KR940001626B1

KR940001626B1 - 로터리 압축기

Info

Publication number: KR940001626B1
Application number: KR1019900005798A
Authority: KR
Inventors: 유끼오 세리자와; 고이찌 세끼구찌; 유끼찌 나까다
Original assignee: 가부시끼가이샤 히다찌세이사꾸쇼; 미다 가쓰시게
Priority date: 1989-04-27
Filing date: 1990-04-25
Publication date: 1994-02-28
Also published as: KR900016616A; JP2628747B2; JPH02286893A

Abstract

내용 없음.

Description

로터리 압축기

제1도는 본 발명의 1실시예에 의한 로터리 압축기의 압축기구를 도시한 단면도.

제2도는 제1도의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 확대단면도.

제3도는 롤링피스톤과 크랭크축을 끼워맞추는 일예를 도시한 설명도.

제4도는 부 베어링의 일예를 도시한 단면도.

제5도는 크랭크축의 변형예를 도시한 설명도.

제6a도 및 제6b도는 본 발명의 압축기에서의 압력변동을 도시한 특성도.

제7도는 종래의 로터리 압축기의 종단면도.

제8도는 제7도에 도시한 압축기구의 단면도.

제9도는 제8도의 Ⅸ-Ⅸ선에 따른 단면도.

제10도는 제8도에 도시한 압축기구의 동작을 설명하기 위한 확대단면도.

제11a도∼제11d도는 스러스트면과 오일홈의 위치관계를 도시한 도면.

제12도는 제7도에 도시한 압축기에서의 오일홈의 열림면적의 변화를 도시한 특성도.

제13a도 및 제13b도는 제7도에 도시한 압축기에서의 압력변동을 설명하는 특성도.

본 발명은 일반적으로 로터리 압축기에 관한 것으로, 특히 공기조화기등에 사용되며 또한 고속동작에 대해서 내구성을 개선한 밀폐용기형 로터리 압축기에 관한 것이다.

본 발명에 관련된 종래기술에 대해서 제7도∼제14도를 참조해서 설명한다.

제7도에 도시한 로터리 압축기에 있어서, 전동기(1)과 압축기구(2)는 밀폐용기(14)에 수납되며, 크랭크축(10)에 의해 서로 접속되어 있다.

전동기(1)은 밀폐용기(14)의 내부공간의 상부에 수납되어 있다. 전동기(1)은 회전자(1a)와 고정자(1b)을 갖고 있다. 크랭크축(10)은 회전자(1a)에 끼워져서 고정되어 압축기구(2)를 구동한다.

압축기구(2)는 밀폐용기(14)에 고정된 실린더블럭(3), 이 실린더블럭(3)에 형성된 실린더보어(3a)내에 위치된 크랭크축(10)의 편심부(10a)상에 회전가능하게 탑재된 롤링피스톤(4), 이 롤링피스톤(4)의 회전에 따라 왕복운동하는 베인(5), 실린더보어(3a)의 상하단을 밀폐함과 동시에 각각 크랭크축(10)을 지지하는 주 베어링(6) 및 부 베어링(7), 부 베어링(7)에 마련된 배출밸브(9), 배출밸브(9)를 커버하는 커버(8)을 구비하고 있다.

롤링피스톤(4)의 편심회전에 의해 발생하는 힘을 소거하기 위한 평형추(이하, "밸런서"라 한다)로서는 밸런서(11-1), (11-2), (11-3)이 마련된다. 제1밸런서(11-1)은 부 베어링(7)에 인접하는 크랭크축(10)의 끝부에 부착되고, 제2 및 제3밸런서(11-2) 및(11-3)은 회전자(1a)의 하단과 상단에 부착되어 있다. 커버(12)는 제1밸런서(11-1)용으로서 마련된다.

제8도는 압축기구(2)의 확대단면도이다.

