KR20090010998A - 베인 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기계공학에 관한 것으로, 수력기계, 펌프, 콤프레셔 및 내연기관에 사용될 수 있다.

본 발명의 목적은 간단한 설계, 내구성, 및 작동매체의 고 효율펌핑의 특징을 가지는 새로운 베인 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 베인 장치는 입구포트(2)와 출구포트(3)를 갖는 하우징(1), 및 하우징(1)의 캐버티(4)내에 고정되고, 면판(5)에 의해 형성된 로터를 포함한다. 베인 장치는 면판(5)에 대향한 하우징(1)의 단부면에 편심적으로 고정된 가이드 실린더(7), 및 면판(5)상에 고정되고 면판(5)이 회전할 때 가이드 실린더(7)의 직경방향 면홈들(8)내에서 자유 회전 및 운동하기에 적당하게 형성된 작동 베인들(6)을 더 포함한다. 가이드 실린더(7)는 회전할 수 있고, 직경방향 면홈들(8)을 구비한다. 작동 베인(6)의 회전축의 이심률은 가이드 실린더(7)의 회전축의 이심률과 동일하다. 하우징(1)의 캐버티(4)의 프로파일은 타원형태, 원통형태, 외사이클로이드 형태, 또는 곡면형태이고, 가이드 실린더(7)의 직경은 D > 4e-L인 반면, 작동 베인(6)의 길이는 L ≤ 4e x sin 90°/N이다.

하우징, 캐버티, 로터, 베인, 홈, 실린더, 직경, 길이

Description

베인 장치{Vane machine}

본 발명은 기계공학에 관한 것으로, 수력기계, 펌프, 콤프레셔 및 내연기관에 사용될 수 있다.

흡입포트와 배출포트를 구비한 배럴이 내부에 고정된 하우징을 포함하는 한 베인 펌프가 공지되어 있다(2004년 09월 10일 공고된 국제분류 F04C 2/344의 러시아 실용신안등록 RU 40466호). 배럴의 내부 캐버티는 클로져들(Closers)과 상호 작용하는 베인들(Vanes)이 고정된 방사상 홈을 갖는 로터를 구비한다.

이 베인 펌프는 작동매체의 펌핑이 비효율적일 뿐만 아니라, 구조적으로 복잡하고, 많은 마찰 우력들(Friction couples) 때문에 신뢰성이 낮은 단점이 있다.

스테이터 캐버티에 편심적으로 고정된 로터를 포함하는 다른 베인 장치가 공지되어 있다(1994년 04월 15일 공고된 국제분류 F04C 2/344의 러시아 특허 RU 2011013호). 이동 베인들은 로터의 방사상홈들에 고정되어, 로터내의 보어에 수용된 원통형 가이드 부재상에 받쳐져 있다.

이 베인 장치는 구조적으로 복잡하고, 이동 베인들이 과도하게 마모되고, 작동매체의 펌핑이 비효율적인 단점에 있다.

내부에 캐버티를 형성하고 입구포트와 출구포트를 구비하는 하우징, 캐버티 내에 편심 고정된 로터, 및 로터를 통해 직경방향으로 연장되어 캐버티의 벽들에 맞물려 복수 개의 작동쳄버로 구획하는 베인들을 포함하는 또 다른 펌프가 공지되어 있다(1941년 10월 28일 공고된 F04C 2/344의 미국 특허 2,260,888 A). 캐버티의 단면은 공통중심의 아르키메디안 스파이럴(Archimedean spiral)의 보부분들(Complementary portions)인 두 개의 인접 곡선부와 다른 반경을 갖는 원의 두 아치의 조합이다. 여기서, 각각의 아치는 원의 절반보다 작다. 두 개의 인접 곡선부의 단부들은 상기 원의 아치들과 교차점에서 그들과 접선으로 위치한다. 블레이드들의 각각은, 더 적은 반경의 원의 아치에 맞춰져 일정한 각속도로 회전하는 로터를 통해, 슬라이딩하면서 캐버티의 비원형 부분상으로 주행함에 따라 일정한 속도로 이동한다. 로터내에 고정된 펌프의 각각의 블레이드는 로터의 축에 관해 세로로 자유로히 이동할 수 있다. 세로 이동거리는 세 개의 변수, 즉, 블레이드의 표면홈 공간, 하우징의 내부 캐버티의 축에 관한 로터축의 이심률(Eccentricity), 및 하우징 캐버티의 단면의 형태에 의해 제한된다. 블레이드 단부들의 이동 궤도는 펌프내의 하우징 캐버티의 단면 형태에 의해 정해진다.

이 펌프 역시 구조적으로 복잡하고, 이동 베인들이 과도하게 마모되고, 작동매체의 펌핑이 비효율적인 단점을 나타낸다.

