KR200143649Y1 - 회전식 압축기용 베인 구멍 덮개 - Google Patents

Abstract

롤링 피스톤 압축기의 베인의 왕복 운동은 섬프로부터 오일을 흡인해서 이 오일을 배출 챔버로부터 나온 가스 내로 배출하는 펌핑 작용을 발생시킬 수 있다.

섬프와 스프링 공동부 사이에 제한된 연통을 제공함으로써, 펌핑되는 오일의 양은 베인을 윤활시키기에 충분한 수준까지 감소될 수 있다.

Description

회전식 압축기용 베인 구멍 덮개

본 고안은 하이-사이드(high-side) 밀폐형 롤링 피스톤 또는 고정 베인 압축 기용의 베인 구멍 덮개에 관한 것이다.

하이 사이드 밀폐형 롤링 피슨톤 또는 고정 베인 압축기에 있어서, 셸과 오일 섬프(sump)의 내부는 배출 압력 상태에 있다. 피스톤, 실린더 또는 크랭크케이스, 및 베인은 펌프 단부 베어링과 모터 단부 베어링 사이에서 펌프 단부 베어링이 통상적으로 오일 섬프와 접촉하고 있는 상태로 위치된다. 베인은 편심 피스톤을 트래킹(tracking)하면서 실린더 내의 슬롯 내에서 왕복 운동한다. 베인의 한 단부가 실린더 내의 슬롯을 통해 공동부 내로 연장되고, 피스톤을 트래킹하면서 슬롯 내에서 왕복 운동하는 동안, 다른 단부는 베인과 피스톤을 접촉 상태로 유지하는 편의력을 제공하는 스프링을 내장한 스프링 챔버 내에서 왕복 운동한다. 5400 내지 7200rpm의 고속에서, 스프링 챔버 내의 베인 운동은 용적식(positive displacement) 오일펌프처럼 거동한다. 오일 펌프로서 베인을 필요로 하든 그렇지 않든 간에, 스프링 챔버와의 유체 연통이 제공되어야 한다. 챔버 용적의 증대의 영향을 받은 트래핑 용적(trapped volume)은 챔버 내의 압력을 감소시킴으로써, 베인을 편의시켜 체적을 증대시키는 성질이 있는 스프링을 저지한다. 트래핑 용적이 오일이나 다른 비압축성 유체를 수용하고 있는 경우에, 그것은 대시포트(dashport)로서 작용하는 성질이 있으며, 스프링에 의해 베인의 스프링 챔버 내로의 이동을 저지하는 작용을 한다.

이러한 문제점들을 회피하기 위해 크랭크케이스를 통과해서 연장되는 스프링 챔버가 사용되고 있다.

축 속도가 90 내지 120㎐ 또는 5400 내지 7200rpm인 가변 속도 회전식 압축기에 있어서 문제점이 관찰되었다. 그 문제점은 윤활 불량에 기인한 것이었다. 투시창(sight glass)을 사용함으로써, 오일이 섬프로부터 펌핑되어 사용 가능한 윤활유의 양이 불충분하게 된다는 사실을 알아내었다. 윤활제의 양이 감소될수록 냉매가 오일을 보다 용이하게 쓸어낼 수 있으므로 베어링은 냉매 슬러그를 인해 더욱 불량 해지기 쉬워진다.

고속 운전 시에 섬프로부터 오일을 펌핑해 내기 위한 기구는 왕복 운동하는 베인이다. 스프링 공동부에 대해서뿐만이 아니라 압축기의 배출 행정에서, 베인은 스프링 편의력과 스프링 챔버 내에서 압축되고 있는 유체의 저항에 대항해서 피스톤에 의해 구동된다. 스프링 공동부에 대해서뿐만이 아니라 압축기의 흡입 행정에서, 베인의 운동은 베인 상으로의 스프링 편의력과 스프링 챔버 내의 압력에 기인한다. 스프링 챔버는 양단부에서 배출 압력에 노출되어 있지만, 급속한 싸이클링(cycling)은 공동 현상을 발생시켜 스프링 챔버로의 도입을 효과적으로 밀봉하고 있는 오일 내로가 아니라, 셸의 내부로 가장 용이하게 배출되는 2상 혼합물을 발생시킨다. 2상 혼합물이 셸의 내부로 배출될 때, 그것은 실린더로부터 소음기를 거쳐 배출되고 있는 압축 냉매와 마주쳐서 비말동반됨으로써, 압축기로부터 시스템 내로 운반된다. 압축기로부터의 오일 손실로 인한 문제점에 부가해서, 과잉 오일의 존재로 인해, 시스템 내에서의 열 전달 과정의 저하가 있다. 본 고안은 셸의 내부와의 자유로운 연통을 유지하고 있는 동안 스프링 챔버와 오일 셤프간의 유체 연통을 제한한다. 그 결과, 압축기로부터 오일이 펌핑되는 것을 회피하면서 베인을 윤활시키기에 충분한 양으로 스프링 챔버 내로 흡인되는 오일을 이용할 수 있다.