세로구멍(21)은 밀폐용기(14)의 내부공간(14a)의 바닥부에 저장된 윤활유(13)을 급유피스(20)을 거쳐서 슬라이드 부재에 급유하기 위해 크랭크축(10)내에 형성된다. 또, 작은 가로구멍(22-1), (22-2) 및 (22-3)은 상기 세로구멍(21)에 연결되고, 주 및 부 베어링(6) 및 (7)의 안둘레면에 각각 마련된 오일홈(23-2), (23-1)에 오일을 공급할 수 있도록 크랭크축(10)내에 형성되어 있다.

제8도의 Ⅸ-Ⅸ선에 다른 단면도인 제9도에 도시한 바와같이, 종래의 압축기구의 구조에 있어서, 간극(26)은 스러스트면(24)가 축구멍(25)에 대해서 편심하고 있으므로, 부 베어링(7)의 축구멍(25)와 크랭크축(10)의 스러스트면(24) 사이에 형성된다.

상기한 구조에 대해서는 일본국 실용신안공개공보 소화59-107984호에 개시되어 있다.

상기한 종래기술에서는 제1밸런더(11-1)의 회전운동에 따르는 롤링피스톤(4) 및 크랭크축(10)의 편심부(10a)와 부 베어링(7) 및 주 베어링(6) 사이의 공간(26-1) 및 (26-2)의 압력변동에 대해서 고려되어 있지 않았다. 이하 이점에 대해서 더욱 상세하게 기술한다.

제11a도∼제11d도는 상기 크랭크축(10)의 회전에 기인하는 제9도에 도시한 간극(26)의 이동 상태를 도시한 것이다. 제11a도∼제11d도에서 사선친 부분은 스러스트면(24)를 나타내고 있다.

제11a도에 도시한 위치에서는 스러스트면(24)가 오일홈(23-1)을 전혀 덮고 있지 않다. 제11b도에 도시한 위치에서는 크랭크축(10)이 시계방향으로 회전하여 스러스트면(24)가 오일홈(23-1)을 덮기 시작한다. 제11c도에 도시한 위치에서는 스러스트면(24)가 오일홈(23-1)을 완전히 덮고 있다. 제11d도에 도시한 위치에서는 스러스트면(24)가 오일홈(23-1)을 개방하기 시작한다.

제12도는 크랭크축(10)의 1회전중에 오일홈(23-1)이 스러스트면(24)에 덮혀지지 않은 면적(열림구멍)의 변화를 도시한 것이다. 제12도에서 알 수 있는 바와 같이, 오일홈(23-1)은 크랭크축(10)이 회전할 때마다 1회의 구멍의 열림과 닫힘을 반복한다.

제13a도는 저속동작시의 크랭크축(10)의 1회전중, 제8도에 도시한 상기 공간(26-1)내의 압력변동을 도시한 것이고, 제13b도는 고속동작시에 크랭크축의 1회전중, 같은 공간내의 압력변동을 도시한 것이다. 제13a도에 도시한 바와같이, 저속동작에서의 압력변동폭

P_Q1은 비교적 작다. 제13b도에 도시한 바와같이, 고속동작에서의 압력변동폭

P_Q2는 상당히 크다.

그 이유를 제10도에 따라서 설명한다. 크랭크축(10)이 회전하면, 제1밸런서(11-1)이 원심 펌프작용을 해서 커버(12)내의 윤활유(13)을 화살표 A방향으로 이동시킨다. 이것에 의해, 공간(26-1)내의 윤활유는 제11a도, 제11b에 도시한 바와같이 스러스트면(24)가 오일홈(23-1)을 개방하고 있을때 제10도에서 화살표 B로 나타낸 바와같이 제1밸런서(11-1)에 의해 오일홈(23-1)을 거쳐서 아래쪽으로 흡인된다. 제11c도, 제11d도에 도시한 바와같이, 공간(26-1)의 윤활유는 스러스트면(24)가 오일홈(23-1)을 닫고 있을 때는 제1밸런서(11-1)에 의해 흡인되지 않는다. 따라서, 오일홈(23-1)이 스러스트면(24)에 의해 개방될 때마다 윤활유가 공간(26-1)내에서 흐른다. 크랭크축(10)의 회전속도가 약 8000rpm 이상으로 높게 되면, 제1밸런서(11-1)의 흡인력이 급격하게 증대한다. 따라서, 압력변동폭

P_Q2는 저속동작시에 나타나는 압력변동폭

P_Q1에 비해서 증가한다.