구성 및 기술적인 효과에 있어서 매우 근접한 선행기술로 보여지는 회전장치는 1945년 04월 17일 공고된 F04C 2/344의 미국특허 2,373,656 A에 개시되어 있다. 이 회전장치는 스테이터와 로터를 포함한다. 스테이터는 원통형 하우징을 구비하고, 하우징의 내부면은 벽이 세로 아치형 요부를 구비한 부분을 제외하고는 심장형 단면을 가진다. 로터는 원통형 셔틀(Shuttle)과 블레이드를 포함하고, 셔틀은 하우징내에서의 회전에 적합하게 되어 일부가 요부에 수용되어 있다. 셔틀은, 내부에 블레이드가 횡단이동을 위해 고정된 세로의 직경방향 슬롯을 구비한다. 블레이드는 셔틀이 회전할 때 그 에지가 하우징의 내부면과 맞물리는 길이를 갖는다. 하우징은 요부의 양 사이드에서 블레이드의 두께와 동일한 폭을 갖는 입구포트와 출구포트를 구비한다. 또, 회전장치는 블레이드의 이동을 제어하여 블레이드의 에지가 하우징의 내부면을 스윕(Sweep)하도록 하는 제어수단을 구비한다. 제어수단은 셔틀으로부터 독립되어 있다. 이러한 회전장치는 여전히 작동매체의 펌핑이 비효율적인 단점이 있다. 이 회전장치의 또 다른 단점은 작동 베인의 두께에 의해 제한된 입구 및 출구포트의 제한된 폭과 하우징의 내부면의 심장형 단면 때문에, 사용 범위가 좁다는 것이다.

본 발명의 목적은, 작동매체의 고효율 펌핑이 가능하고 사용 범위가 넓은 새로운 설계의 베인 장치를 제공하는 데 있다.

상술한 본 발명의 목적은, 입구포트와 출구포트를 갖는 하우징; 하우징의 캐버티내에 고정되고, 면판을 구비하는 로터; 면판에 대향한 하우징의 단부면에 편심적으로 고정되고, 회전할 수 있고, 면판의 측면에서 오픈된 직경방향 면홈을 구비하는 가이드 실린더; 및, 면판상에 고정되고, 면판이 회전할 때 가이드 실린더의 면홈내에서 자유 회전 및 운동할 수 있는 작동 베인;을 포함하며, 작동 베인의 회전축의 이심률은 가이드 실린더의 회전축의 이심률과 동일한 베인 장치를 제공하는 것에 의해 달성된다. 본 발명에 따르면, 각각 크기가 동일한 복수 개의 작동 베인과 복수 개의 면홈이 제공되고, 하우징 캐버티의 프로파일은 타원형태, 원통형태, 외사이클로이드 형태(Epicycloidal shape), 및 곡면형태 중의 하나이고, 가이드 실린더의 직경(D)은 D > 4e-L(여기서, e는 가이드 실린더의 축의 이심률이고, L은 상기 작동 베인의 길이), 작동 베인의 길이(L)는 L ≤ 4e x sin 90°/N(여기서, N은 작동 베인의 갯수)인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 베인 장치에 따르면, 면판은 하우징 캐버티의 축과 동축일 수 있다.

본 발명의 베인 장치에 따르면, 면판은 하우징 캐버티의 축과 편심일 수 있다.

길이가 L ≤ 4e x sin 90°/N이고 크기가 동일한 복수 개의 작동 베인을 제공하고, 크기가 동일한 복수 개의 홈을 직경이 D > 4e-L인 가이드 실린더내에 제공하는 것은 본 발명에 따른 베인 장치에서 작동매체의 고효율 펌핑을 가능하게 한다.

하우징 캐버티의 축에 관한 면판의 동축 또는 편심 고정 뿐 아니라, 하우징 캐버티의 타원, 원통, 외사이클로이드, 또는 곡면 프로파일은 본 발명에 따른 베인 장치의 사용 범위를 넓히도록 한다. 하우징 캐버티의 형태 및 하우징 캐버티의 축에 관한 면판의 정위는 수력기계, 여러가지 작동매체를 펌핑하기 위한 펌프, 공기 콤프레셔 및 내연기계에 사용하기 위해 적당하게 선택될 수 있다.

상술한 장점은 선행기술과 비교하여 본 발명을 현저히 구별하게 한다.

본 발명의 특허출원은 첨부된 다음 도면들에 의해 예시된다.

도 1은 본 발명에 따른 베인 장치의 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 베인 장치의 측면도이다.

베인 장치는 입구포트(2) 와 출구포트(3)를 갖는 하우징(1), 하우징(1)의 캐버티(4)내에 고정되고, 면판(5)에 의해 형성된 로터, 면판(5)에 대향한 하우징(1)의 단부면에 편심적으로 고정된 가이드 실린더(7), 및, 면판(5)상에 고정되고 면판(5)이 회전할 때 가이드 실린더(7)의 직경방향 면홈(8)내에서 자유 회전 및 운동하기에 적당하게 형성된 작동 베인(6)을 포함한다. 가이드 실린더(7)는 회전할 수 있고, 면판(5)의 측면에서 오픈된 직경방향 면홈(8)을 구비한다. 작동 베인(6)의 회전축의 이심률(Eccentricity)은 가이드 실린더(7)의 회전축의 이심률과 동일하다. 각각 크기가 동일한 복수 개의 작동 베인(6)과 복수 개의 면홈(8)이 제공되고, 하우징(1)의 캐버티(4)의 프로파일은 타원형태, 원통형태, 외사이클로이드 형태(Epicycloidal shape), 또는 곡면형태이고, 가이드 실린더(7)의 직경은 D > 4e-L인 반면, 작동 베인(6)의 길이는 L ≤ 4e x sin 90°/N이다.