본 고안의 목적은 회전식 압축기에 있어서 오일이 펌핑되는 것을 방지하는 것이다.

본 고안의 목적은 모든 운전 속도에서 보다 안전한 플러딩(flooding)을 갖는 것이다.

본 고안의 또 다른 목적은 베인을 통한 오일 펌핑으로 인한 소음과 동력 소모(power draw)를 감소시키는 것이다.

상기 목적 및 이후에 명백하게 될 기타 목적들이 본 고안에 의해 달성된다.

제1도는 수직 롤링 피슨톤 압축기의 크랭크케이스의 단면도.

제2도는 제1도의 크랭크케이스 및 펌프 단부 베어링의 저면도.

제3도는 제2도의 선3-3을 따라 취한 단면도.

제4도는 제2도의 선4-4를 따라 취한 단면도.

제5도는 제3도에 상응하고 추가된 구조를 갖는 단면도.

제6도는 제4도에 상응하고 추가된 구조를 갖는 단면도.

제7도는 제2도의 선7-7을 따라 취한 베인 덮개의 부분 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 압축기 장치 12 : 셸

16-1 : 크랭크케이스 16-2 : 보어

16-3 : 베인 슬롯 16-4 : 스프링 챔버

18 : 편심 수단 20 : 피스톤

22 : 베인 24 : 스프링 수단

26 : 베어링 28 : 오일 섬프

30 : 베인 구멍 덮개 32 : 슬롯

기본적으로, 오일 섬프와 스프링 챔버 사이에 제한된 연통이 제공됨으로써 베인의 펌핑 작용은 주로 셸 내의 고압 냉매에 작용한다. 베인을 윤활시키기에 충분한 연통이 존재한다.

본 고안은 더 충분하게 이해하기 위해서 첨부된 도면과 관련해서 취한 이하의 상세한 설명을 참조하자.

제1도에서, 참조 부호(10)는 셸 또는 케이싱(12)과 흡입 라인(14)을 구비한 고정 베인 또는 롤링 피스톤 압축기를 나타낸다. 크랭크케이스(16)가 셸(12) 내에 고정되며, 그 내부에 축방향 연장 원통형 피스톤 보어(16-1)가 형성되어 있다. 반경 방향 보어(16-2)가 크랭크케이스(16) 내에 형성되어 흡입 라인(14)과 피스톤 보어(16-1)사이에 유체 연통을 제공한다. 피스톤(20)이 편심축(18)의 편심 상에 위치되고 원통형 실린더 보어(16-1)의 벽을 따라 롤링하며 이 벽과 상호 작용해서, 도시된 바와 같이 베인(22)에 의해 흡입 챔버(S)와 압축 챔버(C)로 분리되는 반달형 챔버를 한정한다.

제1도에서 점(A)으로 나타난 축(A-A)은 편심축(18)의 회전축일뿐만 아니라 셸(12)과 보어(16-1)에 대한 중심선이다. 스프링(24)이 스프링 챔버(16-4) 내에 배치되어 베인(22)을 편의시켜 피스톤(18)과 접촉하게 한다. 운전 시에, 피스톤(20)이 보어(16-1)의 벽 둘레로 롤링하는 동안 베인(22)은 피스톤(20)과 겁촉 상태를 유지하면서 왕복 운동한다. 피스톤(20)과 보어(16-1)의 벽간의 접촉선은 배출 행정의 완료 시에, 그 슬롯(16-3)이 보어(16-1) 및 스프링 챔버(16-4) 내로 개방되는 베인(22)에 도달한다. 압축 챔버(C)로부터 펄스 유동 형태로 배출되는 고온 압축 가스는, 하이사이드 회전식 압축기에서 통상적인 (도시되지 않음) 배출구, 소음기, 셸(12)의 내부를 통과해서 배출 라인 밖으로 순착적으로 통과한다. 베인(20)이 피스톤(12)을 트래킹할 때의 그 왕복 운동은 소정 상태 하에서 스프링 챔버(16-4) 내의 유체에 대해 펌핑 효과를 가질 수 있다. 구체적으로, 저속도에서의 첵 밸브 또는 이들의 등가물과 고속도에서의 공동 현상은 펌핑 작용을 발생시킨다. 오일 수준 감소 및 그에 수반되는 윤활의 결핍은 본 고안에 의해 제기되는 특수한 문제이다. 베인(22)이 90 내지 120㎐로 왕복 운동할 때, 흡입 행정은 배출 행정에서와 같이 약 .004 내지 .006초이다. 이러한 급속한 압력 감소는 셸 내로 방출되는 2상 유동을 발생시키며, 이는 2상 유동 중 섬프 내로의 유동에 대한 오일 섬프의 저항 때문이다. 셸 내에서의 2상 유동은 배출 가스에 의해 용이하게 비말동반되어 압축기(10)로부터 시스템내로 운반됨으로써 압축기(10)내의 윤활 문제 가능성을 발생시킨다.