공간(26-1)의 압력이 반복해서 극심하게 변동하는 것에 의해, 공간(26-1)을 규정하고 있는 부재에 교대응력이 발생하여 국부적으로 부재의 재료가 제거되는 현상, 소위 공동마모현상이 발생한다. 공간(26-1)과 대향하는 부 베어링(7)의 표면(28)은 공동마모현상에 의해 손상되었다. 이 표면(28)을 전자현미경으로 관찰하였다. 그 결과, 재료가 제거되어 발생한 구멍의 내면에 피로파괴의 독특한 줄기모양의 부분이 관찰되었다. 또, 공동마모의 발생이 공간(26-2)와 대향하는 주 베어링(6)의 표면(29)에서도 관찰되었다.

주베어링(6)은 조각형의 흑연주철로 형성되고, 부 베어링(7)은 철계의 소결합금으로 형성된다. 주 베어링(6)의 표면에의 공동마모의 발생은 주 베어링(6)에 인접하는 공간(26-2)내의 압력변동이 대단히 크다는 것이다. 이것은 부 베어링(7)에 인접하는 공간(26-1)내의 압력변동이 오일홈(23-3)을 거쳐서 주 베어링(6)에 인접하는 공간(26-2)의 압력에 영향을 끼치기 때문이라고 고려된다.

상기한 바와같이 종래의 압축기 구조는 운전에 의해 발생하는 압력변동에 대해서 배려가 되어 있지 않아 고속동작에 대한 내구성의 점에서 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 롤링피스톤, 크랭크축의 편심부, 주 및 부 베어링에 의해 규정되는 공간의 압력변동을 억제하여 압력변동에 의한 공동마모현상을 방지하고, 이것에 의해 압축기의 내구성을 향상할 수 있는 로터리 압축기를 제공하는 것이다.

본 발명의 하나의 특징에 따른 로터리 압축기는 그의 바닥부에 윤활유를 저장하는 밀폐용기, 이 밀폐용기내에 포함된 전동기 및 압축기구, 이 전동기와 압축기구를 접속하는 크랭크축을 포함한다. 상기 압축기는 밀폐용기내에 고정된 실린더블럭과 이 실린더블럭의 실린더보어의 끝부를 밀폐하는 주 및 부 베어링을 포함한다. 크랭크축은 주 및 부 베어링의 베어링구멍내에서 회전가능하게 지지되어 있다. 이 크랭크축은 상기 실린더보어내에 위치된 편심부를 갖는다. 상기 압축기구는 또 이 편심부에 회전가능하게 부착된 롤링피스톤과 이 롤링피스톤의 회전에 따라 왕복운동하는 베인을 포함하고 있다. 밸런서수단은 롤링피스톤의 편심회전력을 소거하기 위해 마련된 것으로, 이 밸런서수단은 적어도 상기 크랭크축의 부 베어링축의 끝부에 마련된 밸런서를 포함한다. 윤활수단은 상기 편심부와 롤링피스톤 사이의 슬라이드 영역 및 상기 크랭크축과 주 및 부 베어링 사이의 슬라이드 영역에 윤활유를 공급하기 위해 마련된 것으로, 이 윤활수단은 적어도 상기 부 베어링의 축구멍의 전체길이에 걸쳐서 그의 안둘레면에 형성된 오일홈을 포함한다. 밸런서는 이 오일홈의 하단 근방에 위치하고 있다. 롤링피스톤, 크랭크축의 편심부, 주 및 부 베어링의 서로 대향하는 끝면에 의해 공간이 형성된다. 크랭크축의 편심부와 부 베어링은 상기 오일홈이 공간에 대해서 개방되는 것을 항상 방지하는 크기 및 형상으로 되어 있다.