이러한 본 발명의 베인 장치에 따르면, 면판(5)은 하우징(1)의 캐버티(4)의 축과 동축으로 고정될 수 있다.

본 발명의 베인 장치에 따르면, 면판(5)은 하우징(1)의 캐버티(4)의 축과 편심적으로 고정될 수 있다.

본 발명의 베인 장치는 아래에서 서술한 바와 같이 동작한다.

면판(5)이 회전할 때, 작동 베인들(6)은 가이드 실린더(7)의 직경방향 면홈(8)들 내에서 이동함과 함께 하우징(1)의 작동 캐버티(4)내에서 회전한다. 이때, 입구포트(2)의 영역에는 진공이 발생된다. 그러므로, 입구포트(2)를 통해 들어오는 작동매체는 작동 베인들(6)에 의해 포획되어, 과압상태에서 하우징(1)의 작동 캐버티(4)를 통해 출구포트(3)로 이동된다.

작동베인들(6)이 가이드 실린더(7)의 면홈들(8)내에서 점진적으로 이동할 때, 작동베인들(6)의 단부들은 가이드 실린더(7)의 회전중심과 가장 가까운 두 개의 작동 베인들(6)의 중심이 가이드 실린더(7)의 회전중심으로부터 등거리에 있을 때 서로에 대해 가장 가까워 진다. 이외의 위치에서는 작동베인들의 단부들 사이의 거리는 더 길게 될 것이다.

가이드 실린더의 홈들내에서의 작동 베인들(6)의 단부들의 상호작용을 피하기 위해서는 작동 베인(6)의 길이는 다음 관계: L ≤ 4e x sin 90°/N를 충족해야 한다. 이와 동시에, 가이드 실린더(7)의 직경은 다음 관계: D > 4e-L에 따라야 한다. 만일 이 관계가 지켜지지 않으면, 가이드 실린더(7)로부터 가장 멀리 위치한 작동 베인(6)의 단부는 가이드 실린더(7)의 상응하는 면홈(8)과 맞물리지 않게 되고, 본 발명에 따른 베인 장치는 동작하지 않게 된다.

실험적으로 얻어진 상술한 관계들은 작동매체의 고효율 펌핑을 보장한다.

이것은 본 발명에 따른 베인장치를 선행기술과 비교하여 구별되는 특징들이며, 이에 따라, 신규성이 확보될 수 있다.

이와 같이 선행기술과 구별되는 특징은, 간단한 설계와 넓은 사용범위를 갖는 새로운 베인 장치를 제공함과 함께 작동 매체의 펌핑효율을 높이는 긍정적인 효과를 제공한다.

본 발명의 베인 장치는, 기계공학 분야, 특히, 수력기계, 펌프, 콤프레셔 및 내연기관에 사용될 수 있기 때문에, 산업상 적용이 가능하다.

Claims (3)

1. 입구포트와 출구포트를 갖는 하우징; 상기 하우징의 캐버티내에 고정되고, 면판을 구비하는 로터; 상기 면판에 대향한 상기 하우징의 단부면에 편심적으로 고정되고, 회전할 수 있고, 상기 면판의 측면에서 오픈된 직경방향 면홈을 구비하는 가이드 실린더; 및, 상기 면판상에 고정되고, 상기 면판이 회전할 때 상기 가이드 실린더의 상기 면홈내에서 자유 회전 및 운동할 수 있는 작동 베인;을 포함하며, 상기 작동 베인의 회전축의 이심률은 상기 가이드 실린더의 회전축의 이심률과 동일한 베인 장치에 있어서,

   각각 크기가 동일한 복수 개의 작동 베인과 복수 개의 면홈이 제공되고,

   상기 하우징 캐버티의 프로파일은 타원형태, 원통형태, 외사이클로이드 형태, 및 곡면형태 중의 하나이고,

   상기 가이드 실린더의 직경은 D > 4e-L(여기서, e는 상기 가이드 실린더의 상기 축의 이심률이고, L은 상기 작동 베인의 길이), 상기 작동 베인의 길이는 L ≤ 4e x sin 90°/N(여기서, N은 작동 베인의 갯 수)인 것을 특징으로 하는 베인 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 면판은 상기 하우징 캐버티의 축과 동축인 것을 특징으로 하는 베인 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 면판은 상기 하우징 캐버티의 축과 편심된 것을 특징으로 하는 베인 장치.

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