이동하고, 대경밸브부(47)가 봉입수용구멍(39, 40)을 폐쇄하고 있지만, 진공펌프의 흡입압이 -380mmHg 이하로 되면, 이 흡입압이 T형의 관커플링(42)을 통하여 소경구멍(32)에 전달하고, 소경밸브부(45)와 대경밸브부(46)와의 수압면적의 차로부터 스풀(44)은 스프링(48)에 맞서서 좌측으로 이동한다.

스풀(44)의 좌측이동에 의하여 대경밸브(46)가 연락구멍(37, 38)을 열고, 진공펌프의 흡입압이 연락구멍(37, 38) 및 관로(43)를 경유하여 소경구멍(32)에 전달되고, 스풀(44)은 덮개(34)에 당접하기까지 좌측으로 이동하고, 대경밸브(47)가 보입수용구멍(39, 40)을 열므로, 봉입수가 진공펌프의 흡입구에 유입한다.

진공펌프의 흡입압이 -380mmHg 이상으로 되면, 스풀(44)이 우측으로 이동하여 대경밸브부(97)가 봉입수용구멍(39, 40)을 폐쇄하고, 봉입수가 진공펌프의 흡입구에 흐르지 않는다.

이상과 같이 하여, 봉입수의 공급은 -380mmHg에 의하여 제어된다.

본 발명은 이상 설명한 바와 같이 구성되어 있으므로 하기와 같은 효과를 이룬다.

(1) 진공펌프의 흡입압이 -380mmHg 보다 높을 때에는 봉입수를 공급하지 않더라도 스크루로터에 늘어붙음 사고는 생기지 않지만, 이 상태에서는, 봉입수의 자급이 자동적으로 정지한다.

(2) 진공펌프의 흡입압이 -380mmHg 보다 낮을 때에는 봉입수가 자동적으로 자급되므로 스크루로터의 늘어붙음사고가 방지된다.

(3) 진공펌프의 흡입압이 -380mmHg 보다 낮을 때에는, 밀어넣기실내의 압축된 유체가 봉입수와 함께 시일부를 직격하여 시일부를 파손하거나 시일부를 통과하는 봉입수나 유체가 베어링을 손상시키는 종래의 문제가 해결한다.

Claims (2)

1. 직각단면형상이 쿠인비곡선, 원호, 유사 아르키메데스 곡선으로 이루어지는 스크루로터를 맞물리게 하여 케이싱의 내통부에 수용하고, 상기 스크루로터의 회전에 의하여 케이싱의 흡입구로부터 흡인된 유체의 밀어넣기실 용적이 약 1/1.6로 압축될 때에 토출포트가 열리도록 한 스크루로터형 진공펌프에 있어서,

   상기 케이싱에 나선시일선이 흡입측을 차단하는 위치로부터 상기 토출포트가 열리기 시작하는 직전위치까지의 밀어넣기실에 연통하는 봉입수의 자급관로를 접속한 것을 특징으로 하는 스크루로터형 웨트진공펌프.
2. 직각단면형상이 쿠인비곡선, 원호, 유사 아르키메데스 곡선으로 이루어지는 스크루로터를 맞물리게 하여 케이싱의 내통부에 수용하고, 상기 스크루로터의 회전에 의하여 케이싱의 흡입구로부터 흡인된 유체의 밀어넣기실 용적이 약 1/1.6로 압축될 때에 토출포트가 열리도록 한 스크루로터형 진공펌프에 있어서,

   그 진공펌프의 흡입구에 봉입수의 자급관로를 접속하고, 그 자급관로에 봉입수 자급 흡입압이 -380mmHg 보다 낮게 되었을 때에 열리는 개폐밸브를 설치한 것을 특징으로 하는 스크루로터형 웨트진공펌프.