제2도는 제1도의 내부 구조의 저면도로서, 크랭크케이스 또는 실린더(16)에 적절하게 고정된 펌프 단부 베어링(26)을 포함하고 오일 섬프에 노출되어 있는 구조를 도시하고 있다. 베인 구멍 덮개(30)가 실린더(16)의 펌프 베어링 측의 스프링 챔버(16-4) 내에 위치된다. 제3도와 제4도는 오일 섬프와 스프링 챔버(16-4)간의 유체 연통개구를 한정하는 공칭 0.03556cm(0.014 in) 슬롯(32)을 발생시키는 베인 구멍 덮개(30)와 실린더(16) 간의 상호 작용을 도시하고 있다. 제5도는 제3도와 유사하지만, 오일섬프(28) 뿐만 아니라 제1도에 도시된 부품들을 추가해서 도시한 도면이다. 마찬가지로, 제6도는 제4도에 상당하지만 베인(22)과 스프링(24)을 추가해서 도시한 도면이다.

제7도는 제4도 및 제6도에 도시된 베인 구멍 덮개(30)를 도시한 것으로서, 제7도에서 볼 수 있는 바와 같이 좌측을 비단면도로 도시하고 있다. 베인 구멍 덮개(30)는 스프링 강으로 제조되고 하나의 폐쇄 단부를 갖는 대체로 원통형인 형상으로 되는 것이 바람직하다. 두 개의 아암(30-1, 30-2)이, 원통부로부터 외측으로 90°로 굴곡되어 형성됨으로써, 이들이 실린더(16)와 상호 작용해서 베인 구멍 덮개(30)의 스프링 챔버(16-4) 내로의 도입 깊이를 결정한다. 다수의 원주 방향 이격 펀칭 가공 탭(이들 중 30-3 및 30-4가 도시되어 있음)은 덮개(30)를 제 위치에 유지시키는 역할을 한다. 스프링 챔버(16-4) 내에서 베인(22)이 왕복 운동을 할 수 있도록 슬롯(30-5, 30-6)이 덮개(30) 내에 형성된다.

덮개(30)가 존재함으로써 오일 섬프(28)와 스프링 챔버(16-4) 사이의 슬롯(32)을 제한해서 전술한 작동을 변경시킨다. 그 결과, 흡입 행정을 가장 용이하게 한정하기 위한 스프링 챔버(16-4) 내에서의 베인(22)의 운동은 셸로부터 스프링 챔버(16-4) 내로 고압 가스성 냉매를 흡인한다. 일부 오일은 베인(22)을 윤할시키면서 베인(22)에 의한 오일의 펌핑이 급격하게 감소되도록 챔버(16-4) 내로 유동한다.

본 고안은 양호한 실시예가 설명되고 도시되어 있지만, 본 기술 분야에 숙련된 자에게는 다른 변경이 가능할 것이다. 따라서, 본 고안의 범위는 첨부된 특허 청구의 범위에 의해서만 제한되어야 한다.

이상과 같이 본 고안에 의하면, 오일 섬프와 스프링 챔버 사이에 제한된 연통을 제공함으로써, 펌핑되는 오일의 양이 베인을 윤활시키기에 충분한 수준까지 감소될 수 있다.

Claims (3)

1. 셸 내에 위치되고 상기 셸을 오일 섬프(28)와 배출 챔버로 분리하는 크랭크케이스(16)와, 상기 크랭크케이스 내에서 상기 오일 섬프와 상기 배출 챔버 사이에 연장된 스프링 챔버(16-4)와, 상기 크랭크케이스 내의 피스톤 보어(16-1)와, 상기 피스톤 보어 내의 피스톤(20)과, 상기 피스톤을 구동시키는 편심 수단과, 상기 크랭크 케이스 내에서 상기 스프링 챔버와 상기 피스톤 보어 사이에 연장된 베인 슬롯(16-3)과, 상기 베인 슬롯 내의 베인(22)과, 상기 스프링 챔버 내에 위치되고 상기 베인을 편의시켜 상기 피스톤과 트래킹 접촉 상태가 되게 함으로써 상기 베인이 상기 스프링 챔버 내에서 펌핑 작용 상태로 왕복 운동하게 하는 스프링 수단(24)으로 이루어진, 셸(12)을 포함하는 하이-사이드 수직 밀폐형 압축기 장치(10)에 있어서, 상기 오일 섬프와 상기 스프링 챔버간의 유동을 제한함으로써 상기 펌핑 작용은 주로 상기 배출 챔버에 대해 작용하는 유체 제한 수단(30,32)을 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 유체 제한 수단은 상기 오일 섬프로부터 상기 스프링 챔버 내에 삽입되고, 상기 크랭크케이스와 상호 작용하여 상기 제한 수단을 한정하는 슬롯(32)을 한정하는 베인 구멍 덮개(30)인 것을 특징으로 하는 압축기 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 덮개는 상기 스프링 챔버 내에서의 상기 스프링 수단과 상기 베인의 자유 운동을 허용하는 것을 특징으로 하는 압축기 장치.