본 발명의 하나의 적합한 실시예에 의하면, 부 베어링과 접촉해서 스러스트면이 바깥둘레와 크랭크축의 축선 사이의 최소거리가 부 베어링의 오일홈과 축선 사이의 최대거리보다 크게 되어 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 부 베어링에 의해 지지된 크랭크축의 부 축부의 바깥지름이 주 베어링에 의해 지지된 크랭크축의 주 축부의 바깥지름보다 작게 되어 있다.

또, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 부 베어링에서의 오일홈과 크랭크축의 축선 사이의 최대거리를 크랭크축의 스러스트면에 인접하는 점에서 국부적으로 저감시키고 있다.

또한, 상기 공간과 다른 연통로 사이를 연통하도록, 상기 크랭크축의 편심부에 연통로를 형성함과 동시에 주 베어링과 인접하는 공간중의 하나와 밀폐용기 및 압축기구 사이의 공간 사이를 연통하도록, 주 베어링내에 연통로를 마련하는 것이 바람직하다.

상기한 본 발명의 구성에 의하면, 부 베어링과 축구멍에 마련된 오일홈이 상기 롤링피스톤, 크랭크축의 편심부, 주 및 부 베어링에 의해 규정되는 공간에 대해서 개방되는 것이 항상 방지된다. 따라서, 크랭크축의 하단에 부착된 밸런서의 회전에 의해 발생된 흡인작용이 상기 공간까지 미치지 않기 때문에, 종래의 압축기에서 발생하고 있던 공동마모현상이 발생하지 않는다. 이것에 의해, 이 공간에 접하는 부재의 내구성이 향상하여 압축기의 수명이 연장된다.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적, 구성 및 효과는 첨부도면 및 명세서의 설명에서 명확하게 될 것이다.

이하, 본 발명의 구성에 대해서 실시예에 따라서 설명한다.

제1도 및 제2도에 도시한 본 발명의 1실시예인 로터리 압축기의 압축기구(2)에 있어서, 크랭크축(10)의 편심부(10a)의 형상은 부 베어링(7)과 접촉하는 스러스트면(24)의 축선(회전의 중심) y₀에서의 편심부(10a)의 스러스트면(24)의 최소반경 R_S가 부 베어링(7)의 축구멍(25)의 안둘레면에 형성된 오일홈(23-1)의 바닥부와 축선 y₀사이의 거리 R_M보다 크게 되도록 결정되어 있다.

또한, 제1도에 도시한 본 실시예에서는 롤링피스톤(4), 편심부(10a)와 주 및 부 베어링(6), (7)에 의해 규정된 공간(26-1)과 (26-2) 사이를 연통하도록 연통로(30)이 크랭크축(10)의 편심부(10a)에 형성되어 있고, 또 상기 주 베어링(6), 롤링피스톤(4) 및 편심부(10a) 사이에 규정된 공간(26-2)와 밀폐용기(14)(제7도 참조) 및 압축기구(2) 사이에 규정된 공간(14a) 사이를 연통하도록 연통로(31)의 주 베어링(6)에 형성되어 있다.

일반적인 로터리 압축기의 기본칫수는 다음에 기술하는 바와같이 결정된다.

로터리 압축기의 용적과 크랭크축의 편심량은 다음식으로 주어진다.

e=(D_C-D_R)/2

여기서, V는 실린더의 용적, D_C는 실린더보어의 지름, D_R은 롤링피스톤의 바깥지름, H_C는 실린더보어의 축방향의 크기, e는 크랭크축의 편심량을 나타낸다.

실린더 용적 V를 변화시키기 위해서는 실린더보어의 지름 DC, 롤링피스톤의 바깥지름 D_R및 실린더보어의 축방향의 크기 H_C를 변경하면 된다. 제작상의 편의를 도모하기 위해 일반적으로 롤링피스톤의 바깥지름 D_R과 크랭크축의 편심량 e를 변경하는 것에 대해서, 실린더보어의 축방향의 크기 H_C와 실린더보어의 지름 D_C를 변경하지 않는다. 실린더 용적 V를 증대하기 위해 롤링피스톤의 바깥지름 D_R을 작게 하고, 크랭크축의 편심량 e를 증가시킨다.

제3도에 있어서, 크랭크축의 축선을 y₀으로 나타내고, 크랭크축의 편심부(10a)의 중심을 y₁로 나타낸다. 상기 축선 y₀과 y₁사이의 거리 e는 크랭크축의 편심량이다. 롤링피스톤(4)를 편심부(10a)에 끼워맞추기 위해 제3도에 도시한 클리어런스

가 필요하게 된다. 따라서, 축선 y₀으로 부터 스러스트면의 최소반경 R_S가 한정된다. 이상의 상황하의 종래의 구조에서는 상기 최소반경 R_S가 축선 y₀과 부 베어링(7)의 오일홈(23-1)의 바닥부 사이의 최대거리 R_M보다 작게 되어 있다.

본 발명에 의하면, 부 베어링(7)의 축구멍(25)에서 형성된 오일홈(23-1)을 부 베어링(7)에 인접하는 공간(26-1)과 연통시키지 않기 위해서 다음에 설명하는 구조가 설명되고 있다.

제4도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 부 베어링(7)의 일예를 도시한 것이다. 부 베어링(7)의 축구멍(25)에 형성된 오일홈(23-1)의 바닥부와 축선 y₀사이의 거리 R_M이 크랭크축의 스러스트면(24)와 접촉해서 부 베어링(7)의 끝부(7-1)에서 국부적으로 감소되어 있다. 즉, 스러스트면(24)의 반경방향에서 오일홈(23-1)의 깊이가 부 베어링(7)의 끝부(7-1)에서 저감되어 있다.

다음에 제5도에 있어서, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 크랭크축(10A)는 부 베어링(7)상에 지지되는 부 축부(10b)의 바깥지름 ds를 주 베어링(6)상에 지지되는 주 축부(10a)의 바깥지름 du보다 작게 해서 스러스트면(24)의 최소폭 부분의 크기 L(부 축부(10b)와 클리어런스

를 규정하는 스러스트면(24)의 끝부 사이의 거리)를 증대하도록 구성되어 있다. 크랭크축의 부 축부(10b)의 바깥지름이 작게 되어 있으므로, 부 베어링(7)의 축구멍(25)의 지름이 작게 되고, 이 축구멍(25)의 안둘레면에 형성된 오일홈(23-1)의 바닥부와 축선 y₀사이의 최대거리 R_M이 저감된다.

제6a도 및 제6b도는 제4도의 실시예에 따른 압축기의 테스트 결과를 도시한 것으로, 제6a도는 저속동작시의 크랭크축(10)의 1회전중의 부 베어링(7)에 인접하는 공간(26-1)의 압력변동을 도시한 것이고, 제6b도는 고속동작시의 대응하는 압력변동을 도시한 것이다. 제6도에 도시한 고속동작시의 압력변동폭

P_S2는 제6a도에 도시한 저속동작시 압력변동폭

P_S1과 대략 동일한 것을 알 수 있다.

본 실시예의 효과를 확인하기 위해 내구성 운전테스트를 종래의 압축기에서의 공동마모가 발생한 조건하에서 실시하였다. 그 결과, 이상 마모는 관찰되지 않았다.

또, 제1도에 도시한 바와같이 이 로터리 압축기에 있어서는 연통로(30)이 편심부(10a)에 형성되어 부 베어링(7)에 인접하는 공간(26-1)과 주 베어링(6)에 인접하는 공간(26-2) 사이를 연통하고, 연통로(31)이 주 베어링(6)에 형성되어 있다. 또한, 공간(26-1)과 (26-2) 사이 및 이들 공간과 용기(14)의 내부공간(14a) 사이의 연통은 밸런서(11-1)의 펌프작용의 영향에 의해 발생한 부 베어링(7)에 인접하는 공간(26-1)에서의 압력변동의 감소에 효과적으로 기여하므로, 공동마모 발생을 방지하는 효과가 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러가지로 변경가능한 것은 물론이다.

Claims

그의 바닥부에 윤활유가 저장되어 있는 밀폐용기, 상기 밀폐용기내에 수납된 전동기 및 압축기구, 상기 전동기와 상기 압축기구를 접속하는 크랭크축, 롤링피스톤의 편심 회전력을 소거하며, 또한 부 베어링에 인접하는 그의 한쪽끝에서 상기 크랭크축에 부착된 적어도 하나의 밸런서를 포함하는 밸런서수단과, 상기 크랭크축의 편심부와 상기 롤링피스톤 사이의 슬라이드 영역 및 상기 크랭크축과 상기 주 및 부 베어링 사이의 슬라이드 영역 사이에 윤활유를 공급하는 윤활수단을 포함하고, 상기 압축기구는 상기 용기에 고정된 실린더블럭과 그의 양끝에서 상기 실린더블럭의 실린더보어를 밀폐하는 주 베어링 및 부 베어링을 포함하고, 상기 크랭크축은 상기 주 및 부 베어링내의 축구멍에 의해 회전가능하게 지지되며, 또한 상기 실린더보어에 위치된 편심부를 갖고, 상기 압축기구는 또 상기 편심부에 회전가능하게 부착된 롤링피스톤과 상기 롤링피스톤의 회전에 따라 왕복운동하는 베인을 포함하고, 상기 윤활수단은 축구멍의 전체길이에 걸쳐서 상기 부 베어링의 축구멍의 안둘레면에 적어도 형성된 오일홈을 포함하고, 상기 밸런서는 상기 오일홈의 하단 근방에 위치되며, 상기 롤링피스톤, 상기 크랭트축의 상기 편심부와 상기 주 및 부 베어링의 대향하는 끝면에 의해 공간이 형성되고, 상기 크랭크축의 상기 편심부와 상기 부 베어링은 상기 오일홈이 항상 상기 공간에 대해서 개방되는 것을 방지하는 크기 및 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제1항에 있어서, 상기 부 베어링과 접촉해서 상기 크랭크축의 상기 편심부의 스러스트면의 바깥둘레와 상기 크랭크축의 축선 사이의 최소거리는 상기 부 베어링의 상기 오일홈과 축선 사이의 최대거리보다 크게 되어 있는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제1항에 있어서, 상기 부 베어링상에 지지된 상기 크랭크축의 부 축부의 바깥지름은 상기 주 베어링상에 지지된 상기 크랭크축의 주 축부의 바깥지름보다 작게 되어 있는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제1항에 있어서, 상기 오일홈과 상기 크랭크축의 축선 사이의 최대거리는 상기 크랭크축의 스러스트면에 인접하는 상기 부 베어링의 끝부에서 국부적으로 저감되어 있는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제1항에 있어서, 상기 부 베어링상에 지지된 상기 크랭크축의 부 축부의 바깥지름은 상기 주 베어링상에 지지된 상기 크랭크축의 주 축부의 바깥지름보다 작게 되어 있고, 상기 오일홈과 상기 크랭크축의 축선 사이의 최대거리는 상기 크랭크축의 스러스트면에 인접하는 상기 부 베어링의 끝부에서 국부적으로 저감되어 있는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제1항에 있어서, 상기 공간 사이를 연통하도록 상기 크랭크축의 편심부에 형성된 연통로와, 상기 주 베어링에 인접하는 상기 공간중의 하나와 상기 밀폐용기와 상기 압축기구 사이에 형성된 공간과의 사이를 연통하도록 상기 주 베어링에 형성된 연통로를 또 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.